颜伟涛

（鲁胜石油开发有限责任公司，山东  东营  257000）

 

摘 要：烟道气是含碳燃料燃烧时产生的、从烟道或烟囱排出的气体，主要成分为N₂、CO₂以及少量O₂，捕集处理后注入稠油储层，可起到补充地层能量、扩大蒸汽腔波及范围、提高蒸汽驱油效率等作用。林樊家油田林东馆三区块采用烟道气辅助蒸汽吞吐技术，累计实施烟气复合吞吐井18井次，与常规吞吐转周同期相比，累计增油3240t，油气比提高0.1，取得较好的效果，同时减少CO₂排放433t。

关键词：烟道气；稠油；增能；减排

中图分类号：F272.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2024）04-0011-03  

 

0引言

烟道气是含碳燃料燃烧时所产生的、从烟道或烟囱排出的气体，主要成分为N₂、CO₂以及少量O₂^[1]。胜利稠油热采年注气量近800万t，注气产生的烟道气年排放量约70亿Nm³，对环境影响较大^[2-8]。

研究表明，将烟道气捕集处理后注入稠油储层，可起到补充地层能量、扩大蒸汽腔波及范围、提高蒸汽驱油效率等作用^[1]。鲁胜石油公司本着“变废为宝、低碳减排”的宗旨，对将注气锅炉烟道气用于辅助稠油吞吐开采进行了探索与实践。

1烟道气工艺捕集处理工艺原理

燃气锅炉产生的烟道气经过换热器换热，从110℃降至50℃以下，用滤器分离其中的烟尘、液体，再深度脱水后进入增压机进行加压，从油套环空伴注蒸汽进入油层。

2烟道气驱油机理研究

2.1 溶解降黏增效

为更好地说明溶解气在蒸汽吞吐过程中的作用，实验室通过建立气体辅助蒸汽吞吐机理模型，对蒸汽吞吐过程进行了模拟。在蒸汽吞吐过程中，热量主要集中在近井地带，原油温度远高于稠油的拐点温度，原油主要是加热降黏。在远井地带，储层基本不受热量影响，但受气体的扩散作用影响，原油中仍能溶解一部分气体，能够降低黏度。在远井地带，起降黏作用的主要是气体溶解。

2.2 气体的增能保压作用

对比饱和N₂、CO₂与烟道气后原油饱和压力的变化可以发现，当温度相同时，无论是N₂、CO₂还是烟道气，随着气油比增加，原油的饱和压力也随之升高，这主要是由于气油比越高，因此，溶解气体的量越多。在相同的试验温度下，需要更高的压力才能使气体完全溶解于原油中，对外表现为原油饱和压力升高。对同一气体来说，随着温度升高，原油的饱和压力也呈现升高趋势。在较高的温度条件下，气体分子的运动更加剧烈，气体越不容易溶于原油，气体在原油中的溶解能力越弱，导致原油的饱和压力升高。对比相同气液比条件下（8:1）三种气体的饱和压力，可以发现，CO₂的饱和压力最低，烟道气次之，N₂的饱和压力最高。这说明在相同的温度和压力条件下，N₂更容易从原油中逸出形成游离态的气体，也从侧面说明N₂具有一定的保压作用。

为进一步说明气体的保压作用，实验室建立气体辅助蒸汽吞吐机理模型。在蒸汽吞吐过程中，近井地带温度较高，饱和压力高，原油中溶解的气体较少，气体主要以游离态存在，这部分气体能够扩散到远井地带，溶解在原油中起到降黏和维持储层能量的作用。随着原油的大量开采，地层压力下降，这部分溶解的气体逸出，仍能维持地层压力。

2.3 扩大蒸汽的波及范围

利用二维可视模型模拟单纯注蒸汽、注烟道气辅助蒸汽开发，分析流体分布和温度场变化情况。研究发现，烟道气注入初期携带蒸汽向上运移，促进蒸汽腔“纵向发育”，后期在顶部形成气顶隔热，促进蒸汽腔“横向扩展”。

2.4 提高驱油效率

为了对比研究注蒸汽和烟道气辅助蒸汽的驱油规律，进行注蒸汽、烟道气辅助蒸汽、注蒸汽转烟道气辅助蒸汽三组物模试验，对驱油规律、产气规律、残余油以及含水率、采收率等驱油特征进行对比，总结分析烟道气辅助蒸汽提高采收率的作用机理。当烟道气辅助蒸汽驱替时，产油速度很快，能够明显地看到气体携带油滴喷出。在烟道气辅助注蒸汽中，原油以泡沫油的形式产出，含有大量微气泡，使原油体积变大，减少流动阻力，在一定程度上提高了驱油效率。

对比填砂管前后两端的油砂含油率变化可以看出，烟道气辅助蒸汽的前后两端含油率都小于单纯注蒸汽，后端含油率的降低幅度明显大于前端，说明烟道气的加入对岩心后端驱油效率改善作用更加显著。因为烟道气加入后，携带更多蒸汽快速进入岩心深部，所以减少了蒸汽运移过程中的热量损失，使岩心后端的温度升高更多，驱油效率改善更加明显。以上分析说明烟道气辅助蒸汽提高了岩心后端的驱油效率，这是提高采收率的主要机理。

对比采收率可以明显看出，烟道气辅助蒸汽的采收率明显高于单纯注蒸汽。注蒸汽后转烟道气辅助注蒸汽，仍然可以进一步提高采收率。

3烟道气辅助蒸汽吞吐矿场实验

3.1区块概况

林樊家油田地处山东省滨州市尚店以西、里则镇以北，位于惠民凹陷东北部，林东馆三区块位于林樊家油田东部。林东馆三区块1994年上报含油面积6.1km²，探明石油地质储量648×10⁴t，动用储量246.2×10⁴t，主力含油小层为Ng₃3¹、Ng₃3²和Ng₃4²，油藏埋深-956～-1001m，属于高孔高渗强边底水普通稠油油藏。

3.2开发现状

林东馆三区块在1999年投入开发，1999年10月—2004年4月为直井天然能量开发阶段，2004年7月—2009年11月为注水试验开发阶段，2009年12月至今为采用水平井热采开发阶段。截至2023年2月，投产油井60口，开井46口，日液水平732.7t/d，日油水平132.2t/d，综合含水82.0%，年产油0.8万t，采油速度1.5%，累计产油63.6万t，采出程度24.6%。

3.3主要开发矛盾

3.3.1 多轮次吞吐压降大

自2009年12月产能建设以来，该区块水平井多轮次吞吐后压降幅度大，目前地层压力4.3MPa，压降5.0MPa。

3.3.2 多轮次吞吐热采效果变差

自2009年水平井热采开发以来，林东馆三区块吞吐中后期的周期日油水平和油汽比均逐渐变差，需要探索新的开发策略。常规吞吐加热半径有限（＜60m），井间剩余油采出难。常规调剖工艺适应性差，增油效益逐年下降，亟须应用新的工艺技术来提高热采开发效果。

3.4试验方案优化

3.4.1选井条件确定

根据烟道气的驱油机理确定选井条件：一是位于构造高部位，远离边水；二是有一定的地层亏空；三是井况较好，无出砂等工程问题。

3.4.2注入参数优化

在参数优化过程中，首先，优化蒸汽吞吐的注蒸汽量，其次，保持注入水蒸汽量不变，从第五周期开始注入一定比例的烟道气，最后，通过优化注入烟道气与蒸汽的比例（最佳气汽比）确定烟道气的最佳注入量。在油藏厚度8m，粘度4000mPa.S，周期蒸汽注入量2200t的条件下，通过效果预测对比了气汽比为35、40、45、50、55、60等情况下的周期产油量。从预测结果可以看出，在气汽比从30升到45这一过程中，随着气汽比的上升周期，产油量上升明显，增加烟道气的注入量，周期产油量增加幅度变缓。因此，优选最佳气汽比约为50～55。注蒸汽量不同，烟道气注入量也不同，一般情况下约10万Nm³为最佳。注入烟道气与蒸汽有很好的协同作用，同时烟道气中的部分CO₂等气体也能溶解于原油中降黏，但是注入量过大，会造成烟道气和蒸汽窜流，反而不利于周期开采效果提升。

3.4.3高干度锅炉配套

常温水在上对流段与低温烟气逆向换热，温度升高后，进入下对流段继续吸收中温烟气热量，从对流段出来再进入辐射段吸收火焰辐射热量，汽化后的饱和湿蒸汽继续进入蒸发段吸收高温烟气热量^[9]，出口湿蒸汽干度达到85%～90%。

3.5试验效果

3.5.1强化地层深部传热，扩大热波及半径

常规吞吐多轮次后，近井地带含油饱和度降低，常常依靠提高蒸汽的注入量来扩大热波及范围，提高开发效果。在蒸汽吞吐的过程中伴注烟道气，利用烟道气的携热扩散作用同样可以扩大热波及。既减少了蒸汽的注入，降低了成本，又可以增产增效。自2020年5月矿场实验以来，累计优化5口井注汽量，措施实施后平均单井周期产油增加317吨，油气比提升0.3。

3.5.2 补充地层能量，周期日液水平上升

林东馆三区块多轮次吞吐后期，地层亏空逐轮增加，通过烟道气复合吞吐转周，地层能量得到补充，油井生产液量明显提高。对比烟道气复合吞吐试验井，生产时间相同，烟气复合吞吐后平均单井日液上升3.2t。以表1中LFL7—P30为例，该井第10周期实施烟道气辅助蒸汽吞吐转周，与第7周期N₂泡沫调剖转周对比，当生产90天时，烟道气辅助蒸汽吞吐转周周期日液水平较N₂泡沫调剖转周提升5.8t/d。

3.5.3 调整吸气剖面，实现水平段储量均衡动用

水平井注气过程中存在水平段动用不均匀的情况，因此采用烟道气复合吞吐后，能够调整吸汽剖面，实现水平段储量均衡动用。以LFL7—P17为例（图1所示），该井在2021年5月采用烟气复合吞吐后，水平段前半段平均温度降低（由173.6℃降至124.7℃）、吸汽量占比下降（由70.2%降至42.9%），说明烟道气优先占据大孔道、抑制汽窜通道，且烟道气中的CO₂能够有效降低稠油注气启动压力，起到改善水平段吸汽剖面的作用。

3.5.4 注入的烟道气在地层中埋存，实现温室气体减排

林7—平17井注入烟道气10×10⁴Nm³，其中CO₂含量约9180Nm³。根据采出气量及组分分析测算逸出约2000Nm³。烟道气中的CO₂进入油层后，80%～90%赋存在地下，实现温室气体减排的目的。二氧化碳地下埋存情况如图2所示。

3.5.5 注烟道气辅助热采的综合效益好

自2020年5月开始，在林樊家油田采用烟道气辅助蒸汽吞吐技术提效益。截至目前，累计实施烟气复合吞吐井18井次，累计产油2.0×10⁴t，周期日油水平1130t，周期油气比0.5，边际效益2715万元。

4结语

现场实践已取得较好的效果，展示了该项技术较好的研发和应用前景，为深化烟道气应用树立了信心。

烟道气辅助蒸汽开采的协同驱油机理、油藏适应性、注入参数优化、工程工艺配套等还需要进一步研究完善，深入探索试验。

烟道气和蒸汽以及配套化学剂、烟道气的回收利用率、系统能耗等方面尚有较大的提升空间，针对不同油藏、不同开发阶段，探索与之适配的开发方式，实现综合效益最大化，助力稠油开发。

 

参考文献

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[5] 张义堂.热力采油提高采收率技术[M].北京：石油工业出版社，2006.

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[8] 蒋明，许震芳.齐40块稠油流变特性实验研究[J].断块油气田，1997，4（6）：4.

[9] 史钦芳.高干度注汽锅炉水处理系统设计[J].自动化与仪器仪表，2013（3）：2.

 

作者简介：颜伟涛（1983—），男，湖北襄阳人，工程师，研究方向：油气开发。

 

[2] 孙焕泉，刘慧卿，王海涛，等.中国稠油热采开发技术与发展方向[J].石油学报，2022，43（11）：1664-1674.

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