羅剛強(qiáng) 李鈴(四川省天然氣廣元能源有限責(zé)任公司，四川 廣元 628000)

0 引言

近年來，我國(guó)油氣行業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，油氣能源也產(chǎn)生了大量的消耗，在油氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中蒸發(fā)與泄露導(dǎo)致有價(jià)值的油氣能源不能被回收利用。為了有效地改善這一問題，我國(guó)致力于油氣回收技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。

1 油氣回收技術(shù)的研究背景

如今，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展都離不開油氣和天然氣兩種能源，各國(guó)都在大力研發(fā)油氣天然氣回收技術(shù)。我國(guó)的油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)在不斷的發(fā)展，然而油氣和天然氣都屬于不可再生資源，據(jù)相關(guān)的研究顯示，油氣資源在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中會(huì)產(chǎn)生大量的損失，造成油氣資源浪費(fèi)。因此，在此背景下，我國(guó)進(jìn)行油氣回收技術(shù)的研究勢(shì)在必行。我國(guó)目前此方面的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，因此，我國(guó)應(yīng)該進(jìn)一步結(jié)合自身的實(shí)際情況，完善油氣回收技術(shù)的研究，提升油氣資源回收的效率。

2 油氣儲(chǔ)運(yùn)中常見的回收技術(shù)

2.1 冷凝法

冷凝法是一種非常常見的油氣回收技術(shù)，在常見的壓力條件下對(duì)油氣資源和低溫介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，使其溫度降低，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)重組形成液體，便于油氣回收，剩余的輕質(zhì)組分則直接排入到大氣中。此方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)受到溫度的影響，由于介質(zhì)之間熱量的交換方式比復(fù)雜，運(yùn)行成本非常高。

2.2 吸收法

在一定的工藝條件下，通過吸收劑的應(yīng)用，將油氣中的各類成分吸收起來進(jìn)行回收，結(jié)合壓力和溫度等工作條件，吸收法又可以分成常壓常溫吸收法和常壓低溫吸收法等，但是此類方法應(yīng)用不夠廣泛，由于在常壓常溫條件下油氣的回收已經(jīng)比較方便。所使用的吸收劑也有兩種，其一是可再生吸收劑，還有一種是不可再生吸收劑。

2.3 吸附法

吸附法與吸收法存在一定的相似之處，采用吸附劑將油氣中的成分從空氣中分離出來。吸附劑用于一些親和力較強(qiáng)的材料中，一般是活性炭，其對(duì)油氣中各類成分的吸附率高達(dá)34%，但是在高溫下吸附劑與油氣中的成分會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，此類方法在應(yīng)用中存在一定的局限性。

3 油氣儲(chǔ)運(yùn)中油氣回收技術(shù)的具體運(yùn)用

3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量的PVT模擬

為了模擬在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用了Eclipse模擬器的流體PVTi模塊PVTi。基于PVTi狀態(tài)方程(EOS)的Eclipse模擬器模塊用于描述各種流體樣本，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括相對(duì)體積、總地層體積系數(shù)、氣藏體積系數(shù)、氣體比重、氣油比、油氣回收系數(shù)。

3.2 吞吐注氣性能評(píng)價(jià)

在致密巖石樣品中進(jìn)行了huff-n-puff氣體注入或循環(huán)氣體注入的實(shí)驗(yàn)研究，第一步是在給定壓力下用油樣在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使巖心塞飽和。然后，將預(yù)飽和的巖芯放在巖芯固定器中，暴露在高壓氣體中。在關(guān)井或浸泡期間，預(yù)計(jì)氣體會(huì)滲入基質(zhì)并與油充分接觸。浸泡后，通過降低系統(tǒng)壓力，油從基質(zhì)中滲出。通過重新稱重巖芯樣品或使用有機(jī)溶劑收集回收的油氣來計(jì)算油氣回收率。常用的注入氣體或溶劑為N2、CO2、CH4、C2H6和CH4/C2H6混合物。

3.3 完善敏感性分析，改善油氣回收率

除實(shí)驗(yàn)研究外，還利用內(nèi)部模擬方法或軟件工具進(jìn)行了大量模擬工作，以研究致密地層中的現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模吞吐注入。敏感性分析與實(shí)驗(yàn)或模擬一起進(jìn)行，以檢查各種操作參數(shù)(注入壓力和速率、初始注入時(shí)間、氣體注入持續(xù)時(shí)間、均熱時(shí)間、循環(huán)次數(shù)和非均質(zhì)性)對(duì)回收率的影響。

注氣壓力對(duì)吞吐采油方案回收率的影響，增加壓力只會(huì)在不混溶條件下產(chǎn)生良好的恢復(fù)性能。當(dāng)注入壓力高于MMP時(shí)，進(jìn)一步增加注入壓力不會(huì)導(dǎo)致回收率顯著增加。近混相CO2吞吐和混相CO2吞吐可以有效地提高原油回收率，分別達(dá)到63.0%和61.0%，而水驅(qū)和不混相CO2吞吐的最終回收率分別為42.8%和51.5%。頁(yè)巖油地層中的吞吐過程的主要機(jī)制包括粘度和界面張力降低、油膨脹效應(yīng)、輕組分萃取和溶解氣驅(qū)動(dòng)。

常規(guī)地層或致密地層中，氣體相對(duì)更容易溶解在基質(zhì)中的機(jī)理，油被存儲(chǔ)后，氣體更難與油氣接觸，在MMP下方和上方，他們觀察到當(dāng)注入壓力高于MMP時(shí)，回收率仍隨著壓力的增加而增加。

注氣速度是注氣吞吐提高回收率的重要參數(shù)之一，在進(jìn)行了一系列敏感性分析，認(rèn)為與注氣時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等因素相比，注氣速度是提高回收率的最重要參數(shù)，較高的注入速度會(huì)導(dǎo)致較高的采油系數(shù)，通過使用500和5000Mscf/天和100、1000和10000Mscf/天的注入速率檢查了CO2注入速率對(duì)油氣回收率的影響，發(fā)現(xiàn)回收率相應(yīng)提高了1.0%～5.4%。較高的注入速率確保在一個(gè)周期內(nèi)將更多的氣體注入儲(chǔ)層，從而保持較高的儲(chǔ)層壓力。

另一方面，較高的注入速度也意味著更多的資本投入，特別是當(dāng)注入速度增加一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，注入到儲(chǔ)層中的二氧化碳將大大增加。從盈利角度來看，注入大量二氧化碳是不合理的，應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)以優(yōu)化注入速率。初始注氣時(shí)間和注氣持續(xù)時(shí)間也是注氣過程中的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，將注氣初始時(shí)間從1000天推遲到2000天，可提高回收率2.47%。采用30天、200天、400天、500天和1000天的注氣初始時(shí)間，考察了初始注氣時(shí)間，可以看出延遲注氣(從30天到400天)可以提高回收率；但是，當(dāng)稍后開始注氣(400至1000天)時(shí)，油氣回收率并沒有得到有效提高。與周期數(shù)和注氣速度相似，較長(zhǎng)的注氣時(shí)間有利于提高回收率，因?yàn)樽饬吭酱?，可保持較高的儲(chǔ)層壓力。

然而，從現(xiàn)金流的角度來看，注氣時(shí)間應(yīng)得到優(yōu)化。均熱時(shí)間作為吞吐過程中的另一個(gè)重要操作參數(shù)，通常與循環(huán)次數(shù)一起進(jìn)行檢驗(yàn)。長(zhǎng)浸泡時(shí)間使注入氣體能夠通過溶解與油氣更好地混合，從而提高每摩爾二氧化碳的有效回收率。但是，長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)井會(huì)縮短生產(chǎn)時(shí)間。最佳均熱時(shí)間可通過計(jì)算總氣體利用率，以及將循環(huán)次數(shù)和壓力分布聯(lián)系起來確定。一些實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，在混相CO2注入條件下，較長(zhǎng)的均熱時(shí)間允許氣體進(jìn)一步擴(kuò)散到基質(zhì)中，從而獲得更高的累積回收率。

在固定的時(shí)間內(nèi)，縮短浸泡時(shí)間并允許更多的循環(huán)次數(shù)比使用較少的周期長(zhǎng)時(shí)間浸泡更有效，二氧化碳吞吐注入一段時(shí)間后的累積回收率低于一次衰竭時(shí)的累積回收率。注入和浸泡周期導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間縮短，并造成無(wú)補(bǔ)償?shù)纳a(chǎn)損失。注氣吞吐最終回收率較低的原因是注入壓力低4000psi，該壓力應(yīng)高于初始儲(chǔ)層壓力6840psi。因此，要提升油氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中的回收率，就要合理的控制注氣時(shí)間和注氣量。

浸泡時(shí)間對(duì)回收率無(wú)影響，在本次敏感性分析中，一次注氣1000天后只進(jìn)行了一次注氣循環(huán)，而總生產(chǎn)時(shí)間為5000天，回收率變化不大。儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)吞吐或循環(huán)天然氣注入效率的影響也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，對(duì)于低滲透非均質(zhì)儲(chǔ)層，其回收率優(yōu)于均質(zhì)儲(chǔ)層，CO2會(huì)遷移到更深的地層中，而不會(huì)起到增加儲(chǔ)層壓力和將油運(yùn)回井內(nèi)的作用。儲(chǔ)層非均質(zhì)性可以有效阻止注入氣向深層運(yùn)移，有助于保持較高的近井儲(chǔ)層壓力，提升油氣回收率。

3.4 完善油氣流動(dòng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，提升油氣回收率

頁(yè)巖氣藏氣驅(qū)的實(shí)驗(yàn)和模擬研究與huff-n-puff相比受到了限制，這可能是由于致密頁(yè)巖的低吸水性造成的。本次研究采用頁(yè)巖巖芯塞(滲透率為85～400nd)對(duì)氮?dú)怛?qū)和氮?dú)馔掏逻M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，氮?dú)馔黄坪螽a(chǎn)量下降。

由于各周期的壓力梯度持續(xù)良好，吞吐采油方案保持了相對(duì)較長(zhǎng)的有效回收率。在140°F的儲(chǔ)層溫度下，對(duì)致密地層巖心(滲透率為250～440μd)中的CO2水交替氣體注入進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，較短的水段塞尺寸或較長(zhǎng)的CO2段塞尺寸有利于提高流體的注入能力，但由于早期天然氣雜質(zhì)比較多，導(dǎo)致回收率下降。在注水期間，循環(huán)時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致流體的注入能力降低。

然而，當(dāng)注入能力降低到一個(gè)閾值后，它對(duì)CO2段塞尺寸變得敏感。為了更好的提升油氣儲(chǔ)運(yùn)中的回收率，對(duì)水力壓裂頁(yè)巖油藏(滲透率為0.1μd)的天然氣注入和注水方法進(jìn)行了評(píng)估和比較，采用一個(gè)小模型對(duì)水平井兩個(gè)橫向水力裂縫間的氣驅(qū)進(jìn)行了數(shù)值模擬，氣驅(qū)方法比循環(huán)注氣法的油氣回收率略高；由于頁(yè)巖儲(chǔ)層注水能力低，注水效果不如注氣。

在油田頁(yè)巖油氣藏的混相和非混相條件下進(jìn)行了數(shù)值模擬模型研究中，結(jié)果表明在混相和非混相條件下，無(wú)論注入氣類型如何，都能獲得顯著的回收率。在混相條件下，作為替代注入氣體的烴類氣體以及CO2注入。在非混相條件下，注烴也能獲得較好的回收率。

3.5 改善氣體注入機(jī)制，提升油氣回收率

對(duì)于頁(yè)巖油氣藏的吞吐氣注入，再增壓是提高回收率的最重要機(jī)制之一，可通過使用高注入壓力，通過增加注入速度，通過延長(zhǎng)注入持續(xù)時(shí)間和增加循環(huán)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)重要的機(jī)理是注入的溶劑(CO2、CH4、C2H6或采出氣)可以通過多接觸混相過程從油氣中提取輕組分。同時(shí)，這些溶劑溶解在油中，導(dǎo)致粘度和界面張力降低，膨脹的稀釋油更容易回收。

上述機(jī)理可能在致密儲(chǔ)層(如Bakken組中部)或常規(guī)儲(chǔ)層中發(fā)揮重要作用，在這些儲(chǔ)層中，氣體相對(duì)更容易擴(kuò)散到基質(zhì)中并與油氣接觸。使用CT圖像可視化了超致密頁(yè)巖塞中的氣體掃描體積表明氣體可以與被困在納米級(jí)孔隙中的油氣接觸。此外，納米限制效應(yīng)可能會(huì)影響MMP的估算，并改變流體性質(zhì)，因此，包括管道壓力效應(yīng)和臨界性質(zhì)的變化可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)回收率。分子擴(kuò)散對(duì)回收性能的影響與擴(kuò)散系數(shù)和浸泡時(shí)間密切相關(guān)。

然而，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量油飽和致密多孔介質(zhì)中氣體擴(kuò)散系數(shù)是有限的，更可靠的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)分子擴(kuò)散在注氣吞吐中的作用至關(guān)重要?；|(zhì)滲透率對(duì)提高回收率的影響也非常大，在大滲透率范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的提高回收率性能，具有發(fā)達(dá)天然裂縫的雙孔雙滲體系，包括納米限制效應(yīng)和通過采用更高擴(kuò)散率的分子擴(kuò)散，并采用優(yōu)化的周期和注入時(shí)間參數(shù)，可以獲得更好的回收率。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展離不開油氣能源，而在油氣儲(chǔ)運(yùn)中的油氣損失會(huì)造成大量能源浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成一定的污染。對(duì)此，必須要采取有效的油氣回收技術(shù)，對(duì)在油氣儲(chǔ)運(yùn)中因蒸發(fā)、泄漏而損失的油氣進(jìn)行有效回收利用，從而減少損失，提高效益。但目前我國(guó)的油氣回收技術(shù)尚不夠完善，未來仍需加強(qiáng)研究，爭(zhēng)取早日研發(fā)出更加有效的技術(shù)。