CO2提高原油采收率綜述

1、 7/7CO2提高原油采收率綜述 圖1 2007 年度EOR 項(xiàng)目數(shù)分類(lèi)百分比2 EOR CO 2提高原油采收率綜述 班 級(jí)：11秋 學(xué) 號(hào)：11602101031 報(bào)告人：都 軍 EOR-CO 2提高原油采收率綜述 【 我國(guó)油藏具體特征，我國(guó)主要發(fā)展了化學(xué)驅(qū)和熱力采油，氣驅(qū)和微生物驅(qū)基本處 于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。近年來(lái)，隨著中國(guó)部分地區(qū)發(fā)現(xiàn)CO 2氣源，CO 2 氣驅(qū)的三采開(kāi)發(fā) 項(xiàng)目也將快速推進(jìn)。 CO2在地層內(nèi)溶于水后，可使水的粘度增加20%-30%，運(yùn)移性能提高2-3倍；CO2溶于油后，使原油體積膨脹，粘度降低30%-80%，油水界面張力降低，有利于增加采油速度、提高洗油效率和收集殘余油。CO

2、2驅(qū)一般可提高原油采收率7% -15%，延長(zhǎng)油井生產(chǎn)壽命15-20年3。 近年來(lái)，隨著全球氣候變暖要求減少二氧化碳排放以及各國(guó)隨之制定的不同優(yōu)惠政策和排放稅等措施，使得CO 2 混相驅(qū)得以迅速發(fā)展，世界各大石油公司利 用CO 2 驅(qū)油后，將其埋存在油藏中，這種方法不僅可以提高石油采收率，而且能消減溫室效應(yīng)。 在預(yù)測(cè)未來(lái)幾十年內(nèi)三次采油產(chǎn)量占世界石油總產(chǎn)量比例持續(xù)增加情況下，世界豐富稠油資源決定了以蒸汽驅(qū)為主的熱采仍是未來(lái)三次采油的主要方法；注聚合物技術(shù)的使用在急劇減少，但近年隨油價(jià)升高而有所增加；由于具有環(huán)保特 性和成本優(yōu)勢(shì)，注CO 2 驅(qū)的發(fā)展空間極大。 1 CO2驅(qū)的機(jī)理4 CO2本身的物

3、理化學(xué)特性決定了其驅(qū)替機(jī)理主要是： （1）降低原油界面張力，減少驅(qū)替阻力； 隨著注入壓力的增加，CO2在地層油中的溶解量增加，CO2和原油界面張力降低，同時(shí)油的黏度降低。 （2）降低原油粘度； （3）使原油體積膨脹； 實(shí)驗(yàn)證明，CO2溶于原油可以使原油體積增大，相當(dāng)于增大了原油的彈性能量，提高原油采收率。 （4）萃取和汽化原油中的輕質(zhì)烴； CO2驅(qū)油過(guò)程中，一方面CO2在原油中產(chǎn)生溶解、混合、降黏等作用，另一方面也將部分輕烴抽提到氣相中。試驗(yàn)結(jié)果表明: CO2優(yōu)先抽提原油中的輕質(zhì)組分, 原油越輕,CO2的抽提油量越大；抽提后殘余油黏度普遍提高, 殘余油樣黏度是原油黏度的1.1-2.0倍，且溫度

4、越低，黏度比越大；提高注入壓力或降低CO2注入量可防止油氣性質(zhì)差異變大。產(chǎn)生抽提作用的條件：CO2原油體系出現(xiàn)非單一油相, 即油、氣兩相；兩相產(chǎn)生了分離。體系出現(xiàn)非單一油相的情況有兩種： CO2注入量超過(guò)了所處壓力下的溶解氣量，或體系壓力下降，低于飽和壓力時(shí)油氣必然分離成兩相；當(dāng)CO2在原油中溶解達(dá)到飽和時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)液相，即飽和CO2的油相及富含CO2的液相。CO2非混相驅(qū)及CO2吞吐采油過(guò)程中存在CO2抽 提原油中輕質(zhì)組分的條件。抽提后殘余油黏度增加，采出的難度加大，CO2驅(qū)油技術(shù)應(yīng)優(yōu)先使用在原油物性相對(duì)較好（輕質(zhì)原油)的油藏5。 （5）壓力下降造成溶解氣驅(qū)； 二氧化碳溶解進(jìn)入原油可以降低原

5、油黏度，提高其流動(dòng)性；當(dāng)油層壓力降低時(shí)，CO2會(huì)從原油中析出，形成溶解氣驅(qū)。 （6）酸化解堵作用, 提高注入能力； 二氧化碳和地層水混合形成弱碳酸，可以溶解顆粒之間的部分碳酸鹽膠結(jié)，改善儲(chǔ)層物性，提高注入能力。 和油水的相互作用6。 （7） CO 2 通過(guò)不同含水率條件下的油水乳化實(shí)驗(yàn)，考察了溶解CO 前后油水乳化程度 2 在油、水中溶(以乳化帶體積占油水總體積的百分比表示)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO 2 解后，地層水的粘度增大，原油的粘度減小，CO 的溶解有利于改善水油黏度比， 2 且初始?jí)毫?.1MPa增至6MPa時(shí)，水油黏度比增大至原來(lái)的4.67倍。溶入CO 2 油水體系的，且含水率為40%

6、時(shí)，碳的油水體系的乳化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未溶入CO 2 和油水的相互作用，有利于改善水酸水/原油體系的乳化程度可達(dá)96.43%。CO 2 驅(qū)微觀驅(qū)油效率，擴(kuò)大氣驅(qū)宏觀波及效率，提高原油采收率。 2 CO2驅(qū)的驅(qū)替類(lèi)型 在不同的油藏條件下，CO2的驅(qū)油機(jī)理并不相同, 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施注CO2項(xiàng)目的軀體類(lèi)型主要分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)。 2.1 非混相驅(qū) 在非混相驅(qū)中, CO2溶入原油后, 使油膨脹, 并降低油的粘度。但是由于非混相驅(qū)對(duì)原油中的輕烴組分具有抽提作用，導(dǎo)致剩余油中重?zé)N組分含量很高，黏度增大，使剩余油難以開(kāi)發(fā)，因而驅(qū)油效率相對(duì)較低，非混相驅(qū)一般多用于原油性質(zhì)較好的輕質(zhì)油的開(kāi)發(fā)；但是隨著技術(shù)升級(jí)，最新的開(kāi)

7、發(fā)實(shí)踐表明，非混相驅(qū)在輕質(zhì)組分較少的重油開(kāi)發(fā)中也同樣有很好的效果，土耳其石油公司(TPAO)在土耳其東南部的幾個(gè)油田采用非混相CO2驅(qū)提高重油采收率，此時(shí)CO2主要起到降粘作用和膨脹作用7。 吞吐。CO2吞吐技術(shù)能夠降低原油黏度，膨脹原非混相驅(qū)中最典型的是注CO 2 油及相對(duì)滲透率轉(zhuǎn)換，解除近井地帶污染，降低界面張力，阻礙水的產(chǎn)出等。CO2吞吐技術(shù)室內(nèi)研究表明: 將液態(tài)CO2注入油層, 在地層溫度下, CO2快速汽化混溶于原油，可降低原油粘度85.9%，從而增強(qiáng)原油流動(dòng)能力；同時(shí)地下原油體積膨脹27.9%，使儲(chǔ)集層孔隙壓力升高, 在局部形成飽和地帶，使部分殘余油被驅(qū)動(dòng)，提高了油相滲透率，可使驅(qū)

8、油效率提高7.5%，從而提高油藏的最終采收率8。 2.2 混相驅(qū) 鑒于非混相驅(qū)的限制性因素和較低的驅(qū)替效率，目前國(guó)外注CO2項(xiàng)目以混相驅(qū)為主。原油中的溶解能力強(qiáng)，工程混相條件下，摩爾含量達(dá)到0.7。注入CO2抽提原油中的中間烴，甚至C19+以上的重?zé)N，和地層油在前緣達(dá)到混相。CO2注入量增加，混相帶增長(zhǎng)，CO2波及區(qū)域增加，有利于驅(qū)油效率增加。隨著注入壓力的提高，從非混相到混相，CO2在地層油中的溶解量增加，界面張力降低，油的黏度降低。達(dá)到混相后，繼續(xù)增加壓力對(duì)驅(qū)油影響變小9。目前注CO2驅(qū)油項(xiàng)目適用油藏參數(shù)范圍較寬, 在能達(dá)到混相的條件下, CO2具有極高的驅(qū)替效率, 能大幅度提高油井的生產(chǎn)

9、能力。 3 CO2驅(qū)對(duì)六類(lèi)油氣田的使用實(shí)例 利用二氧化碳驅(qū)提高原油采收率的EOR方法所使用的油氣藏范圍很廣，可以用于普通稀油油藏、復(fù)雜斷塊油藏、超稠油油藏、特低滲透油藏、縫洞型碳酸鹽油藏、氣藏等。下面將以開(kāi)發(fā)實(shí)例對(duì)各類(lèi)油藏的二氧化碳驅(qū)效果進(jìn)行敘述。 3.1 普通稀油油藏10 本次實(shí)驗(yàn)在遼河稀油區(qū)的雙北124塊、馬20、興北S3、歡26以及杜4等五個(gè)區(qū)塊進(jìn)行，在進(jìn)行CO2吞吐后發(fā)現(xiàn)四條規(guī)律： （1）各個(gè)區(qū)塊原油的粘度在注CO2以后均呈下降,總趨勢(shì)是隨CO2注入量的增加, 粘度降低, 但是不同區(qū)塊原油粘度下降速度有所不同； （2）各區(qū)塊原油注CO2以后飽和壓力隨CO2注入量的增加而升高, 各區(qū)塊上

10、升速度較為一致； （3）原油的膨脹能力隨CO2注入量的增加而增大； （4）注入CO2以后的地層流體密度和地層原油性質(zhì)密切相關(guān)，中間烴含量相對(duì)較低的原油，注入CO2后的地層流體密度呈下降趨勢(shì)，而中間烴含量相對(duì)較高的原油，注入CO2后的地層流體密度呈上升的趨勢(shì)。 根據(jù)對(duì)不同油區(qū)的有代表性的五個(gè)區(qū)塊進(jìn)行地層原油相態(tài)特征和注CO2后流體相態(tài)特征研究和對(duì)比分析, 稀油區(qū)注CO2吞吐提高采收率有一定的潛力。如果原始地層壓力大于飽和壓力，那么可以實(shí)現(xiàn)CO2混相 圖2 注CO2工藝流程示意圖 驅(qū)，可以進(jìn)一步提高采收率。 3.2 復(fù)雜斷塊油藏8 CO 2單井吞吐工藝增油技術(shù)是一種提高復(fù)雜小斷塊油藏采收率的有效方

11、法。在調(diào)研和室內(nèi)研究的基礎(chǔ)上，1998年在勝利油區(qū)孤島采油廠墾利油田墾95斷塊油藏的K153X2井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注入試驗(yàn), 取得了明顯的增油效果。在K153X2 井進(jìn)行的注CO 2吞吐試驗(yàn)，流程見(jiàn)圖2，注入65t 液態(tài)CO 2，平均注入速度13t/h,采用套管連續(xù)注入，浸泡期23d 。注前產(chǎn)液9.2t/ d, 產(chǎn)油5.1t/d ，含水45%;注后產(chǎn)液23.6t/d ，產(chǎn)油10.3t/d ，含水56%，取得了明顯的效果。 同樣的巖心試驗(yàn)結(jié) 果見(jiàn)表1，分析可得：在 殘余油飽和度基本相同 的情況下，CO 2注入量越 大，吞吐增加的采收率 越大；在CO 2注入量相同 的情況下，殘余油飽和 度越高，吞吐增加的

12、采 收率越大；在其他條件 相同的情況下，注入壓 力越高，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，吞吐增加的采收率越大。 3.3 超稠油油藏11 我國(guó)發(fā)現(xiàn)的稠油資源相當(dāng)可觀，其中特超稠、超稠油占60%，主要集中在遼河、新疆、勝利等油田。普通稠油資源已基本得到開(kāi)發(fā)，動(dòng)用特超稠油資源正成為彌補(bǔ)稠油產(chǎn)量遞減、穩(wěn)定稠油產(chǎn)量的手段。勝利油田分公司單家寺油田單113塊的超稠油開(kāi)發(fā)工藝，主要對(duì)CO 2在超稠油開(kāi)發(fā)中的增能助排、溶解降粘、傳質(zhì)等作用進(jìn)行了研究，并在該區(qū)塊進(jìn)行了CO 2蒸汽吞吐工藝的礦場(chǎng)使用并取得了較好的效果。 注入CO 2對(duì)超稠油油藏的增油機(jī)理是：原油體積膨脹增能助排；溶解降粘降低原油粘度；熱量傳遞；動(dòng)量傳遞（CO 2擴(kuò)

13、散過(guò)程中, 其氣泡帶動(dòng)周邊原油和降粘劑滲流擾動(dòng), 為原油充分降粘及擴(kuò)散提供了條件）。 單113塊位于勝利油田分公司單家寺油田西區(qū)，含油面積1.0 km 2，地質(zhì)儲(chǔ)量788萬(wàn)t ，地面脫氣原油粘度30104 -133.2104mPa s,屬于超稠油油藏。超稠油油藏注入CO 2配合蒸汽吞吐能夠提高超稠油油藏的開(kāi)發(fā)效果, 對(duì)單113塊超稠油油藏開(kāi)發(fā)提供了一種新的工藝技術(shù)和開(kāi)采方式。 3.4 特低滲透油藏12 圖3 各方案累計(jì)產(chǎn)油對(duì)比曲線 注CO 2驅(qū)油已成為提高油藏開(kāi)發(fā)效果的一種有效方法，特別是對(duì)于注水難以建立起有效驅(qū)動(dòng)體系的特低滲透油藏。 將周期注氣使用到特低滲透油藏芳48和樹(shù)101區(qū)塊的方案編制

14、中，數(shù)值模擬結(jié)果表明，和連續(xù)注氣相比，周期注氣可以有效提高CO 2的換油率，減緩油井氣竄, 最終提高采收率； 并且在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，周期注氣可以明顯降低油井油氣比上升速度，改善油藏開(kāi)發(fā)效果。周期注氣和其他注入方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2。 針對(duì)特低滲透油藏難以實(shí)施水氣交替的情況, 提出采用周期注氣改善注CO 2驅(qū)油的流度比。周期注氣結(jié)合了連續(xù)注氣、水氣交替和注氣吞吐的優(yōu)點(diǎn), 能夠增大CO 2的波及系數(shù), 改善層間矛盾。樹(shù)101區(qū)塊的方案編制過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果說(shuō)明周期注氣適合特低滲透油藏。 3.5 縫洞型碳酸鹽巖油藏13 塔河油田奧陶系油藏屬于巖溶縫洞型塊狀油藏，其非均質(zhì)性極強(qiáng)，基質(zhì)孔隙度低，基本不具

15、有儲(chǔ)油能力，裂縫和溶洞是主要儲(chǔ)集空間和滲流通道。注水替油是縫洞型油藏提高采收率 的主導(dǎo)技術(shù)。但是，隨著單 井縫洞單元注水替油周期 的增加，周期產(chǎn)油量越來(lái)越 低，噸水換油率越來(lái)越高， 注水替油效果越來(lái)越差。開(kāi) 展碳酸鹽巖油藏注二氧化 碳提高采收率可行性研究， 為塔河油田下一步提高采 收率工作提供技術(shù)支撐。 S86區(qū)塊油藏?cái)?shù)值模擬 模型，在生產(chǎn)歷史擬合的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)衰竭式開(kāi)發(fā)、注水開(kāi)發(fā)、注CO 2、注 表2 各種注入方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 烴類(lèi)氣體共4 類(lèi)開(kāi)發(fā)方案，對(duì)塔河油田S86區(qū)塊注氣開(kāi)發(fā)方案的可行性進(jìn)行預(yù)測(cè) 的采收率明顯高于其他幾種計(jì)算。根據(jù)主要預(yù)測(cè)指標(biāo)的對(duì)比圖3可以看出，注CO 2 的對(duì)縫洞型

16、碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)有很好的增產(chǎn)效果。 方法。說(shuō)明，注CO 2 3.6 氣藏14 隨著天然氣開(kāi)采, 地層壓力將下降至廢棄壓力, 不可能再進(jìn)行自然衰竭開(kāi)采。此時(shí), 注CO2恢復(fù)地層壓力, 從而提高采氣量和促進(jìn)凝析油蒸發(fā)。隨著天然氣的大量采出, 一部分CO2將會(huì)保留在地層中, 這就是所謂的CO2沒(méi)收存儲(chǔ)。此方法的好處, 是可以避免沉淀和水侵的發(fā)生。 注CO2提高氣藏采收率，主要有兩種方法：一、類(lèi)似于油藏水驅(qū)的驅(qū)替；二、對(duì)剩余天然氣恢復(fù)壓力。驅(qū)替原理：通過(guò)壓縮機(jī)，將CO2從注入井注入地層。在地層條件下, CO2一般處于超臨界狀態(tài)，粘度大大高于甲烷粘度，密度也遠(yuǎn)大于甲烷，并且隨著注入量的增加，使CO2向下

17、運(yùn)移可穩(wěn)定地將甲烷驅(qū)替出采出井。 4 CO2驅(qū)目前存在的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)外的解決方案4 4.1 腐蝕問(wèn)題 采用注CO2提高原油采收率技術(shù)會(huì)將CO2帶入原油生產(chǎn)系統(tǒng)。CO2溶于水后, 對(duì)油氣井管材具有很強(qiáng)的腐蝕性, 在相同的pH值時(shí)其總酸度比鹽酸還高, 故它對(duì)井內(nèi)管材的腐蝕性比鹽酸更嚴(yán)重。 截至目前, 世界各國(guó)在涉及CO2的油氣生產(chǎn)實(shí)踐中, 已經(jīng)試驗(yàn)和使用了多種防腐措施, 積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。主要的防腐措施包括: 選用耐腐蝕金屬材料、涂層和非金屬材料、緩蝕劑處理等。 4.2 過(guò)早氣竄和較小的波及系數(shù) 由于CO2的粘度和原油粘度之間具有很大的差異引起流度比很不理想, 又進(jìn)一步導(dǎo)致了氣體的過(guò)早突破和很小

18、的波及系數(shù), 這對(duì)注氣開(kāi)發(fā)是非常不利的。目前, 如何控制注氣開(kāi)發(fā)的流度比, 從而推遲CO2的突破時(shí)間以及增大CO2的波及系數(shù), 是注CO2開(kāi)發(fā)面臨的最為重要的問(wèn)題。 針對(duì)這一問(wèn)題, 國(guó)外進(jìn)行了很多有益的嘗試，主要集中在3個(gè)方面：一是和其他EOR相結(jié)合, 比如在注氣過(guò)程中加入表活劑形成泡沫，可降低氣體流度和減小油藏非均質(zhì)性的影響, 從而提高注入氣體的波及效率；二是發(fā)展新的注氣方式，2001年D.Malcolm提出SAG注入方式，其想法和注CO2吞吐的想法類(lèi)似, 即首先注入1個(gè)周期的CO2，然后關(guān)井浸泡一段時(shí)間，在浸泡期間，CO2溶解到原油中，使原油體積增大，粘度降低，待浸泡期結(jié)束后再開(kāi)井繼續(xù)注入

19、，也就是說(shuō)在2個(gè)注入周期中間加入一個(gè)關(guān)井浸泡時(shí)間段；三是利用智能井技術(shù), 通過(guò)智能完井用井底流量控制閥控制生產(chǎn)井見(jiàn)水區(qū)CO2產(chǎn)量和注入井中CO2注入量，減少CO2在注入井和生產(chǎn)井間不必要的循環(huán)，可以提高波及效率，增加原油產(chǎn)量，并提高 最終采收率。 4.3 最小混相壓力的降低 目前在國(guó)外, 特別是美國(guó)進(jìn)行的注CO2采油的方法基本上都是混相驅(qū)替, 但是最小混相壓力主要和油藏的壓力、溫度以及流體的組分相關(guān), 對(duì)于有些溫度較高的油藏很難實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)替, 而采用非混相驅(qū)替其采出程度要比混相驅(qū)替小很多。我國(guó)油藏埋藏較深；溫度均較高，基本沒(méi)有低于60的；密度沒(méi)有明顯的規(guī)律；黏度比國(guó)外高，地層溫度高，所以不易混相15。 如何有效地降低最小混相壓