最新CO2驱油机理研究综述汇总Word格式.docx
《最新CO2驱油机理研究综述汇总Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新CO2驱油机理研究综述汇总Word格式.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.1.3重油CO2非混相驱的研究与应用
CO2驱开采重油一般是在不适合注蒸汽开采的油田进行。
这类油田的油藏地质条件是：
油层薄，或埋藏太深，或渗透率太低，或含油饱和度太低等。
注CO2可有效提高这类油藏的采收率。
大规模使用CO2非混相驱开发重油油田的国家是土尔其。
土尔其有许多重油藏不适合热采方法。
1986年土尔其石油公司在几个油田实施了CO2非混相驱，取得了成功。
其中Raman油田大规模C02非混相驱较为典型。
加拿大也有许多重油油藏被认为不适合进行热力开采，加拿大对CO2驱开采重油进行了大量的研究。
试验得出，轻油粘度在30饱和压力下从大约从1.4降到20，降低了15倍。
另外，在不同温度下重油粘度测量发现，温度达到275℃左右才能降粘，而CO2一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，并且可以把粘度降低到用蒸汽驱替的水平。
1.2国内研究应用现状
我国东部主要产油区CO2气源较少，但注CO2提高采收率技术的研究和现场试验却一直没有停止。
注CO2技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。
1996年江苏富民油田48井进行了CO2吞吐试验，并已开展了CO2驱试验。
草3井位于苏北盆地漆渔凹陷草舍油田戴一段油藏高部位，产层为Ed1段，属底水衬托的“油帽子”。
初期自喷生产，日产油约59t，不含水，无水采油期共367天，综合含水升至22﹪时停喷，转入机抽生产，后日产油4.55t，含水90﹪。
为了增油降水，在该井进行了CO2吞吐试验，效果明显，原油产量上升，含水下降，泵效增加，有效地延缓了原油产量递减。
江苏油田富14断块在保持最低混相压力的状态下，于1998年末开始了CO2水交替（WAG）注入试验注入6周期后水气比由0.86:
1升至2:
1，见到了明显的增油降水效果。
水驱后油层中形成了新的含油富集带。
试验区采油速度由0.5﹪升至1.2﹪，综合含水率由93.5﹪降至63.4﹪。
大庆油田从发现第一口二氧化碳气井，到研究应用二氧化碳驱油技术，已走过13个春秋，至2008年年底，已有6个采油厂建起二氧化碳驱油试验区，累计增油超过4000吨。
第二章二氧化碳的驱油特点
2.1二氧化碳的基本性质
在标准条件下，也即在
压力下，
（绝对温度）下二氧化碳是气体状态，气态二氧化碳密度
，气态二氧化碳粘度
，液态二氧化碳密度
，液态二氧化碳粘度
，但在高压（
）低温（
）条件下液态与气态二氧化碳的密度相近
。
临界温度
（绝对）
，临界压力
，当温度超过临界温度时，压力对二氧化碳相态几乎不起作用，即在任何压力下二氧化碳均呈现气体状态，因此在地层温度较高的油层中应用二氧化碳驱油，二氧化碳通常是气体状态而与注入压力和地层压力无关。
若地层埋深为1500～2000m，地温为310～350K（绝对），用10～20MPa压力向该地层注入二氧化碳的话，它将位于超临界状态。
，当温度超过临界温度时，压力对CO2相态几乎不起作用，即在任何压力下CO2均呈现气体状态，因此在地层温度较高的油层中应用CO2驱油，CO2通常是气体状态而与注入压力和地层压力无关。
若地层埋深为1500～2000m，地温为310～350K（绝对），用10～20MPa压力向该地层注入CO2的话，它将位于超临界状态。
CO2在水中溶解度随压力增加而增加，随温度的增加而降低，随地层水矿化度的增加而降低，这要求我们在应用二氧化碳水溶液时要考虑地层压力、温度、地层水矿化度的变化。
CO2溶于水中形成“碳化水”，结果使水的粘度有所增加，例如，溶解3～5%质量比浓度时，水的粘度增加20～30%。
CO2溶解于水时可形成碳酸，它可以溶解部分胶结物质和岩石，从而提高地层渗透率，注入CO2水溶液后砂岩地层渗透率可提高5～15%，百云岩地层可提高6～75%。
并且，CO2在地层中存在，可使泥岩膨胀减弱。
CO2在油中溶解度远高于在水中的溶解度,在油中溶解度高于甲烷在油中溶解度，而且其溶解度与原油分子量成正比的增加，但要注意，CO2容易溶于高含蜡量原油，而不太溶于环烷烃和芳香烃含量高的原油。
.
当压力超过“完全混相压力”时，不论油中有多少CO2，油与CO2都将形成单相混合物，即达到无限溶混状态，低粘度原油混相压力低，而重质高粘度原油混相压力高。
CO2与原油混相压力还与原油饱和度有关，当原油饱和压力由
提高到
，混相压力则可由
地层温度也影响混相压力，当地层温度由50上升到100时，混相压力要增加
2.2二氧化碳的驱油方式
2.2.1CO2混相驱
混相驱油是在地层高退条件下，油中的轻质烃类分子被CO2提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了CO2的原油的液相两种状态。
当压力达到足够高时，CO2把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，这些重质成分将会从原油中析出，残留在原地，原油粘度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。
混相驱油效率很高，条件允许时，可以使排驱剂所到之处的原油百分之百的采出。
但要求混相压力很高，组成原油的轻质组分C2－6含量很高，否则很难实现混相驱油。
由于受地层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于°
API重度比较高的轻质油藏，同时在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的经验，总结起来，CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。
a.
水驱效果差的低渗透油藏；
b.
水驱完全枯竭的砂岩油藏；
c.
接近开采经济极限的深层、轻质油藏；
d.
利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。
2.2.2CO2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，对原油中轻烃汽化和油提。
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：
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油藏的压力时，采用注CO2，就可能办到，因为低渗透性油层对注入CO2这类低粘度流体的阻力很小。
重力稳定非混相驱替。
用于开采高倾角、垂向渗透率高的油藏。
重油CO2驱，可以改善重油的流度，从面改善水驱效率。
应用CO2驱开采高粘度原油。
2.2.3单井非混相CO2“吞吐”开采技术
这种单井开采方案通常适用那些在经济上不可能打许多井的小油藏，强烈水驱的块状油藏也可使用。
此种三次采油方式最适合那些不能承受油田范围的很大前沿投资的油藏。
周期性注入CO2与重油的注蒸汽增产措施相类似，但它不仅限于重油的开采，而且已成功地用于轻油的开采中。
虽然增加的采收率并不大，但评价报告一致认为，这些方案确能在CO2耗量相对较低的条件下增加采油量。
多数情况下，采用这种技术的井在试验以前均已接近经济极限。
该方法的一般过程是把大量的CO2注入到生产井底，然后关井几个星期，让CO2渗入到油层，然后，重新开井生产。
采油机理主要是原油体积膨胀、粘度降低以及烃抽提和相对渗透率效应；
在倾斜油层中，尽管油井打在不太有利的位置，利用这种技术回采倾斜油层顶部的残余油也是可能的。
CO2吞吐增产措施相对来说具有投资低、返本快的特点，有获得广泛应用的可能性。
2.3二氧化碳驱油影响因素分析
二氧化碳是怎样驱油的呢？
将二氧化碳从地下采出来，然后再注入油层，它与油层“亲密接触”后，就产生四种作用。
一是降低原油黏度。
二是能使原油体积膨胀10%至40%。
这样能让一部分不流动的残余油动起来，抽油机就能让原油“走出”地面了。
三是可降低油水界面张力，把黏在岩壁上的原油洗下来，从而提高了采收率。
四是能解堵及改善油水黏度比。
这样就减弱了“水窜”，减少了无效循环，进而提高了水驱效果。
影响CO2驱油效果的因素很多，主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类。
其中，储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等，流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。
2.3.1储层特征影响因素分析
①渗透率、平面非均质性影响
低渗透率可提供充分的混相条件，减少重力分离，渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。
随着非均质性的增强，采收率变小。
因为非均质油藏中，注入的CO2优先进入高渗透层，导致当低渗透层中的原油尚未被完全驱扫时，CO2已从高渗透层突入到生产井中，产生粘性指，从而使驱油效率降低。
因此，储层岩石的非均质性越小越好。
②垂向横向渗透率比值
的影响
随着
的增大，采收率有所下降。
随着纵横向渗透率比值的增大，浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。
2.3.2流体性质影响因素分析
①浮力、重力影响因素。
在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。
二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形成混相，驱替效率较高。
在油藏下部，驱替效率明显比上部低。
随着原油密度的增大，其采收率减小，变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力作用越明显，二氧化碳气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。
②扩散、弥散作用。
混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏观弥散三种机理。
随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大，变大的主要原因为考虑了扩散的影响，二氧化碳气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时间。
使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率；
在不考虑分子扩散作用情况下，二氧化碳向生产井推进较快，波及效率较低，从而使二氧化碳较早突破，生产井二氧化碳的含量很快上升，所获得的采收率偏低。
2.4矿场上注CO2工艺
2.4.1筛选标准
实施CO2驱的油藏有一定的筛选标准，下表是国外注二氧化碳提高采收率的应用标准。
表1CO2驱提高采收率应用标准
特殊筛选参数
CO2混相
CO2非混相
油层条件下的粘度，mpa.s
<
12
100—1000
密度，g／cm3
>
0.88
1-0.9
被驱替油区中剩余油百分数
（提高石油采收率前）,%PV
25
50
石油聚集丰度，m3／m3
4.0×
10-3
7.8×
孔隙度／饱和度
0.04
0.08
深度，m
900
690
温度，℃
非关键系数
原始油层压力，兆帕（绝压）
10.3
6.9
油层有效厚度，m
渗透率，10弓平方微米
穿透能力（k／h／ū）
油藏的一般参数
最好是薄产油层
最好是高倾斜层
最好是均质地层
无自然水驱
水平油层中低的垂向渗透率
无大气顶
最好是天然CO2
无大裂缝
2.4.2注CO2工艺
①连续注CO2气体；
②注碳酸水（ORCO）；
③CO2气体或液体段塞后紧跟着注水；
④CO2气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体（WAG）;
⑤同时注入二氧化碳气体和水。
以上工艺中，WAG方法是目前最经济可行的CO2驱工艺，但它不适合低渗透砂岩，因为在低渗透砂岩中，水的流度很低，变换注入方式可能会严重降低注入速度。
2.4.3CO2驱油过程中容易遇到一些问题
①温度与压力条件的变化导致二氧化碳浓度降低，使蜡和沥青质从原油中沉淀析出；
②油井二氧化碳，气窜；
③油井与油田设备的腐蚀；
④二氧化碳的有效输送；
⑤工艺成本高；
⑥油田附近没有二氧化碳气源或者供应量不足；
第三章二氧化碳驱油机理
3.1二氧化碳驱油机理
注CO2技术的作用机理分为CO2混相驱和CO2非混相驱。
稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。
二氧化碳提高采油率的作用主要有促使原油膨胀、改善油水流度比、溶解气驱等。
CO2驱油是油田三次采油中提高原油采收率的一项重要手段，通过向地层注入CO2气体，降低原油粘度，达到提高原油采收率的目的。
其主要途径是：
溶解气驱；
通过原油体积膨胀和粘度降低—降粘效应的非混相驱；
通过混相效应在油藏中析取原油中的烃。
3.1.1降粘机理
CO2溶于油，降低原油的粘度，提高油的流度，有利于提高驱油剂的波及系数，提高原油产量。
40℃时，CO2溶于沥青可以大大降低沥青的粘度。
温度较高（大于120℃）时，CO2溶解度降低，降粘作用反而变差。
3.1.2原油膨胀机理
二氧化碳溶于原油中可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于二氧化碳的溶解量。
一般，二氧化碳在原油中溶解可使其体积增加110～40﹪。
这种膨胀作用对驱油非常重要：
①水驱后留在油层中的残余油与膨胀系数成反比，即膨胀越大，油层中残余的油量就越少；
②溶解二氧化碳的油滴将水挤出孔隙空间，使水湿系统形成一种排水二不是吸水过程，卸油的相对渗透率曲线高于它们的自动吸油相对渗透率曲线，形成一种在任何情况下都有利的油流动环境；
③原油体积膨胀后一方面可显著增加弹性能量，另一方面膨胀后的剩余油脱离或部分脱离地层水的束缚，变成可动油。
3.1.3溶解气驱机理
油层中的CO2溶解气，在井下随着温度的升高，部分游离汽化，以压能的
形式储存部分能量。
当油层压力降低时，大量的CO2从原油中游离，将原油驱入井筒，起到溶解气驱的作用。
由于气体具有较高的运移速度，从而将油层阻塞物返吐出来。
据统计，用CO2溶解气驱可以采出地下油量的18.6﹪。
3.1.4酸化解堵作用
CO2溶于水后略呈酸性，与地层基质发生反应，从而酸解一部分杂质，使油层渗透性提高。
在一定的压力下，一部分游离气对油层的堵塞物具有较强的冲刷作用，可以有效地疏通因二次污染造成的地层堵塞。
3.1.5分子的扩散作用
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，通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。
3.2二氧化碳驱油提高采收率的机理
⑴降低原油粘度
CO2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。
原油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高了原油产量。
⑵改善原油与水的流度比
大量的CO2溶于原油和水，将原油和水碳酸化。
原油碳酸化后，其粘度随之降低，大庆勘探开发研究院在45℃和12.7MPa的条件下进行了有关试验，试验表明，CO2在油田注入水中的溶解度为5﹪（质量），而在原油中的溶解度为15﹪（质量）；
由于大量CO2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，水的粘度将提高20﹪以上，同时也降低了水的流度。
因为碳酸化后，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。
⑶使原油体积膨胀
CO2大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且取决于CO2的溶解量。
CO2溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体内的动能，从而提高驱油效率。
⑷使原油中轻烃萃取和汽化
当压力超过一定值时，CO2混合物能使原油中不同组分的轻质烃萃取和汽化，降低原油相对密度，从而提高采收率。
萃取和汽化现象是CO2混相驱油的重要机理。
在试验中还发现，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﹪。
⑸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。
最小混相压力随着油藏温度的增加而提高；
小混相压力随着原油中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的临界温度，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，最小混相压力增大。
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，可使采收率达到90﹪以上。
⑹分子扩散作用
非混相CO2驱油机理只要建立在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。
而多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。
⑺降低界面张力
残余油饱和度随着油水界面张力的减小而降低；
多数油藏的油水界面张力为10～20mN/m，要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或更低。
界面张力降到0.04mN/m一下，采收率便会明显的提高。
CO2驱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饱和度，从而提高了原油采收率。
⑻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从液体中逸出，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，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。
⑼提高渗透率
碳酸化的原油的水，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。
第四章二氧化碳驱油的应用前景
4.1二氧化碳驱油的意义
目前世界上大部分油田采用注水开发，面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题，对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱提高采收率技术的研发和应用。
这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。
该技术不仅仅适用于常规油藏，还适用于低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
2006年美国提高采收率项目共计153个，其中82个是二氧化碳驱提高采收率项目。
国际能源机构评估认为，世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000亿～6000亿桶。
将二氧化碳注入能量衰竭的油层，可提高油气田采收率，已成为世界许多国家石油开采业的共识。
二氧化碳纯度在90%以上即可用于提高采收率。
二氧化碳在地层内溶于水后，可使水的黏度增加20%～30%，运移性能提高2～3倍；
二氧化碳溶于油后，使原油体积膨胀，黏度降低30%～80%，油水界面张力降低，有利于提高采油速度、洗油效率和收集残余油。
二氧化碳驱一般可提高采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20年。
二氧化碳来源可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现使气候变暖的温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。
二氧化碳驱油提高采收率技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。
该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
2006年世界二氧化碳提高采油率产量占总提高产量的14.4%。
二氧化碳纯度在90%以上即可用于提高采油率。
二氧化碳在地层内溶于水后，可使水的黏度增加20%~30%。
二氧化碳溶于油后，使原油体积膨胀，黏度降低30%~80%，油水界面张力降低，有利于增加采油速度，提高洗油效率和收集残余油。
二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。
二氧化碳可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。
4.2二氧化碳驱油的实践和前景
在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱油有着非常广阔的推广利用前景，有关部门应适时出台相应的政策扶持措施，加快这一技术的推广应用。
专家表示，二氧化碳驱油不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
根据油田地质情况的不同，每增产1吨原油约需1至4.2吨二氧化碳，可增产油田总储量约10％的原油。
二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。
据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。
另外，对于我国现已探明的63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。
但是，二氧化碳驱技术在我国尚未成为研究和应用的主导技术。
可以预测，随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。
我
升级会员 