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1、油田注气提高采收率技术简介闫方平气驱采油技术是已有 80 多年历史的提高原油采收率方法之一。最初以注液化石油气为主，后 来发展为注干气。近年来该技术发展很快，广泛用于油田的开发方式有注气混相驱、近混相驱、非 混相驱；还有注气维持地层压力驱油等。该技术使用的气体包括：天然气、液化石油气、co2、n2、 烟道气和空气等。气驱采油是一项复杂的技术，其中包括抽提、溶解、蒸发、凝析、增溶等能改变 原油相态特征的作用机理。目前在国外，注气提高采收率技术已发展成为一项比较成熟的技术，从室内研究到先导性试验， 再到工业推广，形成了从注气机理研究、数值模拟、工艺设计、效果预测等一整套理论实践作法。 注气驱油在国
2、外已获得了广泛应用，世界上已有上千个各类注气采油工程项目。气驱是最有发展前 途的提高采收率方法之一。今天我们主要介绍注CO2提高采收率和注空气提高采收率两个方面。一、注CO2提高采收率技术1、研究现状注 CO2 提高原油采收率提出于二十世纪三十年代，室内实验开始于五十年代，并于六十年代 开始进行矿场试验。进入七十年代以来，注 CO2 提高原油采收率的理论研究和生产应用都获得了 迅速发展，逐渐成为一种重要的提高采收率方法。多年的生产实践表明，CO2驱可以延长水驱近衰 竭油藏寿命15-20年，提高采收率7-25%，是石油开采，特别是轻质油开采的最好提高采收率方法 之一。(1) 世界老油田开发问题与
3、提高采收率技术选择 当前各大产油国中，加大新油藏的勘探开发是石油工作的重要方向；另外，提高已发现油田的 采收率，是各国石油工业的焦点所在。当前世界大部分油田都已经过了产量高峰期，在非 OPEC 国家中，成熟油田的产量占的比重越来越高。(2) 世界CO2提高采收率概况世界CO2提高采收率潜力为1600x1083000 X108桶，世界CO2驱油产量占世界提高采收率产 量的15%, CO2驱油项目主要分布在美国，另外，在俄罗斯、加拿大、土耳其等国家也有CO2驱 油项目进行，并取得良好效果。2008年，世界总提高采收率产量为186.1x104桶/d, CO2提高采收率产量为27.25x104桶/ d
4、， 占总的提高采收率产量的15.1%，远小于油田上普遍采用的蒸汽驱。随着CO2提高采收率技术的 深入和广泛应用，其所占比例有很大的提升空间。世界低渗透油田中，特别针对渗透率小于50mD 的油气藏，提高采收率项目总计99 个,其中气驱82个，占83%，而CO2混相驱提高采收率占91%。3）美国概况1972 年第一个 CO2 提高采收率混相驱油项目在 Permian 盆地的 Sacroc 油田实施，在 20 世纪 70 年代至80年代早期CO2提高采收率技术得到适度的发展，到80年代和90年代，虽然油价低，但 CO2提高采收率技术迅速发展。分析其原因主要有三个：油价决定于新技术的发展，新技术应 用
5、使原油成本下降；天然气藏CO2的大量供应，使得CO2成本降低，到Permian盆地的长距离 的CO2输送管线建成，输送CO2量为3 000xl04m3/d；重组后的石油公司经营效果明显好转， 财政激励使提高采收率项目增多。2008年，美国CO2提高采收率已经实现了工业化应用，全国有105个CO2提高采收率项目， 总产量25x104桶/d，占美国提高采收率产量的38%，占世界CO2提高采收率日产量的91%，其 中80%CO2提高采收率产量来自Permian盆地，项目数量占世界总数的85%。世界上94%的CO2提高采收率项目在美国，2004年CO2提高采收率增加的原油产量占美国提 高采收率项目总产
6、量的31%。CO2提高采收率的产量占美国石油产量的3.6%。自20世纪80年代 以后，CO2提高采收率项目稳定增长。IEA（International Energy Agency，国际能源机构）2008年能 源展望预计到2030年，美国CO2提高采收率产量将达到130 x104桶/do（4）中国 CO2 提高采收率技术现状CO2 驱在我国六十年代就受到了重视， 1963 年首先在大庆油田作为主要的提高采收率方法进 行研究，并专门开辟了小井距提高采收率先导试验区，与同条件水驱相比，采收率提高 10%左右， 1969年大庆又开展了 CO2加轻质油段塞的提高采收率小井距矿场试验，结果比水驱提高采收率
7、8%。 80年代后期，大庆油田与法国研究院合作，利用工业尾气在萨南过渡带进行CO2驱试验。1991年 7月开展以3： 1的水气交替比向葡I2层注CO2，到1993年共注入CO2 0.2154PV （孔隙体积），试 验无效果。1994年5月以平均水气交替比2.13： 1向葡II10-12层注CO2,至1995年7月完成试验， 共注入CO2 0.1933PV，至1995年11月提高采收率6.7%。能取得中原油田也与美国、加拿大合作进行了注CO2混相驱的可行性研究，江汉油田与石油勘探开 发研究院和石油大学合作进行了王场油田CO2混相驱的可行性研究，这些油田均由于气源问题未 定现场经验。另外，吉林油田
8、两井油田开展了 CO2非混相驱和CO2吞吐。江苏油田CO混相驱研究始于 1995 年，经过长期的室内实验、数值模拟、工艺配套研究，在富14断块开展了CO2混相驱提高采收率现场先导试验，完成了 6个完整的水气交替注入周期，累计气水比为1.21： 1,累积注CO2为620x104m3，占12.1%HCPV （烃类孔隙体积），累积增产原油6218t，提高采收率 4.01%，CO2利用率为 1140m3/t（油）。中国国家科技部于 2006 年批准“973”国家重大基础研究发展计划“温室气体提高石油采收率的 资源化利用及地下埋存”，中国石油天然气集团公司于2007年设立重大科技专项“温室气体CO2资
9、源化利用及地下埋存”，中国石油天然气集团公司于2007年设立重大矿场试验“吉林油田CO2提高 采收率及地下埋存现场试验”， CO2 提高采收率及地下埋存研究进入崭新阶段。中国适合注气储量为35X108t，增加可采储量3.5xl08t,相当于新发现一个llxl08t储量的大油 田。国内研究建立了适合中国地质特点的CO2埋存评价体系，建立符合中国地质特点的CO2埋存 基本地质理论，开展了 CO2提咼米收率、咼效廉价CO2捕集、CO2储运、腐蚀与结垢等相关课题研究，中国石油在吉林油田开展了提高采收率与埋存的先导性试验。中国co2提高采收率与埋存 研究取得重要成果。2、注CO2提高采收率原理简介CO2
10、驱油机理极其复杂，且与油藏压力、油藏温度、油藏流体性质等有密切关系。到目前为止, 人们发现的CO2驱油机理主要有：(1) CO2溶于原油能使原油体积膨胀，从而促使充满油的空隙体积也增大，这为油在空隙介 质中提供了条件。若随后底层注水，还可使油藏中的残余油量减少。(2) CO2 溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流动性提高，其结果是用少量的驱油剂就可 达到一定的驱油效率。(3) CO2 溶于原油能使毛细管的吸渗作用得到改善，从而使油层扫油范围扩大，使水、油的流动性保持平衡。(4) CO2 溶于水使水的粘度有所增加，当注入粘度较高的水时，由于水的流动性降低，从而 使水油粘度比例随着油的流动性增大而
11、减少。(5) CO2 水溶液能与岩石的碳酸岩成分发生反应，并使其溶解，从而提高储集层的渗透率性 能，使注入井的吸收能力增强。(6) CO2溶于水可降低油水界面的表面张力，从而提高驱油效率。(7) CO2可促使原油中的轻质烃类(C2C3)被抽提出来，从而使残余油饱和度明显降低。 在不同原油的成分、温度和压力条件下，二氧化碳具有无限制地与原油混相的能力，实际上可以达 到很好的驱油目的。(8) CO2 在油水中的扩散系数较高，其扩散作用可使二氧化碳本身重新分配并使相系统平衡状态稳定。(9) 注入碳酸水，可大大降低残余油饱和度，因为在含水带内的碳酸水前缘，能形成和保持 二氧化碳气游离带。在以上研究的基
12、础上，未来注CO2提高原油采收率的研究主要做以下三项工作：(1)流体相 态研究；(2)最小混相压力的确定；(3)岩心驱替试验。( 1 )流体相态研究相态对于混相驱替过程是相当重要的，相态研究是研究混相驱替方式、驱替机理的重要依据。 常规的相态测试时通过PVT仪进行的。主要包括恒组成膨胀试验，定容衰竭试验（CVD）,多级脱 气实验（DLT）和分离实验。流体相态测试的现代测试方法包括连续相平衡装置（CPE），超临界 流体色谱法（SFC）,振动管法，全自动异常高压三相相平衡装置，超声波测试，Y射线测试。（2） CO2驱油最小混相压力的确定混相驱替是油田注 CO2 应用比较广泛的一种驱替方式，混相驱更
13、有利于驱出原油。因此要使 CO2油藏流体达到混相就需要油藏压力高于最小混相压力，那么对于最小混相压力的研究就显得相 当的重要，经过调研发现有四种确定最小混相压力的方法：在带观察窗的高压PVT容器中确定 相包络线；细管实验；上升气泡装置；消除界面张力法（V IT）。（ 3）岩心驱替试验岩心驱替试验是一种比较好的直观的模拟地层流体流动的研究方式。注CO2提高原油采收率的 方式主要有四种：co2吞吐、连续注co2、气水交替和气水同注。co2吞吐是一种有效的提高原油 采收率的方式，在传统的水驱后进行co2吞吐可以进一步提高原油采收率，但是它的作用面积相 当小，对较大面积的整装油藏就有一定的局限。调研发
14、现，在注CO2驱油的早期，连续的注入CO2 是一种有效的提高原油采收率的方式，但是随着研究的深入发现，驱替效率可以进一步的提高。co2的流动性大，连续注入co2, co2就会沿高渗透层流动，这样油层的波及效率低，co2气体很快就突破，采收率就不高。由于这些原因，发展了气水交替和气水同注，可以很有效的改善流度比 提高波及效率，从而推迟CO2气体的突破时间，驱出更多的油。气水交替和气水同注对常规砂岩油藏原油的驱替非常有效，但是对于非均质很强的砂岩油藏和 低渗透的碳酸岩油藏可能就不这样。对于非均质很强的砂岩油藏，研究出一种新的提高波及范围的 方法，注入一种含有特殊物质（牛碳酸酐酶）的流体到高渗透率砂
15、岩层，这种物质能使砂岩中含量 极少的钙沉淀，从而降低该层的渗透率，使高低渗透率的差值减少，当CO2气体注入油藏，波及 效率就会提高。但是此方法还是有一定的争议，渗透率降低会不会引起高渗透区产油能力的讲的。 在碳酸岩油藏里，气体会沿着高渗透率的裂缝流动，这样气体会很快突破。目前国外很多研究正对 这一问题进行研究，进行了室内岩心驱替试验研究，模拟具有裂缝的岩心驱替。在岩心表面外有一 个 2mm 环空模拟裂缝，裂缝先填塞一种密封物质（如凝胶），然后基质饱和活油，建立原始油水 饱和度，接着升温将密封物质移出，最后按常规方法进行气水交替。此方法只是在室内研究获得了 成功，现场应用有待进一步的研究。目前，
16、在室内实验的基础上，已开发出了各种经验公式和PVT相态计算软件，但是还不能完 全替代室内实验。3、CO2驱油方式简介 综合利用二氧化碳驱油机理，二氧化碳驱油方式主要有以下三种：(1) CO2混相驱驱油CO2 提高采收率混相驱油项目数量不断增加，使 CO2 提高采收率应用规模扩大，提供了研究 CO2提高采收率驱油物理化学机理的条件。但由于CO2提高采收率项目实施条件及个别项目效果 不好，目前发表的有关论文较少。CO2混相驱油的主要机理是二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使 其汽化，从而实现混相以及降低界面张力。根据应用经验，相对密度小于 0.9042 的原油宜采用二 氧化碳混相驱。CO2提高采收率混相驱实施的储层地质条件为：储层的深度范围在10003000m范围内；致密和高渗透率储层；原油黏度为低或中等级别；储层为砂岩或碳酸盐岩。Permian盆地的1
