注氣驅(qū)油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與啟示

摘 要

摘要：我國(guó)注氣驅(qū)油提高采收率技術(shù)發(fā)展較晚，且存在注CO2與氮?dú)庹l(shuí)更優(yōu)的爭(zhēng)議。根據(jù)國(guó)內(nèi)外10a來(lái)注氣開(kāi)采發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)，從儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層深度、溫度、原油飽和度、黏
摘要：我國(guó)注氣驅(qū)油提高采收率技術(shù)發(fā)展較晚，且存在注CO2與氮?dú)庹l(shuí)更優(yōu)的爭(zhēng)議。根據(jù)國(guó)內(nèi)外10a來(lái)注氣開(kāi)采發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)，從儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層深度、溫度、原油飽和度、黏度等方面分析了國(guó)內(nèi)外注氣技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。分析結(jié)果表明：發(fā)展注CO2提高采收率技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景；受溫室氣體減排的影響，國(guó)際上注CO2驅(qū)油項(xiàng)目主要以注氣混相驅(qū)發(fā)展最快，而我國(guó)注氣試驗(yàn)主要采用商品CO2氣，并且存在混相困難的問(wèn)題；碳酸鹽巖油藏注氣項(xiàng)目超過(guò)砂巖油藏，而傳統(tǒng)認(rèn)為碳酸鹽巖油藏具有裂縫，注氣要竄，故不適合注氣開(kāi)采；國(guó)際上在砂巖油藏注氣開(kāi)采的滲透率并不是太低(大于10×10-3μm2)，而我國(guó)注氣試驗(yàn)都是超低滲透率(小于10×10-3μm2)；多數(shù)油藏是在注水后再進(jìn)行注氣，而過(guò)去認(rèn)為注水后對(duì)注氣效果不利；國(guó)外注空氣目前主要采用高溫氧化開(kāi)采輕油，而不是稠油，而傳統(tǒng)認(rèn)為熱呆適合于稠油。針對(duì)我國(guó)目前注氣情況和國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)，就如何開(kāi)展注氣驅(qū)油工作提出了建議。
關(guān)鍵詞：注氣；驅(qū)油機(jī)理；采收率；二氧化碳；發(fā)展；現(xiàn)狀
1 油藏注氣概況
    目前全世界正在進(jìn)行的注氣采油項(xiàng)目共有188個(gè)[1]，其中注CO2采油項(xiàng)目122個(gè)，占65%；CO2混相驅(qū)項(xiàng)目107個(gè)，占所有注氣項(xiàng)目的57%；注烴類氣采油項(xiàng)目38個(gè)，占20%；注空氣火燒油層項(xiàng)目21個(gè)；注氮?dú)獠捎晚?xiàng)目6個(gè)；注酸氣采油項(xiàng)目1個(gè)。絕大部分取得良好效果。
    2008～2009年全世界計(jì)劃執(zhí)行EOR項(xiàng)目中CO2混相驅(qū)有12個(gè)、非混相4個(gè)、蒸氣驅(qū)7個(gè)、聚合物驅(qū)6個(gè)、火燒油層1個(gè)、表活劑-聚合物2個(gè)[1]，說(shuō)明CO2混相驅(qū)在提高采收率中占主導(dǎo)地位。
    在常規(guī)注氣中，CO2最易混相，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)室溫氣體減排呼聲增大，這給大力發(fā)展注CO2驅(qū)油技術(shù)帶來(lái)了機(jī)遇，發(fā)展注CO2提高采收率技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
2 油藏注氣條件分析
美國(guó)《油氣雜志》200002008年發(fā)表的《世界EOR調(diào)查報(bào)告》[1～5]，從7個(gè)方面說(shuō)明了注氣條件以及發(fā)展趨勢(shì)。
2.1 儲(chǔ)層巖性
    近10a來(lái)，世界范圍內(nèi)實(shí)施注氣項(xiàng)目選擇油藏巖性主要為碳酸鹽巖和砂巖油藏，其中碳酸鹽巖油氣藏是全球油氣田中最重要的組成部分，其常規(guī)油氣儲(chǔ)量占世界總量的60%左右，產(chǎn)量約為50%[6]。
    美國(guó)在過(guò)去的10a中，注氣提高采收率一直是油藏的主要開(kāi)采方法，特別是在碳酸鹽巖油藏中將繼續(xù)以CO2驅(qū)為主[7](圖1)。注烴類氣項(xiàng)目數(shù)在碳酸鹽巖油藏中有所下降，在砂巖油藏中有所上升(圖2)。氮?dú)怛?qū)在砂巖與碳酸鹽巖油藏中的項(xiàng)目數(shù)相差不大(圖3)。
 
2.2 儲(chǔ)層滲透率
   注CO2驅(qū)在碳酸鹽巖中主要應(yīng)用于儲(chǔ)層滲透率在(0.1～10)×10-3μm2及(10～50)×10-3μm2范圍內(nèi)的油藏(圖4)，砂巖中注CO2主要應(yīng)用在滲透率大于10×10-3μm2的油藏，小于10×10-3μm2的油藏只有2個(gè)(圖5)。碳酸鹽巖注烴氣主要用于滲透率在50×10-3μm2以上儲(chǔ)層(見(jiàn)圖6)；砂巖主要是(10～150)×10-3μm2，也有部分是大于300×10-3μm2的(圖7)；而注氮?dú)忭?xiàng)目較少(圖8、9)。
 
2.3 儲(chǔ)層深度
    從理論上分析，CO2驅(qū)需要的混相壓力最低，所以實(shí)現(xiàn)混相的深度最淺，采用CO2驅(qū)的油藏深度主要分布在610～2000m(圖10)，而且主要是混相驅(qū)；烴類氣驅(qū)混相壓力相對(duì)較高，油藏深度主要是1500～2000m及2500～3000m(圖11)；氮?dú)怛?qū)所要求的混相壓力最高，但許多油藏都應(yīng)用了重力驅(qū)，因此不需混相，目前實(shí)施的項(xiàng)目油藏深度在610～1500m范圍(圖12)。
 
2.4 儲(chǔ)層溫度
    在CO2混相驅(qū)中，MMP隨油藏溫度的升高而增加[8]，說(shuō)明油藏溫度過(guò)高對(duì)注CO2混相驅(qū)油藏的開(kāi)采不利。從圖13～15中可以得出，在成功進(jìn)行注CO2項(xiàng)目中，選擇溫度分布在30～60℃的油藏最多；進(jìn)行注烴類氣的項(xiàng)目中，選擇溫度分布在60～120℃的油藏最多；注氮?dú)獾捻?xiàng)目中，選擇溫度分布在60～90℃和大于120℃的油藏最多。
 
2.5 原油飽和度
從圖16～18中可以看出，近10a來(lái)世界范圍內(nèi)實(shí)施的注氣項(xiàng)目中，采用CO2，驅(qū)及氮?dú)怛?qū)的油藏初始飽和度取值范圍為30%～60%，注烴類氣為30%～90%。
 
2.6 原油黏度
從圖19～21中可以看出：在成功進(jìn)行注CO2選擇原油黏度在0.80～1.20mPa·s范圍內(nèi)的油藏最多；在成功進(jìn)行注烴類氣選擇原油黏度小于0.80mPa·s的油藏最多；在成功進(jìn)行注氮?dú)獾捻?xiàng)目中，選擇原油黏度范圍要么較小(小于0.4mPa·s)要么較大(大于2mPa·s)。
 
2.7 國(guó)際注空氣項(xiàng)目的執(zhí)行情況
  據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界正在執(zhí)行注空氣項(xiàng)目總共21個(gè)[1]。可以看出，目前注空氣驅(qū)主要應(yīng)用于輕質(zhì)油藏，方式都是燃燒高溫氧化模式。執(zhí)行項(xiàng)目分布情況為：美國(guó)12個(gè)，加拿大3個(gè)，印度5個(gè)，中國(guó)1個(gè)。其中碳酸鹽巖有12個(gè)項(xiàng)目，11個(gè)在美國(guó)，其滲透率為(10～15)×10-3μm2，原油黏度為1.44～2mPa·s，儲(chǔ)層溫度為93～104℃，直接注空氣燃燒；加拿大的3個(gè)注空氣項(xiàng)目均為砂巖油藏，滲透率為(930～1265)×10-3μm2，儲(chǔ)層溫度為43℃，原油黏度為70mPa·s，直接注空氣燃燒；印度5個(gè)，只有3個(gè)有具體數(shù)據(jù)，儲(chǔ)層溫度為70～85℃，原油黏度為10～550mPa·s，直接注空氣燃燒；僅美國(guó)有1個(gè)普通稠油油藏，儲(chǔ)層巖性為砂巖，原油黏度為660mPa·s，儲(chǔ)層滲透率為650×10-3μm2，油藏深度為123m，直接注空氣燃燒。
3 油藏注氣方式分析
我國(guó)大部分油田仍以傳統(tǒng)的注水方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些油藏能否注氣一直是關(guān)心的問(wèn)題。從圖22、23中可以看出：近10a來(lái)，世界范圍內(nèi)無(wú)論是砂巖還是碳酸鹽巖油藏注氣項(xiàng)目，采用先注水后注氣的項(xiàng)目比進(jìn)行一次注氣的項(xiàng)目多，因此，無(wú)論是新油田的開(kāi)發(fā)還是老油田二次開(kāi)發(fā)，注氣均被認(rèn)為是一項(xiàng)行之有效的提高采收率技術(shù)。
 
4 我國(guó)原油不易混相的原因
   隨著全球?qū)O2排放引起大氣污染的日益重視，注CO2資源化利用潛力越來(lái)越大，其項(xiàng)目占了絕大部分。在我國(guó)開(kāi)展了很多注CO2的吞吐項(xiàng)目，部分CO2驅(qū)也在實(shí)施。國(guó)家也很重視CO2排放及資源利用，專門(mén)批準(zhǔn)“973”項(xiàng)目“溫室氣體提高石油采收率的資源化利用及地下埋存”，還設(shè)置了國(guó)家重大專項(xiàng)和“863”重點(diǎn)項(xiàng)目，對(duì)CO2埋存及資源化利用的各個(gè)方面進(jìn)行了全面研究。但我國(guó)目前大多數(shù)項(xiàng)目都未實(shí)現(xiàn)CO2混相驅(qū)。對(duì)國(guó)外2008～2009年注CO2混相驅(qū)的108個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，表明國(guó)外注CO2混相驅(qū)原油黏度主要分布在0.8～1.2mPa·s，溫度主要分布在30～60℃，儲(chǔ)層深度在600～2000m的較多，碳酸鹽巖注氣滲透率主要在(0.1～10)×10-3μm2及(10～50)×10-3μm2范圍內(nèi)，砂巖中注CO2是滲透率大于10×10-3μm2的油藏?？梢?jiàn)國(guó)外主要是對(duì)碳酸鹽巖油藏進(jìn)行混相驅(qū)(圖24)。當(dāng)然其原油組成對(duì)混相壓力影響也較大，但由于沒(méi)有公布的數(shù)據(jù)，因此這里未列出[9～10]。
 
    我國(guó)注CO2細(xì)管試驗(yàn)混相壓力測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。我國(guó)油藏埋藏較深；溫度均較高，基本沒(méi)有低于60℃的；密度沒(méi)有明顯的規(guī)律；黏度比國(guó)外高，地層溫度高，所以不易混相。從國(guó)內(nèi)外對(duì)比及分析混相條件可知，我國(guó)混相壓力較高的主要原因是地層溫度高、油黏度大。為了提高CO2驅(qū)油效率，有必要對(duì)混相壓力實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行系統(tǒng)研究，確定影響因素，制定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，研究CO2超臨界相態(tài)與混相壓力的相關(guān)性，進(jìn)一步分析CO2的混相條件，采用特殊工藝及方法，降低混相壓力，實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)。
5 我國(guó)油藏注氣現(xiàn)狀與問(wèn)題
    我國(guó)有許多油田開(kāi)展過(guò)注CO2吞吐及部分CO2驅(qū)，正在工業(yè)化試驗(yàn)的有江蘇草舍、吉林紅崗等，目前還有一些油田正進(jìn)行注CO2試驗(yàn)[8，12]，實(shí)施的主要油藏是砂巖特低滲透油藏。由于滲透率太低，只能采用直接氣驅(qū)，注氣方式單一，油藏容易產(chǎn)生注氣突破。試驗(yàn)周期及其他原因?qū)е铝斯I(yè)化試驗(yàn)效果不明顯或見(jiàn)效慢，混相壓力普遍較高，注氣效果差，推廣實(shí)施受到了影響。而國(guó)外主要注CO2是碳酸鹽油藏，即使在砂巖油藏也是滲透率大于10×10-3μm2，因此可實(shí)施多種方式。烴氣混相驅(qū)在葡北和溫五油田取得較好效果，但由于氣源問(wèn)題未能持續(xù)進(jìn)行；高52長(zhǎng)10油藏正在論證注伴生氣富氣驅(qū)；華北潛山搞過(guò)氮?dú)庵亓︱?qū)，取得一定效果，但形成的油富集區(qū)厚度小，不能很好地開(kāi)采；近年來(lái)氮?dú)夂蜔煹罋庾鳛檠a(bǔ)充能量方式在低滲透水敏砂巖油藏中得到一定應(yīng)用，但注氣突破早，基本上未實(shí)現(xiàn)重力驅(qū)，效果不好；一些油藏正在探索注空氣但重點(diǎn)放在低溫氧化方面，在驅(qū)油過(guò)程中消耗氧后效果與煙道氣驅(qū)相近，混相壓力高，驅(qū)油效果不好，部分油藏采用了低溫氧化重力驅(qū)，這種效果相對(duì)會(huì)好一些。大部分油藏注氣突破后還未找到有效流度控制的技術(shù)與方法，超前注氣與擴(kuò)散機(jī)理、混相機(jī)理、裂縫與注氣耦合關(guān)系、水驅(qū)油藏注氣時(shí)機(jī)、氣驅(qū)特征曲線、非線性氣驅(qū)油理論、氣驅(qū)相滲與濕潤(rùn)性等基礎(chǔ)問(wèn)題還未研究清楚，其配套機(jī)理研究也不深入。
目前，我國(guó)CO2排放量居世界第二位，并且還在增長(zhǎng)[13]。預(yù)測(cè)表明，到2025年，我國(guó)CO2排放總量很可能超過(guò)美國(guó)，居世界第一位。由圖25可以看出：近10a來(lái)，世界注氣特別是注CO。提高采收率技術(shù)(EOR)項(xiàng)目逐年增加，已成為世界范圍內(nèi)提高原油產(chǎn)量的重要手段之一。CO2在幾種氣體中混相壓力最低，效果最好，氣源最豐富，發(fā)展注CO2驅(qū)油將是我國(guó)的方向。
 
6 結(jié)論及認(rèn)識(shí)
    1) 從注氣發(fā)展總方向來(lái)看，注氣重點(diǎn)方向是注CO2；部分有氣源的地方可考慮注烴；兩種氣源均沒(méi)有的地方可考慮注空氣。
    2) 我國(guó)油藏不易混相，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)我國(guó)油藏注CO2降低混相壓力技術(shù)攻關(guān)，形成具有中國(guó)特色的混相驅(qū)配套技術(shù)。對(duì)極難混相的油藏重點(diǎn)研究非混相驅(qū)和近混相驅(qū)技術(shù)。
    3) 開(kāi)展碳酸鹽油藏注CO2前期評(píng)價(jià)，探索碳酸鹽巖油藏注氣技術(shù)研究，加強(qiáng)此類油藏提高采收率技術(shù)的儲(chǔ)備與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
    4) 積極推廣低滲透油藏注空氣燃燒高溫氧化驅(qū)油技術(shù)，在沒(méi)氣源的地區(qū)找到大幅度提高低滲透油藏采收率的途徑。在傾角高的高滲輕質(zhì)油藏可考慮低溫氧化重力驅(qū)。
    5) 在我國(guó)不能實(shí)現(xiàn)水驅(qū)的輕質(zhì)中低滲透油藏(滲透率大于10×10-3μm2)或可實(shí)現(xiàn)水驅(qū)但開(kāi)發(fā)效果較差的輕質(zhì)油藏探索優(yōu)化注氣方式，提高采收率。
    6) 加強(qiáng)CO2排放的政策配套與回收激勵(lì)機(jī)制建設(shè)，解決CO2驅(qū)油的氣源問(wèn)題，大力發(fā)展CO2驅(qū)油技術(shù)，既有利于提高采收率，又有利于降低溫室氣體排放。
    7) 加強(qiáng)注氣突破流度調(diào)整技術(shù)研究，提高波及效率，為充分發(fā)揮注氣優(yōu)勢(shì)提供技術(shù)保障。
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(本文作者：郭平1 苑志旺1 廖廣志2 1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西南石油大學(xué)；2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司)