CO提高原油采收率綜述

PAGE3-ＥＯR-CO２提高原油采收率綜述班級(jí):１1秋學(xué)號(hào)：１16021010３1報(bào)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(xiàng)能夠利用物理、化學(xué)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(xué)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(jìn)展,在越來越關(guān)注溫室效應(yīng)、考慮如何封存ＣO2的今日，有效利用這種溫室氣體進(jìn)行油田開發(fā)更能保護(hù)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(xiàng)目數(shù)分類百分比[2］２0世紀(jì)70年月，注烴類氣驅(qū)主要在加拿大獲成功應(yīng)用。隨后，由于烴類氣體價(jià)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(shì)，CO2混相驅(qū)除漸進(jìn)展起來[1］。到８0年月,CＯ２混相驅(qū)成為美國(guó)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(xiàng)目中,項(xiàng)目數(shù)排第一位的是蒸汽驅(qū)，占總項(xiàng)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(jì)劃中的EOR項(xiàng)目共有32個(gè)，其中ＣO2混相項(xiàng)目數(shù)1２個(gè),CO2非混相４個(gè)，CO2圖１20０7年度EOＲ項(xiàng)目數(shù)分類百分比[2］1９79年,我國(guó)將三次采油列為油田開發(fā)十大科學(xué)技術(shù)之一,揭開了我國(guó)三次采油進(jìn)展的序幕。由于缺乏足夠的氣源和我國(guó)油藏簡(jiǎn)略特征,我國(guó)主要進(jìn)展了化學(xué)驅(qū)和熱力采油，氣驅(qū)和微生物驅(qū)基本處于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀態(tài).近年來,隨著中國(guó)部分地區(qū)發(fā)現(xiàn)CＯ2氣源,ＣO２氣驅(qū)的三采開發(fā)項(xiàng)目也將快速推動(dòng)。CＯ2在地層內(nèi)溶于水后，可使水的粘度增加２０％-３０％,運(yùn)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(zhǎng)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(guó)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(jìn)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(yīng)。在猜測(cè)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(jià)上升而有所增加；由于具有環(huán)保特性和成本優(yōu)勢(shì)，注ＣO2驅(qū)的進(jìn)展空間極大。1CO２驅(qū)的機(jī)理［4]ＣO２本身的物理化學(xué)特性決定了其驅(qū)替機(jī)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(shí)油的黏度降低。降低原油粘度；使原油體積膨脹；實(shí)驗(yàn)證明，CＯ2溶于原油可以使原油體積增大，相當(dāng)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(yàn)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(shí)油氣必定分離成兩相;②當(dāng)CO2在原油中溶解達(dá)到飽和時(shí)，消滅兩個(gè)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(yīng)優(yōu)先應(yīng)用在原油物性相對(duì)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(jìn)入原油可以降低原油黏度，提高其流淌性；當(dāng)油層壓力降低時(shí)，CO２會(huì)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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?jí)毫模埃保蚉a增至6MPa時(shí)，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(yuǎn)遠(yuǎn)大于未溶入CＯ2油水體系的,且含水率為4０%時(shí)，碳酸水/原油體系的乳化程度可達(dá)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(kuò)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(jī)理并不相同,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施注CO2項(xiàng)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(duì)原油中的輕烴組分具有抽提作用，導(dǎo)致剩余油中重?zé)N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(duì)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(jí),最新的開發(fā)實(shí)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(gè)油田采納非混相CO2驅(qū)提高重油采收率，此時(shí)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(duì)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(qiáng)原油流淌能力；同時(shí)地下原油體積膨脹２7。９%,使儲(chǔ)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(dòng)，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(guó)外注CO2項(xiàng)目以混相驅(qū)為主。原油中的溶解能力強(qiáng)，工程混相條件下，摩爾含量達(dá)到0.７。注入CＯ2抽提原油中的中間烴，甚至C１９+以上的重?zé)N,與地層油在前緣達(dá)到混相.CO２注入量增加,混相帶增長(zhǎng),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(dá)到混相后，連續(xù)增加壓力對(duì)驅(qū)油影響變小[9］。目前注CＯ2驅(qū)油項(xiàng)目適用油藏參數(shù)范圍較寬，在能達(dá)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(duì)六類油氣田的應(yīng)用實(shí)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(jiǎn)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(shí)例對(duì)各類油藏的二氧化碳驅(qū)效果進(jìn)行敘述。3.1一般稀油油藏［１0］本次實(shí)驗(yàn)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(gè)區(qū)塊進(jìn)行，在進(jìn)行CO２吞吐后發(fā)現(xiàn)四條規(guī)律：(１）各個(gè)區(qū)塊原油的粘度在注ＣO2以后均呈下降，總趨勢(shì)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(duì)較低的原油,注入CO2后的地層流體密度呈下降趨勢(shì)，而中間烴含量相對(duì)較高的原油,注入CＯ2后的地層流體密度呈上升的趨勢(shì)。圖2注ＣO２工藝流程示意圖依據(jù)對(duì)不同油區(qū)的有代表性的五個(gè)區(qū)塊進(jìn)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(duì)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(shí)現(xiàn)CO圖2注ＣO２工藝流程示意圖３．2簡(jiǎn)潔斷塊油藏[8］CO２單井吞吐工藝增油技術(shù)是一種提高簡(jiǎn)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(chǔ)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注入試驗(yàn),取得了明顯的增油效果。在K１53X２井進(jìn)行的注CO2吞吐試驗(yàn)，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(yàn)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(shí)間越長(zhǎng),吞吐增加的采收率越大。3。3超稠油油藏[11］我國(guó)發(fā)現(xiàn)的稠油資源相當(dāng)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(dòng)用特超稠油資源正成為彌補(bǔ)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(duì)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(jìn)行了討論,并在該區(qū)塊進(jìn)行了CO2蒸汽吞吐工藝的礦場(chǎng)應(yīng)用并取得了較好的效果。注入ＣＯ２對(duì)超稠油油藏的增油機(jī)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(dòng)量傳遞（CO２集中過程中，其氣泡帶動(dòng)周邊原油和降粘劑滲流擾動(dòng)，為原油充分降粘及集中供應(yīng)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(chǔ)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(duì)單113塊超稠油油藏開發(fā)供應(yīng)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(duì)于注水難以建立起有效驅(qū)動(dòng)體系的特低滲透油藏。表2各種注入方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比將周期注氣應(yīng)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(diǎn)對(duì)比針對(duì)特低滲透油藏難以實(shí)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(diǎn)，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(chǎng)實(shí)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(jì)產(chǎn)油對(duì)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(qiáng)，基質(zhì)孔隙度低,基本不具有儲(chǔ)油能力，裂縫和溶洞是主要儲(chǔ)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(dǎo)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(yīng)技術(shù)支撐。圖3各方案累計(jì)產(chǎn)油對(duì)比曲線S86區(qū)塊油藏?cái)?shù)值模擬模型，在生產(chǎn)歷史擬合的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)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(duì)塔河油田S8６區(qū)塊注氣開發(fā)方案的可行性進(jìn)行猜測(cè)計(jì)算。依據(jù)主要猜測(cè)指標(biāo)的對(duì)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(duì)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(jìn)行自然衰竭開采。此時(shí),注CＯ２恢復(fù)地層壓力,從而提高采氣量和促進(jìn)凝析油蒸發(fā)。隨著天然氣的大量采出，一部分CＯ２將會(huì)保留在地層中，這就是所謂的CO2沒收存儲(chǔ)。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(duì)剩余天然氣恢復(fù)壓力。驅(qū)替原理:通過壓縮機(jī)，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(yuǎn)大于甲烷，并且隨著注入量的增加,使CＯ2向下運(yùn)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(guó)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(huì)將ＣO2帶入原油生產(chǎn)系統(tǒng)。CＯ２溶于水后，對(duì)油氣井管材具有很強(qiáng)的腐蝕性，在相同的ｐH值時(shí)其總酸度比鹽酸還高,故它對(duì)井內(nèi)管材的腐蝕性比鹽酸更嚴(yán)重。截至目前,世界各國(guó)在涉及CＯ2的油氣生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)試驗(yàn)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(fù),又進(jìn)一步導(dǎo)致了氣體的過早突破和很小的波及系數(shù)，這對(duì)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(shí)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(duì)這一問題，國(guó)外進(jìn)行了很多有益的嘗試,主要集中在３個(gè)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(jìn)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(gè)周期的CO2,然后關(guān)井浸泡一段時(shí)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(gè)注入周期中間加入一個(gè)關(guān)井浸泡時(shí)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(guó)外,格外是美國(guó)進(jìn)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(duì)于有些溫度較高的油藏很難實(shí)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(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)混相驅(qū)替是一個(gè)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(duì)澳大利亞中部Cooper盆地的油藏進(jìn)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(guó)外進(jìn)行的ＣＯ2—ＥＯR項(xiàng)目氣源主要分為天然氣源和工業(yè)廢氣，目前的進(jìn)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(hù)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(guó)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(xiàn)［１］趙華．全球熱衷三次采油技術(shù).中國(guó)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(jìn)展趨勢(shì)［Ｊ]。國(guó)外油田工程．２01０,26（1２)。［３]繆明富，彭子成，鐘國(guó)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