用气把地下石油“撵出来”

2025-07-07 21:31:00

沐浴过后,湿漉漉的头发用吹风机一吹很快就变得干爽飘逸。头发上的水分可以被风带走,地下的石油是不是也可以被气体“撵出来”呢?答案是肯定的,自地面向油层中注入气体确实可以增加产油量,人们把这种利用注入气体提高采收率的采油技术称为气驱开发技术。气体在油层中同地层石油形成混相者称为混相驱油;不形成混相者称为非混相驱油,介于二者之间的称为近混相驱油。

非混相驱油的原理相对简单。气体在压力作用下溶解在石油当中,使石油黏度降低、流动性变强、体积膨胀。溶解了气体的石油所发生的物理性质变化都是有利于开采生产的:黏度降低就不容易粘结在岩石表面;流动性增强就容易被流动的水带到井筒;体积膨胀则增加孔隙含油饱和度,也有利于石油的开采。即使停止注气,溶解在石油中的气体也可以起到积极作用,它们可以逐步释放出来弥补地下压力的损失,起到类似天然溶解气驱的效果。所以非混相驱可以很好地提升石油的采收率。缺点是,非混相气驱很容易产生气体指进(气窜),并且一旦发生气体指进,油井的产气量就快速上升,气驱效率就大大降低。

在气驱技术中,当两种流体按任何比例都能混合在一起,并且所有混合物都能保持单相状态时,这两种流体即为混相流体。因仅为单相,所以流体间不存在界面,从而也就不存在界面张力,这样可把剩余油饱和度降低到最低限度。混相驱又可以细分为一次接触混相和多次接触混相。多次接触混相又可分为蒸发型和凝析型。

在气驱采油技术中,可供选择的气体有很多种,如烃类气体、CO2N2、烟道气、惰性气以及空气等都可以作为气驱采油技术的气源。

按注入溶剂(气体)不同,驱油方法可分为:高压干气驱油法(注入气以甲烷为主,油藏石油富含中间组分C2C6),富气驱油法(注入气富含中间组分C2C6),液化石油气(LPG)段塞驱油法,CO2驱油法,碳酸水驱油法,水气交替驱油法,N2驱油法,烟道气驱油法(约12%CO2,其余为N2和少量杂质),注空气驱油法等。高压干气、CO2N2、烟道气等混相驱油法都属蒸发型多次接触混相,富气驱油法属凝析型多次接触混相,液化石油气段塞驱油法属一次接触混相。

以液化石油气为溶剂的一次接触混相驱能在较低压力下达到混相,因此对较浅的油藏来说,这种方法有较大的潜力——驱替效率高。但其缺点也很明显,液化石油气成本高,若要降低成本,就得采用较小的段塞,但段塞太小,易被顶替气稀释,若采用气水交替顶替,在驱替前缘后面又容易留下较大的残余溶剂饱和度。由于这些缺点,现在已很少实施一次接触混相驱。

富含C2C6的油藏可以采用蒸发型多次接触混相驱,驱替效率可达到95%以上。由于使用干气做溶剂,工艺成本更低。而且驱替过程中若失去混相能力,继续注气即可重新恢复混相;连续注气时,不存在段塞大小的问题。

CO2驱属蒸发型多次接触混相驱,从驱替性能上看,CO2是比天然气更为优越的一种注入溶剂、驱油剂。但它的缺点也很突出:运输成本高;天然CO2资源储量有限;在某些情况下,黏性指进和重力分离现象影响着驱扫效率;达到混相需要满足超临界状态条件;腐蚀性强,需要对地面设备和井下管柱进行防腐处理,增加了注气投资和成本;产出气要专门处理、收集和循环。

N2驱和烟道气(约12%CO2,其余为N2和少量杂质)驱的优点是:N2为无腐蚀性的惰性气体,可节约大量防腐费用;N2密度小于气顶气密度,而黏度却与气顶气接近,即使地层压力高于42.2兆帕也会保持此特性,因而能减弱黏性指进现象;气体偏差系数比CO2、烟道气、C1都大,在同样地层孔隙体积下N2的地面注入量要比其他注入气少,而且N2不溶于水,较少溶于油,驱油过程中膨胀性好,弹性能量大;来源广泛,特别是膜分离技术的发展可直接从大气中吸取N2,既方便又经济。烟道气的驱替机理与N2基本相同,有12%以上的CO2气改善了驱油的效果。

气驱采油技术的最大弱点是注入气体的黏性指进和由于密度差引起的重力分离作用,注入气体过早突破,造成波及体积过低。解决这个问题可以有多种方式,如可以采用气水交替注入方法,交替注入气体段塞和水段塞,通过注水段塞,降低气体相对渗透率,以改善不利的流度比。也可以在注入气体前沿前置泡沫段塞,利用泡沫在多孔介质中的贾敏效应,增加驱替的流动阻力,稳定驱替前缘,提高波及体积,提高石油采收率。在注入气体之前,对油层实施注气剖面调整,堵塞大孔道和“贼层”——高渗透条带,也可以改善注入气的推进均匀性。

气驱采油方法可用于二次采油,也可用于三次采油。根据1998年进行的我国主要油田三次采油潜力评价资料,在全国适合注气驱的石油地质储量至少占参评储量的1/10以上(10亿吨以上)。另外,特别对那些不宜注水的油田(低渗透、水敏储层等),注气驱更有前景。随着科技的发展,气驱采油也开始出现了新的技术突破。通过气驱储气库协同建设,可以提高驱油效率,又可以建设储气库。通过EGR+CCUS联作,可以埋存二氧化碳,提高天然气采收率。通过减氧空气驱,可以提高稠油采收率。通过注空气火驱,可以作为稠油的终极开发方式。

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