氣驅提高采收率技術

氣驅提高采收率技術

氣驅主要機理和分類目前技術現(xiàn)狀氣驅室內實驗研究氣驅技術展望2021/10/10星期日1一、氣驅主要機理和分類

氣驅是繼水驅、聚合物驅、蒸汽驅之后迅速發(fā)展起來的提高采收率方法，目前，在國外僅次于熱采成為第二大提高采收率的方法（按氣源分類）氣驅烴類氣驅CO2氣驅氮氣驅易混相，效果好，但受CO2資源限制較易混相，效果好，但受成本資源限制難以混相，油藏條件要求高，效果較好，但資源豐富、無污染、無腐蝕，易于推廣煙道氣驅不易混相，效果較好，但受地域限制2021/10/10星期日2（按驅油機理分類）氣驅非混相驅混相驅主要應用于稠油油藏（CO2、烴氣）、低滲透油藏的能量補充（N2），效果較好一次接觸混相多次接觸混相蒸發(fā)混相凝析混相（液化石油氣、丙烷）（富氣）（CO2、天然氣、N2、煙道氣）一、氣驅主要機理和分類2021/10/10星期日31、非混相驅：通過注入氣與地層油的良好互溶性和對地層油輕烴的強烈抽提作用，有效增強地層油的流動性、增加可動油、降低界面張力；2、混相驅：通過注入氣與地層油的接觸達到動態(tài)混相，使CO2與原油之間的界面張力降到零，從而最大限度地提高原油采收率。3、適用范圍廣，低滲透油藏、常規(guī)稠油油藏和高含水油藏均有成功的現(xiàn)場試驗。

氣驅效果圖一、氣驅主要機理和分類2021/10/10星期日41、最早公開發(fā)表的論文或著作

1950年－1956年：Whorton等人研究了高壓蒸發(fā)氣驅的過程

1957年：Koch、Hall等人研究了一次接觸混相的過程

1956－1967年：Stone、Kehn等人研究了凝析氣驅的過程2、最早的工業(yè)性試驗烴類氣驅

1950年，美國德克薩斯州的Block31油田最早開展烴類高壓蒸發(fā)混相驅的礦場試驗。

20世紀50－60年代，主要是一些烴類混相驅礦場試驗，在此期間，美國和加拿大共開始了150多個工程項目，大量的是一些單井或井組試驗，也有部分大型礦場試驗。目前在國外，特別是加拿大，烴類混相驅仍是最主要的氣驅方式之一。二、目前技術現(xiàn)狀2021/10/10星期日5CO2氣驅

1958年在德克薩斯州的DollarhideDevonian油田開始實施了第一個CO2混相驅的礦場試驗，進入七十年代中期，隨著美國大量天然CO2氣藏的發(fā)現(xiàn)和實驗研究的重大進展，開始了大量的、大規(guī)模的礦場試驗，包括CO2

混相驅、CO2非混相驅、CO2吞吐等。目前在國外，特別是美國，CO2氣驅仍是最主要的氣驅方式之一。

CO2的主要來源：天然CO2氣藏、氨廠、電廠等煙道氣、合成天然氣廠的副產(chǎn)品及目前興起的煤變油的副產(chǎn)品等。二、目前技術現(xiàn)狀2021/10/10星期日6N2氣驅

N2資源豐富，不受地域限制，且無腐蝕、無污染、易于推廣，自20世紀70年代中期以來，特別是1985年美國制造出首套利用空分膜技術的制氮設備以來，N2的成本大幅下降，使N2驅得到了迅速發(fā)展。截至到1985年已投入N2驅開發(fā)的油田有近40個，其中，美國30多個、加拿大3個。目前，在國外有6個油田正在實施N2驅開發(fā)。單一N2難以實現(xiàn)混相驅，開始主要用于重力穩(wěn)定驅和保持地層壓力。后來，在一些條件非常好的深層、低滲、稀油油藏進行了混相驅，另外，在部分油田利用添加前置易混相氣體段塞來降低混相壓力，也實現(xiàn)了混相驅。二、目前技術現(xiàn)狀2021/10/10星期日7

在國內，有關氣驅的室內研究起步于20世紀70年代中期，但曾經(jīng)一度停止，后于上世紀90年代末期又開始研究。無論從研究深度，還是從礦場應用范圍和應用效果都遠遠落后于國外。勝利油田起步較早，曾在濱南進行過小規(guī)模的礦場試驗，但由于發(fā)生一次意外事故而終止，隨后于1997開始重建氣驅實驗室，開展了CO2、N2、富氣等氣驅研究，但一直未進入礦場。

1990年以來，大慶油田、江蘇油田、華東分公司相繼開展可CO2混相驅和非混相驅的礦場試驗，中原油田、吐哈葡北油田開展了烴氣驅礦場試驗，江漢油田開展了N2驅試驗，其它許多油田也進行了CO2吞吐礦場試驗。二、目前技術現(xiàn)狀2021/10/10星期日8二、目前技術現(xiàn)狀表11998-2006美國EOR項目變化表

項目年份19982000200220042006

熱采蒸汽驅9286554640火燒油層756712熱水驅11433合計10092655655

化學驅微乳液—聚合物驅—————聚合物驅101044—堿驅1————表活劑驅—————合計11104402021/10/10星期日9二、目前技術現(xiàn)狀表11998-2006美國EOR項目變化表

項目年份19982000200220042006

氣

驅烴類氣驅（混相、非混相）1167813CO2混相驅6663667080CO2非混相驅—1112N2驅104443煙道氣驅—————其它—————合計8774788398其它微生物驅1————合計1————總計1981761471431532021/10/10星期日10二、目前技術現(xiàn)狀表21998-2006美國EOR日增油量變化表(m3/d)2021/10/10星期日11二、目前技術現(xiàn)狀開展注氣項目滲透率分布圖2021/10/10星期日12二、目前技術現(xiàn)狀開展注氣項目的深度分布2021/10/10星期日13二、目前技術現(xiàn)狀開展注氣項目原油密度分布2021/10/10星期日14二、目前技術現(xiàn)狀開展注氣項目原油粘度分布051015202530354045500102030405060708090項目數(shù)原油粘度(厘泊)2006年美國注CO2驅實施項目原油粘度統(tǒng)計2021/10/10星期日15二、目前技術現(xiàn)狀注氮氣項目注入壓力分布2021/10/10星期日16二、目前技術現(xiàn)狀國內氣驅現(xiàn)狀正在開展的研究項目

目前，勝利油田、大慶油田、吉林油田、中原油田、江漢油田、吐哈油田、西南石油大學、中石油勘探院等單位均在開展注氣提高采收率的室內研究工作，包括CO2混相驅、烴氣混相驅、N2非混相驅等，其中包括國家973項目、省部級項目和省部級重大專項等?！裰袊鴩铱萍疾坑?006年批準《溫室氣體提高石油采收率的資源化利用及地下埋存》973國家重大基礎研究發(fā)展計劃?！裰袊陀?007年設立重大科技專項《溫室氣體CO2資源化利用及地下埋存》?！裰袊陀?007年設立重大礦場試驗《吉林油田CO2提高采收率及地下埋存現(xiàn)場試驗》。2021/10/10星期日17三、氣驅室內實驗研究（1）注入氣和地層油的最小混相壓力研究（2）地層油與注入氣的相特性研究（3）長巖心物理模擬實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究2021/10/10星期日18三、氣驅室內實驗研究（1）最小混相壓力研究長細管法、界面張力法、升泡法等

長細管為100-200目玻璃珠填充，基本消除了粘性指進、擴散、非均質等不利于驅油效率的影響，最大限度的突出了相特性對驅油效率的影響，因此其驅油效率基本上只與地層油的性質有關，與多孔介質無關。1、實驗方法細管長度m細管直徑mm空氣滲透率μm2孔隙度%16610.3932.4長細管模型參數(shù)2021/10/10星期日19三、氣驅室內實驗研究（1）最小混相壓力研究2、實驗程序流程試壓實驗準備復配地層油測氣相滲透率抽空飽和甲苯測定孔隙體積各種標定飽和地層油測飽和地層油體積注氣計量注入量、瞬時產(chǎn)油、產(chǎn)氣、氣體突破點等清洗細管2021/10/10星期日20三、氣驅室內實驗研究（1）最小混相壓力研究3、最小混相壓力確定方法利用長細管混相儀等設備，在油藏溫度下，選取油藏壓力附近至少5個壓力點，進行驅油效率測試，根據(jù)不同壓力下氣體注入量為1.2PV時的驅油效率來確定最小混相壓力。2021/10/10星期日21三、氣驅室內實驗研究（1）最小混相壓力研究－以F124為例

長細管實驗研究表明，F(xiàn)124的最小混相壓力為25.9MPa，與當時地層壓力相當，可以實現(xiàn)CO2的混相驅。(25.9MPa，94.2%)2021/10/10星期日22三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究◆地層油的復配及其基礎PVT物性研究◆注入氣對地層原油的膨脹與降粘實驗◆

注入氣與地層油的多次接觸實驗研究內容

認識注入氣溶解于地層油后對地層油相態(tài)的影響，確定氣驅的機理；為數(shù)值模擬中狀態(tài)方程的建立和調整提供整套的相態(tài)基礎參數(shù)及變化規(guī)律。研究目的2021/10/10星期日23三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究設備原理框圖密度、氣油比、油氣組成等分析測試?；貕洪yPVT分析儀配樣器高壓計量泵CO2容器氣量計高壓落球粘度計2021/10/10星期日24三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究實驗方法－膨脹降粘實驗復配地層油地層油PV關系測試飽和不同量CO2膨脹降粘實驗方法PV關系測試單次閃蒸粘度測試PV關系測試單次閃蒸粘度測試飽和壓力體積系數(shù)壓縮系數(shù)地層油密度氣油比氣溶系數(shù)地層油密度CO2溶解度氣溶系數(shù)2021/10/10星期日25三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究實驗方法－多次接觸實驗（向前)－蒸發(fā)氣驅

注入氣與地層油是多次接觸混相，在驅替前沿，注入氣和新鮮地層油接觸，一部分溶解于地層油，一部分與從地層油中萃取的輕烴組分形成注入氣的富氣相，注入氣的富氣相繼續(xù)前進與新鮮地層油接觸，并萃取出更多的烴組分，使氣相不斷富化，富化到一定程度和地層油混相。向前多次接觸實驗就是模擬注入氣驅替前沿，使注入氣不斷與新鮮地層油接觸，研究氣-液平衡后氣、液兩相組成變化的特征，從而認識驅替前沿的相態(tài)特征和混相機理。2021/10/10星期日26三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究實驗方法－多次接觸實驗（向后)－凝析氣驅

富氣與地層油是多次接觸混相，在驅替后緣，注入新鮮氣和地層油接觸，富氣中部分輕烴被凝析于地層油中，是地層油富化，變貧的注入氣繼續(xù)向前運移，隨后注入的新鮮富氣繼續(xù)與富化后的地層油接觸，并有更多輕烴組分凝析于地層油中，使地層油富化，富化到一定程度和新鮮注入富氣混相。向后多次接觸實驗就是模擬注入氣驅替后緣，使注入新鮮富氣不斷與地層油接觸，研究氣-液平衡后氣、液兩相組成變化的特征，從而認識驅替后緣的相態(tài)特征和混相機理。2021/10/10星期日27三、氣驅室內實驗研究（2）注入氣與地層油相特征研究實驗方法－多次接觸實驗（向前)CO2飽和CO2地層油飽和CO2地層油CO2和萃取的烴飽和CO2地層油排出地層油取氣樣循環(huán)該過程分析氣相組成油組成分析地層油2021/10/10星期日28三、氣驅室內實驗研究（3）長巖心物理模擬實驗研究長巖心物理模擬流程

長巖心物理模擬是使用現(xiàn)場實際地層油、實際地層巖心、實際地層水，在油藏溫度、油藏壓力下進行的驅油實驗研究。可以研究：注入速度、注入量、注入方式、注入時機、不同周期、地層傾角、不同壓力等對氣驅效果的影響等。2021/10/10星期日29三、氣驅室內實驗研究（3）長巖心物理模擬實驗研究實驗程序實驗準備測氣相滲透率抽空飽和鹽水測定孔隙體積測水相滲透率流程試壓復配地層油各種標定飽和地層油建立原始油飽和度測飽和地層油體積浸泡老化恢復原始潤濕狀態(tài)注水或注CO2計量注入量、瞬時產(chǎn)油、產(chǎn)水、產(chǎn)氣、驅替壓差等2021/10/10星期日30三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究

在CO2驅油過程中，隨著CO2注入儲層，油藏流體的組成及體系的熱力學條件會發(fā)生改變，致使地層原油中的石蠟、瀝青質等有機物不穩(wěn)定而沉淀析出。有機固相沉淀會吸附于巖石表面，導致滲透率降低、潤濕性反轉等，從而傷害地層；另外，還會導致井筒、分離設備、運輸管線等發(fā)生堵塞，給生產(chǎn)帶來嚴重的影響和危害。2021/10/10星期日31三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究瀝青質的結構瀝青質是含O、S、N以及Ni、V等元素的極性多環(huán)重質碳氫化合物，分子量介于幾百到幾千之間，結構非常復雜。2

SNN

CH3OCH3CH3CH3CH3CH3CH32021/10/10星期日32三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究原油組成變化：輕質組分的增加有利于瀝青沉積壓力變化：飽和壓力以上時，壓力下降有利于瀝青沉積溫度變化：溫度升高有利于瀝青沉積原油中的SARA（飽和烴、芳烴、膠質和瀝青）的分布：瀝青沉積的影響因素電動效應其他因素：含水、pH值等等2021/10/10星期日33三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究溶液理論：認為瀝青溶于原油中，原油以真溶液形式存在。瀝青的溶解度決定其在原油中的溶解程度，一旦飽和，即會產(chǎn)生瀝青沉積。膠體理論：認為瀝青質以分散膠體的形式存在于原油中，膠束的核心是瀝青分子團，瀝青分子團外圍附著的是膠質，由此構成膠束分散于原油體系中。膠質作為膠溶劑是瀝青質能夠分散在原油體系中的關鍵介質，如果體系中膠質含量不足，不能形成膠束或者膠束的溶劑化層厚度不夠，瀝青分子會進一步締合形成更大的分子團，從而產(chǎn)生瀝青的絮凝和沉積。瀝青的沉積理論瀝青沉積機理的研究尚需完善，目前主要有兩種理論2021/10/10星期日34三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究瀝青沉積預測最早是基于溶液理論建立的溶解度模型和固體模型。目前普遍認為膠體理論更能反映瀝青沉積的微觀機理，出現(xiàn)了一些描述瀝青質沉積的膠體模型。但是由于瀝青質的結構組成十分復雜，沉積機理尚未研究透徹，這些模型應用于石油體系時，預測瀝青沉積的效果還不理想。2021/10/10星期日35三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究激光法測試固相沉淀偏光顯微鏡法測試固相沉積點超聲波測試固相沉積點電導法測試固相沉淀差示掃描量熱儀法測試固相沉淀高溫高壓顯微鏡法測試固相沉淀有機固相沉淀的實驗研究技術2021/10/10星期日36三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究側視圖環(huán)壓液活塞油藏流體激光發(fā)射激光接收電磁攪拌器

SDS系統(tǒng)壓力傳感器回壓閥JEFRI泵油CO2活塞容器恒溫浴可視樣品筒SDS高溫高壓固溶物沉淀測試系統(tǒng)2021/10/10星期日37三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究單相油氣藏流體對激光具有確定的透光率。體系條件不變，激光的透光強度PTL（PowerofTransmittedLight）穩(wěn)定不變。只要不發(fā)生相態(tài)變化，溫度、壓力、組成等改變時，PTL的變化比較平緩，不會發(fā)生突變。一旦發(fā)生相態(tài)變化，如出現(xiàn)固相顆粒時，體系除了對激光產(chǎn)生吸收外，固相顆粒將會導致激光光束散射，PTL會明顯下降出現(xiàn)拐點，檢測并處理PTL的變化能準確確定固相析出點。激光法測試固相析出點的原理2021/10/10星期日38三、氣驅室內實驗研究（4）注氣過程中瀝青質傷害研究將地層油注入固體沉淀測試系統(tǒng)在一定壓力下，恒速注入CO2記錄并處理透光強度的變化直到出現(xiàn)氣相停止實驗用高溫高壓過濾器過濾樣品測試瀝青質含量與地層油對比，確定瀝青沉淀量控制溫度檢測瀝青質析出點同時強烈攪拌，保證CO2及時溶解實驗程序2021/10/10星期日39四、氣驅技術展望

氣驅在國外已經(jīng)是非常成熟的提高采收率方法，大量的礦場試驗已充分證明氣驅，特別是混相驅是成功率最高的EOR方法，可大幅提高原油采收率，未來必將仍是EOR的主流方向，特別是國際上環(huán)境保護、溫室氣體排放的巨大壓力，迫使相關部門急待加強各種廢氣中CO2分離和利用的研究，屆時，CO2的供應量和價格將非常有利于CO2混相驅的大面積推廣。2021/10/10星期日40

據(jù)1999年我國提高石油采收率潛力評價結果表明，初步估計適合注CO2驅提高采收率的儲量為總地質儲量的13.2%。另外，新發(fā)現(xiàn)低滲油藏儲量63.2億噸中，有50％以目前成熟技術不能有效開發(fā)，可通過注CO2氣驅使得這些新發(fā)現(xiàn)低滲油藏得到有效開發(fā)。將回收的CO2注入油氣藏，不僅可以長期儲存CO2，履行溫室氣體減排義務，而且還可以更好地提高原油和天然氣的采收率，取得巨大經(jīng)濟效益，因此，氣驅的前景是非常廣闊的。四、氣驅技術展望2021/10/10星期日41

近年來，國內各方也充分認識到了氣驅的巨大優(yōu)勢和重要性，投入大量的人力、物力、財力加強氣驅研究和礦場試驗，為氣驅的發(fā)展提供了有利的保障。主要事件有：

1、投資近3億元的中國石油重大科技專項“吉林油田含二氧化碳天然氣開發(fā)和二氧化碳埋存及資源綜合利用研究”項目于2007年正式啟動，主要目的是集中力量盡快攻克吉林油田含二氧化碳天然氣開發(fā)和二氧化碳埋存及綜合利用的瓶頸技術，為吉林油田含二氧化碳氣藏的安全高效開發(fā)和二氧化碳埋存及利用二氧化碳資源有效動用低滲難動用儲量、提高石油采收率等提供強有力的技術支撐。四、氣驅技術展望2021/10/10星期日422、科技部973重大專