《提高采收率》--面试问答题--前沿内容

一简述二氧化碳混相驱的机理
混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。

根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几
种方式。

而CO
2混相驱一般属于多级接触混相驱。

通过适合CO
2
驱的油藏筛选标准可知稀油
油藏主要采用CO
2混相驱,而稠油油藏主要采用CO
2
非混相驱。

在稀油油藏条件下CO
2
易与原
油发生混相,在混相压力下，处于超临界状态的CO
2可以降低所波及油水的界面张力，CO
2
注
入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越易被驱替。

水、气交替注入时，水对混相有不
利的影响。

通过调整注入气体的段塞使CO
2
形成混相，可以提高原油采收率。

混相驱油是在地层高温条件下，原油中轻质烃类分子被CO
2
：析取到气相中，形成富含
烃类的气相和溶解CO
2
的液相(原油)两种状态。

其驱油机理主要包括以下三个方面：(1)当压
力足够高时，CO
2
析取原油中轻质组分后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，重质成分从原油中析出，原油黏度大幅度下降，提高了油的流动能力达到混相驱油的目的。

在适合的储
层压力、温度及原油组分等条件下，临界CO
2：与原油混合，形成一种简单的流体相。

(2) CO
2
在地层油中具有较高的溶解能力，从而有助于地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流人井底。

(3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减小。

随着压力的增加，原油一空气系统的表面张力减小不大，这是由于氮气(空气的主要成分)在油中的溶解度极
低，因此，系统的表面张力随压力变化缓慢。

对于原油一CO
2系统，由于CO
2
的饱和蒸汽压很
小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此原油一CO
2
系统的界面张力随着压力增加而快速下降。

对于原油一天然气系统而言，天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度，故界面张力随压力增加而急剧降低。

对有溶解气的油一水体系，溶解气量的多少，对油一水两相间的界面张力起着决定性的作用。

当压力小于饱和压力时，压力升高，界面张力增大，这是由于当压力小于饱和压力前，气体在油中的溶解度大于在水中的溶解度，使油一水间极性差更大而引起的；当压力大于饱和压力时，随着压力增加，界面张力变化不大，因为在高于饱和压力后，增加压力不会增加气体的溶解度，而仅仅是对流体增加了压缩作用。

二谈谈聚合物溶液的稳定性
聚合物溶液稳定性
1 力学稳定性：结合连续性方程、运动方程和本构方程，使用计算流体动力学软件Polyflow，计算了聚合物溶液作用在亲油岩石表面上的残余油膜的应力。

计算结果表明：聚合物溶液的粘弹性越大，作用在残余油膜上的应力越大，越有利于油膜的变形；流道宽度越大，作用在油膜上的偏应力越大，越有利于提高驱油效率。

2 溶液粘度对温度的依赖性：拿酪蛋白溶液来说明，酪蛋白溶液的粘度随着温度的升高逐渐降低. 相同温度条件下, 酪蛋白溶液的粘度随着放置时间的延长而逐渐下降. 并且随着温度的升高, 粘度随时间延长下降的幅度增大, 温度越高, 酪蛋白溶液粘度越早趋于平稳. 在较低温度时,酪蛋白溶液中加入Cu2 + , 溶液粘度增加; 而在较高温度时, Cu2 +的加入对酪蛋白溶液粘度影响不大。

3溶液的热稳定性：对于交联聚合物溶液的热稳定性，在较低温度下（40~60℃），HPAM 与ALCit反应所形成的LPS能够长时间的稳定存在，对于1.2um的核孔膜有很好的封堵效果。

而在较高温度下（70~110℃），所形成的LPS很快降解，不能对核孔膜形成有效封堵;温度
越高，降解速率越快，对核孔膜的封堵性能越差。

LPS高温降解后封堵性能下降的原因是LPS
中交联聚合物线团（LPC）尺寸变小，平均表现流体力学半径从降解前的292nm减小到39.9nm 左右。

HPAM高温降解后与ALCit反应所形成的交联体系不能对1.2um的核孔膜产生有效封堵。

4 化学稳定性：以往的前人实验结果可知：随着Ρ H 值的减小, 粘度将迅速降低。

非离子型聚合物HEG, 水溶液的粘度几乎不受ΡH变化的影响；溶液粘度随盐含量的增加而降低, 随溶液浓度的增加而增高；实验结果, 可知在聚合物溶液中适量添加STP , 可使溶液粘度增高。

5 微生物酶解作用：天然植物胶衍生物HEG耐微生物酶解作用甚差, 在空气中存放3天后的溶液粘度显著下降。

其它试样耐酶解性尚好。

三某一种提高采收率的方法进行论述
注CO
2
提高采收率技术
随着我国石油供需缺口逐年增大,以及石油价格的急剧攀升,提高采收率技术在我国受
到了空前的重视。

近几年,注气提高采收率技术发展迅速,其中又以注CO
2
技术的发展速度最
快。

注CO
2 的效果非常明显,而且利用CO
2
可以减轻温室效应,因此注CO
2
技术在全球得到推
广运用。

目前世界经济迅猛发展，对能源尤其是石油的需求量不断增加。

石油作为有限非再生能源，再发现较大储油油田的机遇减少，已开发油田正在老化，未开采的油田多为稠油油田，这就迫使人们把注意力投向提高老油田采收率技术上。

因此，提高油田的原油采收率(EOR，即Enhanced Oil Recovery) 日益成为国际上石油企业经营规划的一个重要组成部分[1]。

1CO2驱油现状
目前世界上已形成提高采收率四大技术系列，即化学法、气驱、热力和微生物采油，CO2驱油法便是气驱的一种。

在国外，注CO
2
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CO
2驱油的主要制约因素是天然的CO
2
资源、CO
2
的输送及CO
2
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，提出了就地CO
2
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CO
2气体，CO
2
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。

该项技术优势在于可在地层中就地产生CO
2
驱替剂，不需要使用过多的地面设备，不会对设备产生腐蚀，减少了环境污染，降低了费用增加投入产出比[2]。

2．注CO2驱油机理[3]
根据注CO2的作用机理，分为CO
2吞吐、非混相驱、混相驱。

CO
2
提高原油采收率的主要
作用有促使原油膨胀、降低粘度、溶解气驱、降低界面张力等。

2.1 CO
2
吞吐
CO
2
吞吐的实质是非混相驱，其驱替机理是:使原油体积膨胀，降低原油界面张力和粘度，
溶解气驱，驱替吮吸滞后产生相对渗透率变化，降低残余油饱和度；另外，气态CO
2
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，提高驱油效率。

CO
2
吞吐石油提高采收率的原因在于：
（1）CO
2
在原油中的溶解度高，因体积膨胀，油相渗透率提高，致使驱油效率提高6%～10%。

CO
2
溶于原油中，能大幅度的降低原油的粘度，促使原油流动性提高。

（2）CO
2
易溶于水，可导致水的粘度增加，流动性降低，从而使油水的粘度比随着水的流动
性的降低而增大。

CO
2
溶于水之后形成碳酸水，有一定的酸化作用，可提高储层的渗透性，
注入井的吸收能力增强。

室内试验表明，砂岩渗透率可以提高5%～15%，白云岩渗透率可以
提高6%～75%。

同时，CO
2
溶于水后，可降低油水的界面张力，提高驱油效率。

（3）CO
2的注入能很大程度影响相渗曲线特征，最终使残余油饱和度明显降低。

因为CO
2
在
油水系统中有很好的扩散作用，而使CO2在油水系统中得以重新分配和相系统平衡稳定。

CO
2可促使原油中的轻质烃抽提出来，提高石油采收率。

2.2 CO
2
混相驱
混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。

根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几
种方式。

而CO
2混相驱一般属于多级接触混相驱。

通过适合CO
2
驱的油藏筛选标准可知稀油油
藏主要采用CO
2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CO
2
易与原油发
生混相,在混相压力下，处于超临界状态的CO
2可以降低所波及油水的界面张力，CO
2
注入浓
度越大，油水相界面张力越小，原油越易被驱替。

水、气交替注入时，水对混相有不利的
影响。

通过调整注入气体的段塞使CO
2
形成混相，可以提高原油采收率。

2.3 CO
2
非混相型
从混相原理上可知，随着压力增加，即使是用贫气驱动含中间分子量烃较少的重油，它们之间也有可能达到混相，但要求的混相压力极高，这在油藏注气工程中有时是不可能达到的。

此时注气只能是非混相驱替。

烃气在原油中有一定的溶解度，一定压力下溶解气可以改变油流特性，同时不混相的气液之间存在传质作用。

因此，非混相驱替也会使原油采收率有所提高。

非混相驱采油的主要机理是:（1）有限量的蒸发和抽替；（2）降低原油粘度；（3）原油膨胀；（4）降低界面张力。

非混相驱的特征是:
（1）注入溶剂时，一些溶于油藏流体中，一些保留为上相，因此形成两相体系。

（2）形成的上相向前运移，与更多的油藏流体接触，从油藏流体中抽提(萃取)出一些中间烃组分，或原油从溶剂中抽提一部分中间烃组分。

上相抽提的组分不足以在排驱前缘或后缘达到混相。

（3）由于高的流度，上相继续在前面流动，一些溶解于液相(油藏流体)，更多的是从原油中抽提或从上相凝析中间烃组分，但永远达不到单相体系。

3 CO
2
驱油影响因素分析
影响CO
2
驱油效果的因素很多，主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类[4]。

其中，储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等，流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。

3.1 储层特征影响因素分析
（1）渗透率、平面非均质性影响
因为低渗透率可提供充分的混相条件，减少重力分离，渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。

改变平面非均质系数，计算不同平面非均质系数下的原油采收率，分析可知，随着非
均质性的增强，采收率变小。

因为非均质油藏中，注入的CO
2
优先进入高渗透层，导致当低
渗透层中的原油尚未被完全驱扫时，CO
2
已从高渗透层突入到生产井中，产生粘性指进[8]，
从而使驱油效率降低。

因此，储层岩石的非均质性越小越好。

（2）垂向横向渗透率比值kv/Kh 的影响
随着Kv/Kh 的增大，采收率有所下降。

随着纵横向渗透率比值的增大，浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。

3.2 流体性质影响因素分析
（1）浮力、重力影响因素。

随着原油密度的增大，其采收率减小，变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力
作用越明显，CO
2气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了CO
2
气体的体积波及系数，导致采收率下降。

（2）扩散、弥散作用
随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大，变大的主要原因为考虑了扩散的影响，
CO
2气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟CO
2
的突破时间。

使CO
2
向周围迁移，减缓了CO
2
向
生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率；在不考虑分子扩散作用情况
下，CO
2向生产井推进较快，波及效率较低，从而使CO
2
较早突破，生产井CO
2
的含量很快上升，
所获得的采收率偏低。

3.3 CO
2
注气方式
为对比不同注入方式的开发效果，设计衰竭后注气、连续注气和水气交替注入（WAG）三种方式进行计算，结果表明WAG 效果最佳。

水气交替注入过程中，由于气相和液相交替驱扫不同的含油孔道，有效地提高了驱油效率，水气交替注入时，产生气相渗透率滞后效应，并形成较大的滞留气饱和度，降低气相渗透率，水相主要驱扫油层中下部，而加入的气相则会由于重力作用向上超覆，主要驱扫油层上部，进一步提高原油采收率率[5]。

4 二氧化碳驱油意义
在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能将成为优质储量。

“我国一次能源以煤炭为主，这是我们的现实国情，短期内不可能有较大改变。

这决定了我国电力以煤电为主的装机结构，占整个发电装机的70％以上，提供了我国80％的发电量。

”国网能源研究院副院长胡兆光表示。

不容忽视的是，以煤电为主的电力结构带来了相当大的环保压力。

相关测算表明，燃烧一吨标煤将平均排放2.6吨二氧化碳。

“火力发电厂是二氧化碳排放大户，排放量占总量相当大的比例。

”南化集团研究院副总工程师毛松柏介绍。

“因此，将烟道气中的二氧化碳捕集纯化后注入地下用于油田驱油，既能降低二氧化碳排放，又能提高了原油采收率，经济效益和社会效益都非常显著。

研究与实践表明，二氧化碳驱油可以提高油田采收率10％至20％。

”张永刚表示。

随着陆上油田勘探开发力度的加大，低渗透油藏已成为我国油田的重要增储阵地。

“在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能成为优质储量。

”中国石化科技开发部油田处副处长胡凤涛说。

数据显示，我国低渗透油气藏约63.2亿吨，尚有50％左右未动用。

而已动用的低渗透资源，由于技术水平的制约，平均采收率仅为23.3％。

胡凤涛介绍，对于中高渗水驱油藏，也可通过注入二氧化碳进一步提高采收率，中原油田濮城水驱废弃油藏就通过试验二氧化碳驱油再获新生。

据了解，中原油田濮城水驱废弃油藏已连续14年综合含水达到98％以上，水驱开发已无经济价值。

2008年6月开始进行二氧化碳驱油试验，井组日产油由0.6吨最高上升到15.9吨。

截至今年3月，累计注入二氧化碳1.23万吨，累计增油3272.7吨，预计实施二氧化碳驱油后井组采收率可提高7.9％。

他表示，如二氧化碳驱油在中原油田高含水油藏中推广应用的话，将覆盖地质储量3亿吨，预计可增加可采储量2000万至3000万吨。

王增林认为，利用火电厂烟道气捕集纯化驱油技术属于二氧化碳捕集、利用和封存技术（CCUS），与二氧化碳捕集和封存技术（CCS）相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。

5 存在的问题[6]
(1) 腐蚀CO
2
和水反应生成的碳酸对管线、设备、井筒有较大的腐蚀性。

腐蚀产物被
注入流体带入地层会堵塞储层孔隙。

CO
2的腐蚀作用受多种因素影响,包括CO
2
分压、温度、
含水量、流速、氧、硫化氢、氧化物浓度等。

近年来随着防腐技术的进步,这一问题正在逐步得到解决。

(2) 气源国内注CO
2采油技术发展较晚的最根本原因是CO
2
气源不足,不像美国、加拿
大等国在油田附近就有大的CO
2
气藏。

随着江苏、胜利、吉林油田相继发现一些中小规模的
CO
2气藏,我国的注CO
2
技术有了很大发展。

(3) 投入大注CO
2
技术一次性投资大,需要铺设从气源到油田的输气管线,要有大型气
体压缩机注气,但一旦形成规模,生产效益还是很可观的。

(4) 气窜CO
2黏度很低,CO
2
混相驱过程中黏性指进较严重,CO
2
趋向流入高渗透地层或
水驱后油藏中油气饱和度低的地层,加上密度差引起的重力分异,致使CO
2
过早突破含油带,
影响驱扫效率,因此注CO
2
前必须进行有效的调剖处理。

参考文献
[1] 刘中春.提高采收率技术应用现状及其在中石化的发展方向[J].特别关注,2008:5-8.
[2] 姚胜林陈明强王克伟等.提高采收率研究的现状[J].石油化工应用,2009,28(4):1-4.
[3] 李星涛郭肖王万彬.低渗透油藏注CO2提高采收率技术探讨[J].重庆科技学院
学报,2010,12(1):27-29.
[4] 王娟,郭平,张茂林,徐艳梅,徐鹏. 油藏注烃气影响因素研究[J]. 西南石油大学学报,2007, 29(4):69-70.
[5] 李凤华,王静,祁凯等. 气水交替驱技术在稠油油藏中的应用[J].石油勘探与开发，2001.
[6] 马涛汤达祯蒋平等.注CO2提高采收率现状[J].油田化
学,2007,24(4):379-383.。