二氧化碳驱油原理Word下载.docx

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提出的另外一种工艺是通过双注水系统同时注水和（见下图），但是这种工艺的施工和完井的成本高，经济风险更大。

沃纳（Warner1977）和费耶尔斯（Fayers）等人在模拟研究中证明，WAG注入法要比连续或单段塞注入法优越。

沃纳的研究结果还表明，连续注入可采出潜在剩余油量的20%；

注入段塞可采出25%；

而WAG法可采出注水后地下原油的38%；

同时注入气与水可采出47%的原油，但此法仍存在着严重的操作问题。

由此看来，WAG法仍然是最经济可行的驱工艺，但它不适合于低渗透砂岩，因为在这种砂岩中，由于水的流度很低，变换注入方式可能造成注入速度严重降低。

不管是以何种方式注入油层，之所以能有效地从多孔介质中驱油，主要是由于以下各因素作用的结果：

（1）使原油膨胀；

（2）降低原油粘度；

（3）改变原油密度；

（4）对岩石起酸化作用；

（5）可以将原油中的轻质馏分汽化和提取；

（6）压力下降造成溶解气驱；

（7）降低界面张力；

至于哪个因素起主要作用，取决于油层温度、压力和原油组分，对于某个具体的驱项目来说，其主要驱替特效性应处于图1-2中所示的五个区域中的一个：

区1：

低压环境；

区2：

中压、高温环境；

区3：

中压、低温环境；

区4：

高压环境；

区5：

高压、低温（液体）环境。

当处于-56.6OC,0.422MPa时，固体、液体和气体同时存在，即三相点。

当二氧化碳处于31○C，7.39MPa时，气体、液体同时存在，即临界点。

当温度高于31○C时，压力增大，二氧化碳也只能是气态，见图1.3

因为二氧化碳的分子不具有水分子的固有极性，所以在较高的油藏温度和压力下，它不是以低粘度的液体溶于油中，就是以高密度的气体溶于油中；

并且随着压力升高，其溶解度也相应增大，见图1.4。

原油中溶有注入的二氧化碳时，原油性质会发生变化，甚至油藏性质也会得到改善，这就是二氧化碳提高原油采收率的关键。

下面详细分析二氧化碳驱油提高采收率的机理。

1.降低原油粘度

二氧化碳溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大，见表。

40○C时，二氧化碳溶于沥青可大大降低沥青的粘度。

温度较高时（120○C以上），因二氧化碳溶解度降低，降粘作用反而变差；

在同一温度条件下，压力升高时，二氧化碳溶解度升高，降粘作用随之提高。

但是，压力过高，若压力超过饱和压力时，粘度反而上升。

原油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高原油产量

2.改善原油与水的流度比

大量的二氧化碳溶于原油和水，将使原油和水碳酸化。

原油碳酸化后，其粘度随之降低，大庆勘探开发研究院在45○C和12.7MPa的条件下进行了有关试验，试验表明，二氧化碳在油田注入水中的溶解度为5%（质量），而在大庆油田原油中的溶解度为15%（质量）；

由于大量二氧化碳溶于原油中，使原油粘度由9.8mPa·

s降到2.9mPa·

s，使原油体积增加了17.2%，同时也增加了原油的流度。

水碳酸化后，水的粘度也要增加，据前苏联有关文献报道，二氧化碳溶于水中，可使水的粘度提高20%以上，见图，同时也降低了水的流度。

因为碳酸化以后，油和水的流度趋向靠近，所以改善了油与水流度比，扩大了波及体积。

3.使原油体积膨胀

二氧化碳大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀大小，不但决定于原油分子量的大小，而取决于二氧化碳的溶解量。

二氧化碳溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体内的动能，从而提高了驱油效率。

大庆勘探开发研究院用萨尔图油田南4-丁2-346井原油进行了试验。

目的是为了了解二氧化碳溶于原油后，油相的体积与原始油样的体积比与压力的关系。

试验条件为：

取样深度800m，原油饱和压力6.7MPa，密度0.798g/cm3，粘度8.8mPa·

s，二氧化碳纯度96.86%，试验温度48○C，测试压力7.00~28.12MPa。

试验结果如图

图表明，二氧化碳溶于原油后，油体积先是随着压力的升高而增大，这是因为二氧化碳溶于原油中，溶解度随着压力上升而增大，致使原油体积膨胀率也逐渐增大。

图中两条曲线分别表示原油样体积与二氧化碳体积比1：

1.7和1：

1.6的情况。

当压力上升到10.55MPa时，油相体积分别达到最大值。

此后，油相体积随压力升高而减小。

这就是所谓二氧化碳萃取和汽化原油中轻质烃组分的过程。

这也就是下面我们要介绍的二氧化碳混相驱油的重要机理。

4.使原油中轻烃萃取和汽化

当压力超过一定值时，二氧化碳混合物能使原油中不同组分的轻质烃萃取和汽化。

S·

B·

Mikael和F·

Palmer对路易斯安娜州采用二氧化碳混相驱的SU油藏64号井的产出油进行了分析，认为二氧化碳混合物对该油藏原油轻质烃其实存在萃取和汽化作用，见图。

该井注二氧化碳（CO284%，甲烷11%，丁烷5%）之前，原油相对密度为0.8398；

1982年注入CO2混合物后，初期产出油平均相对密度逐渐上升，从0.7587增加到0.8815；

这说明原油中轻质烃首先萃取和汽化，以后较重质烃也被汽化产出，最后达到稳定。

但是，注入CO2混合物后，产出油的最大相对密度是0.8251；

1984产出油的相对密度为0.8251；

1985年以后产出油相对密度基本稳定在0.8155。

也低于原始原油的相对密度0.8398。

这充分证明注入CO2混合物确实存在原油中轻质烃萃取和汽化现象。

萃取和汽化现象是CO2混相驱油的重要机理。

在该试验中，当压力超过10.3MPa时，CO2才使原油中轻质烃萃取和汽化；

当压力超过7.85MPa时，采收率就相当高，可以高达90%。

5.混相效应

混相的最小压力称为最小混相压力（MMP）。

最小混相压力取决于CO2的纯度、原油组分和油藏温度。

最小混相压力隋朝油藏温度的增加而提高；

最小很想压力随着原油中C5以上组分分子量的增加而提高；

最小混相压力受CO2纯度（杂质）的影响，如果杂质的临界温度低于CO2的临街温度，最小混相压力减小，反之，如果杂质的临界温度高于CO2的临界温度，最小混相眼里增大。

CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带（oilbanking）。

油带移动是最有效的驱油过程，它可以使采收率达到90%以上。

6.分子扩散作用

非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的基础上。

为了最大限度地降低油的粘度和增加油的体积，以便获得最佳驱油效率，必须在油藏温度和压力条件下，

要有足够的时间使CO2饱和原油。

但是，地层基岩是复杂的，注入的CO2也很难与油藏中原油完全混合好。

多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。

分子扩散过程是很慢的。

特别是当水相将油相与CO2气相隔开时，水相阻碍了CO2分子向油相中的扩散，并且完全抑制了轻质烃从油相释放到CO2相中。

在三次采油中，通过CO2驱动水驱替后的残余油的机理至今还没有完全掌握。

如果是因为油碰撞的结果，则油水弯月面的变化，引起毛细管力平衡的破坏，相的重新排列可能导致油的流动。

如果水相被完全驱替，油和CO2直接接触，将使原油降粘和膨胀，增加了原油的内能，也可导致采收率提高。

不论是哪种作用，都必须有足够的时间使CO2分子充分地扩散到油中。

在高温和高压条件下，在现场测定CO2扩散系数是非常困难的，通常用下面的经验公式进行计算。

CO2在油中的扩散系数

Ds.0=1.41×

10-10μ0-0.49

式中Ds·

o——CO2在油中的扩散系数，m2/s；

μ0——油的粘度，mPa·

s。

CO2在水中的扩展系数：

w——CO2在水中的扩散系数，m2/s；

T——温度，K；

μw——水的粘度，mPa·

如果CO2通过水堵段的扩散距离是X，通过水堵段扩散所需的时间是t，可用下式表示它们之间的关系。

t=X2/Ds·

w

也可以用实验室岩心驱扩散时间，计算现场CO2扩散时间。

式中tp——现场CO2扩散时间；

te——试验扩散时间；

Xp——现场扩散距离；

Xe——试验扩散距离。

7.降低界面张力

试验证明：

残余油饱和度随着油水界面张力减小而降低；

多数油藏的油水界面张力为10~20mN/m，想使残余油饱和度趋向于零，必须使油水界面张力降低到0.001mN/m或者更低。

界面张力降到0.04mN/m一下，采收率便会更明显地提高。

CO2驱油的主要作用是使原油中轻质烃萃取和汽化，大量的烃与CO2混合，大大降低了油水界面张力，也大大降低了残余油的饱和度，从而提高了原油采收率，见图。

从图中可以看出，随着见面张力的降低，采收率逐渐提高。

8.溶解气驱作用

大量的CO2溶于原油中，具有溶解气驱作用。

降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降CO2从液体中溢出，液体内产生气体驱动力，提高了驱油效果。

另外，一些CO2驱替原油后，占据了一定的空隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

9.提高渗透率

碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘土膨胀。

CO2溶于水后显弱酸性，能与油藏的碳酸盐反应，使注入井周围的渗透率提高。

可见碳酸盐岩油藏更有利于CO2驱油。

第二节驱油机理的综合利用

CO2是一种多用途的注入气体，它的有利特性不仅仅是由于其混相的能力，而且还具有因CO2溶于原油后使原油体积膨胀、粘度降低等改变油流特性的有点。

在美国，由于存在丰富的CO2天然气源，所以CO2驱得到广泛的应用，并被认为是最有潜力的油田开采方法。

根据国内外大量CO2驱油现场试验资料分析，综合利用CO2驱油机理的驱油方式主要有一下几种：

1.二氧化碳混相驱替

在混相驱替过程中，CO2提取原油中的轻质成分或使其汽化，从而实现混相以及降低界面张力等作用是CO2驱重要的提高采收率的机理。

由于受底层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于oAPI重度比较高的轻质油藏。

CO2混相驱替在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸岩层、沙岩中都有过应用经验，分析以往经验，CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。

（1）水驱效果差的低渗透油藏；

（2）水驱完全枯竭的砂岩油藏；

（3）接近开采经济极限深层、气质油藏；

（4）利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。

2.二氧化碳非混相驱

CO2非混相驱的主要采油机理是降低原油的粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力，对原油中轻烃的汽化和抽提。

当地层及其中流体的性质决定油藏不能采用混相驱时，利用CO2非混相驱的开采机理，也能达到提高原油采收率的目的主要应用包括：

（1）可用CO2来恢复枯竭油藏的压力。

虽然与水相比，恢复压力所用的时间要长得多，但由于油藏中存在的游离气相将分散CO2，使之接触到比混相驱更多的地下原油，从而使波及效率增大。

特别是对于低渗透油藏，在不能以经济速度注水或驱替溶剂段塞来提高