CO2提高原油采收率綜述

1、EORCO2 提高原油采收率綜述 班 級： 11 秋 學 號： 11602101031 報告人：都 軍 EOR-CO2提高原油采收率綜述 【摘要】 三次采油技術是一項能夠利用物理、化學和生物等新技術提 高原油采收率的重要油田開發(fā)技術。 目前，世界上已形成三次采油的 四大技術系列，即化學驅(qū)、氣驅(qū)、熱力驅(qū)和微生物驅(qū)。尤其是，CO2驅(qū)在近年來隨著技術成熟和中大型 CO2 氣藏的發(fā)現(xiàn)而得到大力發(fā)展， 在越來越關注溫室效應、考慮如何封存 CO2 的今天，有效利用這種溫 室氣體進行油田開發(fā)更能保護地球，可謂一舉兩得。關鍵字： CO2驅(qū) CO2混相驅(qū) CO 2非混相驅(qū) EOR CO2 單井吞吐前言20 世紀

2、 70年代，注烴類氣驅(qū)主要在加拿大獲成功使用。隨后，由于烴類氣 體價格上漲和天然 CO2氣藏的發(fā)現(xiàn)以及 CO2 混相驅(qū)技術適用范圍大、成本較低等 1圖 1 2007 年度 EOR 項目數(shù)分類百分比 2優(yōu)勢， CO2混相驅(qū)逐漸發(fā)展起來 1 。到 80 年代， CO2 混相驅(qū)成為美國最重要的三 次采油方法。由圖 1 看出， 2007 年世界范圍內(nèi) EOR項目中，項目數(shù)排第一位的 是蒸汽驅(qū)，占總項目數(shù) 39.3%；第二位是 CO2 混相驅(qū)，占 29.9%；第三位是烴混 相/非混相驅(qū)，占 10.5%。至 2007 年底, 在世界范圍內(nèi)計劃中的 EOR項 目共有 32 個, 其中 CO2 混相項目數(shù) 1

3、2 個，CO2非混相 4 個，CO2 驅(qū)計劃 的項目已經(jīng)占 到 50%，比例越 來越大。1979 年 , 我國將三次采 油列為油田開發(fā)十大科學技術之一 , 揭開了我國三次采油發(fā)展的序幕。由于缺乏足夠的氣源和 我國油藏具體特征， 我國主要發(fā)展了化學驅(qū)和熱力采油， 氣驅(qū)和微生物驅(qū)基本處 于室內(nèi)實驗狀態(tài)。 近年來， 隨著中國部分地區(qū)發(fā)現(xiàn) CO2氣源， CO2氣驅(qū)的三采開發(fā) 項目也將快速推進。CO 2 在地層內(nèi)溶于水后，可使水的粘度增加 20%-30%，運移性能提高 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

4、油。 CO2 驅(qū)一般可提高原油采收率 7% -15%，延長油井生產(chǎn)壽命 15-20 年3 。近年來，隨著全球氣候變暖要求減少二氧化碳排放以及各國隨之制定的不同 優(yōu)惠政策和排放稅等措施，使得 CO2 混相驅(qū)得以迅速發(fā)展，世界各大石油公司利 用 CO2 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。在預測未來幾十年內(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三次采油的主要方法； 注 聚合物技術的使用在急劇減少， 但近年隨油價升高而有所增加； 由于具有環(huán)保特 性和成本優(yōu)勢，注 CO2 驅(qū)的發(fā)展空間極大。1 CO

5、2驅(qū)的機理4CO2本身的物理化學特性決定了其驅(qū)替機理主要是：（ 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，同時油的黏度降低。（ 2） 降低原油粘度；（ 3） 使原油體積膨脹；實驗證明， CO2 溶于原油可以使原油體積增大，相當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

6、普遍提高 , 殘余油樣黏度 是原油黏度的 1.1-2.0 倍，且溫度越低，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 油氣必然分離成兩相；當 CO2 在原油中溶解達到飽和時，出現(xiàn)兩個液相，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)油技術應優(yōu)先使

7、用在原油物性相對較好（輕質(zhì)原油 ）的油藏5 。（ 5） 壓力下降造成溶解氣驅(qū)；二氧化碳溶解進入原油可以降低原油黏度， 提高其流動性； 當油層壓力降低 時， CO2會從原油中析出，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)， 改善儲層物性，提高注入能力。（7） CO2 和油水的相互作用 6 。通過不同含水率條件下的油水乳化實驗，考察了溶解 CO2 前后油水乳化程度 （ 以乳化帶體積占油水總體積的百分比表示 ） 。實驗結(jié)果表明， CO2 在油、水中溶 解后，地層水的粘度增大，原油的粘度減小， CO2 的溶解有利于改善水

8、油黏度比， 且初始壓力從 0.1MPa 增至 6MPa時，水油黏度比增大至原來的 4.67 倍。溶入 CO2 的油水體系的乳化程度遠遠大于未溶入 CO2 油水體系的，且含水率為 40%時，碳 酸水/ 原油體系的乳化程度可達 96.43%。CO2 和油水的相互作用，有利于改善水 驅(qū)微觀驅(qū)油效率，擴大氣驅(qū)宏觀波及效率，提高原油采收率。2 CO2 驅(qū)的驅(qū)替類型在不同的油藏條件下， CO2 的驅(qū)油機理并不相同 , 現(xiàn)場實施注 CO2 項目的軀 體類型主要分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)。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)對原油中的輕烴組分具有抽提作用，

9、 導致剩余油中重烴組分含量很高， 黏 度增大，使剩余油難以開發(fā)， 因而驅(qū)油效率相對較低， 非混相驅(qū)一般多用于原油 性質(zhì)較好的輕質(zhì)油的開發(fā)； 但是隨著技術升級， 最新的開發(fā)實踐表明， 非混相驅(qū) 在輕質(zhì)組分較少的重油開發(fā)中也同樣有很好的效果， 土耳其石油公司 （TPAO）在土 耳其東南部的幾個油田采用非混相 CO2驅(qū)提高重油采收率，此時 CO2 主要起到降 粘作用和膨脹作用 7 。非混相驅(qū)中最典型的是注 CO2吞吐。CO2 吞吐技術能夠降低原油黏度， 膨脹原 油及相對滲透率轉(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 吞吐技術室內(nèi)研究表明 : 將液態(tài) CO2注入油層 , 在

10、地層溫度下 , CO2快速汽化混 溶于原油，可降低原油粘度 85.9%，從而增強原油流動能力；同時地下原油體積 膨脹 27.9%，使儲集層孔隙壓力升高 , 在局部形成飽和地帶，使部分殘余油被驅(qū) 動，提高了油相滲透率， 可使驅(qū)油效率提高 7.5%，從而提高油藏的最終采收率 8 ?；煜囹?qū)鑒于非混相驅(qū)的限制性因素和較低的驅(qū)替效率，目前國外注 CO2 項目以混相 驅(qū)為主。原油中的溶解能力強，工程混相條件下，摩爾含量達到 0.7 。注入 CO2 抽提原油中的中間烴，甚至 C19+以上的重烴，和地層油在前緣達到混相。 CO2 注 入量增加，混相帶增長， CO2 波及區(qū)域增加，有利于驅(qū)油效率增加。隨著注入壓

11、 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。達到混相后，繼續(xù)增加壓力對驅(qū)油影響變小 9 。目前注 CO2驅(qū)油項 目適用油藏參數(shù)范圍較寬 , 在能達到混相的條件下 , CO2 具有極高的驅(qū)替效率 , 能大幅度提高油井的生產(chǎn)能力。3 CO2 驅(qū)對六類油氣田的使用實例利用二氧化碳驅(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。下面將以開發(fā)實例對各類油藏的二氧化碳驅(qū)效果進行敘述。 3.1 普通稀油油藏 10本次實驗在遼河稀油區(qū)的雙北 124 塊、馬 20、興

12、北 S3、歡 26 以及杜 4 等五 個區(qū)塊進行，在進行 CO2 吞吐后發(fā)現(xiàn)四條規(guī)律：（1）各個區(qū)塊原油的粘度在注 CO2以后均呈下降 , 總趨勢是隨 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 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，中間烴含量 相對較低的原油，注入 CO2 后的地層流體密度呈下降趨勢，而中間烴含量相對較 高的原油，注入 CO2 后的地層流體密度呈上升的趨勢。根據(jù)對不同油

13、區(qū)的有代表性的五 個區(qū)塊進行地層原 油相態(tài)特征和注 CO2 后流體相態(tài)特征研 究和對 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 么可以實現(xiàn) CO2 混相驅(qū)，可以進一步提高采收率。復雜斷塊油藏 8CO2 單井吞吐工藝增油技術是一種提高復雜小斷塊油藏采收率的有效方法。在調(diào)研和室內(nèi)研究的基礎上， 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井進行現(xiàn)場注入試驗 , 取得了明顯的增油效果。在 K153X2 井進行的注 CO2 吞吐試驗，流程見圖 2，注入 65t 液態(tài) CO2，平均注入速度 13t/h, 采用套管連續(xù)注入

14、，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結(jié) 果見表 1，分析可得： 在 殘余油飽和度基本相同 的情況下， CO2 注入量越 大，吞吐增加的采收率 越大；在 CO2 注入量相同 的情況下，殘余油飽和 度越高，吞吐增加的采 收率越大；在其他條件 相同的情況下，注入壓 力越高，浸泡時間越長，吞吐增加的采收率越大3.3 超稠油油藏 11我國發(fā)現(xiàn)的稠油資源相當可觀，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發(fā)，動用特超稠

15、油資源正成 為彌補稠油產(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 塊的超稠油開發(fā)工藝，主要對 CO2在超稠油開發(fā)中的增能助排、溶解降粘、傳質(zhì) 等作用進行了研究，并在該區(qū)塊進行了 CO2 蒸汽吞吐工藝的礦場使用并取得了較 好的效果。注入 CO2 對超稠油油藏的增油機理是：原油體積膨脹增能助排；溶解降粘降 低原油粘度；熱量傳遞；動量傳遞（ CO2擴散過程中 , 其氣泡帶動周邊原油和降 粘劑滲流擾動 , 為原油充分降粘及擴散提供了條件） 。2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 44量 788 萬 t ，地面脫氣原油粘度 3010

16、4 -133.2 104mPas, 屬于超稠油油藏。 超稠油油藏注入 CO2配合蒸汽吞吐能夠提高超稠油油藏的開發(fā)效果 , 對單 113塊 超稠油油藏開發(fā)提供了一種新的工藝技術和開采方式。特低滲透油藏 12注 CO2 驅(qū)油已成為提高油藏開發(fā)效果的一種有效方法，特別是對于注水難以 建立起有效驅(qū)動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 101 區(qū)塊的方案編制中，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 CO2 的換油率，減緩油井 氣竄 , 最終提高采收率； 并且在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，周期注氣可以明顯降低油井 油氣比上升速度， 改善油藏開發(fā)效果。 周期注氣和其他注入

17、方式的優(yōu)缺點對比見 表 2 。表 2 各種注入方式優(yōu)缺點對比針對特低滲透油藏難以實施水氣交替的情況 , 提出采用周期注氣改善注 CO2 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 , 能夠增大 CO2的波及系數(shù) , 改善層間矛盾。樹 101 區(qū)塊的方案編制過程和現(xiàn)場實施效果 說明周期注氣適合特低滲透油藏?？p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， 基質(zhì)孔隙 度低，基本不具有儲油能力， 裂縫和溶洞是主要儲集空間和滲流通道。 注水替油 是縫洞型油藏提高采收率 的主導技術。但是，隨著單 井縫洞單元注水替油周期 的增加，周期產(chǎn)油量越來越

18、 低，噸水換油率越來越高， 注水替油效果越來越差。開 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 收率工作提供技術支撐。S86區(qū)塊油藏數(shù)值模擬模型，在生產(chǎn)歷史擬合的基礎上，分別針對衰竭式開發(fā)、注水開發(fā)、注CO2、注 烴類氣體共 4 類開發(fā)方案，對塔河油田 S86區(qū)塊注氣開發(fā)方案的可行性進行預測 計算。根據(jù)主要預測指標的對比圖 3可以看出，注 CO2的采收率明顯高于其他幾種 方法。說明，注 CO2的對縫洞型碳酸鹽巖油藏開發(fā)有很好的增產(chǎn)效果。氣藏隨著天然氣開采 , 地層壓力將下降至廢棄壓力 , 不可能再進行自然衰竭開 采。此時, 注CO2恢復地層壓力 , 從而提高采氣

19、量和促進凝析油蒸發(fā)。隨著天然 氣的大量采出 , 一部分 CO2 將會保留在地層中 , 這就是所謂的 CO2 沒收存儲。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、類似于油藏水驅(qū)的驅(qū)替； 二、 對剩余天然氣恢復壓力。驅(qū)替原理：通過壓縮機，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，密度也遠大于 甲烷，并且隨著注入量的增加，使 CO2 向下運移可穩(wěn)定地將甲烷驅(qū)替出采出井。 4 CO2 驅(qū)目前存在的問題及國內(nèi)外的解決方案 44.1 腐蝕問題采用注 CO2提高原油采收率技術會將 CO2帶入原油

20、生產(chǎn)系統(tǒng)。 CO2溶于水后 , 對油氣井管材具有很強的腐蝕性 , 在相同的 pH值時其總酸度比鹽酸還高 , 故它 對井內(nèi)管材的腐蝕性比鹽酸更嚴重。截至目前 , 世界各國在涉及 CO2 的油氣生產(chǎn)實踐中 , 已經(jīng)試驗和使用了多 種防腐措施 , 積累了比較豐富的經(jīng)驗。 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。過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 一步導致了氣體的過早突破和很小的波及系數(shù) , 這對注氣開發(fā)是非常不利的。 目 前, 如何控制注氣開發(fā)的流度比 , 從而推遲 CO2 的突破時間以及增大 C

21、O2的波及 系數(shù), 是注 CO2 開發(fā)面臨的最為重要的問題。針對這一問題 , 國外進行了很多有益的嘗試， 主要集中在 3 個方面：一是和 其他 EOR相結(jié)合 , 比如在注氣過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吞吐的想法類似 , 即 首先注入 1 個周期的 CO2，然后關井浸泡一段時間，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)束后再開井繼續(xù)注入，也就是說在 2 個注入周期中間加入一個關井浸泡時間段； 三是利用智

22、能井技術 , 通過智能完 井用井底流量控制閥控制生產(chǎn)井見水區(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。最小混相壓力的降低目前在國外 , 特別是美國進行的注 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 , 對于有些溫度較 高的油藏很難實現(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。我國油藏埋藏較深；溫度均較高，基本沒有低于60的；密度沒有明顯的規(guī)律；黏度比國外高，地層溫度高，所以不易混相 15 。如何有效地降低最小混相壓

23、力從而實現(xiàn)動態(tài)混相驅(qū)替是一個重要的問題。 最近在這一問題上 J.Bon 提出在 CO2 中加入少量的 C5+可以有效地降低最小混 相壓力，文中針對澳大利亞中部 Cooper 盆地的油藏進行了研究，指出在 CO2 氣 體中加入 0.3% mol 的 C5+使得最小混相壓力從 23.7MPa下降到 19.8MPa, 可以看 出加入 C5+以后 , 原油的混相壓力降低明顯。氣源問題在國外進行的 CO2-EOR項目氣源主要分為天然氣源和工業(yè)廢氣， 目前的發(fā)展 方向逐漸向工業(yè)廢氣方向轉(zhuǎn)移，并且由于環(huán)境保護的需要，天然CO2 氣源的利用正逐漸受到越來越多的限制。中國由于缺乏天然的 CO2 氣源，因此加大工業(yè)廢氣 的利用可以作為一舉兩得的可行方案。參考文獻趙 華. 全球熱衷三次采油技術 . 中國石化月刊 .2010 ，11.眭純?nèi)A，厲 華，畢新忠 . 世界三次采油現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J. 國外油田工 程.2010 ，26(12).繆明富