提高采收率技术及应用

毕业设计（论文）提高采收率技术及应用

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2012年06月01日

摘要

本文主要叙述了利用化学驱（聚合物驱）、气驱（CO2驱）、热力（蒸汽驱）、微生物等采油方法提高采收率的历史及目前国内外的发展现状，并且阐述了提高采收率的意义，着重探讨了CO2驱油的渗流机理。

关键词：采收率、化学法采油、气驱采油、热力采油、微生物采油

目录

第一章国内外提高采收率技术应用现状 (1)

1. 国外发展情况 (1)

2. 国内发展情况 (2)

第二章提高采收率相关概念及技术发展 (4)

1. 提高采收率的意义 (4)

2. 提高采收率的方法分类 (4)

第三章化学法采油提高采收率 (9)

1、聚合物驱概述 (9)

2、聚合物驱提高采收率的机理 (9)

3. 聚合物驱油矿场实例 (10)

4. 聚合物驱技术现在存在的问题 (10)

驱油提高采收率 (12)

第四章 CO

2

驱油提高采收率的机理 (12)

1. CO

2

2. CO

驱油的基本方式 (14)

2

第五章蒸汽驱采油提高采收率 (16)

1. 蒸汽驱使用条件 (16)

2. 蒸汽驱的驱油机理 (16)

3. 蒸汽驱的开发机理 (17)

4. 蒸汽驱开采的油藏条件 (17)

第六章微生物采油提高采收率 (19)

1. 俄罗斯：综合研究不断加快 (19)

2. 现场应用：采收率提高显著 (20)

3. 发展前景：技术才刚刚起步 (21)

结论及建议 (22)

致谢 (23)

参考文献 (24)

第一章国内外提高采收率技术应用现状通过对世界提高采收率(EOR)技术应用状况的统计分析,了解了不同国家提高采收率技术应用现状及发展趋势。热采、气驱、化学驱是目前规模化应用的三大提高采收率技术,大规模应用的热采技术主要为蒸汽吞吐、蒸汽驱和SAGD,主要在美国、加拿大、中国、委内瑞拉和印度尼西亚应用,规模化应用的气驱技术主要为CO2混相驱和烃混相/非混相驱,主要在美国、委内瑞拉和加拿大应用,化学驱技术主要在中国应用,聚合物驱已进入工业化应用。世界提高采收率项目主要集中在美国、中国、加拿大、委内瑞拉和印度尼西亚,这5个国家的EOR产量约占世界EOR产量的98.3%。中国已成为世界提高采收率技术应用大国,蒸汽吞吐、聚合物驱和复合驱技术应用规模均居世界前列。为适应温室气体减排的要求,CO2-EOR技术应用规模将不断扩大。

改革开放以来，伴随着我国经济的持续增长，国内石油消耗量同样与日俱增。20世纪90年代，我国石油消费的年均增长率为7.0%，而国内石油供应年增长率仅为1.7%。这种供求矛盾使我国自1993年成为石油净进口国之后，2004年对外依存度迅速达到42%。国内各大油田经过一次、二次采油，原油含水率不断增加，平均含水率已经高达80%以上，而近几十年来发现新油田的难度加大，后备储量接替不足。为此，三大石油公司一方面加大国内外勘探力度，另一方面挖掘现有油田潜力，保持稳产，其中提高原油采收率则是一种重要的技术手段。部分大油田先后进入三次采油阶段，即提高采收率技术的工业化应用阶段。国家计委在“七五”至“十五”计划期间，把提高采收率技术列为国家重点科技攻关项目，先后开展了热采、聚合物驱、微乳液—聚合物驱、碱—聚物驱以及碱—表面活性剂—聚合物驱等技术研究，使我国化学驱提高采收率技术进入了世界领先水平。

1. 国外发展情况

1.1 美国

美国的提高采收率研究于二十世纪初起步，但初期发展较慢。直至1973年，由于阿拉伯石油禁运，美国将提高原油采收率作为其能源政策的一部分，并对提高采收率项目给予特殊的优惠政策，使提高采收率的研究和应用得到迅速发展。

1986年，提高采收率研究与应用达到高峰，全年共实施512个项目。1986年后，随着油价急剧下跌，提高采收率项目持续减少；而EOR产量在1992年调查时居最高，达760907桶／天，以后略有下降，近几年又稍有回升。

根据美国《油气杂志》每两年一次的提高原油采收率调查结果，美国2006年热采产油量占EOR产量的46.46％，注气（轻烃、二氧化碳和氮气）约占53.53%。

EOR项目共有153项，包括热采55项、气驱97项，化学驱项目数量已降至0项。

近年来，由于美国发现了十分丰富的天然CO2气源，带动了CO2混相驱项目的实施，使此技术成本大幅度下降。同时在高油价下修好了三条输送CO2的管道，可以把CO2从产地直接输送到用地得克萨斯州，使一些较小的项目也有利可图，从而促进了CO2驱的快速发展。

1.2 加拿大

已探明原油储量居世界第二的加拿大，仅艾尔伯塔省就拥有1750亿桶的沥青储量，这也促进加拿大热采技术的高速发展，使其拥有国际一流的稠油开采技术，如蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、溶剂泄油（V APEX）、火烧油藏（In-situ Combustion）、foamy oil等。应用数量最多的是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)项目，大都应用于油砂开采中。此外Encana公司的Weyburn CO2混相驱是加拿大主要的CO2驱项目，该项目被认为是世界上最大的减少二氧化碳排放的联合实施项目。

Talisman能源公司拥有在Turner Valley油田的氮气EOR项目，计划投资1．5亿美元进行3年的先导性试验，以证明用注氮气开采15％地质储量的可能性。

1.3 前苏联

前苏联的多数油田在20世纪50年代至60年代期间仍处于注水有效期，因此在80年代以前，其三次采油的方法研究进展较慢。60年代，EOR的试验工作才开始开展，70年代有了较大发展，进人80年代，前苏联对EOR的研究工作极为重视。进人90年代的1991高速发展。前苏联曾在122个油田的237个区块上实施过EOR方法，主要为热力采油、化学驱和气驱。实施热采的主要地区是哈萨克。累计产油量到1992年已达4080万吨。其中近一半是靠蒸汽驱采出的（2030万吨）。

注热水产油1690万吨，火烧油层产油360万吨。实施化学驱的地区主要是鞑靼斯坦、西西伯利亚、伏尔加—乌拉尔。到1992年已累计产原油3920万吨，其中主要是靠聚合物驱采出的。也做过一些活性剂驱的矿场试验，但由于设备陈旧、管理不善、活性剂成本高，大多数试验的经济效益不好。

2. 国内发展情况

我国针对大多数油田是陆相沉积的特点，经过四个连续五年计划的重点项目攻

关，在石油系统各单位以及中国科学院、高等院校的共同努力下，提高采收率技术有了飞速的发展，在化学驱一些领域已达到国际先进水平。如聚合物驱油已形成完整的配套技术，并已在大庆、胜利等大油田工业性推广；复合驱油技术获得重大突破，先导性试验获得成功。同时也暴露出一些生产实际问题，为今后技术的发展提出了新的研究课题。

此外，蒸汽吞吐、蒸汽驱等热采方法已在我国石油生产中占有相当大的比重。蒸汽吞吐是目前国内应用范围最广的一种技术，已完善配套，且中深层的蒸汽吞吐技术已处于国际先进水平。蒸汽驱技术也进行了大规模的工业化试验，积累了一定的经验。

气体混相驱研究相对较晚，与国外相比还有很大差距。尽管在80年代开展了CO2和天然气驱矿场试验，取得了一定效果，但因气源问题，一直未得到发展。随着西部油田的开发，安塞世界级气田的发现，长庆注气混相驱和非混相驱被列入国家重点攻关项目。吐哈油区的葡北油田注烃混相驱矿场试验得以启动，大大推动了我国混相驱提高采收率技术的快速发展。同时，吉林的扶余油田、苏北黄桥气田、江苏秦潼凹陷以及广东三水盆地等一批CO2气藏的发现，推动了CO2混相或非混相驱先导试验研究，同时“温室气体的地下埋存及在提高油气采收率中的资源化利用”已被列为国家“973”重点攻关课题。

在微生物采油技术方面，早在1966年新疆石油管理局就开始利用微生物进行原油脱蜡技术的研究，被认为是微生物技术研究的开端。“七五”期间，这项技术被列为国家科技攻关项目，主要开展了以下工作：微生物地下发酵提高采收率研究，生物表面活性剂的研究，生物聚合物提高采收率的研究。注水油层微生物活动规律及其控制的研究，20世纪80年代，大庆油田率先进行了两口单井微生物吞吐矿场实验，结果含水量下降，原油产量增加。“九五”期间，大港油田率先进行了微生物菌液驱矿场先导试验。目前辽河油田、胜利油田、新疆油田等油田也在开展室内研究与应用。

总体上来看，世界范围内的EOR工程在20世纪80年代处于高峰期，而后略有下降，90年代末又稍有回升。进入21世纪，EOR工程的数量仍大幅度减少。但随着勘探费用上涨、勘探难度加大以及目前高油价的形势，终将再一次刺激EOR工程数量的增加和技术研究的热潮。

第二章提高采收率相关概念及技术发展

1. 提高采收率的意义

石油是一种埋藏于地层深部的流体矿藏，具有独特的开采方式，与其他矿物资源相比，石油的采收率较低。作为一种重要的能源和化工原料，世界范围内对石油的需求仍将持续增长。尤其在我国，一方面国民经济发展对石油需求量的增长速度比以往任何时候都大；另一方面，我国的各主力油田均已进入高含水或特高含水开采期，开采难度增大，产量递减幅度加大，而且后备储量严重不足，石油的供求矛盾日益突出。据预测，按目前的开采水平，到2005年我国进口原油将高达108（1亿）吨/年。大庆是我国最大的油田，按现已探明的地质储量计算，采收率每提高一个百分点，就可增油5000万吨。这对国民经济的发展具有极其重要的意义。

缓解石油供求之间日益突出的矛盾有两条有效的途径：一是寻找新的原油地质储量；二是提高现有地质储量中的可采储量，即提高采收率。寻找新的油田、补充后备储量是原油增产和稳产最直接、最有效的途径。多年以来，各油田在开发过程中也不断加大勘探力度，找到新的储量。但是，石油是一种不可再生资源，它的总地质储量是一定的，而且我国陆上石油资源的勘探程度已经很高，新增地质储量的难度越来越大，潜力越来越少。近年来，几个大油田新增地质储量多数都是丰度很低、油层物性差、开采难度大的油藏。在有限的原油地质储量中，其可采储量是一个变量。它随着开采技术的发展而增加，而且其潜力一般很大。在目前技术水平下，石油的采收率平均约在30%～60%之间。在非均质油藏中，水驱采收率一般只有30%～40%。也就是说，水驱只能开采出地质储量的一小部分，还有大部分原油残留在地下。如何将油藏中的原油尽可能的、经济有效地开采出来，是一个极有吸引力的问题，也是世界性的难题。从长远来看，只要这个世界需要石油，人们必将越来越多地将注意力集中到提高采收率上。实际上，与勘探新油田不同，提高采收率问题自油田发现到开采结束，自始至终地贯穿于整个开发全过程。可以说，提高采收率是油田开采永恒的主题。

2. 提高采收率的方法分类

在油田开发史上，运用油藏天然能量开采石油叫做一次采油。一次采油也被称为

能量衰竭法采油，其采收率一般只能达到15%左右。通过注水或非混相注气提高油层压力并驱替油层中的原油叫做二次采油。二次采油时原油的物理、化学性质不发生变化。此时的二次采油叫做维持压力采油。如我国的大庆油田和前苏联有相当一部分油田在投人开发的同时进行人工注水。人工注水采油方法远比能量衰竭法的采收率高，通常为30%-40%，个别油田可达80%。由于水的来源广，价格便宜，采收率又高，所以，美国自20世纪40年代初便迅速地在油田发展起了注水采油技术。20世纪50至60年代，注水开发的工程项目数达到了顶峰。但到60年代后期，注水开发项目一直下降，其原因是一些注水油田已进入开发后期，这时产水率持续上升，产油量却不断下降。当产水率高达95%一98%时，继续注水是不经济的，这时被迫停止注水。我国的大庆油田从20世纪60年代初期就采用人工注水方法采油，在进入高含水期后，坚持“稳油控水”这一基本开发方针，开拓了一条改善高含水期油田开发高经济效益的新路子，为“八五”期间原中国石油天然气总公司确定实施“稳定东部，发展西部”的战略方针做出了重大贡献。进入“十五”期间，我国东部老油田2005年底综合含水率已达到89.71%，部分地区高达90%以上，已进人特高含水后期开采阶段。为了搞清剩余油的分布，在油藏精细地质描述、开发地震技术(包括三维地震和横向预测技术及四维地震技术)、水淹层测井监测技术(包括裸眼井测井技术和套管内水淹层测井技术)和精细油藏数值模拟技术及石油勘探开发综合软件集成平台技术等方面研究，已经基本上形成了配套技术。在搞清剩余油分布状况的基础上，可通过钻高效调整井如采用侧钻水平井、多底井、分支井等复合井和直井不均匀加密布井，利用地层深部流体转向技术(即向地层注入能大幅度提高油层残余阻力系数或在地层深部堵塞高渗透层的物质，使后续的注入水在地层深部转向)来达到提高水驱波及体积的目的。

人工注水虽然可以提高采收率，但注水后尚有约一半以上的油滞留在油层中，如何采出这些二次残余油(也称为水驱残余油)是油藏工程师们面临的间题。从20世纪20年代起，由于开采技术的发展使开采三次残余油成为可能。

从20世纪20年代起，由于开采技术的发展使开采三次残余油成为可能。这一开采技术主要是通过向油层注入化学物质、注蒸汽、注气(混相)或微生物，从而改变油层中的原油性质并提高油层压力，这种驱油方式叫做三次采油(Tertiary Oil Recovery )。由于我国油田采用的开发技术除玉门油田外，均没有明确的一次采油和二次采油之分，故对我国油田使用提高石油采收率或强化采油( EOR—Enhanced Oil Recovery)这

一名词更为恰当。EOR这一专有名词包括注水和其他提高采收率的方法。

原油的采收率取决于驱油剂在油藏中的体积波及效率（或波及系数）（V olumetric Sweep Efficiency）和驱油效率（Oil Displacement Efficiency）。所有的提高采收率方法的都是以提高波及效率和/或提高驱油效率为目标。但是，由于驱替方式和驱替介质不同，各种提高采收率方法的机理、适应性都有很大差异。

根据驱替介质和驱替方式，提高采收率方法可分为如下几类：

1. 化学驱

凡是以化学剂作为驱油介质，以改善地层流体的流动特性，改善驱油剂、原油、油藏孔隙之间的界面特性，提高原油开采效果与效益的所有采油方法统称为化学驱（Chemical flooding）。常见的化学驱方法有聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱以及化学复合驱（如表面活性剂/聚合物二元复合驱、碱/表面活性剂/ 聚合物三元复合驱等）。

2. 气驱

凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱（Gas flooding）。根据注入气体与地层原油的相态特性，气驱可分为气体混相驱与气体非混相驱两大类。常用于作为驱替介质的气体主要有CO2、N2、轻烃、烟道气等。

3. 热力采油

凡是利用热量稀释和蒸发油层中原油的采油方法统称为热力采油（Thermal recovery）。这是一类稠油油藏提高采收率最为有效的方法。根据油层中热量产生的方式，热力采油可分为热流体法、化学热法和物理热法三大类。热流体法是以在地面加热后的流体（如蒸汽、热水等）作为热载体注入油层；化学热法是通过在油层中发生的化学反应产生热量，如火烧油层、液相氧化等；物理热法是利用电、电磁波等物理场加热油层中原油的采油方法，这是一类新的且很有发展前景的稠油开采方法。

4. 微生物采油

微生物采油（Microbial Enhanced Oil Recovery——MEOR）是利用微生物及其代谢产物作用于油层及油层中的原油，改善原油的流动特性和物理化学特性，提高驱油剂的波及体积和微观驱油效率。

除了上述几类方法外，油层深部调剖及作用于油层深部的物理法（如声波、电场等）

采油也都属于提高采收率技术范畴。

化学驱方法及技术比较：

·几乎所有化学驱方法都具有高盐敏性，即对矿化度非常敏感，所以一般对驱油体

系的矿化度都有限制。

·由于化学体系在油层中运移时，易于发生吸附、滞留，甚至絮凝、沉降，影响化

学剂的注入。如何保持足够的注入能力，是一个长期研究的课题。

·减少化学剂在油藏中的损失（吸附、滞留），是直接影响化学驱效果的关键问题。

驱替方法 驱油机理

典型采收率（%）

①聚合物驱 改善流度比

提高波及效率

提高微观驱油效率

5～10 ②碱驱 改善岩石润湿性

降低油／水界面张力

通过乳化改善流度比

5 ③活性剂驱

降低油／水界面张力 增大毛管数 5～10 ④胶束／聚合物驱

①＋降低毛管数 15 ⑤碱／聚合物驱

①＋② 5 ⑥ASP 复合驱

①＋②＋③＋协同效应 15～20 ⑦泡沫驱 ①＋③＋泡沫调剖效果

气体上浮运移、溶解气驱 5～10 ????????????????烟道气驱氮气驱干气（或贫气）驱富气混相或非混相驱液化石油气混相驱轻烃驱混相或非混相驱气驱2CO

????????????电磁波加热电加热

火烧油层

蒸汽驱蒸汽吞吐注蒸汽热力采油

另外，微生物提高采收率技术也日益受到了广泛的重视，加速研究。但由于许多技

术方面的问题，其工业化应用还有待时日。

利用物理场激励油层、提高采收率，是一类新的技术思路，属于油气田开发的前言

研究领域。这类物理方法提高采收率的机理还不十分清楚，须深化研究。可以与化

学驱相互补充，对那些不适用化学驱的油藏是一类很有价值和前景的方法。

第三章化学法采油提高采收率

近年来，研制出具有耐温、耐盐、抗剪切的新型疏水缔合水溶性聚合物。它是聚合物亲水性大分子链上带少量疏水基团的一类水溶性聚合物。由于疏水基团的疏水作用以及静电、氢键或范德华力的作用而在分子间自动产生具有一定强度但又可逆的物理缔合，从而形成巨大的三维立体网状空间结构。其独特的性能越来越受到人们的关注。

1、聚合物驱概述

聚合物驱(Polymer Flooding)是指在注入水中加入少量水溶性高分子量的聚合物,增加水相粘度,同时降低水相渗透率,改善流度比,提高原油采收率的方法。它的机理是所有提高采收率方法中最简单的一种,即降低水相流度,改善流度比,提高波及系数。一般来说,当油藏的非均质性较大和水驱流度比较高时,聚合物驱可以取得明显的经济效果。

2、聚合物驱提高采收率的机理

原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数,即采出的原油量与原始地质储量的比值,它取决于驱油剂在油藏中波及体积和驱油效率。聚合物驱不仅可以提高波及系数,而且还可以提高水波及域内的驱油效率。其提高驱油效率的机理表现在以下几个方面:

(1)、本体粘度使聚合物在油层中存在阻力系数和残余阻力系数增加,是驱替水驱未波及残余油和簇状残余油的主要原因。

对于渗透率相近的人造岩样,分别水驱至残余油状态(含水98% ),用相同粘度的甘油、聚合物溶液分别驱替0. 6 PV后,继续用水驱至残余油状态,驱替过程中测量岩样两端的压差。测定结果表明,聚合物驱时岩样两端的压差远高于甘油驱时岩样两端的压差。这是由于聚合物溶液是粘弹性流体,不仅增加了驱替相的粘度,降低油水粘度比,而且由于聚合物在岩石中的滞留,引起了水相渗透率的下降,因而残余阻力系数>,l使油水流度比进一步降低。而甘油是粘性流体,只能通过增加水相粘度,使油水流度比下降。所以,尽管两者的粘度相同,但驱油效率却不同。而且聚合物驱对甘油驱替不出来的细喉道中的残余油,也有一定的驱替效果。由此可见,聚合物溶液不仅有粘性作用,而且还有部分弹性作用。

(2)、界面粘度使聚合物溶液在多孔介质中的粘滞力增加,是驱替膜状、孤状残余油的主要机理。

由于聚合物溶液与残余油之间的界面粘度远远高于注入水与残余油间的界面粘度值,聚合物溶液粘度的增加,是由于聚合物分子中含有许多亲水基团,这些亲水基团在聚合物分子外形成的“水鞘”,增加了相对移动的内摩擦力。同时,上述基团在水中解离,产生许多带电极性相同的链节,这些链节互相排斥,使聚合物分子线团在水中更加伸展,因而有更好的增粘能力。因此,聚合物溶液在多孔介质内的渗流过程中,其粘度值要比用粘度计测量的视粘度高许多倍。

综上所述,聚合物溶液作用在残余油表面的粘力远远大于水在其上的粘滞力,因此,聚合物能够部分孤岛状残余油和膜状残余油驱走。

(3)、聚合物的粘弹性同样对提高驱油效率有很大帮助。

柔性聚合物分子在应力作用下将产生形变,其弹性又会使其恢复、收缩。因此,当具有粘弹性的柔性聚合物溶液通过多孔介质时,既存在着剪切流动,也存在着拉伸流动。特别是聚合物分子在流经孔道尺寸变化处时,聚合物分子就受到拉伸而表现出弹性。这种特性使进入盲端孔隙的聚合物溶液,具有与流动方向垂直、指向连通孔道的法向力。正是在上述聚合物溶液粘弹性的作用下,才使得聚合物溶液能够进入盲端中驱油。

由此可见,聚合物驱油技术,既能扩大波及系数,也能提高驱油效率,在开采特高含水油层中能很好的形成油墙,大幅度增加产油量,提高原油采收率。

3.聚合物驱油矿场实例

孤岛油田中一区Ng3聚合物驱扩大试验

胜利油田经过30多年的开发，已经进入了“三高”开发阶段，为了提高原油产量必须寻求新的开发技术，胜利油区北部大部分油田具有油稠，非均质性差的特点，而聚合物驱能克服这些不利因素，进一步提高采收率。

孤岛油田一中区在注入聚合物后，见到了明显的降水增油效果，产量从699t/d上升到901t/d，上升35.1﹪；含水最低下降到87.2﹪，下降7.9﹪。截止到2003年底已累积增加原油92.7×104t，提高采收率8.6﹪，预计最终提高采收率9.0﹪，增加可采储量97.0×104t。

4. 聚合物驱技术现在存在的问题

目前聚合物驱技术已经相当成熟，但是也存在着很多问题。聚合物注入油层后, 在高温条件下会发生热降解和进一步水解, 破坏聚合物的稳定性, 大大降低聚合物的驱油效果. 同时地层水和注入水矿化度低有利聚合物增粘. 因为水的矿化度高, 可导致聚合物的粘度降低, 增加聚合物的注入量, 从而增加成本, 不利于聚合物驱油的应用. 因此需在抗温、抗盐研究方面加大力度, 筛选出适合的添加剂, 使驱油剂不仅有较强的增粘性, 同时也有较好的稳定性。目前，各大油田的研究方向大都放在新型廉价质优的聚合物研究上，疏水缔合物、改性聚丙烯酰胺等。目前胜利油田地质研究院就正在做适合高温高盐高矿化度地层的新型聚合物的现场试验。相信在不久的几年，聚合物驱技术的应用范围将会越来越广。

第四章CO2驱油提高采收率

1. CO2驱油提高采收率的机理

CO2技术的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱。CO2提高采收率的作用主要有促使原油膨胀、改善油水流度比、溶解气驱等。一般稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。

在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相，在混相压力下，处于超临界状态下的CO2可以降低所波及的油水界面张力。CO2注入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越容易被驱替。通过调整注入气体的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率增加幅度。

非混相CO2驱开采稠油的机理主要是：降低原油粘度，改善油水流度比，使原油膨胀，乳化作用及降压开采。CO2在油中的溶解度随压力增加而增加。当压力降低时，CO2从饱和CO2原油中溢出并驱动原油，形成溶解气驱。气态CO2渗入地层与地层水反应产生的碳酸，能有效改善井筒周围地层的渗透率。提高驱油机理。与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气可以部分代替油藏中的残余油。

CO2驱油机理主要有以下几点：

（1）降低原油粘度

CO2溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大。原油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高了原油产量。并且原油初始粘度越高，CO2降粘效果越明显，如下表所示

原油初始粘度（mPa.s)CO2完全饱和时原油粘度（mPa.s）

1000～900015～160

100～6003～5

10～1001～3

1～90.5～0.9

（2）改善原油与水的流度比

大量的CO2溶于原油和水，将使原油和水碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，大庆勘探开发研究院在45℃和12.7MPa的条件下进行了有关试验，试验表明，CO2在油田注入水中的溶解度为5 %（质量），而在原油中的溶解度为15%（质量）；由于大量CO2溶于原油中，使原油粘度由9.8mPas降到2.9mPas，使原油体积增加了17.2%，

同时也增加了原油的流度。水碳酸化后，水的粘度将提高20%以上，同时也降低了水的流度。因为碳酸化后，油和水的流度趋向靠近，所以改善了油与水流度比，扩大了波及体积。

（3）使原油体积膨胀

CO2大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于CO2的溶解量。CO2溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体内的动能，从而提高了驱油效率。

（4）高溶混能力驱油

尽管在地层条件下CO2与许多原油只是部分溶混，但是当CO2与原油接触时，一部分CO2溶解在原油中，同时，CO2也将一部分烃从原油中提取出来，这就使CO2被烃富化，最终导致CO2溶混能力大大提高。这个过程随着驱替前缘不断前移而得到加强，驱替演变为混相驱，这也使CO2混相驱油所需要的压力要比任何一种气态烃所需要的混相压力都低得多。用气态烃与轻质原油混相也要27～30MPa，而用CO2混相压力只要9-10MPa即能满足。

在高温高压下CO2与原油溶混机理主要体现在烃从原油中蒸发出来与CO2混相，即主要是蒸发作用；在低温条件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附作用。当压力低于混相压力时，CO2和原油混合物有三个相存在：气态CO2并含有原油的轻质组份；失去轻质组份而呈液态的原油，由原油中分离出来的以固体沉淀方式存在的沥青和蜡。（5）分子扩散作用

非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的基础上。为了最大限度地降低油的粘度和增加油的体积，以便获得最佳驱油效率，必须在油藏温度和压力条件下，要有足够的时间使CO2饱和原油。但是，地层基岩是复杂的，注入的CO2也很难与油藏中原油完全混合好。而多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。

（6）降低界面张力

残余油饱和度随着油水界面张力的减小而降低；多数油藏的油水界面张力为10~20mN/m，要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 或更低。界面张力降到0.04mN/m以下，采收率便会明显地提高。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

大大降低了残余油饱和度，从而提高了原油采收率。

（7）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从液体中逸出，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，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。（8）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，CO2溶解于水时可形成碳酸，它可以溶解部分胶结物质和岩石，从而提高地层渗透率，注入CO2水溶液后砂岩地层渗透率可提高5～15%，百云岩地层可提高6～75%。并且，CO2在地层中存在，可使泥岩膨胀减弱。

2. CO2驱油的基本方式

2.1 CO2段塞注水方式

其作用方式与溶剂段塞驱油有某些相似，但是更加复杂化。具有以下特点：

（1）复杂的边界条件

由于CO2即溶于油，也溶于水，因而存在两个混相带，即CO2-原油混相带，在总混相区前缘；CO2-水混相带，在总混相区后端。注意CO2在水中溶解度远低于在原油中溶解度，因而CO2-水混相带边界浓度远达不到1

（2）水驱改善了重烃开采和气体突破问题

CO2段塞不同于溶剂段塞，一般它只与原油部分混相，即主要靠CO2提取作用使原油中轻质烃进入CO2段塞中，形成气相混合物，而原油中重质烃与CO2形成混溶带，其中也包括沥青和胶质。只有CO2驱时，当地层压力不高时，失去轻质烃的原油开采困难，采出的往往是轻质组份。而这种不利驱油条件由于采用水驱段塞可以改善，可使混相带中重烃部分也被驱替出来。CO2气体突破现象也得到部分缓解。因为用水顶替CO2，CO2夹在油水中间，即使水突破进入CO2段塞，由于形成碳化水，使水相粘度升高，前缘稳定性得到改善。

（3）良好经济指标

水驱CO2段塞具有一般CO2驱油特性，如混相、降粘、膨胀原油等，但由于采用段塞，经济指标大大改善。

2.2 高压注CO2气体驱油

与高压注烃类气体过程相似。首先限制油井采油量甚至关井，向地层中注入大量CO2气体，使地层压力上升，达到或者超过混相压力，与原油充分混相，在保持CO2注入量（定压）条件下开井采油。这是典型的混相驱油方式，可以同时采出轻质烃与重质烃。

2.3 注“碳化水”驱油

与常规注水过程相似，但由于水中溶有CO2，它有如下特点：（1i）可以改善流度比（2）可以提高洗油效率（3）吸附现象

2.4 连续向地层注CO2气体

通常在低压“枯竭”油田（平均地层压力约为1MPa）使用，向已枯竭地层中直接注入CO2驱油，由于用量大，通常采用CO2采出分离回注的循环注气方式。其特点为：（1）CO2消耗量大，一般为地层孔隙体积的几倍。

（2）CO2提取原油中轻质烃，采出的CO2与轻质烃气体混合物必须在地面分离，经济效益和工艺实际都不利。

（3）不适用于压力过低油田，因为这类油田一方面需要大量CO2，注入CO2与采出烃比值高达100立方米/立方米；另一方面，过低压力值CO2与原油混相困难，造成只有少量轻质烃采出，大量重质烃留在地下。

2.5 CO2单井吞吐

与蒸汽吞吐工艺有些相似，在生产井中注入一定量CO2气体后，关井使原油与CO2有充分时间溶混，然后开井采油。主要利用CO2与原油的混相作用、降粘作用、膨胀作用。适用于较高地层压力油田，特别是高粘稠油的早期开采。

第五章蒸汽驱采油提高采收率

蒸汽驱采油是稠油油藏经过蒸汽吞吐采油之后，为进一步提高采收率而采取的一项热采方法，因为蒸汽吞吐采油只能采出各个油井附近油层中的原油，在油井与油井之间还留有大量的死油区。而蒸汽驱采油，就是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。蒸汽驱油技术是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后,进一步提高原油采收率的主要热采阶段,依靠蒸汽吞吐开采,只能采出各个油井井点附近油层中的原油,采收率一般为18%~26%,井间留有大量的剩余油富集区,采用蒸汽驱开采可以扩大波及体积,从而提高驱油效率,达到提高最终采收率目的

1. 蒸汽驱使用条件

稠油在经过一定时间的蒸汽吞吐开采形成热连通后，只能采出各油井井点附近油层中的原油，井间留有大量的死油区，如单靠吞吐，其加热范围很有限。蒸汽驱是稠油油藏蒸汽吞吐后进一步提高采收率的主要手段之一，蒸汽吞吐采收率一般在10%～20%，蒸汽驱的最终采收率一般可达50%～60%，该技术在国外已得到广泛应用。蒸汽驱技术可使高压、低压蒸汽脉冲周期性作用于地层，迫使蒸汽由高渗层、高渗段、高渗带，进入低渗层、低渗段、低渗带，扩大蒸汽的波及体积。当不同的井组之间交替改变注采周期时，地下的压力场不断变化，使注入蒸汽冷凝后的热水不断改变流动方向，提高了蒸汽波及系数

2. 蒸汽驱的驱油机理

蒸汽驱是把高温蒸汽作为载热流体和驱动介质，从注气井持续注气，从相邻生产井持续产油，利用注入的热量和质量提高驱油效率的过程。从驱油方式看，蒸汽驱全过程由三种不同驱油方式组成。油层先经过冷水驱，然后经过热水驱，最后经过蒸汽驱。经B.T.威尔曼等人实验研究[8]，证明热水驱的采收率高于普通冷水驱的采收率，蒸汽驱采收率高于同温度的热水驱的采收率，高压蒸汽驱的采收率高于低压蒸汽驱采收率。

根据蒸汽的热动力学性质，经实验研究，蒸汽驱的主要增产机理有：蒸汽动力驱、蒸汽的蒸馏作用、加热降粘作用、热膨胀作用、脱气作用、油的混相驱作用、溶解气

驱作用、乳化驱作用以及高温时油相渗透率得以改善。

3. 蒸汽驱的开发机理

采用面积井网形式，由注入井连续注汽，生产井连续采出原油。蒸汽驱过程中，有多种机理在不同程度地起作用，包括降黏作用、蒸汽的蒸馏作用、热膨胀作用、油的混相驱作用、溶解气驱作用和乳化驱作用等，各项机理共同作用，驱油效率一般高达80%～90%。其中起主导作用的是降黏作用、蒸汽的蒸馏作用、热膨胀作用和油的混相驱作用。

3.1 降黏作用

温度升高时原油黏度降低，是蒸汽驱开采稠油的最重要的机理，主要是随着蒸汽的注入，油藏温度升高，油和水的黏度都要降低，但水黏度的降低程度与油相比则小得多，其结果是改善了水油流度比；在油的黏度降低时，驱替效果和波及效率都得到改善，这也是热水驱、蒸汽驱提高采收率的原因所在。

3.2 蒸汽的蒸馏作用

高温高压蒸汽降低了油藏液体的沸点温度，当温度等于或超过系统的沸点温度时，混合物将沸腾，引起油被剥蚀，使油从死孔隙向连通孔隙转移，增加了驱油的机会。

3.3 热膨胀作用

随着蒸汽的注入，地层温度升高，油发生膨胀，变得更具流动性。这一机理可采出5%～10%的原油。

3.4 油的混相驱作用

水蒸汽蒸馏出的馏分，通过蒸汽带和热水带被带入较冷的区域凝析下来，凝析的热水与油一块流动，形成热水驱。凝析的轻质馏分与地层中的原始油混合并将其稀释，降低了油的密度和黏度，随着蒸汽前沿的推进，凝析的轻质馏分也不断向前推进，其结果形成了油的混相驱。由混相驱而增加的采收率，大约在3%～5%左右。

4. 蒸汽驱开采的油藏条件

主要有原油黏度、油层厚度、含油饱和度和边底水等因素：

4.1 原油黏度

原油黏度是影响蒸汽区效果的重要因素，随着原油黏度的增高，蒸汽驱的效果明显变差。。

4.2 油层厚度