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气水交替注入技术分类研究 1 气水交替注入技术 根据文献，气水交替注入技术最初应用于1957年在加拿大阿尔伯塔省的北帕米纳油田。另一项重要的早期研究是1973年的科克勒和dye通过实验研究提出的。通过气水同时注入，可以提高驱动流的流动性。1962年Seelington第一个将气水同时注入应用于矿场实践。Christensen在文献中总结了从1957年到1996年近60起气水交替注入技术应用实例。试验油田包括了陆上及海上油田,注入气体包括烃气及非烃气体。气水交替注入技术的应用主要集中在美国(63%)、加拿大(15%)以及前苏联。其中大部分为陆上油田(约占88%)且油藏类型非常丰富,包括从碳酸岩到细砂岩的各种类型油藏。 中国的气水交替注入驱替技术研究起步较晚,但随着近年来中国发现的低渗透油藏储量比例增大,注气已成为开发低渗透油藏的一个重要手段,气水交替注入作为一种重要的优化注气方式已先后在吐哈、胜利及吉林油田等展开了研究。 2 气水交叉注水技术的分类 2.1 气水交替混相驱替 根据混相状态是对气水交替注入技术进行分类的最普遍方式,可分为气水交替混相驱和气水交替非混相驱。 气水交替注入过程中很难区分混相与否。大多数情况下可实现油气多级接触混相,但在真实的驱替过程中仍然存在很多的不确定性。由于驱油过程中的组分作用不容忽视,大多数文献报道的均为混相驱替。气水交替混相驱主要集中在陆上油田且早期主要采用非常昂贵的溶剂作为驱替剂(如丙烷)。混相驱过程均需采取增压措施使油藏压力高于最低的混相压力(MMP)而实现混相,然而通常情况下由于未能保持足够的压力而无法达到完全混相,故实际注入过程将在混相与非混相之间摇摆。大多数气水交替注入混相驱应用于密井网,但目前也有少量研究将之应用于海上油田稀疏井网。 气水交替非混相驱替主要用于改善驱替前缘稳定性以及提高波及效率。由于气源匮乏或油藏性质(低倾角或强的非均质性)等原因而无法实施重力稳定气驱的油藏可采用此项技术。对于气水交替非混相驱替,由于液体饱和度循环改变引起的三相流动及相对渗透率的变化将大大降低残余油饱和度。有些时候由于第一段气体段塞部分溶解于油中将引起原油膨胀以及萃取作用,有利于改善驱替前缘油气粘度及密度关系而使驱替达到近混相,故除了宏观波及效率外气水交替注入后的微观驱油效率也有所提高。 2.2 气水交替注意事项 目前气水交替注入气体可主要分为三大类:CO2、烃类气体以及非烃气体(CO2除外)。 CO2多用于混相驱替。由于具有丰富的气源,美国大部分的气水交替注入工程均采用CO2或CO2与其它气体的混合物。 由于要与原油实现混相需很高压力,N2多用于气水交替非混相驱替。过去由于成本及资源的限制,N2水交替注入的应用较少。进入20世纪80年代以后,由于制氮工艺的不断进步,N2价格不断下降加之其无腐蚀、无污染等独特优越性,使得N2驱已成为注气开发的新技术、新趋势。 烃类气体可直接通过油田生产得到,海上油田气水交替注入工程多采用烃类气体。 2.3 次气水交替注入时机 根据注入时机不同气水交替注入可分为二次气水交替注入(二次采油)和三次气水交替注入(水驱后三次采油)。文献对上述两种方法进行了深入的研究,并且对比分析表明:二次气水交替注入比三次气水交替注入具有更高初始生产速度和最终采收率。含水曲线分析还表明在含水率循环改变过程中二次交替注入的最低含水率远低于三次气水交替注入。上述分析表明注入时机宜越早越好。 气水交替注入根据注入方式不同还可分为气水交替注入(WAG)、气水同时注入(SWAG)、混合气水交替注入(HWAG)以及蒸汽水交替注入(WASP)。 3 气水交替过程 气水交替注入可有效提高油田二次或三次采油采收率。然而由于气水交替过程受到诸多因素的影响,有效模拟气水交替过程中的三相流动是一个十分复杂的过程。目前为止学者们对气水交替注入提高采收率机理已进行了大量的实验和理论研究,但认识还不够透彻。 3.1 气水交替注入微观驱油 3.1.1 气水交替注入实验 气水交替注入流体流动微观机理非常复杂,主要表现在以下几方面: (1) 孔隙空间的地质特征无法直接观察,只有通过连通性,迂曲度等特征参数进行描述,而特征参数通常难于测量。 (2) 诸如润湿性或表面化学等孔隙的理化性质很难表征。 (3) 流体与孔隙介质以及流体本身可能存在复杂的相互作用。 有效模拟气水交替注入三相流动是一个极其复杂的过程。核磁共振(NMR)以及X射线成相技术可用于直接或间接观察不同流体在玻璃珠人造岩芯或真实岩芯中的三维流动,然而其分辨率未曾达到天然岩芯微孔隙的范围,由此人们通常应用刻蚀玻璃微观模型进行多相流驱替实验研究。 微观刻蚀模型由两块透明平板组成,其中一块用于刻蚀孔隙介质的孔隙网络(通常为玻璃、树脂或硅),另一块为盖板(通常为透明玻璃)。