二氧化碳驱油机理资料

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1、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

2、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2 1原油粘度降低与二氧

3、化碳饱和压力的关系 50 o 原油粘度 m 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

4、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2 2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

5、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C2 C6组分的抽提作用引起的 二氧化碳对原油中的C2 C6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

6、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101mN m 1数量级降至10 3mN m 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

7、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2 4温度对二氧化碳与原油p x相图的影响L 液相 L1 L2 第一液相 第二液相 V 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

8、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

9、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36 1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30 72m d 增产幅度近10 累计增油2857m3 虽然施工后注水量提高至600m3 d 但综合含水率也有了一定的

10、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 CO2作为一种无污染的驱替剂 应用较早 目前CO2驱油提高采收率技术

11、已成为世界三大采油法 热采 聚合物驱和CO2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

12、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CO2驱应用及研究概况

13、 美国EOR增产原油的成本对比 国外CO2驱应用及研究概况 加拿大石油公司1994年对一些轻质和中质油 原油密度为0 8550 0 9042 油藏进行了CO2驱综合研究 1997年 投资11亿美元在韦本油田进行大规模CO2混相驱采油 经研究 注CO2的采收率将比注水高30 40 生产寿命延长25年以上 加拿大CO2驱的研究与应用 2 国内CO2驱研究及应用概况 CO2吞吐 国内部分油田 吉林 胜利等 也陆续实施了许多CO2吞吐项目 滨南采油厂在一些油井进行CO2吞吐后 原油产量大幅提高 经测算 投入产出比为1 4 证实CO2吞吐作为单井增产措施 效果显著 1 实施CO2驱的开发时机的选择 据对

14、国外CO2驱项目的统计 以前的大部分项目选在含水率为60 70 时开始实施CO2驱 近年来的研究与应用证明 CO2驱在注水开发晚期的油田实施仍有很好的效果 例如美国的Postle油田就是注水油田开发晚期实施CO2驱提高采收率的一个成功例子 Postle油田发现于1958年 1970年产量达到高峰为3498m3 d 注CO2前平均产油量仅318m3 d 含水高达98 1996年实施注CO2 采用水气交替注入方式 至2000年产量达到1590m3 d 预计提高采收率10 14 关于实施CO2驱几个问题的讨论 CO2驱伴随着产量的大幅度上升 会发生早期气窜 这基本上是CO2驱项目共同的生产特点 从国

15、外CO2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 所以注CO2前必须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CO2资源 提高经济效益 实施CO2驱应注意的关键问题 2 产出气的处理与回注 关于实施CO2驱几个问题的讨论 3 CO2驱生产中的防腐 腐蚀是CO2驱最严重生产的问题 由于没有作好防腐准备 而导致生产暂时中断或项目失败 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 2 定期注入防腐剂 通常以两种措施的结合使用最好 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

16、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 6 0 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