驱油机理及应用研究摘 要CO2驱作为一种提高采收率的三次采油技术，以其适用范围大、驱油效率高、成本较低等优势，已经受到世界各国的广泛重视。本文从 CO2驱油机理入手，分析了国内外 CO2驱油开发研究的现状，进一步深入分析和探讨了CO2技术的有关问题，并对我国 CO2驱油前景进行了展望，希望能为我国的CO2驱油技术发展应用提供参考。关键词：CO2驱油；机理；问题；前景i 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）强，注气井吸气能力平均 2)552.，为吸水能力的  倍。注气井组  口油井都见到不同程度的注气效果，产量和地层压力有所回升，试验井组累积增油 1，目前试验井组日增油 1 左右。至  年  月见气后产量稳中有升、气油比和套压上升，地层压力相对较高。胜利油田桩西油区于  年  月在桩 ! 井开始进行矿场试验，至 年  月共实施 吞吐井  口，成功  口，邻井见效  口，初期日增油 1，已累计增油 1。综合措施增油效果显著。苏北洲城油田  年  月对 67 井 * 层进行 吞吐，注入液态 计 1，注入压力 !，注入温度 !，关井 天，至  年  月开井放喷，喷出井筒内残留的 后停喷，然后进行试生产，生产正常。随着生产时间的延长，产量逐渐降低， 年 ! 月进行了第二轮 吞吐，注入 量 1，油井产量重新恢复。从  年 月至年底，生产量  天，累计生产原油 1，平均日产油 1，比试油产量高出了一倍，增幅明显，并稳定生产了近  个月，平均含水，原油粘度降低了 。国内外利用 提高油气采收率的主要技术为 混相驱和 非混相驱。其应用基础研究主要集中于相态特性研究和 驱油机理研究。有关相态的研究主要是以为技术的应用提供设计依据为目标，研究 在油藏条件下的相态特性、基本规律、工艺条件等8有关 驱机理的研究则主要围绕对混相驱机理的基本认识。从以上现场应用实例可见，在油田开发中，不论采用何种驱油方式都取得了非常好的效果，对于 在油田的推广具有广泛的应用前景。7 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）8 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）第三章 CO2驱油的有关问题探讨3.1 CO2的获取、存储与运输一般注入地层中的 有三种来源 一是本气藏的气源；二是外购气源)包括制氢副产品、合成氨副产品、高炉副产品、石油化工业副产品、酒厂副产品等.；三是天然气发电或热电联产后产生的 气源。有关 的运输因为 的体积很大是液体 的  倍气体 的存储和运输费用很高因此气体 在 的应用中只占很小的比例。商品 的贮存和运输是以液态或固态形式进行的可用三种方法分装运输 非绝热高压钢瓶装运、低温绝热容器装运、干冰散装或块装。3.2 CO2驱的经济效益当前大多数注入 的项目是很大的所需要的成本也是非常巨大。一般开始 驱油的成本包括 改油井为 注入井的费用、修井、注入 的设备安装费、管线生产设备和管路的维修费等粗略算下来总成本为 ～ 美元工作井。可见这项工程的成本是非常庞大的。所以一般开始注入 的时间是在一次、二次采油并回收了较好的经济效益以后才开始对国外  年代前的 驱项目的统计大部分是在含水率为 ～是开始实施 驱。但随着 驱技术的成熟其应用范围正在不断扩大。3.3 CO2驱的筛选标准和适用的地质条件对油藏地质条件要求不太苛刻其适用条件比较宽。根据国外的 驱应用情况总结出 驱适合的油藏地质条件如下 储集层具水动力学封闭9 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）性可形成注入圈闭；没有大的天然裂缝；油藏温度一般低于 ；油层厚度在 ～2油层非均质性不太严重层间干扰小；油藏深度 ～2 储层流体条件)仅对混相驱.；原油粘度低于 5*密度小于；油层剩余油饱和度大于 ；原油富含 ～ 组分石蜡、沥青质含量少；3.4 CO2驱对油藏的伤害虽然 驱对于提高采收率有很重要的作用但是对 驱造成储层伤害的认识不够会严重影响到开发的经济效益例如大庆油田 驱就因气体指进造成十几天后采油井大量见气并伴随有大量结垢的惨痛教训。注入油层中与原油接触后流体性质和平衡条件会发生变化导致石蜡、沥青等有机固相物质的沉积引起底层的损害和井眼出的堵塞增加了净化和处理的费用。同时由于 与地层原油存在较大的流度差异气侵或气油比上升很容易发生很容易导致气体指进和气锥引起的产量下降。而且 中的杂质)气流容易夹带压缩机中的润滑油、柴油、丝扣铅油、铁锈等.进入地层堵塞孔道中夹杂的氧气进入地层与原油发生氧化作用致使非溶性烃类析出沉淀氧气还会使各种细菌繁殖产生大量堵塞孔道的物质。此外 和水反应生成的碳酸对设备有较大的腐蚀性。其腐蚀物被注入流体带入地层后造成储层孔隙堵塞。10 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）第四章 我国 CO2驱油的前景二氧化碳).在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。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  亿 1 常规稀油油田的储量中适合二氧化碳驱的原油储量约为 亿 1预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约  亿 1。另外对于我国现已探明的  亿 1 的低渗透油藏原油储量尤其是其中 左右尚未动用的储量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。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。我国对二氧化碳驱油技术也进行了大量的前期研究。例如大庆油田利用炼油厂加氢车间的副产品高纯度二氧化碳).进行二氧化碳非混相驱矿场试验。虽然该矿场试验由于油藏的非均质性导致的气窜影响了波及效率但总体上还是取得了降低含水率、提高原油采收率的效果。中原油田石油化工总厂建成了利用炼油废气生产液态二氧化碳的装置其年生产能力达  万1。这些二氧化碳将全部用于中原油田进行二氧化碳驱油预计可提高原油采收率 !年增产原油  万多 1。《世界石油》杂志经过严格评选评出  年度“世界石油奖”。其中中国石油天然气集团公司荣获“最佳开采技术奖”。最佳开采技术奖中国石油天然气集团公司的注烟道气提高采收率技术 烟道气双注采油工艺是将稠油热采的锅炉烟道气经过处理、增压后作为一种溶剂注入油层与油层11 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）中的残留原油混溶成一种流体而驱替产出的三次采油方法。烟道气中二氧化碳含量 !其余主要为氮气。注入时采用烟道气和高压蒸汽同时注入的“双注”方式高压蒸汽从油管注入井下烟道气从油套环形空间注入井下在油井底部蒸汽与烟气混合进入油层关井数日等待气体浸入油藏后开井采油增产作用十分明显。针对胜利油田特超稠油油藏的开采胜利采油院研发成功以蒸汽吞吐为主、二氧化碳气体采油为辅、表面活性剂为调剖剂的综合热力采油新工艺在现场试验应用收到良好效果。胜利油田特超稠油油藏黏度大、埋藏深从  年起胜利采油院与胜利石油开发中心合作在郑 、9 等特超稠油区开始二氧化碳辅助蒸汽吞吐的试验首次把二氧化碳和水蒸气结合起来应用于热力采油并据此展开更深入的理论研究不断提高热采配套工艺技术水平。该院在郑 : 井应用综合热采新工艺注入液态二氧化碳 1、蒸汽 1平均日产油 1峰值达到 1周期产油 1油汽比达到 。12 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）参考文献[1]钱伯章.石油化工节能与减排新技术.中国石化出版社，2007.[2]董喜贵.大庆油田二氧化碳驱油先导性矿场试验.北京:石油工业出版社，2004.[3]刘长宝．中小油田注 CO2提高采收率方法采油的经济学.国外油田工程， 2006.[4] 王娟郭平张茂林．油藏注烃气影响因素研究．西南石油大学学报，.[5] 李仕伦．注气提高采收率．四川科学技术出版社，.[6]刘新，钟显东．国内外混相气驱提高采收率技术．中外科技情报，.[7]李凤华王静祁凯等气水交替驱技术在稠油油藏中的应用石油勘探与开发，[8]孙雷，郭平等再论我国发展注气提高采收率技术．天然气工业，.[9]洪岩．国外油田注气开发实例．北京 石油工业出版利，.[10]张冬玉姜婷二氧化碳驱提高采收率技术及其在胜利油田的应用前景．胜利油田有限公司地质科学研究院，2009.13 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）目 录第一章 CO2驱油机理....................................................................................................................................................11.1 CO2的理化性质....................................................................................................................................................11.2 降低油水界面张力...............................................................................................................................................11.3 降低原油粘度.......................................................................................................................................................11.4 膨胀作用...............................................................................................................................................................11.5 溶解气驱作用.......................................................................................................................................................11.6 改善流度比...........................................................................................................................................................21.7 酸化解堵...............................................................................................................................................................21.8 萃取和汽化原油中的轻质烃...............................................................................................................................21.9 混相效应...............................................................................................................................................................2第二章 国内外应用 CO2驱油开发的研究状况...........................................................................................................32.1 国外研究现状.......................................................................................................................................................32.2 国内研究现状.......................................................................................................................................................4第三章 CO2驱油的有关问题探讨................................................................................................................................63.1 CO2的获取、存储与运输....................................................................................................................................63.2 CO2驱的经济效益................................................................................................................................................63.3 CO2驱的筛选标准和适用的地质条件................................................................................................................63.4 CO2驱对油藏的伤害............................................................................................................................................6第四章 我国 CO2驱油的前景.......................................................................................................................................8参考文献........................................................................................................................................................................10 ii 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）iii 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）第一章 CO2驱油机理1.1 CO2的理化性质具有良好的可压缩性和膨胀性，能有效补充地层能量保持油藏压力。在能量释放时对原油具有良好的解堵、助排、驱替和气举等作用。在一定温度、压力下易溶于地层原油中，具有一定的降黏，降低界面张力作用，能改善流度比，提高油相渗透率，改善井周围地层条件等。容易达到超临界状态，当温度高于临界温度 和压力高于临界压力  状态下，就处于超临界状态。此时 密度近于液体，而粘度近于气体，扩散系数介于气体和液体之间，是液体的几百倍，具有较强的溶解性。1.2 降低油水界面张力残余油饱和度随油水界面张力的降低而减小。极易溶解于原油其在油中溶解度比在水中的溶解度大 ～ 倍。在驱油过程中大量的 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从而提高原油采收率。1.3 降低原油粘度与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量。1 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）1.4 膨胀作用宾夕法尼亚州  油田以及加拿大  油田室内实验结果表明在一定压力条件下将 注入原油可使原油体积膨胀 ～。注入 后原油的体积增加，其结果不仅增加了原油的内动能，而且大大减少了原油流动过程中毛管阻力和流动阻力，从而提高了原油的流动能力。1.5 溶解气驱作用因注入的 在原油中的溶解，形成 溶解气，在井下随温度的升高，部分 游离汽化，以压能的形式储存部分能量。当油井开井生产，油层压力降低时，大量的 则从原油中游离、膨胀而脱出，从而将原油驱入井筒，起到溶解气驱的作用，另外，一些 驱替原油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产，并且由于气体具有较高的运移速度，还可将将油层堵塞物返吐出来。1.6 改善流度比因大量注入的 在原油和水中的溶解，地层水碳酸化，使原油流度增加，而水的流度降低，从而使原油和水的流度趋于接近，使水的驱油能力提高，同时也进一步扩大了水驱的波及面积，大大提高了扫油效率。1.7 酸化解堵溶解于水后略呈酸性，与地层基质发生反应，从而酸解一部分杂质，使油层渗透性提高。在一定的压差下，一部分游离气对油层的堵塞物具有较强的冲刷作用，可以有效地疏通因二次污染造成的地层堵塞，恢复单井产能。2 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）1.8 萃取和汽化原油中的轻质烃吞吐浸泡期间能够萃取和汽化原油中的轻质组分形成 富气相从而减小注入气与原油之间的界面张力减小原油的流动阻力使油更易于流动提高波及效率。1.9 混相效应混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成 和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到 以上。3 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）第二章 国内外应用 CO2驱油开发的研究状况2.1 国外研究现状从  世纪  年代开始，驱油成为提高采收率的重要方法。美国的提高采收率措施中，驱占有很重要的地位。 年美国实施了第一个驱油现场实验研究。 年苏联开始室内试验，第一阶段研究用二氧化碳水驱油， 年起在图依马津等  个油田进行工业性试验。其后研发了比碳化水更好的交替注水和气态 段塞工艺，并用于巴什基里亚等几个油田。混相驱油试验结果表明，使用较大的 段塞体积时驱油效率高，最高可达 ～。在工业试验基础上，奥利霍夫等油田开发中采用了段塞驱油技术，包括液态 驱、混相驱和非混相驱。用数学模拟方法确定 与水的最佳比例为  ～ 。考虑到技术经济与油田具体情况，设计 段塞体积为油藏孔隙体积的 !。在美国，从  世纪  年代开始，注 提高石油采收率的工作一直在进行，尤其是在西得克萨斯的二叠纪盆地和新墨西哥东部。美国用于 驱的大部分 来自科罗里达州、新墨西哥州和密西西比州的天然 源。混相驱在美国、加拿大等国己成为一项重要且成熟的提高原油采收率方法。 年，美国实施 混相驱的项目数首次超过注蒸汽热采，达到  个，混相驱产量占所有 "#产量的 。北海油田发展注气技术从  年开始，"$%&' 油田于  年第一个实施。共有  种注气方式 ( 烃类混相驱  个；②水气交替混相驱  个，非混相驱  个；③水气同时注入驱 )*+,-. 个；④泡沫水气交替驱 /,+,-.4 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）个。北海的成熟技术是烃类混相驱，最普遍用的是水气交替驱)+,-.，挪威占 ，英国 ，丹麦 。北海现有水驱采收率 以上，挪威，目标要达到 ，调查了  个油田的  种注气结论是 (+,- 最成功；② +,- 的问题是注入率、注入系统监控和油藏的非均质性问题出现，注入率下降现象，高渗透率条带导致过早气窜；③ +,- 采取下倾方向注入，有利于发挥重力作用；④北海今后准备加强 驱和微生物驱的研究；⑤ *+,- 和 +,- 在机理上是相似的，*+,- 技术要求输入压力能保持泡状流，当气量供应不足时可采用，但 +,- 易于实施，设计简单，是成熟技术；⑥泡沫气水交替驱 )/,+,-.于  年在北海 &0/)0&12 下拟13$.成功地应用，它能用于控制流度厂但对油藏非均质性和纵向连通性非常敏感。到八十年代，其他产油国对 驱油逐渐重视，矿场工业性试验越来越多，效果越来越明显。据初步统计， 年加拿大有  个，法国有  个，特立尼达有  个，匈牙利有  个，此外，土耳其和克罗地亚等国也开展了驱矿场试验，并获得了很大的成功。2.2 国内研究现状我国 驱油研究起步较晚，驱在我国  年代初受到重视并开始室内实验和先导性试验。“七五”和“八五”期间，我国对部分已开发油田提高采收率的潜力和方法就进行了一系列室内研究和筛选评价，当时由于天然气资源比较缺乏，提高采收率技术主要考虑了聚合物驱和 驱。根据对一些储层渗透率 !2 的低渗透油田的的分析预测，聚合物驱提高采收率 !，驱提高采收率 !，平均 。根据筛选5 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业论文（论文）评价结果来看，由于低渗透油田物性差，聚合物驱适应性差，提高采收率幅度比较小。相对而言 驱有比较好的适应性和潜力。在我国东部主要产油区，天然气气源紧张，供不应求，气源目前还比少。尽管如此，注非烃气体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有停止过。大庆油田从  年代开始就在小井距进行了早期注 水及 一轻质油提高采收率的矿场试验，分别比水驱提高采收率 和 。 年代引进国外先进工艺， 年大庆油田开始 非混相驱油先导性矿场试验研究，在进行完可行性研究)室内实验与数模计算研究.及确定出最佳 驱油试验方案后， 年大庆油田在萨南东部过渡带开辟了注 试验区， 年至  年底先后对葡  油层和萨  一  油层进行了非混相 驱油先导性矿场试验。两次试验均采用先进行前期水驱，尔后进行水、气交替注入方式，气体注入总量各为 4 左右。矿场试验结果表明，降低了水油比和水驱剩余油饱和度，取得比水驱提高采收率 以上的好效果，增采 1 原油需注入 2气体，接近当时美国 驱的经济极限2。 世纪初，针对大庆长垣外围油田特低渗透储量在常规注水开发条件下很难经济有效开发的实际， 年在宋芳屯油田南部开展了扶余油层注 驱油试验。试验目的层 / 层， 年  月试验，试验井组包括  口注气井和  口采油井，注入液态 累计 2，， 年 月见到注气效果，累计增油 1。 年  月对投产初期产油仅 1的芳 ! 井进行了 吞吐试验，吞吐后初期日产油 1，之后日产油一直稳定在 !1，说明 吞吐可以作为特低渗透油层有效动用的辅助手段。通过近  年的注气试验，注气井注入压力较低，油层吸气能力较6