论文部分内容阅读
[摘 要]随着现代化市场的不断发展，石油的需求量不断增长，国内的老油田不断枯竭，油田的开采越来越难，这就要求人们从枯竭的油层中将原始地质储量中的原油开采出来，迫切期待着新型的提高采收率技术的产生和应用。而在众多提高采收率技术中，二氧化碳驱油技术具有更广泛的应用前景和更明显的技术优势。本文阐述了二氧化碳的驱油机理及方式、驱油效果的影响因素，介绍了CO2驱油的存在的问题，指出了CO2驱油技术在未来的发展方向和应用前景。
[关键词]二氧化碳 驱油机理 发展前景
中图分类号：F407.67 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0057-02
1 引言
目前世界上大部分油田采用注水开发，面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油，提高采收率技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发、的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅仅适用于常规油藏，还适用于低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。将二氧化碳注入能量衰竭的油层，可提高油气田采收率，已成为世界许多国家石油开采业的共识。
2 二氧化碳物理化学性质及驱油技术机理
2.1 CO2的物理化学性质
（1）CO2具有良好的可压缩性和膨胀性，能有效补充地层能量保持油藏压力。在能量释放时对原油具有良好的解堵、助排、驱替和气举等作用。
（2）CO2在一定温度、压力下易溶于地层原油中，具有一定的降黏，降低界面张力作用，能改善流度比，提高油相渗透率，改善井周围地层条件等。
（3）CO2容易达到超临界状态，当温度高于临界温度31.1℃和压力高于临界压力7.38MPa状态下，CO2就处于超临界状态。此时CO2密度近于液体，而粘度近于气体，扩散系数介于气体和液体之间， 是液体的几百倍， 具有较强的溶解性。
2.2 CO2驱油技术机理
该技术不论是在开发早期的低渗透油藏开发，还是晚期的高含水油田提高采收率方面，不论是砂岩油藏，还是碳酸盐岩油藏均能应用。对于不适合采用一次采油和二次采油的油气藏也能取得比较好的效果。CO2驱油可分为非混相驱和混相驱两种驱动类型。CO2非混相驱的主要驱油机理是降低原油粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力等。当地层及流体的性质不适合采用混相驱时，用CO2非混相驱能够大大提高驱油效率，从而达到提高采收率的目的。非混相驱适应的油藏类型主要包括：压力衰蝎的低渗透油藏，高倾角、垂向渗透率高的油藏，重油或高粘油油藏。在CO2混相驱替过程中，CO2抽提原油中的轻质成分或使其气化，从而实现混相是CO2驱最重要的提高采收率机理。当原油与CO2形成混相时，缩小了原油与CO2的粘度比，有效地减弱了CO2的粘度指进，提高了驱油效率。混相驱的驱油效率一般比非混相驱高一倍左右。CO2混相驱在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的实例。CO2混相驱适合开采的油藏主要有水驱效果差的低渗透油藏，水驱枯竭的砂岩油藏，接近开采经济极限的深层、轻质油藏，多盐丘油藏。
3 二氧化碳驱油因素分析
将二氧化碳从地下采出来，然后再注入油层，它与油层亲密接触后就产生四种作用。一是降低原油黏度；二是能使原油体积膨胀 10%至 40% 这样能让一部分不流动的残余油动起来。 抽油机就能让原油抽出地面了；三是可降低油水界面张力，把黏在岩壁上的原油洗下来，从而提高了采收率；四是能解堵及改善油水黏度比，这样就减弱了水窜减少了无效循环，进而提高了水驱效果。影响CO2驱油效果的因素很多。主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类。其中，储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等。储层特征影响因素分析
（1）渗透率、平面非均质性影响
低渗透率可提供充分的混相条件，减少重力分离渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。随着非均质性的增强，采收率变小。因为非均质油藏中注入的CO2优先进入高渗透层导致当低渗透层中的原油尚未被完全驱扫时CO2已从高渗透层突入到生产井中，产生粘性指，从而使驱油效率降低，此储层岩石的非均质性越小越好，垂向横向渗透率比值Kv/Kh的影响随着Kv/Kh的增大，采收率有所下降，随着纵横向渗透率比值的增大，浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。
（2）流体性质影响因素分析
在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形成混相驱替效率较高在油藏下部，驱替效率明显比上部低随着原油密度的增大。其采收率减小、变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力作用越明顯。二氧化碳气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。
（3）扩散、弥散作用
混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏观弥散三种机理，随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大。变大的主要原因为考虑了扩散的影响，二氧化碳气体分子扩散作用对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时间。使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率。
4.二氧化碳驱油存在的问题
（1）腐蚀作用。CO2和水反应生成的碳酸对管线、设备、井筒有较大的腐蚀性。腐蚀产物被注入流体带入地层会堵塞储层孔隙。
（2）过早气窜和较小的波及系数。CO2黏度很低，CO2混相驱过程中黏性指进较严重，加上密度差引起的重力分异，致使CO2过早突破含油带，影响驱扫效率。
（3）最小混相压力较高。如何降低最小混相压力从而实现动态混相驱替是一个重要的问题。
（4）气源不足。国内注CO2采油技术发展较晚的最根本原因是CO2气源不足，不像美国、加拿大等国在油田附近就有大的CO2气藏。 （5）投入大。注CO2技术一次性投资大，需要铺设从气源到油田的输气管线，要有大型气体压缩机注气，但一旦形成规模，生产效益还是很可观的。
5 二氧化碳驱油的发展前景
在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱油有着非常广阔的推广利用前景，有关部门应适时出台相应的政策扶持措施，加快这一技术的推广应用。专家表示，二氧化碳驱油不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。根据油田地质情况的不同，每增产1吨原油约需1至4.2吨二氧化碳，可增产油田总储量约10%的原油。二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。另外，对于我国现已探明的63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。但是，二氧化碳驱技术在我国尚未成为研究和应用的主导技术。可以预测，隨着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。我国对二氧化碳驱油技术进行了大量的前期研究。例如，中国石油大庆油田利用炼油厂加氢车间的副产品——高纯度二氧化碳进行二氧化碳非混相驱矿场试验。虽然该矿场试验由于油藏的非均质性导致的气窜影响了波及效率，但总体上还是取得了降低含水率、提高原油采收率的效果。中原油田石油化工总厂建成了利用炼油废气生产液态二氧化碳的装置，其年生产能力达2万吨。这些二氧化碳将全部用于中原油田进行二氧化碳驱油，预计可提高原油采收率15%～20%，年增产原油5万多吨。20世纪80年代以后，二氧化碳驱油技术得到广泛的应用，美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，已成为油田提高采收率的主导技术之一。截至2008年，全世界二氧化碳驱油项目达到124个，年耗二氧化碳量2500万吨，每天产油27.4万桶，其中美国实施二氧化碳驱油项目108个，每天产油25万桶。通过大量的矿场开发和应用，二氧化碳驱油机理已经基本明确，并已形成了以二氧化碳混相驱、非混相驱和气水交替驱等为主导的二氧化碳驱油技术。
6 结论
随着工业和人类生活过程中产生的温室气体CO2排放量日益增加，人类生存的环境面临着越来越严重的威胁。将CO2气体注入油藏不仅可以提高原油采收率，解决能源不足问题，而且还能解决CO2的排放问题。随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳驱油技术将成为我国改善油田开发效果 提高原油采收率的重要手段。
参考文献
[1] 刘长宝.中小油田注CO2提高采收率方法采油的经济学.国外油田工程. 1995：15～20
[2] 杨彪，于永，李爱山.CO2驱对油藏的伤害及其保护措施.石油钻采工艺. 2004，24（4）：42～44.
[3] 高慧梅，何应付，周锡生.注二氧化碳提高原油采收率技术研究进展[J].特种油气藏，2009，1（16）：6-12.
[4] Guntis Moritis.汪丽丽等译.CO2封存技术为提高油气产量开辟了新的领域.国外油田工程.2004，20（1）：3～5.
[关键词]二氧化碳 驱油机理 发展前景
中图分类号：F407.67 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0057-02
1 引言
目前世界上大部分油田采用注水开发，面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油，提高采收率技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发、的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅仅适用于常规油藏，还适用于低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。将二氧化碳注入能量衰竭的油层，可提高油气田采收率，已成为世界许多国家石油开采业的共识。
2 二氧化碳物理化学性质及驱油技术机理
2.1 CO2的物理化学性质
（1）CO2具有良好的可压缩性和膨胀性，能有效补充地层能量保持油藏压力。在能量释放时对原油具有良好的解堵、助排、驱替和气举等作用。
（2）CO2在一定温度、压力下易溶于地层原油中，具有一定的降黏，降低界面张力作用，能改善流度比，提高油相渗透率，改善井周围地层条件等。
（3）CO2容易达到超临界状态，当温度高于临界温度31.1℃和压力高于临界压力7.38MPa状态下，CO2就处于超临界状态。此时CO2密度近于液体，而粘度近于气体，扩散系数介于气体和液体之间， 是液体的几百倍， 具有较强的溶解性。
2.2 CO2驱油技术机理
该技术不论是在开发早期的低渗透油藏开发，还是晚期的高含水油田提高采收率方面，不论是砂岩油藏，还是碳酸盐岩油藏均能应用。对于不适合采用一次采油和二次采油的油气藏也能取得比较好的效果。CO2驱油可分为非混相驱和混相驱两种驱动类型。CO2非混相驱的主要驱油机理是降低原油粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力等。当地层及流体的性质不适合采用混相驱时，用CO2非混相驱能够大大提高驱油效率，从而达到提高采收率的目的。非混相驱适应的油藏类型主要包括：压力衰蝎的低渗透油藏，高倾角、垂向渗透率高的油藏，重油或高粘油油藏。在CO2混相驱替过程中，CO2抽提原油中的轻质成分或使其气化，从而实现混相是CO2驱最重要的提高采收率机理。当原油与CO2形成混相时，缩小了原油与CO2的粘度比，有效地减弱了CO2的粘度指进，提高了驱油效率。混相驱的驱油效率一般比非混相驱高一倍左右。CO2混相驱在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的实例。CO2混相驱适合开采的油藏主要有水驱效果差的低渗透油藏，水驱枯竭的砂岩油藏，接近开采经济极限的深层、轻质油藏，多盐丘油藏。
3 二氧化碳驱油因素分析
将二氧化碳从地下采出来，然后再注入油层，它与油层亲密接触后就产生四种作用。一是降低原油黏度；二是能使原油体积膨胀 10%至 40% 这样能让一部分不流动的残余油动起来。 抽油机就能让原油抽出地面了；三是可降低油水界面张力，把黏在岩壁上的原油洗下来，从而提高了采收率；四是能解堵及改善油水黏度比，这样就减弱了水窜减少了无效循环，进而提高了水驱效果。影响CO2驱油效果的因素很多。主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类。其中，储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等。储层特征影响因素分析
（1）渗透率、平面非均质性影响
低渗透率可提供充分的混相条件，减少重力分离渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。随着非均质性的增强，采收率变小。因为非均质油藏中注入的CO2优先进入高渗透层导致当低渗透层中的原油尚未被完全驱扫时CO2已从高渗透层突入到生产井中，产生粘性指，从而使驱油效率降低，此储层岩石的非均质性越小越好，垂向横向渗透率比值Kv/Kh的影响随着Kv/Kh的增大，采收率有所下降，随着纵横向渗透率比值的增大，浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。
（2）流体性质影响因素分析
在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形成混相驱替效率较高在油藏下部，驱替效率明显比上部低随着原油密度的增大。其采收率减小、变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力作用越明顯。二氧化碳气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。
（3）扩散、弥散作用
混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏观弥散三种机理，随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大。变大的主要原因为考虑了扩散的影响，二氧化碳气体分子扩散作用对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时间。使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率。
4.二氧化碳驱油存在的问题
（1）腐蚀作用。CO2和水反应生成的碳酸对管线、设备、井筒有较大的腐蚀性。腐蚀产物被注入流体带入地层会堵塞储层孔隙。
（2）过早气窜和较小的波及系数。CO2黏度很低，CO2混相驱过程中黏性指进较严重，加上密度差引起的重力分异，致使CO2过早突破含油带，影响驱扫效率。
（3）最小混相压力较高。如何降低最小混相压力从而实现动态混相驱替是一个重要的问题。
（4）气源不足。国内注CO2采油技术发展较晚的最根本原因是CO2气源不足，不像美国、加拿大等国在油田附近就有大的CO2气藏。 （5）投入大。注CO2技术一次性投资大，需要铺设从气源到油田的输气管线，要有大型气体压缩机注气，但一旦形成规模，生产效益还是很可观的。
5 二氧化碳驱油的发展前景
在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱油有着非常广阔的推广利用前景，有关部门应适时出台相应的政策扶持措施，加快这一技术的推广应用。专家表示，二氧化碳驱油不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。根据油田地质情况的不同，每增产1吨原油约需1至4.2吨二氧化碳，可增产油田总储量约10%的原油。二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。另外，对于我国现已探明的63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。但是，二氧化碳驱技术在我国尚未成为研究和应用的主导技术。可以预测，隨着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。我国对二氧化碳驱油技术进行了大量的前期研究。例如，中国石油大庆油田利用炼油厂加氢车间的副产品——高纯度二氧化碳进行二氧化碳非混相驱矿场试验。虽然该矿场试验由于油藏的非均质性导致的气窜影响了波及效率，但总体上还是取得了降低含水率、提高原油采收率的效果。中原油田石油化工总厂建成了利用炼油废气生产液态二氧化碳的装置，其年生产能力达2万吨。这些二氧化碳将全部用于中原油田进行二氧化碳驱油，预计可提高原油采收率15%～20%，年增产原油5万多吨。20世纪80年代以后，二氧化碳驱油技术得到广泛的应用，美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，已成为油田提高采收率的主导技术之一。截至2008年，全世界二氧化碳驱油项目达到124个，年耗二氧化碳量2500万吨，每天产油27.4万桶，其中美国实施二氧化碳驱油项目108个，每天产油25万桶。通过大量的矿场开发和应用，二氧化碳驱油机理已经基本明确，并已形成了以二氧化碳混相驱、非混相驱和气水交替驱等为主导的二氧化碳驱油技术。
6 结论
随着工业和人类生活过程中产生的温室气体CO2排放量日益增加，人类生存的环境面临着越来越严重的威胁。将CO2气体注入油藏不仅可以提高原油采收率，解决能源不足问题，而且还能解决CO2的排放问题。随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳驱油技术将成为我国改善油田开发效果 提高原油采收率的重要手段。
参考文献
[1] 刘长宝.中小油田注CO2提高采收率方法采油的经济学.国外油田工程. 1995：15～20
[2] 杨彪，于永，李爱山.CO2驱对油藏的伤害及其保护措施.石油钻采工艺. 2004，24（4）：42～44.
[3] 高慧梅，何应付，周锡生.注二氧化碳提高原油采收率技术研究进展[J].特种油气藏，2009，1（16）：6-12.
[4] Guntis Moritis.汪丽丽等译.CO2封存技术为提高油气产量开辟了新的领域.国外油田工程.2004，20（1）：3～5.