CO提高原油采收率綜述

PAGE3-ＥＯR-CO２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(shù)是一項能夠利用物理、化學和生物等新技術(shù)提高原油采收率的重要油田開發(fā)技術(shù).目前，世界上已形成三次采油的四大技術(shù)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(shù)成熟和中大型ＣO2氣藏的發(fā)現(xiàn)而得到大力進展,在越來越關(guān)注溫室效應、考慮如何封存ＣO2的今日，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(guān)鍵字:CＯ2驅(qū)ＣO2混相驅(qū)ＣＯ2非混相驅(qū)EＯRCO2單井吞吐前言圖１20０7年度EOＲ項目數(shù)分類百分比[2］２0世紀70年月，注烴類氣驅(qū)主要在加拿大獲成功應用。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(shù)適用范圍大、成本較低等優(yōu)勢，CO2混相驅(qū)除漸進展起來[1］。到８0年月,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％；其次位是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)1２個,CO2非混相４個，CO2圖１20０7年度EOＲ項目數(shù)分類百分比[2］1９79年,我國將三次采油列為油田開發(fā)十大科學技術(shù)之一,揭開了我國三次采油進展的序幕。由于缺乏足夠的氣源和我國油藏簡略特征,我國主要進展了化學驅(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)項目也將快速推動。CＯ2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削減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)得以飛快進展,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。在猜測將來幾十年內(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)為主的熱采仍是將來三次采油的主要方法；注聚合物技術(shù)的使用在急劇削減,但近年隨油價上升而有所增加；由于具有環(huán)保特性和成本優(yōu)勢，注ＣO2驅(qū)的進展空間極大。1CO２驅(qū)的機理［4]ＣO２本身的物理化學特性決定了其驅(qū)替機理主要是:降低原油界面張力，削減驅(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與原油界面張力降低，同時油的黏度降低。降低原油粘度；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.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原油體系消滅非單一油相，即油、氣兩相；兩相產(chǎn)生了分離.體系消滅非單一油相的情況有兩種:①ＣＯ2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定分離成兩相;②當CO2在原油中溶解達到飽和時，消滅兩個液相，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(shù)應優(yōu)先應用在原油物性相對較好(輕質(zhì)原油）的油藏［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，提高其流淌性；當油層壓力降低時，CO２會從原油中析出，形成溶解氣驅(qū)。酸化解堵作用,提高注入能力;二氧化碳與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。CO2與油水的相互作用［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與油水的相互作用，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。２CO2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)。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)對原油中的輕烴組分具有抽提作用，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(shù)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納非混相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(shù)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(shù)室內(nèi)討論表明: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％，從而增強原油流淌能力；同時地下原油體積膨脹２7。９%,使儲集層孔隙壓力上升，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]。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,與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，連續(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。３ＣＯ2驅(qū)對六類油氣田的應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，可以用于一般稀油油藏、簡潔斷塊油藏、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。3.1一般稀油油藏［１0］本次實驗在遼河稀油區(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注入量的增加而上升,各區(qū)塊上升速度較為全都；(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與地層原油性質(zhì)親密相關(guān),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。圖2注ＣO２工藝流程示意圖依據(jù)對不同油區(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)特征討論和對比分析,稀油區(qū)注CO2吞吐提高采收率有肯定的潛力。如果原始地層壓力大于飽和壓力,那么可以實現(xiàn)CO圖2注ＣO２工藝流程示意圖３．2簡潔斷塊油藏[8］CO２單井吞吐工藝增油技術(shù)是一種提高簡潔小斷塊油藏采收率的有效方法。在調(diào)研和室內(nèi)討論的基礎上，19９8年在成功油區(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，采納套管連續(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、成功等油田。一般稠油資源已基本得到開發(fā)，動用特超稠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.成功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)等作用進行了討論,并在該區(qū)塊進行了CO2蒸汽吞吐工藝的礦場應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集中過程中，其氣泡帶動周邊原油和降粘劑滲流擾動，為原油充分降粘及集中供應了條件）。單113塊位于成功油田分公司單家寺油田西區(qū)，含油面積1.0kｍ２，地質(zhì)儲量788萬t，地面脫氣原油粘度3０×104-１３3．２×10４mPa·s，屬于超稠油油藏。超稠油油藏注入CＯ2協(xié)作蒸汽吞吐能夠提超群稠油油藏的開發(fā)效果,對單113塊超稠油油藏開發(fā)供應了一種新的工藝技術(shù)和開采方式。3。4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,格外是對于注水難以建立起有效驅(qū)動體系的特低滲透油藏。表2各種注入方式優(yōu)缺點對比將周期注氣應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，與連續(xù)注氣相比，周期注氣可以有效提高CO2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,提出采納周期注氣改善注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),改善層間沖突。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。3.５縫洞型碳酸鹽巖油藏［1３］圖3各方案累計產(chǎn)油對比曲線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(shù)。但是,隨著單井縫洞單元注水替油周期的增加，周期產(chǎn)油量越來越低，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討論，為塔河油田下一步提高采收率工作供應技術(shù)支撐。圖3各方案累計產(chǎn)油對比曲線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)方案的可行性進行猜測計算。依據(jù)主要猜測指標的對比圖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。3．6氣藏［14]隨著天然氣開采,地層壓力將下降至廢棄壓力，不行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,是可以避開沉淀和水侵的發(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.4ＣO2驅(qū)目前存在的問題及國內(nèi)外的解決方案[4］4．1腐蝕問題采納注CＯ2提高原油采收率技術(shù)會將ＣO2帶入原油生產(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,積累了比較豐富的閱歷。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過早氣竄和較小的波及系數(shù)由于CＯ2的粘度與原油粘度之間具有很大的差異引起流度比很不抱負,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)是格外不利的。目前，如何掌握注氣開發(fā)的流度比，從而推遲CＯ2的突破時間以及增大CO2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：一是與其他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；二是進展新的注氣方式，200１年D．Maｌcolm提出SAG注入方式,其想法與注CO２吞吐的想法類似，即首先注入1個周期的CO2,然后關(guān)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)束后再開井連續(xù)注入,也就是說在2個注入周期中間加入一個關(guān)井浸泡時間段；三是利用智能井技術(shù),通過智能完井用井底流量掌握閥掌握生產(chǎn)井見水區(qū)CO2產(chǎn)量和注入井中CO2注入量，削減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外,格外是美國進行的注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與油藏的壓力、溫度以及流體的組分相關(guān)，對于有些溫度較高的油藏很難實現(xiàn)混相驅(qū)替,而采納非混相驅(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盆地的油藏進行了討論,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。4.４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，目前的進展方向逐漸向工業(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［１］趙華．全球熱衷三次采油技術(shù).中國石化月刊．2010，１1．[２］眭純?nèi)A,厲華,畢新忠。世界三次采油現(xiàn)狀及進展趨勢［Ｊ]。國外油田工程．２01０,26（1２)。［３]繆明富，彭子成，鐘國利。利用二氧化碳資源提高氣田開發(fā)效益［J]．石油與天然氣化工。2005，3