江汉油田注氮气提高采收率研究张书平何建华摘要本文从氮气性质、氮气注入对原油性质的影响等方面着手，探讨了注氮气提高采收率机理；总结了氮气非混相驱筛选标准；通过注氮气提高采收率室内实验，进行注氮气影响因素及配套工艺技术研究；最后介绍了黄场油田黄16 井区注氮提高采收率研究及水气交替注氮现场试验情况。

关键词氮气；提高采收率；非混相驱；水气交替一注氮气提高采收率机理1氮气性质在常温常压下，N2 为无色无味的气体。

N2 的临界温度为-146.80 ℃，熔点为-209.89 ℃，沸点为-195.78 ℃，临界压力为3.398MPa。

当压力为0.1MPa，温度为0℃时，N2的密度为1.25kg/m 3，动力粘度为0.0169mPa.s。

N2化学性质极不活泼，在常态下表现出很大的惰性。

它不易燃烧、干燥、无爆炸性、无毒、无腐蚀性。

氮气的密度随压力升高而增加，随温度的升高而降低。

氮气粘度总的趋势是随压力升高而升高；氮气的粘度受温度的影响较小。

氮气在水中的溶解性很微弱；含盐量越高，溶解度越小；压力增加，氮气的溶解度提高。

氮气在原油中的溶解性也较弱，且对轻质原油的溶性比对重质原油好。

氮气与二氧化碳、烟道气等气体相比，具有以下特点：①、在相同压力、温度条件下，氮气的压缩系数比二氧化碳、烟道气大。

②、氮气对大多数液体的溶解性差，对原油的降粘作用比二氧化碳效果差。

③、氮气是惰性气体，而二氧化碳、烟道气具有腐蚀性；④、氮气气源充足且价廉，且氮气无需特殊处理，注入流程简单，副作用少，易于实施。

因此注氮气开采油气技术越来越受到重视并得到迅速发展。

2注氮气对原油性质的影响当氮气注入油层时，它与地层油接触，产生溶解- 抽提传质过程，氮气被富化，导致气- 油两相间的界面张力则会不断降低；而地层原油性质因溶解氮气或逐渐失去轻烃和中间组分而发生变化。

通过对黄35-1 井潜43原油体系进行注入氮气对原油性质的影响实验研究，得出以下结论：①、随着氮气注入比例的增加，重质组分比例越来越少，原油越来越轻。

②、在饱和压力下地层原油粘度、密度明显下降。

③、地层原油体积膨胀能量增大，且注入氮气比例越大，原油膨胀能力越强。

④、原油体系的饱和压力升高。

⑤、原油体积系数注入氮气后增加约9.48%。

⑥、随注入氮气摩尔百分含量的增加，原油溶解气量逐渐增大。

这表明注氮后原油体系的弹性能增加，有利于保持地层压力。

3注氮气提高采收率机理从氮气驱替机理分，注氮提高采收率可分为氮气混相驱和氮气非混相驱二种类型。

3.1氮气混相驱氮气混相驱是多次接触混相过程，其主要机理是：在高压下通过蒸发作用从原油中提取轻烃和中间烃，达到与原油混相。

氮气与原油的最低混相压力（64MP）很高，所以氮气混相驱一般只适应于深层油藏压力高的油藏，另外要求原油中轻烃含量高。

3. 2 氮气非混相驱氮气非混相驱包括单纯注氮气非混相驱、水气交替注氮非混相驱等多种形式。

氮气非混相驱机理主要体现在以下几方面：①、氮气压缩系数大，注入氮气可有效补充地层能量和保持油藏压力, 且由于氮气有良好的膨胀性，使其具有良好的驱替、气举和助排等作用；氮气能进入水难以进入的低渗透层段和小孔道，水驱后留在油层中的不可动残余油随氮气进入而替换出小孔道，使残余油饱和度变小。

②、氮气对原油有限量的蒸发和抽提作用。

注入氮气与油藏原油接触过程中，原油中的中间烃产生蒸发、氮气产生抽提作用，气相不断被富化，注入气体更易产生近混相作用，提高驱油效率。

③、氮气部分溶解于原油，有一定的使原油膨胀作用和降低原油粘度作用。

同时, 氮气溶解使原油体积膨胀，膨胀油将水挤出孔隙空间，使排驱的油相相对渗透率高于吸吮时的水相相对渗透率，发生相对渗透率转换，形成有利的油流动环境。

注入氮气后，氮气在开采压力下降过程中产生溶解气驱作用。

水气交替注氮气提高采收率，除以上氮气非混相驱提高采收率机理外还有其特殊性。

气水交替方式注氮把水驱和气驱的优点有效地结合在一起，不仅可以改善由于气水粘度差异造成的粘性指进，使驱替前沿相对均匀，而且由于渗吸作用，对低渗透层剩余油的驱替更有利。

水相主要驱扫油层中下部，注入的气相由于重力分异作用向上超覆主要驱扫油层上部，气液交替驱扫不同含油孔道，有效提高驱油效率。

二氮气非混相驱筛选标准在广泛调研国内外开展的氮气驱主要是氮气非混相驱的现场试验情况基础上，参照J.J.Taber 制订的非混相气驱筛选标准和KLINS 制订的二氧化碳非混相驱筛选标准，结合氮气非混相驱室内实验研究成果，综合制订了江汉油田氮气非混相驱的油藏筛选标准（表1）推荐的氮气非混相驱筛选标准Ⅰ、标准Ⅱ是针对渗透率高低不同的油藏而言，对渗透率小于500×10-3μm2的油藏要求其倾角相对小，对渗透率大于500×10-3μm2的油藏要求其倾角相对大些。

三注氮气提高采收率室内实验研究1、氮气混相能力研究选用广35井潜34油层原油，通过细管实验、经验公式预测方法进行氮气混相能力研究。

实验温度为115℃，分别在28.4MPa和36.3MPa下进行细管驱替实验, 第二个压力36.3MPa已经高出地层压力2MPa。

实验结果表明，在高于地层压力2MPa 的条件下，注入氮气到0.6PV 时气体已经突破，最终采收率不到60%，说明没有达到混相。

根据Abbas Firoozabadi 和Khalid Aziz 关于氮气和贫气的最小混相压力计算公式，按广35 井原油组分计算表明，混相压力为64.59MPa，远大于原始地层压力。

2、水气交替注氮提高采收率室内实验研究通过开展平面模型和长岩心注氮气提高采收率实验，研究各种条件下注氮方式、注氮参数对氮气非混相驱提高采收率的影响。

2. 1、平面模型实验根据需要，压制了均质、平面非均质、纵向非均质三类平面模型（图 1），整个平面模型用环氧树脂浇铸密封， 并装入特制的高压容器模型中， 以模拟油层的上覆压力环境 等，高压实验容器最高耐压 50MPa 。

单层模型基本规格： 250×150×20mm ；多层模型基 本规格： 250×150×30mm 。

图 1 高压平面模型示意图高渗低渗高渗2.1.1 、地层韵律对水平气交面替注氮非影响均质针对正韵律和反韵律纵向非均质模型开展了水气交替注氮驱油实验结果表明，无论 采用高渗层注低渗层采、 低渗层注高渗层采， 还是合注合采形式， 正韵律油藏比反韵律 油藏水气交替注氮气开采效果要好。

分析认为，对于正韵律模型，稳定注水时，注入水容易首先进入下部的高渗透层， 上部低渗透层水的波及程度低，当后续进行气 - 水交替注入时因重力分异作用，将上部 低渗透层未动用或动用程度低的原油驱出， 从而提高原油采收率较多；相反，对于反韵 律模型，稳定注水时，注入水易首先进入上部的高渗透层，后续进行气 - 水注入时重力分异作用造成注入气仍然进入上部的高渗透层， 对下部低渗层仍然未得到充分动用。

因 此，正韵律油藏比反韵律油藏水气交替注氮气提高采收率效果要好。

2.1.2 、注气位置对水气交替注氮效果影响采用低渗透平面模型，在倾角 300 的情况下开展了水气交替方式注氮驱油实验。

实 验结果表明， 在水驱油基础上采用高部位、 低部位水气交替二种方式注氮提高采收率差 别相差 7.75%，说明高部位注氮较为有利。

因为在高部位注气，可在构造高部位形成次复合韵律平 低渗高生气顶，低部位形成剩余油富集区，使低部位的油井产量增加，可获得较好的采收率2.1.3 、气液比对水气交替注氮效果影响不同气液比的水气交替注氮实验采用平面非均质模型。

图 2 所示实验结果表明，1:1 是比较合适的气液比，能最大限度提高原油采收率。

图 2 气液比与提高采收率关系曲线2. 2、注氮气提高采收率长岩心驱油实验研究长岩心模型是用黄场油田潜 43 三组油层小岩心按调和平均方法排列而成， 实验油样 为按气油比 33.2m 3/t 、泡点压力 5.10MPa 配制的黄场油田模拟原油， 驱替氮气为商品氮 气，地层水和注入水根据现场实际配制。

2.2.1 地层倾角对氮气 / 水交替驱油的影响采用平均渗透率 57.53 ×10-3μm 2 的长岩心开展了不同倾角的水气交替注氮长岩心 驱油实验。

实验结果 (图 3)表明，地层倾角对水气交替注氮有较大影响， 地层倾角越大， 提高采收率值越高；地层倾角 10°以下对注氮没有明显影响，地层倾角 20°以上则其 影响相对较大。

图 3 地层倾角对水气交替注氮的影响2.2.2 原油粘度对氮气 / 水交替驱油的影响采用平均渗透率 110.42 ×10-3μm 2 的长岩心，开展了 21.3 °倾角下不同粘度原油的4 0%) (率收 采高提 20 1612 80 0.5:1 1:12:1 3:1 气液比10 864210 20 30 40 50 地层倾角°）%（值高提率收水气交替注氮长岩心驱油实验。

图 4 所示实验结果表明， 随原油粘度的增加， 水气交替 注氮提高采收率的幅度减小。

这说明原油粘度高不利于发挥注氮的优势， 氮气难以驱动小孔道中粘度较高的剩余油，氮气与高粘度原油具有明显的不利的流度比图 4 原油粘度对水气交替注氮的影响 表 2 PCF-2 等起泡剂性能指标2.2.3 注入时机对氮气 / 水交替驱油的影响采用平均渗透率 183.38 ×10-3μm 2 的长岩心，开展了 21.3 °倾角下不同含水率下开 始水气交替注氮的长岩心驱油实验。

实验结果表明， 随原油饱和度的降低， 水气交替注 氮提高采收率的幅度逐步减小。

2. 3 注氮气配套工艺技术研究2. 3. 1、耐高盐起泡剂评选、泡沫凝胶研制针对江汉油田地层水矿化度高，地层温度高的情况，研制出了抗温耐盐性起泡剂CYF-2 和 PCF-2。

其耐盐达到 30×104mg/L 、耐温达到 90℃。

性能评价结果见表2。

并 筛选出了与起泡剂相适应的耐盐性能好、 稳定期长、 货源广的稳定剂黄原胶10 8642 05 10 15 20 25 原油粘度 mPa.s）%（值高提率收0及HPAM等。

2. 3. 2、注氮用耐高盐调剖体系研究1）、氮气泡沫调剖实验研究实验采用平面非均质模型，实验温度60℃，考虑到吸附损失起泡剂CYF-2 浓度采用1.0%，气液比采用1：1，注入速度为2.0cm3/min 。

氮气泡沫调剖实验结果（图5）表明，在单一水驱状态下，高低渗层的出口流量有明显差别；随着含泡沫剂的水和氮气的交替注入，高低渗层出口流量的差别逐渐变小；后续水驱后，高低渗层出口流量的差别逐渐变大，但最后的差别仍然比最初的差别小。

图5 流量变化曲线分析认为，氮气、泡沫剂的注入，会产生氮气泡沫相，它优先进入高渗层，从而增大高渗透层的渗流阻力，迫使后续流体转向低渗层，起到调剖作用。