《提高采收率》-面試問答題-前沿內(nèi)容

一簡述二氧化碳混相驅(qū)的機理混相驅(qū)的基本機理是驅(qū)替劑(注入的混相氣體)和被驅(qū)劑(地層原油)在油藏條件下形成混相，消除界面，使多孔介質(zhì)中的毛細管力降至零，從而降低因毛細管效應產(chǎn)生毛細管滯留所圈閉的石油，原則上可以使微觀驅(qū)油效率達到百分之百。根據(jù)不同注入氣體及其與原油系統(tǒng)的特性，混相驅(qū)可分為:一次接觸混相(FCM)、多級接觸混相(MCM)和非混相(IMM)幾種方式。而CO2混相驅(qū)一般屬于多級接觸混相驅(qū)。通過適合CO2驅(qū)的油藏篩選標準可知稀油油藏主要采用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)的CO2可以降低所波及油水的界面張力，CO2注入濃度越大，油水相界面張力越小，原油越易被驅(qū)替。水、氣交替注入時，水對混相有不利的影響。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?；煜囹?qū)油是在地層高溫條件下，原油中輕質(zhì)烴類分子被CO2：析取到氣相中，形成富含烴類的氣相和溶解CO2的液相(原油)兩種狀態(tài)。其驅(qū)油機理主要包括以下三個方面：(1)當壓力足夠高時，CO2析取原油中輕質(zhì)組分后，原油溶解瀝青、石蠟的能力下降，重質(zhì)成分從原油中析出，原油黏度大幅度下降，提高了油的流動能力達到混相驅(qū)油的目的。在適合的儲層壓力、溫度及原油組分等條件下，臨界CO2：與原油混合，形成一種簡單的流體相。(2)CO2在地層油中具有較高的溶解能力，從而有助于地層油膨脹，充分發(fā)揮地層油的彈性膨脹能，推動流體流人井底。(3)油氣相互作用的結(jié)果可以使原油表面張力減小。隨著壓力的增加，原油一空氣系統(tǒng)的表面張力減小不大，這是由于氮氣(空氣的主要成分)在油中的溶解度極低，因此，系統(tǒng)的表面張力隨壓力變化緩慢。對于原油一CO2系統(tǒng)，由于CO2的飽和蒸汽壓很小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此原油一CO2系統(tǒng)的界面張力隨著壓力增加而快速下降。對于原油一天然氣系統(tǒng)而言，天然氣中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然氣在油中的溶解度要遠大于氮氣的溶解度，故界面張力隨壓力增加而急劇降低。對有溶解氣的油一水體系，溶解氣量的多少，對油一水兩相間的界面張力起著決定性的作用。當壓力小于飽和壓力時，壓力升高，界面張力增大，這是由于當壓力小于飽和壓力前，氣體在油中的溶解度大于在水中的溶解度，使油一水間極性差更大而引起的；當壓力大于飽和壓力時，隨著壓力增加，界面張力變化不大，因為在高于飽和壓力后，增加壓力不會增加氣體的溶解度，而僅僅是對流體增加了壓縮作用。二談?wù)劸酆衔锶芤旱姆€(wěn)定性聚合物溶液穩(wěn)定性1力學穩(wěn)定性：結(jié)合連續(xù)性方程、運動方程和本構(gòu)方程，使用計算流體動力學軟件Polyflow，計算了聚合物溶液作用在親油巖石表面上的殘余油膜的應力。計算結(jié)果表明：聚合物溶液的粘彈性越大，作用在殘余油膜上的應力越大，越有利于油膜的變形；流道寬度越大，作用在油膜上的偏應力越大，越有利于提高驅(qū)油效率。2溶液粘度對溫度的依賴性：拿酪蛋白溶液來說明，酪蛋白溶液的粘度隨著溫度的升高逐漸降低.相同溫度條件下,酪蛋白溶液的粘度隨著放置時間的延長而逐漸下降.并且隨著溫度的升高,粘度隨時間延長下降的幅度增大,溫度越高,酪蛋白溶液粘度越早趨于平穩(wěn).在較低溫度時,酪蛋白溶液中加入Cu2+,溶液粘度增加;而在較高溫度時,Cu2+的加入對酪蛋白溶液粘度影響不大。3溶液的熱穩(wěn)定性：對于交聯(lián)聚合物溶液的熱穩(wěn)定性，在較低溫度下（40~60℃），HPAM與ALCit反應所形成的LPS能夠長時間的穩(wěn)定存在，對于1.2um的核孔膜有很好的封堵效果。而在較高溫度下（70~1104化學穩(wěn)定性：以往的前人實驗結(jié)果可知：隨著ΡH值的減小,粘度將迅速降低。非離子型聚合物HEG,水溶液的粘度幾乎不受ΡH變化的影響；溶液粘度隨鹽含量的增加而降低,隨溶液濃度的增加而增高；實驗結(jié)果,可知在聚合物溶液中適量添加STP,可使溶液粘度增高。5微生物酶解作用：天然植物膠衍生物HEG耐微生物酶解作用甚差,在空氣中存放3天后的溶液粘度顯著下降。其它試樣耐酶解性尚好。三某一種提高采收率的方法進行論述注CO2提高采收率技術(shù)隨著我國石油供需缺口逐年增大,以及石油價格的急劇攀升,提高采收率技術(shù)在我國受到了空前的重視。近幾年,注氣提高采收率技術(shù)發(fā)展迅速,其中又以注CO2技術(shù)的發(fā)展速度最快。注CO2的效果非常明顯,而且利用CO2可以減輕溫室效應,因此注CO2技術(shù)在全球得到推廣運用。目前世界經(jīng)濟迅猛發(fā)展，對能源尤其是石油的需求量不斷增加。石油作為有限非再生能源，再發(fā)現(xiàn)較大儲油油田的機遇減少，已開發(fā)油田正在老化，未開采的油田多為稠油油田，這就迫使人們把注意力投向提高老油田采收率技術(shù)上。因此，提高油田的原油采收率(EOR，即EnhancedOilRecovery)日益成為國際上石油企業(yè)經(jīng)營規(guī)劃的一個重要組成部分[1]。CO2驅(qū)油現(xiàn)狀目前世界上已形成提高采收率四大技術(shù)系列，即化學法、氣驅(qū)、熱力和微生物采油，CO2驅(qū)油法便是氣驅(qū)的一種。在國外，注CO2技術(shù)主要用于后期的高含水油藏、非均質(zhì)油藏以及不適合熱采的重質(zhì)油藏。推廣CO2驅(qū)油的主要制約因素是天然的CO2資源、CO2的輸送及CO2向生產(chǎn)井的突進問題以及油井及設(shè)備腐蝕、安全和環(huán)境問題等。為解決以上問題，提出了就地CO2提高原油采收率技術(shù)，這種技術(shù)是向地層中注入反應溶液，使其在油藏條件下充分反應而釋放出CO2氣體，CO2氣體溶解于原油之中，降低原油粘度，膨脹原油體積，從而達到提高原油采收率的目的。該項技術(shù)優(yōu)勢在于可在地層中就地產(chǎn)生CO2驅(qū)替劑，不需要使用過多的地面設(shè)備，不會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，減少了環(huán)境污染，降低了費用增加投入產(chǎn)出比[2]。2．注CO2驅(qū)油機理[3]根據(jù)注CO2的作用機理，分為CO2吞吐、非混相驅(qū)、混相驅(qū)。CO2提高原油采收率的主要作用有促使原油膨脹、降低粘度、溶解氣驅(qū)、降低界面張力等。2.1CO2吞吐CO2吞吐的實質(zhì)是非混相驅(qū)，其驅(qū)替機理是:使原油體積膨脹，降低原油界面張力和粘度，溶解氣驅(qū)，驅(qū)替吮吸滯后產(chǎn)生相對滲透率變化，降低殘余油飽和度；另外，氣態(tài)CO2滲入地層與地層水反應產(chǎn)生的碳酸，能有效改善井筒周圍地層的滲透率，提高驅(qū)油效率。CO2吞吐石油提高采收率的原因在于：（1）CO2在原油中的溶解度高，因體積膨脹，油相滲透率提高，致使驅(qū)油效率提高6%～10%。CO2溶于原油中，能大幅度的降低原油的粘度，促使原油流動性提高。（2）CO2易溶于水，可導致水的粘度增加，流動性降低，從而使油水的粘度比隨著水的流動性的降低而增大。CO2溶于水之后形成碳酸水，有一定的酸化作用，可提高儲層的滲透性，注入井的吸收能力增強。室內(nèi)試驗表明，砂巖滲透率可以提高5%～15%，白云巖滲透率可以提高6%～75%。同時，CO2溶于水后，可降低油水的界面張力，提高驅(qū)油效率。（3）CO2的注入能很大程度影響相滲曲線特征，最終使殘余油飽和度明顯降低。因為CO2在油水系統(tǒng)中有很好的擴散作用，而使CO2在油水系統(tǒng)中得以重新分配和相系統(tǒng)平衡穩(wěn)定。CO2可促使原油中的輕質(zhì)烴抽提出來，提高石油采收率。2.2CO2混相驅(qū)混相驅(qū)的基本機理是驅(qū)替劑(注入的混相氣體)和被驅(qū)劑(地層原油)在油藏條件下形成混相，消除界面，使多孔介質(zhì)中的毛細管力降至零，從而降低因毛細管效應產(chǎn)生毛細管滯留所圈閉的石油，原則上可以使微觀驅(qū)油效率達到百分之百。根據(jù)不同注入氣體及其與原油系統(tǒng)的特性，混相驅(qū)可分為:一次接觸混相(FCM)、多級接觸混相(MCM)和非混相(IMM)幾種方式。而CO2混相驅(qū)一般屬于多級接觸混相驅(qū)。通過適合CO2驅(qū)的油藏篩選標準可知稀油油藏主要采用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)的CO2可以降低所波及油水的界面張力，CO2注入濃度越大，油水相界面張力越小，原油越易被驅(qū)替。水、氣交替注入時，水對混相有不利的影響。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。2.3CO2非混相型從混相原理上可知，隨著壓力增加，即使是用貧氣驅(qū)動含中間分子量烴較少的重油，它們之間也有可能達到混相，但要求的混相壓力極高，這在油藏注氣工程中有時是不可能達到的。此時注氣只能是非混相驅(qū)替。烴氣在原油中有一定的溶解度，一定壓力下溶解氣可以改變油流特性，同時不混相的氣液之間存在傳質(zhì)作用。因此，非混相驅(qū)替也會使原油采收率有所提高。非混相驅(qū)采油的主要機理是:（1）有限量的蒸發(fā)和抽替；（2）降低原油粘度；（3）原油膨脹；（4）降低界面張力。非混相驅(qū)的特征是:（1）注入溶劑時，一些溶于油藏流體中，一些保留為上相，因此形成兩相體系。（2）形成的上相向前運移，與更多的油藏流體接觸，從油藏流體中抽提(萃取)出一些中間烴組分，或原油從溶劑中抽提一部分中間烴組分。上相抽提的組分不足以在排驅(qū)前緣或后緣達到混相。（3）由于高的流度，上相繼續(xù)在前面流動，一些溶解于液相(油藏流體)，更多的是從原油中抽提或從上相凝析中間烴組分，但永遠達不到單相體系。3CO2驅(qū)油影響因素分析影響CO2驅(qū)油效果的因素很多，主要分為儲層參數(shù)、地層流體性質(zhì)以及注氣方式三大類[4]。其中，儲層參數(shù)主要包括油藏的非均質(zhì)性、油層厚度、滲透率性等，流體性質(zhì)主要包括原油粘度及原油密度等。3.1儲層特征影響因素分析（1）滲透率、平面非均質(zhì)性影響因為低滲透率可提供充分的混相條件，減少重力分離，滲透率太高容易導致早期氣竄，從而造成較低的驅(qū)油效率。改變平面非均質(zhì)系數(shù)，計算不同平面非均質(zhì)系數(shù)下的原油采收率，分析可知，隨著非均質(zhì)性的增強，采收率變小。因為非均質(zhì)油藏中，注入的CO2優(yōu)先進入高滲透層，導致當?shù)蜐B透層中的原油尚未被完全驅(qū)掃時，CO2已從高滲透層突入到生產(chǎn)井中，產(chǎn)生粘性指進[8]，從而使驅(qū)油效率降低。因此，儲層巖石的非均質(zhì)性越小越好。（2）垂向橫向滲透率比值kv/Kh的影響隨著Kv/Kh的增大，采收率有所下降。隨著縱橫向滲透率比值的增大，浮力的作用加劇，層間矛盾更加突出。3.2流體性質(zhì)影響因素分析（1）浮力、重力影響因素。隨著原油密度的增大，其采收率減小，變小的主要原因為由于油氣密度差越大，浮力作用越明顯，CO2氣體越容易沿著油層的頂部流動，氣體突破的時間就越短，大大降低了CO2氣體的體積波及系數(shù)，導致采收率下降。（2）擴散、彌散作用隨著橫向擴散系數(shù)的增大，其采收率也在增大，變大的主要原因為考慮了擴散的影響，CO2氣體分子擴散作用、對流彌散作用延遲CO2的突破時間。使CO2向周圍遷移，減緩了CO2向生產(chǎn)井的推進，提高了波及系數(shù)，因而可獲得較高的采收率；在不考慮分子擴散作用情況下，CO2向生產(chǎn)井推進較快，波及效率較低，從而使CO2較早突破，生產(chǎn)井CO2的含量很快上升，所獲得的采收率偏低。3.3CO2注氣方式為對比不同注入方式的開發(fā)效果，設(shè)計衰竭后注氣、連續(xù)注氣和水氣交替注入（WAG）三種方式進行計算，結(jié)果表明WAG效果最佳。水氣交替注入過程中，由于氣相和液相交替驅(qū)掃不同的含油孔道，有效地提高了驅(qū)油效率，水氣交替注入時，產(chǎn)生氣相滲透率滯后效應，并形成較大的滯留氣飽和度，降低氣相滲透率，水相主要驅(qū)掃油層中下部，而加入的氣相則會由于重力作用向上超覆，主要驅(qū)掃油層上部，進一步提高原油采收率率[5]。4二氧化碳驅(qū)油意義在傳統(tǒng)的意義下，很多低滲透油氣藏是難動用儲量，但如果采用二氧化碳驅(qū)油的方法，可能將成為優(yōu)質(zhì)儲量?！拔覈淮文茉匆悦禾繛橹?，這是我們的現(xiàn)實國情，短期內(nèi)不可能有較大改變。這決定了我國電力以煤電為主的裝機結(jié)構(gòu)，占整個發(fā)電裝機的70％以上，提供了我國80％的發(fā)電量。”國網(wǎng)能源研究院副院長胡兆光表示。不容忽視的是，以煤電為主的電力結(jié)構(gòu)帶來了相當大的環(huán)保壓力。相關(guān)測算表明，燃燒一噸標煤將平均排放2.6噸二氧化碳?！盎鹆Πl(fā)電廠是二氧化碳排放大戶，排放量占總量相當大的比例?！蹦匣瘓F研究院副總工程師毛松柏介紹?！耙虼耍瑢煹罋庵械亩趸疾都兓笞⑷氲叵掠糜谟吞矧?qū)油，既能降低二氧化碳排放，又能提高了原油采收率，經(jīng)濟效益和社會效益都非常顯著。研究與實踐表明，二氧化碳驅(qū)油可以提高油田采收率10％至20％?！睆堄绖偙硎?。隨著陸上油田勘探開發(fā)力度的加大，低滲透油藏已成為我國油田的重要增儲陣地?！霸趥鹘y(tǒng)的意義下，很多低滲透油氣藏是難動用儲量，但如果采用二氧化碳驅(qū)油的方法，可能成為優(yōu)質(zhì)儲量?！敝袊萍奸_發(fā)部油田處副處長胡鳳濤說。數(shù)據(jù)顯示，我國低滲透油氣藏約63.2億噸，尚有50％左右未動用。而已動用的低滲透資源，由于技術(shù)水平的制約，平均采收率僅為23.3％。胡鳳濤介紹，對于中高滲水驅(qū)油藏，也可通過注入二氧化碳進一步提高采收率，中原油田濮城水驅(qū)廢棄油藏就通過試驗二氧化碳驅(qū)油再獲新生。據(jù)了解，中原油田濮城水驅(qū)廢棄油藏已連續(xù)14年綜合含水達到98％以上，水驅(qū)開發(fā)已無經(jīng)濟價值。2008年6月開始進行二氧化碳驅(qū)油試驗，井組日產(chǎn)油由0.6噸最高上升到15.9噸。截至今年3月，累計注入二氧化碳1.23萬噸，累計增油3272.7噸，預計實施二氧化碳驅(qū)油后井組采收率可提高7.9％。他表示，如二氧化碳驅(qū)油在中原油田高含水油藏中推廣應用的話，將覆蓋地質(zhì)儲量3億噸，預計可增加可采儲量2000萬至3000萬噸。王增林認為，利用火電廠煙道氣捕集純化驅(qū)油技術(shù)屬于二氧化碳捕集、利用和封存技術(shù)（CCUS），與二氧化碳捕集和封存技術(shù)（CCS）相比，可以將二氧化碳資源化，能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，更具有現(xiàn)實操作性。5存在的問題[6](1)腐蝕CO2和水反應生成的碳酸對管線、設(shè)備、井筒有較大的腐蝕性。腐蝕產(chǎn)物被注入流體帶入地層會堵塞儲層孔隙。CO2的腐蝕作用受多種因素影響,包括CO2分壓、溫度、含水量、流速、氧、硫化氫、氧化物濃度等。近年來隨著防腐技術(shù)的進步,這一問題正