摘要：依托長慶、大慶和大港等油田進行的減氧空氣驅(qū)試驗，開展了減氧空氣驅(qū)機理、爆炸極限、腐蝕防控等實驗，明確了減氧空氣驅(qū)爆炸極限、減氧界限、腐蝕防控條件等技術(shù)問題。研究表明：油藏溫度大于等于120℃時，氧氣與原油反應(yīng)劇烈，可充分利用氧氣的低溫氧化作用，直接進行空氣驅(qū)提高采收率；油藏溫度小于120℃時，氧氣消耗極少，放熱量少，難以產(chǎn)生熱效應(yīng)，適合進行減氧空氣驅(qū)，充分利用N：為主的空氣非混相驅(qū)提高采收率。減氧空氣驅(qū)適用于低滲透、注水開發(fā)“雙高”、高溫高鹽3類油藏，為防止爆炸，確保減氧空氣驅(qū)技術(shù)安全可控，臨界氧含量可控制在10％以內(nèi)；空氣減氧后，管柱氧腐蝕有所減緩；無水條件下地面管線和注入井無需考慮氧腐蝕問題，有水時可采用特殊管材、特殊管柱結(jié)構(gòu)或加入緩蝕劑等方法來降低腐蝕速度?？諝猓瘻p氧空氣是低成本的驅(qū)替介質(zhì)，可用于對低滲透等特殊條件油藏實施能量補充及吞吐、驅(qū)替等方式開發(fā)，是未來20年具有發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略性技術(shù)。
關(guān)鍵詞：減氧空氣驅(qū),爆炸極限,減氧界限,低溫氧化,氧腐蝕防控
0引言
國內(nèi)已開發(fā)低、特低滲透油藏儲集層孔喉細(xì)小，注水開發(fā)存在注不進、采不出等突出問題，而氣體比較容易注入該類儲集層，是驅(qū)油和補充地層能量的良好驅(qū)替介質(zhì)。以空氣為介質(zhì)的空氣驅(qū)技術(shù)具有易注入、氣源充足、低成本、環(huán)保等明顯優(yōu)勢，國外空氣驅(qū)技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用取得了較大成功，且經(jīng)濟效益較高。國外油藏儲集層物性相對均質(zhì)，氣竄風(fēng)險很低，因而采取直接注空氣的方式。國內(nèi)陸相沉積油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，氣竄風(fēng)險較大，采用直接注入方式，空氣與天然氣在井筒和地面管線中混合，容易引起爆炸；目前解決該問題的主要方法是注入起泡劑進行封堵，但該方法存在氧氣與水接觸后對管柱腐蝕作用強烈的問題。為了降低爆炸風(fēng)險和管柱腐蝕，可以實施減氧空氣驅(qū)，但該方法適用于何種地質(zhì)條件的油藏及注入空氣中氧含量界限仍未得到很好解決，是目前阻礙減氧空氣驅(qū)推廣應(yīng)用的技術(shù)難點，急需深化研究。
1減氧空氣驅(qū)適用范圍
1．1減氧空氣驅(qū)提高采收率機理
空氣驅(qū)采油綜合了多種驅(qū)油機理，每種機理的作用也各不相同，包括：①保持或提高油藏壓力；②原油低溫氧化生成C02，產(chǎn)生煙道氣驅(qū)效應(yīng)、原油溶脹效應(yīng)、降黏度效應(yīng)；③原油低溫氧化生熱，產(chǎn)生熱膨脹、熱降黏效應(yīng)及輕質(zhì)組分的抽提作用。
各種機理作用的大小取決于油藏的具體情況，在高溫高壓條件下各種機理的作用都會有所增強。氧化反應(yīng)的強弱與氧氣含量關(guān)系不大，而主要與溫度和氧氣分壓的高低相關(guān)?？諝怛?qū)采油，高壓提高了混相能力，高溫提高了氧的利用率，因而高溫、高壓油藏中的驅(qū)油效果較好；低溫低壓油藏中，溫度不能有效累積而且壓力低于最小混相壓力，此時空氣驅(qū)就是典型的非混相氣驅(qū)，相當(dāng)于煙道氣驅(qū)，驅(qū)油效率偏低；直接點火形成火驅(qū)時，空氣驅(qū)又表現(xiàn)為火驅(qū)的生產(chǎn)動態(tài)。因此，不同的地層條件下空氣驅(qū)可以具有不同的機理且表現(xiàn)為不同的生產(chǎn)動態(tài)，驅(qū)替效果差異較大。
1．2減氧空氣驅(qū)油藏溫度適用條件
為明確減氧空氣驅(qū)低溫氧化作用機理，采用高壓近絕熱量熱法開展減氧空氣低溫氧化動力學(xué)實驗研究，裝置和方法參照文獻，實驗按“加熱一等待一搜尋”模式運行。
1．2．1實驗設(shè)計
實驗材料與參數(shù)：①大慶海塔原油；②空氣和減氧空氣(氧含量10％)；③實驗壓力5MPa。
實驗步驟：①“加熱”階段，溫度按設(shè)定的2。C／min加熱幅度升高；②“等待”階段，通過控制器保持絕熱爐內(nèi)的溫度處于均勻平衡狀態(tài)；③“搜尋”階段，比較試樣升溫速率與設(shè)定敏感度(一般為0．01。C／min)，前者小于等于后者，自動進入下一個“加熱一等待一搜尋”循環(huán)，前者大于后者，量熱儀自動轉(zhuǎn)為“放熱”方式，控制器根據(jù)絕熱爐各個區(qū)域溫度與樣品測試系統(tǒng)的溫度差異進行調(diào)節(jié)，維持絕熱爐溫度與樣品測試系統(tǒng)溫度的一致。
1．2．2實驗結(jié)果
對于空氣，實驗中溫度低于120℃、時間小于900min時，未觀測到氧氣消耗及CO：產(chǎn)生，同時未監(jiān)測到溫度累積，表現(xiàn)為加氧反應(yīng)。溫度繼續(xù)上升，大于等于120℃時監(jiān)測到放熱現(xiàn)象，溫度隨時間緩慢上升，至150℃前，觀測到氧氣有極緩慢的消耗，并伴隨微量的CO與C02產(chǎn)生。
溫度繼續(xù)上升，逐漸累積到150℃以上，實驗時間大于1750min時，溫度上升較快，氧化反應(yīng)較劇烈，氧氣消耗加快，產(chǎn)出部分CO和CO：；實驗溫度進一步提高，上升到180℃以上，放熱加速特征更明顯，溫度急劇上升，此時產(chǎn)生大量的CO和C02，原油氧化反應(yīng)逐漸由放熱較少的加氧反應(yīng)向大量放熱的裂鍵反應(yīng)轉(zhuǎn)變。
由此可見，實驗溫度在120℃以下時，氧化反應(yīng)以加氧反應(yīng)為主，裂鍵反應(yīng)為輔；當(dāng)實驗溫度在180℃以上時，氧化反應(yīng)以裂鍵反應(yīng)為主，加氧反應(yīng)為輔；當(dāng)實驗溫度在120～180℃時，加氧反應(yīng)和裂鍵反應(yīng)并存，加氧反應(yīng)和裂鍵反應(yīng)的拐點溫度在150℃左右。而減氧空氣在相同實驗條件下氧化，當(dāng)溫度累積到170℃，才觀察到氧氣消耗，高溫階段的氧化也不如空氣和原油劇烈。
因此，油藏溫度小于120℃，氧氣消耗極少，放熱量少，難以產(chǎn)生熱效應(yīng)，適合開展減氧空氣驅(qū)；油藏溫度大于等于120℃，原油氧化劇烈，氧氣消耗量大，熱效應(yīng)明顯，適合開展空氣驅(qū)；除此之外在選擇空氣泡沫驅(qū)或者氣水交替驅(qū)時，由于液體的注入，降低了油藏溫度，此時更適于減氧空氣驅(qū)，避免因氧氣無法有效消耗導(dǎo)致安全風(fēng)險。
2減氧空氣驅(qū)氧含量界限
2．1氧含量爆炸界限
國內(nèi)外現(xiàn)場經(jīng)驗表明，雖然空氣驅(qū)未發(fā)生過因氧含量超標(biāo)引起的安全事故，但其安全風(fēng)險確實存在，也一直是人們關(guān)注的焦點，氧含量的爆炸邊界條件是采取相應(yīng)安全控制措施的重要依據(jù)，是空氣驅(qū)提高采收率技術(shù)必須要解決的技術(shù)難點。
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