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1、注气提高采收率技术,西南石油大学 2012年3月,主要内容,一注气原理 二、注气提高采收率物理模拟 三、注气提高采收率油藏工程设计 四、注气提高采收率实例,烃类气体混相驱(Hydrocarbon Miscible),干气(贫气)驱(Lean-Gas Flooding/ Vaporizing-Gas Drive),湿气(富气)驱(Rich-Gas Flooding/ Condensing-Gas Drive),氮气混相驱(Nitrogen Miscible -Vaporizing Gas Drive),CO2驱(CO2 Flooding -Vaporizing-Gas Drive),烟道气驱(F
2、lue Gas -Vaporizing-Gas Drive),1.气体类型,一.注气原理,吞吐 直接气驱 气水交替（WAG） 复合气驱 等,根据混相能力又可分： 混相驱 非混相驱 近混相驱,2.注气方式,一.注气原理,3.气驱分类,4基本原理,当注入气与原油两相间界面张力等于0时，界面消失，两相变成一相，此时就称作混相； 对注气来讲，压力越高驱油效率越高，但当压力高到一定程度，油气间达到混相此时的压力称为混相压力，这时驱油效率一般可高于90%。 达到混相的最小压力就称为最小混相压力（MMP如下图）,针对烃类气驱，在地层压力一定时，随着烃气中间烃含量（富化程度）升高，驱油效率升高，能达到混相的最
3、小富度称为最小混相富度（MME），此时的组分称为最小混相组成（MMC）。,4基本原理,5.混相驱油机理,气体混相驱油按其混相机理又可以分为一次接触混相驱和多级接触混相驱。 5.1 一次接触混相驱达到混相驱替最简单和最直接的方法，是注入按任何比例都能与原油完全混合的溶剂，以便使所有的混合物为单相，这就是一次接触混相。中等分子量烃（如丙烷、丁烷或液化天然气），是常用来进行一次接触混相驱的注入溶剂。,5.2 多级接触混相驱 原油与注入流体在流动过程中，重复接触而靠组分的就地传质作用达到混相的过程，称作多次接触混相或动态混相。 多级接触分为： 向前接触混相（蒸发气驱） 向后接触混相(凝析气驱),5.混
4、相驱油机理,5.2 多级接触混相驱 向前接触混相（蒸发气驱）：平衡的气相与新鲜的原油相接触，通过蒸发或抽提油中的中间烃组分，从而使气越来越富而实现混相。,5.混相驱油机理,5.2 多级接触混相驱蒸发式,K+A 混相排驱,5.混相驱油机理,5.2 多级接触混相驱 向后接触混相（凝析式气驱）：而向后接触是指平衡液相与新鲜注入气之间的不断进行的相间传质，使富气中的中间烃组份不断进入平衡油相，使油相越来越轻从而实现混相 。,5.混相驱油机理,K+G 混相排驱,5.2 多级接触混相驱向后接触混相（凝析气驱）,5.混相驱油机理,6.不同注入气类型与适用条件,6.1 二氧化碳 CO2驱分为：CO2混相驱、
5、CO2非混相驱。其中CO2驱适用条件见下表。,6.不同注入气类型与适用条件,6.2烃气 烃气驱包括混相驱（含高压干气驱）和非混相驱。适用条件见下表。,平均渗透率(,6.不同注入气类型与适用条件,6.3 氮气 氮气驱适用条件见下表。,平均渗透率(,6.不同注入气类型与适用条件,6.4 空气空气来源广泛，是提高采收率的一种新工艺技术，新的应用领域，它既可用于重油(稠油)油藏，也可用于轻中等密度油藏。 其中适用条件见下表。,平均渗透率(,7.注气评价方法,关于注气提高采收率评价和研究，国内基本形成了一套注气评价方法，总体上可分为地质评价、开发可行性评价、经济可行性评价。,7.注气评价方法,表11-5
6、 注气评价实验目的设备及选择依据,主要内容,一注气原理 二、注气提高采收率物理模拟 三、注气提高采收率油藏工程设计 四、注气提高采收率实例,二、注气提高采收率物理模拟,为了描述多次接触过程，一般驱替实验都要用长岩心（1m）或细管(15m)来进行评价。 在注气方面根据注气作用机理的不同分为常规注气和注空气两大类，常规注气地层温度不变化，而注空气可能会导致地层温度的变化。,二、注气提高采收率物理模拟,2.1、常规注气实验评价研究 1膨胀实验 定义：在地层原油配样恢复到地层条件后，在泡点（或露点）压力下，对流体进行若干次注气，每次加入气体后，饱和压力和油气性质均发生变化，对油气体系性质的参数进行测定
7、后，继续加入一定量的气体，直到加入注入流体后泡点压力上升到要求为止。 膨胀实验主要目的：研究注入气后原油的物性变化，尤其是泡点压力与膨胀系数，这是注气数值模拟中必须用到的基本参数 。 实验设备：常用PVT仪 。,二、注气提高采收率物理模拟,对富含凝析油型的凝析气藏，为了减少凝析液的损失常开展注气保压开采，注入介质的种类很多，即可以采用干气回注、注N2、注CO2等。下表是在不同的注入量下的露点压力上升情况。,密闭岩心驱替试验研究表明，虽然注入干气后会使凝析气露点升高（会比以前更容易凝析），但这种损失量并不大。,2.最小混相压力（ MMP）的确定方法,（1）细管实验(Slim-Tube Exper
8、iments),（2）直接观测法(Visual Cell Observations -Rising Bubble Experiments),二、注气提高采收率物理模拟,（1）细管实验(Slim-Tube Experiments),注入PV与采收率的关系,（1）细管实验(Slim-Tube Experiments),P=P1 T=Treservoir,（2）直接观测法,P=P2P1 T=Treservoir,（2）直接观测法,P=P3P2 T=Treservoir,（2）直接观测法,P=P4P3 T=Treservoir,MMP=P4,？,（2）直接观测法,P=P5P4 T=Treservoir
9、,MMP=P5,Why ?,（2）直接观测法,最小混相压力的影响因素,原油的组成和性质 原油的API重度 C5C30的含量 C5+分子量 温度 注入气体的组成,2.最小混相压力（ MMP）的确定方法,混相压力与原油分子量的关系,3.长岩心实验,长岩心驱替试验至少可验证以下问题： 在比细管试验更接近于现场驱替的条件下，注入气能否用于三次采油？ 什么样的注气方式会更有利于提高采收率？ 气体驱替过的油层中，残余油饱和度是多少？ 气体驱替原油发生沥青沉降或溶解矿物质对油层渗透率的影响。,二、注气提高采收率物理模拟,3.长岩心实验自然能量衰竭实验,二、注气提高采收率物理模拟,由记录数据得，从目前油井压力
10、下衰竭到3.10MPa的原油采收率为28.99%。油气比由173增大到1425。,压力（MPa）,3.长岩心实验注氮气长岩心驱替实验,二、注气提高采收率物理模拟,当注入0.3PV氮气时，便开始突破；注入0.4PV时，气油比从原始的166 猛增到3604，采收率达到34%左右，以后再增加注入量，但采收率增加很少；当注入到0.6PV时已经没有油采出，采收率达到36.74%，气油比达到10996 。,3.长岩心实验水气交替岩心驱替实验,二、注气提高采收率物理模拟,水在气水交替达到0.898HCPV时突破，此时采收率为58.68%，。,进行水/伴生气直接交替驱替实验。 段塞大小为0.1HCPV，水气比
11、1:1。,3.长岩心实验水气交替岩心驱替实验,二、注气提高采收率物理模拟,气在气水交替达到1.092HCPV时突破，采收率为60.89%，气突破后气油比迅速上升，且会发生交替变化，。,进行水/伴生气直接交替驱替实验。 段塞大小为0.1HCPV，水气比1:1。,二、注气提高采收率物理模拟,2.2、注空气实验研究注空气驱油（AIP）是指把空气注入某一油藏时自然发生的采油方法。在油层条件下，注入空气与原油接触会同时发生两种现象：驱油和油的氧化，而油的氧化反应又可分为高温氧化（HTO）和低温氧化（LTO）两种。,二、注气提高采收率物理模拟,2.2、注空气实验研究 1实验目的 测定模型参数，如活化能E，
12、反应级次n，前置指数常数K0等。 确定原油氧化反应的温度范围。分为低温氧化（LTO）和高温氧化（HTO）两个区。 LTO从原油点火温度（100150）开始而延伸到大约300350。 HTO紧随LTO之后，对轻质油可能延伸到400500，而对重质油和焦油（沥青）可延伸到700。 确定在油藏条件下原油和空气接触时自发点火的可能性。,二、注气提高采收率物理模拟,2.ARC试验,ARC（accelerating rate calorimeter）仪器，它是在绝热的条件下研究原油在高压（070MPa）情况下的氧化反应，用测得的热释放速率（/分）与温度（）的关系曲线的包络面积的大小和连续性来筛选适于注空气
13、的原油。,实验程序：加热等待检测绝热跟踪放热。只要探测到容器内部在绝热情况下温度上升的速度（至少大于或等于0.02/min），仪器就会自动记录时间、温度和压力资料，并给出绝热情况下的热力学曲线。,二、注气提高采收率物理模拟,2.ARC试验,吐哈鄯善油田样品的ARC实验结果如下：,图给出了只利用0级模型得出的预测值。测试中进一步的试验数据和动力学参数见表。,二、注气提高采收率物理模拟,3.燃烧管试验,（1）燃烧管实验装置,本实验运用燃烧管实验装置关键部件见图11-23。主要由三组温度传感器组成。 实验目的：研究原油在地层岩石和地层水条件下的燃烧情况，为确定油田是否适宜实施高压注空气提高原油采收率
14、提供了实验依据。,图11-23 高压燃烧管示意图（中心线热电偶（TCi），管壁热电偶（TWi），井壁加热器（HRi）,二、注气提高采收率物理模拟,3.燃烧管试验,（1）燃烧管实验装置,该实验一般包括以下论证： 确定原油在地层条件下的燃烧情况。 测定注空气提高原油采收率的情况和维持燃烧所需要的燃料情况，包括现场设计所需的有关经济评价的参数和指标。 测定产出气体的组成，产出油和水的性质，为今后开展现场注空气提高采收率提供现场监测的依据。,燃烧管实验通常是在油藏压力下应用混合疏松岩心进行，主要是观测油田原油在破碎岩心中的HPAI（High Pressure Air Injection）特性，实验用岩
15、心与原油取自实际油田。,二、注气提高采收率物理模拟,3.燃烧管试验,使用燃烧管注入端的13层作为点燃岩心的着火层。燃烧管垂直放置，上部为注入端。稳定燃烧前缘温度最大值基本上是相同的（约为300）。实验选择350为着火温度 。,二、注气提高采收率物理模拟,3.燃烧管试验,稳定燃烧实验分析,图11-26 产生的燃烧尾气组成 图11-27 残余油、水、焦质渣的饱和度,实验后岩心中的残余烃（图11-27）表明200前缘有利于驱替出大量的油。图11-26所示为产出的燃烧尾气，燃烧气组成在6.7小时左右组成（在此之前，二氧化碳似乎被溶解了，并滞留在油相中）。,二、注气提高采收率物理模拟,3.燃烧管试验,产
16、出液历史,图11-28 油和水累积产量曲线(考虑原始条件),实验结束收集了2.9411kg油，包括出口管线的和收集的，体系的原始储量为3.0854kg，采收率即为95.3。图11-28是油水的累积产量曲线，与气体（20MPa，83）注入岩心的相应孔隙体积有关。,主要内容,一注气原理 二、注气提高采收率物理模拟 三、注气提高采收率油藏工程设计 四、注气提高采收率实例,三、注气提高采收率油藏工程设计,在进行注气可行性实验完成后，就可初步确定此油藏是否适合注气，注何种气、按何种方式注气、地层压力保持程度多少有利于驱油。 但仅凭此无法直接确定油藏注气能取得多大的经济效益，必须在此基础上开始油藏工程设计，并对不同方案的生产指标进行预测。 从而，确定注气比注水等其它方式增加的采收率提高量，从而确定最终的经济效益，并作为可行性评价的必要基础数据。,
