二氧化碳驱油原理

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μw——水的粘度,mPa·s。

如果CO2通过水堵段的扩散距离是X,通过水堵段扩散所需的时间是t,可用下式表示它们之间的关系。

t =X2/Ds·w

也可以用实验室岩心驱扩散时间,计算现场CO2扩散时间。

tp ?te ?(式中

Xp2) Xetp——现场CO2扩散时间; te——试验扩散时间;

Xp——现场扩散距离; Xe——试验扩散距离。

7.降低界面张力

试验证明:残余油饱和度随着油水界面张力减小而降低;多数油藏的油水界面张力为10~20mN/m,想使残余油饱和度趋向于零,必须使油水界面张力降低到0.001mN/m或者更低。界面张力降到0.04mN/m一下,采收率便会更明显地提高。CO2驱油的主要作用是使原油中轻质烃萃取和汽化,大量的烃与CO2混合,大大降低了油水界面张力,也大大降低了残余油的饱和度,从而提高了原油采收率,见图。

从图中可以看出,随着见面张力的降低,采收率逐渐提高。

8.溶解气驱作用

大量的CO2溶于原油中,具有溶解气驱作用。降压采油机理与溶解气驱相似,随着压力下降CO2从液体中溢出,液体内产生气体驱动力,提高了驱油效果。另外,一些CO2驱替原油后,占据了一定的空隙空间,成为束缚气,也可使原油增产。

9.提高渗透率

碳酸化的原油和水,不仅改善了原油和水的流度比,而且还有利于抑制粘土膨胀。CO2

溶于水后显弱酸性,能与油藏的碳酸盐反应,使注入井周围的渗透率提高。可见碳酸盐岩油藏更有利于CO2驱油。

第二节 驱油机理的综合利用

CO2是一种多用途的注入气体,它的有利特性不仅仅是由于其混相的能力,而且还具有

因CO2溶于原油后使原油体积膨胀、粘度降低等改变油流特性的有点。在美国,由于存在丰富的CO2天然气源,所以CO2驱得到广泛的应用,并被认为是最有潜力的油田开采方法。

根据国内外大量CO2驱油现场试验资料分析,综合利用CO2驱油机理的驱油方式主要有一下几种:

1.二氧化碳混相驱替

在混相驱替过程中,CO2提取原油中的轻质成分或使其汽化,从而实现混相以及降低界面张力等作用是CO2驱重要的提高采收率的机理。由于受底层破裂压力等条件的限制,混相驱替只适用于oAPI重度比较高的轻质油藏。

CO2混相驱替在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸岩层、沙岩中都有过应用经验,分析以往经验,CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。

(1)水驱效果差的低渗透油藏; (2)水驱完全枯竭的砂岩油藏; (3)接近开采经济极限深层、气质油藏; (4)利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。 2.二氧化碳非混相驱

CO2非混相驱的主要采油机理是降低原油的粘度,使原油体积膨胀,减小界面张力,对原油中轻烃的汽化和抽提。当地层及其中流体的性质决定油藏不能采用混相驱时,利用CO2非混相驱的开采机理,也能达到提高原油采收率的目的主要应用包括:

(1)可用CO2来恢复枯竭油藏的压力。虽然与水相比,恢复压力所用的时间要长得多,但由于油藏中存在的游离气相将分散CO2,使之接触到比混相驱更多的地下原油,从而使波及效率增大。

特别是对于低渗透油藏,在不能以经济速度注水或驱替溶剂段塞来提高油藏的压力时,采用注CO2就可能办到,因为低渗透性油层对注入CO2这类低粘度流体的阻力很小。

(2)重力稳定非混相驱替。用于开采高倾角、垂向渗透率高的油藏。 (3)重油CO2驱,可以改善重油的流度,从而改善水驱效率。 (4)应用CO2驱开采高粘度原油。 3.单井非混相二氧化碳“吞”“吐”开采技术

这种单井开采方案通常实用那些在经济上不可能打许多井的小油藏,强烈水驱的块状油藏也可使用。此种三次采油方式最适合那次额不能承受油田范围id很大前沿投资的油藏。周期性注入CO2与重油的注蒸汽增产措施相似,但它不仅限于重油开采,而且已成功的用

于轻油的开采中。虽然增加的采收率并不大,但评价报告一致认为,这些方案确实能在CO2耗量相对较低的条件下增加采油量。多数情况下,采用这种技术的井在试验以前均已接近经济极限。

该方法的一般过程是把大量的CO2注入到生产井底,然后关井几个星期,让CO2渗入到油层,然后,重新开井生产。采油机理主要是原油体积膨胀、粘度降低以及烃抽提和相对渗透率效应;在倾斜油层中,尽管油井打在不太有利的位置,利用这种技术回采倾斜油层顶部的残余油也是可能的。

CO2吞吐增产措施相对来说具有低投资、返本快的特点,看来有获得广泛应用的可能性。

第二章 影响二氧化碳驱油的因素

第一节 油藏条件对二氧化碳驱油的影响

1.油藏深度对二氧化碳的驱油的影响

CO2之所以能有效的使原油流动,最根本的原因是CO2能与原油中的轻质烃混相。最小混相压力(MMP)随着油藏温度增加而增加,见图,也可以用下式表示:

MMP=Po+γT

式中

(1)

Po和γ值取决于原油组分,他们反映了原油组分和CO2最小混相密度之间的

关系;他们是建立在CO2能是原油中轻质烃萃取和汽化的基础上。其值可以从表中查出、。

油组分和需要的CO2密度关系表

T是油藏温度,由下式表示 T=Ts+Gd

式中

Ts——年度平均地面温度,oC; G——地热梯度,oC/m; d ——油藏深度,m; 把式2代入式1得:

MMP=Po+γ(Ts+Gd)

(3) (2)

由式3可以看出,最小混相压力随油藏深度增加而增加。

试验和实践证明,破裂压力梯度不仅与岩石致密程度和岩石中流体压力有关,而且也与油藏深度有关,见图

由图可以看出,破裂压力梯度随油藏深度的增加而增加,也可用下式表示:

gf=1.0-B·e-Ad

式中

gf——破裂压力梯度,MPa/m; A和B——拟合参数,可由表查出。

(4)

众所周知,破裂压力是根据破裂压力梯度计算的,计算公式如下: Pf= gfd=d(1-B·e-Ad )

式中

Pf——破裂压力

(5)

由式5可以看出,破裂压力也随着油藏深度的增加而增加。从图也可以看出,破裂压力比最小混相压力随油藏深度增加的更快。

CO2混相驱极限定义为破裂压力与最小混相压力的差,用下式表示:

ΔP=Pf-MMP

式中

ΔP——CO2混相驱压力极限。

(6)

把(3)式和(5)式代入(6)式得

ΔP=d(1-γG-B·e-Ad )-Po-γT

(7)

由(7)式和图可以看出,CO2混相驱压力极限ΔP随着油藏深度的增加而增加。 从上面的分析可以看出,无论是最小混相压力,还是CO2混相驱油压力极限,都随着油藏深度的增加而增加。这说明油藏深度对CO2混相驱油确实存在影响。 2.油藏非均值性质对二氧化碳去驱油的影响

油藏非均值性影响CO2驱油的原因是因为原油的粘度比CO2的粘度高得多。地层对原油的渗透率(Ko)比地层对CO2的渗透率(KCO2)低得多。根据流体流度的概念,CO2的流度(KCO2/μco2)比原油的流度(K0/μ0)大的多。所以容易造成CO2串流、指进和突破,对扫油效率产生不利影响;非均质性越严重,对扫描效率影响越大,驱油效果越差。除非想办法降低CO2的流度,改变油和CO2的流度比,才能提高CO2的扫油效率。

还可以用地层垂向渗透率与水平向渗透率比(Kv/Kh)说明油藏非均质性对CO2驱油的影响,见图。

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