二氧化碳驱油机理课件

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，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：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。图图2-1 原油粘度降低与二氧化碳饱和压力的关系（原油粘度降低与二氧化碳饱和压力的关系（50）o-原油粘度原油粘度;m溶有二氧化碳的原油粘度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。（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。图图2-2 原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系(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C2C6组分的抽提作用引起的。二氧化碳对原油中的C2C6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101mNm-1数量级降至10-3mNm-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。(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，使地层渗透率得图图2-4 温度对二氧化碳与原油温度对二氧化碳与原油p-x相图的影响相图的影响L液相；液相；L1、L2第一液相、第二液相；第一液相、第二液相；V蒸气蒸气以改善，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。发展现状2009年7月12Et，在绥中361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250m3，释气剂250m。，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3072md，增产幅度近10，累计增油2857m3，虽然施工后注水量提高至600m3d，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）CO2CO2作为一种无污染的驱替剂，应用较早。作为一种无污染的驱替剂，应用较早。目前目前CO2CO2驱油提高采收率技术已成为世界三大采油法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（热采、聚合物驱和CO2CO2驱）之一。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。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。国外国外CO2驱应用及研究概况驱应用及研究概况美国美国EOREOR增产原油的增产原油的成本成本对比对比 方法方法 热采热采注注CO2 化学驱化学驱微生物微生物注蒸汽注蒸汽火烧油层火烧油层聚合物聚合物表面活性剂表面活性剂增产成本增产成本（美元（美元/bbl）3-65-102-85-108-121-8国外国外CO2驱应用及研究概况驱应用及研究概况 加加拿拿大大石石油油公公司司19941994年年对对一一些些轻轻质质和和中中质质油油（原原油油密密度度为为0.8550-0.90420.8550-0.9042）油油藏藏进进行行了了COCO2 2驱驱综综合合研研究究。19971997年年，投投资资1111亿亿美美元元在在韦韦本本油油田田进进行行大大规规模模COCO2 2混混相相驱驱采采油油。经经研研究究，注注COCO2 2的的采采收收率率将将比比注注水水高高30%-40%30%-40%，生生产产寿寿命命延延长长2525年以上。年以上。加拿大加拿大CO2驱的研究与应用驱的研究与应用2、国内、国内CO2驱研究及应用概况驱研究及应用概况COCO2 2吞吐：吞吐：国内部分油田（吉林、胜利等）也陆续实施了许国内部分油田（吉林、胜利等）也陆续实施了许多多COCO2 2吞吐项目。吞吐项目。滨南采油厂在一些油井进行滨南采油厂在一些油井进行COCO2 2吞吐后，原油产量吞吐后，原油产量大幅提高。经测算，投入产出比为大幅提高。经测算，投入产出比为1 1：4 4。证实。证实COCO2 2吞吐吞吐作为单井增产措施，效果显著。作为单井增产措施，效果显著。1.1.实施实施实施实施COCO22驱的开发时机的选择驱的开发时机的选择驱的开发时机的选择驱的开发时机的选择 据据对对国国外外COCO2 2驱驱项项目目的的统统计计，以以前前的的大大部部分分项项目目选选在在含含水水率率为为606070%70%时时开开始始实实施施COCO2 2驱驱。近近年年来来的的研研究究与与应应用用证证明明，COCO2 2驱驱在在注注水水开开发发晚晚期期的的油油田田实实施施仍仍有有很很好好的的效效果果。例例如如美美国国的的PostlePostle油油田田就就是是注注水水油油田田开开发发晚晚期期实实施施COCO2 2驱驱提提高采收率的一个成功例子。高采收率的一个成功例子。PostlePostle油油田田发发现现于于19581958年年，19701970年年产产量量达达到到高高峰峰为为3498m3498m3 3/d/d。注注COCO2 2前前平平均均产产油油量量仅仅318m318m3 3/d/d，含含水水高高达达98%98%。19961996年年实实施施注注COCO2 2，采采用用水水气气交交替替注注入入方方式式。至至20002000年年产产量量达到达到1590m1590m3 3/d/d，预计提高采收率，预计提高采收率10%10%14%14%。关于实施关于实施COCO2 2驱几个问题的讨论驱几个问题的讨论 CO2驱伴随着产量的大幅度上升，会发生早期驱伴随着产量的大幅度上升，会发生早期气窜，这基本上是气窜，这基本上是CO2驱项目共同的生产特点。从驱项目共同的生产特点。从国外国外CO2驱的实施情况看，整个工程中有驱的实施情况看，整个工程中有30%-60%的注入气可回采后再注入。的注入气可回采后再注入。所以注所以注CO2前必须前必须作好采出气的处理与回注准备，这样即可以减少污作好采出气的处理与回注准备，这样即可以减少污染，还可已大大节约染，还可已大大节约CO2资源，提高经济效益资源，提高经济效益。实施实施COCO2 2驱应注意的关键问题驱应注意的关键问题2.2.产出气的处理与回注产出气的处理与回注关于实施关于实施COCO2 2驱几个问题的讨论驱几个问题的讨论 3.CO3.CO2 2驱生产中的防腐驱生产中的防腐 腐腐蚀蚀是是CO2驱驱最最严严重重生生产产的的问问题题。由由于于没没有有作作好好防防腐腐准准备备，而而导导致致生生产产暂暂时时中中断断或或项项目目失失败败，已有很多先例。国外在防腐方面有两个经验措施：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。采用塑料内衬或水泥内衬油管。2.定期注入防腐剂。定期注入防腐剂。通常以两种措施的结合使用最好。通常以两种措施的结合使用最好。二氧化碳驱油前景光明二氧化碳驱油前景光明2009-05-0609:53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0.60.8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。二氧化碳驱油的油藏条件根据大量的矿产实验，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；二氧化碳驱油油藏一般埋深在6003500米，油层温度一般低于120C，油层厚度大于3米；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；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。影响二氧化碳驱油的因素影响CO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，c0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KvKh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。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。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。