CO2驱油机理介绍

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
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 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。
CO2 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。
（3） 膨胀作用
CO2 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 CO2 物质的量分数关系。从图2-2可以看到，原油中 CO2 物质的量分数越大，原油的膨胀系数越大。
• CO2驱油是一项成熟的采油技术。Βιβλιοθήκη Baidu不完全统计，目前全世界正在实 施的CO2驱油项目有近80个。美国是CO2驱油项目开展最多的国家， 每年注入油藏的CO2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， CO2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CO2驱比水驱具有更明显的技术优势。
4.油层具有大的空隙体积以便与CO2接触,渗透率一般大于 5mD(毫达西)。
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
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CO2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， 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驱油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也 可使原油增产。
二氧化碳驱油前景光明
“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”。
(6) 分子扩散作用
多数情况下， CO2 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 CO2 气相隔开时，水相阻碍了 CO2 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 CO2 中，因此，必须有 足够的时间，使 CO2 分子充分扩散到油相中。
(7) 降低界面张力
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。
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。
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。
一、CO2驱油机理
（1）降粘作用 CO2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：
（2 ）改善原油与水的流度比
CO2 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。
率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。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co2 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，CO2 已从高渗透层突人到生产井中．产生粘性指，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
二氧化碳驱油
小组成员 马 文 黄家根 李广兴 高李阳
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
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（热采、 聚合物驱和CO2驱）之一。
2. 扩散、弥散作用
混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏 观弥散三种机理 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，二氧化碳 气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时 间 使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的 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，二氧化碳向生产井推进较快， 波及效率较低，从而使二氧化碳较早突破，生产井二氧化 碳的含量很快上升，所获得的采收率偏低。
CO2混相驱中， CO2 抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而 降低界面张力。 CO2 驱过程是 CO2 不断富化过程。 CO2 富化是通 过 CO2 对原油中的C2～C6组分的抽提作用引起的。 CO2 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， CO2 萃取原油组分，形成 CO2—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， CO2 不能 气化原油，只能萃取原油的轻馏分，形成 CO2—富液混合物，称为 CO2 在原油中的冷凝机理。
CO2吞吐： 国内吉林、胜利油田等，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。
CO2驱油机理
• 降粘作用 • 改善原油与水的流度比 • 膨胀作用(储存能量) • 萃取和汽化原油中的轻烃 • 混相效应
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CO2混相驱采油。经研究， 注CO2的采收率将比注水高30%-40%，生产寿 命延长25年以上。
国内CO2驱研究及应用概况
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。
比值的增大．浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。
二、 流体性质影响因素分析
1.浮力、重力影响因素 在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。
二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形 成混相，驱替效率较高。
在油藏下部，驱替效率明显比上部低。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，二氧化碳气体越容易沿着油层 的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化 碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。
• 可以预测，随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大， CO2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。
美国EOR增产原油的成本对比
方法
热采 注蒸汽 火烧油层 注CO2 聚合物
增产成本
3-6
（美元/bbl）
5-10
2-8 5-10
化学驱 表面活性剂 微生物
8-12
1-8
国外CO2驱应用及研究概况
(9) 提高渗透率作用
CO2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CO2通过的碳酸岩渗透率提 高，使地层渗透率得以改善，上述作用可使砂岩渗透率提 高5%-15%，同时CO2还有利于抑制粘土膨胀。另外， CO2 –H2O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。
影响二氧化碳驱油的因素
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。其中．储层参数 主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率眭等， 流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。
一、储层特征影响因素分析
1.渗透率、平面非均质性影响 低渗透率可提供充分的混相条件．减少重力分离，渗透
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。
CO2驱油的油藏条件
1.油层的岩性可以是灰岩、白云岩、或砂岩等，CO2溶于水 后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高底层渗透率
2. CO2驱油油藏一般埋深在600~3500米，油层温度一般低 于120ºC，油层厚度大于3米
3.油层的破裂压力大于要求的注入压力大于要求的注入压力， 防止地层的压裂，影响驱油效果
（4） 萃取和汽化原油中的轻烃 在一定压力下， CO2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。 CO2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。 CO2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CO2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。