二氧化碳驅(qū)提高采收率技術(shù)

二氧化碳驅(qū)提高采收率技術(shù)二、國內(nèi)外CO2驅(qū)的研究與應(yīng)用概況五、CO2驅(qū)礦場應(yīng)用實(shí)例六、結(jié)論四、CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)及優(yōu)化技術(shù)三、CO2驅(qū)適合的油藏類型及地質(zhì)條件一、CO2驅(qū)油機(jī)理一、CO2驅(qū)油機(jī)理簡介CO2驅(qū)油機(jī)理也極其復(fù)雜，且與油藏壓力、油藏溫度、油藏流體性質(zhì)有密切關(guān)系。通過研究國外二氧化碳在現(xiàn)場中的應(yīng)用，聯(lián)系我國油藏工程所做的研究工作，容易得出二氧化碳驅(qū)油的主要機(jī)理有以下幾個(gè)方面：1.降低原油粘度當(dāng)二氧化碳溶解于原油時(shí)，原油粘度顯著下降.下降幅度取決與壓力，溫度和非碳酸原油的粘度大小。原油粘度越高，在碳酸作用下粘度降低的百分?jǐn)?shù)就越高。原油粘度降低與CO2飽和壓力的關(guān)系2.改善流度比

大量CO2溶于原油和水，將使原油和水碳酸化。原油粘度隨之降低，同時(shí)水的粘度將會(huì)升高。

根據(jù)前蘇聯(lián)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，CO2溶于水可以使水的粘度提高20%左右。由于碳酸化后，油和水的流度趨向靠近，所以它能夠改善油與水的流度比，從而擴(kuò)大波及面積。3.原油體積膨脹

一定體積的二氧化碳溶解于原油，根據(jù)壓力，溫度和原油組分的不同，可使原油體積增加10%—100%。膨脹系數(shù)取決于溶解二氧化碳摩爾組分和原油的相對分子質(zhì)量。由于體積膨脹，為驅(qū)油提供了動(dòng)能，提高了驅(qū)油效率。4.萃取和汽化原油中的輕烴

二氧化碳首先萃取和汽化原油中輕質(zhì)烴，隨后較重質(zhì)烴被汽化產(chǎn)出，最后達(dá)到穩(wěn)定。萃取和汽化現(xiàn)象是二氧化碳混相驅(qū)油的重要機(jī)理。5.混相效應(yīng)

二氧化碳與原油混相后，不僅能萃取和汽化原油中輕質(zhì)烴，而且還能形成二氧化碳和輕質(zhì)烴混合的油帶。油帶移動(dòng)是最有效的驅(qū)油過程，它可以使采收率達(dá)到90%以上。6.降低界面張力

二氧化碳驅(qū)油的主要作用是萃取和汽化原油中輕烴，大量的輕烴與二氧化碳混合，可大幅度降低油水界面張力，減少殘余油飽和度，從而提高了原油采收率。7.溶解氣驅(qū)作用

大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解氣驅(qū)的作用。降壓采油機(jī)理與溶解氣驅(qū)相似，隨著壓力下降，二氧化碳從液體中逸出，液體內(nèi)產(chǎn)生氣體驅(qū)動(dòng)力，提高了驅(qū)油效果。另外，一些二氧化碳驅(qū)替原油后，占據(jù)了一定的空隙空間成為束縛氣，也可以使原油增產(chǎn)。8.提高滲透率

碳酸化的原油和水，不僅改善了原油和水的流度比，而且還有利于抑制黏土膨脹。二氧化碳溶于水后顯弱酸性，能與油藏的碳酸鹽反應(yīng)，使注入井周圍的油層滲透率提高?？梢娞妓猁}巖油藏更有利于二氧化碳驅(qū)油。二、國外CO2驅(qū)應(yīng)用及研究概況據(jù)美國《油氣雜志》最新統(tǒng)計(jì)，目前正在實(shí)施的CO2驅(qū)項(xiàng)目數(shù)：美國64個(gè)5個(gè)4個(gè)5個(gè)加拿大土耳其特立尼達(dá)（×104m3）

美國是CO2驅(qū)發(fā)展最快國家.自80年代以來,CO2驅(qū)已成為繼蒸汽驅(qū)之后的第二大提高采收率技術(shù).目前美國的CO2驅(qū)項(xiàng)目已遍布13個(gè)州和墨西哥灣.美國大多數(shù)氣驅(qū)方案是在20世紀(jì)80年代中期以后實(shí)施的,目前其增產(chǎn)油量仍呈繼續(xù)上升的趨勢.為了加大CO2驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用力度,美國已投巨資修建了4000多公里、跨越了四個(gè)州的CO2氣輸送干線.美國CO2驅(qū)的應(yīng)用情況美國23個(gè)典型的CO2混相驅(qū)項(xiàng)目情況

加拿大石油公司1994年對薩斯喀徹溫地區(qū)的輕質(zhì)和中質(zhì)油（原油密度為0.8550-0.9042）油藏進(jìn)行了CO2驅(qū)綜合研究。1997年，該公司投資11億美元在該地區(qū)的韋本油田進(jìn)行了第一個(gè)大規(guī)模CO2混相驅(qū)。經(jīng)研究，注CO2的采收率將比注水高30%-40%，生產(chǎn)壽命延長25年以上，至少可以再采出2000萬m3

原油。

加拿大和英國CO2驅(qū)的研究與應(yīng)用注CO2注水生產(chǎn)時(shí)間（年）采收率試驗(yàn)條件：采液速度3.1％/年，注入速度8230m3/d，25年后相當(dāng)于注入了0.75HCPV,

注氣采收率比注水高19.3％北海油田挪威大陸架油藏CO2混相驅(qū)可行性研究結(jié)果（據(jù)Lindeberg，組分油藏模擬軟件和三維油藏模型，1993）43.2％62.5％2口面積滲透率68md原油粘度14mPa.s注入井1口生產(chǎn)井前蘇聯(lián)CO2驅(qū)的研究與應(yīng)用注氣波及油層厚度提高30%,整個(gè)區(qū)塊增產(chǎn)原油2.88萬噸1953年開始對注CO2技術(shù)進(jìn)行研究1967年在圖依馬津油田進(jìn)行工業(yè)性基礎(chǔ)試驗(yàn)14km2試驗(yàn)概況井距263m338m效果注入CO20.14PV,12個(gè)月之后,一口含水從90%下降到86%,另一口井從88%下降到72%

前蘇聯(lián)部分油田CO2驅(qū)礦場應(yīng)用情況

據(jù)俄羅斯《石油業(yè)》雜志2000年No.1報(bào)道，俄聯(lián)邦石油產(chǎn)量居前的烏拉爾-伏爾加和西西伯利亞兩個(gè)地區(qū)的372個(gè)油田有910個(gè)層系滲透率不超過0.05×μ㎡，其中的355個(gè)層系已建議使用CO2氣驅(qū)。研究和試驗(yàn)還證實(shí)，高含水和深層油藏等難采儲(chǔ)量也是CO2驅(qū)技術(shù)的目標(biāo)。加拿大有許多重油油藏不適合熱采,據(jù)加拿大研究,這些油藏在不大于10-12MPa的壓力下注入CO2即可達(dá)到降粘的目的,從而增加10%-15%的采收率.

滲透率低CO2驅(qū)的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是開采重質(zhì)油土耳其實(shí)施CO2非混相驅(qū)的4個(gè)重油油田BatiRamanIkiztepCamuluAmurlu油藏地質(zhì)特點(diǎn)油層薄埋藏深含油飽和度低重油CO2驅(qū)的研究與應(yīng)用2003020100100300飽和壓力（MPa）原油粘度（mPa.s）NickMungam所做的輕油和重油在飽和了CO2之后的降粘結(jié)果輕油在30MPa飽和壓力下粘度從1.4mPa.s降到0.2mPa.s，降低了7倍，重油在相同的壓力范圍下粘度從300mPa.s降到20mPa.s，降低了15倍在不同溫度下重油粘度測量發(fā)現(xiàn)，溫度達(dá)到275℃時(shí)才能降粘。CO2一旦溶解在原油中就可使原油降粘，并且能把粘度降低到用蒸汽驅(qū)替的水平。03020100.21.41.21.00.80.60.40飽和壓力原油粘度(mPa.s)輕質(zhì)油重質(zhì)油

國內(nèi)（大慶、勝利等油田）在70年代末就對CO2驅(qū)技術(shù)進(jìn)行過室內(nèi)研究，20多年來對CO2的驅(qū)油機(jī)理、相態(tài)特征等取得了比較成熟的認(rèn)識。混相驅(qū)研究與先導(dǎo)試驗(yàn)：1990-1995年大慶油田率先在薩南地區(qū)進(jìn)行了CO2混相驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)，1998年江蘇油田在F14塊進(jìn)行了CO2混相驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)，1999年中原油田進(jìn)行了文184塊CO2混相驅(qū)的可行性研究，勝利油田也進(jìn)行了樊124塊CO2混相驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)的研究。盡管已進(jìn)行的先導(dǎo)試驗(yàn)都存在一些問題，但研究及試驗(yàn)結(jié)果均表明，CO2驅(qū)能夠較大幅度提高原油采收率。CO2吞吐：國內(nèi)部分油田（吉林、勝利等）也陸續(xù)實(shí)施了許多CO2吞吐項(xiàng)目，如濱南采油廠在一些油井進(jìn)行CO2吞吐后，原油產(chǎn)量大幅提高。經(jīng)測算，投入產(chǎn)出比為1：4。證實(shí)CO2吞吐作為單井增產(chǎn)措施，效果顯著。1.適于CO2驅(qū)的油藏類型非混相驅(qū)：*重油或高粘油油藏*壓力衰竭的低滲透油藏*高傾角、垂向滲透率高的油藏混相驅(qū)：

*水驅(qū)效果差的低滲透油藏*深層、輕質(zhì)油藏

*水淹后的砂巖油藏三、CO2

驅(qū)適合的油藏類型及地質(zhì)條件15個(gè)砂巖油藏中,4個(gè)在一次采油之后就開始CO2驅(qū),其余的在水驅(qū)之后,且有相當(dāng)一部分處于高含水階段.美國目前正在實(shí)施的64個(gè)CO2混相驅(qū)工程項(xiàng)目中：50md以下的占90%30md以下的占80%CO2驅(qū)在高含水油田的應(yīng)用呈上升趨勢

Postle油田發(fā)現(xiàn)于1958年，1970年產(chǎn)量達(dá)到高峰為3498m3/d。注CO2前平均產(chǎn)油量僅318m3/d，含水高達(dá)98%。1996年實(shí)施CO2氣水交替注入。到2000年產(chǎn)量比注CO2前增加5倍，達(dá)到1590m3/d，預(yù)計(jì)油田生產(chǎn)期將延長5年，提高采收率10%—14%。2.CO2驅(qū)油藏地質(zhì)條件—儲(chǔ)集層條件油層非均質(zhì)性對CO2驅(qū)的影響油層非均質(zhì)性是影響氣驅(qū)效果的一個(gè)非常復(fù)雜的因素。不利方面：油藏的縱向非均質(zhì)會(huì)使CO2優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，從而使其在低滲透層中收效甚微。有利方面：若層間連通，由于流動(dòng)勢能差，可引起層間CO2與原油的交滲流動(dòng)，也可取得很好的驅(qū)替效果。滲透率

應(yīng)用實(shí)例表明，CO2混相驅(qū)在不同滲透率的油藏都取得了較好的效果。油藏滲透率低可提供充分的混相條件，減少重力分離。另外，由于注入CO2有一部分溶解于地層水中形成碳酸后，可有效改善滲透率。Slaughter油田41井產(chǎn)液中碳酸氫鹽含量和212井注入能力的變化曲線1000200041井碳酸氫鹽含量0注入能力碳酸氫鹽含量212井注入量1981年1月1982年1月1983年1月1984年1月1985年1月1986年1月CO2溶于地層水形成碳酸后，溶解了碳酸鹽膠結(jié)物（方解石、菱鐵礦等），產(chǎn)液中碳酸氫鹽含量增高，注入能力略有提高，表明隨CO2的注入，滲透率有所提高。3.混相驅(qū)要求的原油流體條件四、CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)與優(yōu)化最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)最小混相壓力定義最小混相壓力就是CO2與原油達(dá)到混相的最小壓力.普遍采用的定義:

細(xì)管驅(qū)替試驗(yàn)中,注入1.2PV的CO2時(shí)驅(qū)替出95%-98%的油時(shí)的壓力.1.經(jīng)驗(yàn)預(yù)測最小混相壓力預(yù)測方法2.細(xì)管試驗(yàn)

預(yù)測方法很多，如粗略預(yù)測最小混相壓力的NPC法、圖板預(yù)測、公式預(yù)測法等。預(yù)測方法通常只用于CO2混相驅(qū)項(xiàng)目初選時(shí)最小混相壓力的粗略估算。

細(xì)管試驗(yàn)法是最小混相壓力精確測定方法。國外在設(shè)計(jì)CO2混相驅(qū)方案時(shí)，均以該方法測定的最小混相壓力為基準(zhǔn)。

最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)

實(shí)施CO2驅(qū)，注入壓力越高,驅(qū)油機(jī)理發(fā)揮的越充分,采收率提高幅度越大.但是,注入壓力必須小于油層破裂壓力.CO2驅(qū)油時(shí),井口允許的最大注氣壓力等于油層允許的最大壓力加上井筒摩擦阻力損失的壓力減去井筒氣柱壓力:

Pi=Pmax+Pf—Pg

最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度CO2驅(qū)提高采收率幅度隨CO2用量增加而增大,但CO2達(dá)到一定量后,采收率提高幅度越來越小.通常,注氣量根據(jù)油藏特性和驅(qū)動(dòng)類型,通過室內(nèi)試驗(yàn)確定.

美國大西洋富田公司研究中心分析了許多礦場試驗(yàn)并經(jīng)過數(shù)值模擬認(rèn)為,CO2混相驅(qū)的合理用量一般為0.15—0.3PV.CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)00.10.20.30.40.50.60.70.860402080100段塞尺寸（PV）采收率（%）9點(diǎn)井網(wǎng)9點(diǎn)井網(wǎng)5點(diǎn)井網(wǎng)5點(diǎn)井網(wǎng)注入量與采收率的關(guān)系（據(jù)Claridge，油藏物理模型）

1.油帶與水區(qū)流度比為0.12（有利），段塞與油帶的流度比為2.5（不利）2.油帶與其前方水區(qū)流度比為49，段塞與油帶的流度比為2.2在流度比低的情況下0.2PV的段塞合理在流度比高的情況下0.26PV的段塞合理0.1—0.15PV的CO2注入量是最佳注入量。19.09.56.43.212.700.050.100.150.20CO2注入量，PV增產(chǎn)油量，104m3美國SACROC油田單元CO2混相驅(qū)模擬計(jì)算的CO2注入量與增產(chǎn)效果的關(guān)系最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度

注氣速度的高低，影響重力分異作用及氣體粘性指進(jìn)。注入速度下限計(jì)算公式：薄油層和均質(zhì)厚油層，需要克服重力分異的影響，注入速度較高；非均質(zhì)正韻律厚油層，要充分利用重力分異作用使氣體上升，驅(qū)替油層頂部層段的原油，要求的注入速度較低。

CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度

CO2驅(qū)多采用水氣交替注入方式，氣水比一般為1:1。在生產(chǎn)中，為控制產(chǎn)氣量，逐漸將氣水比調(diào)整到1:2或1:3。如美國的凱利—森德油田，開始階段的氣水比為2:1，當(dāng)CO2累積注入量達(dá)0.016PV時(shí)，發(fā)生氣竄。此后將氣水比調(diào)整為1:1，為進(jìn)一步控制氣竄，氣水比調(diào)整到1:2，最后達(dá)到1:3。

CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)064281012141619841985198619871988198919901991199219931994水驅(qū)開始注CO2千桶/日19841986198919921994198519871988199019911993千桶/日05101520253035目標(biāo)產(chǎn)量19921994198519871988199001984198619891991199320406080100120140降低氣水比增加氣水比降低氣水比千桶/日產(chǎn)油量曲線產(chǎn)氣量曲線注氣量曲線最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度

CO2驅(qū)基本可分為兩種驅(qū)動(dòng)方式：重力驅(qū)和水平驅(qū)。在傾斜油層中，把CO2注到構(gòu)造上傾部位，并以低速驅(qū)替，利用重力維持CO2與原油混合，抑制指進(jìn)，從而提高波及效率。在水平層狀油藏，采用面積布井方式，可減少油氣的重力分離，并易于對開發(fā)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)00.10.20.30.40.50.60.70.860402080100段塞尺寸（PV）采收率（%）9點(diǎn)井網(wǎng)和線型9點(diǎn)井網(wǎng)5點(diǎn)井網(wǎng)5點(diǎn)井網(wǎng)井網(wǎng)對采收率的影響（據(jù)Claridge，油藏物理模型）1.油帶與水區(qū)流度比為0.12（有利），段塞與油帶的流度比為2.5（不利）2.油帶與其前方水區(qū)流度比為49，段塞與油帶的流度比為2.2流度比低時(shí)，9點(diǎn)井網(wǎng)好流度比高時(shí)，5點(diǎn)井網(wǎng)優(yōu)于其它井網(wǎng)最小混相壓力MMP注氣壓力注氣量注入速度氣-水注入比布井方式井網(wǎng)密度

美國CO2驅(qū)井網(wǎng)密度的參考標(biāo)準(zhǔn)是0.26km2/井。從對國外24個(gè)CO2驅(qū)油礦場應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)來看，井網(wǎng)密度從不到0.1km2/井到0.7km2/井均有較好的效果。美國大多數(shù)CO2驅(qū)的井網(wǎng)密度為0.3—0.4km2/井。CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)物理模型預(yù)測巖心驅(qū)替試驗(yàn)組分模型數(shù)值模擬技術(shù)黑油模型流管模型混合參數(shù)模型CO2驅(qū)油藏工程參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)物理模型預(yù)測巖心驅(qū)替試驗(yàn)組分模型數(shù)值模擬技術(shù)黑油模型流管模型

組分模型的假設(shè)條件是多相流、多種組分，忽略擴(kuò)散。該模型充分考慮了復(fù)雜相態(tài)及其相特征如密度、界面張力和粘度，能準(zhǔn)確預(yù)測WAG中的粘性指進(jìn)和驅(qū)替效率，是預(yù)測CO2混相驅(qū)較為的理想工具?；旌蠀?shù)模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)物理模型預(yù)測巖心驅(qū)替試驗(yàn)組分模型數(shù)值模擬技術(shù)黑油模型流管模型混合參數(shù)模型

流管模型可模擬由于壓降或混相帶的超覆而使CO2—油運(yùn)動(dòng)帶消失的過程，這種模型也能精確地處理各種流體間的流動(dòng)關(guān)系以及CO2注入后注入能力的變化情況。被認(rèn)為是預(yù)測CO2驅(qū)水氣交替注的有效工具。五、CO2驅(qū)礦場試驗(yàn)及應(yīng)用實(shí)例1.高含水油田CO2驅(qū)提高采收率實(shí)例2.低滲透油田CO2混相驅(qū)開發(fā)實(shí)例3.稠油油田CO2非混相驅(qū)開發(fā)實(shí)例油藏特征：Wilmington油田發(fā)現(xiàn)于1936年，油藏分為七個(gè)油層組，深度從2300到4800英尺（700—1460m）。油藏?cái)鄬影l(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜。注CO2前，多數(shù)油層的采收率為30%。1.高含水油田CO2非混相驅(qū)提高采收率實(shí)例：Wilmington油田Wilmington油田剖面圖深度斷塊基底Wilmington油田，Tar層CO2驅(qū)油藏參數(shù)

原油中CO2溶解量隨壓力的增高而增加。CO2的溶解作用明顯改變了原油的粘度，當(dāng)CO2壓力在1080磅/英寸2（7.4MPa）時(shí)，粘度從283mPa.s降到18mPa.s。800700600500400300200100010006002001800140022018014010060201.31.11.21.0μoRsBoCO2分壓，磅/英寸2（絕對）CO2溶解量和原油粘度與壓力的關(guān)系

粘度CO2溶解量地層體積系數(shù)CO2溶解量粘度地層體積系數(shù)試驗(yàn)區(qū)工程參數(shù)：注入壓力：8.3MPa注氣速度：2.83×104m3—4.25×104m3/天/井注水量：197m3/天/井氣水比：1：2隔擋注水井CO2注入井生產(chǎn)井CO2驅(qū)試驗(yàn)井網(wǎng)構(gòu)造圖

產(chǎn)油量：從28b/d（4.5m3/d）升至170b/d（27m3/d）含水：從98%降至84%先導(dǎo)試驗(yàn)后，CO2驅(qū)使用規(guī)模逐步擴(kuò)大到整個(gè)Tar層，到1987年，采收率達(dá)到11%。2001601208040100908070198119821983含水產(chǎn)油量b/d采油速度和累積油產(chǎn)量1981年3月開始CO2驅(qū)

生產(chǎn)效果1)地質(zhì)及油藏描述

RangelyWeber油田地質(zhì)儲(chǔ)量為2.9×108m3。是落磯山脈地區(qū)最大的油田。儲(chǔ)集層由一系列風(fēng)成砂巖、河成粉砂巖和泥巖交互而成。油藏被5個(gè)泥巖層分成6個(gè)產(chǎn)油層，每個(gè)產(chǎn)油層內(nèi)有許多小的泥巖層段。東北至西南走向的主斷層在該油田的東半部延伸約4.8km。該斷層在Weber地層的斷距達(dá)15m，局部地影響著水和CO2的注入。除油田主斷層外，出現(xiàn)了其他局部天然裂縫區(qū)域，天然裂縫造成了水和CO2方向性突破趨勢。2.低滲透油田CO2混相驅(qū)開發(fā)實(shí)例2：RangelyWeber砂巖油藏RangelyWeber砂巖油藏儲(chǔ)層和流體特性19861987198819891990199119921993100000010000100000基本水驅(qū)采油總采油量采氣量注氣量產(chǎn)水量