【《海上注气开发关键技术概述》5400字】

海上注气开发关键技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u14390海上注气开发关键技术概述 187621.1二氧化碳驱 1149471.2空气驱 2202201.3氮气驱 268861.4烃类气驱 3305181.5烟道气驱 4190821.6WAG技术 4241851.6.1技术介绍 4258201.6.2混相驱与非混相驱 518711.6.3技术机理 6已进入工业化试验的注气提高采收率技术主要包括二氧化碳驱、空气驱、氮气驱、烃类气驱和烟道气驱等。1.1二氧化碳驱作用机理：CO2驱油机理：（1）混相原理：注入地层的二氧化碳在注入压力大于最小混相压力后完全溶于油相中形成混相（界面张力消失），形成的混相流动性好、粘度低，且毛管张力在理论上降到最低值，因此采收率大大增加。（2）非混相原理：以高压注入的CO2能有效地降低油水流度比。在地层内，CO2溶于水后增加水的黏度，溶于油使原油体积膨胀、黏度降低，结合这两点，另外CO2还能降低油水界面张力（作为中间介质）从而加快采油速度，提高洗油效率并且降低残余油饱和度。模拟方法：CO2驱油的数值模拟主要考虑CO2在油气两相中的分配、在水相中的溶解。首先要根据给出的模型的初始状态（温度、压力等参数），计算气相中及溶解在油相中的CO2质量，作为初始条件使用。在模拟过程中需要考虑各相中CO2是否已经达到饱和。在条件允许的情况下，要考虑溶解的CO2产生的碳酸对地层溶蚀作用导致的渗透率改变。1.2空气驱作用机理：向油藏中注入的空气在地层温度条件下与原油发生低温氧化反应，生成大量的二氧化碳、一氧化碳等气体，与空气中原有的氮气共同组成了烟道气，这些气体溶于地层原油起到降低黏度的作用，进而对油藏进行驱替[19]；同时由于之前的氧化反应释放出大量热量，使原油体积膨胀推动地层液体流动，将化学能最终转化为动能，虽然这个过程消耗了部分轻质原油，但总体上还是提高了驱油效率。二氧化碳和氮气不仅能溶解于原油中从而达到降低黏度的效果，还可以置换出原油中的某些轻质或中间组分的烃类物质，这些气态烃类物质联合之前注入的氮气及CO2在以现场增压技术的参与下可以产生一种针对原油进行抽提作用，达到类似混相驱的效果。在空气注入初期时注入的氧组分还未充分与地层原油接触，因此氧化反应的效果不明显，对比连续氮气注入驱就没有明显优势；但后期氧组分与轻质原油反应后有着不小的热效应，这些热量有利于下一步反应速度的提升，因此随注入量的不断增大，氧组分的反应作用会越来越明显，这时的产油增量就颇为可观了。模拟方法：空气驱的模拟主要需要考虑空气中的氧组分与轻质原油的反应，其生成碳的氧化物的速率是影响空气驱提高采收率效果的因素之一。1.3氮气驱氮气是一种化学性质稳定的气体，不会产生燃烧、爆炸等事故，也比二氧化碳、烃类气等气体容易制备收集，因此成本也较低。可以说，氮气是一种安全理想的、较为廉价的注入气。氮气氮气的特性:Ⅰ、较大的体积系数使氮气与其它气体相比在同等注入量（以地面状态计）下的驱油效率高，这有利于注氮气提高采收率（与其他气体相比）。Ⅱ、氮气的压缩系数高，在注入前可以通过增加地表温度的方式给予地层更多的能量。这种压缩性也能使氮气更容易地进入细小的孔道来增加波及面积；氮气的膨胀性大，为地层补充弹性能量，这些能量可以产生很好的驱油效果。Ⅲ、氮气导热性差，因此氮气的体积受压力变化影响较大。表面张力差，使孔壁上的剩余油减少。这两种特性均能有效提高驱油效率[20]。Ⅳ、氮气易溶于油相，几乎不溶于水，这种性质可以使氮气堵水，且对油的影响较小。这些性质使氮气能够作为一种有效的注入气体进行驱替。作用机理：（1）混相驱：①氮气在高压注入后与原油接触，但与CO2不同的是氮气不会在此阶段完全溶于原油，而是依靠注入的高压将原油中的轻组分进入氮气形成特殊混相。②由于氮气混相效果不佳，但也不易于其它注入气混溶，因此可利用氮气段塞推动其它气体进行混相驱（2）非混相驱：主要是依靠胀大原油体积的方式提高采收率，另外氮气可溶于油但不溶于水，因此利用氮气气泡进入孔隙堵水具有不错的效果，可以调整原油流向。模拟方法：氮气驱替主要考虑氮气溶于油相，考虑选用黑油模型。1.4烃类气驱烃类驱提高采收率的作用主要有降低界面张力、降低原油粘度、增大波及体积等。烃类气驱适合使用在本身气态烃含量较少的油藏，若使用在油相中气态烃已饱和的情况下，则其效果接近惰性气驱，这时因为烃类气的成本本身较高且具有一定的危险性（易燃易爆），因此使用效果会大打折扣。烃类气驱中，丙烷组分对于采收率的提升具有不错的效果，若制备的烃类气含有的丙烷组分较小，那么后期注入含有丙烷组分较高的烃类气时会得到更高的采收率，因此在成本允许的前提下，可以考虑将丙烷组分分离出来，按照实际需要酌情添加注入。作用机理：（1）注烃气混相驱：烃类气和被驱替的油在油藏条件下（注入压力大于最小混相压力）形成混相，消除油气两相之间的界面，使多孔介质中的界面张力和毛细管压力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留的石油（理论上可将全部石油驱替出，采收率提升至最高）。（2）注烃气非混相驱：烃气在原油中有一定的溶解度，一定压力下溶解气可以改变油流特性（降低原油粘度），同时不混相的气液之间存在传质作用，而这种传质作用会将液相抽提出来。所以非混相驱也会使原油采收率提高[21]，但实际效果略逊于混相驱。模拟方法：注烃类气体躯体过程中的主要影响因素主要是是气水比、压力保持水平、注气速度。以黑油模型进行为主，根据具体油藏情况再加其它限制条件1.5烟道气驱烟道气驱技术省去了提纯某种单一注入气体（例如N2、CO2）的工艺及其成本，同时也能够实现CO2气体的封存，可有效降低温室气体排放，实现资源的合理利用[22]。但其缺点也较为明显，烟道气具有一定腐蚀性且其中组分的化学性质各异，储存设备和井口注入设备的结构和材料要求高于其它单一注入气体。在满足了这些器材成本的条件下，烟道气驱是一种不错的注入气。作用机理：烟道气驱的作用原理与空气驱类似，但烟道气驱中的碳的氧化物和氮的氧化物并不依赖地下原油发生的反应，其所使用烟道气的主要来自油田现场伴生气燃烧的尾气以及燃煤电厂排放的废气。主要组分是氮气、碳的氧化物和氮的氧化物，具有可压缩、易溶于油（几乎不溶于水）、可混相及腐蚀等特性。其中CO2和N2的溶解可使原油降低粘度，并且能获得大量弹性能量。以高压注入的烟道气在油藏内迅速膨胀，为开采提供了驱油动力。向油藏的气顶或者油柱注入烟道气，通过与原油的重力分异作用达到重力泄油的效果。模拟方法：烟道气的注入方式主要是蒸汽吞吐或是水气交替，要模拟定时关井或者按方案进行转注。1.6WAG技术随着近年来发现的低渗透油藏储量比例增大，注气已成为开发低渗透油藏的一个重要手段，水气交替注入技术（WAG技术）作为一种重要的优化注气方式已先后在各油田等展开了研究。在海上油田进行水气交替注入能够将气驱的提高采油效率与注水提高波及体积的优点有效结合起来，是海上油田提高经济效益的有效手段。1.6.1技术介绍将水、气以段塞形式周期性在同一井口交替注入到油藏中，这样的生产注入方式被称为水气交替驱油。因为周期性注入流体的性质不同，使得油、气、水三相的相对渗透率曲线的特征与常规油水两相大为不同[23]。与连续注水、连续注气相比，将会大大提高油气的采收率，在连续水驱的情况下，由于孔喉结构的原因，仅注水无法使水进入部分孔隙和喉道，水无法波及。交替注入气体的作用能降低原油的粘度，使原油的体积增大膨胀，增加弹性能量；气体在大孔隙中形成的阻力阻止水进入大孔隙，使后续的水进入小孔隙中驱油，驱替后的油进入大孔道，水将油驱替出来，利用气体的压缩性、膨胀能力，液相在地层中产生的贾敏效应，扩大波及体积而提高采收率。水气交替注入由两种传统采油方法结合而来，是目前二次、三次采油中富有潜力的有效方法[24]。随这技术的不断发展，将二氧化碳、氮气、油藏采出的气态烃类等气体从注入井注入到地层，可以提高原油采收率和维持地层压力稳定。这种技术可以有效地减少油藏中和剩余油，提高采收率。1.6.2混相驱与非混相驱混相驱油是指气体注入压力高于气体与原油之间的最小混相压力时的驱替，气体与原油互溶，使得原本的驱动介质和被驱动介质之间的互相溶解，直到相界面消失，达到混相的效果，从而使表面张力趋近于零、毛细管力减少[25]。在理论上，混相驱能使残余油饱和度能够降低到0，采收率达到最大。因此混相驱可以大大提高洗油效率。非混相驱油是未达到混相条件时的驱替，地层流体气、油两相流动，没有消除二者间界面。气液密度差及毛管力作用比混相驱高，因此气驱波及效率较低，驱油效果差但高于水驱或惰性气驱。相比混相驱油来说，混相驱条件提高采收率的幅度相对较低。我国大部分油藏的沉积环境属于陆相沉积，根据张可、李实等人的原油样本分析和建立的预测关联式分析得知，在陆相沉积的原油和二氧化碳之间最小混相压力较高[27]，构成混相驱的条件较为苛刻，因此非混相驱油藏占比较大[28]。非混相驱通过以下三方面机理提高采收率：Ⅰ、气体以高压状态注入地层后与地层原油的不断接触并溶解使得地层油体积膨胀。Ⅱ、溶解于地层油后使原油粘度降低，这有利于原油的生产，从而达到增产的目的。Ⅲ、高压条件下，生产过程中储层压力不断地下降，而分压作用会造成被压缩气体的体积不断膨胀，这一过程能将原油从孔隙中驱替出来。无论是CO2混相驱还是非混相驱，水气交替都比连续CO2驱的效果好[29]。本次研究的水气交替驱属于非混相驱。1.6.3技术机理图2连续气驱与水气交替驱对比示意图[30]（1）、连续气驱。气体分子间距大，因此压缩性、膨胀性较大，内聚力较小，形变能力极强。与水驱不同的是，气驱大多是活塞式驱油，然而注入气与底层流体之间的速度差异使压力传递不稳定，让气驱过程出现“活塞失密”现象。由于气体较大的压缩性，在气体通过较窄的地方，容易发生断裂，气体以气泡的形式进入下一孔隙中，由于气体的膨胀性，气泡膨胀将孔隙中的油驱替排除，之后与后续气体形成通道，这种在驱替过程中气体被压缩为气泡然后进入下一孔隙驱替原油的形式，被称为“间歇式”流动，直到驱替压力的不足以把下一孔隙里面的油驱替出去，某段压力与前一段通道中的压力形成一个平衡。由于油、气与孔隙孔壁的润湿性不同，油的润湿性大于气体，因此，驱替的过程中，流动通道的表面会留下一层薄油膜，若驱替压力升高，这些油膜将可能成为残余油。气驱是一个逐级驱油的过程，因此气所通过的孔道扫油率都提高。但气驱总体的波及面积较小，因为在突破之后，形成气窜，气体沿阻力小的孔道和渗透率较高的层流动，所以波及面积不再扩大。这些阻力较大的孔隙中，残余油仍是连续相。（1）、气水交替（单次，先注气，再转注水）。先注入的气体具有气驱油的特征，气体分散开来率先占据大孔道和在渗透性较好的地层中。转注为水驱后，注入气向下一孔隙流动形成气泡，由于气泡产生的贾敏效应，使得水在大孔道或渗透性好的层中渗流阻力增大，使水不能任意沿大孔道、宏观高渗透层或高渗透区窜流，驱动压力升高，迫使部分注入水向渗透性较差的区（层）中分流，驱动压力为细小孔隙的吸水提供了动力，因此增大了波及面积和扫油效率。部分水沿着气体打开的空间前进，驱替气驱残余在孔壁上的薄油层，而之前占据大孔隙的气体进入下一孔隙。此时，未被水波及的地方，相比连续气驱的驱替压力增大，进一步有增强气驱的特点，由于气体的存在，水的阻力就存在，其中的部分水继续向渗透率小的层流动，与连续水驱相比，水的波及面积是大大增加了的。气驱残余油被水以活塞方式驱出，在大孔隙中在重力作用影响下以油膜的形式流动，在小孔隙中以油段的方式流动，由于气体的压缩性，导致了水的流动能力降低，增大了油的驱替效率。（2）、水气交替（单次，先注水，再转注气）。先注入的水具有连续水驱特征，一部分水以非活塞的驱油方式进入到大孔道中，因此在大孔道上滞留有油，这些油被水分割包围，形成孤立的、不连续的液滴，因此大大降低了油相的流动能力；另一部分则以活塞式进入细小孔道和喉道中，将其中的油排出。注入的气体因大孔道中的油和水及喉道处水增加的毛管阻力，驱替压力明显升高。在注入气体后，由于地层是亲水，且这时水在孔壁上形成水膜降低了弯曲孔壁的迂曲度和粗糙度。所以相对来说，含油孔道的阻力小于含水孔道的阻力，因此气体运动以含油孔道驱油为主，剩余的气体沿含水的大孔道以气泡形式进行驱替，所以存在的残余油被驱替出，提高扫油效率。（3）、多次交替。在初次交替时，各流体饱和度变化较大，占总变化程度的80%以上，后面数次交替各流体饱和度变化较小，且越来越小。在交替驱替的不断进行的过程中，油被驱出，油相饱和度逐渐下降；不停交替地注入水、气，这两相的饱和度就逐渐地升高。在参与渗流的三相流体中，水与孔壁的润湿性最强而为连续相，故油、气成为非连续相，因此水相的相对渗透率升高得最快；气相虽也上升，但上升的幅度相对水而言较小，其流动能力随水相上升而逐渐下降（水相阻力大）；随着交替驱的进行，注入水开始占据大孔道，含水饱和度逐