陕北能源化工基地工业烟道气在石油开采中的应用前景

摘要：简要论述了注烟道气驱油基本原理，并从油藏特点、气源条件、增油潜力等方面对陕北低渗轻质油田开展注烟道气技术的前景进行了分析。最后指出尽管烟道气驱技术已经得到了一定的发展,但是仍然存在一些制约其大规模应用的因素,还需在多方面加强工作。

Abstract: The basic principle of flue gas drive oil is briefly discussed. From aspects such as reservoir characteristics, gas source condition and oil increasing potential, the paper analyzes the prospect of Shannbei light permeability oilfield"s implementation of flue gas technology. At last, despite of the certain development of flue gas oil drive technology, there are still some constraints for its large scale application and the work should be strengthened in many areas.

关键词：烟道气；EOR；腐蚀；气窜；数值模拟

Key words: flue gas; EOR; corrosion; gas channeling; numerical simulation

中图分类号：TE34 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0318-02

0引言

面向21世纪，全球油气资源的可持续利用问题更加突出，同时，随着对环境保护意识的日益增强，如何高效、清洁、经济地开采油气资源已成为目前急需解决的问题。

为了提高油层的最终采收率，进入20世纪80年代以来，向油层注入CO2、N2和烟道气开采原油国内外有了较大发展。据报道，美国、加拿大已有33个油田注CO2气开发，有5个油田注烟道气二次采油,预计采收率可提高到65%以上。在所有提高采收率的方法中，注CO2气强化采油应用最广泛，效果较好。但气源有局限性。烟道气的注入效果介于注CO2气和N2气之间。特别是注烟道气适用于浅层稠油开采，在气源保证的条件下成本低，切实可行。

1烟道气驱油基本原理[1-5]

烟道气驱油是将高压蒸汽锅炉烟道气经过处理、增压后，作为溶剂注入油层，与油层中的残留原油混溶成一种流体而驱替产出的三次采油方法。类似于生活中用汽油清洗油污，使原油从油层孔隙中洗出。国外油田注入烟道气，大多用于提高油藏采收率。烟道气通常含有80% ～85%的氮气和15% ～20%的二氧化碳以及少量杂质，也称排出气体，处理过的烟道气，可用作驱油剂。烟道气的化学成分不固定，其性质主要取决于氮气和二氧化碳在烟道气中所占的比例。烟道气具有可压缩性、溶解性、可相性及腐蚀性。根据烟道气中所含气体的组成，提高采收率机理主要是二氧化碳产生的溶解气机理和氮气产生游离气机理。

1.1 增溶作用烟道气溶于原油之后，会使原油体积膨胀。从而增加了弹性能量。气体使原油体积膨胀的效果与气体在原油中的溶解度有关，溶解度越高，原油体积膨胀效果越好，获得的弹性能量就越高。

1.2 降粘作用烟道气中的CO2将使原油和水碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，增加了原油的流度。而CO2溶于水中，水碳酸化后，水的粘度也要增加，从而降低水的流度。这样油和水的流度趋向靠近，所以它能够改善油与水的流度比，从而扩大波及面积。

1.3 混相效应气体向前推进的过程中不断进行，当前缘气体G1被富化到一定程度时，会与地层油之间形成溶解一抽提过程的动态平衡，即达到混相状态。达到混相的两种流体能以任何比例构成混合物，并呈单相存在。驱替相和被驱替相间不存在界面（界面张力趋于零），若原油与烟道气达成混相消除界面张力后，残余油饱和度将降到最低值，可动油比例增大，提高原油采收率。

1.4 增强岩石的渗流能力烟道气中的CO2溶于地层水中可形成弱酸——碳酸。CO2的酸化作用会使岩石中一些矿物成分(如方解石、白云石等）被溶蚀，使得矿物颗粒间隙变大，增强了岩石的渗流能力，使注入井周围的油层渗透率提高。

1.5 重力分异作用若油层垂向上的连续渗透率较高，向油藏顶部或已存在的气顶或者气顶下的油柱注烟道气时，气体与原油间存在密度差而产生油气对流作用（重力分异作用），从而保持油藏压力。

2陕北油田注工业烟道气提高采收率前景分析

2.1 从延长油田的油藏特点看，开展注烟道气提高采收率的潜力巨大首先，陕北属于典型的低饱和、低渗透、低产量的浅油层油田，以背斜圈闭为主。烟道气混相驱替要求的压力和温度介于N2和CO2之间，因此较浅层适于注烟道气。背斜圈闭利用重力分异作用在油藏顶部注烟道气，以利于油气分异。低渗透油藏可提供更充分的混相条件，不易导致早期气窜，而且陕北油田油层非均质性和裂缝非均质性程度较低，注烟道气较为适宜。其次，陕北油田中70%的原油藏在有“磨刀石”之称的岩石中，而且在已探明的储量中特低渗透储量占80%。在已开发的油田中都已经进入二次采油的后期，大多数油田进入了高含水、高压力、高采出程度的临界开发阶段，但是有85%未能开采出来。如果不采用新的技术，单单依靠开发新的油田已经不可能满足提高原油产量的目标。低渗透砂岩油藏在形成条件、孔喉特征、渗流机理等方面与中高渗透油藏有显著的区别，使油藏在开采方式、油井生产动态等方面也表现出某些特殊性。主要表现为：单井产量低，甚至不压裂就没有自然生产能力；产量下降快，稳产状况差；注水压力高，而采油井难以见到注水效果；开采速度和采收率都比较低。另一方面，延长油田一些开发较好的老区块（指中高渗透油藏），其综合含水接近90%，个别单元综合含水已达97.9%，已达到或接近注水开发极限。这些老油区也急需开展三次采油工作，以寻找继注水开发后的提高采收率的接替技术。因此，从延长油田的油藏特点和开发现状来看，开展注烟道气提高采收率的潜力巨大。

2.2 从延长油田气源和经济条件看，开展注烟道气提高采收率的潜力巨大陕北是国家计委于1998年批准的我国唯一国家级能源化工基地，主要包括陕西省榆林、延安两市。陕北能源化工基地由府谷火电区、榆神煤化学工业区、榆横煤化学工业区、鱼米绥盐化工区、延安石油化工区和靖定天然气化工区等工业区组成，这些工业园区内主要以火电石化企业为主，2007年不完全统计全区工业废气排放总量约927.36亿标立方米，工业SO2排放量约11万吨。因此油田矿区及其周围城市烟气资源十分丰富，延长油田烟道气回收不仅改善了对当地环境污染造成的压力，还能为油田带来创收，开展烟道气在油田应用意义重大。

2.3 宏观计算注烟道气提高产油量前景巨大目前，延长油田各主要油区一次衰竭式采油和二次注水采油的采收率平均为10%-15%左右，而临近的同一整体区域构造上的长庆油田通过区块综合治理开发，总体采收率一般为15%-25%左右，按照国外目前油田的开发技术水平，低渗油田的一次、二次和三次采收率累计最终采收率可以达到30%~40%左右，延长油田在提高原油采收率方面还具有十分广阔的发展空间。截止2007年底，延长油田的采收率按11.24%计算，可采储量为1.56×108吨。如果能将现有采收率高5%，将新增可采储量0.6945×108吨；如果将现有采收率高10%，将新增可采储量1.389×108吨，相当于几乎将延长油田现有可采储量翻一翻，新建成一个延长油田。若按照1200万吨/年的生产能力计算，相当于可将延长油田的稳产开采年限再延长10年以上。

3结论与建议

开展烟道气驱既可以减少温室气体排放、降低污染，又可以提高原油采收率，无论是从环境角度还是从经济角度考虑均具有重要的现实意义。尽管烟道气驱技术已经得到了一定的发展，但是仍然存在一些制约其大规模应用的因素，还需在多方面加强工作。

①防止溶解气腐蚀。烟道气与原油混相压力比CO2高，杂质中含O2、NO、CO、SO2等， 当含有水分时易造成设备腐蚀，而不含水烟道气基本不具备腐蚀性，所以应进一步研究在不同烟道气组分情况下，含水量对管道设备腐蚀速度以及腐蚀机理。

②加强烟道气对低渗透轻质油藏（如陕北油田）在注水开发后期三次开发经济适应性进行评价研究，如进行室内岩心驱替试验，研究达到混相驱替条件以及机理，国内目前为止只对蒸汽吞吐或蒸汽驱后稠油油藏就行烟道气驱研究，对低渗透轻质浅层油藏研究较少。

③应分析烟道气对地层原油组分岩心驱替效率的贡献率，研究原油组分对采收率影响，可以揭示地层原油各组分在驱替过程中相态变化，从而在微观上了解N2和CO2驱替机理和区别。

④对于渗透率较高的油藏，容易产生气窜，不易见效；在应用前，应对油藏进行详细描述，充分了解油藏状况，选择合适油藏开展工作

⑤烟气的关键在于烟气的净化处理工艺，应包括脱硫、脱硝除氧、除尘、干燥以及输送等环节，针对本地区烟道气和油藏特点，对流程和关键设备进行筛选研究，对含氧量、水量以及泄露报警进行不间断PLC自动控制监管。

⑥对输气管网进行优化，在油田引进并建造1座专业富集烟道气注入站，提高系统注入效率，减少环境污染。

参考文献:

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