氮氣在油田中的應用

隨著石油工業的發展，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，現在人們正為此而全力探索新方法和新技術。向油層注氮以提高原油采收率，就是其中一項新技術。利用氮氣自身特性進行油層壓力保持、混相與非混相驅及重力泄油等技術，可大大提高采收率，對我國石油工業穩產、高產具有很大意義。

按傳統作業方法進行一次采油和二次采油采出的原油只有原始地質原油儲量的1/3，仍有2/3左右的原油被封閉在油層中。在美國靠傳統的開采技術已采出大約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，注氣具有注入質量少與油層不混相等優點。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，而產生爆炸，歷史上曾發生過這種悲劇，因此現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、經濟等優點。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

根據氮氣密度小的特點，將其注入構造頂部或允許其運移至構造頂部，增強向下驅替油層流體或重力和穩定混相段塞的作用，提高油氣層流體的產量。

3.混相驅
利用氮氣的多次接觸混相作用驅替油氣層中的油氣。

4.驅動二氧化碳段塞
利用氮氣作為驅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
高壓氮氣可將構造頂部的閣樓層中被圈閉的原油驅替到生產井中。

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

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，液體是連續相。氣體在液體中呈小氣泡分散狀態。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、調剖，氮氣泡沫驅等方面。

1．高壓應用

1.1壓裂酸化
壓裂酸化作業是目前油田穩產、增產的有效措施之一。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。根據有關統計資料，油氣井進行得當的酸化作業后，產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。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注入一定量的高壓氣體，高壓氣體將油管內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，使環形空間內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二氧化碳。液氮和液態二氧化碳價格昂貴，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。而現場制取氮氣系統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。在重質稠油地層，稠油粘度高、滲透性及流動性極差，用傳統采收技術無法奏效。單獨注入蒸汽會發生汽串而減低蒸汽的驅油效力。使用蒸汽泡沫注入工藝，向井內注入高溫蒸汽泡沫，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
在管道或容器內殘存易燃、易爆氣體或液體時，氮氣系統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。

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出原油累計11.4億地面桶，占其原始地質儲量的68％。在洛杉磯地區的4個油田，為了油層非混相驅、混相驅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，由此增產的原油達2億桶。相比之下中國的注氮技術剛剛起步。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，并已經取得了一些可喜成果。