注空气技术调研报告.doc

注 空 气 技 术 调 研 目 录一、概况 3二、注空气技术提高采收率的概念和原理 4三、注气法[70] 5四、工艺设计及防爆防腐措施 9五、实例及其研究 11六、结论与认识 12参考文献： 14多年来，我国低渗透油藏开发一直以注水为主，许多油田过早进入中、高含水期注水开发技术投资较大且与经济效益之间的矛盾十分突出因此，研究更经济有效的开采方式是进一步提高低渗透油藏开发水平的新课题注空气开采低渗透轻质油油藏是一项富有创造性的提高采收率新技术空气来源广阔，不受地域和空间的限制，气源最丰富、成本最廉价(注入成本0.018美元/m3)矿场经验表明，它既可以作为二次采油方式，也可用于三次采油一、概况20世纪20年代早期，已开始注空气提高原油采收率试验60年代以来，国外(主要在美国)针对注空气提高轻质油油藏采收率，在室内研究、数值模拟等方面做了大量工作，现场注空气驱油配套技术逐渐完善从1967年开始，Amoco、Gulf和Chevron公司在美国先后对埋深1890~3444m、原油密度为0.8300~0.8927g/cm3的水淹轻质油油藏成功地开展了注空气三次采油现场试验，增油效果令人瞩目1985年至今，美国先后在Williston盆地MPHU、HC、CC等低渗轻质油油藏进行注空气二次和三次采油先导性试验，获得了独特的经济技术效果。

[67]在国内，1977~1978年胜利油田在胜坨油田开展泡沫驱油试验时采用的就是空气1982年大庆油田在小井距北井组萨II7+8层进行了“正韵律油层注水后期注空气矿场实验”，取得了一定的经验和效果近几年，随着原油低温氧化理论的成熟，在吐哈、辽河等油田进行了部分试验研究到90年代末，该技术引起国内新疆油区和胜利油区等对低渗透油田的关注，并在室内进行了相关的机理研究[68]2003年11月中国石油勘探开发研究院与斯坦福大学等国外研究机构签署了辽河油田低渗透油田注空气开采可行性研究6项目合作的谅解备忘录；2004年9月吐哈油田注空气可行性研究成果通过验收前几年，胜利油田和石油大学也合作立题，在室内进行了相关的机理研究试验和现场前期工作值得一提的是广西百色油田[69]，1996年开始采用纯空气泡沫驱，2001年开展了空气-泡段塞驱油试验，使成本大幅度降低，同时对注空气的安全性进行了论证和检测，从生产井套管气组分分析，氧含量均小于2%，因此在油田开发后期注空气是安全的，经济效益显著，投入产出比为1:5.012004年又发展到泡沫辅助-空气驱阶段，并开展了泡沫辅助-气水交替注入现场试验，均取得很好的效果。

目前，注空气采油仍是一项二次、三次采油高新技术几十年来，该技术的现场试验均获得了明显的经济效益，一般很少发生作业与安全方面的难题二、注空气技术提高采收率的概念和原理1、原油氧化反应一般来说原油的氧化反应主要分2大类：（1）加氧（低温氧化反应）：烃+氧→加氧化产物这里的加氧产物包括有机酸、乙醛、烷基过氧化氢等因为加氧反应常在350℃以下发生，所以常称为低温氧化反应2）加裂解反应（燃烧反应）：烃+氧→二氧化碳+水重油和轻油加氧反应和热裂解反应的正常温度范围见表1表1 金顶原油地球化学参数油 品温度范围/℃主要氧化方式次要氧化方式轻 油<150加氧反应150~350燃烧反应加氧反应>350燃烧反应重 油<150加氧反应燃烧反应150~350加氧反应>350燃烧反应在280~350℃范围内，轻油和重油均处于负温度梯度区在此温度区内，随温度升高，耗氧速度降低当耗氧速度降至某一程度后，所产能量不足以使反应温度升至350℃以上从有效驱油的角度来看，负温度梯度区十分重要，特别是对重油2、轻质油藏的自燃点火当空气注入油藏时，会发生缓慢的氧化反应，有时反应放出的热量能够点燃油层当氧化反应产生的热量使温度超过210℃时，氧化速率产生的热量就能够维持火烧前缘，因此将油层温度达到210℃的时间定义为自燃点火时间。

国外研究表明，一般情况下，当油层原始温度为50~60℃时，自燃点火时间为10~20天如果原始油藏温度只有30℃自燃点火时间可能需要10~150天如果油藏温度在70~80℃之间，自燃点火时间可能只需数小时3、注空气技术提高采收率的概念和原理当向油藏中注空气时，原油的驱替和氧化现象会同时发生根据原油氧化强度以及生成烟道气的驱油效率的不同，注空气的技术分为4种情况：（1）燃烧反应非混相驱；（2）低温氧化非混相驱；（3）燃烧反应混相驱；（4）低温氧化混相驱燃烧反应非混相驱即指火烧油层工艺人们很容易把注空气技术与火烧油层技术等同起来，但是，火烧油层只是注空气技术的一种情况如果油藏条件不能达到混相驱，为了达到注空气提高采收率的目的，火烧油层工艺将是最有效的办法室内实验结果表明：为了从反应扫及区有效驱油，氧化反应必须在热裂解方式下进行在工艺实施过程中，往往由于操作不当或油藏条件等原因，不能形成稳定的燃烧前缘，而在井下形成低温氧化非混相驱这样将在氧化带中生成大量的沥青烯和焦，大多数油将失去流动性，氧化带的驱替效率很低，导致注空气技术失败由上表可知，轻质原油在150℃~300℃即发生热裂解反应，因此轻油的火烧油层工艺可以在低温区进行，并能获得很高的驱替效率。

轻质原油的火烧油层工艺可通过自燃的办法获得火烧油层技术显然不适合于低孔隙度油藏这是由于孔隙度太低，大部分热量用于加热地层骨架，剩余的热量不足以维持火烧前缘稳定扩展所需要的温度高压注空气开采工艺的目的主要是维持地层高压，原油驱替效果主要来自烟道气的混相驱作用在这种情况下，氧化反应的主要目的是除氧，以免生产井发生安全事故此方法一般用于温度高、埋藏深的油藏，井下一般可以自燃点火实践证明高压注空气技术可以用于低渗透油藏的开采4、注空气技术的适用条件注空气提高采收率，最重要的条件是油藏温度必须足够高、石油活性强，氧气通过低温氧化而消耗掉，以免生产系统内存在氧气而导致爆炸和产生严重的腐蚀国内外研究及实践证明，适合注空气提高采收率技术的条件如下：油层埋藏越深，温度越高，则实施条件越好因为高压能提高混相能力，高温能提高氧的利用率其中油藏温度是实施该技术的主要条件，一般应在70℃以上注空气及派生的注空气泡沫采油技术适用的油藏范围较广，主要用于注水开发效果差的低渗油藏及进入注水开发后期的各类油藏地层最好有垂向变化和地层倾角，以利于重力驱油，起到双驱作用油藏原油的相对密度要小于0.9340油藏岩石中最好含有粘土矿物和金属，可以对氧化反应起到催化作用。

三、注气法[4]现在国外对注气法改善水驱油田开发效果给予了高度重视，称之为现代气法现代气法，即向油藏注气，包括了各种类型的油藏，其中也包括水驱油藏开采剩余油目前国外对其机理正加深研究，如驱替速度、油层的非均质性、储层的水淹程度、地层倾角等因素的影响，正在逐步明确发展非烃气驱的关键在气源，要重视寻找天然CO2 气源，探索发展制N2 、注N2 、脱N2 和制CO2 等技术根据不同注入气体与原油体系的特性，注气混相驱和非混相驱可分为一次接触混相、多次接触混相和非混相三种方式，而多次接触混相又可细分为:凝析气驱(富气驱) 和蒸发气驱(贫气驱) 一次接触过程的注入流体可为液化石油气和乙烷；多次接触过程蒸发气驱为:甲烷、N2 、CO2 、烟道气和空气；凝析气驱为:液化石油气+ 甲烷、甲烷+ 乙烷、甲烷+ 乙烷+ 液化石油气流体混合作用有三种机理:分子扩散作用，微观对流弥散作用，宏观对流弥散作用在非均质很强的储层中，第三种作用要比前两种强注入低界面张力的气，由于不利的流度比，注入溶剂(气) 前缘不稳定，以不规则指进穿入原油，使其过早突破，窜入生产井，所以，克服注气过程的粘性指进是注气提高采收率的关键。

影响注气的因素还有孔喉大小分布、重力影响、润湿性、水锁现象等低渗轻质油油藏注空气提高采收率的主要机理：一是传统的注气效应；二是由于注入空气中的氧气产生氧化作用，其反应取决于原油性质、岩石与流体关系、温度和压力等反应热使温度升高，从而使部分轻质油汽化驱动气体因而不再是注入的空气，而是就地产生的由一氧化碳、二氧化碳、氮气和汽化的轻质烃组成的烟道气注空气驱油机理多且复杂，各种机理的相对重要性取决于油藏特性注空气提高采收率，最重要的条件是油藏温度必须足够高、石油活性强、氧气通过低温氧化而消耗掉，以免生产系统内存在氧气而导致爆炸和产生严重的腐蚀矿场经验表明，油藏埋藏越深，温度越高，实施条件越好；高压提高了混相能力，高温提高了氧的利用率注气驱油适应于各种类型油藏，尤其为低渗透油田提高原油采收率提供了独特的经济和技术机遇，是目前挖掘低渗透油藏剩余储量最廉价、最有发展前景的三次采油方法之一研究和应用注空气提高采收率技术，不仅可解决目前低渗透油田注水开发中、后期所出现的问题与矛盾，而且能大大提高其开发水平，应加大吸收或引进国外先进配套技术的力度，以指导和保证注空气驱油先导试验项目的顺利实施1、水平井与注空气[71]（1） 技术优势。

与直井注空气形成径向氧化区相比，水平井注空气可增大油藏接触面积，提高空气注入能力2） 开采重油油藏主要原理是空气燃烧前缘形成了稳定的“狭窄可动油带”与重力辅助泄油通过生成稳定的蒸汽带，蒸汽和原油界面上的可动油在重力作用下流入水平井中，避免气体向上流动，燃烧前缘垂直推进，除了小部分原油被燃料消耗掉外，采出了燃烧前缘波及的层段大部分油，因此水平井结合注空气方法是一种非常有效的重油开采方法3） 开采轻油油藏水平井注空气可以开发轻油油藏格里夫斯等人通过一个三维燃烧带，研究轻油油藏水驱后水平井注空气和油层燃烧燃烧前原油采收率为原始石油地质储量（OOIP）的4％～14％，试验后原油采收率上升到63.9％～85.0％，燃料消耗3.5％～4.5％采用了两种布井方式，其中水平井注－直井采的燃烧前缘传播不稳定气体超覆随燃烧时间延长增大；水平井注－水平井采结构使轻油油藏的油层燃烧更有利，有效控制气体超覆2、“水平段”注空气方法（THAI）开采稠油工艺机理：[72、73]水平段注空气的原理如图1所示水平生产井在油藏中呈线性驱动，并通过水平注入井注空气这种布井方式被称为HIHP（水平注入水平开采方式）注入井也可以是直井（VIHP，垂直注入水平开采方式），这种方式适合于水平渗透率和垂直渗透率关系良好、能够使气体在油藏中合理分布的情况。

HIHP是原始油井组合，可以通过采用更多的水平生产井以交错行列注入的方式在油藏中加以扩展，如HI2HP在图1中，燃烧前缘被理想地表现为“移动的窗口”，它可从“井底”移动到“靶点”横穿水平生产井如果能完成这一理想化过程，那么基本上就能获得100%的波及率很明显，这一波及率是任何一种先进的EOR法的目标效率另外一个重要的特点是高温区或燃烧前缘呈垂直平面该方法的效率是注蒸汽的2~4倍多，这是因为它只在油藏中要求的地方释放能量，避免了在设备和管线上的损失，结果极大减少了气体排放的负荷被注入的空气根据稳定状态下形成的氧扩散梯度，优先移动到燃烧前缘这是燃烧前缘前面沉积燃料（焦炭）燃烧所需的化学式计算的氧气能量与清除下游燃烧气体及可流动流体之间平衡的结果由于燃烧前缘前方的所有燃烧气体和可流动的流体均向下进入水平生产井的裸露部分，因此说，THAI是一种重力辅助工艺，它受油藏泄油部分和流入水平生产井的流体之间所形成的压力梯度所控制该工艺对于原油开采和提高其品位最重要和最有价值的一点，在于它可以在燃烧前缘前方创造出一条“狭窄”的原油流动区在稠油应该有足够高的粘度，以至于不能流动低温原油沿水平井起到。