注氣提高采收率機理

1、1 注煙道氣、二氧化碳驅(qū)油機理1.1 注煙道氣提高采收率由于煙道氣驅(qū)的成本較氮氣驅(qū)高，因此發(fā)展緩慢。近年來隨著人們對環(huán)境治理力度的加大以及原油價格的上漲，煙道氣驅(qū)油技術(shù)又有了發(fā)展的空間。因為如果考慮環(huán)境效益，煙道氣驅(qū)要比氮氣驅(qū)經(jīng)濟劃算。所以煙道氣近年來也得到了較好的發(fā)展。1.1.1 煙道氣驅(qū)提高采收率機理煙道氣通常含有80%85%的氮氣和15%20%的二氧化碳以及少量雜質(zhì),也稱排出氣體，處理過的煙道氣，可用作驅(qū)油劑。煙道氣的化學成分不固定，其性質(zhì)主要取決于氮氣和二氧化碳在煙道氣中所占的比例。煙道氣具有可壓縮性、溶解性、可混相性及腐蝕性。根據(jù)煙道氣中所含氣體的組成，提高采收率機理主要是二氧化碳驅(qū)

2、和氮氣驅(qū)機理。1.1.1.1二氧化碳機理由于煙道氣中二氧化碳的濃度不高，所以不容易達到混相驅(qū)的要求，主要是利用二氧化碳的非混相驅(qū)機理。即降低原油黏度、使原油膨脹、降低界面張力、溶解氣驅(qū)、乳化作用及降壓開采。由于二氧化碳在油中的溶解度大，在一定的溫度及壓力下，當原油與CO2接觸時，原油體積增加，黏度降低。CO2在原油中的溶解還可以降低界面張力及形成酸性乳化液。CO2在油中的溶解度隨壓力的增加而增加，當壓力降低時，飽和了CO2的原油中的CO2就會溢出，形成溶解氣驅(qū)。與CO2驅(qū)相關(guān)的另一個開采機理是由CO2形成的自由氣飽和度可以部分代替油藏中的殘余油18。1.2.1.2氮氣驅(qū)機理注氮氣提高采收率機理

3、主要有：(1)氮氣具有比較好的膨脹性，使其具有良好的驅(qū)替、氣舉和助排等作用；可以保持油氣藏流體的壓力；(2)氮氣可以進入水不能進入的低滲透層段，可降低滲透帶處于束縛狀態(tài)的原油驅(qū)替成為可流動的原油；(3)氮氣被注入油層后,可在油層中形成束縛氣飽和度，從而使含水飽和度及水相滲透率降低，在一定程度上提高后續(xù)水驅(qū)的波及體積；(4)氮氣不溶于水，微溶于油,能夠形成微氣泡，與油水形成乳狀液，降低原油黏度，提高采收率。氮氣與地層油接觸產(chǎn)生的溶解及抽提效應，一方面溶解效應使原油黏度、密度下降，改善原油性質(zhì)，使處于驅(qū)替前緣被富化的氣體黏度、密度等性質(zhì)接近于地層原油，氣油兩相間的界面張力則不斷降低，在合適的油層壓

4、力下甚至降到零而產(chǎn)生混相狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，注氮氣驅(qū)油效率將明顯提高；另一方面，抽提效應使原油性質(zhì)變差，這種抽提作用在油井近井地帶表現(xiàn)更明顯、更強烈。煙道氣驅(qū)更適用于稠油油藏、低深透油藏、凝析氣藏和陡構(gòu)造油藏。1.2注CO2提高采收率在各種注氣方式中，注二氧化碳提高原油采收率的研究已經(jīng)進行了幾十年，特別是近年來，隨著技術(shù)進步和環(huán)境要求的需要，二氧化碳驅(qū)顯得越來越重要，包括我國在內(nèi)的很多國家都開展了注二氧化碳驅(qū)的現(xiàn)場實驗。1.2.1CO2驅(qū)油機理將CO2作為油藏提高采收率的驅(qū)油劑已研究多年，在油田開發(fā)后期，注入CO2，能使原油膨脹，降低原油粘度，減少殘余油飽和度，從而提高原油采收率，增加原油產(chǎn)量

5、。CO2能夠提高原油采收率的原因有：（ 1） CO2溶于原油能使原油體積膨脹，從而促使充滿油的空隙體積也增大，這為油在空隙介質(zhì)中提供了條件。若隨后底層注水，還可使油藏中的殘余油量減少。（ 2） CO2溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流動性提高，其結(jié)果是用少量的驅(qū)油劑就可達到一定的驅(qū)油效率。（ 3） CO2溶于原油能使毛細管的吸滲作用得到改善，從而使油層掃油范圍擴大，使水、油的流動性保持平衡。（ 4） CO2溶于水使水的粘度有所增加，當注入粘度較高的水時，由于水的流動性降低，從而使水油粘度比例隨著油的流動性增大而減少。（ 5） CO2水溶液能與巖石的碳酸巖成分發(fā)生反應，并使其溶解，從而提高儲集

6、層的滲透率性能，使注入井的吸收能力增強。6)CO2溶于水可降低油水界面的表面張力，從而提高驅(qū)油效率。（ 7） CO2可促使原油中的輕質(zhì)烴類（C2C3）被抽提出來，從而使殘余油飽和度明顯降低。在不同原油的成分、溫度和壓力條件下，二氧化碳具有無限制地與原油混相的能力，實際上可以達到很好的驅(qū)油目的。（ 8） CO2在油水中的擴散系數(shù)較高，其擴散作用可使二氧化碳本身重新分配并使相系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)定。（9）注入碳酸水，可大大降低殘余油飽和度，因為在含水帶內(nèi)的碳酸水前緣，能形成和保持二氧化碳氣游離帶。CO2技術(shù)的作用機理可分為CO2混相驅(qū)和CO2非混相驅(qū)。CO2提高采收率的作用主要有促使原油膨脹、改善油水流

7、度比、溶解氣驅(qū)等。一般稀油油藏主要采用CO2混相驅(qū)，而稠油油藏主要采用CO2非混相驅(qū)。在稀油油藏條件下CO2易與原油發(fā)生混相，在混相壓力下，處于超臨界狀態(tài)下的CO2可以降低所xx的油水界面xx。CO2注入濃度越大，油水相界面張力越小，原油越容易被驅(qū)替。通過調(diào)整注入氣體的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率增加幅度。非混相CO2驅(qū)開采稠油的機理主要是：降低原油粘度，改善油水流度比，使原油膨脹，乳化作用及降壓開采。CO2在油中的溶解度隨壓力增加而增加。當壓力降低時，CO2從飽和CO2原油中溢出并驅(qū)動原油，形成溶解氣驅(qū)。氣態(tài)CO2滲入地層與地層水反應產(chǎn)生的碳酸，能有效改善井筒周圍地層的滲透率。提

8、高驅(qū)油機理。與CO2驅(qū)相關(guān)的另一個開采機理是由CO2形成的自由氣可以部分代替油藏中的殘余油。CO2驅(qū)油機理主要有以下幾點：（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。原油粘度降低時，原油流動能力增加，從而提高了原油產(chǎn)量。并且原油初始粘度越高，CO2降粘效果越明顯，如下表1-1所示。（2）改善原油與水的流度比大量的CO2溶于原油和水，將使原油和水碳酸化。原油碳酸化后，其粘度隨之降低，大慶勘探開發(fā)研究院在45和12.7MPa的條件下進行了有關(guān)試驗，試驗表明，CO2在油田注入水中的溶解度為5%（質(zhì)量），而在原油中的溶解度為15%（質(zhì)量）；由于大量CO2溶于原油

9、中，使原油粘度由9.8mPas降至U2.9mPas,使原油體積增加了17.2%，同時也增加了原油的流度。水碳酸化后，水的粘度將提高20%以上，同時也降低了水的流度。因為碳酸化后，油和水的流度趨向靠近，所以改善了油與水流度比，擴大了波及體積。表1-1CO2降粘效果原油初始粘度（mPa.s）100090001006001010019CO2完全飽和時原油粘度（mPa.s）15160350.50.9（3）使原油體積膨脹CO2大量溶于原油中，可使原油體積膨脹，原油體積膨脹的大小，不但取決于原油分子量的大小，而且也取決于CO2的溶解量。CO2溶于原油，使原油體積膨脹，也增加了液體內(nèi)的動能，從而提高了驅(qū)油效

10、率。（4）高溶混能力驅(qū)油盡管在地層條件下CO2與許多原油只是部分溶混，但是當CO2與原油接觸時，一部分CO2溶解在原油中，同時，CO2也將一部分烴從原油中提取出來，這就使CO2被烴富化，最終導致CO2溶混能力大大提高。這個過程隨著驅(qū)替前緣不斷前移而得到加強，驅(qū)替演變?yōu)榛煜囹?qū)，這也使CO2混相驅(qū)油所需要的壓力要比任何一種氣態(tài)烴所需要的混相壓力都低得多。用氣態(tài)炫與輕質(zhì)原油混相也要2730MPa,而用CO2混相壓力只要910MPa即能滿足。在高溫高壓下CO2與原油溶混機理主要體現(xiàn)在烴從原油中蒸發(fā)出來與CO2混相，即主要是蒸發(fā)作用；在低溫條件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附作用。當壓力低于混相壓力

11、時，CO2和原油混合物有三個相存在：氣態(tài)CO2并含有原油的輕質(zhì)組份；失去輕質(zhì)組份而呈液態(tài)的原油，由原油中分離出來的以固體沉淀方式存在的瀝青和蠟。（5）分子擴散作用非混相CO2驅(qū)油機理主要建立在CO2溶于油引起油特性改變的基礎上。為了最大限度地降低油的粘度和增加油的體積，以便獲得最佳驅(qū)油效率，必須在油藏溫度和壓力條件下，要有足夠的時間使CO2飽和原油。但是，地層基巖是復雜的，注入的CO2也很難與油藏中原油完全混合好。而多數(shù)情況下，CO2是通過分子的緩慢擴散作用溶于原油的。（6）降低界面張力殘余油飽和度隨著油水界面張力的減小而降低；多數(shù)油藏的油水界面張力為1020mN/m,要想使殘余油飽和度趨向于零，必須使油水界面張力降低到0.001mN/m或更低。界面張力降到0.04mN/m以下，采收率便會明顯地提高。CO2驅(qū)油的主要作用是使原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化，大量的烴與CO2混合，大大降低了油水界面張力，也大大降低了殘余油飽和度，從而提高了原油采收率。（7）溶解氣驅(qū)作用大量的CO2溶于原油中，具有溶解氣驅(qū)作用。降壓采油機理與溶解氣驅(qū)相似，隨著壓力下降，CO2從液體中逸出，液體內(nèi)產(chǎn)生氣體驅(qū)動力，提高了驅(qū)油效果。另外，一些CO2驅(qū)替原油