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1、. .1.二氧化碳驱油机理1.1二氧化碳驱油机理二氧化碳驱的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱表1-1，当最小混相压力小于原始地层压力时，能够到达混相驱油，高于原始地层压力时为非混相驱。非混相驱主要通过溶解、膨胀、降粘，降低界面力等作用来驱油；而混相驱除了溶解、膨胀、降粘等，就是CO2与原油能够到达混相，也就是一种相态，没有界面力，理论上驱油效率能够到达100%。一般稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。表1-1 混相驱油与非混相驱油比照表在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相，在混相压力下，处于超临界状态下的CO2可以降低所涉及的油水界面力。CO2注入浓度越
2、大，油水相界面力越小，原油越容易被驱替。通过调整注入气体的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率增加幅度。非混相CO2驱开采稠油的机理主要是：降低原油粘度，改善油水流度比，使原油膨胀，乳化作用及降压开采。CO2在油中的溶解度随压力增加而增加。当压力降低时，CO2从饱和CO2原油中溢出并驱动原油，形成溶解气驱。气态CO2渗入地层与地层水反响产生的碳酸，能有效改善井筒周围地层的渗透率。提高驱油机理。与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气可以局部代替油藏中的剩余油。CO2驱油机理主要有以下方面：1降低原油粘度CO2溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大表1-2。原
3、油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高了原油产量。并且原油初始粘度越高，CO2降粘效果越明显，如下表所示。油田富48井注入37.161% (摩尔分率)CO2后,原油粘度降低了60.173%；Maini和Sayegh研究发现,在61.55MPa下,稠油饱和CO2之后,其粘度从6822MPas降低到了226MPas。表1-2 CO2完全饱和时原油粘度变化比照表原油初始粘度mPa.s)CO2完全饱和时原油粘度mPa.s1000900015160100600351010013190.50.9温度较高(大于120)时，因CO2溶解度降低，降粘作用反而变差图1-1。在同一温度条件下，压力升高时，CO2溶
4、解度升高，降粘作用随之提高，但当压力超过饱和压力时，粘度反而上升图1-2。原油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高了原油产量。图1-1 CO2溶解量随温度的变化曲线图1-2 CO2溶解量随压力的变化曲线2改善原油与水的流度比大量的CO2溶于原油和水，将使原油和水碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，勘探开发研究院在45和12.7MPa的条件下进展了有关试验，试验说明，CO2在油田注入水中的溶解度为5%质量，而在原油中的溶解度为15%质量；由于大量CO2溶于原油中，使原油粘度由降到，使原油体积增加了17.2%，同时也增加了原油的流度。水碳酸化后，水的粘度将提高20%以上图1-3，同时也降低了水
5、的流度。因为碳酸化后，油和水的流度趋向靠近，所以改善了油与水流度比，扩大了涉及体积。图1-3 地层水的粘度与CO2溶解浓度的关系3使原油体积膨胀CO2大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于CO2的溶解量。CO2溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体的动能，从而提高了驱油效率。通常情况下，CO2在原油中溶解可使其体积增加10%40%。这种膨胀作用对驱油非常重要:水驱后留在油层中的剩余油与膨胀系数成反比，即膨胀越大，油层中残留的油量就越少；溶解CO2的油滴将水挤出孔隙空间，使水湿系统形成一种排水而不是吸水过程，泄油的相对渗透率曲线高于它们的自
6、动吸油相对渗透率曲线，形成一种在任何给定饱和度条件下都有利的油流动环境；原油体积膨胀后一方面可显著增加弹性能量，另一方面膨胀后的剩余油脱离或局部脱离地层水的束缚，变成可动油。4高溶混能力驱油尽管在地层条件下CO2与许多原油只是局部溶混，但是当CO2与原油接触时，一局部CO2溶解在原油中，同时，CO2也将一局部烃从原油中提取出来，这就使CO2被烃富化，最终导致CO2溶混能力大大提高。这个过程随着驱替前缘不断前移而得到加强，驱替演变为混相驱，这也使CO2混相驱油所需要的压力要比任何一种气态烃所需要的混相压力都低得多。用气态烃与轻质原油混相也要2730MPa，而用CO2混相压力只要910MPa即能满
7、足。在高温高压下CO2与原油溶混机理主要表达在烃从原油中蒸发出来与CO2混相，即主要是蒸发作用；在低温条件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附作用。当压力低于混相压力时，CO2和原油混合物有三个相存在：气态CO2并含有原油的轻质组份、失去轻质组份而呈液态的原油、由原油中别离出来的以固体沉淀方式存在的沥青和蜡。5分子扩散作用非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的根底上。为了最大限度地降低油的粘度和增加油的体积，以便获得最正确驱油效率，必须在油藏温度和压力条件下，要有足够的时间使CO2饱和原油。但是，地层基岩是复杂的，注入的CO2也很难与油藏中原油完全混合好。而多数情况下，CO
8、2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。6降低界面力剩余油饱和度随着油水界面力的减小而降低；多数油藏的油水界面力为1020mN/m，要想使剩余油饱和度趋向于零，必须使油水界面力降低到0.001mN/m或更低。界面力降到0.04mN/m以下，采收率便会明显地提高。CO2驱油的主要作用是使原油中轻质烃萃取和汽化，大量的烃与CO2混合，大大降低了油水界面力，也大大降低了剩余油饱和度，从而提高了原油采收率。随着CO2注入压力增加，CO2-油界面力降低，压力越高，界面力下降幅度越大。最小混相压力时界面力并不是0，细管实验所求得的最小混相压力小于屡次接触求得的最小混相压力。细管实验所确定的混相并未到达严格物
9、理化学意义上的混相(界面力为0)，仅是一种工程意义上的混相。7溶解气驱作用由于CO2在原油中的溶解度较大，大量的CO2溶于原油中，具有溶解气驱作用。降压采油机理与溶解气驱相似，在注入过程中，一局部CO2溶于原油，随着注入压力上升，溶解的CO2量越来越多，当油藏停顿注CO2时，随着生产的进展，油藏压力降低。随着压力下降，油藏原油中的CO2就会从原油中别离出来，为溶解气驱提供能量，形成类似于天然类型的溶解气驱液体产生气体驱动力，提高了驱油效果。另外，一些CO2驱替原油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。即使停注，油藏中的CO2气体仍然可以驱替油藏中的原油，而且，一局部CO2像剩余
10、气一样圈闭在油藏中，进一步增加采出油量，从而到达提高原油的采收率的目的。因此CO2的溶解量与提高采收率为正相关图1-4。图1-4 提高的采收率与总注入量的关系8提高渗透率和酸化解堵作用碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘土膨胀。CO2溶于水后显弱酸性，CO2溶解于水时可形成碳酸，它可以溶解局部胶结物质和岩石，从而提高地层渗透率，注入CO2水溶液后砂岩地层渗透率可提高515%，百云岩地层可提高675%。并且，CO2在地层中存在，可使泥岩膨胀减弱。二氧化碳水的混合物略带酸性并与地层基质相应地发生反响，原理如下:CO2+H20H2C03H2CO3+CaC03Ca(HC03
11、)2H2C03+MgC03Mg(HC03)2生成的碳酸氢盐很容易溶于水，它可以导致碳酸盐的渗透率提高，尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过碳酸岩时圈。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除储层无机垢堵塞，疏通油流通道，恢复单井产能。9抽提作用轻质烃与CO2间具有很好的互溶性，当压力超过一定值(此值与原油性质及温度有关)时，CO2能使原油中的轻质烃抽提和汽化，当CO2突破后，主要沿大孔道流动，其流动速度加快，CO2驱替作用降低，主要是靠CO2抽提原油中的轻质组分，并携带出地层。气体突破前产出油的颜色及化学组分变化不明显，气体突破后形成CO2萃取，随着CO2的流动，原油与高压CO2
12、屡次接触，逐渐按碳化学组分从轻到重萃取，萃取后重的碳组分留下来，因此采出的油颜色变浅，油气化学组分发生变化。抽提的量与CO2压力或密度成正比，CO2首先萃取和汽化原油中的轻质烃，主要是C5C20组分，随后较重质烃被汽化产出，最后到达稳定。降低温度可提高抽提量，即CO2液态时抽提效果好，但这样会伤害地层。10增加束缚水饱和度在CO2驱中，CO2溶于油中，同时大量的CO2溶于水中，减少了溶于油中的CO2。由于水中溶解CO2，减小了与油作用的CO2量，同时溶解CO2的束缚水，体积膨胀，使局部束缚水变成流动水。注气压力越高，水中溶解的CO2越多，束缚水体积膨胀越大，油层水量增多。11混相效应混相效应是
13、指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面力。CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带。CO2与原油的混相取决于原油的组成、油藏压力和温度。在油藏压力中等以上和油藏温度较高的油藏，注入的CO2与原油通过屡次接触，不断抽提原油中的中间组分C2C6，加富注入气，从而到达动态混相，即蒸发气驱混相。而在高压低温油藏，CO2冷凝为富含CO2的液相，与原油一次接触就能到达混相。但是，在绝大多数油藏条件下，CO2与原油的混相过程为蒸发气驱混相。在一定的油藏压力和温度条件下，注入CO2与原油的屡次接触混相蒸发气驱混相在CO2/原油系统中，最重要的特性就是CO2能
14、从原油中抽提萃取、蒸发、汽化轻烃组分。CO2在低温和高温下都能抽提原油中的轻烃，CO2抽提原油的特性是开展CO2多级混相驱的根本条件。CO2与原油接触时，萃取原油中的轻质组分而使CO2加富；加富的CO2再与原油接触进一步抽提原油，再接触，再抽提，不断的使CO2被加富，当CO2抽提到足够的烷烃时，含有富气的CO2相能与原油混溶。12降低地层启动压力低渗透储层存在启动压力梯度，两相启动压力梯度要比单相渗流大很多，岩石的渗透率越小，平均孔隙半径也越小，喉道越细，启动压力梯度也就越大。水驱启动压力梯度大于CO2驱启动压力梯度，CO2驱可明显降低地层的启动压力，提高注入能力。13改变岩石孔隙构造经过CO
15、2驱后，岩石渗透率、平均孔隙半径、最大孔隙半径增加，大孔隙的孔隙半径增加，小孔隙的孔隙半径降低。岩石孔隙构造的变化主要与岩石的矿物组成有关。14岩石润湿性变化在CO2作用下，岩石亲水性增强。随着压力增加，亲水性增强，CO2驱有利于油进入孔道中间，减小油流动阻力。1.2影响二氧化碳驱油的因素二氧化碳在混相和非混相条件下驱油提高原油采收率决定了其驱油机理，驱油过程同时存在有利因素和不利因素。影响二氧化碳驱油过程的有利因素包括：1CO2溶于水后，使水粘度增加20%30% ，水流度降低23倍。2CO2溶于油后，使油粘度减少115215倍，增加原油流度。3CO2溶于油后，使原油-水界面力降低。4CO2溶于油后，使其体积增加，影响剩余油驱替。同时，CO2驱还存在一系列不利因素：1温压条件变化导致CO2浓度降低，随后出现蜡和沥青质从原油中沉淀析出。2可产生油井CO2气窜。3油井和油田设备腐蚀。4CO2输送问题。5工艺本钱费用高。6在油田附近缺乏CO2气源或者供应量缺乏。7CO2粘度低，容易向生产井突破.8混相后由于粘度低，容易形成指进，故常用气水交替。2氮气吞吐驱油机理N2驱的驱油机理主要是通过增加地层能量、降低原油
