CO2驱在文南油田的应用

二氧化碳驱在文南油田的应用完成单位：工艺研究所2014年12月20日二氧化碳驱在文南油田的应用编写人：刘锋主要参加人：石军、刘锋、宁顺康、张广胜、舒俊峰、李玉娜、伍德旺、王猛、袁伟红、徐建华审核：审定：目录一、项目概述二、完成的主要研究工作、取得的成果及创新〈一〉CO2驱油提高采收率机理研究〈二〉CO2驱油的基本方式〈三〉二氧化碳驱可行性室内试验〈四〉配套工艺的完善三、现场应用情况与推广应用前景四、结论及认识一、项目概况注CO2提高原油采收率提出于上世纪三十年代，目前已成为国际上一种常用的较成熟的增产技术，增油量仅次于热采，被认为是石油开采，特别是轻质油开采的最好EOR方法之一。

国内（大庆、胜利等油田）在70年代末就对CO2驱技术进行过室内研究。

并进行了混相驱研究与先导试验：1990-1995年大庆油田率先进行了CO2混相驱先导性试验，1998年江苏油田进行了CO2混相驱先导性试验，1999年中原油田进行了CO2混相驱的可行性研究，2010年在胡96块进行了CO2混相驱先导试验的研究，并取得了较好的增油效果。

尽管已进行的先导试验还存在一些工艺问题，但研究及试验结果均表明，CO2驱能较大幅度提高原油采收率。

中原油田经过二十余年的高速开发，部分油藏开发进入高含水、高采出程度阶段，如何寻找适合的三次采油技术大幅度提高原油采收率成为中原油田十分迫切的任务。

为攻克油田后期开发关键技术难题，提高采收率，分公司开展了《东濮凹陷“十二五”油稳气升关键技术研究》攻关，文南油田开发后期也暴露出诸如地层能量不足、注水困难等矛盾，根据会议精神文南油田借助该课题平台，选取了不同油藏性质的文181块、文179块、文138块进行CO2驱现场实验。

开展二氧化碳驱试验旨在为老油田补充地层能量探索一条新路。

二、取得的主要技术创新成果2.1 CO2驱油提高采收率机理研究CO2技术的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱。

CO2提高采收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。

一般稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。

在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相，在混相压力下，处于超临界状态下的CO2可以降低所波及的油水界面张力。

CO2注入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越容易被驱替。

通过调整注入气体的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率增加幅度。

非混相CO2驱开采稠油的机理主要是：降低原油粘度，改善油水流度比，使原油膨胀，乳化作用及降压开采。

CO2在油中的溶解度随压力增加而增加。

当压力降低时，CO2从饱和CO2原油中溢出并驱动原油，形成溶解气驱。

气态CO2渗入地层与地层水反应产生的碳酸，能有效改善井筒周围地层的渗透率。

提高驱油机理。

与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气可以部分代替油藏中的残余油。

CO2驱油机理主要有以下几点：2.1.1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。

并且原油初始粘度越高，CO2降粘效果越明显，如下表所示原油初始粘度（mPa.s) CO2完全饱和时原油粘度（mPa.s）1000～9000 15～160100～600 3～510～100 1～31～9 0.5～0.92.1.2 改善原油与水的流度比大量的CO2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℃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9.8mPas降到 2.9mPas，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。

2.1.3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，而且也取决于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，从而提高了驱油效率。

2.1.4高溶混能力驱油尽管在地层条件下CO2与许多原油只是部分溶混，但是当CO2与原油接触时，一部分CO2溶解在原油中，同时，CO2也将一部分烃从原油中提取出来，这就使CO2被烃富化，最终导致CO2溶混能力大大提高。

这个过程随着驱替前缘不断前移而得到加强，驱替演变为混相驱，这也使CO2混相驱油所需要的压力要比任何一种气态烃所需要的混相压力都低得多。

用气态烃与轻质原油混相也要27～30MPa，而用CO2混相压力只要9-10MPa即能满足。

在高温高压下CO2与原油溶混机理主要体现在烃从原油中蒸发出来与CO2混相，即主要是蒸发作用；在低温条件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附作用。

当压力低于混相压力时，CO2和原油混合物有三个相存在：气态CO2并含有原油的轻质组份；失去轻质组份而呈液态的原油，由原油中分离出来的以固体沉淀方式存在的沥青和蜡。

2.1.5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。

而多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。

2.1.6 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以下，采收率便会明显地提高。

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饱和度，从而提高了原油采收率。

2.1.7 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。

2.1.8 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，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。

2.2 CO2驱油的基本方式2.2.1 CO2段塞注水方式其作用方式与溶剂段塞驱油有某些相似，但是更加复杂化。

具有以下特点：（1）复杂的边界条件由于CO2即溶于油，也溶于水，因而存在两个混相带，即CO2-原油混相带，在总混相区前缘；CO2-水混相带，在总混相区后端。

注意CO2在水中溶解度远低于在原油中溶解度，因而CO2-水混相带边界浓度远达不到1（2）水驱改善了重烃开采和气体突破问题CO2段塞不同于溶剂段塞，一般它只与原油部分混相，即主要靠CO2提取作用使原油中轻质烃进入CO2段塞中，形成气相混合物，而原油中重质烃与CO2形成混溶带，其中也包括沥青和胶质。

只有CO2驱时，当地层压力不高时，失去轻质烃的原油开采困难，采出的往往是轻质组份。

而这种不利驱油条件由于采用水驱段塞可以改善，可使混相带中重烃部分也被驱替出来。

CO2气体突破现象也得到部分缓解。

因为用水顶替CO2，CO2夹在油水中间，即使水突破进入CO2段塞，由于形成碳化水，使水相粘度升高，前缘稳定性得到改善。

（3）良好经济指标水驱CO2段塞具有一般CO2驱油特性，如混相、降粘、膨胀原油等，但由于采用段塞，经济指标大大改善。

2.2.2.高压注CO2气体驱油与高压注烃类气体过程相似。

首先限制油井采油量甚至关井，向地层中注入大量CO2气体，使地层压力上升，达到或者超过混相压力，与原油充分混相，在保持CO2注入量（定压）条件下开井采油。

这是典型的混相驱油方式，可以同时采出轻质烃与重质烃。

2.2.3连续向地层注CO2气体通常在低压“枯竭”油田（平均地层压力约为1MPa）使用，向已枯竭地层中直接注入CO2驱油，由于用量大，通常采用CO2采出分离回注的循环注气方式。

其特点为：（1）CO2消耗量大，一般为地层孔隙体积的几倍。

（2）CO2提取原油中轻质烃，采出的CO2与轻质烃气体混合物必须在地面分离，经济效益和工艺实际都不利。

（3）不适用于压力过低油田，因为这类油田一方面需要大量CO2，注入CO2与采出烃比值高达100立方米/立方米；另一方面，过低压力值CO2与原油混相困难，造成只有少量轻质烃采出，大量重质烃留在地下。

2.2.4 CO2单井吞吐与蒸汽吞吐工艺有些相似，在生产井中注入一定量CO2气体后，关井使原油与CO2有充分时间溶混，然后开井采油。

主要利用CO2与原油的混相作用、降粘作用、膨胀作用。

适用于较高地层压力油田，特别是高粘稠油的早期开采。

2.3二氧化碳驱可行性室内试验参考胡96块沙一下PVT实验、长细管实验、长岩心实验研究CO2驱原油物性及流动规律的资料，对文138块利用注CO2开发的可行性进行评价。

PVT实验：2.3.1原油饱和压力变化注入CO2后原油饱和压力逐渐升高，注入CO2越多，饱和压力越高（图1）。

这说明地层油对CO2有较强的溶解能力，另外注气量对注入气与原油的混相条件将产生影响。

注气量增加，混相压力趋于增高。

图1 注入CO2对饱和压力的影响2.3.2原油体积变化注入CO2后胡96块砂地层油在饱和压力和地层压力下的膨胀系数随CO2注入量的变化曲线见（图2）实验结果表明，随着CO2注入量的增加，溶解在原油中的CO2也在增加，体积系数也随着上升。

这是因为注入CO2后，CO2能够萃取和气化原油中的轻质组分，形成CO2富气相，使原油体积膨胀，可增加地层弹性能量，膨胀后的剩余油脱离或部分脱离地层水的束缚，小孔隙剩余油被挤出变成可动油。

图2 地层原油体积系数与CO2注入量的关系曲线图2.3.3原油气油比变化实验结果表明，随着CO2的注入，体系的原油溶解气油比逐渐增加（图3）。

这有利于降低原油的粘度，提高油的流度，从而有利于提高驱油剂的波及系数。

图3 气油比与CO2注入量的关系曲线图2.3.4原油密度变化原油密度变化如（图4）所示。

从图中可以看出，随着CO2的注入，原油密度相应逐渐增加。

溶解CO2后地层原油密度受原始地层原油的密度、压力、体积膨胀系数、CO2的溶解量等四个因素叠加影响。