注二氧化碳采油技术指导应用及前景

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1、word中 国 地 质 大 学本科生课程论文课程名称油气层物理学 枫 班级022141学号专业石油与天然气工程 所在院系资源学院 日期2016 年 12 月 24 日 联系方式评 语对课程论文的评语：平时成绩：课程论文成绩：总 成 绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。注二氧化碳采油技术应用与前景摘要：随着工业的开展，大量的CO2排放入大气中，产生温室效应，使得全球气候变暖，CO2的减排问题得到了人们广泛的关注。1958年，在美国Permain盆地首先开展了注CO2混相驱替项目，其结果

2、说明了注CO2采油是一种行之有效的方法，既能够提高原油的采收率，又能够减少CO2排放。因此，注CO2采油的方法越来越受到重视，很多国家都开展了相应的实验。本文简要阐述了注CO2采油技术的驱油机理与注CO2采油技术的方式，并简单的介绍了注CO2采油技术的应用实例和其开展前景。关键词：注CO2采油 驱油机理 CO2混相驱油CO2非混相驱油 CO2吞吐采油1 二氧化碳驱油机理通过注入二氧化碳的方法驱油能提高原油采收率，其方法利用了二氧化碳分别与原油、地层水和储油岩石相互作用的机理。以下详细分析注二氧化碳驱油提高采收率的机理。1.1 降低原油的粘度表1为地层温度70、压力为13MPa的条件下，向原油通

3、入不同浓度CO2气体并使充分溶解后所测得的原油的粘度，由此数据绘得图1。注入CO2浓度5103050为注70粘度1#井原油粘度9267204447377420402#井原油粘度781913623313616350表170时CO2溶于原油的降粘实验数据二氧化碳降粘机理实验研究_文龙图1原油粘度随CO2注入量变化曲线图二氧化碳降粘机理实验研究_文龙结合表1数据与图1曲线分析可得以下结论：1随着CO2注入量的增加，原油的粘度会逐渐降低。这是由于CO2的溶解于原油中，改变了原油的组成，使原油的体积增大，密度降低，分之间的作用力减小，从而降低了原油的粘度。2CO2的降粘作用对高粘度原油更明显。这是由于粘

4、度大的原油往往其分子的相对分子质量较大，其与CO2的差异更大，因此，在一样的CO2溶度下，CO2更能有效的降低高粘度原油分子间的作用力，使原油粘度的变化更明显。1.2 改善流度比流度比指的是驱替液的流度与被驱替液的流度之比采油过程中驱替液一般指水，被驱替液指的是原油。流度为流体的相对渗透率与流体粘度之比。有以下公式：式中：M流度比，分别为水和原油的流度；，分别为水和原油的相对渗透率；，分别为水与原油的粘度。当水与原油的相对渗透率保持不变时，水油流度比与水和原油的粘度有关。CO2溶于原油时，原油粘度会降低,而水的粘度与其溶解CO2量的关系如图2，当CO2的溶解度增大时，水的粘度会增大，这是因为C

5、O2溶于水时，会与水反响生成碳酸，使得水的粘度增大。因此油与水的粘度比会减小，水油流度比会减小，从而提高相对于水的流动能力，提高水的波与效率。图2水的粘度与溶解度的关系实验条件：温度20超临界CO_2混相驱油技术现状研究_展峰1.3 降低产水率在油水共产体系中，可由达西定律可导出水的分流方程：式中：流体中水的分流量，也就是产液的含水率；地层的绝对渗透率；、油、水的相对渗透率；、油、水粘度；总流速即 ；毛细管压力为；沿流体流动方向上的距离；重力加速度；水、油密度差；地层倾角。当水驱油的方向处于水平时，并忽略毛细管压力与重力影响，可将上述公式化简为:式中：M水油流度比。当油与水的相对渗透率保持不变

6、时，二氧化碳溶于水原油时，会降低水油流度比，采出原油的含水率会降低，油的采收率会提高。1.4 原油体积膨胀从图2可看出，当碳原子数一样时，CO2含量越高，油的体积膨胀系数越大；当CO2含量一样时，随着碳原子数增大，油的体积膨胀系数降低。图2链状正构烷烃的膨胀系数随碳原子数与CO2含量的变化关系50，30MPaCO_2对原油烃组分膨胀效应的主控因素_海水图3膨胀系数与分子结构和CO2含量变化关系50，30MPaCO_2对原油烃组分膨胀效应的主控因素_海水从图3可看出，当碳原子数一样、CO2含量一样时，环状烃的体积膨胀系数较大，而链状烃的体积膨胀系数较小。当一定量的CO2溶于原油时，原油的体积会发

7、生膨胀，其膨胀系数不仅受控地层的压力和温度，还与原油的组分密切相关。原油体积发生膨胀，其弹性能会增加，排驱动力增大，从而提高了驱油效率。1.5 抽提原油中的轻烃组分CO2能从原有中抽提萃取、气化、蒸发轻组分。CO2与油层中的原油接触时，能抽提原油中的轻组分使得CO2富烃，富烃的CO2继续与原油接触时，其中的轻烃继续增加，当CO2中的轻质烃类达到一定数量时，能使CO2与油层中的原油互溶，从而达到混相驱油的目的。但在CO2非混相驱油与CO2吞吐采油过程中，CO2对原油中的轻烃组分的抽提并不有益。抽提后剩余油黏度增加，采出的难度加大，CO2驱油技术应优先应用在原油物性相对较好(轻质原油)的油藏。【3

8、】1.6 溶解气驱作用当有大量的CO2气体溶于原油后，可起到溶解气驱作用。溶解有大量CO2的原油在排驱至井底的过程中，其所受的地层压力将降低，其中溶解的CO2将溢出，产生气体驱动力。但溶解气驱的作用并不理想，当CO2逐渐脱出，形成连续相时，易产生贾敏效应，阻碍原油运移；由于CO2粘度与原油粘度相差较大，CO2的超越性强，容易造成气窜；CO2对孔壁的润湿作用差，使得油气界面的毛细管压力成为阻力，造成CO2洗油效率差。1.7 对储层渗透率的影响CO2能够增大岩石的渗透性，对于不同的储集岩类型，其作用方式不同。碳酸盐岩储层主要由方解石、白云石、铁白云石、菱镁矿等矿物组成，这些矿物很容易溶于碳酸溶液中

9、，因此，当注入CO2后，碳酸盐岩储层会发生严重的溶蚀，增加了岩石的孔隙度，从而使储层的渗透率提高。砂岩储层主要由岩石颗粒 (石英、长石等)、碎屑颗粒、杂基 (粘土类矿物)和胶结物硅质、碳酸盐矿物等组成，碳酸溶液对岩石颗粒、碎屑颗粒和杂基的溶蚀作用并不明显，但对填充于岩石孔隙中的胶结物的溶蚀效果显著。当碳酸盐胶结物溶蚀后，储层的孔隙度会增加，孔隙间的连通性也会变好，从而渗透率会提高。在CO2的注入井附近，水中的CO2浓度高，酸性较强，储集岩中的碳酸盐物质将被溶蚀，但储集岩中被胶结的粘土颗粒会释放到流体中，并随着流体向生产井运移。在水向生产井运移的过程中，由于压力的降低，水中CO2浓度会降低，酸性

10、减弱 ，碳酸盐将重新结晶，这些晶体会在孔隙中的生长和沉淀，随流体流动粘土颗粒也会沉降于孔隙中，最终会使得生产井附近的储层的渗透率下降。2 注二氧化碳采油技术的方式注CO2采油技术的根本方式有三种，分别为CO2混相驱油技术、CO2非混相驱油技术和CO2吞吐采油技术。2.1 CO2混相驱油技术CO2混相驱油机理与蒸发气驱混相驱油机理一样，即屡次向储集层原油替注入液态CO2和水，注入流体和原油屡次接触后，发生分子扩散作用，原油与气体间屡次发生组分传质作用，最终消除多相状态，达到混相状态。在接触混相的过程中，会形成一个相过渡带，相过渡带位于驱替前缘，在这个相过渡带中，流体的组成由油藏原油的原始组成过渡

11、到注入的气体混合物的组成。注入气体与油藏原油要想达到混相，其地层压力需高于某一压力，我们称之为最小混相压力。CO2 ，压力高于7.2MPa时能达到超临界状态，在一般油藏条件下的CO2都处于超临界状态。超临界的CO2能很好的溶解原油，最小混相压力较低，易与原油形成混相带。1适用于不存在断层和裂缝，且非均质性不太严重的油藏。CO2驱油时不易发生绕流与气窜。2适用于油藏压力较大的油藏。只有当地层压力大于最小混相压力时，才能形成混相带。对于地层压力接近于最小混相压力的油层，需要先向地层注水升压。3适用于轻烃C2-C6含量较高油藏。轻质油与CO2的最小混相压力较低。2.2 CO2非混相驱油技术CO2非混

12、相驱油技术的主要机理是注入CO2溶解于原油，大大降低了原油的粘度，使得原油的流度增高。同时，也提高了油层压力和驱油动力，能形成溶解气驱；降低油水界面力，使得剩余油能够流动。CO2溶于水而形成的碳酸还能提高储层孔隙度与渗透率。2.2.2 油藏条件1适用于重烃C5-C12含量较高的油藏。油藏重烃含量高，使得最小混相压力较高，不易形成油气混相带，为CO2非混相驱。2适用于不存在断层和裂缝，且非均质性不太严重的油藏。2.3 CO2吞吐采油技术CO2吞吐采油技术是将一定量的液态CO2注入地层，并关井浸泡一段时间，使CO2充分溶解于原油，然后开采原油的一种方法。其主要利用了CO2溶解于原油，使其体积膨胀，

13、粘度降低的机理。1油藏封闭性要良好，这样能防止注入的CO2逃逸到油藏之外的岩层，使CO2充分溶解于原油。2油层的厚度不能太大，非均质性不太严重，层间的干扰较小，在这种条件下CO2才能均匀的溶解到原油中。3 注二氧化碳采油技术的优缺点3.1 优点1CO2来源广泛，使用CO2驱油经济效益好，本钱低。2能减少CO2的排放，减缓CO2所造成的温室效应，减缓CO2对环境的压力，减缓全球气候变暖的趋势。3采用注CO2驱油，能从多个方面提高原油的采收率。3.2 缺点1易发生绕流与气窜。由于CO2的粘度低，渗透超越能力较强，易发生气窜。由于油藏在重力分异作用与非均质性，使得气体易向储集层上方的高渗透层流动，造

14、成绕流，使得波与效率降低。为防止绕流和气窜发生，需降低CO2混相驱油过程的水油流度比，往往采用水气交替的驱油方式以降低流度比。2易腐蚀管道。CO2溶于水中时会生成碳酸，又因为地层压力较大，使得CO2溶解度大，水中碳酸的浓度大，酸性强，易腐蚀管道。因此，管道应选用性能适宜的耐蚀材料，并在管道部采用塑料涂层、衬里和非金属材料防腐蚀，还可使用缓蚀剂保护油井。3沥青质沉积。原油中的沥青质的外表常附着有胶质，胶质一般为含有N、S、O的化合物，是一种极性强的外表活性剂，其附着于沥青质外表，使得沥青质能以较稳定分散胶体的形式存在于原油中。在CO2驱替的过程中，原油沥青质与胶质的比值会改变，沥青质会聚集为大分

15、子团沉积。4油层堵塞。注CO2采油技术存在油层堵塞的问题。在CO2驱替原油的过程中，大量的CO2存在于原油与水中，可能会导致钙质沉积，堵塞油层。注入井周围储层的地层水中CO2的溶解量较大，浓度较高，酸性较强，可溶解石灰岩中的钙质。但随着富含钙质的地层水流向生产井，地层压力将降低，地层水中CO2浓度降低，酸性降低，钙质将重新沉淀，造成油层堵塞。4 注二氧化碳采油技术的应用相对来说，注二氧化碳采油技术中的二氧化碳混相驱油在当前世界围占据主导地位，在国外兴旺国家一般是采用二氧化碳混相驱油的方式来提高石油开采率，如在美国混相驱替的石油开采项目数量高达上百个。我国也进展了注二氧化碳驱油的试验。下面以我国

16、的油田为例，简单的介绍注二氧化碳驱油技术在我国油田中的应用。4.1 试验区概况富14断块为一断鼻构造，油藏北界受断层控制，南界为一火山岩岩墙，是一南倾北断的砂岩油藏(见图4)，属于以牵引流为主的曲流河沉积。目的层上部为一连续性较好、分布较广的泥岩盖层，具有较好的气封隔性。【7】图4 CO2混相试验区顶面构造图1984年，该油田开始投入生产。1987年8月，开始向边缘注水，给油层补充能量，提高采收率。1988年，油田产量达最顶峰，为，采油速度为8.8%。但随着生产井的调整和水的不断注入，采出原油的含水率不断上升，产量不断下降，直至1997年，油田年产量下降到为，采油速度仅为0.5%。累积采出原始

17、原油储量的38%。4.2 注CO2采油试验在进展注CO2采油试验前，需要先向油层注水，以确保油层压力超过原油最小混相压力，从而达到CO2混相驱油的目的。当油层压力提高后，需进展示踪剂注入试验，目的是了解注入井与生产井间油层的连通情况。富14断块从1998年18日至2000年9月30日，已完成6个完整的气、水交替注入周期。为保持地层压力，2000年10月份开始后续水驱。截至2000年12月，累计注CO2为19666m3地下体积，占烃类孔隙体积12.1%，累计注水量为24039m3，累计气水比为1.21：1。 4.3 试验结果富14断块注CO2采油试验的结果如表2。从表中可以看出，几口重点的生产井

18、的含水率明显降低，日产油量显著上升，其中富61井的增油降水效果最为明显。由此可见，富14断块注CO2驱油试验是成功的。井号试验前见效初期峰值累计增产油量t产油量(m3/d)含水率(%)见效时间产油量m3/d含水率(%)产油量(m3/d)含水率(%)富611352富1119560富66A9087富290100富700100表2 重点生产井增油降水效果油田CO_2混相驱现场试验研究_炳官5 注二氧化碳采油技术的开展前景随着我国经济的开展和人民生活水平的提高，人们对石油产品的需求量不断增加，但大局部的老油田已经进入开采后期，而新发现的油田大局部是低孔、低渗油田等非常规油田，如果利用传统的采油方法开采

19、，其采收率低，无法有效的开采原油，无法提高原油的采收率。因此，人们开始研究三次采油技术，来提高采收率。注二氧化碳采油是三次采油中的一种重要技术。当前，在世界围二氧化碳驱油是一项较为成熟、高效的采油技术，其具有比传统水驱油更明显的技术优势，且能显著的提高采收率。注二氧化碳采油在我国也具有较广阔的应用前景。我国的二氧化碳排放量极大，如果不将二氧化碳进展合理的封存就会产生严重的温室效应，使人类的生存环境遭到破坏，而利用注二氧化碳采油来提高原油的采收率无疑是一种一举多得方法。但是我国原油的埋藏的温度较高，黏度较大，使得二氧化碳驱油技术在我国的应用受到了限制，很多油田都只处于试验阶段，还未大规模得应用。

20、因此，须要我国学者因地制宜，探寻适宜得工艺方法使得注二氧化碳驱油技术在我国得到广泛得应用。参考文献【1】 文龙. 二氧化碳降粘机理实验研究J. 化工管理, 2014(33):87-87.【2】 展峰, 乐, 哲,等. 超临界CO_2混相驱油技术现状研究J. 化工, 2013(11).【3】 胜来, 杭达震, 蓉,等. CO_2对原油的抽提与其对原油黏度的影响J. 中国石油大学学报自然科学版, 2009, 33(4):85-88.【4】 朱子涵, 明远, 林梅钦,等. 储层中CO_2水岩石相互作用研究进展J. 矿物岩石地球化学通报, 2011, 30(1):104-112.【5】 汤勇, 鹏,

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