CN105041275A - 一种注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油企业油井的注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法。其主要技术方案是：先将压力为3.4MPa、氧浓度为21％的压缩空气与纯度＞99.5％的液氮混合，或将压力为0.5MPa、氧浓度为21％的压缩空气与压力0.5MPa、纯度＞99.5％的氮气混合，制得氧浓度为3-15％的减氧空气，再将减氧空气用压缩机从油井的套管、或油管、或套管和油管同时注入目标油藏；最后采用注减氧空气焖井或驱替方式采油，测量采出井导管气氧浓度，控制轻质油藏导管气氧浓度＜3％，稠油油藏导管气氧浓度＜3-5％。本方法从源头上排除注空气采油过程的爆炸的风险，保证空气注入、焖井驱替以及采油全过程的安全；还具有氧化放热加热油层、自生表活剂降低降粘等协同效应辅助提高采收率，应用范围广、成本低。

Description

一种注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法

技术领域

本发明涉及一种用于石油企业中油井的注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法。

背景技术

注空气采油是一种高效低成本的原油提高采收率技术，具有注入能力强、驱油效率高及油藏适应性广等优势，尤其适用于低渗、水敏和深层轻质油藏以及稠油油藏。

轻质油藏以注高压空气驱方式开采，利用原油与空气在油层温度下自发氧化耗氧，产生CO₂和热量，形成具有热效应的氮气驱或烟道气驱。但是我国油藏以陆相沉积为主，油层非均质性严重，注气采油容易发生气窜，如果油藏温度过低时氧化反应不完全，采出气中氧与可燃伴生气混合形成易燃易爆气体，对生产井、注入井、空压缩机及采油设备等造成巨大的安全隐患。

稠油油藏通常以注空气火驱方式开发，通过高温燃烧沉积在储层岩石上的焦炭类物质，产生的大量热量，形成烟道气驱、蒸汽驱、热水驱和轻烃混相驱等作用来提高采收率。火驱虽然具有较高的热利用率和驱油效率，但其投资高、现场施工难度大、“火线”监测与控制难、高温燃烧造成储层结焦坍塌，只能作为稠油油藏的最终开采方式。

CN1987043A公开了一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法，先向油层中注入稠油质量分数0.3-2.0％复合催化剂用量的水溶液，再注入蒸汽/稠油质量百分比30-80％的蒸汽加热油层至150-250℃，最后注入0.5-6.0MPa的空气作为氧化剂反应6-120h，稠油降粘率达20-100％，该技术加入催化剂实现了稠油油藏注空气低温氧化开采，但需注入注蒸汽加热油层，同时还存在焖井时间较长及稠油黏度增加等问题。

注空气采油过程中氧含量过高不仅对生产井、注入井、空气压缩机及采油设备等造成巨大的安全隐患，还会严重腐蚀生产井井筒及采油设备等。如何控制注空气采油过程中O₂浓度，保证工艺过程的安全，是解决该技术大规模应用的关键。

专利CN102392623A公开了一种在注空气前先注入0.05-0.1PV的CO₂形成混相段塞后再注空气或交替注入CO₂段塞和空气段塞以保证采油过程的安全的低渗油藏空气驱采油技术，但是该方法施工复杂且需要稳定的CO₂气源，当采出井氧含量超过烃类的临界氧含量时须关井停产。文献(华帅，刘易非.油藏注空气技术面临的问题及对策.油气地面工程，2010，29(11))和文献(吉亚娟，周乐平.油田注空气工艺防爆实验的研究.中国安全科学学报，2008，18(2))提出了加强现场氧含量的监测，当采出井氧含量达到5％时开始预警，达到8％时停采停注焖井的预防措施。

本发明提出了一种直接注减氧空气，通过调节注入气中氧含量，以适应不同油藏类型、油藏条件和原油性质油藏的安全开采，该方法操作成本更低、安全性更高、可行性更好。

发明内容

本发明的目的是为了解决注空气采油过程中的安全问题，从源头上排除注空气采油过程中的爆炸隐患，特提供一种注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法，其技术方案如下：先将压力3.4MPa、氧浓度为21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮(1m³液氮可汽化为标准状态下氮气696m³)按照体积比0.5-51:1的比例混合，或将压力为0.5MPa、氧浓度为21％的压缩空气与压力为0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按照体积比1:6-0.4的比例混合，制得氧浓度为3-15％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管、或油管、或套管和油管以5-40MPa的压力注入目标油藏；最后采用注减氧空气焖井吞吐或驱替的方式采油，测量采出井导管气氧浓度，严格控制轻质油藏采出井导管气氧浓度<3％，稠油油藏采出井导管气氧浓度<3-5％。

注空气采油过程中空气与原油接触后会发生氧化反应耗氧，其中耗氧速率受反应温度、时间、空气压力和原油性质的影响，因此本发明所述的注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法中，减氧空气的氧浓度根据油层温度、原油性质及气体在地层中的停留时间确定。

上述注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法现场注入方式灵活，可在原来的注入井注入或由采油井转注，也可以根据油田开发调整方案，钻专门的注气井。

上述注减氧空气降低采油井伴生气的采油方法可随着注减氧空气采油过程进行，动态调节注入减氧空气的氧浓度，在保证采油过程安全的同时，利用原油低温氧化反应耗氧，形成热效应及自生表面活性剂等辅助作用共同提高采收率，降低油田开发成本。

本发明提供的注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法，其应用于范围为：油层温度20-150℃、油藏埋深200-6000m、油层厚度1-150m，渗透率0.5-5000mD的注水、或注聚合物驱、或注表面活性剂驱开采后的轻质油藏和稠油油藏、注蒸汽热采后的稠油油藏。

本发明通过调节注入空气中的氧含量保证采油过程的安全，具有以下有益效果：

(1)可预防安全事故发生，从源头上排除了注空气采油过程爆炸隐患：在目标油藏实施注减氧空气采油之前，先根据油层温度、原油性质及气体在地层中的停留时间，确定注入减氧空气的安全值，不存在出现安全预警后再采取措施的滞后性，避免了空气注入、焖井驱替以及采油全过程发生爆炸的风险。

(2)可形成多种协同效应辅助提高采收率，在注减氧空气采油过程中，氧气与原油接触后发生氧化反应放热加热油层，原油氧化后酸性表面活性物质含量增加，有助于降低油水界面张力，提高注空气采油过程的洗油效率，应用范围广、成本低。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更清楚的理解，先结合具体的实施例进行详细说明，但不能理解为对本发明具体实施范围的限定。

实施例1

先将压力为0.5MPa、氧浓度21％的压缩空气与压力0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按体积比1:6的比例混合，制得氧浓度为3％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的油管以5MPa的压力注入目标油藏，采用注减氧空气焖井吞吐方式采油。其中目标油藏为埋藏深度350m、注蒸汽吞吐开采的稠油油藏，油层压力4MPa，油层温度35℃，油层厚度10-35m，平均渗透率4970mD。注气结束后关井焖井30d，再开井采油，采出井伴生气的氧浓度为2.16％。

实施例2

先将压力0.5MPa、氧浓度21％的压缩空气与压力为0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按体积比1:2.5的比例混合，制得氧含量为6％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管以9MPa压力注入目标油藏，采用注减氧空气焖井吞吐方式开采。其中目标油藏为埋藏深度700m、注蒸汽驱开采后的稠油油藏，油层温度58℃左右，油层平均厚度为82m，渗透率3060-3550mD。注气结束后关井焖井25d，再开井采油，采出井伴生气的氧浓度为1.42％。

实施例3

先将压力0.5MPa、氧浓度21％的压缩空气与压力为0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按体积比1:1.1的比例混合，制得氧浓度为10％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管和油管以15MPa的压力注入目标油藏，采用以注减氧空气驱方式采油。其中目标油藏为埋藏深度1300-1450m、注聚合物开采后的稠油油藏，油层温度75℃，油层厚度5-35m之间，平均孔隙度>20％，渗透率1000-1500mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为20d，采油井伴生气的氧浓度为0.69％。

实施例4

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比51:1的比例混合，制得氧浓度为15％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的油管以25MPa压力注入目标油藏，采用注减氧空气驱替方式采油。其中目标油藏为埋藏深度2500m、注水开发后的稠油油藏，油层温度110-140℃，油层厚度为10-35m之间，平均渗透率600mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为20d，采油井伴生气的氧浓度为0.28％。

实施例5

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比18.6:1的比例混合，制得氧浓度为10％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管和油管以30MPa的压力注入目标油藏，采用注减氧空气驱方式采油。其中目标油藏为埋藏深度3600m、注水开发后的稠油油藏，油层温度80-100℃，油层厚度在47-79m之间，渗透率约200mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为24d，采油井伴生气的氧浓度为0.12％。

实施例6

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比51:1的比例混合，制得氧含量为15％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管以40MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气吞吐方式采油。其中目标油藏为埋藏深度5500-5700m的稠油油藏，油层温度>120℃，油层厚度25-53m之间，平均渗透率370mD。注气结束后关井焖井10d，再开井降压开采，采油井伴生气的氧浓度为0.23％。

实施例7

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比18.6:1的比例混合，制得氧含量为10％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管以20MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气吞吐方式采油。其中目标油藏为埋藏深度1400-1600m、注蒸汽吞吐后的海上稠油油藏，油层温度65℃，油层厚度为100-148.5m之间，油藏渗透率2550mD。注气结束后关井焖井15d，再开井采油，采出井中伴生气氧浓度为0.39％。

实施例8

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比33:1的比例混合，制得氧含量为13％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管和油管以25MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气焖井吞吐方式采油。其中目标油藏为埋藏深度2200-2800m、聚合物驱后的海上稠油油藏，油层平均压力16.60MPa，油层平均温度78℃，油层厚度为40-55m，平均渗透率1670mD。注气结束后关井焖井20d，采油井伴生气的氧浓度为0.76％。

实施例9

先将压力0.5MPa、氧浓度21％的压缩空气与压力0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按体积比1:2的比例混合，制得氧含量为7％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的油管以10MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气驱方式开采。其中目标油藏为平均埋藏深度约935m、注水开发后的轻质油藏，油层温度43.5℃，油层厚度为40-75m，平均渗透率626mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为22d，采油井伴生气的氧含量为0.51％。

实施例10

先将压力0.5MPa、氧浓度21％的压缩空气与压力0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按体积比1:1的比例混合，制得氧浓度为10％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管以15MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气驱方式开采。其中目标油藏为埋藏深度1000-1310m、注聚合物驱采油后轻质油藏，油层平均温度68℃，油层厚度45-67m，平均渗透率1400-1550mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为26d，采油井伴生气的氧浓度为0.83％。

实施例11

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的空气与纯度>99.5％的液氮按体积比27:1的比例混合，制得氧浓度为12％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的套管和油管以25MPa的压力注入地层，以注减氧空气驱方式开采。其中目标油藏为埋藏深度2000-2080m、注表面活性剂驱开采后的轻质油藏，油层平均温度86.5℃，厚度为87-105m，渗透率400-520mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为30d，采油井伴生气的氧浓度为0.05％。

实施例12

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按体积比51:1比例混合，制得氧含量为15％的减氧空气；再将上述减氧空气用压缩机从油井的油管以30MPa压力注入地层，以注减氧空气驱方式开采。其中目标油藏为埋藏深度2900-3000m的轻质油藏，油层温度98-113℃，油层厚度为75-89m，渗透率200-350mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为38d，采油井伴生气的氧浓度为0.19％。

实施例13

先将压力3.4MPa、氧浓度21％的空气与纯度>99.5％的液氮按摩尔比2.5:1的摩尔比混合配制为氧浓度为15％的减氧空气，再将上述减氧空气用压缩机从油井的油管和套管以40MPa的压力注入目标油藏，以注减氧空气驱方式开采。其中目标油藏为埋藏深度3500的低渗轻质油藏，油层温度86-95℃，油层厚度为40-55m，平均渗透率20mD，驱替过程中减氧空气在地层的停留时间为50d，采出井伴生气的氧含量为0.16％。

Claims (2)

1.一种注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法，其特征在于：该注空气采油方法包括以下步骤：先将压力为3.4MPa、氧浓度21％的压缩空气与纯度>99.5％的液氮按照体积比3.4-51:1的比例混合，或压力为0.5MPa、氧浓度为21％的压缩空气与压力为0.5MPa、纯度>99.5％的压缩氮气按照体积比1:6-0.4的比例混合，制得氧浓度为3-15％的减氧空气；再将上述制得的减氧空气用压缩机从油井的套管、或油管、或套管和油管以5-40MPa的压力注入目标油藏；最后采用注减氧空气焖井吞吐或驱替的方式采油，测量采出井导管气氧浓度，严格控制轻质油藏导管气氧浓度<3％，稠油油藏导管气氧浓度<3-5％。

2.根据权利要求1所述的注减氧空气降低采油井伴生气氧浓度的采油方法，其特征是：该采油方法应用的目标油藏，油藏埋深200-6000m，油层温度为25-150℃，油层厚度1-150m，渗透率0.5-5000mD的注水、或注聚合物、或注表面活性剂开采后的轻质油藏和稠油油藏、或注蒸汽热采后的稠油油藏。