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摘要：若在稠油油藏注蒸汽的同时注入氮气，将会有效地改善蒸汽吞吐效果。研究馆陶组稠油主要分布在南区及东区，油藏埋深840-960米，油层厚度10-20米，油藏边底水活跃。稠油油田提高采收率中的注氮技术主要分为氮气辅助蒸汽吞吐、氮气压水锥以及氮气泡沫调剖技术，有效解决了蒸汽与地下原油密度差引起的重力分异作用，以及蒸汽超覆和汽窜现象，有效缓解了油层动用不均衡的开采矛盾，是提高油田采收率的经济有效方法。
关键词：稠油油藏；边底水；氮气辅助蒸汽吞吐；氮气压水锥；氮气泡沫调剖技术
1油田概况
馆陶组稠油主要分布在南区及东区，油藏埋深840-960米，油层厚度10-20米，油藏边底水活跃。稠油经过近二十年高效开发，井间汽窜以及蒸汽超覆造成的油层动用不均等问题成为制约油田开发的主要因素，同时，由于边底水影响，油田产量大幅下滑。因此，如何提高注汽利用率，扩大油层加热带，对边底水油藏采取行之有效的控水措施，对油田采收率的提高具有重要意义。
2氮气辅助蒸汽吞吐技术
在注蒸汽开采稠油过程中，由于蒸汽与地下原油间密度差引起的重力分异作用和粘度差引起的粘滞指进，以及地层非均质性等因素，导致蒸汽超覆和汽窜现象，造成驱替波及系数小、采收率低。若在稠油油藏注蒸汽的同时注入氮气，将会有效地改善蒸汽吞吐效果。
2.1注氮作用机理
2.1.1保护套管，减少热损失在油管注蒸汽的同时从套管注入氮气，可减少井筒热损失，提高井底蒸汽干度，又能降低套管温度，保护套管。同时，对套管的防腐蚀也起到积极作用。
2.1.2扩大油层。加热带注蒸汽的同时注入非凝结性氮气，可扩大蒸汽加热半径，增加蒸汽的波及体积。
2.1.3增加弹性气驱能量。注入氮气在重力分异作用下，从油层底部向顶部运移，最终聚集顶部，从而增加顶部原油动用且给原油增加附加的弹性气驱能量。采油时，利用这部分能量可把原油驱向井底，提高采收率。
2.1.4稀释降粘。在高压下，部分氮气可溶于油中，使稠油变稀。室内实验表明，随压力增加，油中溶解气量增大，粘度降低，并且原油越稠，氮气降粘效果越显著。
2.1.5优化助排作用。与蒸汽一起注入油层的氮气，在蒸汽凝为热水后，仍然是气体状态，在回采降压时，溶解于油、水体系中的部分氮气迅速膨胀，起到强化助排油水的作用。
2.2室内研究。根据国内外文献调研及油藏动态分析，考虑注入的蒸汽与氮气比例，结合吞吐井的现场注汽情况，确定的最佳混注比例为1：20到1：50，即注1t蒸汽的同时注入氮气量20-50m3。其它注入参数参照热采优化参数进行设计，分别如下：注入压力：10Mpa注入温度：蒸汽300℃以上氮气：20℃常温注入速率：蒸汽14.6m3 /h氮气400-600m3 /h注入干度：取混合值50%。
3氮气压水锥技术
3.1作用机理。其机理是利用油水粘度差，注入的氮气首先进入水锥，使其被迫沿地层向构造或油层下部运移，使水锥消失，并且降低油水界面。同時，由于重力分异作用，氮气从油层底部向顶部运移，从而增加了一个附加弹性能量，延缓了油水界面的恢复。
3.2数值模拟研究。对于潜山底水油藏注氮气数值模拟研究主要开展了氮气不同粘度、不同注入量、不同注入速度研究。室内评价认为，在注入氮气量相同条件下，当原油粘度降低时，油藏顶部含气饱和度逐渐增大；随着注入量增加，开采效果变好，当氮气注入量18.3×104m3时，油井开采效果最好，但氮气注入量再增加时，油井开采效果又随之变差；不同注入速度对油井的开采效果影响很小。
4氮气泡沫调剖技术
4.1作用机理。其机理是利用泡沫剂在地层大孔道中产生的泡沫来降低蒸汽的渗流能力，从而使注汽压力升高，迫使其后注入的蒸汽转向未驱替带，宏观上增大驱替体积，提高波及系数，同时，泡沫剂作为一种表面活性剂，能改善岩石表面的润湿性，提高驱油效率。
4.2性能评价。利用油田的油砂岩样、脱水原油及其模拟地层水，在室内对国内外几种泡沫剂进行了主要性能评价和筛选。
4.2.1发泡性及泡沫稳定性。发泡性是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少，以发泡体积衡量。泡沫的稳定性是指泡沫存在的“寿命”长短，用泡沫半衰期衡量。评价结果表明F240B发泡体积较大，半衰期也长，是一种很好的泡沫剂。
4.2.2耐温性能。将泡沫剂用模拟地层水配制成浓度1%的溶液，装入反应釜内至满，用氮气顶替出一定体积的泡沫剂，使反应釜上部充满氮气，控制不同的恒温温度，连续搅拌，试验结果表明，F240B热稳定性最好，能满足现场试验的要求。
4.2.3封堵性能。泡沫剂好坏室内评价标准为系统阻力因子。试验是在蒸汽驱线性模型中开展的。实验表明，F240B和PM-1封堵能力较强，在岩芯温度2400C左右时，能提高系统封堵压差10倍以上。
4.2.4驱油性能。利用岩芯驱替实验对各种泡沫剂进行驱油性能评价，F240B在注入0.5PV时，驱油效率达65%以上，PM-1在注1PV时，驱油效率接近F240B，从经济上考虑，F240B和PM-1驱油效果最好。
4.3敏感因素影响
4.3.1浓度对泡沫流动性能影响。泡沫剂浓度对泡沫的封堵性能有很大影响，只有当浓度达到一定值时，泡沫才能起到降低流度的作用。试验表明：在250℃温度下，一般泡沫剂的使用浓度为0.5%较合适。
4.3.2含油饱和度对泡沫流动性影响。室内试验表明：含油饱和度低于10%时是有效的，而高于大约20%时是无效的。
4.3.3渗透率对泡沫流动性能影响。随渗透率增大，泡沫封堵能力增强。
4.3.4岩石表面吸附影响。实验表明泡沫剂在碳酸岩表面的吸附量高，而在砂岩表面的吸附量很少，并且吸附量随温度的升高而降低。 5现场应用
5.1施工工艺。三种注氮类工艺施工设备均采用了引进的制氮系统及泡沫注入装置。其中氮气辅助蒸汽吞吐及压水锥技术是在油管注蒸汽的同时将氮气从套管注入，均采用连续式注入法，氮气流量10m3 /min，前者氮气用量按每米油层2000m3设计，一般为3-6×104m3，后者氮气用量是根据水锥体积的1.5倍来设计的，一般为4-8×104m3。其水锥体积按照美国麦斯盖特在他所著的《采油物理原理》中讲述的近似方法推算。
5.2现场应用
5.2.1氮气辅助蒸汽吞吐技术现场应用效果。该技术共试验37井次，累计注入氮气153×
104m3，共增油20775t。现场应用表明注该技术不仅能提高原油采收率，还可增加回采水率，降低近井地带含水饱和度。
5.2.2氮气压水锥技术现场应用效果。该技术共实施13井次，累计注氮气57×104m3，共增油7214t，降低含水24.8%。
5.2.3氮气泡沫调剖技术。该技术首先在油田小井距汽驱井组进行现场试验，泡沫剂采用F240B药剂，共注入9.6吨，施工后累计增油8604吨，有效期达150天。近年来，先后在大井距汽驅井组和吞吐井上开展了试验，均收到明显效果。该技术在油田已应用82井次，累计增油89845万吨。
经济效益评价采用投入产出比的指标进行评价，计算公式：投入产出比=（材料费+施工费）/增油销售收入。其中：材料费包括药剂费和配套工具费用，施工费包括车辆劳务费和作业费，原油价格按1000元/吨计算。氮气辅助蒸汽吞吐技术的投入产出比为1：7.4，氮气压水锥技术的投入产出比为1：5，泡沫调剖技术的投入产出比为1：7.2。
6 结束语
利用氮气辅助蒸汽吞吐的油层埋深一般以1000米为宜，油层厚度不小于10米。利用氮气压水锥技术可有效地抑制底水锥进，提高采收率。氮气泡沫调剖技术不仅能提高波及系数，而且也能提高驱油效率，对汽窜严重井具有显著效果。同时选择理想泡沫剂，采用合理注入工艺，是该技术成功的重要因素。优化注氮气参数，采用合理注入工艺，抓住最佳注入时机是注氮类技术成功的主要因素。
参考文献：
[1]刘文章.注氮气及泡沫剂提高蒸汽吞吐效果的新技术. 科学技术与工程[J] 2016（08）
关键词：稠油油藏；边底水；氮气辅助蒸汽吞吐；氮气压水锥；氮气泡沫调剖技术
1油田概况
馆陶组稠油主要分布在南区及东区，油藏埋深840-960米，油层厚度10-20米，油藏边底水活跃。稠油经过近二十年高效开发，井间汽窜以及蒸汽超覆造成的油层动用不均等问题成为制约油田开发的主要因素，同时，由于边底水影响，油田产量大幅下滑。因此，如何提高注汽利用率，扩大油层加热带，对边底水油藏采取行之有效的控水措施，对油田采收率的提高具有重要意义。
2氮气辅助蒸汽吞吐技术
在注蒸汽开采稠油过程中，由于蒸汽与地下原油间密度差引起的重力分异作用和粘度差引起的粘滞指进，以及地层非均质性等因素，导致蒸汽超覆和汽窜现象，造成驱替波及系数小、采收率低。若在稠油油藏注蒸汽的同时注入氮气，将会有效地改善蒸汽吞吐效果。
2.1注氮作用机理
2.1.1保护套管，减少热损失在油管注蒸汽的同时从套管注入氮气，可减少井筒热损失，提高井底蒸汽干度，又能降低套管温度，保护套管。同时，对套管的防腐蚀也起到积极作用。
2.1.2扩大油层。加热带注蒸汽的同时注入非凝结性氮气，可扩大蒸汽加热半径，增加蒸汽的波及体积。
2.1.3增加弹性气驱能量。注入氮气在重力分异作用下，从油层底部向顶部运移，最终聚集顶部，从而增加顶部原油动用且给原油增加附加的弹性气驱能量。采油时，利用这部分能量可把原油驱向井底，提高采收率。
2.1.4稀释降粘。在高压下，部分氮气可溶于油中，使稠油变稀。室内实验表明，随压力增加，油中溶解气量增大，粘度降低，并且原油越稠，氮气降粘效果越显著。
2.1.5优化助排作用。与蒸汽一起注入油层的氮气，在蒸汽凝为热水后，仍然是气体状态，在回采降压时，溶解于油、水体系中的部分氮气迅速膨胀，起到强化助排油水的作用。
2.2室内研究。根据国内外文献调研及油藏动态分析，考虑注入的蒸汽与氮气比例，结合吞吐井的现场注汽情况，确定的最佳混注比例为1：20到1：50，即注1t蒸汽的同时注入氮气量20-50m3。其它注入参数参照热采优化参数进行设计，分别如下：注入压力：10Mpa注入温度：蒸汽300℃以上氮气：20℃常温注入速率：蒸汽14.6m3 /h氮气400-600m3 /h注入干度：取混合值50%。
3氮气压水锥技术
3.1作用机理。其机理是利用油水粘度差，注入的氮气首先进入水锥，使其被迫沿地层向构造或油层下部运移，使水锥消失，并且降低油水界面。同時，由于重力分异作用，氮气从油层底部向顶部运移，从而增加了一个附加弹性能量，延缓了油水界面的恢复。
3.2数值模拟研究。对于潜山底水油藏注氮气数值模拟研究主要开展了氮气不同粘度、不同注入量、不同注入速度研究。室内评价认为，在注入氮气量相同条件下，当原油粘度降低时，油藏顶部含气饱和度逐渐增大；随着注入量增加，开采效果变好，当氮气注入量18.3×104m3时，油井开采效果最好，但氮气注入量再增加时，油井开采效果又随之变差；不同注入速度对油井的开采效果影响很小。
4氮气泡沫调剖技术
4.1作用机理。其机理是利用泡沫剂在地层大孔道中产生的泡沫来降低蒸汽的渗流能力，从而使注汽压力升高，迫使其后注入的蒸汽转向未驱替带，宏观上增大驱替体积，提高波及系数，同时，泡沫剂作为一种表面活性剂，能改善岩石表面的润湿性，提高驱油效率。
4.2性能评价。利用油田的油砂岩样、脱水原油及其模拟地层水，在室内对国内外几种泡沫剂进行了主要性能评价和筛选。
4.2.1发泡性及泡沫稳定性。发泡性是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少，以发泡体积衡量。泡沫的稳定性是指泡沫存在的“寿命”长短，用泡沫半衰期衡量。评价结果表明F240B发泡体积较大，半衰期也长，是一种很好的泡沫剂。
4.2.2耐温性能。将泡沫剂用模拟地层水配制成浓度1%的溶液，装入反应釜内至满，用氮气顶替出一定体积的泡沫剂，使反应釜上部充满氮气，控制不同的恒温温度，连续搅拌，试验结果表明，F240B热稳定性最好，能满足现场试验的要求。
4.2.3封堵性能。泡沫剂好坏室内评价标准为系统阻力因子。试验是在蒸汽驱线性模型中开展的。实验表明，F240B和PM-1封堵能力较强，在岩芯温度2400C左右时，能提高系统封堵压差10倍以上。
4.2.4驱油性能。利用岩芯驱替实验对各种泡沫剂进行驱油性能评价，F240B在注入0.5PV时，驱油效率达65%以上，PM-1在注1PV时，驱油效率接近F240B，从经济上考虑，F240B和PM-1驱油效果最好。
4.3敏感因素影响
4.3.1浓度对泡沫流动性能影响。泡沫剂浓度对泡沫的封堵性能有很大影响，只有当浓度达到一定值时，泡沫才能起到降低流度的作用。试验表明：在250℃温度下，一般泡沫剂的使用浓度为0.5%较合适。
4.3.2含油饱和度对泡沫流动性影响。室内试验表明：含油饱和度低于10%时是有效的，而高于大约20%时是无效的。
4.3.3渗透率对泡沫流动性能影响。随渗透率增大，泡沫封堵能力增强。
4.3.4岩石表面吸附影响。实验表明泡沫剂在碳酸岩表面的吸附量高，而在砂岩表面的吸附量很少，并且吸附量随温度的升高而降低。 5现场应用
5.1施工工艺。三种注氮类工艺施工设备均采用了引进的制氮系统及泡沫注入装置。其中氮气辅助蒸汽吞吐及压水锥技术是在油管注蒸汽的同时将氮气从套管注入，均采用连续式注入法，氮气流量10m3 /min，前者氮气用量按每米油层2000m3设计，一般为3-6×104m3，后者氮气用量是根据水锥体积的1.5倍来设计的，一般为4-8×104m3。其水锥体积按照美国麦斯盖特在他所著的《采油物理原理》中讲述的近似方法推算。
5.2现场应用
5.2.1氮气辅助蒸汽吞吐技术现场应用效果。该技术共试验37井次，累计注入氮气153×
104m3，共增油20775t。现场应用表明注该技术不仅能提高原油采收率，还可增加回采水率，降低近井地带含水饱和度。
5.2.2氮气压水锥技术现场应用效果。该技术共实施13井次，累计注氮气57×104m3，共增油7214t，降低含水24.8%。
5.2.3氮气泡沫调剖技术。该技术首先在油田小井距汽驱井组进行现场试验，泡沫剂采用F240B药剂，共注入9.6吨，施工后累计增油8604吨，有效期达150天。近年来，先后在大井距汽驅井组和吞吐井上开展了试验，均收到明显效果。该技术在油田已应用82井次，累计增油89845万吨。
经济效益评价采用投入产出比的指标进行评价，计算公式：投入产出比=（材料费+施工费）/增油销售收入。其中：材料费包括药剂费和配套工具费用，施工费包括车辆劳务费和作业费，原油价格按1000元/吨计算。氮气辅助蒸汽吞吐技术的投入产出比为1：7.4，氮气压水锥技术的投入产出比为1：5，泡沫调剖技术的投入产出比为1：7.2。
6 结束语
利用氮气辅助蒸汽吞吐的油层埋深一般以1000米为宜，油层厚度不小于10米。利用氮气压水锥技术可有效地抑制底水锥进，提高采收率。氮气泡沫调剖技术不仅能提高波及系数，而且也能提高驱油效率，对汽窜严重井具有显著效果。同时选择理想泡沫剂，采用合理注入工艺，是该技术成功的重要因素。优化注氮气参数，采用合理注入工艺，抓住最佳注入时机是注氮类技术成功的主要因素。
参考文献：
[1]刘文章.注氮气及泡沫剂提高蒸汽吞吐效果的新技术. 科学技术与工程[J] 2016（08）