二氧化碳混相驱油技术

图3-1 不同取样口二氧化碳含量的变化规律
三、二氧化碳混相驱油渗流特征
3.2 平板模型中的渗流特征
图3-2（a）可知：水驱阶段结束时，已形 成较明显的指进条带，继续注水也无法有 效驱替位于主流线两侧的剩余油。 图3-2（b）可知：断塞组合驱和单相二氧 化碳驱后，采收率大幅度提高。尽管注入 的二氧化碳没有改变指进条带的形状，但 条带两侧的剩余油得到较大程度的驱替。
幅度为7%-12%。
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二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状

我国东部主要产油区二氧化碳 气源较少，但注二氧化碳提高采 收率技术的研究和现场先导试验 却一直没有停止，已在江苏、中 原、大庆、胜利等油田进行了现 场试验，取得了很大进展。
据中国石油勘探开发研究院：集成储层孔隙结构研 究（恒速压汞仪）、可动流体饱和度（核磁共振仪 ）和非线性渗流等三项特色技术，形成了低渗透储 层评价方法－国际领先
渗 流 力 学
Mechanics of Fluids in Porous Media
二氧化碳混相驱油技术
Carbon dioxide miscible flooding technology
Wednesday, March 30, 2016
石油工程学院
目录 CONTENTS
01 02 03 04
一 、 二 氧 化碳 混相 驱 油技 术的 基本 原理
4.2 假设条件
1.孔隙介质均质且定横截面积； 2.忽略岩石和流体的压缩性； 3.流体在恒温条件下以恒定速度流动； 4.只考虑沿纵向的扩散现象； 5.忽略摩尔扩散现象并且扩散系数不依赖注入流体的浓度； 6.不考虑注入流体与油藏原油和岩石的化学反应；
7.考虑注入流体在岩石和多孔介质表面的吸附作用。
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型

与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提
高显著等优点。这项技术不仅能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳的封存
问题，保护大气环境。

国际能源机构评估认为，全世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000亿～ 6000亿桶。
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二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状

上世纪50年代，前苏联最早开始对注二氧化碳提高采收率技术进行研究。
式中，C 为注入的 CO2浓度；k1， k2为反应常数； t为时间。
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
总的吸附浓度分布为：
当吸附达到平衡即t→ +∞时，总的吸附浓度公式整理为： （ 1） 其中，
，
流体的吸附浓度是时间和CO2浓度的函数，因此有：
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
四 、 一 种 二 氧 化 碳 混 相驱油技术的 数学模型
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
1.1 改善原油的流动性
降粘作用 二氧化碳与原油有很好的互溶性， 能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10 左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越 大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油 产量。 膨胀作用 二氧化碳注入油藏后，使原油体积 大幅度膨胀，便可以增加地层的弹性能量，还 有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表 面的束缚，变成可动油，使驱油效率升高，提 高原油采收率。 萃取和汽化原油中的轻烃 在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油 图1-1 原油粘度降低与二氧化碳 饱和压力的关系（50℃） 中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。二氧化碳首先萃 图1-2 原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量 分数关系μo—原油粘度; μm—溶有二氧 取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。 化碳的原油粘度
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二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状

美国是二氧化碳驱发展最快的国家， 自20世纪80年代以来，美国的二氧 化碳驱项目不断增加，已成为继蒸 气驱之后的第二大提高采收率技术。

美国目前正在实施的二氧化碳混相驱项目有64个。大部分油田驱替方 案中，注入的体积二氧化碳约占烃类孔隙体积的30%，提高采收率的
图1-1 典型油气系统界面张力 ①原油与空气;②原油与天然气;③原油与CO2
目录 CONTENTS
01
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
02
03 04
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
三 、 二 氧 化碳 混相 驱 油渗 流特 征
பைடு நூலகம்
四 、 一 种 二氧 化碳 混 相驱 油技 术的 数学 模型
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
4.1 吸附公式的引入
扩散剂在岩石颗粒表面的吸附过程不是瞬间完成的。岩石表面含有的初始 吸附剂量越小，吸附速度就越快。当其表面吸附的量达到某一浓度值q时，吸附 现象变弱; 当其浓度达到某一临界值q*时，吸附达到动态平衡状态，吸附与脱附 的速度相等。总的吸附过程实际上是单纯的吸附过程与脱附过程的叠加，表达 式为
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二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
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目录 CONTENTS
01 02
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
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三、二氧化碳混相驱油渗流特征
四 、 一 种 二氧 化碳 混 相驱 油技 术的 数学 模型
三、二氧化碳混相驱油渗流特征
3.1 一维填砂模型中的渗流特征
CD
图4-1孔隙度对CO2流出端浓度剖面的影响
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
4.4 结果分析
注入压力对CO2流出端浓度分布的影响 注入压力越大，CO2的初始浓度越大，CO2 突破流出端的时间越早; 注入压力越小，CO2的 初始浓度越小，CO2突破流出端的时间越晚。注 入压力越大，CO2的浓度越小时，CO2在孔隙介 质表面的吸附量越少，流动的CO2越多，同时注 入压力越大，驱替的动力也越大，因此CO2突破 流出端的时间也越早；反之，突破时间越晚。 初始原油黏度对CO2降黏效果的影响
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
1.3 改善油水两相体系性能
降低油水界面的界面张力 二氧化碳混相驱 中，二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使 其汽化，从而降低界面张力。二氧化碳驱 过程是二氧化碳不断富化过程。 混相效应 二氧化碳与原油混合后，不仅能 萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成 二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带移动 是最有效的驱油过程，可使采收率达到90% 以上。 CO2在油水中的扩散作用可使 CO2本身重新 分配，并且起到稳定相系统平衡状态的作 用。
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
1.2 改善储层性能 提高驱油效率
提高渗透率作用 二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水与油藏的碳 酸盐反应，生成碳酸氢盐。碳酸氢盐易溶于水，导致碳酸盐尤其是井筒周围 的大量水和二氧化碳通过的碳酸盐岩渗透率提高，使地层渗透率得以改善， 同时二氧化碳还有利于抑制粘土膨胀。 溶解气驱作用 大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解气驱的作用。降压采油 机理与溶解气驱相似，随着压力下降，二氧化碳从液体中逸出，液体内产生 气体驱动力，提高了驱油效果。另外，一些二氧化碳驱油后，占据了一定的 孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。 有效改善毛细管的吸渗作用，进而扩大油层的扫油范围，保持水、油流动性 的平衡状态。 另外，二氧化碳-水混合物由于酸化作用可以在一定程度上解除无机垢堵塞、 疏通油流通道、恢复单井产能。
图4-2注入压力对 CO2流出端 CO2降黏效果的影响 在其他条件不变的情况下，油藏的初始原 图4-3 初始原油黏度对 浓度分布的影响 油黏度越大，混合物的黏度变化幅度越大，CO2 的降黏效果越明显。
CD
谢谢聆听
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
4.3 模型建立
（ 1） （ 2）
（ 3）
（λ和v越大，D越大，扩散速度越大。）
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
初始条件 入口端边界条件
出口端边界条件
式中，t1为驱替流体CO2的注入时间，s；C0为初始CO2浓度，g/cm3; L 为模 型长度，m； C1为初始时刻各点的CO2 浓度，g/cm3.
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
4.4 结果分析
孔隙度对CO2流出端浓度剖面的影响 当混相驱模型考虑吸附作用时，不同孔隙度下 的CO2流出端浓度剖面的形状不同。在其他条件不 变的情况下，孔隙度越大，吸附比面越小，因此相 应的CO2吸附量越少；孔隙度越大，油藏的渗透率 越大，流体在渗流过程中遇到的阻力越小，因此驱 替流体突破的时间就越早。孔隙度越小，岩石的比 面积越大，相应的吸附量越多，同时小的孔隙度使 得油藏的渗透率较低，流体在孔隙介质中流动时遇 到的阻力越大，因此驱替流体突破的时间越晚。
二 、 二 氧 化碳 混相 驱 油技 术的 应用 现状
三 、 二 氧 化碳 混相 驱 油渗 流特 征
四 、 一 种 二氧 化碳 混 相驱 油技 术的 数学 模型
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01
02 03 04
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
三 、 二 氧 化碳 混相 驱 油渗 流特 征
（b）断塞驱、二氧化碳驱过程-结束状态 图3-2 驱替过程中含水饱和度场图 （a） 水驱过程-水驱结束状态
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一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
三 、 二 氧 化碳 混相 驱 油渗 流特 征
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四、一种二氧化碳混相驱油技术的数学模型
1967年前苏联石油科学研究院在图依马津油田的亚历山德罗夫区块进行了工 业性基础试验。尽管这些油藏的地质条件不同，但都取得了好的应用效果。

近年来，加拿大和土耳其对二氧化碳驱开采重油进行了大量的实验研究。土 耳其大规模的采用驱替二氧化碳重油，并获得了很大的成功。加拿大也从实 验上证实二氧化碳一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，并且可以把粘度 降低到用蒸气驱替的水平。