CO2驱油数值模拟研究现状与发展趋势
数值模拟研究现状及发展方向
具体就是关于陆相低渗透油藏和海相碳酸盐岩油藏，网格粗化、计算算法、拟合精度、水驱、三采、两相、三相等方面。
主要的研究机构、领军人物、具体研究或公关方向，使用软件的优缺点等等。
近年来，随着计算机、应用数学和油藏工程学科的不断发展，油藏数值模拟方法得到不断的改进和广泛应用。
通过数值模拟可以搞清油藏中流体的流动规律、驱油机理及剩余油的空间分布；研究合理的开发方案，选择最佳的开采参数，以最少的投资，最科学的开采方式而获得最高采收率及最大经济效益。
经过几十年的发展，该技术不断成熟和完善并呈现出一些新的特点。
1 油藏数值模拟发展历史油藏数值模拟从30年代开始，展开理论研究。
40年代主要以解析解为主，研究“液体驱替机理”、“理论物理学中的松弛方法”、“孔隙介质中均质液体流动”、“油层流动问题中拉普拉斯转换”等零维物质平衡法。
50年代期间开展数值模拟。
60年代致力于对气、水两相和三相黑油油藏问题的求解。
70年代发展了由模拟常规递减和保持压力以外的新方法。
到80年代，由于高速大容量电子计算机的问世，硬件系统突飞猛进发展，油藏模拟已发展为一门成熟的技术，油藏模拟进入商品阶段，用于衡量油田开发好坏、预测投资效应、提高采收率、对比开发方案，大到一个油公司，小到一个企业普遍使用。
在模型上，形成一系列可以处理各种各样复杂问题的模型，如常规油气田——黑油模型、天然裂缝模型，凝析气田——组分模型，稠油油藏——热采注蒸汽模型，还有各种三次采油用的化学驱模型、注C02模型等，在此阶段，突出的是注蒸汽和化学驱模型得到实际应用；组分模型得到广泛应用，并在方法上有重大改进。
模型朝着多功能，多用途，大型一体化方向发展。
数值模拟发展重要历史事件如下图所示：2 国内外数值模拟研究现状进入90年代以后，数值模拟技术有了较大发展。
由于计算机的计算速度突飞猛进地增长，使油藏数值模拟技术进行了一次根本性的改造。
主要表现在以下几个方面：2.1模型技术近年来,油藏模型得到不断发展和完善,提出了多孔介质中全隐式热采、多相流线、黑油与组分混合以及非达西渗流等模型，为稠油蒸汽驱精确模拟、同一油藏不同开采方式的模拟提供了技术支持,是对传统模型适应矿场应用方面的重大技术改进。
二氧化碳驱油技术研究进展及下步工作部署建议
不同界面张力时原油的拉伸程度
采出程度，产液含水，%
原油采收率，%
长岩心CO2驱油实验（特低渗透）
80
60
40 20
0 0.0
特低渗长岩心驱油效率 （k=1.43md，101.6℃）
0.5
1.0
1.5
水驱
CO2非混相驱 CO2近混相驱 CO2混相驱 水驱后CO2驱
2.0
2.5
3.0
注CO2和注水驱替压差对比（岩心） CO2与水注入能力对比（矿场）
边界层
超临界CO2粘度
0.0458mPa.s
粘度是水的1/5
流体的内摩擦力取决于流体的粘度、速度梯度、摩擦面积。
注入水与边界层间内摩擦阻力大 CO2与边界层间内摩擦力极小且不存在
新边界层形成问题
实验和矿场表明： CO2注入能力优于水
日油,t/d 日注水,t/d
2020.0700 2030.0800 2040.9000 2051.000 20161.000
日水,t/d 日注CO2,103m3/d
日产CO2,103m3/d
2007年开展CO2混相驱， 压力水平1.1MMP以上
注气后产量增加100倍， 提高采收率18%
8
东辛采油厂
100
30267
100
难点：埋藏深、物性差、丰度低，常规水驱开发难以动用。
需求：寻求单控储量相对较高的有效开发方式。
3
东辛采油厂
（一）中低渗透油藏急需CO2驱开发技术
已动用储量单井能力低（日液8.8t）、采收率低（18.9%）。
胜利油田特低渗、中低渗油藏已开发单元分类情况表
开发方式
动用储量
CO2驱油机理研究综述
CO2驱油机理研究综述第一章概述1.1 CO2驱国外发展概况注入二氧化碳用于提高石油采油率已有30多年的历史。
二氧化碳驱油作为一项日趋成熟的采油技术已受到世界各国的广泛关注，据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近80个。
90年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55﹪采用的是烃类气体，42﹪采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3﹪。
目前，国外采用二氧化碳驱油的主要国家有：美国、俄罗斯、匈牙利、加拿大、法国、德国等。
其中美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7﹪～15﹪，在西德克萨斯州，CO2驱最主要是EOR方法，一般可提高采收率30﹪左右。
1.1.1国外CO2驱项目情况在国外，注二氧化碳（）技术主要用于后期的高含水油藏、非均质油藏以及不适合热采的重质油藏。
推广二氧化碳驱油的主要制约因素是天然的二氧化碳资源、二氧化碳的输送及二氧化碳向生产井的突进问题以及油井及设备腐蚀、安全和环境问题等。
为解决以上问题，提出了就注提高原油采收率技术，这种技术是向地层中注入反应溶液，使其在油藏条件下充分反应而释放出气体，溶解于原油之中，降低原油粘度，膨胀原油体积，从而达到提高原油采收率的目的。
美国是CO2驱发展最快的国家。
自20世纪80年代以来，美国CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。
美国目前正在实施的CO2混相驱项目有64个。
最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972 年的SACROC 油田。
其余半数以上的大型气驱方案是于1984～1986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。
大部分油田驱替方案中，注入的CO ：体积约占烃类空隙体积的30 %，提高采收率的幅度为7 %～22％。
1.1.2小油田CO2混相驱的应用与研究过去，CO2混相驱一般是大油田提高原油采收率的方法。
大油田由于生育储量多，剩余开采期长，经济效益好，而小油田CO2驱一般不具有这些优点。
co2驱采出液各项物性数值模拟研究
ＣＯ２驱采出液各项物性数值模拟研究郭士军ꎬ李天夫大庆师范学院化学工程学院ꎬ黑龙江大庆１６３７１２摘要:ＣＯ２驱技术驱油成本低㊁利用率高和回收便捷等优点ꎬ已经成为油田原油开采的重要技术ꎮ由于ＣＯ２气量的加大注入ꎬ以致井筒中ＣＯ２含量超出预期标准ꎬ井口易出现冻堵ꎮ本文用Ｒｅｆｐｒｏｐ软件综合实测ＣＯ２物性的相关参数ꎬ计算井筒内温度与压力变化ꎬ进而判断井口是否产生ＣＯ２水合物冻堵现象ꎮ关键词:ＣＯ２驱ꎻ温度场ꎻ数值模拟中图分类号:ＴＥ８６２０引言ＣＯ２驱能够对于原油开采及保障原油输送提供有效的技术保障ꎮ但随着ＣＯ２量的注入不断提升ꎬ以致井内渗透层不断融入已注入的ＣＯ２气体ꎬ这样就会导致井口油温度低ꎬ甚至造成井筒冻堵[１￣２]ꎮ因此ꎬ要适时根据ＣＯ２的相关井内的物性参数ꎬ计算井筒内的压力的变化情况和液体温度的临界点ꎬ进而判断井口是否能产生ＣＯ２水合物ꎬ避免管道井口冻堵现象的发生[３]ꎮ１ＣＯ２驱物性随温度压力变化研究根据井筒内已知的二氧化碳物性参数ꎬ可以计算出ＣＯ２驱井筒中的压力与温度变化状态ꎬ再通过不同条件下压力和温度值ꎬ分别计算ＣＯ２各物性参数ꎮ通过ＣＯ２驱在井内温度和压力的不同变化ꎬ用ＶＢ程序和Ｒｅｆｐｒｏｐ软件计算井筒内ＣＯ２各项物性参量随密度㊁粘度㊁焓值㊁焦耳￣汤姆逊系数和比热容的变化曲线ꎬ表１为ＣＯ２基本物理性质ꎮ(１)密度从图１与图２不同温度与压力条件下ꎬＣＯ２密度变化情况中可以看到:ＣＯ２密度随着压力和温度呈现相反变化趋势ꎬ伴随压力变大而增大ꎬ温度提升而减小的变化ꎬＣＯ２密度的临界点在３１.２ħ和７.４ＭＰａꎮ表１㊀ＣＯ２基本物理性质物性参数物性参数临界温度３１.１９ħ气态密度７.７４ｋｇ/ｍ３临界压力７.３８３ＭＰａ液态密度１１７７.９ｋｇ/ｍ３临界体积９４ｃｍ３/ｍｏｌ固态密度１５１２.４ｋｇ/ｍ３临界密度４６８ｋｇ/ｍ３标态密度１.９７６８ｋｇ/ｍ３临界粘度０.０４０４ｍＰａ ｓ标态粘度０.０１３８ｍＰａ ｓ临界压缩系数０.３１５三相点－５６.６ħꎬ０.５２７ＭＰａ临界偏心因子０.２２５沸点(１ａｔｍ)－７８.５ħ临界偏差系数０.２７４水中溶解度(２７３Ｋ)０.３８５ｇ在图１可以看出ꎬＣＯ２密度变化较缓慢ꎬ温度在－２０ħ~８０ħꎬ压力在０.１ＭＰａ下ꎬＣＯ２呈现为气体ꎻ当压力小于１０ＭＰａꎬＣＯ２密度变化较快ꎻ当压力大于１０ＭＰａꎬＣＯ２密度呈现减小变化ꎮ在图２可以看出ꎬ温度小于４０ħ的曲线ꎬＣＯ２密度随压力增大而增加ꎬ当增加到一定值时ꎬＣＯ２变化为液体ꎬ密度变化趋势剧烈ꎻ当温度在３０ħ以上时ꎬＣＯ２密度随压力增大而增加ꎬ表明ＣＯ２为超临界状态ꎮ(２)粘度从图３与图４不同温度与压力条件下ꎬＣＯ２粘度变化情况中可以看到:ＣＯ２粘度随着压力和温度呈现相反变化趋势ꎬ伴随压力变大而增大ꎬ温度提升而减小的变化ꎮ在图３可以看出ꎬＣＯ２粘度变化较缓慢ꎬ温度在￣２０ħ~８０ħꎬ压力在０.１ＭＰａ下ꎬＣＯ２呈现为作者简介:郭士军(１９８２ )ꎬ男ꎬ２０１５年毕业于东北石油大学石油与天然气工程专业ꎬ获硕士学位ꎬ主要石油与天然气工程方向教学与科研工作ꎮ李天夫(１９９ )ꎬ男ꎬ大庆师范学院２０１５级油气储运工程专业学生ꎬ主要石油与天然气工程方向研究工作ꎮ基金项目:２０１７年大庆师范学院科学研究基金项目:ＣＯ２驱集输系统多工况工艺计算研究(１７ＺＲ０７)ꎻ２０１９年大庆市指导性科技计划项目:大庆油田ＣＯ２驱地面集输工艺优化研究(ｚｄ￣２０１９￣５３)ꎮ气体ꎻ当压力小于１０ＭＰａꎬＣＯ２粘度变化较快ꎻ当压力大于１０ＭＰａꎬＣＯ２粘度在￣２０ħ~８０ħ为超临界态ꎮ在图４可以看出ꎬ温度小于４０ħ的曲线ꎬＣＯ２粘度随压力增大而增加直至ＣＯ２变化为液体ꎻ当温度在３０ħ以上时ꎬＣＯ２粘度随压力增大而增加ꎬ表明ＣＯ２为超临界状态ꎮ(３)焓值从图５与图６不同温度与压力条件下ꎬＣＯ２焓值变化情况中可以看到:ＣＯ２焓值随着压力和温度呈现相反变化趋势ꎬ伴随压力变大而减小ꎬ温度提升而增加的变化ꎮ在图５可以看出ꎬＣＯ２焓值变化稳定ꎬ温度在￣２０ħ~８０ħꎬ压力在０.１ＭＰａ下ꎬＣＯ２呈现为气体ꎻ当压力小于１０ＭＰａꎬＣＯ２焓值变化较快ꎻ当压力大于１０ＭＰａꎬＣＯ２密度呈现稳定变化ꎮ在图６可以看出ꎬ温度小于４０ħ的曲线ꎬＣＯ２焓值随压力增大而减小ꎬ当增加到一定值时ꎬＣＯ２变化为液体ꎬ焓值变化下降ꎻ当温度在３０ħ以上时ꎬＣＯ２焓值随压力增大而减小ꎬ表明ＣＯ２为超临界状态ꎮ图１㊀不同压力ＣＯ２密度随温度变化曲线图２㊀不同温度ＣＯ２密度随压力变化曲线图３不同压力ＣＯ２粘度随温度变化曲线图４不同温度ＣＯ２粘度随压力变化曲线图５㊀不同压力ＣＯ２焓值随温度变化曲线图６㊀不同温度ＣＯ２焓值随压力变化曲线㊀㊀(４)焦耳￣汤姆逊系数从图７与图８不同温度与压力条件下ꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数变化情况中可以看到:ＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数在压力小于１０ＭＰａꎬ随着压力和温度呈现变化趋势明显ꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数与压力大小相关[４]ꎬ当压力高于２０ＭＰａ时ꎬ不取决于温度和压力的作用ꎮ在图７可以看出ꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数由温度提升减小ꎬ压力在０.１ＭＰａ下ꎬＣＯ２呈现为气体ꎻ当压力大于１０ＭＰａꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数由温度提升而变大ꎬ此时为超临界态ꎮ在图８可以看出ꎬ温度小于４０ħ的曲线ꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数随压力增大而减小直至ＣＯ２变化为液体ꎻ当温度在３０ħ以上时ꎬＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数变小ꎬ表明ＣＯ２为超临界状态ꎮ(５)比热容从图９与图１０不同温度与压力条件下ꎬＣＯ２比热容变化情况中可以看到:ＣＯ２比热容随压力和温度变化明显ꎬ尤其压力分界在１０ＭＰａ至２０ＭＰａ时ꎮ在图１０可以看出ꎬＣＯ２比热容压力在１０ＭＰａ下ꎬＣＯ２比热容由随温度升高变化为增加至减少状态ꎬＣＯ２为超临界状态与图１１相反状态ꎮ图７㊀不同压力ＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数随温度变化曲线图８㊀不同温度ＣＯ２焦耳￣汤姆逊系数随压力变化曲线图９㊀不同压力ＣＯ２比热容随温度变化曲线图１０㊀不同温度ＣＯ２比热容随压力变化曲线参考文献[１]赵明国.特低渗透油藏ＣＯ２驱室内实验及数值模拟研究[Ｄ].大庆:大庆石油学院ꎬ２００８.[２]王林.二氧化碳驱油井单管环状掺水集油试验[Ｊ].油气田地面工程ꎬ２０１５(９):５８￣５９.[３]王海霞ꎬ陈保东ꎬ陈树军.输气管线中水合物的形成及预防[Ｊ].天然气与石油ꎬ２００６(１):２９￣３２.[４]莫小梅.ＣＯ２气体等焓膨胀的焦耳￣汤姆逊效应[Ｊ].百色学院学报ꎬ２０１０(６):９６￣１００.。
二氧化碳及氮气在石油工程采油技术之现状和发展前景
二氧化碳及氮气在石油工程采油技术之现状和发展前景发布时间：2022-01-05T06:29:13.829Z 来源：《中国科技人才》2021年第23期作者：阳贵辉[导读] 随着社会经济的快速发展，能源需求量不断增加，石油资源的供需矛盾越来越突出，快捷、清洁地开采石油产品成为当前世界各国的首要任务。
随着科技的进步和能源的不断更新，人们开始寻求新的开采方法，其中二氧化碳和氮气在石油的开采中的应用就显得尤为突出。
本文主要研究的是二氧化碳在石油的采油过程中的具体应用，通过对国内外的相关资料的整理和学习，了解到目前的状况以及未来的趋势走向，为以后的工作提供借鉴。
本论文以实际的案例为基础，结合理论，从实践的角度出发，阐述了当前采油行业的现状及问题，并提出相应的对策建议，希望能够为今后的采油企业的节能降耗作出贡献。
阳贵辉河南油田新疆采油厂新疆 834099摘要：随着社会经济的快速发展，能源需求量不断增加，石油资源的供需矛盾越来越突出，快捷、清洁地开采石油产品成为当前世界各国的首要任务。
随着科技的进步和能源的不断更新，人们开始寻求新的开采方法，其中二氧化碳和氮气在石油的开采中的应用就显得尤为突出。
本文主要研究的是二氧化碳在石油的采油过程中的具体应用，通过对国内外的相关资料的整理和学习，了解到目前的状况以及未来的趋势走向，为以后的工作提供借鉴。
本论文以实际的案例为基础，结合理论，从实践的角度出发，阐述了当前采油行业的现状及问题，并提出相应的对策建议，希望能够为今后的采油企业的节能降耗作出贡献。
关键词：二氧化碳、氮气、石油开采一、石油开采技术概述1.1石油开采技术研究的重要性和必要性（1）石油开采技术的发展对社会的发展具有重大意义。
随着科技的不断进步，人们对石油的需求量越来越大，因此就有了新的开采方式，其中包括钻探、井筒采掘、井筒采掘等。
这些新的开采方法的出现不仅仅是为了提高产量，同时还能够保证质量，为国家的建设提供更多的便利条件。
利用CO2提高石油采收率技术研究现状
摘要：在世界经济发展和人口迅速增长的社会现状的影响下，人类对能源的需求也越来越大，尤其是对石油的需求更是日益增加，所以如何利用CO2来提高石油的采收率是目前正在研发的一项非常重要的能源开采技术，对人类的经济发展有着十分重要的意义，本文就利用CO2进行的石油开采技术进行一定的讨论，对这一技术的研究现状进行浅谈。
关键词：CO2石油开采技术提高采收率油田开发技术研究随着人类对地球能源的过度开发，目前地球上的矿物资源已经越来越少，石油更是首屈一指的亟需能源之一，为了能够更高效的开采石油以供人类日益庞大的能源需求，采用CO2来对石油进行开采，从而提高石油的开采率已经成为了很多国家的主要开采和方式和重点研究目标，比如美国、英国和加拿大等发达国家均是采用的这种方式进行石油的开采，CO2的提高采收率技术在近几年来，随着运用的不断深入也处在了不断地发展和进步之中，由于CO2开采技术的高产性很多国家都对此十分重视，我国也对其进行了现场试验的研究。
一、CO2开采技术的高效原因CO2之所以可以提高石油的开采率主要是因为以下几个方面：第一，CO2可以使原油的体积膨胀，当二氧化碳注入到原油后，就可以在其中得到充分的溶解，从而使原油的体积增加百分之十甚至更多，原油的体积膨胀后不仅可以增加地层的弹性，还能够减少原油在流动过程中所产生的阻力，这样一来就可以提高石油的产量。
第二，二氧化碳进入原油后可以降低其原本的黏度，要知道原油初始的时候黏度越高的话，则黏度的降低幅度就越大，当降低了原油的黏度后更有利于其流动，从而也就提高了石油的整体产量。
第三，原油中含有一定的水分子，当二氧化碳进入后可以增加其黏度，而降低其流度；当原油碳酸化后就会产生相反的作用，在这种综合性的作用下，可以使得油和水更加接近，这样对于原油的开采就更加便利。
第四，二氧化碳在原油中是非常容易溶解的，这样反应的结果就是很大程度上的降低了油和水的表面张力，从而有利于原油的流动，这样一来在进行石油开采的时候就比较方便了。
二氧化碳驱油技术研究现状与发展趋势
二氧化碳驱油技术研究现状与发展趋势随着世界经济的飞速发展，能源的生产与供求矛盾越发突出，石油作为工业发展的命脉，由于其储量的有限性，使得人们对它的研究和关注程度远胜于其它能源。
寻找有效而廉价的采油新技术一直是专家们不断探索的问题。
针对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国外近年来大力开展了二氧化碳驱油提高采收率(EOR)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（一）二氧化碳驱油技术机理1、降粘作用二氧化碳与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。
原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量。
2、改善原油与水的流度比二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。
原油碳酸化后，其粘度随之降低，同时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。
3、膨胀作用二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，便可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，是驱油效率升高，提高原油采收率。
4、萃取和汽化原油中的轻烃在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。
二氧化碳首先萃取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。
5、混相效应混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。
二氧化碳与原油混合后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。
油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。
6、分子扩散作用多数情况下，二氧化碳是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。
分子的扩散过程很缓慢，特别是水相将油相与二氧化碳气相隔开时，水相阻碍了二氧化碳分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到二氧化碳中，因此，必须有足够的时间，使二氧化碳分子充分扩散到油相中。
油田化学研究型专题——CO2驱油理论
Kr随σ发生相应的变化，达到超低σ时，Sor为零。
石工11-14班第七小组
二、CO2驱油机理
2.降粘机理 CO2可溶于油，使油降粘，提高油的流度，有利于驱油 介质从孔隙介质中将油驱出。
CO2适合重质稠油
石工11-14班第七小组
二、CO2驱油机理
3.原油膨胀机理 CO2溶于原油后，可使原油的体积膨胀。膨胀后的原油 将易为驱动介质驱出。
其它 烃气 CO2混相
N2 CO2非混相
仍然差距明显
美 国 气 驱 产 量 变 化
0 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 时间(年)
石工11-14班第七小组
石工11-14班第七小组
一、国外注CO2驱油发展现状
原油中CO2 的量分数越 高,原油的密 度越高,相对 分子质量越 小,原油的膨 胀系数越大.
石工11-14班第七小组
膨胀系数：一定T 和饱和PCO2下， 原油的V与同T下 0.1MPa下原油V0 之比.
二、CO2驱油机理
4.提高地层渗透率机理 CO2溶解于水，生成碳酸。碳酸可与地层中的石灰岩和自 云岩反应生成水溶性的重碳酸盐，提高地层的渗透率，扩 大驱油介质的波及体积，有利于提高采收率。 5.溶气驱机理 从注入井到采油井的驱油过程是降压过程。随着压力下降， CO2从原油中析出，产生原油内的气体驱动，使采收率提高。
问题，流度控制，沥青质析出，金属腐蚀，结垢，非烃气体分离，
混相注入剂用量大等，需要在今后的相关研究中进行深入探讨，以 期获得合理的解决方案； 4、目前，中国CO2排放量居世界第二位，并且还在增长。预测表明， 到2025年，中国CO2排放总量很可能超过美国，居世界第一位。 随着对环保的日益关注，CO2捕集-封存-应用一体化提高采收率技 术将使今后发展的新走向。
CO2驱油与封存的发展趋势
驱油与封存发展趋势1、注入方式以水气交替为主，占比80%•连续注气方式•水气交替模式•水气同注方式•重力排驱方式•重力双驱模式•循环注气方式•驱油埋存一体化水气交替驱示意图2、需要有针对性的井网•理论和实践表明，针对CO 2驱油特性要针对性设计井网井距•Weyburn 油田采用水平井和直井组合，改善了CO 2驱油效果.Marly VuggyMarly Vuggy油水CO 2+油垂直井采油水平井采油水平井注CO 2垂直井注水油田井网小溪反九点法SACROC反九点法Ikiz tepe 油田反五点井网weyburn 线性SSU鸡笼式部分油田井网统计Weyburn 注采井网3、CO 2驱需要有针对性的井距油气杂志世界统计CO 2驱井距分布情况•特低渗透油藏，CO 2驱技术极限井距约为300-600m ，是水驱技术极限井距（100-200m ）的2~3倍•统计世界特低渗透油藏（渗透率<10ｍD ）注CO 2项目采用的注采井距，200~400m最多胜利油田CO 2驱技术极限井距确定图版4、化学辅助CO2驱➢泡沫➢CO2增稠剂➢聚合物及凝胶➢化学反映沉淀及盐沉淀➢混相压力降低剂流体粘度差异出现CO2粘性指进注入CO2原油我国油藏大多层薄、储层物性差，非均质性强，重质组分含量高，这就导致气驱波及系数小，混相程度低➢传统泡沫：水溶性发泡剂，高吸附，气水分异➢新型泡沫：新型低吸附发泡剂、可溶于CO2的发泡剂+CO2WAG前六个月产油增加60%整个试验期产量增加20%泡沫抑制重力超覆泡沫扩大低渗透层波及体积泡沫驱扩大波及体积示意图（Katiyar et al,2020）美国康菲公司EVGSAU油田泡沫驱矿场试验（Katiyar et al,2020）国外CO 2泡沫改善气驱效果矿场试验国外泡沫体系发展较多，矿场应用大多取得了较好的效果•降低最小混相压力☐在CO 2中加入少量的C 5+可以有效地降低最小混相压力（澳大利亚，Bon,J.）R=C 4F 9,C 6F 13,C 8F 17,C 10F 21n=5-10CH 2RROn亲油基团亲CO2基团亲CO2基团亲油基团梳型混相剂☐低成本混相剂的研发腰英台油田数值模拟结果2注CO 2驱油实现了利用与埋存的双赢，是目前公认的最为可行的方法。
CO2驱油技术发展现状
排放是 目前全球 范 ６ ３ ． ２亿 吨， 其中 ５ ０ ％左 右 为 尚 未动用 的储量 Ｊ 。因而 ， 二 氧化碳 驱油在 我国石油 开采 中有 着
巨大 的应用前景 。
Ｃ Ｏ 捕集 与 封 存 （ Ｃ Ｃ Ｓ ） 和Ｃ Ｏ ： 提高原油采收率 （ Ｃ Ｏ ： 一 Ｅ Ｏ Ｒ ） 是近年来 国内外备受关注 的温室气体 减排及 提高原 油采 收率技术 。美 国 、 澳大 利亚 、 加 拿大 等 国已实 现大 规模 管输 埋 存驱油 ， 管道输送技术和 Ｃ Ｏ 驱油技术都 比较成 熟 。 １ Ｃ Ｃ Ｓ和 Ｃ Ｏ ， 一Ｅ Ｏ Ｒ技 术
发展 ， 第一个 大规模 商业 化的 Ｃ Ｏ ：一 Ｅ Ｏ Ｒ项 目于 １ ９ ７ ２年在 西德 克萨斯的 Ｓ Ａ Ｃ Ｒ Ｏ Ｃ油 田开始 运营 ， 一直 到今 天还 在 生产 工作 ， 截止 ２ ０ １ ０年 ， 石油 与 天然气 杂 志 （ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ １ ） 中关 于 Ｅ Ｏ Ｒ的调查 报告 称 ， 全球 Ｃ Ｏ ：一Ｅ Ｏ Ｒ项 目总 数 已经 达 到 １ ２ ７
全球 气候 变暖对人类以及整个地 球环境 可能产 生 的危 害 ， 已经 日益 引起 世界 各 国的广泛 关注 。随着全 球 能源 需求 的增 长， Ｃ Ｏ ： 排放量仍会相应 的增加 ， 主要 的二氧化碳排放源是来 自
能源 和工业部 门为产生能量而消耗 的化石燃 料 ， 而人类排 放到 大气 中的 Ｃ Ｏ ： 被认为是造成全球温室效 应的主要 原因 ， 有 数据 显示 ， Ｃ Ｏ 是 主要 的温室气体 ， 所 占的比例达到 ７ ３ ％ 以上 ， 近年 来有记 录显示地 表温度 呈现 一个 增长 的趋 势 ， 在上 个世 纪 ， 全 球平均温度增 长了 ０ ． ７ ４ ℃， 增幅 明显增 大 。因此 ， 减少 Ｃ Ｏ ： 的
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注气驱油数值模拟方法研究现状与发展趋势姬泽敏，秦积舜，李实，廉黎明（提高石油采收率国家重点实验室—中国石油勘探开发研究院，北京市 100083）摘要：注气驱油技术是提高石油采收率的重要方法之一，应用和发展前景广阔。
气驱油过程伴随着油气体系间的组分传质和系统压力变化，进而引起油气体系的相态转化，使得注气驱油过程的物理化学现象的表征和数学描述变得十分复杂，至今尚未形成统一和精确的油气体系相态表征和描述方法。
通过考察国内外已有的相关数学模型和计算模拟方法，本文较为系统的梳理了注气驱油数值模拟方法的发展历程，评价了现有方法的优缺点，并结合我国油藏储层及流体特征，提出了适合中国油藏特点的注气驱油数值模拟方法的发展方向。
关键词：注气驱油技术；油气体系；数值模拟；组分传质；相态Research Status of Gas Flooding NumericalSimulation and Its Development TrendJi Zemin1，Qin Jishun，Li Shi，Lian Liming(The State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery—RIPED, Beijing 100083,China)Abstract: Gas flooding technology is one of the pivotal EOR methods, which has a broad prospect of application and development. However, mass transfer and change of system pressure during the process of gas flooding lead to the change of phase behavior, which draws great difficulties to the mathematical description and characterization of physical and chemical phenomenon during the process, so far there has not been a set of uniform and accurate methods to describe and characterize the phase behavior of oil and gas system. According to the mentioned above, based on the investigation of several gas flooding numerical simulation methods at home and abroad, this paper hackled the development process of the gas flooding numerical simulation methods, evaluated the advantages and disadvantages of these methods. Finally, combined with the characters of reservoirs and fluid, development direction of gas flooding numerical simulation with Chinese characteristics was proposed.Key words：gas flooding，oil-gas system，numerical simulation，compositional transfer，phase 1收稿日期：第一作者简介：姬泽敏（1985—），男，博士研究生，主要从事注气提高采收率技术及数值模拟研究。
基金项目:国家973项目04课题“孔隙介质中相态实验与理论研究”(No. 2011CB707304)，国家科技重大专项(No. 2011ZX05016-001)。
behavior注气驱油技术（以下简称气驱技术）是指将适合作为驱油剂的气体注入油藏，在地层压力的作用下，注入气与地层油之间发生组分传质，形成混相或非混相驱油，从而达到提高石油采收率目的的一项技术。
最初，注入气主要是液化石油气。
之后，由于降低成本、安全环保等方面的要求，逐渐采用甲烷气、CO2、氮气、空气等。
据2012年美国油气杂志发布的数据，世界范围正在实施的提高石油采收率项目的总数约330个，其中气驱项目总数超过177个，包括CO2混相驱项目120个、烃类气驱项目36个、CO2非混相驱16个、N2非混相驱4个、酸性气体混相驱项目1个。
气驱技术已经成为世界提高石油采收率领域的主要技术[1]。
经过近50年的发展，气驱技术已相对成熟，并在国外（尤其是美国）得到了较为广泛的应用。
气驱技术的快速发展主要有几个方面的原因，一是气源变得越来越广泛[2-4]；二是气驱机理的认识不断深化,地质及油藏工程方法日趋成熟；三是气驱技术的工程配套技术不断完善。
气驱技术是地质工程、油藏工程、注采工程和地面工程等技术的集成，其中油藏工程技术起着关键的作用。
就具体的气驱开发项目来说，油藏工程技术贯穿始终，包括开发方案设计与优化、效果跟踪与评价、动态监测与调整等技术环节；除去油藏工程师的知识和经验之外，数值模拟技术是油藏工程师认识油藏、了解动态、优化设计的主要技术手段，其进步对于推动气驱技术的发展和应用起到了重要的作用。
与水驱不同，气驱过程中受压力和温度的控制，气液体系存在着复杂的物理化学作用[5]，例如气液组分间的抽提、溶解、蒸发、凝析等，使得气液体系的相态复杂多变。
究其原因，既与气液体系的组分组成有关，也与气液体系所处的温压环境有关。
基于天然气藏、凝析气藏、挥发油藏等的开发需求，20世纪30年代至70年代间，美国石油工程师学会（API）等针对烃类混合物的理化性质进行了系统的研究，形成了一系列描述和表征气液系统的相态参数的计算方法，奠定了油气田开发工程中获取油气体系物理化学性质参数的基础，进而成为数值模拟技术中气液相态计算的理论方法基础[6-8]。
黑油模型中的相态计算方法就是典型的应用实例。
数十年来，伴随着计算机技术的高速发展和计算方法的创新，油藏数值模拟技术有了长足的进步。
针对气驱油过程的特点，研究者先后提出了修正的黑油模型、半隐式组分模型、全隐式组分模型、有限组分模型、基于流线方法的组分模型、基于高阶有限元方法的组分模型，这些方法基本实现了气驱油过程中地层流体流动的数值模拟。
但在气液相态计算方面，由于世界范围内原油的多样性及其组分组成的复杂性，现有的模型和计算方法尚不能满足数值模拟技术应用的需求。
同时，在质量守恒方程求解方面，由于方程的非线性较强，为了减少数值弥散，提高计算的收敛速度，需要采用隐式程度更高的方法进行求解。
现有气驱数值模拟方法存在的这些问题和不足对其未来的发展提出了需求和挑战，需要在未来的研究中予以重点考虑。
1 气驱数值模拟方法的发展概况对油气渗流较为系统的研究始于20世纪20年代，随着油气田勘探开发产业的崛起，油气渗流理论快速发展。
到40年代，单相不可压缩和微可压缩流体在均质地层中的渗流问题已基本解决[9]，主要包括：具有拉普拉斯方程形式的均质地层中单相气体稳态（定常）渗流微分方程及其解析解，二阶非线性抛物线方程形式的非稳态（非定常）渗流微分方程及其一维相似解等。
针对多相渗流的研究始于30年代，随着相对渗透率概念的提出与应用，Buckley和Leverett（1942）在忽略毛管力条件下求得了一维两相液体渗流方程的特解[10]。
20世纪50年代，油藏数值模拟方法快速发展[11]，至50年代末二维两相黑油模型接近成熟。
60年代，多维多相黑油模型成为研究与应用的热点。
70年代，随着钻井深度的增加，越来越多的凝析气藏和挥发性油藏被发现，组分模拟器的研究发展迅速。
80年代-90年代中期，组分模型的经济高效模拟受到了研究者的重视，迭代求解方法和有限组分模型得到了较快的发展。
90年代中期以来，流线模型和高阶有限元方法的出现使得在保证相态计算完整性的基础上，减少数值弥散、提高计算精度和速度成为可能。
1.1 形成阶段（1950-1980年）该阶段发展最快的是黑油模型。
Bruce和Peaceman（1953）首次将气相一维不稳定流动的数值模拟方法应用于地下流体渗流问题，标志着油藏数值模拟方法的诞生[12]。
West和Garvin（1954）将一维不稳定流动模拟由单相扩展到两相[13]。
Peaceman和Rachford（1955）提出的交替方向隐式解法（ADI）将复杂的多维问题化简为一维问题，提高了计算速度，促进了二维、三维问题的研究[14]。
Douglas和Peaceman（1959）完成了二维两相数值模拟，标志着现代数值模拟技术的开端[15]。
Coats 和Nielsen（1967）完成了油藏的三维两相模拟[16]。
Breitenbach（1968）提出了三维三相模拟的解法[17]。
至此，黑油模型已基本形成。
黑油模型在流体相态计算方面将烃类流体简单地划分为油、气两个组分，并假定油、气组分间的质量传递是压力的函数，且只考虑气体在油中的溶解。
这种简化使得该模型在模拟凝析气藏、挥发性油藏开发及CO2、烃类气体混相驱等气液相互传质作用较强的过程时会出现较大的误差。
为此，Todd和Longstaff（1972）提出了一个修正的黑油模型[18]。
该模型引入了混合参数来计算两相混合后的粘度和密度，实现了对组分间传质作用的表征。
Kazemil（1978）[19]提出了采用由实验获得的气液平衡常数K进行相态计算、运用IMPECS（隐式压力-显式组分、饱和度）方法对质量守恒方程进行求解的组分模拟器。
Fussell L.T.等（1979）[20]对Kazemil的组分模拟器进行了改进，在相态计算中引入了理论性更强的状态方程，同时在质量守恒方程求解上采用了隐式程度更高的IMPCEF （隐式压力、组分-显式流动系数），提高了模型的计算精度。
Coats （1980）提出的全隐式状态方程组分模型[21]，与之前的半隐式组分模型相比，具有更高的隐式程度和数值稳定性，可以采用更大的时间步长处理大部分组分问题。
全隐式状态方程组分模型的出现也标志着气驱数值模拟方法的基本形成。
然而该方法的计算量和所需存储量会随着所考虑的组分数目的增加而大幅度增加，严重地制约了该方法在大规模数值模拟中的应用。
1.2简化提速阶段（1981~1995年）模拟精度和计算速度始终是数值模拟方法发展中的一对矛盾。