论二氧化碳的驱油

论二氧化碳的驱油

[摘要]随着二氧化碳在油田开发中的应用，其驱油机理日益成为研究热点。本文在调研国内外二氧化碳驱油发展史、驱油机理以及相关数学模型基础上，利用数值方法求解了考虑co2驱油传质扩散机理的一维混相数序模型，分析了原油粘度、扩散吸附等因素对驱替效果的影响。考虑co2的扩散吸附作用，co2驱油前缘发生运移滞后，降低了驱油效果；原油粘度越大，co2降粘效果越明显；混相驱替时co2浓度越大，降粘效果越明显。

[关键词]co2驱油、扩散吸附作用、驱油前缘、提高采收率、油水界面张力、低渗透油藏。

中图分类号：te 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）20-0334-01

二氧化碳驱油技术简单来说，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。

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。

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，可以是原油体积膨胀，粘度下降，还可降低油水间界面张力。二氧化碳溶于水后形成的探索还可以起到酸化作用。它不受井深、温度、压力、地层水矿化度等条件的影响，由于以上各种作用和广泛的使用条件，注二氧化碳提高采收率的已用十分广泛。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。一次采油后，约70%的原油残留在地下。二氧化碳驱可以作为二次或三次采油应用于油田。针对世界上大部分油田采用注水开发面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题，国外近年来大力开展了二氧化碳驱提高采收率（eor）技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。

目前，在国外二氧化碳驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原

油量的第二位。使用二氧化碳驱的国家有美国、俄罗斯、匈牙利、罗马尼亚、加拿大、法国、西德、葡萄牙等。美国有10个产油区的292个油田适用二氧化碳驱，一般提高采收率7%-15%，在克萨斯州二氧化碳驱是最主要的提高采收率方法，其效果也最好，提高采收率30%。

我国有93%以上的油田都是采用注水开发的，而水驱采收率只能达到40%左右。而且，长期的大量注水，使我国的主要老油田普遍进入了高含水阶段，因此必须配合其它提高采收率方法。在我国的石油开采中，二氧化碳也有着巨大的应用潜力。自60年代以来，在大庆，胜利、任丘等油田先后开展二氧化碳驱试验。大庆油田矿场试验早期拄碳酸水，比注清水提高采收率8.2%-10.5%，胜利油田室内试验注12.3%pv二氧化碳，比注清水提高采收率7.3%-10.8%任丘油田室内试验室12%pv二氧化碳，采收率达到50%-70%。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，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨，，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。另外，对于我国现已探明63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。但是，二氧化碳驱技术在我国至今尚未成为研究和应用的主导技术。但是可以预测，随着技术的发展和应用范围的扩大，我国在提高原油采收率应用中封存于油藏内的温室气体总量将逐渐增大，对地球环境造成恶劣影响的工业废

气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。

根据大量的矿场试验，总结出适应二氧化碳驱油油藏的基本条件是：油层的岩性可以是灰岩、白云岩或砂岩等，二氧化碳溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高底层渗透率；二氧化碳你驱油油藏一般埋深在600-3500米，油层温度一般低于120℃，油层厚度大于3米；油层的破裂压力大于要求的注入压力，防止地层的压裂，影响驱油效果；油层具有大的空隙体积以便与二氧化碳接触，渗透率一般大于5个毫达西。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。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。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。

在驱油过程中，二氧化碳与水和油的相界面处会发生传质扩散，使得二氧化碳溶于水或油，溶于水后可使的水的粘度增加，运移性能提高，溶于油后会使得原油体积膨胀，粘度降低，从而降低油水界面张力，提高原油采收率。而且，传质速度越快，越有利于降低油水界面张力。但是由于吸附作用的影响，降低了二氧化碳直接驱油的机会和效率，造成二氧化碳的浪费。通过建立数学模型研究不

同的注气速度、粘度、吸附作用等因素对开发指标的影响，可以得到提高传质速度的方法，从而增加原油采收率，提高洗油效率和收集残余油效率，对以后的油气田开发均有较大的意义。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。

不管是在同一时刻不同位置还是同一位置不同时间考虑吸附作

用时混合物粘度总比没有考虑吸附作用时变化大。这是由于存在吸附作用，岩石颗粒对二氧化碳的吸附使二氧化碳浓度降低，二氧化碳浓度波前缘产生滞留，从而降低了二氧化碳降粘作用，二氧化碳的损耗导致驱油体系的破坏和驱油效率的降低。在图线末端，考虑吸附和未考虑吸附作用情况下二氧化碳浓度变化基本一致，降粘作用也趋于相同这是因为当吸附层上的浓度达到极限吸附浓度时，这一极限吸附浓度和溶液中二氧化碳的浓度成平衡。

参考文献

[1] 苏玉亮.油藏驱替机理.第一版.东营：石油大学出版社，2006.

[2] 祝春生等.低渗透油藏co2驱提高原油采收率评价研究.钻采工艺，2007，30（6）：55-57，60.

[3] 苏畅，孙累，李士伦.co2混相驱多级接触过程机理研究.西