CO2驱油后期气窜机理及解决方法课件

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1、二氧化碳驱油气窜的研究二氧化碳驱油气窜的研究小组成员（长江大学）马 文 黄家根李广兴 高李阳第1页，共21页。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驱油是一项成熟的采油技术。CO2驱油机理（1）降粘作用（2）提高渗透率作用（3）改善原油与水的流度比（4）膨胀作用(储存能量)（5）混相效应（6）分子扩散作用（7）降低界面张力（8）溶解气驱作用第2页，共21页。待解决问题1.腐蚀作用（如何减缓腐蚀？）2.最小混相压力较高3.窜流严重 1.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

2、腐蚀性，而且腐蚀产物被注入流体带入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.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CO2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.在驱油过程中，由于CO2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CO2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CO2窜流问题的关键。第3页，共21页。室内实验

3、得到的CO2 混相驱油效率往往可达90%以上，但现场却难以达到室内实验的驱油效果。限制采收率提高的主要原因是黏性指进、重力超覆和油层的非均质性等因素对注入CO2 波及效率的影响。针对注CO2 驱开发后期油藏气窜现象逐渐加重、开发矛盾不断加剧等问题，从开发层系、注采结构、注入方式以及注入剖面4 个方面开展了改善CO2 驱开发效果的研究，并提出了细分层系、高部位注气、水气交替注入、聚合物调剖及CO2+泡沫驱防气窜等技术对策。第4页，共21页。1.气窜机理（1）气驱粘性指进（2）地层非均质特性1.1气驱粘性指进 由于指进主要是由于驱替相的视粘度远低于被驱替相视粘度而导致的，所以指进通常又被称为粘性指

4、进。C02的粘度远远低于地层水和地层原油，不利的流度比将导致粘性指进，而粘性指进又将导致驱替前缘不稳定，降低驱油在储层中的波及效率。因此，c02驱过程中必然存在着严重的粘性指进现象如果控制的不得当，即使在均质地层中，也会引发气体突进，而导致波及效率降低。粘性指进使注入的C02绕过被驱替的油而窜流，现场上表现为某些井过早地气窜，引起产液量下降，气油比急剧上升(气中绝大部分是C02)等现象，驱替流体之间的粘度差是产生粘性指进现象的内在因素。1.2非均质(裂缝)油藏中气窜 在层状非均质地层中，气驱油产生的舌进和粘性指进比水驱油严重得多，舌进是油水前缘沿高渗透层凸进的现象。储层的垂向非均质性是导致舌进

5、现象的主要原因。在非均质储层中，严重的舌进将大幅度降低垂向波及效率。改善储层的非均质性可以抑制舌进，调整驱油剂的视粘度，也可以在一定程度上控制舌进，提高宏观波及效率。第5页，共21页。2.封窜机理2.1水气交替技术2.2稠化泡沫和CO2增稠封窜技术2.3凝胶2.4化学反应沉淀和盐沉淀处理第6页，共21页。向油层中交替注入水气段塞，由于气泡在孔喉之间的贾敏效应使注入水的渗流阻力增大，降低了水的相对渗透率和流度，从而改善水油流度比，使部分水波及到渗透率较差的区层中，扩大水的波及效率。水的存在会阻碍混相的形成，但是由于水的粘度较高，在驱油前期，水优先进入高渗层形成屏蔽，迫使气体转入低渗层，提高了气体

6、的驱扫效率以及低渗层的采收率。2.1水气交替技术 水气交替注入后，由于水气的流度差异，流体的分布增加了两种形态：油水混合流动带、油气流动带。水气交替开采过程中，油气流动带不断向下移动，从而扩大了油气流动带。同时油水流动带不断向上扩展，油气水混合流动带也在不断扩大，只有纯油带不断缩小。这两种形态的出现，扩大了其波及体积。第7页，共21页。2.2稠化泡沫和CO2增稠封窜技术 稠化泡沫的原理就是通过在C02中加入表活剂和聚合物，使其在注入过程中具有泡沫的流度，通过延缓成胶时间，在油藏深部裂缝介质或者窜流通道中形成凝胶，因此这种体系具有泡沫与凝胶的双重作用，加入的聚合物可以使泡沫具有很好的稳定性和良好

7、的注入能力并且稠化泡沫可以有效地抵抗地层流体的驱动，从而有效地防止临界状态下C02的指进。增稠后的C02可以有效地控制c02气窜。C02增稠的方法：其一是在C02气体中加入高分子量的聚合物，但由于高分子量聚合物在C02中不能(或少量)溶解，还需要加入少量的助溶剂。其二是在C02中加入一种分子量相对较低的聚合物，这种聚合物可以通过缔合、氢键或胶束的形式而形成一种具有增稠作用的空间网络结构。由于这类聚合物含有极性基团，二氧化碳在其中的溶解度很低，必须加入大量的助溶剂。第8页，共21页。2.3凝胶 低压下向饱和有碱溶性聚合物溶液的砂岩岩芯中注入CO2，发现渗透率降低80左右乙二邻苯二甲酸酯在碱性溶液

8、里水解导致PH下降进而生成凝胶，岩芯渗透率降低到110(-3)，封堵效率达到了9597。2、磺甲基间笨二酚与甲醛反应生成胶体SMRF，在盐水和超临界C02解除条件下就地成胶，c02气测渗透率为1lo3心或者更低，这相当于从封堵前盐水水测渗透率降低了99左右。1、生物聚合物KUSPl在pH大108时溶解，但是当pH小于108的时候就会生成凝胶。第9页，共21页。2.4化学反应沉淀和盐沉淀处理 化学沉淀法封窜其基本原理就是水解呈碱性的盐溶液(如镁盐、钙盐、钡盐)与注入的c02气体反应生成碳酸盐化学沉淀，从而达到封堵的效果。化学沉淀法能够有效地改善C02流度，可以提高波及效率2030左右。但是需要指

9、出的是：在实际油藏中，由于油藏中溶液的pH值现状或者是NaOH与油藏中岩石的反应都会使在施工过程中很难合理地控制pH值.盐沉淀能够很好的封堵高渗层位.例如在岩心中注入浓的盐溶液作为前置液，然后再注入乙醇，由于乙醇降低盐类在盐水中的溶解度，从而致使无机盐在油藏中形成沉淀，由于其良好的选择性，可以提高后继的二氧化碳驱的体积波及效率。一般采用的无机盐是NaCl，这是因为此类盐在酒精与盐水的混合液中溶解度很小，而且对于地层环境没有污染。由于其粘度很小，所以不可能发生粘性指进，具有很好的选择性。第10页，共21页。1.开发层系调整 划分开发层系的目的是为了合理开发，防止层间干扰，从而提高采油速度和采收率

10、，同时也便于生产管理。开发层系的划分通常需要油藏具备以下5 个条件：一定的经济可采储量、良好的隔层、相近的物性和构造形态、油水分布压力系统及原油性质。放大图片返回第11页，共21页。第12页，共21页。第13页，共21页。根据密闭取心研究成果，结合动态分析，综合判断CS油藏注气开发后期剩余油主要富集在油层底部，即油组3小层底部、夹层下部和油组底部。因此，发生气窜后，将，油组细分为2套开发层系，对CS油藏南部断层附近油层厚度较大、产能较高且剩余油相对富集的区域进行了分注分采，重新调整了高部位井组的注采层位，以减少储层非均质性造成的层间干扰，使CO2更多地进入到低渗层，从而更好地动用剩余油饱和度高

11、的油层。第14页，共21页。到注气后期，CO2驱开发的矛盾日趋显现。平面上，与水驱开发特征相类似，水窜的方向也是气窜的方向，即主河道方向；纵向上，由于流体间的密度差引起驱替中产生重力舌进现象，因此，在注入井和生产井之间的油藏顶部比底部更具有CO2驱的优势。CS油藏后期密闭取心结果也进一步证明了上述现象，从岩心标本可明显观察到，油藏顶部比底部的清洗程度高，残余油相对较低。从CS油藏密闭取心井水淹剖面图（图2）可以看出：该井整体水淹均匀，但层内与层间水淹仍有差异，层内非均质性较层间非均质性强，相对均质的厚层顶部气驱油效率高，剩余油饱和度低；物性相对较好的油组2和3小层，由于顶部受气驱影响，驱油效率

12、高，达到50%左右，而底部水淹相对较轻，驱油效率约35%；紧邻夹层的下部，如油组3小层，受气驱影响，驱油效率相对较低；受注采关系影响，层间驱油效率差异。图2第15页，共21页。国内外文献调研认为，倾斜油层中注气效果比水平油层要好很多，而且美国和加拿大等国家有许多倾斜油层有效实施注气的成功实例。因此，可以从构造的上倾部位注气，并保持低速生产，使重力足以保持密度较小的CO2与原油混相，从而有效抑制CO2的指进，提高波及体积。利用数模手段，建立不同倾角一注一采典型模型，研究地层倾角分别为0，5，10，15，20，25，30和35时的CO2驱采出程度、剩余油分布和CO2波及情况。模拟结果表明：随着地层

13、倾角的增加，采出程度增加（表1）。2.注采结构调整结果表明：结果表明：随着地层倾角的增加，采出程度增加随着地层倾角的增加，采出程度增加第16页，共21页。油藏高部位剩余油饱和度降低，油藏高部位剩余油饱和度降低，同时高部位的同时高部位的CO2含量增加，形成小的气顶，含量增加，形成小的气顶，更有利于气驱油更有利于气驱油；地层倾角越大，采用高部位注气开发的效果就越好地层倾角越大，采用高部位注气开发的效果就越好（图（图3）。）。第17页，共21页。CS油藏地层倾角为15，利用重力改善驱替效率和原油采收率的效果比水平油藏更为显著。气窜发生后，在CS油藏构造高部位南中断块和南中断块南部断层附近各调整了一口

14、采油井转注气，利用重力分异和改变液流方向来改善驱替效果，有效地抑制CO2因重力超覆带来的危害，降低气油比，减少CO2的损失和无效的注气13。注采结构调整第18页，共21页。3.注入方式调整 CO2是非黏稠、高流动性的流体。窜流的CO2会从油的侧面绕流，可能会指进或窜入生产井，特别是在垂向渗透率较高的油藏中，由于受流体压力梯度以及孔隙间的浮力和毛管力的影响，可使流体产生明显垂向窜流。降低油藏水平窜流和垂向窜流程度最常用的方法是交替注入水和CO2，此方法可以降低CO2流度，并减少流体的垂向窜流，这是因为引入的另一流动相改变了流体的相对渗透率 国外研究表明，在倾斜油藏中，对下倾方向采用水气交替驱比对

15、上倾方向采用气驱更为有效。对互相连通的层状油藏，采用水气交替注入更具优越性，这也是国内外外防止气窜的一种有效方式。尽管与连续注气相比，在水气交替注入过程中发生异常现象（如气锁等）的可能性会明显地增加，但这仍不失为一种现场操作性强又比较经济的防气窜方法。第19页，共21页。417调研认识国内外关于C02封窜的方法都进行了一些研究，但是总体效果不尽如人意，水气交替在一定程度上能够很好的控制流度，但是波及效率并不是很理想，油层中的很大部分原油并没有被波及到，同时在特低渗透油藏应用后会出现注入能力的明显下降。c02增稠技术是将聚合物添加到C02气体中，这样来增加c02气体的粘度，但是目前为止还没有发现

16、一种合适的聚合物能够达到理想的增粘效果。c02泡沫是又一种用来控制c02气体流度的方法，当c02与表活剂溶液浙江大学硕士论文泡沫封窜技术研究接触时，就会生成泡沫或者形成乳状液。研究表明泡沫确实能够控制气体粘性指进并且具有很好的波及效率，并指出阴离子表面活性剂(越011io)在泡沫的静态测试中取得了不错的效果，但是在泡沫的动态实验中发现乙氧基化醇(etlloxyla=ted alcoh01)比A1ipal CD128或者M0namid 150AD的流度降低程度高，其中后两者为非离子表面活性剂。为了优化泡沫的性质，他们还加入了添加剂如：脂肪醇(觚y alcoh01)、二苯醚(diphenyl ox

17、ide)、二磺酸盐(msIllf0Ilate)、氧化胺(锄洒e oxide)。Heller和Taber研究了C02气体在表活剂溶液中的泡沫状分散体并发现流度的控制程度与注入速率有关，而且泡沫质量随着表活剂浓度的增加而降低。相同的泡沫封窜体系在不同的油藏中应用效果差异很大，因此泡沫封窜技术仍然需要进一步去深入研究。第20页，共21页。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

18、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

19、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。本报讯（通讯员王蕾顾鸿君）2009-05-0609:53石油商报第21页，共21页。