氮氣在油田中的應用

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，石油儲量在逐年下降，石油的開采越來越困難了。然而仍然有近2/3的原油因為一二次未能采出而被封鎖在地下，現(xiàn)在人們正為此而全力探索新方法和新技術(shù)。向油層注氮以提高原油采收率，就是其中一項新技術(shù)。利用氮氣自身特性進行油層壓力保持、混相與非混相驅(qū)及重力泄油等技術(shù)，可大大提高采收率，對我國石油工業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有很大意義。

按傳統(tǒng)作業(yè)方法進行一次采油和二次采油采出的原油只有原始地質(zhì)原油儲量的1/3，仍有2/3左右的原油被封閉在油層中。在美國靠傳統(tǒng)的開采技術(shù)已采出大約1000億桶原油，油層中仍還有近70%的原油約3000億桶殘留在地下。要想盡可能多的采出這部分原油，就必須不斷采取提高采收率的新方法。一般來說，向油藏中注入流體包括液體和氣體，就是這樣一種新方法。與注液體相比，注氣具有注入質(zhì)量少與油層不混相等優(yōu)點。注入氣體有空氣、天然氣、二氧化碳和氮氣等。由于注入空氣可能會導致空氣和地下天然氣混合達到爆炸極限，而產(chǎn)生爆炸，歷史上曾發(fā)生過這種悲劇，因此現(xiàn)在注空氣已被禁止或嚴格控制使用。

本世紀60年代期間，以天然氣作為提高采收率的主氣源，后因天然氣供應不足及價格升高等原因，人們又尋求用二氧化碳做氣源。但二氧化碳氣源通常在遠離井場的地方，因此使用也不方便，而且二氧化碳在原油中有一定的溶解。70年代后期，開始轉(zhuǎn)向資源豐富的氮氣，因為空氣中就含有大量的氮氣（空氣中含有78%的氮氣，21%的氧氣，1%的其它氣體）而且與天然氣和二氧化碳相比具有無腐蝕、適應性好、經(jīng)濟等優(yōu)點。三者相比較氮氣的價格為每立方米約合人民幣0.12-0.24元，天然氣的價格為每立方米約合人民幣0.46-1.38元，而二氧化碳的價格為每立方米約合人民幣0.39-0.92元。目前，美國和加拿大每天向油層中注入高達一千四百多萬立方米的氮氣，用以提高原油的采收率。在美國實施注氣的30個油田中，注氮氣的就有25個。

從多油藏的角度看，油層注氮主要有如下幾方面作用

1.保持油層壓力

將油氣層的壓力保持或高于其露點壓力或泡點壓力，或保持在目前壓力水平上，以使油氣層流體能順利流出。

2.重力泄油和非混相驅(qū)

根據(jù)氮氣密度小的特點，將其注入構(gòu)造頂部或允許其運移至構(gòu)造頂部，增強向下驅(qū)替油層流體或重力和穩(wěn)定混相段塞的作用，提高油氣層流體的產(chǎn)量。

3.混相驅(qū)
利用氮氣的多次接觸混相作用驅(qū)替油氣層中的油氣。

4.驅(qū)動二氧化碳段塞
利用氮氣作為驅(qū)替流體扒動二氧化碳等溶劑在油氣層中所形成的混相段塞。

5.閣樓油開采
高壓氮氣可將構(gòu)造頂部的閣樓層中被圈閉的原油驅(qū)替到生產(chǎn)井中。

6.氣頂驅(qū)替
在油藏部位注入氮氣，可保持或提高油藏壓力并同時驅(qū)替和采出氣頂氣。

從其具體使用情況看主要有以下幾方面的用途

氮氣泡沫液由含表面活性劑的水溶液和氮氣組成，其中氣體是分散相，液體是連續(xù)相。氣體在液體中呈小氣泡分散狀態(tài)。氣體的直徑越小，泡沫流體的性能越好。同時泡沫流體具有密度小、粘度大、攜砂能力強，遇水敏性地層不會產(chǎn)生粘土膨脹問題，同時具有良好的封堵能力等特性，被廣泛的應用于鉆井、壓洗井、壓裂、酸化、堵水、調(diào)剖，氮氣泡沫驅(qū)等方面。

1．高壓應用

1.1壓裂酸化
壓裂酸化作業(yè)是目前油田穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的有效措施之一。壓裂酸化后，油層裂縫通道加長、滲透性改善、油氣采收率提高。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，油氣井進行得當?shù)乃峄鳂I(yè)后，產(chǎn)量可增加幾倍至幾十倍。

1.2氣舉排液
壓裂酸化完成后，要進行必要的排液和誘噴作業(yè)。近年來油田采用氣舉誘噴新工藝，效果良好。氣舉排液、氣舉誘噴是指向井筒內(nèi)注入一定量的高壓氣體，高壓氣體將油管內(nèi)的液體扒到油管最下部，高壓氣體從油管下部進入套管空間成正舉法，使環(huán)形空間內(nèi)的液體和氣體充分混合，并一同從井口噴出。此時井底壓力急劇減小，油氣噴向低壓區(qū)的井底口，滲透并引起自噴。因井底積水停噴的油井使用氮氣排液后，可將井抽活成為自噴井。向油井內(nèi)注入的高壓氣體必須具有阻燃抗爆的特性，而空氣中的氧分在高壓高溫下容易引起燃燒爆炸不宜使用，目前油田普遍使用液氮和液態(tài)二氧化碳。液氮和液態(tài)二氧化碳價格昂貴，需要專用設備長途運輸，不適合油田的過程，從熱能方面來講，也是一種極大的浪費。而現(xiàn)場制取氮氣系統(tǒng)可從空氣中直接分離氮氣，不需要外加電源及其他外圍設備，消耗能源少，移動方便。

1.3蒸汽、泡沫、氮氣注井
實踐證明，蒸汽、加泡沫劑、加氮氣注井是稠油開采及油氣井二次開采的最有效手段。在重質(zhì)稠油地層，稠油粘度高、滲透性及流動性極差，用傳統(tǒng)采收技術(shù)無法奏效。單獨注入蒸汽會發(fā)生汽串而減低蒸汽的驅(qū)油效力。使用蒸汽泡沫注入工藝，向井內(nèi)注入高溫蒸汽泡沫，蒸汽泡沫阻尼大，地層中原有裂縫通道對蒸汽阻力增大，從而減低汽串的負面作用，使含油地層溫度升高，在高壓氮氣的作用下，稠油井可以成為自流井。

1.4管道、容器試壓
在管道或容器內(nèi)殘存易燃、易爆氣體或液體時，氮氣系統(tǒng)可同時做吹掃及試壓工作。

2.中壓應用

2.1管道吹掃
易燃易爆氣，液輸送管線維修前，須對管道中殘留氣、液進行吹掃。根據(jù)管道的實際情況，用一定壓力和流量的氮氣對管路進行吹掃作業(yè)。

2.2燃油儲罐氣封
燃油儲罐頂部殘存空氣是造成油罐起火爆炸的主要原因之一。在油罐頂部充氮，是解決這一隱患的根本途徑，這一方法同樣用于其它液體儲罐

從資料上看，美國參與注氮項目的30個油田中的5個油田因注氮氣而產(chǎn)出原油累計11.4億地面桶，占其原始地質(zhì)儲量的68％。在洛杉磯地區(qū)的4個油田，為了油層非混相驅(qū)、混相驅(qū)和凝析油藏保持壓力而向油層注入了452.8萬立方米的氮氣，由此增產(chǎn)的原油達2億桶。相比之下中國的注氮技術(shù)剛剛起步。目前在中國遼河、勝利、華北等油田己開始進行注氮項目的試驗研究，并已經(jīng)取得了一些可喜成果。