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1、论文：CO2 驱提高石油采收率的技术经济性分析作者：美合日阿依穆太力普学校：大连理工大学院系：能源与动力学院班级：动环 0901学号：200972003日期：2012 年 6 月 6 日CO2 驱提高石油采收率的技术经济性分析美合日阿依穆太力普（学号：200972003）（大连理工大学能源与动力学院动环 0901 班） 摘要：利用 CO2 提高石油采收率(CO 2 一 E0R)可满足环保和油藏高效开发的双重要求。在对国内外相关文献调研的基础上，对 CO2 一E0R 技术研究进行了系统阐述。分析了 CO2 一 EOR 的采油机理，总结了 CO2 一 E0R 的实施方法，评述了通过数值模拟的方法
2、CO2 一E0R 技术的经济价值、以及我国 CO2 一 EOR 应用的现状及前景。关键词：CO 2、提高石油采收率，经济性，数值模拟，封存。自 1952 年沃顿(whorton)等人获得第一项利用 CO2 采油的专利以来，CO 2 提高采收率(CO 2 一 EOR) 技术始终是石油开采领域的研究重点。从 20 世纪 70 年代起，CO 2 一 EOR 作为三次采油的一项重要手段，已在实验室和现场进行了相当规模的研究和应用，其中应用较多的主要是美国、前苏联、加拿大、英国等国家。目前，CO 2一 E0R 已成为美国提高石油采收率的主导技术，2004 年美国 CO2一 EOR 增加的原油产量占全国提
3、高采收率项目总产量的 31。 近几年来，CO 2 一 EOR 技术发展迅速。研究表明，将 CO2 注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到 CO2 减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求。由于技术的进步和温室效应的存在 CO2一 EOR 越来越受到重视，包括我国在内的很多国家都开展了现场实验 。一、 CO2 提高采收率的机理CO2 用于 EOR 主要是由于以下各因素作用的结果：1使原油体积膨胀CO2 注入油藏后，可在原油中充分溶解，一般可使体积增加10100 。其结果不但增加地层的弹性能量，还大大减少了原油流动过程中的阻力，从而提高驱油效率。2降低原油黏度CO2 溶于原油后，一般可降低
4、到原黏度的 01001。原油初始黏度越高，黏度降低幅度越大。黏度降低，有利于原油流动能力，提高产油量。3改善油水流度比CO2 溶于原油和水，其黏度增加 2030，流度降低；原油碳酸化后，其黏度降低 3080，流度增加。其综合作用的结果，使油水流度比趋于接近，水驱波及体积扩大，有利于原油的采出。4降低界面张力CO2 极易溶解于原油，其结果大大降低了油水界面张力，有利于原油流动，从而提高了原油采收率。CO 2 与原油混相后其界面张力降为 0，理论上可使采收率达到 100。5萃取原油中轻烃CO2 注入油藏后，部分 CO2 未溶解于油水中的 CO2 能萃取原油中的轻烃，使原油相对密度降低，黏度降低，从
5、而提高原油流动性能，有利于开采。6溶解气驱作用随着油井生产井附近的地层压力下降，地层原油中溶解的 CO2逸出，逸出的 CO2 气体驱动原油流入井筒，形成内部溶解气驱。二、CO 2 一 EOR 的实施方法目前 CO2 一 EOR 的实施方法主要有 CO2 混相驱 CO2。非混相驱和 CO2 吞吐，其中混相驱是油田 CO2 一 EOR 中应用比较广泛的驱油方式，混相驱更有利于驱出原油。另外，CO 2 一 E0R 实施中也有热 CO2 驱、碳酸水驱、就地生成 CO2 技术等其他方法。通过文献调研，对目前国内外 CO2 一 EOR 的实施方法及研究动态进行了较全面的总结，对油田开发领域的相关研究，具有
6、一定的指导和借鉴意义。三、评述了 CO2 一 E0R 技术的经济价值1、通过 CO2 吞吐提高石油采收率通过注 CO2 吞吐提高采收率机理物理模拟、数位模拟和应用技术分析，可形成适合复杂断块油田低渗、高含水和稠油三种类型油藏的 CO2 单井吞吐提高采收率技术，该技术经矿场试验取得了较好的效果。所以 CO2 吞吐提高石油采收率方面有一定的经济价值。(1)实验表明，在地层条件下原油中的 CO2 浓度可以达到 70.5 % ，原油体积最大可膨胀至原来的 2.47 倍，黏度可降低 85.2% ，体现了 CO2 较强的超临界增溶膨胀和降黏的机理，表明 CO2 吞吐可能会较明显提高原油的采收率。随着 CO
7、2 注人倍数的增加，采收率增大，注入量由 1/4 倍增至 1 倍原油摩尔量时，CO 2 吞吐可以比衰竭式开采提高最终采收率 3.33% 11.24% ;但并非无限增长，当注入量达到一定值后，增油量减少。CO 2 可以连续进行有限次的多个轮次吞吐，第一轮次的采油效果最好，随后的吞吐轮次采油量逐渐减少。(2) CO2 吞吐有一合理的浸泡时间，在 CO2 与原油充分接触达到平衡后( 地层压力稳定后) ，更长的浸泡时间不能再显著增产原油。(3) 实验模拟在注入阶段、浸泡阶段以及放油过程中均没有出现明显的堵塞现象，矿场试验中也没有出现此类现象，表明 CO2 吞吐中的结垢和沥青沉淀堵塞的风险较小，不会像
8、CO2 连续驱油那么严重。通过这种方法不仅能明显的提高原有的开采率而且更好的封存 CO2，减少温室气体。2、CO 2 驱提高采收率与埋存过程经济因素分析利用 Yousef Ghomian 在 2008 年介绍的经济分析方法对以上CO2 驱注采方式提高采收率与 CO2 埋存的经济效益进行计算分析。其中主要考虑了 CO2 的购买费用、举升费用、采出 CO2 循环注人费用、原油销售收入、税收、及 CO2 埋存政府奖励等。计算中采用的具体参数见表 2，在我国 CO2 驱具体计算中应进行针对性分析和相应的调整。其中 CO2 驱不同环节的费用计算公式如下:年原油销售收人年 CO2 购买花费CO2 循环操作
9、费年举升费用石油公司税前收入折旧联邦税收石油公司税后收入CO2 埋存税收奖励累计税后现金流折扣后税后净现金流m3图 1 方法论流程图 - 系统动力学和经济分析 Methodology flowchart system dynamics and economic analysis. Fig. 1.CO2 封存 /EOR 模型CO2 封存/EOR 的生命周期分析动态仿真经济学分析CO2 平衡 原油生产CO2 的注入、循环、封存的量化整个过程中能量需求的量化废气中进入过程的和最终产品应用中产生的 CO2 量化项目的净现值研究项目参数的不确定性：风险分析表 1 经济计算参数明细表Table1 Sche
10、dule of economic caIculation parameters原油价格/(美元/桶)CO2 价格/(美元/10 3 m3)举升费用/(美元/桶)CO2 循环费用/(美元/103m3)注水费用/(美元/桶)折现率/%联邦税率/%CO2 埋存奖励率/%初始投资/(x106 美元)50 23 0.2 12.4 0.2 12 32 20 5.5由图 2 可以看出连续注气结合生产井控制生产的方法相比水气交替注人法开发周期短，资金回收快，具有较好的经济效益。图 2 不同注采方式的 NPV 埋存量对比图 Fig.2. 7 Comparison of NPV under different i
11、njection and production schemes研究表明，利用注入井连续注气结合生产井根据气油比和油藏平均压力进行开关井控制的方法，能够在保证注入能力的同时，提高 CO2 的波及效率和油藏采收率，同时可以减少注采井之间 CO2 突破后的分离处理、循环注入费用，油藏 CO2 埋存潜力大，可以获得低渗油藏 CO2 驱提高采收率和埋存的联合最优。3、通过数值模拟分析 CO2 驱提高采收率的经济性数值模拟是地质处置 CO2 研究和 CO2 驱提高石油采收率研究的重要手段,也是最经济的研究方法之一。可以应用 Eclipse 软件对某油田进行 CO2 驱、水气交替驱 (WAG)等六套开发调整
12、方案进行数值模拟,取得好的应用效果。图 2 是该油田原始含油饱和度分布状况,从图图 3某油田原始含油饱和度分布图中可以看出构造高部位原始含油饱和度较高且均匀分布,平均含油饱和度 72. 51%。该油田为典型的砂岩储集层海上油田,1999 年 10 月投入开发,储层平均孔隙度 17. 3%,平均渗透率 245103mm2,地质储量 5517. 3104m2。投产初期利用天然能量开发,2005 年转入注水开发。为研究 CO2 的地质处置能力及二氧化碳驱中石油采收率提高幅度问题,设计了如下开发方案。原方案:水驱。方案 a:气驱。方案 b:垂直井水气交替驱(早期水气垂直井注入到底层) 。方案 c:后期
13、水气交替驱(生产 10a 后开始注入 ) 。方案 d:水气交替驱(以不同的完井方式,水注到底层,气进入顶层) 。方案 e:水平井水气交替驱(水气水平井注入到底层) 。方案 f:水平井用不同的方向水气交替驱(水注入到底层,气由不同方向水平注入) ，历史拟合结束后,对上述的方案进行了生产预测,预测从 2005 年 12 月图 4不同注入方案累计产油量随时间的变化规律图之后的 20a 的累计产油量和累计 CO2 储存量。累计产油量、累计 CO2 储存量随时间的变化规律见图 3、4。图 5不同注入方案累计 CO2 储存量随时间的变化规律图从图 4、5 可以看出方案 d(水气交替驱)累计产油量最大,储集
14、的CO2 也最多;方案 e 和方案 f(水平井注气驱) 累计产油量和 CO2 储集量次之,水平井注气驱不仅能减少气体循环还能提高石油采收率。该油田通过注入 CO2 ,水平井水气交替驱提高石油采收率5% 10%,相当于增加了 20 亿美元的经济效益; 地质储存 CO2 为55106t ,相当于一个 500 万人口的大城市一年排出的温室气体总量,其环境保护的意义是巨大的。数值模拟研究表明,注 CO2 水平井水气交替驱是地质储存 CO2、提高石油采收率的最优方法,该方法累计产油量最大,储置的 CO2 也最多。从数值模拟结果还可知,应用 CO2 驱提高采收率,采出 1t 石油大概需要 10t 的 CO
15、2。因此提高原油采收率对温室气体中 CO2 的需求量是巨大的。四、结论通过 CO2 吞吐提高石油采收率、CO 2 驱提高采收率与埋存过程经济因素分析、以及数值模拟来分析 CO2 驱提高采收率的经济性，我们发现把 CO2 注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到CO2 减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求，有很高的经济效益。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,人类生存和社会经济环境将得到改善。参考文献：1郝敏、宋永臣.利用 CO2 提高石油采收率技术研究现状.钻采工艺（ DRILLING&PR0DUCT10N TEC
16、HN0L0GY）第 33 卷 第 4 期 Vo133 No4 ，2010.4.192 刘伟、秦学成、唐建信、李实、孙雷. 苏北复杂断块油田 CO2 吞吐提高采收率. 西南石油大学学报(自然科学版). 第 31 卷第 2 期 2009 年 4 月3 李保振、李相方、 Kamy Sepehmoori 、姚约东. 西南石油大学学报(自然科学版)( Journal of Southwest Petroleum University( Science & Technology Edition). 第 32 卷第 2期 2010.4 4 关振良、谢丛姣、齐冉、Martin Blunt. 二氧化碳驱提高石油采收率数值模拟研究 . 观点论坛.天然气工业.2007 年 4 月5 岳湘安、赵仁保、赵凤兰. 我国 CO2 提高石油采收率面临的技术挑战. 中
