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1、 中国石油大学（华东）毕业设计（论文）考虑传质扩散作用的CO2驱油数学模型及其影响因素研究学生姓名：安 杰学 号：05021129 专业班级：石油工程2005-3班指导教师：苏玉亮 开始日期:2009年3月20日 完成日期:2009年6月20日中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）摘 要 随着二氧化碳在油田开发中的应用，其驱油机理日益成为研究热点。本文在调研国内外二氧化碳驱油发展史、驱油机理以及相关数学模型基础上，利用数值方法求解了考虑CO2驱油传质扩散机理的一维混相数序模型，分析了原油粘度、扩散吸附等因素对驱替效果的影响。在原油粘度和扩散吸附作用下建立模型并求解，计算结果表明，考虑CO2的
2、扩散吸附作用，CO2驱油前缘发生运移滞后，降低了驱油效果；原油粘度越大，CO2降粘效果越明显；混相驱替时CO2浓度越大，降粘效果越明显。本文对于完善CO2驱油数学模型，研究CO2驱油特性具有一定指导意义。关键词：二氧化碳驱油；传质扩散；扩散吸附；浓度分布；运移滞后 ABSTRACTThis paper mainly researched the phenomenon of diffusion and mass transfer in CO2 drive. Advantages and disadvantages of three common model of CO2 drive was ev
3、olved,based on analysis of CO2 drives developmental situation and mechanism of driving,and the description of some relational model at home and abroad. On the basis of the above, one-dimensional mathematical model of diffusion and mass transfer of CO2 was established considering miscible drive. The
4、model was solved by numerical solution.Then, the changes in trends of the concentration of CO2, proliferation and adsorption,and the diversification of viscosity and pressure was obtained by compiling the model-related program. Finally,the effect of crude viscosity ,proliferation and adsorption, and
5、 injection velocity to consequent of CO2 drive was obtained by contrasting. The greater the viscosity of crude oil, CO2, the more obvious the effect of viscosity; miscible displacement greater when the CO2 concentration, the more obvious the effect of viscosity .In this paper, the perfect mathematic
6、al model of CO2 flooding, CO2 flooding characteristics of study has a certain significance.Keywords:CO2 drive; diffusion and mass transfer; proliferation and adsorption; concentration distribution; transport lag目 录第一章 前 言11.1 研究二氧化碳驱油的目的意义11.2 本文的主要成果2第二章 国内外二氧化碳驱油开发概况42.1 国内外研究现状42.2 二氧化碳驱的油藏条件52.3
7、 二氧化碳驱油机理52.4 多孔介质中的扩散和吸附现象92.5 二氧化碳驱油中主要的吸附机理及作用力102.6 二氧化碳驱替注入方式2122.7小结13第三章 二氧化碳驱油数学模型研究现状143.1 国外关于二氧化碳模型的研究现状143.2 国内关于二氧化碳模型的研究现状163.3 二氧化碳驱的数学模型418组分模型19传输-扩散模型20改进的黑油模型213.4小结22第四章 二氧化碳驱油混相驱模型建立及求解234.1 理想扩散渗流方程的建立23扩散定律Fick定律23传质扩散渗流时的连续性方程23一维传质扩散渗流方程254.2 考虑粘度差的互溶液体的传质扩散模型25模型的建立26模型的求解2
8、7计算结果294.3 考虑带吸附作用的传质扩散模型33扩散剂在表面上的吸附过程1534带吸附现象的扩散模型的建立35模型的求解35考虑吸附时的计算结果384.4小结44第五章 结 论45致 谢46参考文献47前言第一章 前 言1.1 研究二氧化碳驱油的目的意义一次采油后，约70%的原油残留在地下。二氧化碳驱可以作为二次或三次采油应用于油田。针对世界上大部分油田采用注水开发面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题，国外近年来大力开展了二氧化碳驱提高采收率（EOR）技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。该技术不仅适用于常规
9、油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。低渗透油藏, 可以明显提高原油采收率。目前，在国外二氧化碳驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量的第二位。使用二氧化碳驱的国家有美国、俄罗斯、匈牙利、罗马尼亚、加拿大、法国、西德、葡萄牙等。美国有10个产油区的292个油田适用二氧化碳驱，一般提高采收率7%-15%，在克萨斯州二氧化碳驱是最主要的提高采收率方法，其效果也最好，提高采收率30%。我国有93%以上的油田都是采用注水开发的，而水驱采收率只能达到40%左右。而且，长期的大量注水，使我国的主要老油田普遍进入了高含水阶段，因此必须配合其它提高采收率方法。在我国的石油开采中，二氧化碳也
10、有着巨大的应用潜力。自60年代以来，在大庆，胜利、任丘等油田先后开展二氧化碳驱试验。大庆油田矿场试验 早期拄碳酸水，比注清水提高采收率8.2%-10.5%，胜利油田室内试验注12.3PV二氧化碳，比注清水提高采收率7.3%-10.8%任丘油田室内试验室12%PV二氧化碳，采收率达到50%-70%。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，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中 ,适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨,，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。另外，对于我国现已探明63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储
11、量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。但是，二氧化碳驱技术在我国至今尚未成为研究和应用的主导技术。但是可以预测，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，对地球环境造成恶劣影响的工业废气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。将二氧化碳注入衰竭的油层, 可提高油气田采收率,己成为世界许多国家石油开采业的共识。二氧化碳纯度在90%以上即可用于EOR。二氧化碳在地层内溶于水后,可使水的粘度增加20%30%,运移性能提高23倍；二氧化碳 溶于油后,使原油体积膨胀,粘度降低30%80%,油水界面张力降低,有利于增加采油速度，提高洗
12、油效率和收集残余油。二氧化碳驱一般可提高原油采收率7%15%,延长油井生产寿命1520a。二氧化碳来源可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收,既可实现使气候变暖的温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。在驱油过程中，二氧化碳与水和油的相界面处会发生传质扩散，使得二氧化碳溶于水或油，溶于水后可使的水的粘度增加，运移性能提高，溶于油后会使得原油体积膨胀，粘度降低，从而降低油水界面张力，提高原油采收率。而且，传质速度越快，越有利于降低油水界面张力。但是由于吸附作用的影响，降低了二氧化碳直接驱油的机会和效率，造成二氧化碳的浪费。通过建立数学模型研究不同的注气速
13、度、粘度、吸附作用等因素对开发指标的影响，可以得到提高传质速度的方法，从而增加原油采收率，提高洗油效率和收集残余油效率，对以后的油气田开发均有较大的意义。1.2 本文的主要成果在数值模拟中，建立一维传质扩散渗流方程，编制相关程序求解方程，得出考虑吸附作用下二氧化碳浓度随时间和位移的变化情况，并得出以下结论：1、 建立数学模型时，主要考虑了二氧化碳驱油过程中的传质扩散现象，通过程序运行结果可以看出，二氧化碳浓度分随时间的增大而增大，随距离的增大而减小。2、 二氧化碳驱替降低了原油的粘度，粘度降低后原油流动能力增大，从而使更多的原油被驱替出来，提高了采收率。3、 针对不同的原油初始粘度进行计算，并
14、将结果进行对比，可以知道原油初始粘度越高，降低的粘度差越大，即二氧化碳驱油对粘度较大的原油的效果更好。4、 在传质扩散的渗流理论中考虑吸附现象，扩散剂浓度高的的液流进入低浓度区之后，除扩散到低浓度的液体之外还要吸附一部分到此区域的岩石颗粒表面上，从而使液体的浓度降低。由于二氧化碳你的吸附作用，从而造成二氧化碳浓度波的前缘滞后于水驱前缘，影响了二氧化碳的驱油效果。1国内外二氧化碳驱油开发概况第二章 国内外二氧化碳驱油开发概况国内近几年发现和未投入开发的油田主要以低渗、特低渗透油藏等难动用储量为主，开采难度越来越大。注入二氧化碳气体提高原油采收率以成本低廉，成效显著，可回收重复利用，无毒环保，与原
15、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。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。2.1 国内外研究现状(1) 国外研究现状 前苏联最早从1953年开始对注二氧化碳提高采收率技术进行研究。1967年前苏联石油科学研究院在图依马津油田的亚历山德罗夫区块进行了工业性基础试验。尽管这些油藏的地质条件不同，但都取得了好的应用效果。而美国是二氧化碳驱发展最快的国家，自20世纪80年代以来，美国的二氧化碳驱项目不断增加，已成为继蒸气驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前 正在实施的混二氧化碳相驱项目有64个。大部分油田驱替方案中，注入的体积二氧化碳约占烃类孔隙体积的30%，提高采收率的幅度为7%-12%。近年来，加拿大和土耳其对二氧化碳驱开采重油进行了大量的实验研究。土耳其大规模的采用驱替二氧化碳重油，并获得了很大的成功。加拿大也从实验上证实二氧化碳一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，并且可以把粘度降低
