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1、中国地质大学本科生课程论文课程名称 油（气）层物理学姓名刘极班级022141学号033专业石油与天然气工程所在院系资源学院日期 2016年12 月 24日联系方式对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总成绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效;2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效;3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。注二氧化碳采油技术应用及前景摘要：随着工业的发展，大量的co2排放入大气中，产生温室效应，使得全球 气候变暖，CO,的减排问题得到了人们广泛的关注。1958年，在美国Permain盆 地首先开展了注CO二混相驱替项目，其结果说明了注CO?采油是
2、一种行之有效的 方法，既能够提高原油的采收率，乂能够减少CO2排放。因此，注CO,采油的方 法越来越受到重视，很多国家都开展了相应的实验。本文简要阐述了注CO2采油 技术的驱油机理及注CO2采油技术的方式，并简单的介绍了注CO：采油技术的应 用实例和其发展前景。关键词：注CO。采油驱油机理CO2混相驱油CO2非混相驱油 他吞吐采油1二氧化碳驱油机理通过注入二氧化碳的方法驱油能提高原油采收率，其方法利用了二氧化碳分 别与原油、地层水和储油岩石相互作用的机理。以下详细分析注二氧化碳驱油提 高采收率的机理。1.1降低原油的粘度表1为地层温度70C、压力为13MPa的条件下，向原油通入不同浓度CO：
3、气体并使充分溶解后所测得的原油的粘度，由此数据绘得图lo注入C02浓度mol%5103050为注70 粘 度1#井原油粘度MPa S9267204447377420402#井原油粘度781913623313616350MPa S表1 70c时CO二溶于原油的降粘实验数据（二氧化碳降粘机理实验研究_郑文龙）10000900080007000600050004000300020001000 00 5 10 15 20 25 30 35 10 45 50 55 60 65 70mol%图1原油粘度随CO2注入量变化曲线图（二氧化碳降粘机理实验研究郑文龙）结合表1数据与图1曲线分析可得以下结论：（I）
4、随着C0注入量的增加，原油的粘度会逐渐降低。这是由于0）2的溶解 于原油中，改变了原油的组成，使原油的体积增大，密度降低，分之间的作用力 减小，从而降低了原油的粘度。（2） C0：的降粘作用对高粘度原油更明显。这是由于粘度大的原油往往其分 子的相对分子质量较大，其与co二的差异更大，因此，在相同的co2溶度下，co, 更能有效的降低高粘度原油分子间的作用力，使原油粘度的变化更明显。1.2 改善流度比流度比指的是驱替液的流度与被驱替液的流度之比（采油过程中驱替液一般 指水，被驱替液指的是原油）。流度为流体的相对渗透率与流体粘度之比。有以下公式:=& =2组4 krokro式中：M流度比分别为水和
5、原油的流度;kr.，%分别为水和原油的相对渗透率;分别为水与原油的粘度。当水与原油的相对渗透率保持不变时，水油流度比与水和原油的粘度有关。CO二溶于原油时，原油粘度会降低,而水的粘度与其溶解CO?量的关系如图2,当 CO二的溶解度增大时，水的粘度会增大，这是因为CO,溶于水时，会与水反应生成 碳酸，使得水的粘度增大。因此油与水的粘度比会减小，水油流度比会减小，从 而提高相对于水的流动能力，提高水的波及效率。图2水的粘度与溶解度的关系实验条件：温度20C,压力（超临界C0_2混相驱油技术现状研究李展峰）1.3 降低产水率在油水共产体系中，可由达西定律可导出水的分流方程：1 + X 吟-gp si
6、n a）“1 +生X媪KrV式中： 流体中水的分流量，也就是产液的含水率；K地层的绝对渗透率；K，。、Ke油、水的相对渗透率；人油、水粘度；匕一一总流速（即0/A）;九一一毛细管压力为。一 七L 沿流体流动方向上的距离；g重力加速度；水、油密度差；a地层倾角。当水驱油的方向处于水平时，并忽略毛细管压力与重力影响，可将上述公式化简为:f = _ 二I14 Kro 111 + X 1 + Li KML orw式中：M水油流度比。当油与水的相对渗透率保持不变时，二氧化碳溶于水原油时，会降低水油流 度比，采出原油的含水率会降低，油的采收率会提高。1.4 原油体积膨胀从图2可看出，当碳原子数相同时，CO
7、,含量越高，油的体积膨胀系数越大; 当CO。含量相同时:随着碳原子数增大，油的体积膨胀系数降低。图2链状正构烷燃的膨胀系数随碳原子数与CO：含量的变化关系(50, 30MPa)(C0_2对原油燃组分膨胀效应的主控因素韩海水)2550CO：摩尔比例/ %5 0 5 0 5 3 3 2 2 1 舔斯法逊75图3膨胀系数与分子结构和C02含量变化关系（50, 30MPa）（C0_2对原油烧组分膨胀效应的主控因素.韩海水）从图3可看出，当碳原子数相同、C0：含量相同时，环状燃的体积膨胀系数 较大，而链状燧:的体积膨胀系数较小。当一定量的CO。溶于原油时，原油的体积会发生膨胀，其膨胀系数不仅受控 地层的
8、压力和温度，还与原油的组分密切相关。原油体积发生膨胀，其弹性能会 增加，排驱动力增大，从而提高了驱油效率。1.5 抽提原油中的轻燃组分CO,能从原有中抽提（萃取、气化、蒸发）轻组分。CO2与油层中的原油接触 时，能抽提原油中的轻组分使得CO2富煌，富煌的CO?继续与原油接触时，其中 的轻短继续增加，当CO?中的轻质炫类达到一定数量时，能使CO。与油层中的原 油互溶，从而达到混相驱油的目的。但在CO二非混相驱油及CO二吞吐采油过程中，CO：对原油中的轻燃组分的抽提 并不有益。抽提后残余油黏度增加，采出的难度加大，CO二驱油技术应优先应用 在原油物性相对较好（轻质原油）的油藏。错如未找到引用私1.
9、6 溶解气驱作用当有大量的CO二气体溶于原油后，可起到溶解气驱作用。溶解有大量co二的 原油在排驱至井底的过程中，其所受的地层压力将降低，其中溶解的C02将溢出, 产生气体驱动力。但溶解气驱的作用并不理想，当CO二逐渐脱出，形成连续相时，易产生贾敏 效应，阻碍原油运移；小于co二粘度与原油粘度相差较大，co二的超越性强，容易 造成气窜；CO?对孔壁的润湿作用差，使得油气界面的毛细管压力成为阻力，造 成co：洗油效率差。1.7 对储层渗透率的影响CO:能够增大岩石的渗透性，对于不同的储集岩类型，其作用方式不同。碳 酸盐岩储层主要由方解石、白云石、铁白云石、菱镁矿等矿物组成，这些矿物很 容易溶于碳
10、酸溶液中，因此，当注入co,后，碳酸盐岩储层会发生严重的溶蚀， 增加了岩石的孔隙度，从而使储层的渗透率提高。砂岩储层主要山岩石颗粒（石 英、长石等）、碎屑颗粒、杂基（粘土类矿物）和胶结物（硅质、碳酸盐矿物等） 组成，碳酸溶液对岩石颗粒、碎屑颗粒和杂基的溶蚀作用并不明显，但对填充于 岩石孔隙中的胶结物的溶蚀效果显著。当碳酸盐胶结物溶蚀后，储层的孔隙度会 增加，孔隙间的连通性也会变好，从而渗透率会提高。在co二的注入井附近，水中的co二浓度高，酸性较强，储集岩中的碳酸盐物 质将被溶蚀，但储集岩中被胶结的粘土颗粒会释放到流体中，并随着流体向生产 井运移。在水向生产井运移的过程中，由于压力的降低，水中
11、co?浓度会降低， 酸性减弱，碳酸盐将重新结晶，这些晶体会在孔隙中的生长和沉淀，随流体流 动粘土颗粒也会沉降于孔隙中，最终会使得生产井附近的储层的渗透率下降。2注二氧化碳采油技术的方式注co?采油技术的基本方式有三种，分别为世混相驱油技术、co二非混相驱 油技术和co2吞吐采油技术。co二混相驱油技术驱油机理co：混相驱油机理与蒸发气驱混相驱油机理相同，即多次向储集层原油中交 替注入液态co。和水，注入流体和原油多次接触后，发生分子扩散作用，原油与 气体间多次发生组分传质作用，最终消除多相状态，达到混相状态。在接触混相 的过程中，会形成一个相过渡带，相过渡带位于驱替前缘，在这个相过渡带中， 流
12、体的组成III油藏原油的原始组成过渡到注入的气体混合物的组成。注入气体与油藏原油要想达到混相，其地层压力需高于某一压力，我们称之 为最小混相压力。co：在温度高于,压力高于时能达到超临界状态，在一般 油藏条件下的co?都处于超临界状态。超临界的co。能很好的溶解原油，最小混 相压力较低，易与原油形成混相带。油藏条件（I）适用于不存在断层和裂缝，且非均质性不太严重的油藏。co2驱油时不 易发生绕流与气窜。（2）适用于油藏压力较大的油藏。只有当地层压力大于最小混相压力时.， 才能形成混相带。对于地层压力接近于最小混相压力的油层，需要先向地层注水 升压。（3）适用于轻炫（C=-C6）含量较高油藏。轻
13、质油与CO2的最小混相压力较 低。2.2 CO?非混相驱油技术驱油机理CO:非混相驱油技术的主要机理是注入CO2溶解于原油，大大降低了原油的粘 度，使得原油的流度增高。同时.,也提高了油层压力和驱油动力，能形成溶解气 驱；降低油水界面张力，使得残余油能够流动。CO二溶于水而形成的碳酸还能提 高储层孔隙度与渗透率。2. 2. 2油藏条件（1）适用于重燃（C5-C12）含量较高的油藏。油藏重燃含量高，使得最小混 相压力较高，不易形成油气混相带，为C02非混相驱。（2）适用于不存在断层和裂缝，且非均质性不太严重的油藏。2.3 CO?吞吐采油技术驱油机理CO二吞吐采油技术是将一定量的液态CO?注入地层
14、，并关井浸泡一段时间，使 CO,充分溶解于原油，然后开采原油的一种方法。其主要利用了 co二溶解于原油， 使其体积膨胀，粘度降低的机理。油藏条件（I）油藏封闭性要良好，这样能防止注入的co2逃逸到油藏之外的岩层，使 co,充分溶解于原油。（2）油层的厚度不能太大，非均质性不太严重，层间的干扰较小，在这种条 件下CO。才能均匀的溶解到原油中。3注二氧化碳采油技术的优缺点3. 1优点1） ） CO二来源广泛，使用CO：驱油经济效益好，成本低。（2）能减少CO2的排放，减缓CO。所造成的温室效应，减缓CO,对环境的压 力，减缓全球气候变暖的趋势。（3）采用注CO?驱油，能从多个方面提高原油的采收率。
15、3） 2缺点（1）易发生绕流与气窜。由于CO二的粘度低，渗透超越能力较强，易发生 气窜。由于油藏在重力分异作用与非均质性，使得气体易向储集层上方的高渗透 层流动，造成绕流，使得波及效率降低。为防止绕流和气窜发生，需降低CO：混 相驱油过程的水油流度比，往往采用水气交替的驱油方式以降低流度比。（2）易腐蚀管道。CO?溶于水中时会生成碳酸，乂因为地层压力较大，使得 co二溶解度大，水中碳酸的浓度大，酸性强，易腐蚀管道。因此，管道应选用性 能合适的耐蚀材料，并在管道内部采用塑料涂层、衬里和非金属材料防腐蚀，还 可使用缓蚀剂保护油井。（3）沥青质沉积。原油中的沥青质的表面常附着有胶质，胶质一般为含有
16、N、S、0的化合物，是一种极性强的表面活性剂，其附着于沥青质表面，使得沥 青质能以较稳定分散胶体的形式存在于原油中。在CO2驱替的过程中，原油沥青 质与胶质的比值会改变，沥青质会聚集为大分子团沉积。（4）油层堵塞。注CO,采油技术存在油层堵塞的问题。在C0驱替原油的过 程中，大量的CO?存在于原油及水中，可能会导致钙质沉积，堵塞油层。注入井 周围储层的地层水中CO：的溶解量较大，浓度较高，酸性较强，可溶解石灰岩中 的钙质。但随着富含钙质的地层水流向生产井，地层压力将降低，地层水中CO： 浓度降低，酸性降低，钙质将重新沉淀，造成油层堵塞。4注二氧化碳采油技术的应用相对来说，注二氧化碳采油技术中的
17、二氧化碳混相驱油在当前世界范围内占 据主导地位，在国外发达国家一般是采用二氧化碳混相驱油的方式来提高石油开 采率，如在美国混相驱替的石油开采项目数量高达上百个。我国也进行了注二氧 化碳驱油的试验。下面以我国的江苏油田为例，简单的介绍注二氧化碳驱油技术 在我国油田中的应用。4.1 试验区概况富14断块为一断鼻构造，油藏北界受断层控制，南界为一火山岩岩墙，是 一南倾北断的砂岩油藏（见图4）,属于以牵引流为主的曲流河沉积。目的层上部为一连续性较好、分布较广的泥岩盖层，具有较好的气封隔性。他到引用姓EzsF水气.交替注入井他人并图4 C02混相试验区顶面构造图1984年，该油田开始投入生产。1987年
18、8月，开始向边缘注水，给油层补 充能量，提高采收率。1988年，油田产量达最高峰，为2.8 X 10%,采油速度 为。但随着生产井的调整和水的不断注入，采出原油的含水率不断上升，产量 不断下降，直至1997年，油田年产量下降到为0.2 X 104t，采油速度仅为机 累积采出原始原油储量的38%。4.2 注CO?采油试验在进行注CO。采油试验前，需要先向油层注水，以确保油层压力超过原油最 小混相压力，从而达到CO。混相驱油的目的。当油层压力提高后，需进行示踪剂 注入试验，目的是了解注入井与生产井间油层的连通情况。富14断块从1998 年18日至2000年9月30日，已完成6个完整的气、水交替注入
19、周期。为保持 地层压力，2000年10月份开始后续水驱。截至2000年12月，累计注C02为19666m3 （地下体积），占燃类孔隙体积%,累计注水量为24039/，累计气水比为：1。 4.3试验结果富14断块注CO?采油试验的结果如表2。从表中可以看出，几口重点的生产 井的含水率明显降低，日产油量显著上升，其中富61井的增油降水效果最为明 显。由此可见，富14断块注CO?驱油试验是成功的。井号试验前见效初期峰值累计增产油量(t)产油量 (m3/d)含水 率 (%)见效时 间产油量(m3/d )含水率(%)产油量 (m3/d)含水率(%)富61富11195富66A90富290100富70010
20、0表2重点生产井增油降水效果(江苏油田C0_2混相驱现场试验研究.刘炳官)5注二氧化碳采油技术的发展前景随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对石油产品的需求量不断 增加，但大部分的老油田已经进入开采后期，而新发现的油田大部分是低孔、低 渗油田等非常规油田，如果利用传统的采油方法开采，其采收率低，无法有效的 开采原油，无法提高原油的采收率。因此，人们开始研究三次采油技术，来提高 采收率。注二氧化碳采油是三次采油中的一种重要技术。当前，在世界范围内二氧化 碳驱油是一项较为成熟、高效的采油技术，其具有比传统水驱油更明显的技术优 势，且能显著的提高采收率。注二氧化碳采油在我国也具有较广阔的应用
21、前景。我国的二氧化碳排放量极 大，如果不将二氧化碳进行合理的封存就会产生严重的温室效应，使人类的生存 环境遭到破坏，而利用注二氧化碳采油来提高原油的采收率无疑是一种一举多得 方法。但是我国原油的埋藏的温度较高，黏度较大，使得二氧化碳驱油技术在我 国的应用受到了限制，很多油田都只处于试验阶段，还未大规模得应用。因此， 须要我国学者因地制宜，探寻合适得工艺方法使得注二氧化碳驱油技术在我国得 到广泛得应用。参考文献11郑文龙.二氧化碳降粘机理实验研究J.化工管理，2014(33):87-87.2李展峰，李乐，刘哲，等.超临界CO_2混相驱油技术现状研究J.辽宁 化工，2013(11).3杨胜来，杭达
22、震，孙蓉，等.CO_2对原油的抽提及其对原油黏度的影响 J.中国石油大学学报自然科学版，2009, 33(4):85-88.4朱子涵，李明远，林梅钦，等.储层中CO_2一水一岩石相互作用研究进 展E.矿物岩石地球化学通报,2011, 30(1):104-112.5汤勇，尹鹏，汪勇，等.CO2混相驱的可行性评价J.西南石油大学学报: 自然科学版，2014, 36(2):133-138.6张怀文，张翠林，多力坤. CO_2吞吐采油工艺技术研究J.新疆石油科 技，2006(4) : 19-21.7刘炳官，朱平，雍志强，等.江苏油田C0_2混相驱现场试验研究J.石 油学报，2002, 23(4) : 56-60.8黄娟娟，胡贤能，王雪.注二氧化碳采油技术应用及前景J.工业， 2016(3):00229-00229.9郝敏，宋永臣.利用CO2提高石油采收率技术研究现状J.钻采工艺， 2010, 33(4): 59-63.10高慧梅，何应付，周锡生.注二氧化碳提高原油采收率技术研究进展J.特种油气藏,2009, 16(1) :6-12.Ill李刘鹏，张志军.注二氧化碳提高原油采收率技术研究进展UL科技创 新与应用，2014, 16(33) :124-124.【12】张德平.C02驱采油技术研究与应用现状J.科技导报，2011, 29(13) : 75-79.