氮气在油田中的应用

随着石油工业的发展，石油储量在逐年下降，石油的开采越来越困难了。然而仍然有近2/3的原油因为一二次未能采出而被封锁在地下，现在人们正为此而全力探索新方法和新技术。向油层注氮以提高原油采收率，就是其中一项新技术。利用氮气自身特性进行油层压力保持、混相与非混相驱及重力泄油等技术，可大大提高采收率，对我国石油工业稳产、高产具有很大意义。

按传统作业方法进行一次采油和二次采油采出的原油只有原始地质原油储量的1/3，仍有2/3左右的原油被封闭在油层中。在美国靠传统的开采技术已采出大约1000亿桶原油，油层中仍还有近70%的原油约3000亿桶残留在地下。要想尽可能多的采出这部分原油，就必须不断采取提高采收率的新方法。一般来说，向油藏中注入流体包括液体和气体，就是这样一种新方法。与注液体相比，注气具有注入质量少与油层不混相等优点。注入气体有空气、天然气、二氧化碳和氮气等。由于注入空气可能会导致空气和地下天然气混合达到爆炸极限，而产生爆炸，历史上曾发生过这种悲剧，因此现在注空气已被禁止或严格控制使用。

本世纪60年代期间，以天然气作为提高采收率的主气源，后因天然气供应不足及价格升高等原因，人们又寻求用二氧化碳做气源。但二氧化碳气源通常在远离井场的地方，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，开始转向资源丰富的氮气，因为空气中就含有大量的氮气（空气中含有78%的氮气，21%的氧气，1%的其它气体）而且与天然气和二氧化碳相比具有无腐蚀、适应性好、经济等优点。三者相比较氮气的价格为每立方米约合人民币0.12-0.24元，天然气的价格为每立方米约合人民币0.46-1.38元，而二氧化碳的价格为每立方米约合人民币0.39-0.92元。目前，美国和加拿大每天向油层中注入高达一千四百多万立方米的氮气，用以提高原油的采收率。在美国实施注气的30个油田中，注氮气的就有25个。

从多油藏的角度看，油层注氮主要有如下几方面作用

1.保持油层压力

将油气层的压力保持或高于其露点压力或泡点压力，或保持在目前压力水平上，以使油气层流体能顺利流出。

2.重力泄油和非混相驱

根据氮气密度小的特点，将其注入构造顶部或允许其运移至构造顶部，增强向下驱替油层流体或重力和稳定混相段塞的作用，提高油气层流体的产量。

3.混相驱
利用氮气的多次接触混相作用驱替油气层中的油气。

4.驱动二氧化碳段塞
利用氮气作为驱替流体扒动二氧化碳等溶剂在油气层中所形成的混相段塞。

5.阁楼油开采
高压氮气可将构造顶部的阁楼层中被圈闭的原油驱替到生产井中。

6.气顶驱替
在油藏部位注入氮气，可保持或提高油藏压力并同时驱替和采出气顶气。

从其具体使用情况看主要有以下几方面的用途

氮气泡沫液由含表面活性剂的水溶液和氮气组成，其中气体是分散相，液体是连续相。气体在液体中呈小气泡分散状态。气体的直径越小，泡沫流体的性能越好。同时泡沫流体具有密度小、粘度大、携砂能力强，遇水敏性地层不会产生粘土膨胀问题，同时具有良好的封堵能力等特性，被广泛的应用于钻井、压洗井、压裂、酸化、堵水、调剖，氮气泡沫驱等方面。

1．高压应用

1.1压裂酸化
压裂酸化作业是目前油田稳产、增产的有效措施之一。压裂酸化后，油层裂缝通道加长、渗透性改善、油气采收率提高。根据有关统计资料，油气井进行得当的酸化作业后，产量可增加几倍至几十倍。

1.2气举排液
压裂酸化完成后，要进行必要的排液和诱喷作业。近年来油田采用气举诱喷新工艺，效果良好。气举排液、气举诱喷是指向井筒内注入一定量的高压气体，高压气体将油管内的液体扒到油管最下部，高压气体从油管下部进入套管空间成正举法，使环形空间内的液体和气体充分混合，并一同从井口喷出。此时井底压力急剧减小，油气喷向低压区的井底口，渗透并引起自喷。因井底积水停喷的油井使用氮气排液后，可将井抽活成为自喷井。向油井内注入的高压气体必须具有阻燃抗爆的特性，而空气中的氧分在高压高温下容易引起燃烧爆炸不宜使用，目前油田普遍使用液氮和液态二氧化碳。液氮和液态二氧化碳价格昂贵，需要专用设备长途运输，不适合油田的过程，从热能方面来讲，也是一种极大的浪费。而现场制取氮气系统可从空气中直接分离氮气，不需要外加电源及其他外围设备，消耗能源少，移动方便。

1.3蒸汽、泡沫、氮气注井
实践证明，蒸汽、加泡沫剂、加氮气注井是稠油开采及油气井二次开采的最有效手段。在重质稠油地层，稠油粘度高、渗透性及流动性极差，用传统采收技术无法奏效。单独注入蒸汽会发生汽串而减低蒸汽的驱油效力。使用蒸汽泡沫注入工艺，向井内注入高温蒸汽泡沫，蒸汽泡沫阻尼大，地层中原有裂缝通道对蒸汽阻力增大，从而减低汽串的负面作用，使含油地层温度升高，在高压氮气的作用下，稠油井可以成为自流井。

1.4管道、容器试压
在管道或容器内残存易燃、易爆气体或液体时，氮气系统可同时做吹扫及试压工作。

2.中压应用

2.1管道吹扫
易燃易爆气，液输送管线维修前，须对管道中残留气、液进行吹扫。根据管道的实际情况，用一定压力和流量的氮气对管路进行吹扫作业。

2.2燃油储罐气封
燃油储罐顶部残存空气是造成油罐起火爆炸的主要原因之一。在油罐顶部充氮，是解决这一隐患的根本途径，这一方法同样用于其它液体储罐

从资料上看，美国参与注氮项目的30个油田中的5个油田因注氮气而产出原油累计11.4亿地面桶，占其原始地质储量的68％。在洛杉矶地区的4个油田，为了油层非混相驱、混相驱和凝析油藏保持压力而向油层注入了452.8万立方米的氮气，由此增产的原油达2亿桶。相比之下中国的注氮技术刚刚起步。目前在中国辽河、胜利、华北等油田己开始进行注氮项目的试验研究，并已经取得了一些可喜成果。