EOR第八章混相驅(qū)

第八章混相驅(qū)misciblefloodingPrinciplesofEOROutlineIntroductionWhatismiscibledisplacementMiscibledisplacementagentMMPdeterminationScreeningcriteriaProblemsThenumberofthermal,gasfloodingandCO2floodingprojectswithyearintheU.S.ProjectnumberIntroductionTheproductionofthermal,gasfloodingandCO2floodingprojectswithyearintheU.S.EORproduction,milliontons/yearCO2propertiesUnderambientconditions,CO2isacolorlessalmostodorlessgas.Itspropertiesunderstandardconditionsare:Molecularweight 44.010g/molSpecificgravitywithrespecttoair1.529

相對于空氣的比重(空氣的比重1.29kg/m3)

Density

1.95kg/m3

Viscosity 0.0137mPa/sCO2floodingresearchstartedasearlyas1950.Holmwasthefirsttoreceiveapatentforanoil-recoverymethodusingCO2

in1974.ThefirstCO2floodtookplacein1972inScurryCounty.About93%oftheCO2floodingprojectsintheworldarelocatedintheU.S.

AboutCO2flooding

AboutCO2

PhasediagramO點(diǎn)是三相點(diǎn)，它的溫度為2l6.55K，壓力為517.8kPa；在OA線上A點(diǎn)是臨界點(diǎn),溫度為304K（31.06℃），壓力為7400kPaCriticaltemperature

Supercritical

pressure三相點(diǎn)（triplepoint）任何氣體在一定溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，即使再增加壓力也不能液化，這個(gè)溫度叫臨界溫度，這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力.相區(qū)域的劃分：K為臨界點(diǎn)A-K-C以右氣相區(qū)A-K-B以左液相區(qū)B-K-C以內(nèi)氣液兩相區(qū)

N2

相圖O點(diǎn)是三相點(diǎn)，它的溫度為63.3K，壓力為12.6kPa。常壓下，溫度為77.4K時(shí)，氮?dú)鈱⒆兂蔁o色透明的液體.溫度為63.3K時(shí)，將凝析成雪狀的固體。氮?dú)馐腔瘜W(xué)性質(zhì)極不活潑的惰性氣體，A點(diǎn)是臨界點(diǎn),其臨界溫度為126K(-147

℃)，臨界壓力為3398kPa。攝氏度(T)=開爾文(K)-273.15通常狀況下是一種無色無味的氣體，一般比空氣密度小。氮?dú)庹即髿饪偭康?8%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份。AboutN2

超臨界二氧化碳，其臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.4Mpa;超臨界氮?dú)?其臨界溫度為-147℃，臨界壓力為34Mpa;超臨界水的臨界點(diǎn)為374℃，2Mpa;超臨界甲醇為239℃，8.1MPa。最常見的超臨界物質(zhì):Supercriticalfluid，簡稱SCF處于臨界溫度和臨界壓力以上的流體為超臨界流體.介于氣體和液體之間，兼有氣體液體的雙重性質(zhì)。溶解性強(qiáng)密度接近液體，且比氣體大數(shù)百倍，由于物質(zhì)的溶解度與溶劑的密度成正比，因此超臨界流體具有與液體溶劑相近的溶解能力。擴(kuò)散性能好因粘度接近于氣體，較液體小2個(gè)數(shù)量級。擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，為液體的10-100倍。具有氣體易于擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)的特性，傳質(zhì)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液體。易于控制超臨界二氧化碳溫度和壓力在工業(yè)上很容易達(dá)到，較容易制備，它在超臨界萃取中有廣泛的應(yīng)用。超臨界流體優(yōu)點(diǎn):二氧化碳混相驅(qū)近幾年在國內(nèi)引起重視。混相：指相界面消失?；煜囹?qū)：指以混相注入劑作驅(qū)油劑的驅(qū)油法。

混相注入劑：在一定條件注入地層，能與地下原油發(fā)生

混相的物質(zhì)?；煜嘧⑷雱簃iscibleinjectantagent第一節(jié)混相注入劑烴類混相注入劑液化石油氣（LPG）：C2～C6含量大于50％：煉油廠催化裂化氣富氣：C2～C6含量在30％～50％的范圍：凝析氣田貧氣：C2～C6含量小于30％：油田伴生氣干氣：其中C1含量大于98%的叫干氣：天然氣田非烴類混相注入劑氮?dú)夂投趸糃2～C6的烴氣叫富化劑，它的存在使混相易于發(fā)生．通常講的氣體富化、加富，是指氣體中C2～C6的含量增加富化劑:enrichingagent富氣:richgas貧氣:leangasC1含量大于98%的貧氣C1C7+C2～C6EFABDCMVL原油是一種組成非常復(fù)雜的體系，無法全面地進(jìn)行原油的化學(xué)組成、組分分析。要表示原油的相態(tài)特征，需要用擬三元相圖。一般將原油中易揮發(fā)組分視為第一擬組分，如C1，CO2,N2等，把中等揮發(fā)組分C2-C6視作第二個(gè)擬組分，把不易揮發(fā)組分C7+（油）視為第三個(gè)擬組分。揮發(fā)性擬組分非揮發(fā)性組分中間烴類組分C1C7+C2～C6EFABDCMVL混相原理相包絡(luò)線EACBF是由露點(diǎn)線和泡點(diǎn)線在臨界點(diǎn)（C點(diǎn)）相連而組成的。臨界點(diǎn)表示的是平衡氣相和平衡液相組成完全相同的組成點(diǎn)。在油(C7+)為100％的體系中加入少量的甲烷(C1)，由于少量的甲烷可完全溶解于油(C7+)中，因而形成的混合物E′為單純液相。當(dāng)甲烷量增加到一定濃度E(泡點(diǎn))時(shí)，油中溶解甲烷的能力達(dá)到飽和，再增加甲烷(C1)，則油中會(huì)分離出氣泡，形成油氣兩相。C1C7+C2～C6EFABDCMVL當(dāng)油中溶有一定量的C2～C6組分時(shí)，油中溶解甲烷(C1)的能力增加，泡點(diǎn)向中央靠攏，由此而得到泡點(diǎn)線EAC。同理，可得出露點(diǎn)線FBC。C1C7+C2～C6EFABDCMVLEACBF線以內(nèi)為兩相區(qū)，以外為單相區(qū)。如給定某一種混合物D落在兩相區(qū)內(nèi)，說明在該組成下系統(tǒng)中既有液相也有氣相。對于點(diǎn)D,當(dāng)氣液達(dá)到平衡時(shí)，其飽和液體相組成為A，飽和蒸汽相組成為B，直線AB叫聯(lián)系線?；煜囹?qū)就是向油層中注入能與原油混相的流體。由于混相后僅為一相，因而兩種流體間沒有界面和表面張力?；煜喾绞接幸淮谓佑|混相和多次接觸混相。能否與地層原油產(chǎn)生混相，取決于溶劑的組份、原油組份、地層的溫度和壓力。（1）溫度對混相驅(qū)的影響ABCK1K2K3t1t2t3溫度不斷升高，互溶程度加大，兩液相共存的帽形區(qū)逐漸縮小。對于一定組成的原油來說，小的相包絡(luò)線更有利于形成混相驅(qū)。圖中的溫度t3>t2>t1（2）壓力和原油組成對混相驅(qū)的影響C1+CO2C7+C2～C6臨界點(diǎn)壓力p1的相包絡(luò)線壓力p2的相包絡(luò)線在一定溫度下，兩相區(qū)隨壓力增加而縮小若原油組成為B，當(dāng)油層壓力為p1時(shí)，可實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)，當(dāng)油層壓力為p2時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)。ABp1>p2若原油組成為A，油層壓力為p2時(shí)也能實(shí)驗(yàn)混相驅(qū)。

這是因?yàn)樵虯較原油B含有更多的C2～C6組分。含較多輕質(zhì)和中間組分的原油有可能在較低的地層壓力下實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)。氣源（1）天然氣優(yōu)質(zhì)能源和重要的化工原料。由于市場上的需要很難找到足夠的烴類氣體進(jìn)行油藏的混相驅(qū)。只有少數(shù)具有足夠天然氣資源的國家，才能夠進(jìn)行烴類混相驅(qū)。目前，進(jìn)行烴類混相驅(qū)的國家主要是加拿大和前蘇聯(lián)。我國已在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行過一些工作，并在吐哈油田葡北礦場進(jìn)行了試驗(yàn)。（2）CO2CO2在石油中的溶解能力超過甲烷，CO2溶解于原油中產(chǎn)生三種效應(yīng)：降粘、低界面張力、原油體積膨脹，CO2與原油接觸時(shí)也會(huì)發(fā)生烴類組分的抽提作用。在氣相中的輕烴組分達(dá)到一定濃度時(shí)也會(huì)發(fā)生多次接觸混相的現(xiàn)象。來源：天然CO2氣田和工業(yè)廢氣美國：CO2混相驅(qū)為主導(dǎo)技術(shù)-原油與CO2混相壓力低我國：CO2非混相驅(qū)為主導(dǎo)技術(shù)-原油與CO2混相壓力過高在江蘇、吉林油田發(fā)現(xiàn)了CO2礦藏，已開展CO2吞吐和CO2驅(qū)油的室內(nèi)試驗(yàn)和礦場先導(dǎo)性試驗(yàn)。(3)N2氮?dú)庠谠椭械娜芙舛鹊停瑢Ω纳剖土鲃?dòng)性能的作用不大，難于在較低的壓力下與原油混相。目前，氮?dú)怛?qū)來開發(fā)油田的實(shí)例極少。由于氮?dú)鈦碓磸V泛，作為非混相驅(qū)油劑：氮?dú)馀菽?qū)-受到廣泛的重視。目前，N2已經(jīng)用在凝析氣田的開發(fā)中，在外國已經(jīng)有好幾個(gè)礦場實(shí)例。(4)空氣空氣與原油接觸產(chǎn)生兩種反應(yīng)：高溫氧化反應(yīng)和低溫氧化反應(yīng)。高溫氧化反應(yīng)驅(qū)油的效果源于空氣高溫氧化產(chǎn)生的熱效應(yīng)；低溫氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳、水及含氧的烴類混合物（醚、醛、酮等）。特點(diǎn)：來源廣，廉價(jià)問題：腐蝕和安全問題我國的百色油田已應(yīng)用多年，目前，中原油田、長慶油田、勝利油田和大慶油田開展空氣驅(qū)研究與礦場試驗(yàn)。煙道氣也可以作為混相注入劑。在煙道氣中，x(CO2)一般在0.05-0.20范圍，主要由火力發(fā)電站燃燒煤得到。煙道氣:fluegas第二節(jié)：混相驅(qū)分類按混相注入劑的性質(zhì)，混相驅(qū)可分為：烴類混相驅(qū)液化石油氣驅(qū)（LPG驅(qū)）富氣驅(qū)干氣驅(qū)非烴類混相驅(qū)N2驅(qū)CO2驅(qū)2.1液化石油氣(LPG)驅(qū)LPG驅(qū)是指以LPG為混相注入劑的一種混相驅(qū)。減小LPG在地下的殘留干氣、氮?dú)狻煹罋饬鞫瓤刂贫稳?mobilitycontrolslug特點(diǎn)：（1）混相只需一次接觸；（2）混相效率最高C4C10C1G一次接觸混相:firstcontactmiscibility（驅(qū)動(dòng)氣體）（C2-C4）

（油）LPG中的重組分(C5)比輕組分(C4)易使氣體與LPG混相;干氣比煙道氣、N2更易使氣體與LPG混相2.2富氣驅(qū)富氣驅(qū)是指以富氣為混相注入劑的一種混相驅(qū)。富氣驅(qū)段塞圖GOG多次接觸混相11‘1”22’2”混相過程:1）多次接觸才混相；2）混相的過程是原油不斷富化的過程；3）原油越富，越容易混相。4)富氣驅(qū)適用于少含C2～C6的原油(貧油)C4C12.3高壓干氣驅(qū)高壓干氣驅(qū)是指以高壓干氣為混相注入劑的一種混相驅(qū)。段塞圖C1C10C4o混相過程:1）多次接觸才混相；2）混相的過程是驅(qū)油劑不斷富化的過程；3）原油越富，越容易混相。4)高壓干氣驅(qū)只適用于富含C2～C6成分的原油(富油)多次接觸混相:multicontactmiscibility2.4CO2驅(qū)CO2驅(qū)也是通過多次接觸才與原油混相的。CO2多次與富油接觸，取得富化劑富化自己，從而使體系的組成進(jìn)入混相驅(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)混相。CO2驅(qū)是指以CO2為混相注入劑的一種混相驅(qū)。原油富含C2～C6是CO2驅(qū)實(shí)現(xiàn)混相的必要條件。carbondioxideflooding（1）在相同條件下CO2驅(qū)的混相壓力低，有更小的兩相區(qū)；（2）CO2在水中的溶解度高，故更容易通過水相擴(kuò)散到油相，達(dá)到混相的目的。2.5N2驅(qū)在相同條件下，N2的兩相區(qū)比CO2和C1大，故混相壓力高，不適用于三采。主要用于凝析氣田的二次采油（保持地層壓力，防止反凝析的損失）；可用作CO2段塞后的驅(qū)動(dòng)介質(zhì)；可用于與水交替注入地層控制流度。不同混相方式的比較類型混相次數(shù)富化的組分對原油要求混相難易程度LPG驅(qū)一次——貧油最容易富氣驅(qū)多次原油貧油容易CO2驅(qū)多次驅(qū)油劑富油較難高壓干氣驅(qū)多次驅(qū)油劑較富難N2驅(qū)多次驅(qū)油劑較富最難第三節(jié)混相驅(qū)機(jī)理混相即不存在界面，界面張力為0,毛管數(shù)最大，因此洗油效率最高與油混相后可降低油的粘度，提高油的流度，改善流度比，有利于提高波及系數(shù)(1)低界面張力機(jī)理(2)降低原油粘度機(jī)理3.1LPG驅(qū)機(jī)理3.2

CO2驅(qū)機(jī)理（1）低界面張力機(jī)理CO2相通過不斷抽提原油中的富化劑，導(dǎo)致CO2相不斷富化，其組成與原油組成的差距拉近，因此降低了驅(qū)油劑和原油之間的界面張力。CO2可溶于油，使油降粘，提高油的流度，有利于驅(qū)油介質(zhì)從孔隙介質(zhì)中將油驅(qū)出。（2）降粘機(jī)理(ViscosityReductionMechanism)

ThesolubilityofCO2incrudeoilcausesalargereductionintheoilviscosity.Theoilviscosityreductionisproportionaltotheformationpressure.（3）原油膨脹機(jī)理(SwellingMechanism)膨脹系數(shù)：一定溫度和CO2飽和壓力下原油體積與同溫度和0.1MPa下原油體積之比。CO2issolubleinthecrudeoilanditssolubility,whichisproportionaltothereservoirpressure,yieldsaconsiderableincreaseofthecrudeoilvolume.CO2溶于原油后，可使原油的體積膨脹。原油中充分溶解CO2后可使原油的體積膨脹10％－40％，注入CO2后原油的體積增加，其結(jié)果不僅增加了原油的內(nèi)動(dòng)能，而且也大大減少了原油流動(dòng)過程中的毛管阻力和流動(dòng)阻力，從而提高了原油的流動(dòng)能力。CO2溶解于水，生成碳酸。碳酸可與地層中的石灰?guī)r和白云巖反應(yīng)生成水溶性的重碳酸鹽，提高地層的滲透率，擴(kuò)大驅(qū)油介質(zhì)的波及體積，有利于提高采收率。（4）提高地層滲透率機(jī)理(5)溶氣驅(qū)機(jī)理從注入井到采油井的驅(qū)油過程是降壓過程。隨著壓力下降，CO2從原油中析出，產(chǎn)生原油內(nèi)的氣體驅(qū)動(dòng)，使采收率提高。此外，部分CO2成為束縛氣，也有利采收率的提高。3.3高壓干氣驅(qū)、氮?dú)怛?qū)（1）低界面張力機(jī)理（2）降粘機(jī)理（3）原油膨脹機(jī)理（4）溶氣驅(qū)機(jī)理3.4富氣驅(qū)（1）低界面張力機(jī)理（2）降粘機(jī)理（3）原油膨脹機(jī)理（4）溶氣驅(qū)機(jī)理第四節(jié)原油的最低混相壓力最低混相壓力（MinimumMiscibilityPressureMMP）:Thelowestpressureatwhichtheinjectiongasescanmisciblewithreservoiroil

將氣體采收率超過90%的驅(qū)替壓力稱為原油的最低混相壓力。DefinitionofMMPwithrecoverydiagram

Reservoirtemperature–MMPincreasesasemperature

increasesOilcharacteristics–MMPincreaseswithhighmolecular(EmeraandSarma,2006)Intermediatefractioncontent-ThepresenceofC2–C4decreasesMMPInjected-gascomposition–IfthegasinjectedisnotpureCO2butcontainssomeimpuritiessuchasmethane,theMMPisincreasedastheimpuritycontentishigher.FactorsimpactMMP:第五節(jié)篩選標(biāo)準(zhǔn)

第六節(jié)混相驅(qū)存在的問題當(dāng)用富氣、干氣、CO2或N2等混相注入劑驅(qū)動(dòng)原油時(shí)，這些混相注入劑的流度比都很大，波及系數(shù)很低，這是混相驅(qū)共同存在的問題?？捎门菽瞿z、泡沫+凍膠、WAG控制流度水氣交替注入技術(shù)（WAG）是利用注入的水段塞作為“堵塞劑”，阻礙二氧化碳在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，達(dá)到控制流度的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將二氧化碳和水分成若干個(gè)小段塞，