《CO2混相驱机理及影响因素研究2012.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CO2混相驱机理及影响因素研究2012.doc（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、CO2混相驱机理及影响因素研究2012年7月1日摘要CO2驱是把CO2注入油层，依靠CO2的膨胀、降粘等机理来提高原油采收率的技术。随着人们对温室效应认识，将CO2 注入地层不仅能够提高原油采收率，还可以起到封存CO2的作用，是三次采油方法中最具有潜力的采油技术。本文首先调研了CO2驱油技术的研究现状，了解CO2驱油技术在国内外的应用情况、研究方向和存在的主要问题。然后详细调研了CO2驱的驱油机理、驱油方式、注入方式和影响因素。然后，介绍了当前主流的用于描述CO2驱的数学模型，主要有组分模型、拟四组分模型、改进的黑油模型及传输-扩散模型，并介绍了一种考虑扩散的CO2驱多相多组分分区渗流模型。最
2、后，分别就碳水驱和CO2段塞注水，调研其动态计算方法。关键字：混相驱；CO2驱；驱油机理；注入方式；数学模型目录1、研究现状及存在问题41.1 国外CO2驱发展情况51.1.1 美国CO2驱项目情况51.1.2 CO2混相驱的应用与研究51.1.3 重油CO2非混相驱的研究与应用51.2 国内CO2驱研究应用现状51.3 CO2混相驱存在的问题62、 CO2混相驱机理及影响因素72.1 CO2的基本性质72.2 驱替机理82.2.1 CO2驱机理82.2.2 CO2混相驱机理102.3 CO2混相驱作用方式112.3.1 一次接触混相112.3.2 多次接触混相122.3.3 轻质油加CO2混
3、相驱122.4 CO2混相驱影响因素132.5 CO2混相驱注入方式143、 CO2混相驱数学模型153.1 组分模型153.2 拟四组分模型173.3 改进的黑油模型173.4 传输-扩散模型183.4.1传质扩散渗流时的连续性方程183.4.2 一维传质扩散渗流方程203.5 考虑扩散的CO2驱多相多组分分区渗流模型203.5.1 传统注CO2渗流数学模型203.5.2 考虑扩散的注CO2渗流数学模型21参考文献23211、研究现状及存在问题 20世纪50、60年代，在美国、加拿大进行了大量的烃类混相驱现场试验，近期的混相驱主要是CO2混相驱。利用CO2驱提高采收率的历史可以追溯到上世纪5
4、0年代。1952年whorton等人获得了第一项采用CO2采油的专利权。当时CO2是用作原油的溶剂，或形成碳酸水驱。70年代CO2驱技术有了很大的发展，美国和前苏联等国家都进行了大量的CO2驱工业性试验，并取得了明显的经济效益，采收率可以提高1525 %。90年代的CO2驱技术日趋成熟。目前，CO2混相驱在美国、加拿大等国家已成为一项重要且成熟的提高原油采收率方法。据相关文献最新统计，2002年美国实施CO2混相驱的方案数达到66个，首次超过注蒸汽热采，CO2混相驱的产量也占到了所有EOR产量的38。我国低渗、特低渗油藏投入开发后暴露出许多矛盾，如自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等，而
5、注水补充能量因油藏地质条件的限制受到很大制约，因此采收率均较低。从国外EOR技术的发展趋势看，气驱特别是CO2混相驱将是提高我国低渗透油藏采收率最有前景的方法。1.1 国外CO2驱发展情况1.1.1 美国CO2驱项目情况美国是CO2驱发展最快的国家。自20世纪80年代以来，美国的CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前正在实施的CO2混相驱项目有64个。最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972年的SACROC油田。其余半数以上的大型气驱方案是于19841986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。大部分油田驱替方案中，注入的CO2体积约占烃类空隙体
6、积的30 %，提高采收率的幅度为722 %。1.1.2 CO2混相驱的应用与研究过去，CO2混相驱一般是大油田提高原油采收率的方法。大油田由于生育储量多，剩余开采期长，经济效益好，而小油田CO2驱一般不具有这些优点。近年来许多小油田实施了CO2混相驱提高原油采收率方案，同样获得了良好的经济效益。如位于美国密西西比州的Creek油田就是一个小油田成功实施CO2驱的实例。该油田于1996年被JP石油公司收购时的原油产量只有143 m3/d，因油田实施了CO2驱技术，使该油田的原油采收率大大提高，其原油产量在1998年达到了209 m3/d，比1996年增加了46%。1.1.3 重油CO2非混相驱的
7、研究与应用CO2驱开采重油一般是在不适合注蒸汽开采的油田进行。这类油田的油藏地质条件是：油层薄，或埋藏太深，或渗透率太低，或含油饱和度太低等。注CO2可有效提高这类油藏的采收率。大规模使用CO2非混相驱开发重油油田的国家是土尔其。土尔其有许多重油藏不适合热采方法。1986年土尔其石油公司在几个油田实施了CO2非混相驱，取得了成功。其中Raman油田大规模CO2非混相驱较为典型。加拿大也有许多重油油藏被认为不适合进行热力开采，加拿大对CO2驱开采重油进行了大量的研究。试验得出，轻油黏度在30饱和压力下从大约从1.4降到2O，降低了15倍。另外，在不同温度重油黏度测量发现，温度达到275 左右才能
8、降粘，而CO2一旦溶解在原油中就可使原油黏度降低，并且可以把黏度降低到用蒸汽驱替的水平。1.2 国内CO2驱研究应用现状我国东部主要产油区CO2气源较少，但注CO2提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注CO2技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。1996年江苏富民油田48井进行了CO2吞吐试验，并已开展了CO2驱试验。草3井位于苏北盆地溱潼凹陷草舍油田戴一段油藏高部位，产层为Edl段，属底水衬托的“油帽子”。初期自喷生产，日产油约59 t，不含水，无水采油期共367天，综合含水升至22%时停喷，转入机抽生产，后日产油4.55 t，含水90 %。
9、为了增油降水，在该井进行了CO2吞吐试验，效果明显，原油产量上升，含水下降，泵效增加，有效地延缓了原油产量递减。江苏油田富14断块在保持最低混相压力的状态下，于1998年末开始了CO2水交替(WAG)注入试验注入6周期后水气比由0.86:1升至2:1，见到了明显的增油降水效果，水驱后油层中形成了新的含油富集带。试验区采油速度由0.5升至12 %，综合含水率由93.5 % 降至63.4 %。1.3 CO2混相驱存在的问题国外很多油田已成功地进行大规模CO2混相驱并取得较好的效果，证明CO2混相驱具有成功率高、风险性低的特点，以技术指标和经济指标双重标准来衡量，CO2混相驱是三次采油中最具潜力的提
10、高采收率方法之一。但同时，由于受地层破裂压力，现场设备等条件的限制，CO2混相驱替只适用于API重度比较高的轻质油藏，而且也存在一些未解决的问题： （1）混相压力过高CO2与原油的最小混相压力不仅取决于CO2的纯度和油藏的温度，也取决于原油组分。原油中重质组分（如C5 以上的组分）含量越高，最小混相压力越高。我国油藏中原油的突出特点是“三高”（粘度高，蜡和胶质含量高，凝固点高），这就决定了我国多数油藏中的原油与CO2的最小混相压力过高。（2）腐蚀与结垢因压力降低与温度升高，注CO2后会导致结垢( 主要是碳酸盐垢) , 此外, CO2和水反应生成的碳酸对管线、设备、井筒有较大的腐蚀性，腐蚀产物被
11、注入流体带入地层还会堵塞储层孔隙。 （3）气源采用注CO2提高原油采收率, 必须具备充足的气源。气源有两种, 一是天然的CO2气源, 另外是工业废气。寻找大的气源是我国利用CO2提高采收率的当务之急。此外，随着CO2减排的研究在世界范围内的开展, 越来越多的工业废气将会被用于提高原油采收率。 （4）窜流严重在注CO2采油过程中，CO2在油藏中的窜流将严重地影响波及效率，导致CO2窜流的主要机理有两个：一是粘性指进，二是油藏非均质性及窜流通道。我国油藏多数为陆相沉积，层间非均质性严重，此外，在许多油藏（尤其是低渗透油藏）具有较发育的天然裂缝，连通的天然裂缝构成了注入水和气的窜流通道。（5）固相沉
12、积CO2对地层中的轻烃具有很强的抽提作用，经CO2多次抽提后，降低了地层油对石蜡的溶解能力和石蜡组分的稳定性，导致石蜡析出，另外，CO2的多次抽提，使地层油中低碳数的石蜡组分逐渐减少，导致地层油析蜡温度大幅升高，甚至在地层温度下也能产生石蜡的沉积，对储层造成伤害。 （6）混相带不稳定 在非均质孔隙介质中，受到非均质性及各力（粘性力、重力等）的综合影响，CO2气体达不到与原油的充分多级接触，难以形成稳定的混相带。2、 CO2混相驱机理及影响因素2.1 CO2的基本性质在标准条件下，也即在0.1MPa压力、273.2K（绝对温度）下二氧化碳是气体状态，气态二氧化碳密度D=0.080.1千克/立方米
13、，气态二氧化碳粘度为0.020.08毫帕秒，液态二氧化碳密度D=0.50.9千克/立方米，液态二氧化碳粘度为0.050.1毫帕秒，但在高压低温条件下液态与气态二氧化碳的密度相近，为0.60.8吨/立方米。压力、温度对二氧化碳的相态有明显的控制作用。当温度超过临界温度时，压力对二氧化碳相态几乎不起作用，即在任何压力下二氧化碳都呈现气体状态，因此在地层温度较高的油层中应用二氧化碳驱油，二氧化碳通常是气体状态而与注入压力和地层压力无关。二氧化碳在水中溶解性质要比气体烃类好得多，地层条件下在水中溶解度为3060立方米/立方米，而质量比浓度可以达到35%，其水中溶解度受压力、温度、地层水矿化度的影响，二
14、氧化碳在水中溶解度随压力增加而增加，随温度增加而降低，随地层水矿化度增加而降低。二氧化碳溶于水中形成“碳化水”，结果使水的粘度有所增加。二氧化碳在地层中存在，可是泥岩的膨胀减弱。二氧化碳在油中溶解度远高于在水中的溶解度，大约是水中溶解度的410倍，当二氧化碳水溶液与原油接触时，由于其与油、水溶解度的差异，二氧化碳能够从水中转移到油中，在转移过程中水中二氧化碳与油相界面张力很低，驱替过程很类似于混相驱。水中的二氧化碳可以破碎和冲刷、清洗掉岩石表面油膜，从而保持水膜的连续性，造成很低界面张力，让油滴在孔隙通道中自由运移，使油的相对渗透率增加。当压力超过“完全混相压力”时，不论油中有多少二氧化碳，油
15、与二氧化碳都将形成单相混合物，即达到无限溶混状态。低粘度原有混相压力低，重质高粘度原油混相压力高。二氧化碳与原油混相压力还与原油饱和压力有关。此外，地层温度也影响混相压力。2.2 驱替机理2.2.1 CO2驱机理CO2的主要优点是易于达到超临界状态。CO2在温度高于临界温度3 1 . 2 6 和压力高于临界压力7 . 2MP a 状态下，处于超临界状态时，其性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的1 0 0 倍，因而具有较大的溶解能力。原油溶有CO2时，其性质会发生变化, 甚至油藏性质也会得到改善, 这就是二氧化碳提高原油采收率的关键。下面详细分析其提高采收率的机理。图2-1 原油粘度降低与二氧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（1）降低油水界面张力，减少驱替阻力残余油饱和度随油水界面张力的降低而减小。CO2极易溶解于原油, 其在油中溶解度比在水中的溶解度大39 倍。在驱油过程中, 大量的CO2与轻烃混合, 可大幅度的降低油水界面张力, 减少残余油饱和度,
