CN105756630A - 一种重力辅助复合气驱方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力辅助复合气驱方法，该方法在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。基于重力超覆原理，该复合气驱方法利用密度较小的第一驱替气体超覆形成的气顶能量实现垂直向下稳定驱替，延缓气窜，从而提高注气波及系数，利用第二驱替气体降低油藏混相压力，实现混相驱替，提高气驱油效率，使原油最终采收率大幅度提高。

Description

一种重力辅助复合气驱方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种重力辅助复合气驱方法。

背景技术

目前，石油的平均采收率在30％～60％之间，业内通常采用注入驱替介质来提高采收率。根据驱替介质的不同和驱替方式的差异，将目前提高采收率的驱替技术分为4类，分类如下：化学驱(包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱以及化学复合驱)；气驱(分为气体混相驱与气体非混相驱，常用驱替介质的气体主要有CO₂、N₂、烃类气、烟道气等)；热力驱；微生物驱。

由于深层、超深层砂岩油藏具有高温(大于90℃)、高盐(大于5×10⁴mg/L)、高钙镁离子(大于1000mg/L)等特征，现有化学驱技术和微生物驱技术并不适应高温高盐的油藏环境，因此无法通过这两种方法达到提高采收率需求。但是气体可以适应这样的油藏环境，通过气驱方法提高采收率是国内外提高石油采收率的重要方法之一。截止2010年，全世界正在进行的通过气驱提高采收率的项目共有183个，其中所注气体选择为CO₂的项目有130个，占所有气驱项目的71％；所注气体选择为CO₂混相的项目有118个，占所有气驱项目的64％；所注气体选择为烃类气的项目有36个，占所有气驱项目的20％；所注气体选择为空气火烧油层的项目有12个；所注气体选择为氮气的项目有4个。这些项目大部分取得良好效果，其中由于CO₂易溶解于原油并使其体积膨胀、粘度降低，因此在气驱中是大幅度提高油田采收率的有效措施。

但是在实际开采过程中，具备很多优点的CO₂驱也存在着许多缺点，例如：CO₂驱会减少煤层渗透性，这是因为CO₂驱替CH₄后，煤将发生体积膨胀从而引起渗透性降低；CO₂驱需要大量的CO₂，但是由于提纯设备的产能小和成本高，大规模纯CO₂气源难以保证；CO₂驱只适用于不可开采煤层，在实际应用中甚至给其上下周边煤层的开采带来困难。所以采用何种气驱方法在能够提高采收率的同时，还能保持经济可行性、保证安全性是当前需要考虑的。

发明内容

本发明提供一种重力辅助复合气驱方法，该方法在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。基于重力超覆原理，该复合气驱方法利用密度较小的第一驱替气体超覆形成的气顶能量实现垂直向下稳定驱替，延缓气窜，从而提高注气波及系数，利用第二驱替气体降低油藏混相压力，实现混相驱替，提高气驱油效率，使原油最终采收率大幅度提高。

本发明提供一种重力辅助复合气驱方法，包括：在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，所述第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，所述第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，所述混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，所述第一驱替气体为干气或氮气。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，所述第二驱替气体为富气、液化气或二氧化碳。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，还包括：根据所述第一驱替气体与所述第二驱替气体的密度差、油藏的油柱高度、油藏渗透率确定所述第一驱替气体的达西速度。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，所述第一驱替气体的达西速度满足如下条件：

$\left(\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_o}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}\right)\left(\frac{L}{h}\right)\≥1$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，第二驱替气体形成的混相驱替气垫的厚度大于等于第二驱替气体与原油形成的混相带的厚度。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，所述混相驱替气垫的厚度的最小值为：

$h_{\min }=\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_0\·L}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，所述第一驱替气体为干气，所述第二驱替气体为液化气时，干气驱液化气进而驱油的稳定速度与临界速度之比为0.23。

如上所述的重力辅助复合气驱方法，气体的注入顺序为先注入第一驱替气体，再注入第二驱替气体。

本发明提供的重力辅助复合气驱方法通过在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，从而使得混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替，提高气驱油效率，使原油最终采收率大幅度提高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种重力辅助复合气驱方法的原理图；

图2为本发明实施例提供的与常规气驱数值模拟对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种重力辅助复合气驱方法，该方法包括：在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。

需要说明的是，混相驱替是指为了提高驱油效率,使驱动介质和被驱动介质之间互相溶解、界面消失，达到混相，从而表面张力和毛细管力减少到零的驱油方法。对于各种液态碳氢化合物,如汽油、煤油、醇,以及液化石油气,如乙烷、丙烷和丁烷等,只要它们保持液态,就能与原油直接混相(一次接触混相)。若不考虑压力,当温度超过液化石油气的临界温度即出现气相时,它们与原油之间就变成为非混相状态。温度和压力的高低,直接影响两相间界面张力的大小。相间界面张力愈小,越容易混相；当界面张力为零时,即两相界面消失,成为一相。

具体的，该重力辅助复合气驱方法是在油藏的构造高部位部署注气井用于注入密度较小的第一驱替气体，在油藏的构造中部位部署注气井用于注入密度较大、并且易于与原油形成混相的第二驱替气体，在油藏底部部署采油井，然后通过在油藏的构造高部位部署的注气井注入第一驱替气体，在油藏的构造中部位部署的注气井注入第二驱替气体，由于第二驱替气体的密度较大，而第一驱替气体的密度较小，第一驱替气体和第二驱替气体之间存在着密度差，因此注入的第一驱替气体和第二驱替气体并不会完全混合，第一驱替气体由于重力超覆存在在构造高部位，第二驱替气体存在在构造中部位，但是由于分子之间的不间断运动，第一驱替气体和第二驱替气体虽然不会完全混合但在接触边界仍然会出现一个混相带，这个混相带是一部分第一驱替气体和一部分第二驱替气体所形成的，里边既有第一驱替气体的分子，也有第二驱替气体的分子。在第二驱替气体注入后，也会和原油进行混相，从而形成第二驱替气体与原油的混相带，而没有与原油混相的一部分第二驱替气体形成稳定的混相驱替气垫位于第二驱替气体与原油的混相带之上，从而在第一驱替气体的不断注入下，驱动着第二驱替气体形成的混相驱替气垫缓缓向下运动，使得第二驱替气体和原油形成的混相带不断的对原油进行混相驱替，进而将原油从部署在油藏底部的采油井中驱出。

需要说明的是，在油藏的构造高部位和油藏的构造中部位部署注气井的井数可以是一口也可以是多口，既可以是直井也可以是水平井，实际部署的井数和井型可以视具体情况而定，如果油藏物性好、吸气能力强，可以只部署一口注气井，反之可以多部署几口注气井。油藏的构造高部位和油藏的构造中部位部署注气井的位置也要视实际情况而定，看油藏的构造高部位和油藏的构造中部位的具体哪一部分适合部署注气井。在油藏底部部署采油井的数量可以视具体情况而定，与第一驱替气体的达西速度和出油量有关，如果第一驱替气体的达西速度比较快导致驱出的油量大，可以多部署几个采油井，如果第一驱替气体的达西速度比较慢导致驱出的油量少，可以少部署一些采油井，甚至只部署一个采油井。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。基于重力超覆原理，该重力辅助复合气驱方法利用密度较小的第一驱替气体超覆形成的气顶能量实现垂直向下稳定驱替，延缓气窜，从而提高注气波及系数，利用第二驱替气体降低油藏混相压力，实现混相驱替，提高气驱油效率，使原油最终采收率大幅度提高。

在上述实施例的基础上，该重力辅助复合气驱方法的第一驱替气体为干气或氮气；第二驱替气体为富气、液化气或二氧化碳。

其中，干气是指甲烷含量大于90％，乙烷含量很少，不含或含微量乙烷以上的烃类气体。干气中由于甲烷含量高，与原油的混相压力高，难以实现混相驱。

氮气(N2)，通常状况下是一种无色无味的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12％(体积分数)，是空气的主要成份。因为氮气的临界温度较低，所以氮气的性质受温度的影响较小，而且氮气在淡水、盐水及原油中的溶解性很弱，因此有利于用其保持油藏压力进行开采。

富气是指甲烷含量一般小于90％，含相当数量的乙烷及以上烃类气体。富气中由于乙烷及以上烃类气体含量较高，可降低原油的混相压力，注入富气与原油多次接触可实现混相驱。

液化气是指丙烷和丁烷的含量大于60％的液化石油气(简称LPG)。液化石油气与原油一经接触即可混相，注入液化石油气可以实现一次接触混相驱。

二氧化碳是空气中常见的化合物，碳与氧反应生成其化学式为CO₂，一个二氧化碳分子由两个氧原子与一个碳原子通过共价键构成，二氧化碳溶解于原油，因此可以使原油粘度显著下降，而且一定体积的二氧化碳溶解于原油，根据压力、温度和原油组分的不同，可使原油体积增加10％-100％。由于体积膨胀，为驱油提供了动能，提高了驱油效率。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，通过采用气体密度小的干气或氮气作为第一驱替气体，重力超覆现象明显，采用气体密度大的富气、液化气或二氧化碳作为第二驱替气体，容易与原油实现混相。从而在第一驱替气体的不断注入下，驱动着第二驱替气体形成的混相驱替气垫缓缓向下运动，使得第二驱替气体和原油形成的混相带不断的对原油更好地进行混相驱替，提高驱动油率。

本实施例提供一种重力辅助复合气驱方法，图1为本发明实施例提供的一种重力辅助复合气驱方法的原理图。如图1所示，在油藏的构造高部位部署注气井，用于注入密度较小的第一驱替气体(干气)，在油藏的构造中部位部署注气井，用于注入密度较大、并且易于与原油形成混相的第二驱替气体(富气或液化气)，在油藏底部部署采油井用于采油。通过位于油藏构造高部位部署的注气井注入第一驱替气体(干气)，通过位于油藏构造中部位部署的注气井注入第二驱替气体(富气或液化气)，注入的干气会在油藏构造高部位形成气顶，注入的第二驱替气体(富气或液化气)一部分会和原油形成一个混相带，也就是图1中所示的混相/富油带，另一部分没有和原油形成混相带的第二驱替气体(富气或液化气)就是图1中所示的富气/液化气带，也称之为混相驱替气垫；而由于注入的第一驱替气体(干气)和第二驱替气体(富气或液化气)之间存在着密度差，它们始终都不会发生完全混合，只会在接触的边界处形成一个混相带，这个混相带是由于分子间的不断运动形成的，是第一驱替气体(干气)和第二驱替气体(富气或液化气)之间的混相带，混相带会慢慢地趋于稳定。再随着第一驱替气体(干气)的继续注入，气顶聚集的气体越来越多，压力也越来越大，会使得第一驱替气体(干气)和第二驱替气体(富气或液化气)形成的混相带向下运动，因此富气/液化气带，也称之为混相驱替气垫也会向下运动，接着第二驱替气体(富气或液化气)和原油形成的混相带也向下运动，从而使得混相/富油带向下运动实现原油的混相驱替，最终将原油从部署在油藏底部的采油井中驱出。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，在构造高部位注入密度较小的第一驱替气体(干气)，在构造中部位注入密度较大的第二驱替气体(富气或液化气)，一部分第二驱替气体的会和原油形成一个混相带，另一部分没有与原油形成混相带的第二驱替气体(富气或液化气)形成混相/富油带，也称之为混相驱替气垫；在第一驱替气体的不断注入下，驱动着第二驱替气体形成的气垫缓缓向下运动，使得第二驱替气体和原油形成的混相带不断的对原油进行混相驱替，进而将原油从部署在油藏底部的采油井中驱出。

在上述实施例的基础上，本发明提供的一种重力辅助复合气驱方法，还包括：

根据所述第一驱替气体与所述第二驱替气体的密度差、油藏的油柱高度、油藏渗透率确定所述第一驱替气体的达西速度。

具体的，第一驱替气体的达西速度要根据密度差、油柱高度、油藏渗透率来合理控制，避免因为速度过快而造成气窜，不利于混相带稳定向下对原油进行混相驱替。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，根据第一驱替气体与第二驱替气体的密度差、油藏的油柱高度、储层渗透率确定第一驱替气体的达西速度，以确定好的速度在构造高部位注入密度较小的第一驱替气体，从而避免因为速度过快而造成气窜，不利于混相带稳定向下对原油进行混相驱替。

在实施例一的基础上，第一驱替气体的达西速度满足如下条件：

$\left(\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_o}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}\right)\left(\frac{L}{h}\right)\≥1$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

需要说明的是，第一驱替气体的达西速度指的是在第一驱替气体驱动下第一驱替气体与第二驱替气体的混相带、混相驱替气垫、第二驱替气体和原油的混相带向下运动的速度。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，第一驱替气体以满足的达西速度在构造高部位注入第一驱替气体，在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，第二驱替气体没有与原油混相的一部分第二驱替气体形成混相驱替气垫，从而在第一驱替气体的不断注入下，驱动着第二驱替气体形成的混相驱替气垫缓缓向下运动，使得第二驱替气体和原油形成的混相带不断的对原油进行混相驱替，从而将原油驱出。

在实施例一的基础上，第二驱替气体形成的混相驱替气垫的厚度大于等于第二驱替气体与原油形成的混相带的厚度。该混相驱替气垫的厚度得最小值为：

$h_{\min }=\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_0\·L}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，在构造高部位注入密度较小的第一驱替气体，在构造中部位注入密度较大的第二驱替气体并使其形成的混相驱替气垫的厚度的最小值大于等于第二驱替气体与原油形成的混相带的厚度，从而在第一驱替气体的不断注入下，使得第二驱替气体形成的混相驱替气垫不会因为厚度不够，而发生气窜，保证了第二驱替气体与原油形成的混相带能够稳定地向下运动不断地对原油进行混相驱替，进而将原油驱出。

在上述实施例的基础上，该重力辅助复合气驱方法的第一驱替气体为干气，第二驱替气体为液化气时，干气驱液化气进而驱油的稳定速度与临界速度之比为0.23。

需要说明的是，稳定速度指的是在第一驱替气体驱动下第一驱替气体与第二驱替气体的混相带、混相驱替气垫、第二驱替气体和原油的混相带向下运动的、不产生气窜，并且驱替效果最好的第一驱替气体的达西速度，而临界速度指的是在第一驱替气体驱动下第一驱替气体与第二驱替气体的混相带、混相驱替气垫、第二驱替气体和原油的混相带向下运动的、不产生气窜的第一驱替气体的临界达西速度，一旦超过了临界速度，就不能保证不发生气窜。0.23是通过大量的实验得出的比值，指的是当第一驱替气体选择为干气，第二驱替气体选择为液化气时，稳定速度与临界速度之比为0.23，得知了该比值，在具体应用中，可以计算出稳定速度。

表1为本发明第一驱替气体为干气，第二驱替气体为液化气的实施例中复合气驱稳定带流体组成。其中干气与原油最小混相压力大于60MPa，液化气与原油一次接触混相。通过该表可以体现驱油过程中的组分交换。

表1

图2为本发明实施例提供的与常规气驱数值模拟对比图，以某油田数值模拟得到的图2表明，该油田采用水驱的采收率为56％，单注干气驱采收率为65％。本方法采收率可达90％，比水驱、单注干气分别提高采收率34％、25％。同时使用本发明方法，可以有效降低富气/液化气的注入量至单独CO2驱或单独富气(液化气)驱的1/5，但提高采收率效果与单独CO2或富气(液化气)驱的效果基本一致。

在上述实施例的基础上，该重力辅助气驱方法的气体注入顺序为先注入第一驱替气体，再注入第二驱替气体。

本实施例提供的重力辅助复合气驱方法，首先在构造高部位注入第一驱替气体，再在构造中部位注入第二驱替气体，其中，第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，第二驱替气体没有与原油混相的一部分形成混相驱替气垫，从而在第一驱替气体的不断注入下，驱动着第二驱替气体形成的气垫缓缓向下运动，使得第二驱替气体和原油形成的混相带不断的对原油进行混相驱替，进而将原油驱出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种重力辅助复合气驱方法，其特征在于，包括：

在构造高部位注入第一驱替气体；

在构造中部位注入第二驱替气体；

其中，所述第二驱替气体的密度大于第一驱替气体的密度，所述第二驱替气体在第一驱替气体与原油之间形成混相带，所述混相带在第一驱替气体的驱动下对原油进行混相驱替。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一驱替气体为干气或氮气。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二驱替气体为富气、液化气或二氧化碳。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一驱替气体与所述第二驱替气体的密度差、油藏的油柱高度、油藏渗透率确定所述第一驱替气体的达西速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一驱替气体的达西速度满足如下条件：

$\left(\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_o}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}\right)\left(\frac{L}{h}\right)\≥1$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二驱替气体形成的混相驱替气垫的厚度大于等于第二驱替气体与原油形成的混相带的厚度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述混相驱替气垫的厚度的最小值为：

$h_{\min }=\frac{u\·{\mathrm{\μ}}_0\·L}{\mathrm{kg\Δ\ρ}}$

式中u为第一驱替气体的达西速度，L为油藏注采井距，μ₀为原油粘度，Δρ为第一驱替气体与第二驱替气体的密度差，g为重力加速度，k为油藏渗透率，h为油藏厚度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一驱替气体为干气，所述第二驱替气体为液化气时，干气驱液化气进而驱油的稳定速度与临界速度之比为0.23。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气体的注入顺序为先注入第一驱替气体，再注入第二驱替气体。