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摘要：克拉玛依油田九区稠油油藏由于原油黏度高，埋藏浅，地层温度低，天然能量不足，随热采吞吐轮次增加，采油速度降低，存水率升高，油气比下降。为提高稠油开采效果，由北京中石恒石油技术有限公司承担完成《克拉玛依稠油注氮气辅助蒸汽吞吐效果机理的数值模拟和物理模拟研究》确定油藏物性界限条件、氮气注入方式及合理的注采参数与时机，在九五区，九八区和风城重32井区都开展大量稠油注氮气辅助蒸汽吞吐工作，以J230井区为例在08-09年共实施措施453井次，有效率为85.3%，累计产油7.58x106t，投入产出比1∶3.75，注氮气应用取得了显著效果，为稠油吞吐提高采收率提供了一条有效方法。
关键词：稠油油藏；注氮气辅助蒸汽吞吐；注入参数；提高采收率
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2011）19-0276-01
作者简介：冯全兴，男，山东人，助理工程师，大专学历，现从事注氮公司技术管理工作;侯菊花，女，四川人，助理工程师，大专学历，现从事地质研究（注氮效果分析）工作。
1 九五区地质概况
J230井区齐古组油藏为九五区向东延伸的一部份，区域构造位于克--乌断裂上盘超覆尖灭带上，构造比较单一，底部构造形态为西北向东南缓倾的单斜，地层倾角3°～9°，为一套弱氧化环境下的辨状河流相沉积，油层中部深度420m，油层射开平均厚度9.8m，20度原油黏度在13000万mPa·S左右，该区非均质严重，油层由多个单沙体叠加而成，属大容量，高空隙，高渗透储集层。
2 注氮气改善注蒸汽吞吐效果机理
（1）保持地层压力，延长吞吐周期：氮气注入油层后井底压力明显高于没加氮气井底压力，起到了补充油层能量的作用。
（2）扩大油层加热带：利用氮气具有渗透性好，膨胀系数大，非凝结性等特点，携带热量进入油层深部，加大了蒸汽波及体积。
（3）增加地层弹性能量有利于回采：溶解在原油中的氮气改善原油中的渗流阻力，呈游离状态的氮气形成弹性驱，增加驱动能量。
（4）提高回采水率：氮气加蒸汽一起注入油层中，由于注入过程中的热损失，部分蒸汽将冷凝为热水，因氮气膨胀系数大，在回采降压阶段，起助排作用。
（5）增大泡沫油：少量溶解于稠油中的氮气以微气泡的形式存在不易脱出，形成泡沫油，而泡沫油的粘度比稠油粘度低，对稠油开采非常有利。
（6）隔热、降低热损失：油套环空注入氮气，由于氮气的导热系数低，在油套环空中起隔热保护套管的作用；还起到降低井筒中的热损失，提高井底蒸汽干度的作用。
3 注氮气辅助蒸汽吞吐参数优化选择
3.1 选井条件
（1）原油黏度在10×104mPa.s左右，油层有效厚度大于8m；
（2）油层系数大于0.4，原始含油饱和度大于50%；
（3）油层隔层不窜、少出砂、无外围水浸等现象；
（4）油层物性好，周期吞吐轮次低的井。
3.2 注汽（气）量及速度
根据油井条件（油层厚度、地层压力、油层孔隙度、地下存水量等）确定匹配参数
（1）蒸汽量：蒸汽与氮气的混溶比（蒸汽∶氮气1∶0.7）单位m3；
（2）注气速度：第一、第二周期井注蒸汽速度小于120t/d，第三周期之后随轮次增加注蒸汽速度逐步提高到不大于160t/d。
3.3 注入时机
依据注氮数模研究对尚未动用的新油层不宜注氮气，一般选注蒸汽在2～5周期时注氮气为最佳时机，应对高轮吞吐井选用隔轮注氮气方式。
3.4 注入方式
（1）混注方式：是按1∶0.7的比例将蒸汽和氮气同时注入油层；
（2）段塞注方式：是按一定的注蒸汽量注入地层后再将一定的注氮量注入地层；
（3）本公司采用固定注氮设备摆放在供热站附近，氮气经注汽管线和蒸汽一起经计量站，后分别流向多口措施采油井（混注）。
4 注氮气辅助蒸汽（混注）吞吐实施效果
4.1 第一轮注氮气与多轮注蒸汽（混注）生产情况
（1）第一轮注氮气辅助第六轮注蒸汽的12口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油192t，增水375t，回采水率提高43.7%，生产天数延长12.4天。
（2）第一轮注氮气辅助第七轮注蒸汽的23口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油240t，增水293t，回采水率提高19.9%，生产天数延长6.3天。
（3）第一轮注氮气辅助第八轮注蒸汽的17口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油88t，增水341t，回采水率提高43.3%，生产天数延长5.3天。
（4）第一轮注氮气辅助第九轮注蒸汽的11口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油345t，增水532t，回采水率提高34.5%，生产天数延长7.3天。
（5）第一轮注氮气辅助第十轮注蒸汽的4口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油635t，增水817t，回采水率提高46.4%，生产天数延长45.9天。
4.2 连续两论注氮气与多轮注蒸汽（混注）生产情况
（1）连续两轮注氮气辅助第4～7轮注蒸汽的23口井，平均单井增油254t，增水889t，回采水率提高12.2%，生产天数延长31.3天。
（2）连续两轮注氮气辅助第8～10轮注蒸汽的32口井，平均单井增油148t，增水553t，回采水率提高17.5%，生产天数延长26.7天。
5 注氮气辅助蒸汽（段塞注）实施效果
段塞注的原理：后段注入的氮气推动前段的蒸汽进入油藏深部，在运动和高压作用下氮气与蒸汽充分的混合带动热量进入油层更深部。油井注汽结束后投入生产时，随着地层压力降低，被压缩存储在地层中的氮气体积会迅速膨胀，产生较大的附加能量，加速驱动地层中的原油及冷凝水迅速排出来。同时在重力分异作用下，氮气会从油层底部向顶部运移，最终聚集在构造的较高部位，形成次生气顶，增加原油附加的弹性气驱能量，驱动原油流动，增大了驱油面积。
对16口段塞井与相邻区块199口混注井的实验，产油量、回采水率、生产天数都比混注方式好。如表1。
表1 段赛注与混注对比
` 通过注氮数模研究和现场实践证明段塞注蒸汽波及体积大于混注蒸汽波及体积，段塞注热量利用率也高于混注热量利用率，所以段塞注方式好于混注方式，但受固定注氮设备不能随时移动的影响和井场管网及热注吞吐周期限制，不可能大面积开展段塞注方式，只能采取混注方式，随着市场的需求公司会引进大型车载移动注氮设备，解决当前不能大面积开展段塞注方式的问题。
6 结论及认识
（1）通过物模实验研究及现场实践效果分析，克拉玛依浅层稠油油藏注氮气改善开发效果的主要机理为：①泡沫油机理；②增加地层弹性能量，有助于回采；③改善蒸汽体积，④保持地层压力，延长吞吐周期。
（2）通过数值模拟研究及现场应用，确定了九区注氮气辅助蒸汽的各项合理参数；得出当油层注汽（气）速度大于油层吸汽（气）速度易井底憋压、油层压开裂缝是造成油层大通道、井窜、出砂的主要原因。
（3）增加移动（车载式）注氮设备开展大面积段塞注方式注氮，通过油套管环空充氮气起隔热保护套管的作用，也能降低井筒热损失，提高井底蒸汽干度。
（4）稠油油藏注氮气辅助蒸汽吞吐可以改善开采效果，为提高油层动用程度，扩大蒸汽波及范围提供了有效手段；为减缓稠油产量递减提供了一条有效途径。
参考文献
［1］彭通曙，郑爱萍，赵刚，侯菊花等.新疆浅层稠油油藏氮气辅助蒸汽吞吐提高采收率研究与应用［J］.新疆石油天然气，2009，（3）：45-47.
［2］李允，王嘉淮等.注氮气改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果［J］.西南石油大学学报，2002，（3）：60-64.
［3］陈荣灿，霍进等.稠油注蒸汽加氮气吞吐实验研究［J］.特种油气藏，1999，6（3）：32-36.
［4］王嘉淮，李允.注氮气改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果［J］.西南石油学院学报，2002，24（3）：46-49.
关键词：稠油油藏；注氮气辅助蒸汽吞吐；注入参数；提高采收率
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2011）19-0276-01
作者简介：冯全兴，男，山东人，助理工程师，大专学历，现从事注氮公司技术管理工作;侯菊花，女，四川人，助理工程师，大专学历，现从事地质研究（注氮效果分析）工作。
1 九五区地质概况
J230井区齐古组油藏为九五区向东延伸的一部份，区域构造位于克--乌断裂上盘超覆尖灭带上，构造比较单一，底部构造形态为西北向东南缓倾的单斜，地层倾角3°～9°，为一套弱氧化环境下的辨状河流相沉积，油层中部深度420m，油层射开平均厚度9.8m，20度原油黏度在13000万mPa·S左右，该区非均质严重，油层由多个单沙体叠加而成，属大容量，高空隙，高渗透储集层。
2 注氮气改善注蒸汽吞吐效果机理
（1）保持地层压力，延长吞吐周期：氮气注入油层后井底压力明显高于没加氮气井底压力，起到了补充油层能量的作用。
（2）扩大油层加热带：利用氮气具有渗透性好，膨胀系数大，非凝结性等特点，携带热量进入油层深部，加大了蒸汽波及体积。
（3）增加地层弹性能量有利于回采：溶解在原油中的氮气改善原油中的渗流阻力，呈游离状态的氮气形成弹性驱，增加驱动能量。
（4）提高回采水率：氮气加蒸汽一起注入油层中，由于注入过程中的热损失，部分蒸汽将冷凝为热水，因氮气膨胀系数大，在回采降压阶段，起助排作用。
（5）增大泡沫油：少量溶解于稠油中的氮气以微气泡的形式存在不易脱出，形成泡沫油，而泡沫油的粘度比稠油粘度低，对稠油开采非常有利。
（6）隔热、降低热损失：油套环空注入氮气，由于氮气的导热系数低，在油套环空中起隔热保护套管的作用；还起到降低井筒中的热损失，提高井底蒸汽干度的作用。
3 注氮气辅助蒸汽吞吐参数优化选择
3.1 选井条件
（1）原油黏度在10×104mPa.s左右，油层有效厚度大于8m；
（2）油层系数大于0.4，原始含油饱和度大于50%；
（3）油层隔层不窜、少出砂、无外围水浸等现象；
（4）油层物性好，周期吞吐轮次低的井。
3.2 注汽（气）量及速度
根据油井条件（油层厚度、地层压力、油层孔隙度、地下存水量等）确定匹配参数
（1）蒸汽量：蒸汽与氮气的混溶比（蒸汽∶氮气1∶0.7）单位m3；
（2）注气速度：第一、第二周期井注蒸汽速度小于120t/d，第三周期之后随轮次增加注蒸汽速度逐步提高到不大于160t/d。
3.3 注入时机
依据注氮数模研究对尚未动用的新油层不宜注氮气，一般选注蒸汽在2～5周期时注氮气为最佳时机，应对高轮吞吐井选用隔轮注氮气方式。
3.4 注入方式
（1）混注方式：是按1∶0.7的比例将蒸汽和氮气同时注入油层；
（2）段塞注方式：是按一定的注蒸汽量注入地层后再将一定的注氮量注入地层；
（3）本公司采用固定注氮设备摆放在供热站附近，氮气经注汽管线和蒸汽一起经计量站，后分别流向多口措施采油井（混注）。
4 注氮气辅助蒸汽（混注）吞吐实施效果
4.1 第一轮注氮气与多轮注蒸汽（混注）生产情况
（1）第一轮注氮气辅助第六轮注蒸汽的12口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油192t，增水375t，回采水率提高43.7%，生产天数延长12.4天。
（2）第一轮注氮气辅助第七轮注蒸汽的23口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油240t，增水293t，回采水率提高19.9%，生产天数延长6.3天。
（3）第一轮注氮气辅助第八轮注蒸汽的17口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油88t，增水341t，回采水率提高43.3%，生产天数延长5.3天。
（4）第一轮注氮气辅助第九轮注蒸汽的11口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油345t，增水532t，回采水率提高34.5%，生产天数延长7.3天。
（5）第一轮注氮气辅助第十轮注蒸汽的4口井与未注氮气同轮注蒸汽邻井周期对比，平均单井增油635t，增水817t，回采水率提高46.4%，生产天数延长45.9天。
4.2 连续两论注氮气与多轮注蒸汽（混注）生产情况
（1）连续两轮注氮气辅助第4～7轮注蒸汽的23口井，平均单井增油254t，增水889t，回采水率提高12.2%，生产天数延长31.3天。
（2）连续两轮注氮气辅助第8～10轮注蒸汽的32口井，平均单井增油148t，增水553t，回采水率提高17.5%，生产天数延长26.7天。
5 注氮气辅助蒸汽（段塞注）实施效果
段塞注的原理：后段注入的氮气推动前段的蒸汽进入油藏深部，在运动和高压作用下氮气与蒸汽充分的混合带动热量进入油层更深部。油井注汽结束后投入生产时，随着地层压力降低，被压缩存储在地层中的氮气体积会迅速膨胀，产生较大的附加能量，加速驱动地层中的原油及冷凝水迅速排出来。同时在重力分异作用下，氮气会从油层底部向顶部运移，最终聚集在构造的较高部位，形成次生气顶，增加原油附加的弹性气驱能量，驱动原油流动，增大了驱油面积。
对16口段塞井与相邻区块199口混注井的实验，产油量、回采水率、生产天数都比混注方式好。如表1。
表1 段赛注与混注对比
` 通过注氮数模研究和现场实践证明段塞注蒸汽波及体积大于混注蒸汽波及体积，段塞注热量利用率也高于混注热量利用率，所以段塞注方式好于混注方式，但受固定注氮设备不能随时移动的影响和井场管网及热注吞吐周期限制，不可能大面积开展段塞注方式，只能采取混注方式，随着市场的需求公司会引进大型车载移动注氮设备，解决当前不能大面积开展段塞注方式的问题。
6 结论及认识
（1）通过物模实验研究及现场实践效果分析，克拉玛依浅层稠油油藏注氮气改善开发效果的主要机理为：①泡沫油机理；②增加地层弹性能量，有助于回采；③改善蒸汽体积，④保持地层压力，延长吞吐周期。
（2）通过数值模拟研究及现场应用，确定了九区注氮气辅助蒸汽的各项合理参数；得出当油层注汽（气）速度大于油层吸汽（气）速度易井底憋压、油层压开裂缝是造成油层大通道、井窜、出砂的主要原因。
（3）增加移动（车载式）注氮设备开展大面积段塞注方式注氮，通过油套管环空充氮气起隔热保护套管的作用，也能降低井筒热损失，提高井底蒸汽干度。
（4）稠油油藏注氮气辅助蒸汽吞吐可以改善开采效果，为提高油层动用程度，扩大蒸汽波及范围提供了有效手段；为减缓稠油产量递减提供了一条有效途径。
参考文献
［1］彭通曙，郑爱萍，赵刚，侯菊花等.新疆浅层稠油油藏氮气辅助蒸汽吞吐提高采收率研究与应用［J］.新疆石油天然气，2009，（3）：45-47.
［2］李允，王嘉淮等.注氮气改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果［J］.西南石油大学学报，2002，（3）：60-64.
［3］陈荣灿，霍进等.稠油注蒸汽加氮气吞吐实验研究［J］.特种油气藏，1999，6（3）：32-36.
［4］王嘉淮，李允.注氮气改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果［J］.西南石油学院学报，2002，24（3）：46-49.