CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
各种气驱机理
气体混相驱提高采收率方法、注气驱帖子创建时间: 2014年11月19日10:36评论：0浏览：876投稿气体混相驱气体混相驱的目的是利用注入气怵能与原油达到混相的特性，使注入流体与原油之间的界面消失，即界面张力降低至零，从而驱替出油藏的残余油。
气体混相驱按混相机理可分为一次接触混相驱和多次接触混相驱。
按注入气体类型可分为烃类气体混相驱（如LPG 段塞驱、富气驱、贫气驱）和非烃类气体混相驱（如CO2驱和N2驱）。
（一）LPG 段塞混相驱液化石油气（简称LPG）段塞混相驱是指首先注入与地下原油能一次接触达到混相的溶剂段塞，如LPG、丙烷等，然后注入天然气、惰性气体或水。
LP G 段塞混相驱工艺中水段塞是用来控制流度、提高波及效率的）。
一般来说，L PG 段塞尺寸约为10％～15％孔隙体积，而后续的天然气或水的段塞尺寸就非常大。
LPG 段塞混相驱非常有效。
注入的LPG 段塞与原油达到混相后，残余的油滴及可动油都可能被采出，因此这种方法的采收率较高。
此外，混相压力低、适应性强等都是LPG 段塞混相驱的优点。
但是，LPG 段塞混相驱的成本高以及波及效率低等因素限制了该方法的应用。
（二）富气混相驱富气是富含丙烷、丁烷和戊烷的烃类气体。
富气混相驱是指往油层中注入富含C2—C6中间组分的烃类气体段塞，然后再注入干气段塞，通过富气与原油多次接触达到混相来提高采收率的方法。
注入富气与原油接触时，注入气中的C2—C6组分凝析而进入油相，形成一个由C2—C6富气和原油的混相带，如果注入的富气能保证足够的量时，混相带就会向前不断地把油推向生产井。
由于富气成本要比干气高，因此通常是富气段塞后紧接的是干气。
尽管富气驱的成本低于LPG 段塞驱，但是要求的混相压力相对较高。
富气驱的优点是基本上能完全驱替油层内所接触的残余油，而且一旦混相带被破坏能后自身修复，重新获得混相。
但是，富气驱仍然成本较高，而且重力超覆、粘性指进现象严重，波及效率较低。
二氧化碳驱油技术
目前，世界上大部分油田仍采用注水开发，这就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、二氧化碳驱油技术二氧化碳驱油，是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。
标准状况下，二氧化碳是一种无色、无味、比空气重的气体，密度是1.977克/升。
当温度压力高于临界点时，二氧化碳的性质发生变化：形态近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍。
这时的二氧化碳是一种很好的溶剂，其溶解性、穿透性均超过水、乙醇、乙醚等有机溶剂。
如果将二氧化碳流体与待分离的物质接触，它就能够有选择性地把该物质中所含的极性、沸点和分子量不同的成分依次萃取出来。
萃取出来的混合物在压力下降或温度升高时，其中的超临界流体变成普通的二氧化碳气体，而被萃取的物质则完全或基本析出，二氧化碳与萃取物就迅速分离为两相，这样，可以从许多种物质中提取其有效成分。
二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。
在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。
超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。
于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。
应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP是确定气驱最佳工作压力的基础。
一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下进行气驱。
如果压力远高于MMP,就容易造成地层破裂，无法保障生产过程的安全性，其结果是不仅不能大幅度提高原油产量，还会降低经济效益。
CO2-EOR驱油技术
目前该技术已在大庆油田、吉林油田、胜利油田和 辽河油田等进行过试验，都取得了较好的效果（郝 敏等，2010）。 由于温室效应的存在，该技术是缓解环境污染压力、 提高石油采收率的重要手段；并且我国的低渗透和 稠油资源十分丰富，同时该技术成本低廉、成效显 著，因此在我国有较好的应用前景。
[1]江怀友,沈平平,卢颖,江良冀,罗金玲. CO2提高世界油气 资源采收率现状研究[J]. 特种油气藏,2010,02:510+120. [2]郝敏,宋永臣. 利用CO2提高石油采收率技术研究现状[J]. 钻采工艺,2010,04:59-63+139. [3]王涛,姚约东,李相方,李虎,石俊芳,杨祝华. 二氧化碳驱油 效果影响因素与分析[J]. 中国石油和化工,2008,24:3033.
①储层的深度范围在1000～3000m范围内;
②致密和高渗透率储层;
③原油黏度为低或中等级别;
④储层为砂岩或碳酸盐岩。
主要机理是：降低原油黏度，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的增加而增加，当压力 降低时， CO2从饱和 CO2的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， 提高驱油效率（王涛等，2008）。
全球变暖，冰川融化及海平面上升等一系列问题都 与CO2的排放紧密相关，同时资源的匮竭，提高石 油的采收率显得十分重要。所以CO2-EOR（ CO2 enhanced oil recovery）技术既能做到CO2的地 质封存，同时也能提高石油采收率。
CO2提高采收率的作用主要有促进原油膨胀、改变 油水流动比、溶解气驱等。 ① CO2混相驱 稀油油藏
二氧化碳驱油技术及比较
二氧化碳驱油技术及比较1.2 CO2-EOR驱油技术目前CO2-EOR的实施方法主要有CO2混相驱、CO2非混相驱和CO2吞吐，其中CO2混相驱应用最为普遍。
另外，CO2-EOR实施中也有热CO2驱、碳酸水驱、就地生成CO2技术等其他方法。
1.2.1 CO2混相驱CO2混相驱一般采用CO2与水交替注入储层的方法，具体注入方法取决于储层的性质，主要有连续注入、简单注入、锥形注入等（如图2）。
实施过程中首先注入CO2，由于连续注CO2驱替油层时宏观波及系数很低，因此注水改变二氧化碳的驱油速度，扩大CO2的波及效率。
基本机理是CO2和地层原油在油藏条件下形成稳定的混相带前缘，该前缘作为单相流体移动并有效地把原油驱替到生产井（图3），由于混相，多孔介质中的毛细管力降至为零，理论上可使微观驱替效率达到100%。
混相驱要求油藏压力高于或等于CO2与原油完全混相的最低压力（MMP）。
由于受地层破裂压力等条件的限制，该方法通常用于原油相对密度小于0.89g/cm3，油层温度小于120℃的中、深层油藏。
通过CO2混相驱，原油采收率比注水方法提高约30%~40%。
与水交替注入驱油示意图图2 CO2混相驱技术示意图图3 CO2混相驱对开采下面几类油根据以往的经验，CO2藏具有更重要的意义。
（1）不合适水驱开采的低渗透油藏。
（2）水淹后的砂岩油藏。
（3）接近开采经济极限的深层、轻质油藏。
1.2.2 CO2非混相驱CO2非混相驱效率次于混相驱，但高于水驱或惰性气驱，一般以重力稳定CO2注入方式生产，将二氧化碳注入到圈闭构造的顶部，使原油向下及构造两边移动，在构造两边的生产井中将原油采出（图4）。
主要采油机理是对原油中轻烃汽化和抽提，使原油体积膨胀，黏度降低，界面张力减小。
另外，CO2还可以提高或保持地层压力，当地层压力下降时，CO2就会从饱和了CO2的原油中溢出，形成溶解气驱，达到提高原油采收率的目的。
适用于非混相驱的油藏类型主要有：（1）重油或高黏油油藏；（2）压力衰竭的低渗透油藏；（3）高倾角、垂向渗透率高的油藏。
二氧化碳气驱强化采油(CO2-EOR)的原理
CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带（oil banking）。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
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。
(7) 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。
二氧化碳气驱强化采油（CO2-EOR）的原理
在二次采油结束时，由于毛细作用，不少原油残留在岩石缝隙间，而不能流向生产井，不论用水或烃类气体驱油都是一种非均相驱，油与水（或气体）均不能相溶形成一相，而是在两相之间形成界面。必须具有足够大的驱动力才能将原油从岩石缝隙间挤出，否则一部分原油就停留下来。如果能注入一种同油相混溶的物质，即与原油形成均匀的一相，孔隙中滞留油的毛细作用力就会降低和消失，原油就能被驱向生产井。设法提高原油采收率的关键是找到一种能与原油完全相溶的合适的溶剂，从50年代开始进行这方面的探索与研究，曾经使用丙烷等轻组分烃类化合物，它可以与原油完全混溶，但成本较高。油田现场生产的天然气也可作为混相驱，但经济上也不合算。后来又对非烃类物质进行了研究，其中之一是CO2，它能通过逐级提取原油中的轻组分与原油达到完全互溶。
注空气,氮气,二氧化碳,天然气,蒸汽等提采机理
1.二氧化碳驱油机理1.1二氧化碳驱油机理二氧化碳驱的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱（表1-1），当最小混相压力小于原始地层压力时，能够达到混相驱油，高于原始地层压力时为非混相驱。
非混相驱主要通过溶解、膨胀、降粘，降低界面张力等作用来驱油；而混相驱除了溶解、膨胀、降粘等，就是CO2与原油能够达到混相，也就是一种相态，没有界面张力，理论上驱油效率能够达到100%。
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。
表1-1 混相驱油与非混相驱油对比表在稀油油藏条件下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方面：（1）降低原油粘度溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大（表CO21-2）。
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，CO降粘效果越明显，如下表所示。
江苏油田富48井注入37.161%2后,原油粘度降低了60.173%；Maini和Sayegh研究发现,在(摩尔分率)CO2之后,其粘度从6822MPa·s降低到了226MPa·s。
61.55MPa下,稠油饱和CO2表1-2 CO2完全饱和时原油粘度变化对比表原油初始粘度（mPa.s) CO2完全饱和时原油粘度（mPa.s）1000～9000 15～160100～600 3～510～100 1～31～9 0.5～0.9溶解度降低，降粘作用反而变差（图1-1）。
CO2-EOR驱油技术
CO2提高采收率的作用主要有促进原油膨胀、改变 油水流动比、溶解气驱等。 ① CO2混相驱 稀油油藏
②
CO2非混相驱稠油油藏 在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相，在混相 压力下，处于超临界状态的 CO2可以降低所波及油 水的界面张力， CO2注入浓度越大，油水相界面张 力越小，原油越易被驱替。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 （王涛等，2008）。
目前该技术已在大庆油田、吉林油田、胜利油田和 辽河油田等进行过试验，都取得了较好的效果（郝 敏等，2010）。 由于温室效应的存在，该技术是缓解环境污染压力、 提高石油采收率的重要手段；并且我国的低渗透和 稠油资源十分丰富，同时该技术成本低廉、成效显 著，因此在我国有较好的应用前景。
[1]江怀友,沈平平,卢颖,江良冀,罗金玲. CO2提高世界油气 资源采收率现状研究[J]. 特种油气藏,2010,02:510+120. [2]郝敏,宋永臣. 利用CO2提高石油采收率技术研究现状[J]. 钻采工艺,2010,04:59-63+139. [3]王涛,姚约东,李相方,李虎,石俊芳,杨祝华. 二氧化碳驱油 效果影响因素与分析[J]. 中国石油和化工,2008,24:3033.
实施的储层地质条件（江怀友等，2010）：
①储层的深度范围在1000～3000m范围内;
②致密和高渗透率储层;
③原油黏度为低或中等级别;
④储层为砂岩或碳酸盐岩。
主要机理是：降低原油黏度，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的增加而增加，当压力 降低时， CO2从饱和 CO2的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， 提高驱油效率（王涛等，2008）。
二氧化碳驱油机理
图2-1 原油粘度降低与二氧化碳饱和压力的关系（50℃） μo--原油粘度; μm—溶有二氧化碳的原油粘度
（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，使驱油 效率升高，提高原油采收率。原油的密度越高，相对分子质量越小，原油的膨胀 系数越大[1]。。图2-2为原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系。从图2-2 可以看到，原油中二氧化碳物质的量分数越大，原油的膨胀系数越大。
长25年以上。
2、国内CO2驱研究及应用概况
CO2吞吐：
国内部分油田（吉林、胜利等）也陆续实施了许 多CO2吞吐项目。 滨南采油厂在一些油井进行CO2吞吐后，原油产量 大幅提高。经测算，投入产出比为1：4。证实CO2吞吐 作为单井增产措施，效果显著。
关于实施CO2驱几个问题的讨论
1. 实施CO2驱的开发时机的选择 据对国外CO2驱项目的统计，以前的大部分项目选在含 水率为60—70% 时开始实施CO2驱。近年来的研究与应用证 明， CO 2 驱在注水开发晚期的油田实施仍有很好的效果。 例如美国的Postle油田就是注水油田开发晚期实施CO2驱提 高采收率的一个成功例子。 Postle 油田发现于 1958 年， 1970 年产量达到高峰为 3498m3/d。注CO2前平均产油量仅318m3/d，含水高达98%。 1996年实施注CO2，采用水气交替注入方式。至2000年产量 达到1590m3/d，预计提高采收率10%—14%。
关于实施CO2驱几个问题的讨论
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谢谢Biblioteka 四、CO2混相驱和非混相驱技术应用
1、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。
四、CO2混相驱和非混相驱技术应用
（1）可用CO2来恢复枯竭油藏的压力。 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
三、CO2非混相驱驱油机理
（1）降低原油粘度 CO2溶于原油后,降低了原油粘度,试验表明,原油粘度 越高,粘度降低程度越大。40℃时,CO2溶于沥青可以大大 降低沥青的粘度。温度较高(大于120℃)时,因CO2溶解度 降低,降粘作用反而变差。在同一温度条件下,压力升高 时,CO2溶解度升高,降粘作用随之提高,但是,压力过高,若压 力超过饱和压力时,粘度反而上升。原油粘度降低时,原油 流动能力增加,从而提高了原油产量。
CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
一、CO2驱研究背景及相关概念 二、CO2混相驱驱油机理 三、CO2非混相驱驱油机理 四、CO2混相驱和非混相驱技术应用 五、CO2混相驱和非混相驱应用优点
一、CO2驱研究背景及相关概念
1、CO2驱研究背景 我国低渗、特低渗油藏投入开发后暴露出许多矛盾， 如自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等，而注 水补充能量因油藏地质条件的限制受到很大制约，因此采 收率均较低。从国外EOR技术的发展趋势看，气驱特别是 CO2混相驱将是提高我国低渗透油藏采收率最有前景的方 法。
三、CO2非混相驱驱油机理
（6）提高渗透率和酸化解堵作用 二氧化碳-水的混合物略带酸性并与地层基质相应地发 生反应。在页岩中,由于pH值降低,碳酸稳定了粘土,生成的 碳酸氢盐很容易溶于水,它可以导致碳酸盐的渗透率提高, 尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过碳酸岩时圈。另 外,二氧化碳-水混合物由于酸化作用可 以在一定程度上解 除储层无机垢堵塞,疏通油流通道,恢复单井能。
五、CO2驱应用优点
1、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。 2、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 t原油约需1～4.2t二氧化碳，可增产油 田总储量约l0％的原油。 3、适合二氧化碳驱油的油藏储量就非常可观 4、二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提 高显著等优点 5、能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳的封存问题， 保护大气环境
一、CO2驱研究背景及相关概念
CO2驱流程示意图
一、CO2驱研究背景及相关概念
一、CO2驱研究背景及相关概念
二、CO2混相驱驱油机理
混相驱油是在地层高温条件下，原油中轻质烃类分子 被CO2析取到气相中，形成富含烃类的气相和溶解CO2的 液相(原油)两种状态，其驱油机理主要包括以下三个方 面： (1)当压力足够高时，CO2析取原油中轻质组分后，原 油溶解沥青、石蜡的能力下降，重质成分从原油中析出， 原油黏度大幅度下降，提高了油的流动能力达到混相驱 油的目的。在适合的储层压力、温度及原油组分等条件 下，临界CO2与原油混合，形成一种简单的流体相同。
二、CO2混相驱驱油机理
(2)CO2在地层油中具有较高的溶解能力，从而有助于 地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流 人井底。 (3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减小。图4 反映了几种油-气系统界面张力与压力的关系，它表明了 溶解气种类对油气体系界面张力的影响。
二、CO2混相驱驱油机理
三、CO2非混相驱驱油机理
（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。一般地,二氧化碳溶于水后,可 使水粘度增加20% -30%,水流度增加2-3倍,同时随着原油 流度的降低,油水流度比和油水界面张力将进一步减小,使 油更易于流动。 （3）膨胀作用 CO2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CO2的溶解 量。
三、CO2非混相驱驱油机理
（4）溶解气驱作用 由于CO2在原油中的溶解度较大,在注人过程中,一部分 CO2溶于原油,随着注人压力上升,溶解的CO2量越来越多, 当油藏停止注CO2时, 随着生产的进行,油藏压力降低,油藏 原油中的CO2就会从原油中分离出来,为溶解气驱提供能 量,形成类似于天然类型的溶解气驱。 （5）分子扩散作用 地层基岩是复杂的,注入CO2也很难与油藏中原油完全 混合好。多数情况 下,通过分子的缓慢扩散作用溶于原油 的。
一、CO2驱研究背景及相关概念
1、CO2驱相关概念 （1）混相：混相是指相间界面消失。 （2）混相注入剂：混相注入剂是指在一定条件下注入地 层，能与地层原油混相的物质。 （3）混相驱：混相驱是指以混相注入剂做驱油剂的驱油 法。
（4）CO2驱：CO2驱是把CO2注入油层，依靠CO2的膨
胀、降粘等机理来提高原油采收率的技术。
图2-3 典型油-气系统界面张力 （① 原油与空气；②原油与天然气；③原油与CO2）
三、CO2非混相驱驱油机理
重油的相对分子量很高,CO2与原油的混相压力比油藏 压力高得多,因此通过注CO2提高原油采收率必须依赖非 混相驱。在非混相驱中, CO2溶入原油后,使油膨胀,并降低 油的粘度,从而达到驱油增 产的目的。通过介绍非混相 CO2驱在油藏增产中的驱油机理,证明 CO2作为一种有效 的驱油剂,可以提高油藏原油的采收率。其驱油机理如以下 六点所示：