二氧化碳驱油技术综述剖析.docx

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二氧化碳驱油技术综述剖析

二氧化碳驱油技术综述

第一章前言

提高采收率（EOR）研究是油气田开发永恒的主题之一。

迄今为止，已形成化学驱、气体混相驱、热采和微生物采油四大类。

近几年，注气驱提高采收率发展迅速，其中又以注CO2驱的发展速度最快。

一方面，注CO2驱油的效果非常明显。

另一方面，CO2气体的利用可以减轻温室效应，这也使CO2驱在全球推广运用。

早在1920年就有文献记载，可以通过注入CO2气体的方法来采出原油。

而CO2的现场应用最早开始于1958年，在美国Permain盆地首先进行了注CO2混相驱项目，这一项目的结果说明注CO2不但具有很高的效益，而且是一种有效的提高采收率方法。

随着技术的进步、环境保护的需要，注CO2提高采收率的方法越来越受到重视.

我国陆地上的大多数主力油田进入了中后期开发阶段，呈现出可采储量的动用程度高、自然递减率高、综合递减率高、综合含水率高等特点。

同时，目前随着勘探开发技术的提高，低渗透油田储量占的比例越来越大。

因此在石油后备储量比较紧张的形势下，动用好和开发好低渗透油田，对我国石油事业持续稳定的发展具有重大意义。

但是低渗透油田由于其物性差，比如孔隙度和渗透率都比较小，因此，单井产量低，开发难度大。

利用二氧化碳开发低渗透油田可以有效提高原油采收率。

1.1国外CO2驱发展概况

自上个世纪五十年代，国际上许多国家就开始把二氧化碳作为一种驱替溶剂进行现场和实验研究。

由于二氧化碳能溶解于原油，降低界面张力，降低原油粘度，在一定的条件下还能与原油混相，进行混相驱油，从而提高原油的采收率。

二氧化碳驱油特别是二氧化碳混相驱油已经成为现在低渗透油藏开发的主要方式之一。

注入二氧化碳用于提高石油采油率已有30多年的历史。

二氧化碳驱油作为一项日趋成熟的采油技术已受到世界各国的广泛关注，据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近80个。

90年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55﹪采用的是烃类气体，42﹪采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3﹪。

目前，国外采用二氧化碳驱油的主要国家有：

美国、俄罗斯、匈牙利、加拿大、法国、德国等。

其中美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7﹪～15﹪，在西德克萨斯州，CO2驱最主要是EOR方法，一般可提高采收率30﹪左右。

1.1.1国外CO2驱项目情况

国外近年来注气技术发展很快，己成为除热采之外最重要的提高采收率方法。

在目前油价下，1992年热采产量与1990年相比，基本稳定不变，化学驱降低了4.40%，其产量也很少，而注气却增加了3.60%，其中烃类混相驱和非混相驱增加了51.0%，近几年还有增长的趋势。

在国外，注二氧化碳技术主要用于后期的高含水油藏、非均质油藏以及不适合热采的重质油藏。

推广二氧化碳驱油的主要制约因素是天然的二氧化碳资源、二氧化碳的输送及二氧化碳向生产井的突进问题以及油井及设备腐蚀、安全和环境问题等。

为解决以上问题，提出了就注CO2提高原油采收率技术，这种技术是向地层中注入反应溶液，使其在油藏条件下充分反应而释放出气体，溶解于原油之中，降低原油粘度，膨胀原油体积，从而达到提高原油采收率的目的。

美国是CO2驱发展最快的国家。

自20世纪80年代以来，美国CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。

美国目前正在实施的CO2混相驱项目有64个。

最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972年的SACROC油田。

其余半数以上的大型气驱方案是于1984～1986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。

大部分油田驱替方案中，注入的CO2体积约占烃类空隙体积的30%，提高采收率的幅度为7%～22％。

1.1.2小油田CO2混相驱的应用与研究

过去，CO2混相驱一般是大油田提高原油采收率的方法。

大油田由于生育储量多，剩余开采期长，经济效益好，而小油田CO2驱一般不具有这些优点。

近年来许多小油田实施了CO2混相驱提高原油采收率方案，同样获得了良好的经济效益。

如位于美国密西西比州的Creek油田就是一个小油田成功实施CO2驱的实例。

该油田于1996年被JP石油公司收购时的原油产量只有143m3/d，因油田实施了CO2驱技术，使该油田的原油采收率大大提高，其原油产量在1998年达到了209m3/d，比1996年增加了46％。

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

在我国东部主要产油区，天然气气源紧张，烃类气体又供不应求，不可能用来注气，发现的CO2气源目前还比较少，再加上原油含蜡多、粘度和密度都比较高，绝大多数储量的原油粘度大于5MPa﹒s，注气后由于不利的流度比、气窜和重力差异比较严重，波及系数不高，而且难于混相，所以注气混相驱和非混相驱一直未能很好地开展起来。

尽管如此，注非烃气体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有停止过。

CO2驱在我国六十年代初就受到了重视。

1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究，并于1965年专门开辟了小井距提高采收率试验区进行先导性试验。

该试验区采用四点法井网共两个井组14口井，井距750米。

在葡Ⅰ牛-7层开展了注浓度为3.8%的CO2碳酸水试验，注入孔隙体积23.2%。

与同条件对比井组的水驱相比，采收率提高10%左右，在注水过程中注水井吸水能力也有所提高；同时室内试验表明，CO2水能使岩心表面性质由亲油转向亲水。

1969年3月一1970年6月又在小井距试验区葡Ⅱ-2层进行了CO2加轻质油段塞的提高采收率矿场试验，结果比水驱采收率提高8%，但现场效果不如室内实验理想，这一方面是注入量比较小（仅为孔隙体积的2.6%），没有达到设计要求的用量，另一方面是注入剂粘度低，导致平面上波及系数低，影响了采收率的提高。

注气提高石油采收率技术（包括烃类气体、CO2、N2、烟道气以至空气等混相和非混相驱）具有巨大的提高采收率潜力，我国适应注气开采的储量很大，对于难以注水的油田（如低渗透、强水敏）注气更是一种可行的开发方式。

早在60年代大庆就开始试验。

我国一直在探索、研究和实践，从未停止过，只是由于缺乏气源和压缩机装备受制约，目前仍处室内实验研究和小型矿场试验阶段，吐哈葡北第一个注烃混相驱二次采油现场试验已实施近两年。

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。

在西部，吐哈葡北油田己由吐哈和总公司北京研究院共同完成葡北油田注气混相驱设计，并已开始实施。

大港大张沱凝析气田和塔西南柯克亚凝析气田注气的成功，实现了我国注气开发凝析气田零的突破，为注气提高采收率开辟了新途径。

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0.1MPa压力下，273.2K（绝对温度）下二氧化碳是气体状态，气态二氧化碳密度D=0.08～0.1kg/m3，气态二氧化碳粘度ｕ=0.02～0.08mpa﹒s，液态二氧化碳密度D=0.5～0.9kg/m3，液态二氧化碳粘度ｕ=0.05～0.1mpa﹒s，但在高压（P>15MP）低温（T<40℃）条件下液态与气态二氧化碳的密度相近D=0.6～0.8t/m3。

临界温度=304.2K（绝对），临界压力=7.28MPa，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。

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5MPa提高到9MPa，混相压力则可由8MPa提高到12MPa。

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5～6MPa。

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