二氧化碳驱油技术及比较

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二氧化碳驱油技术及比较
一、CO2-EOR在油田中的应用
近几年来，CO2-EOR技术发展迅速。

研究表明，将CO2注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到CO2减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求。

由于技术的进步和温室效应的存在，CO2-EOR越来越受到重视，包括我国在内的很多国家都开展了现场实验。

目前，CO2-EOR已成为美国提高石油采收率的主导技术，2004年美国CO2-EOR增加的原油产量占全国提高采收率项目总产量的31%。

1.1 CO2提高采收率机理
CO2-EOR主要有以下几个方面的作用：
（1）使原油体积膨胀
CO2注入油藏后，可在原油中充分溶解，一般可使体积增加10% ~100%。

其结果不但增加地层的弹性能量，还大大减少了原油流动过程中的阻力，从而提高驱油效率。

（2）降低原油黏度
CO2溶于原油后，一般可降低到原黏度的0. 1~0. 01。

原油初始黏度越高，黏度降低幅度越大。

黏度降低，有利于原油流动能力，提高产油量。

（3）改善油水流度比
CO2溶于原油和水，其黏度增加20%~ 30%，流度降低；原油碳酸化后，其黏度降低30%~80%，流度增加。

其综合作用的结果，使油水流度比趋于接近，水驱波及体积扩大，有利于原油采出。

（4）降低界面张力
CO2极易溶解于原油，其结果大大降低了油水界面张力，有利于原油流动，从而提高了原油采收率。

CO2与原油混相后其界面张力降为0，理论上可使采收率达到100%。

（5）萃取原油中轻烃
CO2注入油藏后，部分CO2未溶解于油水中的CO2能萃取原油中的轻烃，使原油相对密度降低，黏度降低，从而提高原油流动性能，有利于开采。

（6）溶解气驱作用
随着油井生产井附近的地层压力下降，地层原油中溶解的CO2逸出，逸出的CO2 气体驱动原油流入井筒，形成内部溶解气驱。

1.2 CO2-EOR驱油技术
目前CO2-EOR的实施方法主要有CO2混相驱、CO2非混相驱和CO2吞吐，其中CO2混相驱应用最为普遍。

另外，CO2-EOR实施中也有热CO2驱、碳酸水驱、就地生成CO2技术等其他方法。

1.2.1 CO2混相驱
CO2混相驱一般采用CO2与水交替注入储层的方法，具体注入方法取决于储层的性质，主要有连续注入、简单注入、锥形注入等（如图2）。

实施过程中首先注入CO2，由于连续注CO2驱替油层时宏观波及系数很低，因此注水改变二氧化碳的驱油速度，扩大CO2的波及效率。

基本机理是CO2和地层原油在油藏条件下形成稳定的混相带前缘，该前缘作为单相流体移动并有效地把原油驱替到生产井（图3），由于混相，多孔介质中的毛细管力降至为零，理论上可使微观驱替效率达到100%。

混相驱要求油藏压力高于或等于CO2与原油完全混相的最低压力（MMP）。

由于受地层破裂压力等条件的限制，该方法通常用于原油相对密度小于0.89g/cm3，油层温度小于120℃的中、深层油藏。

通过CO2混相驱，原油采收率比注水方法提高约30%~40%。

图2 CO2与水交替注入驱油示意图
图3 CO2混相驱技术示意图
根据以往的经验，CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。

（1）不合适水驱开采的低渗透油藏。

（2）水淹后的砂岩油藏。

（3）接近开采经济极限的深层、轻质油藏。

1.2.2 CO2非混相驱
CO2非混相驱效率次于混相驱，但高于水驱或惰性气驱，一般以重力稳定CO2注入方式生产，将二氧化碳注入到圈闭构造的顶部，使原油向下及构造两边移动，在构造两边的生产井中将原油采出（图4）。

主要采油机理是对原油中轻烃汽化和抽提，使原油体积膨胀，黏度降低，界面张力减小。

另外，CO2还可以提高或保持地层压力，当地层压力下降时，CO2就会从饱和了CO2的原油中溢出，形成溶解气驱，达到提高原油采收率的目的。

适用于非混相驱的油藏类型主要有：
（1）重油或高黏油油藏；
（2）压力衰竭的低渗透油藏；
（3）高倾角、垂向渗透率高的油藏。

图4 CO2非混相驱技术示意图
1.2.3 CO2吞吐
CO2吞吐的实质是非混相驱，采油机理主要是原油体积膨胀、降低原油界面张力和黏度，以及CO2对轻烃的抽提作用。

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。

这种单井开采技术不依赖于井与井间的流体流动特性，适用范围很广，一般对开采下面几类油藏具有更重要的意义：
（1）井间流动性差，其他提高采收率方法不能见效的小型断块油藏。

（2）裂缝性油藏、强烈水驱的块状油藏、有底水的油藏等一些特殊油藏。

（3）不能承受油田范围的很大前沿投资的油藏。

CO2吞吐增产措施相对来说具有投资低、返本快的特点，能在CO2耗量相对较低的条件下增加采油量。

1.2.4 CO2近混相驱
目前，已有外国研究人员在进行CO2驱细管实验时提出：采收率曲线中的转折点不一定表示由不混相状态到动态混相状态的转变，而可能表示是“近似混相的”。

CO2近混相驱的特点是，驱替压力低于并保持在MMP附近，注入的CO2与油只是接近混相状态。

近混相驱在现场较容易实现，且有较高的驱油效率。

有研究表明，大多混相驱项目基本实现的是近混
相，但由于近混相驱相关的理论和方法研究尚不成熟，而仍沿用着混相驱评价系统。

研究近混相驱驱油机理，确定近混相驱条件，是以后油田设计CO2-EOR开发项目的发展方向。

1.2.5 热CO2驱
热CO2驱是热力采油和混相驱油的联合应用，其驱油机理是热CO2加热油藏及CO2与原油部分混相。

实施过程中，首先要加热CO2，CO2的加热温度取决于油藏温度及原油性质，但必须高于其临界温度（图5）。

热CO2驱广泛适用各种原油和油藏类型，可有效提高驱油效率。

目前热CO2注入方法主要有热CO2连续注入，热CO2、水交替注入，热CO2注入后注蒸汽。

图5 CO2的PT相图
1.2.6 碳酸水驱
利用CO2溶于水的性质，将CO2和水溶液注入到储油层，水中的CO2在分子扩散作用下与地层油接触并驱油（图6），但此扩散过程较慢，与注入纯CO2相比，采收率较低。

计算表明，向油层注入5~6倍孔隙体积的3%~5%碳酸水，驱油效率增加10%~15%。

该方法通常作为一种辅助性方法使用。

图6 碳酸水驱技术示意图
1.2.7 CO2泡沫驱
CO2泡沫驱是通过加入发泡剂，使得CO2气体在地层中形成泡沫体系，增加其流动阻力，提高波及效率。

国外许多经验和研究表明，CO2泡沫驱的性能优于CO2驱，特别是用于非均质油藏效果更加显着。

但由于地层中压力很大，泡沫在运移过程中，实际上气体向液膜及地层水中的扩散很难形成理想的泡沫体系。

1.2.8 就地生成CO2技术
就地生成CO2技术是向地层中注入反应液，反应液为低浓度酸和低浓度表面活性剂及聚合物的混合液，这种混合液能够优先进入高渗透层，在高渗透层中，产生放热化学反应生成CO2。

由于开发该项技术在地层中就地产生CO2驱替剂，不需要使用过多的地面设备，不会
对设备产生腐蚀，所以具有优先推广优势。

1.3不同驱油技术的比较
不同驱油技术的比较，如下表1所示。

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