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1、中 国 地 质 大 学本科生课程论文课程名称 油（气）层物理学 姓名 刘枫 班级 022141 学号 20141004033 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 15629000656 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及前景摘要：随着工业的发展，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。195
2、8年，在美国Permain盆地首先开展了注CO2混相驱替项目，其结果说明了注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及注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发展前景。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
3、 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 mol%5103050为注70粘度1#井原油粘度MPaS9267204447377420402#井原油粘度MPaS781913623313616350表1 70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_郑文龙）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_郑文龙）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
4、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。（2）CO2的降粘作用对高粘度原油更明显。这是由于粘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，在相同的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 w，o分别为水和原油的流度； krw，kro分别为水和原油的相对渗透率； w，o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
5、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CO2溶于水时，会与水反应生成碳酸，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，提高水的波及效率。图2 水的粘度与溶解度的关系实验条件：温度20，压力14.7MPa（超临界CO_2混相驱油技术现状研究_李展峰）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
6、；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，当碳原子数相同时，CO2含量越高，油的体积膨胀系数越大；当CO2含量相同时，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（50，30MPa）（CO_2对原油烃组分膨胀效应的主控因素_韩海水）图3 膨胀系数与分子结构和CO2含量变化关系（5
7、0，30MPa）（CO_2对原油烃组分膨胀效应的主控因素_韩海水）从图3可看出，当碳原子数相同、CO2含量相同时，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
8、，从而达到混相驱油的目的。但在CO2非混相驱油及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。抽提后残余油黏度增加，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】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
9、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，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
10、。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采油技术的基本方式有三种，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2.1.1 驱油机理CO2混相驱油机理与蒸发气驱混相驱油机理相同，即多次向储集层原油中交替注
11、入液态CO2和水，注入流体和原油多次接触后，发生分子扩散作用，原油与气体间多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 在温度高于31.26 ，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。2.1.2 油藏条件（1）适用于不存在断层和裂缝，且非均质性不太严
12、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2.2.1 驱油机理CO2非混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；降低油水界面张力，使得残余油能够流动。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
13、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2.3.1驱油机理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，粘度降低的机理。2.3.2油藏条件（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
14、术的优缺点3.1 优点（1）CO2来源广泛，使用CO2驱油经济效益好，成本低。（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，造成绕流，使得波及效率降低。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，管道应选用性能合适的耐蚀材料，并在管道内部采用塑料涂层、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。原油中的沥青质的表面常附着有胶质，胶质一般为含有N、S、O的化合物，是一种极性强的表面活性剂，其附着于沥青质表面，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
