注氣提高采收率機(jī)理

1、1注煙道氣、二氧化碳驅(qū)油機(jī)理1.1注煙道氣提高采收率由于煙道氣驅(qū)的成本較氮?dú)怛?qū)高，因此發(fā)展緩慢。近年來隨著人們對環(huán)境治 理力度的加大以及原油價(jià)格的上漲，煙道氣驅(qū)油技術(shù)又有了發(fā)展的空間。因?yàn)槿?果考慮環(huán)境效益，煙道氣驅(qū)要比氮?dú)怛?qū)經(jīng)濟(jì)劃算。所以煙道氣近年來也得到了較 好的發(fā)展。1.1.1煙道氣驅(qū)提高采收率機(jī)理煙道氣通常含有80%85%的氮?dú)夂?5%20%的二氧化碳以及少量雜質(zhì)，也 稱排出氣體，處理過的煙道氣，可用作驅(qū)油劑。煙道氣的化學(xué)成分不固定，其性 質(zhì)主要取決于氮?dú)夂投趸荚跓煹罋庵兴嫉谋壤?。煙道氣具有可壓縮性、溶 解性、可混相性及腐蝕性。根據(jù)煙道氣中所含氣體的組成，提高采收率機(jī)理主要 是二

2、氧化碳驅(qū)和氮?dú)怛?qū)機(jī)理。1.1.1.1二氧化碳機(jī)理由于煙道氣中二氧化碳的濃度不高，所以不容易達(dá)到混相驅(qū)的要求，主要是 利用二氧化碳的非混相驅(qū)機(jī)理。即降低原油黏度、使原油膨脹、降低界面張力、 溶解氣驅(qū)、乳化作用及降壓開采。由于二氧化碳在油中的溶解度大，在一定的溫 度及壓力下，當(dāng)原油與CO2接觸時(shí)，原油體積增加，黏度降低CO2在原油中的 溶解還可以降低界面張力及形成酸性乳化液。CO2在油中的溶解度隨壓力的增加 而增加，當(dāng)壓力降低時(shí)，飽和了 CO2的原油中的CO2就會(huì)溢出，形成溶解氣驅(qū)。 與CO2驅(qū)相關(guān)的另一個(gè)開采機(jī)理是由CO2形成的自由氣飽和度可以部分代替油 藏中的殘余油181.2.1.2氮?dú)怛?qū)機(jī)理

3、注氮?dú)馓岣卟墒章蕶C(jī)理主要有：（1）氮?dú)饩哂斜容^好的膨脹性，使其具有良 好的驅(qū)替、氣舉和助排等作用；可以保持油氣藏流體的壓力；（2）氮?dú)饪梢赃M(jìn)入 水不能進(jìn)入的低滲透層段，可降低滲透帶處于束縛狀態(tài)的原油驅(qū)替成為可流動(dòng)的 原油；（3）氮?dú)獗蛔⑷胗蛯雍?，可在油層中形成束縛氣飽和度，從而使含水飽和度 及水相滲透率降低，在一定程度上提高后續(xù)水驅(qū)的波及體積；（4）氮?dú)獠蝗苡谒?微溶于油，能夠形成微氣泡，與油水形成乳狀液，降低原油黏度，提高采收率。氮?dú)馀c地層油接觸產(chǎn)生的溶解及抽提效應(yīng)，一方面溶解效應(yīng)使原油黏度、密 度下降，改善原油性質(zhì)，使處于驅(qū)替前緣被富化的氣體黏度、密度等性質(zhì)接近于 地層原油，氣一油兩相間

4、的界面張力則不斷降低，在合適的油層壓力下甚至降到 零而產(chǎn)生混相狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，注氮?dú)怛?qū)油效率將明顯提高；另一方面，抽 提效應(yīng)使原油性質(zhì)變差，這種抽提作用在油井近井地帶表現(xiàn)更明顯、更強(qiáng)烈。煙道氣驅(qū)更適用于稠油油藏、低深透油藏、凝析氣藏和陡構(gòu)造油藏。1.2注CO提高采收率2在各種注氣方式中，注二氧化碳提高原油采收率的研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年， 特別是近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境要求的需要，二氧化碳驅(qū)顯得越來越重要， 包括我國在內(nèi)的很多國家都開展了注二氧化碳驅(qū)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。1.2.1 CO驅(qū)油機(jī)理2將CO2作為油藏提高采收率的驅(qū)油劑已研究多年，在油田開發(fā)后期，注入 CO2,能使原油膨脹，降低原油粘度，減

5、少殘余油飽和度，從而提高原油采收率， 增加原油產(chǎn)量。CO2能夠提高原油采收率的原因有：（1）CO2溶于原油能使原油體積膨脹，從而促使充滿油的空隙體積也增大， 這為油在空隙介質(zhì)中提供了條件。若隨后底層注水，還可使油藏中的殘余油量減 少。（2）CO2溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流動(dòng)性提高，其結(jié)果是用 少量的驅(qū)油劑就可達(dá)到一定的驅(qū)油效率。（3）CO2溶于原油能使毛細(xì)管的吸滲作用得到改善，從而使油層掃油范圍 擴(kuò)大，使水、油的流動(dòng)性保持平衡。（4）CO2溶于水使水的粘度有所增加，當(dāng)注入粘度較高的水時(shí)，由于水的 流動(dòng)性降低，從而使水油粘度比例隨著油的流動(dòng)性增大而減少。（5）CO2水溶液能與巖石的碳酸

6、巖成分發(fā)生反應(yīng)，并使其溶解，從而提高 儲集層的滲透率性能，使注入井的吸收能力增強(qiáng)。CO2溶于水可降低油水界面的表面張力，從而提高驅(qū)油效率。CO2可促使原油中的輕質(zhì)烴類(C2C3)被抽提出來，從而使殘余油 飽和度明顯降低。在不同原油的成分、溫度和壓力條件下，二氧化碳具有無限制 地與原油混相的能力，實(shí)際上可以達(dá)到很好的驅(qū)油目的。CO2在油水中的擴(kuò)散系數(shù)較高，其擴(kuò)散作用可使二氧化碳本身重新分 配并使相系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)定。注入碳酸水，可大大降低殘余油飽和度，因?yàn)樵诤畮?nèi)的碳酸水前 緣，能形成和保持二氧化碳?xì)庥坞x帶。CO2技術(shù)的作用機(jī)理可分為CO2混相驅(qū)和CO2非混相驅(qū)CO2提高采收率的 作用主要有促使

7、原油膨脹、改善油水流度比、溶解氣驅(qū)等。一般稀油油藏主要采 用CO2混相驅(qū)，而稠油油藏主要采用CO2非混相驅(qū)。在稀油油藏條件下CO2易與原油發(fā)生混相，在混相壓力下，處于超臨界狀 態(tài)下的CO2可以降低所波及的油水界面張力。CO2注入濃度越大，油水相界面張 力越小，原油越容易被驅(qū)替。通過調(diào)整注入氣體的段塞使CO2形成混相，可以 提高原油采收率增加幅度。非混相CO2驅(qū)開采稠油的機(jī)理主要是：降低原油粘度，改善油水流度比， 使原油膨脹，乳化作用及降壓開采。CO2在油中的溶解度隨壓力增加而增加。當(dāng) 壓力降低時(shí)，CO2從飽和CO2原油中溢出并驅(qū)動(dòng)原油，形成溶解氣驅(qū)。氣態(tài)CO2 滲入地層與地層水反應(yīng)產(chǎn)生的碳酸，

8、能有效改善井筒周圍地層的滲透率。提高驅(qū) 油機(jī)理。與CO2驅(qū)相關(guān)的另一個(gè)開采機(jī)理是由CO2形成的自由氣可以部分代替 油藏中的殘余油。CO2驅(qū)油機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：降低原油粘度CO2溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大。原 油粘度降低時(shí)，原油流動(dòng)能力增加，從而提高了原油產(chǎn)量。并且原油初始粘度越 高，CO2降粘效果越明顯，如下表1-1所示。改善原油與水的流度比大量的CO2溶于原油和水，將使原油和水碳酸化。原油碳酸化后，其粘度 隨之降低，大慶勘探開發(fā)研究院在45r和12.7MPa的條件下進(jìn)行了有關(guān)試驗(yàn)， 試驗(yàn)表明，CO2在油田注入水中的溶解度為5% (質(zhì)量)，而在原油中的溶解度為

9、 15%（質(zhì)量）；由于大量CO2溶于原油中，使原油粘度由9.8mPa -s降到2.9mPa s 使原油體積增加了 17.2%,同時(shí)也增加了原油的流度。水碳酸化后，水的粘度將 提高20%以上，同時(shí)也降低了水的流度。因?yàn)樘妓峄?，油和水的流度趨向靠近?所以改善了油與水流度比，擴(kuò)大了波及體積。表1-1 CO2降粘效果原油初始粘度（mPa. s）CO2完全飽和時(shí)原油粘度（mPa. s）1000900015 1601006003510 10013190.5 0.9（3）使原油體積膨脹CO2大量溶于原油中，可使原油體積膨脹，原油體積膨脹的大小，不但取決 于原油分子量的大小，而且也取決于CO2的溶解量。C

10、O2溶于原油，使原油體積 膨脹，也增加了液體內(nèi)的動(dòng)能，從而提高了驅(qū)油效率。（4）高溶混能力驅(qū)油盡管在地層條件下CO2與許多原油只是部分溶混，但是當(dāng)CO2與原油接觸 時(shí)，一部分CO2溶解在原油中，同時(shí)，CO2也將一部分烴從原油中提取出來，這 就使CO2被烴富化，最終導(dǎo)致CO2溶混能力大大提高。這個(gè)過程隨著驅(qū)替前緣 不斷前移而得到加強(qiáng)，驅(qū)替演變?yōu)榛煜囹?qū)，這也使CO2混相驅(qū)油所需要的壓力 要比任何一種氣態(tài)烴所需要的混相壓力都低得多。用氣態(tài)烴與輕質(zhì)原油混相也要 2730MPa，而用CO2混相壓力只要910MPa即能滿足。在高溫高壓下CO2與原油溶混機(jī)理主要體現(xiàn)在烴從原油中蒸發(fā)出來與CO2 混相，即主要

11、是蒸發(fā)作用；在低溫條件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附 作用。當(dāng)壓力低于混相壓力時(shí)，CO2和原油混合物有三個(gè)相存在：氣態(tài)CO2并含 有原油的輕質(zhì)組份；失去輕質(zhì)組份而呈液態(tài)的原油，由原油中分離出來的以固體 沉淀方式存在的瀝青和蠟。（5）分子擴(kuò)散作用非混相CO2驅(qū)油機(jī)理主要建立在CO2溶于油引起油特性改變的基礎(chǔ)上。為 了最大限度地降低油的粘度和增加油的體積，以便獲得最佳驅(qū)油效率，必須在油 藏溫度和壓力條件下，要有足夠的時(shí)間使CO2飽和原油。但是，地層基巖是復(fù) 雜的，注入的CO2也很難與油藏中原油完全混合好。而多數(shù)情況下，CO2是通過 分子的緩慢擴(kuò)散作用溶于原油的。降低界面張力殘余油飽和度隨著油水界面張力的減小而降低；多數(shù)油藏的油水界面張力為 1020mN/m，要想使殘余油飽和度趨向于零，必須使油水界面張力降低到 0.001mN/m或更低。界面張力降到0.04mN/m以下，采收率便會(huì)明顯地提高。 CO2驅(qū)油的主要作用是使原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化，大量的烴與CO2混合，大大 降低了油水界面張力，也大大降低了殘余油飽和度，從而提高了原油采收率。溶解氣驅(qū)作用大量的CO2溶于原油中，具有溶解氣驅(qū)作用。降壓采油機(jī)理與溶解氣驅(qū)相 似，隨著壓力下降，CO2從液體中逸出，液體內(nèi)產(chǎn)生氣體驅(qū)動(dòng)力，提高了驅(qū)油效 果。另外，一些CO