减氧空气驱提高采收率技术取得重大突破

减氧空气获取成本较低,是一种高效、低成本、绿色的驱油介质。减氧空气驱技术是富有创造性的提高采收率新技术,既能够用于中高渗透油藏或潜山油藏开发中后期的战略接替,也能够用于特/超低渗透和致密油藏的有效动用。     

减氧空气驱适用范围及氧含量界限

依托长庆、大庆和大港等油田进行的减氧空气驱试验,开展了减氧空气驱机理、爆炸极限、腐蚀防控等实验,明确了减氧空气驱爆炸极限、减氧界限、腐蚀防控条件等技术问题。研究表明:油藏温度大于等于120℃时,氧气与原油反应剧烈,可充分利用氧气的低温氧化作用,直接进行空气驱提高采收率;油藏温度小于120℃时,氧气消耗极少,放热量少,难以产生热效应,适合进行减氧空气驱,充分利用N_2为主的空气非混相驱提高采收率。减氧空气驱适用于低渗透、注水开发"双高"、高温高盐3类油藏,为防止爆炸,确保减氧空气驱技术安全可控,临界氧含量可控制在10%以内;空气减氧后,管柱氧腐蚀有所减缓;无水条件下地面管线和注入井无需考虑氧腐蚀问题,有水时可采用特殊管材、特殊管柱结构或加入缓蚀剂等方法来降低腐蚀速度。空气/减氧空气是低成本的驱替介质,可用于对低渗透等特殊条件油藏实施能量补充及吞吐、驱替等方式开发,是未来20年具有发展潜力的战略性技术。     

空气/减氧空气驱氧气消耗规律分析

为明确空气/减氧空气驱过程中氧气在储层内的消耗规律,采用静态氧化方法模拟了原油单因素及实际储 层条件下多因素氧化反应中氧气的消耗过程,定量表征静态氧化反应中氧气消耗程度;通过室内细长管空气驱 替实验分析了氧气沿程的动态消耗规律。结果表明,原油发生低温氧化反应消耗氧气造成体系总压力降低,碳 氢化合物发生加氧及断键反应生成CO₂及CH₄;模拟实际储层中的耗氧过程,计算得到发生低温氧化反应消耗氧 气占总消耗的87.84%,水中溶解氧气占比6.3%,地层水及岩心总消耗氧气占比5.86%;氧气沿程消耗,并观测到 氧化前缘的推进,较高的温度、压力及含油饱和度均会提高低温氧化反应程度,从而加剧氧气消耗。研究结果可 为实际矿场空气/减氧空气驱安全高效应用提供理论指导与帮助。     

驱油用聚合物的分子量优选

采用不同分子量的聚合物和不同孔隙大小的岩心进行室内驱油模拟实验,研究了聚合物分子量对聚合物溶液粘度、阻力系数和残余阻力系数、采收率以及机械降解的影响。研究了油层孔隙结构参数与分子量的相互关系对聚合物注入性能的影响。结果表明,聚合物分子量愈大,阻力系数、残余阻力系数、采收率和机械降解愈大;但在大庆油田的实际条件下,剩余粘度大。岩心孔隙半径中值与聚合物分子在水溶液中的均方回旋半径比大于5时不会发生油层堵塞。相近地质条件,不同分子量,相同操作条件下的矿场聚合物驱结果表明：高分子量的聚合物驱效果好于低分子量的聚合物驱效果,采油井产出的聚合物分子量大,保留粘度高。     

泡沫辅助减氧空气驱关键技术及应用

泡沫辅助减氧空气驱技术突破单一气驱局限性,综合气驱和泡沫驱的技术优势,具有快速补充地层能量、提高波及体积的双重效果,又克服了空气气窜的缺点。通过对气液比、注采比等关键技术参数优化,在特低渗油藏历经十年的现场应用表明,该技术在扩大波及体积、提高地层能量和采收率方面效果显著,且未发生气窜,具有较强的技术适应性和良好的推广应用前景。     

红河油田长8油藏减氧空气驱注气参数综合优化

为探索并研究减氧空气驱提高裂缝–致密油藏采收率的可行性,以增油量、换油率、吨油成本为评价指标,应用双重介质多组分数值模型,综合室内实验、油藏工程等方法和现场实施工艺条件,开展了减氧空气驱注气参数的优化研究。结果表明:注入氧含量为5.00%的减氧空气,产出气氧含量最高为3.95%,安全可控且减缓腐蚀速率,可以达到最佳的经济效益;优化空气/泡沫段塞比为5︰1,可较好地起到延缓气窜及扩大波及体积的作用;优化单井日注气量为1.5×104 Nm3,注气压力为20～25 MPa,总注入气量控制为4 000×104 Nm3。该研究成果在试验井组应用,预测能取得较好的经济效益,为深化减氧空气驱应用研究,提高裂缝型–致密油藏的采收率奠定了技术基础。     

空气辅助微生物驱油技术

为改善兼性厌氧微生物在高温、高压、厌氧油藏条件下的驱油性能,对微生物驱现场试验区油藏流体中筛选的兼性厌氧菌株开展优化研究,分别从模拟发酵系统和物理模拟试验2方面研究溶氧条件优化对厌氧环境条件下兼性厌氧菌株代谢及驱油性能的改善。研究表明,在适度溶氧条件下,发酵液菌体密度、代谢产物浓度明显增高,溶氧参数在4.0mg/L时,培养液相对最快达到对数生长期,进一步试验确定出兼性厌氧微生物BS36培养最佳溶氧量为4.2mg/L。物理模拟试验表明,空气辅助条件下微生物驱最终采收率比单一微生物驱提高5.5个百分点。现场实施工艺配套研究基础上,进入现场试验获得成功,进一步提高微生物驱现场试验效果。     

糠醛抽出油制取驱油用表面活性剂的研究

以大庆炼油厂减二线糠醛抽出油为原料,发烟硫酸为磺化剂,在釜式磺化反应器中制备了一种石油磺酸盐表面活性剂,考察了合成条件对产品收率及表面活性的影响。结果表明,在酸油质量比为0．4：1,反应温度60℃,磺化时间45min的最佳合成工艺条件下,石油磺酸盐表面活性剂的收率为46．2％,产品活性物含量48．2％;石油磺酸盐溶液浓度在1mmol／L时油水界面张力31．5mN／m,临界胶束浓度1．7×10^-3mmol／L;与碳酸钠复配后,界面张力可降低至10^-3mN／m,适合用作三次采油用驱油表面活性剂。     

减氧对空气泡沫驱井下管柱的缓蚀作用及减氧界限

氧腐蚀是限制空气泡沫驱油技术应用推广的主要因素，减氧能够降低腐蚀速率。笔者利用高压腐蚀反应釜模拟工况条件，采用失重法测试了N80套管钢在不同氧含量（2%~21%）、不同压力（20~50 MPa）、不同温度（70~120℃）条件下的腐蚀速率，根据测试结果拟合建立了腐蚀速率与氧分压关系的数学模型；采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析表征了腐蚀产物的微观形貌和成分。结果表明，空气泡沫驱过程中N80钢的腐蚀速率随空气氧含量的降低呈非线性下降，但无法将腐蚀速率控制在0.076 mm/a标准以下。温度120℃、压力50~20 MPa，N80钢标准挂片的减氧界限为0.021%~0.054%，已经达到纯氮气的标准。工况条件下不同氧含量的N80钢材腐蚀产物疏松多孔，其成分为Fe₂O₃、FeOOH和Fe₃O₄，腐蚀产物对基体金属无保护作用，工况的改变并不会显著改变腐蚀产物的形貌和成分。     

减氧空气驱注入井井筒管柱氧腐蚀试验研究

减氧空气驱技术兼有气源广、成本低、可入微裂缝与基质的优点,是稠油致密低渗油藏高效开发的重要手段。为了明确不同注气方式对井筒管柱的氧腐蚀规律,采用失重法,结合金相显微镜研究了N80、J55和3Cr钢在纯注气和气水混注工况下的氧腐蚀行为。研究结果表明：当减氧空气含氧体积分数为5%时,可以较好地兼顾减氧成本与防腐要求;在纯注气工况下,氧的体积分数为5%时,3种钢材均属于轻微腐蚀(<0.025 mm/a),减氧空气驱成本可保持在一个较低的水准,能满足国内油田防腐标准(<0.076 mm/a);在气水混注工况下,3种钢材在气水混注工况的腐蚀速率远大于纯注气工况,钢材腐蚀较为严重,需采取缓蚀剂或防腐涂层等防腐措施。研究结果可为减氧空气驱高压注气过程中含氧体积分数的选定以及注气井井筒的腐蚀防护提供数据支撑。     

微生物与空气协同驱油的耗氧规律

微生物与空气协同驱油是一种新的驱油方法,其主要机理为利用空气中的氧气提高微生物生长代谢速率,同时微生物耗氧使空气驱变得更为安全。通过实验研究不同初始溶氧浓度下实验菌种的生长规律和耗氧规律,及溶氧浓度对微生物脱油效率的影响。结果表明:在增氧与未增氧的条件下,实验菌种生长均存在停滞期、对数生长期、稳定期和衰退期,初始溶氧浓度为4.5和5.5 mg/L时,微生物生长的最大浓度是未增氧时的3倍以上;对数生长期溶氧浓度呈对数降低趋势,稳定期和衰退期溶氧浓度呈线性降低趋势,油藏内耗氧主要为补偿微生物衰退时数量减少的生长耗氧;微生物脱油效率随初始溶氧浓度的增大而增大。在微生物耗氧规律和油藏渗流规律的基础上,建立了仅考虑微生物耗氧时油藏内氧浓度计算数学模型,计算了不同注入参数下氧浓度分布。结果显示,耗氧后,油藏内氧浓度随油藏半径的增加指数下降,油藏内有足够的氧供微生物生长;微生物耗氧可将空气中的氧浓度降到安全浓度,微生物耗氧到氧安全浓度的最小油藏半径约为145 m。     

减氧空气重力稳定驱驱替机理及与采收率的关系

采用二维可视化模型开展减氧空气重力驱(OAGD)实验,分析重力、毛细管力与黏滞力对油气界面运移特征的影响;开展了长岩心驱替实验,研究邦德数、毛细管数、低温氧化反应对OAGD采收率的影响,在此基础上引入低温氧化数并建立了其与采收率的关系。研究表明,油气前缘形态与变化规律主要受重力、毛细管力与黏滞力的综合影响,邦德数一定(4.52×10~(-4))时,油气前缘形态受毛细管数大小控制:毛细管数小于1.68×10~(-3)时,油气前缘稳定;毛细管数大于2.69×10~(-2)时,油气前缘呈黏性指进;毛细管数为1.68×10~(-3)～2.69×10~(-2)时,油气前缘呈毛细管指进。OAGD稳定驱气体突破前,重力数越高、毛细管数越低,采收率越高,采收率主要受重力影响,可通过降低注气速度提高采收率;气体突破后,重力数越低、毛细管数越高,采收率越高,采收率主要受黏滞力影响,可通过提高注气速度提高采收率。低温氧化数与采收率具有良好的相关性,可用于预测OAGD采收率。图14表4参18     

超低渗透油藏减氧辅助空气泡沫驱提高采收率技术试验研究

超低渗透油藏受储层非均质性强、裂缝发育等特征影响,补充能量与扩大波及矛盾突出,主向见效快,侧向压力低难见效,难以建立有效的驱替压力系统,水驱采收率低。常规水驱治理、注采调控、堵水调剖及加密调整等改善水驱的效果有限。空气泡沫驱具备气驱和泡沫驱的优点,可边调边驱,在扩大波及体积的同时,可提高驱油效率。20世纪60年代以来,国内外开展了多个空气/空气泡沫驱的现场试验,均取得较好的技术经济效果。2016年在G271长X油藏裂缝发育区开展了减氧辅助空气泡沫驱先导性试验研究,以空气泡沫驱为主要手段,开展超低渗透油藏改变注入介质试验,在实践中摸索出一套G271长X油藏裂缝发育区控水稳油及提高采收率的技术体系,最大限度地提高油田最终采收率,确保油田长期持续稳产,因此开展加密区、密井网(小井距)条件下的超低渗油藏减氧辅助空气泡沫驱试验意义重大。     

空气驱油安全控制研究

利用廉价丰富的空气作为注入剂开采低渗透轻质油藏是一项富有创造性的提高采收率新技术.该技术不但具有注气作用,而且还具有氧气产生的其他效果,研究潜力巨大,应用前景广阔.通过空气驱油安全控制实验,确定了氧气的爆炸极限,为注空气的安全评估提供了理论依据,也为油田先导试验的实施奠定了基础.     

华北油田注减氧空气驱先导试验及配套工艺技术研究

减氧空气溶于油后,使原油体积膨胀,有利于提高采油速度、洗油效率和收集残余油,提高驱油效果,进而提高采收率,也是十三五期间华北油田研究的主要方向之一。该油田Y区块结合现场的实际工况,采用集成膜过滤法和变压吸附法两种气体分离技术。为避免气体外排而造成的环境影响,注、采、处理系统均设置必要参数进行检测,实现联动控制。     

稠油减氧空气泡沫驱注入参数优化及现场应用

针对鲁克沁稠油油藏泡沫驱开采存在的气锁、注入参数不合理等问题,通过物理模拟实验,对减氧空气泡沫驱注入参数进行了优化。研究表明:水驱突破时开展减氧空气泡沫驱,采出程度增幅最高,含水率明显下降;采用气液交替注入方式替代气液同注方式,可避免井筒内气液分离和腐蚀问题,且当减氧空气和发泡液的单次注入量为0.1倍孔隙体积时,驱替效果与气液同注效果相当。室内获得的最佳注入参数为:水驱含水率达70%时转泡沫驱,液和气交替注入,单次注入0.1倍孔隙体积,注入速率为0.3 mL/min。现场施工参数调整后,试验区日增油为42 t/d,含水率下降28个百分点,累计增油为1.4×10⁴t,产水量降低2.65×10⁴m³。现场试验证明,减氧空气泡沫驱优化方案切实可行,该成果为鲁克沁稠油规模开发提供了重要技术支持。     

致密油层空气泡沫驱油提高驱油效率实验研究

致密油层物性差,孔喉半径小,油藏非均质性严重,水驱驱油效率低,注水开发效果差。针对这些问题,为提高大庆外围龙虎泡油田高台子致密油层的驱油效率,模拟油层条件开展了空气-泡沫液体系驱油实验。结果表明,高台子致密油层水驱驱油效率平均值为48.95%,水驱后继续空气-泡沫液交替驱替的驱油效率为79.63%,驱油效率提高26.92%;小段塞交替驱替的效果好于大段塞驱;气液比过高,突破时间变短,驱油效率较低;用空气-泡沫液段塞驱代替水驱也能达到较好的驱油效果。致密油层水驱后转空气泡沫驱可大幅提高驱油效率,通过空气-泡沫液段塞、周期、气液比等注入参数的优化进一步改善致密油层驱油效果。图6表4参10     

驱油用黄胞胶的性能评价和优选

在内研究了目前国内几个主要厂家征税的黄胞胶。结果表明，粉末状的黄胞胶杂质含量各不相同，但都远高于胶状的黄胞胶；各种黄胞胶溶液都表现剪切稀释特性和抗盐特性；各种黄胞胶溶液的粘度随温度的升高而升高，但不同的黄胞胶增粘效果不同，Zibo的特性粘度最大，Flocon的特性粘度最小；甲醛溶液的加入能防止胶状黄胞胶的生物降解，黄胞胶溶液在岩心中的流动规律服从幂律模式，不显示粘弹性效应，胶状的Flocon溶液在岩心中有良好的注入性；与同粘度的HPAM溶液相比，Focon溶液提高采收率的幅度较小，但仍有相当高的增采幅度，增采幅度可达8．64％，这一结果展现了这种产品良好的应用前景。     

特低渗透油藏水平井减氧空气泡沫驱油藏方案优化设计

为了提高特低渗透油藏水平井的开发效果,针对志丹油田河川区长6油藏水平井地层能量得不到有效补充,地层能量亏空严重,单井产量递减快等问题,探索利用减氧空气泡沫驱技术高效补充致密砂岩油藏地层能量,开展了减氧空气泡沫驱油藏方案的优化研究。利用数值模拟优化研究得到如下注入参数：根据当前井网形式,确定转注1口水平井作为减氧空气泡沫驱试验井,注入方式采用气液交替泡沫驱;2)初期泡沫液配注量60m³/d,初期减氧空气配注量4500nm³/d;3)段塞组成：0.003PV前置段塞×起泡剂浓度0.7%,0.197PV主体段塞×起泡剂浓度0.35%,泡沫驱总段塞：0.1PV;4)气液交替注入周期为15d;5)初期设计气/液比为3∶1(地下体积比)。该研究成果在试验井组应用,预测能取得较好的经济效益,为深化减氧空气泡沫驱应用研究,提高致密砂岩油藏的采收率奠定了技术基础。     

沈625区块高凝油减氧空气驱实验研究与应用

针对目前辽河油田沈625区块潜山油藏在注水开发方式下,回采效果差及采收率低等问题,开展了不同浓度减氧空气驱的室内实验研究。不同O_2浓度ARC实验结果表明,随O_2浓度降低,原油累积热量时间变长且氧化反应剧烈程度有所下降,但监测到的反应温度不变,放热温度为165℃,氧化反应加剧时温度为195℃。说明沈625块油藏温度低于165℃时放热量很少,不能产生有效热效应,适合采用减氧空气驱。不同O_2浓度静态氧化与动态驱替实验表明,随O_2浓度增加,原油的氧化程度有所增加,但产出的尾气中剩余O_2含量较高;驱油效率贡献率有所增加,但驱油效率变化很小,说明O_2浓度对低温氧化影响较小。结合室内实验结果及氧含量的安全标准,采用氧含量为5%的减氧空气驱替原油,可以有效提高产油量,控制综合含水,既可以降低安全风险,又能够提高油藏采收率。