二氧化碳驱油机理

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CO2与原油的最小混相压力不仅取决于油藏的温度和CO2的纯度，而且也取决于原油组分。因此， 加强含杂质的CO 及可改变原油组分物质的性能分析，是解决混相压力的关键。
3．窜流严重 在驱油过程中，南于CO 黏度低及油层的非均质性，易出现黏性指进及窜流，造 成不利的流度比，致使CO 过早突破含油带，影响驱油效率。加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵 向非均质性、油藏流体饱和程度和油藏流体性质的性能分析研究，是解决CO 窜流问题的关键。
图2-2 原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系 （4） 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。 （5） 混相效应 混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。 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。
以改善，上述作用可使砂岩渗透率提高5%-15%，同时二氧化碳还有利于 抑制粘土膨胀。另外，二氧化碳-水混合物由于酸化作用可以在一定程 度上解出无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。
二氧化碳驱油技术优点
• 二氧化碳驱油技术优点 • 1. 不仅适用于常规油田，尤其对低渗、特低渗油藏可以 明显提高原油采收率 • 2. 适合二氧化碳驱油的油藏储量非常可观
• 3. 二氧化碳具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高 等显著的优点 • 4. 能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳封存问题， 保护大气环境
二氧化碳驱油技术缺点（待解决问 题）
• • 1.腐蚀作用（如何减缓腐蚀？） CO2在注入油层的过程中，与水反应生成的碳酸，对设备、管线、井筒有较强的腐蚀性，而且腐蚀 产物被注人流体带人地层会堵塞储层孔隙。如何加强对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质 的分析以及防腐材料、涂层的研究，是解决腐蚀问题的关键。 2.最小混相压力较高
1.CO2驱油机理 2.适合CO2驱油的油藏类型及地质条件 3.CO2混相驱的发展现状（优缺点）及 在国内油田的相关应用（相当于举例子 说明优缺点） 4.CO2应用广阔前景和CO2驱油整体概况 （即小结）
CO2应用前景广阔和CO2驱油整体概况（即小结）
CO2作为一种无污染的驱替剂，应用较早。
目前CO2驱油提高采收率技术已成为世界三大采油法
关于实施CO2驱几个问题的讨论
3. CO2驱生产中的防腐
腐蚀是 CO 2 驱最严重生产的问题。由于没有 作好防腐准备，而导致生产暂时中断或项目失败，
已有很多先例。国外在防腐方面有两个经验措施：
1. 采用塑料内衬或水泥内衬油管。 2. 定期注入防腐剂。 通常以两种措施的结合使用最好。
二氧化碳驱油前景光明
发展现状
• 2009年7月12 Et，在绥中36．1油田H5井 组进行了层内生成二氧化碳驱油技术的现 场先导性试验。施工2天，累计注入生气剂 250 m3，释气剂250 m。，注人药剂时间 仅为22小时。该井组实施该技术后对应的8 口油井3个月平均产油量较施工前增加 30．72 m ／d，增产幅度近10％，累计增 油2 857 m3，虽然施工后注水量提高至600 m3／d，但综合含水率也有了一定的降低， 取得了较好的增油控水效果
• • • • • • • • • • • • 2009-05-06 09:53 石油商报 本报讯（通讯员王蕾顾鸿君）“如果将二氧化碳作为注入剂，是气态形式注入地层效果好，还是液态形式的 好？” “液态二氧化碳需要温度达到零下20℃，对地层伤害比较大，气态二氧化碳对地层没有伤害，但是很难封住， 一般以超临界状态注入地层最好”。 新疆油田勘探开发研究院近日聘请中国石油大学（华东）泰山学者、特聘教授，英国Heriot-Watt大学荣誉研究 员任邵然，专门为科研人员讲解“二氧化碳驱油技术”。 当二氧化碳压力超过临界压力（7.39兆帕）、温度大于临界温度（31℃时），二氧化碳将变成一种液态的黏稠 状物质，称为超临界状态。 超临界二氧化碳具有黏度低、流动性好、扩散性强、对溶质有较强的溶解能力，且比重是水的0.6~0.8倍，因此， 二氧化碳逐步成为一种安全、高效、节能、节水的驱油介质。 2002年国家气象局表示，未来50年，全球气温将上升4℃，对生态系统、社会经济系统将产生持久的严重影响。 全球温室效应越来越明显，很多国家已积极开展二氧化碳减排研究工作，为全球气候和环境保护做出贡献。 很多国家已经开始研究、实施将二氧化碳注入地下进行储存，包括煤田和油气田，在保护环境的同时，也提高 了采收率，一举两得。研究表明，二氧化碳驱油技术可以在水驱油提高采收率的基础上，再提高10%～20%。二氧 化碳驱油技术在新疆油田的应用潜力占全国评价中的51%，前景光明。 2007年9月，国务院通过的32号文件，即《关于进一步促进新疆经济社会发展的若干意见》提出，“到2020年， 把新疆建成全国大型油气生产和加工基地、大型煤炭基地、可再生能源规模化利用示范基地”的宏伟目标，明确了 国家把新疆作为我国能源接替区和基地的战略地位。 将二氧化碳注入到地层中储存，或利用二氧化碳驱油，对新疆的可持续发展意义重大。 二氧化碳驱油技术如果可以在油气田推广应用，将会为保障国家能源安全、促进新疆经济发展奠定坚实基础， 也势必会为新疆油气田的开发带来一场新的技术革命。 目前，新疆油田已开展的提高采收率技术，主要包括聚合物驱、二元复合驱技术。山西煤矿、吉林油田、南海 气田正积极开展二氧化碳埋存工程。
图2-1 原油粘度降低与二氧化碳饱和压力的关系（50℃） μo--原油粘度; μm—溶有二氧化碳的原油粘度
（2 ）改善原油与水的流度比 二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，同 时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。 （3） 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。原油的密度越高，相对分子质量越小，原油的膨胀 系数越大[1]。。图2-2为原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系。从图2-2 可以看到，原油中二氧化碳物质的量分数越大，原油的膨胀系数越大。
国外CO2驱应用及研究概况
美国EOR增产原油的成本对比
热采 方法
增产成本 （美元/bbl）
化学驱
注蒸汽 火烧油层 注CO2
3-6 5-10 2-8
聚合物
5-10
表面活性剂
8-12
微生物 1-8
国外CO2驱应用及研究概况 加拿大CO2驱的研究与应用
加拿大石油公司 1994 年对一些轻质和中质 油（原油密度为 0.8550-0.9042 ）油藏进行了 CO2驱综合研究。1997年，投资11亿美元在韦本 油田进行大规模 CO 2 混相驱采油。经研究，注 CO 2 的采收率将比注水高 30%-40% ，生产寿命延
（热采、聚合物驱和CO2驱）之一。
提高石油采收率的方法很多：
• 热力采油 – 注高压蒸汽 – 火烧油层 • 化学驱油 – 聚合物驱 – 活性剂驱 – 碱性驱 • 混相驱油
– – – – 液化气驱 富气驱 高压干气驱 CO2驱
• 简单来说，就是把二氧化碳注入油层中以提高采油率。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。 • 由于二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当 它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀、黏度下降， 还可以降低油水间的界面张力。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。
与原油有较好的混溶性而成为具有良好发展前景的提高原油采收 率技术的特点，以技术指标和经济指标双重标准来衡量，CO2驱 是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。
一、二氧化碳驱油机理
（1）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，如下图 所示：
图2-4 温度对二氧化碳与原油p-x相图的影响 L—液相；L1、L2—第一液相、第二液相；V—蒸气
(8) 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。 (9) 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岩渗透率提高，使地层渗透率得
• 二氧化碳驱油是一项成熟的采油技术。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。美国是二氧化碳驱油项目开展 最多的国家，每年注入油藏的二氧化碳量约为2000万～3000万吨， 其中300万吨来自煤气化厂和化肥厂的废气。 • 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，二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。我国现已探 明的63.2亿吨低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的 储量，运用二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。 • 可以预测，随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大，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。
(6) 分子扩散作用 多数情况下，二氧化碳是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩 散过程很缓慢，特别是水相将油相与二氧化碳气相隔开时，水相阻碍了二氧 化碳分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到二氧化碳中， 因此，必须有足够的时间，使二氧化碳分子充分扩散到油相中。 (7) 降低界面张力 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。二氧化碳富化是 通过二氧化碳对原油中的C2～C6组分的抽提作用引起的。二氧化碳对原油中 的C2～C6组分的抽提作用产生两种情况，如图2-4所示。一种情况是当油层 温度>50℃时，二氧化碳萃取原油组分，形成二氧化碳—富气相，称为原油 的气化机理；另一种情况是当油层温度<50℃时，二氧化碳不能气化原油， 只能萃取原油的轻馏分，形成二氧化碳—富液混合物，称为二氧化碳在原油 中的冷凝机理。 二氧化碳对原油组分的抽提过程，也是它与原油之间界面张力不断降低 的过程。图2-5说明随着界面张力的降低，毛管数增大，相对渗透率曲线发生 相应的变化。从图2-5可以看到，当界面张力达到超低界面张力时（由水驱的 101mN· m-1数量级降至10-3mN· m-1数量级以下），毛管数增大至10-2数量 级以上（水驱时为10-6），剩余油饱和度为零。
前言
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对 石油产品的需求量正在不断增加，用传统的气驱采油技术 采油率有限，工作效率不高，因此在当前世界范围内很多 企业都开始使用二氧化碳驱油技术来提高采收率。向油藏 注入二氧化碳气体能有效的降低原油粘度，减小残余油饱 和度，溶解储层中胶质，提高渗透率，在低渗透油藏、高 含水油藏以及深层油藏中都有良好的应用前景，并且注二 氧化碳能够减少空气污染，降低温室效应，有利于环境保 护。我国自60年代以来在大庆、胜利、任丘、江苏等油田 先后开展了二氧化碳驱油实验。由于我国天然的二氧化碳 资源比较缺乏，至今尚未发现较为大型的二氧化碳气藏， 因此这方面的技术起步较晚，但是，随着小型CO2气藏的 发现，CO2驱的作业项目越来越多，而且取得了明显的效 果，并且己经证明对于水驱效果不好的透油藏和小段块油 藏，CO2驱可以取得很好的效果。证明CO2驱具有成功率 高、风险性低、成本低廉、成效显著，可回收重复利用，
长25年以上。
2、国内CO2驱研究及应用概况
CO2吞吐：
国内部分油田（吉林、胜利等）也陆续实施了许 多CO2吞吐项目。 滨南采油厂在一些油井进行CO2吞吐后，原油产量 大幅提高。经测算，投入产出比为1：4。证实CO2吞吐 作为单井增产措施，效果显著。
关于实施CO2驱几个问题的讨论
1. 实施CO2驱的开发时机的选择 据对国外CO2驱项目的统计，以前的大部分项目选在含 水率为60—70% 时开始实施CO2驱。近年来的研究与应用证 明， CO 2 驱在注水开发晚期的油田实施仍有很好的效果。 例如美国的Postle油田就是注水油田开发晚期实施CO2驱提 高采收率的一个成功例子。 Postle 油田发现于 1958 年， 1970 年产量达到高峰为 3498m3/d。注CO2前平均产油量仅318m3/d，含水高达98%。 1996年实施注CO2，采用水气交替注入方式。至2000年产量 达到1590m3/d，预计提高采收率10%—14%。
二氧化碳驱油技术的几种方式
• 1． 连续注二氧化碳气体 • 2． 注碳酸水（ORCO） • 3． 二氧化碳气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体 （WAG） • 4． 二氧化碳气体或液体段塞后紧跟着注水 • 5． 同时注入二氧化碳气体和水 • 【例】：注CO2前置段塞N2顶替提高采收率—孙杨
CO2驱油
实施CO2驱应注意的关键问题
2. 产出气的处理与回注
CO2驱伴随着产量的大幅度上升，会发生早
期气窜，这基本上是CO2驱项目共同的生产特点。
从国外CO2驱的实施情况看，整个工程中有30%60%的注入气可回采后再注入。所以注CO2前必须 作好采出气的处理与回注准备，这样即可以减少污 染，还可已大大节约CO2资源，提高经济效益。