氮气在油田生产中的应用

收稿日期:2004-10-25;改回日期:2005-04-19 作者简介:沈光林(1958-),男,副研究员,硕士研究生,毕业于大连理工大学化学工程专业,现从事气体膜分离的应用研究和技术开发,完成国家级课题3
项,已发表学术论文60余篇、申请专利10多项。

文章编号:1006-6535(2005)04-0100-03
氮气在油田生产中的应用
沈光林
(中国科学院大连化学物理研究所膜技术国家工程研究中心,辽宁　大连　116023)
摘要:膜法富氮在油田中应用广泛,可用于包括稠油和低渗透油藏在内的各种油田提高采收率、钻井、完井等,一般均具有明显的综合效益。

特别是移动式制氮系统的诞生,极大地增强了膜法富氮的市场竞争力。

关键词:膜法富氮;移动式制氮系统;采收率;钻井;完井;油田中图分类号:TE357 文献标识码:A
前　言
由于氮气与油、水互不相溶,而且来源广,是气体非混相驱提高采收率的重要气源。

所以氮气在油田系统中的应用非常广泛[1～15],可用于二、三次采油,油气井保护,保持压力和储存气体,钻井平台的惰气保护,管路及设备的吹扫,易燃、易爆物品运输时的保护气等。

随着膜法制氮技术的日趋成熟,特别是移动式制氮系统的诞生,更加适应灵活多变的应用现场,而且具有投资少、流程简单、膜组件寿命长且免维护、能耗低、体积小、露点低、可靠性强、操作弹性大、能适应各种恶劣环境、开启迅速、浓度和流量可在线监控等特点。

同时,所用原料是取之不尽、用之不竭的空气,所以采用膜法可以得到价廉、洁净、质量稳定、易于控制的富氮空气。

氮气浓度一般在9310%～9919%范围内,如果和其它技术集成可满足任意所需的浓度,极大地增强了膜法富氮的市场竞争力。

1　提高采收率
随着油田的不断开发,油田利用天然和人工能量开采的阶段完成后,将进入提高油田采收率的三
采阶段。

三采的方法主要有热力驱、气驱和化学驱等。

就多数油田而言,气驱应用较多,是国内、外采收率研究的发展趋势。

气驱提高采收率方法的发展趋势是非烃气替代烃类气,其中应用最多、效果最好的是二氧化碳。

但由于二氧化碳来源有限,容易产生腐蚀等问题,故氮气的应用越来越受到重视。

111　稠油蒸汽吞吐井注氮
蒸汽吞吐是增加稠油产量经济而有效的一种方法,然而由于油稠、生产压差小、排液难度大、蒸
汽与稠油之间存在密度差、随周期增加而增加的地层水、系统热损失加大等诸多不利的客观因素,造成注汽效果差,同时采收率相对低。

稠油蒸汽吞吐井注氮,即在注汽的同时,往油套环空注入氮,既保护套管,降低井筒热损失,提高井底蒸汽干度,提高油井的回采水率,简化生产程序和管柱,降低费用,又减少作业对地层的污染和注汽量,还增产并延长有效期等。

辽河油田[1]做过效益对比,每周期增加10×104m 3氮气,产生费用超过8×104元;可减少井下隔热管、封隔器、伸缩管和一次小修作业费用,合计4×104元;减少注汽量700t ,节约费用5×104多元;平均增油227t ,创效益2113×104元,提高阶段采收率3%～5%,投入产出比高达1∶315。

新疆克拉玛依油田[2]现场试验表明,油井生
产时率由注氮前的3213%提高到注氮后的7818%;平均单井产油量比上个周期提高218t ,生产天数延长51d ,油汽比提高0105～0137,回采水率提高12%～141%。

此外,与同时注汽的井相比较,注氮气井平均周期产油量达到1026t ,周期生产天数293d ,单井日产油为35t ,油汽比0145,回采水率104%,而只注蒸汽井平均周期产油238t ,周期生产天数81d ,单井日产油29t ,油汽比0111,回采水率只有4714%,各项生产指标远远低于注氮井;油层吸汽剖面得到明显改善;经济效益显著,实施注氮试
第12卷第4期2005年8月 特种油气藏S pecial Oil and G as Reserv oirs
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验16井次,累计增油4158t,获效益400多万元,而投入不到50×104元,投入产出比高达1∶9。

胜利单家寺油田[3]自1984年开始蒸汽吞吐开采以来,油藏底水已上升了近40m,综合含水为9016%,采出程度为12176%,采油速度为0125%。

1998年底向地层注汽的同时注入采用膜技术得到的氮气,4口注氮井有效率为100%。

现场试验表明,效果较好的井平均含水降低1019%,日增油517t,累计增油186719t,投入产出比为1∶214,经济效益达13016×104元。

112　氮气泡沫调剖技术
对于稠油注汽油井,油层剖面吸汽不均匀,一些吸汽不好的油层,难以动用,有的层位层间连通,汽窜严重,使注汽开采的效果变差。

利用氮气作为磺酸盐发泡剂的充填质,能增加泡沫强度,延长发泡时间,封堵效果好,使油层的吸汽剖面得到改善,从而可以动用吸汽差的油层,改善注气效果,增大驱油面积。

对某些注水效果差、成本高又难于汽驱或者汽驱效果差的油藏,采用氮气泡沫调剖技术是最有效、最主要的途径。

汽驱初期应尽早采用氮气泡沫调剖技术,越早实施,效益越好。

锦州采油厂试验表明,仅水驱时的驱油效率为32%,加氮气后达52%,再加泡沫剂,则可达到70%。

共注气7014×104m3,注水4117×104m3,添加泡沫剂360t,增产原油9540t,投入产出比高达1∶315,生产井平均含水率由9116%降至7115%。

美国Miday-Sunset油田[4]的C26区实施了单井网氮气泡沫调剖试验,观测到的储层纵向和横向蒸汽驱效果都有了相当大的改善,这直接归因于深层泡沫的存在,试验期间共增油4293m3。

汽驱工艺是稠油蒸汽吞吐后期比较成熟的接替技术,根据汽驱工艺的特点,它的实施必须配套氮气泡沫调剖技术[1]。

113　低渗透油藏注氮技术
对特低渗透油藏,氮驱采油是可行的[5],我国15%以上是低渗透油藏,注氮开发比注水效果好,美国从20世纪80年代初期开始推广低渗透油藏注氮技术,已有30多个油田在应用,年注氮量近2×104m3,使原油产量增加100多万吨。

中原油田进行单井注氮试验[6],结果原油增幅达5310%,采收率可提高810%,投入产出比为1∶4184。

华北雁翎油田在大量研究基础上认为氮是唯一可用的气源,通过注氮可以提高采收率5%～8%,平均日产油量由注气前的512t增到3015t,含水由注气前的97%下降到54%[7,8]。

氮气气举排液技术最为成熟,它成功解决了低渗油藏排液困难的问题[4],在新井诱喷、测试求产、残酸、压裂液返排等工艺上应用效果显著,与连续油管配合,联合气举可以解决卡封井、复杂井的排液工作,已成为油田排液的主要手段,利用膜技术现场合成氮气进行气举将成为最佳方案[9]。

114　二次采油中的应用
11411　保持压力
氮气用来保持井下压力,以免随时间推移自然压力耗尽后油井会减产。

气体冷凝系统的压力必须保持在碳氢化合物露点之上,否则会发生冷凝,以后不可能产出。

在油井内气体存量很少时,可以采用氮气注入的方法增加压力。

文献[9]研究表明,高压注氮混相驱油法可作为底覆为水层、含轻油、天然裂缝、厚的碳酸盐岩油藏保持油藏压力和提高最终采收率的工艺,注氮是唯一有效的维持油井储层压力的注入方式。

11412　氮气注入
由于氮气不溶于油和水,因此可用它将碳氢化合物注入生产井,使油井继续产油。

11413　气顶
井内压力的衰竭可以用氮气作为气顶来消除静压的改变,当静压减少时,油气生产率就会提高。

115　其它
注氮已成为提高油气采收率经济、成熟的方法[11],在美国有30多个油田利用氮气提高采收率。

它不仅适用于常规油藏,也适用于稀油、稠油、海上、丘陵、深油藏、已接近枯竭的油藏或处在开发早期的油藏等,在低压、低渗、粘土胶结等特殊油气藏中也有独到的作用。

气举排液诱喷、注水井气举排液、压裂酸化后的气举排液、油气井井底积水或积砂恢复生产、注气井注氮试注、原油罐封顶清罐、扫线试压、气井排水、作业压井、洗井、试油等方面仍有许多应用潜力有待开发,所以膜法富氮技术在
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第4期 沈光林等:氮气在油田生产中的应用
石化中的应用会越来越广。

特别是国内第一台车载移动式制氮装置已在辽河油田投入工业应用[12],并经历了45℃高温和-35℃低温的严峻考验,其工艺目前处于国际领先地位。

它将传统的多车式生产变为整体单车式生产,具有成本低、节能、灵活、高效、操作方便等特点。

另据用户2000年底的应用结果统计,使用半年注氮150×104m3、150井次,其中隔热用140井次,创效益350×104元;其余用于助排,累计增油4000多吨,创效益250多万元。

2　钻井、完井、修井及固井
211　钻井
用氮气取代空气钻井[4]则可消除火灾和爆炸的危险,同时混气液或泡沫液密度较低,减轻了钻头载荷,提高了钻头的穿透力和钻井速度,完钻的井壁和油层都比较干净,对返出钻屑样品的分析也更快。

严重漏失地层多使用气体欠平衡钻井或泡沫钻井,氮气欠平衡钻井中,气体的介入减少或取代了钻井操作中常用的钻井液,使钻井液的压力低于地层压力,能够及时发现油气显示,对油层造成的污染轻,油井可以保持较高的生产能力。

20世纪90年代后,水平井、分支井的迅速发展和连续油管钻井的崛起更为氮气在钻井方面的应用提供了广阔的空间。

212　完井
油管传输负压射孔是目前常用的完井方法[1],采用氮气负压射孔较好,气柱调节射孔负压选值范围更宽,射孔后通过调节氮气放空速度来控制诱喷负压。

由于氮气的稳定性,避免了与地层流体接触产生的危害。

213　修井
不论新井或旧井,如果产出率太低,要注入表面活性剂和酸来提高油层的渗透率。

在高压下氮气是表面活化剂注入地下时的理想载体,高压氮气可以替代钻井液,减少静压,从而使油井开始产出。

用氮气来清洁油井对油井的损坏很小或根本没有损坏,还可提高油井产量和延长油井寿命。

氮气气举[2]用于修井是一种非常有效的排液手段。

214　固井
固井中的减轻剂为氮气[4],它以细小的、高度分散的稳定气泡存在,使浆体具有可压缩性,水泥套管与地层间的胶结更为紧密,极大地改变了界面胶结质量。

美国、前苏联等国对这一技术的应用较为成熟。

3　结束语
从前面的介绍看出,膜法富氮在油田中的应用效果是令人鼓舞的,随着渗透率高、选择性高的膜材料的不断开发和研制成功,膜法富氮的成本会越来越低,所以不久的将来膜法富氮一定会在油田中应用越来越广。

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编辑　方　斌
贝
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