二氧化碳在原油、水中的溶解度

CO2在油水混合物中的溶解度及饱和CO2油水的密度

油、水相的密度和膨胀系数．实验结果表明：实验条件下，Ｏ在原油和地层水中的溶解度随压力在Ｃ：
的升高而增大，和Ｃ：、饱Ｏ油水相的密度随Ｃ：Ｏ溶解度的增大而线性增大．饱和Ｃ液相的膨胀系Ｏ
数受实验压力和Ｃ溶解度的影响较大，Ｏ受液相组成的影响很小．实验还测定了Ｃ在不同油水Ｏ体积比混合物中的溶解度，现恒定温度下Ｃ油水混合物中的溶解度只与压力和液相组成有发Ｏ在
２１０２年９月
西安石油大学学报（自然科学版）
ＪｕａｏｉｎＳｉｕＵｉｅｉ（ａｒｌｃｎｅＥｉｏ）ｏｒｌｆｈｙｎｖｒｔＮｔａＳｉｃｄｔｎｎＸａｏｓｙｕｅｉ
Ｓｐ．２２ｅ０１
第２７卷第５期
一４一１
３２饱和Ｃ油水的密度和膨胀系数．Ｏ：
Ｃ在原油和地层水中的溶解实验中，Ｏ当实验的ＰＴ系统达到平衡后，过记录液面高度来确定Ｖ通液相的体积．利用式（）计算得到饱和Ｃ的液相２Ｏ的密度，密度与溶解度作图（３，将图）并对数据进行
（）８
图３饱和Ｃ油、相的密度与Ｃ溶解度关系Ｏ：水Ｏ
Ｆｉ．Ｒｅａｉｎｈｐｂｅｗｅｎｄｎｉｆｓｔａｅ・ｇ３ｌｔｏｓｉｔｅｅｓｔｏａｕｒｔｄＣＯ２ｃｕｅｏｌｙｒｄｉａｄｆｒａｏｔｒａｏｕｉｔｆＣＯ２ｎｏｍｔｎｗａｎｄｓｌｂｌｙｏｉｅｉ

二氧化碳驱油大有可为解读

二氧化碳驱油大有可为目前，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。

把二氧化碳注入油层中可以提高原油采收率。

由于二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体,当它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀，黏度下降,还可以降低油水间的界面张力。

与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。

据国际能源机构评估认为，全世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000亿～6000亿桶。

二氧化碳驱油广受关注注入二氧化碳用于提高石油采收率已有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。

用于提高石油采收率的注入速率可大致由供封存的能力来决定.二氧化碳驱油提高采收率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.2006年世界二氧化碳提高采油率产量占总提高产量的14.4％.二氧化碳纯度在90%以上即可用于提高采油率。

二氧化碳在地层内溶于水后，可使水的黏度增加20％～30%.二氧化碳溶于油后，使原油体积膨胀，黏度降低30％~80%，油水界面张力降低，有利于增加采油速度，提高洗油效率和收集残余油。

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。

二氧化碳可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现温室气体的减排,又可达到增产油气的目的。

北美美国是二氧化碳驱油项目开展最多的国家.目前，美国每年注入油藏的二氧化碳量约为2000万吨至3000万吨，其中有300万吨二氧化碳来源于煤气化厂和化肥厂的尾气.从事油田开发的Oxy公司在美国得克萨斯州和新墨西哥州的Permian盆地，注入二氧化碳约12亿立方英尺/天,现回收约18万桶石油/天。

CO2在原油与盐水中的溶解扩散规律研究

AO Wenjun1, ZHA0 Renbao2, L Hui3, ZHENG Jinding3, KONG Liping1, ZU0 Qingquan1
(1. CNOOC Enertech - Drilling & Production Co. # Tianjin 300452 # China ； 2. Faculty of Petroleum Engir^ering # China Universitt of Petroleum, (Beeing) # Beeing 102249 , China ；
散系数呈快速上升再快速下降到最后缓慢下降趋于平缓，其在原油中的平均扩散系数与原油黏度呈幕函数关系，原油临界黏
度为30 mPa • S；同一原油中，平均扩散系数与压力大小线性相关;C02在原油中的溶解比例越高，泡点压力越大，原油黏度越
低,体积系数越高，原油物性得到改善，有利于提高驱油效率。在C02地质埋存过程中，储层压力越大，C02扩散越快，溶解量
3. Tianjin Branch # CNOOC ( China) Ltt. # Tianjin 300452 # China)
Abstract ： The solution -diPUsion mechanism of CO? is the precondition fov C0? as oii displacement agent and C0? geological storaae. The existing research literature on the solution 一 diPUsion mechanism of C0? is mainly focusing on numeVcal simulation research. But few literatures were reported on experimentaU researches. In view of this problem, based on laboratoe expeOments,the voriable dm01sion coefficient equation was introduced. Combined with theoretical calcula tion and analysis, the mechanism of C0? do solution and -0018X02 in oil displacement and geolooical storaae was quantita tively analyzed. The results show that the diPusion coeeicient of C0? in crude oil Urstly rises fast, and then rapid de clines ,Unally slowly declines It be a Uat in crude oil. The averaae diPusion coeeicient between C0? and the viscosity of crude oil is a Unction of powee, and the cVncal point of crude oil viscosity is 30 mPa - s. In the same crude ol, the aveeaae diPusion coeeicient is linearly related t the size of the pressure. The higher the proportion of C0? dm solved in crude oil, the greater the bubbio point pressure is and the lower the oil viscosity, the higher the volume coefficient is, so the physical properte of crude oil is improved, which is 1626X01/1 te the improvement of oil displacement efUciency. In the process of C0? geolovicai storayo, the greater the reservoP pressure is, the faster the C0? diPusion rate is, the laraor the amountoUdssoautson, buttheaonge.theequsasb sum tsme. And thehsghe.theoonoentatson oUtheb sneaaye.ss, theaowe. tho diPusion rate is and the less the amount of dPsolution is. The lower the concentration of sa/wator layoe, the geator the temperature inUuence on the solubilito of C。?. The quantitative study of solution 一 diPusion mechanism of C0? is of guiding

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。

CO2驱油技术

SCCO2超临界二氧化碳气藏可作为CO2以超临界状态（SCCO2）稳定埋存的地质载体。

但由于气藏中储存的有具有开发潜力的天然气，会影响SCCO2埋存的稳定性。

CO2储存采用低温低压储罐，常用温度、压力工作参数为-20℃、2.2MPa.就投资成本、操作工艺和保冷性能来讲，建议大罐采用聚氨酯硬质泡沫塑料浇注成型保冷工艺，小罐采用真空粉末绝热保冷工艺。

二氧化碳的物理性质不同的温度压力下，对应的饱和压力也不一样，当其压力低于它的饱和压力时，二氧化碳可为香槟酒提供气泡。

当压力超过2.1MPa,且温度在-17℃以下或更低时，二氧化碳以稳定液体状态存在，适合运输和储存。

假如温度足够低，在一定压力范围内，二氧化碳则以固态形式（干冰）存在。

纯二氧化碳临界温度31.11℃，临界压力为7.53MPa(或为1071psi)。

在高于临界温度时，无论压力有多高，二氧化碳都以气态存在，而且密度与压力的关系成正相关系。

二氧化碳易溶于原油和水，在原油中的溶解度是在水中的4~9倍。

二氧化碳的溶解度随压力增加而增加，随温度增加而降低，随水中的矿化度的增加而减少。

在大部分混相驱中，油藏温度在临界温度之上，因此在油层中很难形成二氧化碳液态驱。

二氧化碳驱的种类二氧化碳混相驱。

混相驱油是在地层高退条件下，油中的轻质烃类分子被二氧化碳提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了二氧化碳的原油的液相两种状态。

当压力达到足够高时，二氧化碳把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶剂沥青、石蜡的能力下降，这些重质成分将会从原油中析出，残留在原地，原油粘度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。

混相驱油效率很高，条件允许时，可以使排驱剂所到之处的原油百分之百的采出。

但要求混相压力很高，组成原油的轻质组分C2~C6含量很高，否则很难实现混相驱油。

由于受地层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于重度比较高的轻质油藏，同时在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的经验，总结起来，二氧化碳混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。

稠油CO2平衡K值表

0.5971 0.6379 0.6670 0.6881
0.0198 0.0226 0.0238 0.0233
0.0331 0.0354 0.0357 0.0338
在80℃时，指定压力下CO2与含水30%超稠油的液液K值表。
稠油二氧化碳平衡K值表
一、基本概念
二、二氧化碳的驱油特性三、二氧化碳在超稠油中的溶解能力四、二氧化碳与超稠油的平衡K值表
一、基本概念
1.在常温常压下，二氧化碳为无色无味的气体，相对密度是空气的1.53倍； 2.在1大气压下，0℃时，二氧化碳的密度为1.98kg/m3，粘度为0.0138mPa.s；
3
6 9 12 15 18 21
21.326
6.869
3.466
2.134
1 156.0 96.0
66.0 0.3242 0.1339 0.0723 0.0458 0.0319 3.084 7.470 13.823 21.831 31.316
49.889 20.420 10.885
二、二氧化碳的驱油特性
4.混相效应 CO2注入地层后与原油通过多次接触，在一定温度和压力下， CO2与原油形成单一的混合物，达到混相驱油。 5.降低界面张力 CO2萃取和气化原油中的轻烃，大量轻烃与CO2混合，可大幅度降低油水界面张力，从而提高原油采收率。 6.溶解气驱作用 7.提高渗透率（酸化作用） 8.扩大蒸汽的波及半径 CO2在地层中以气态存在，其粘度比蒸汽小，当蒸汽冷凝为热水
③CO2在油相中摩尔数Mo=Rso*1.98/0.044 CO2在水相中摩尔数Mw=Rsw*1.98/0.044
④CO2在油相中摩尔分数x=Mo/(Mo+1400)
CO2在水相中摩尔分数w=Mw/(Mw+16666.7) ⑤CO2液液K值=w/x

CO2驱提高原油采收率技术调研

CO2驱提高原油采收率技术调研1 二氧化碳的性质§1.1 二氧化碳（CO2）性质（1）二氧化碳的相态二氧化碳具有气、液、固三种物理形态，在大气条件下，二氧化碳是无色无味的气体。

其临界温度为31.2℃，临界压力为7.28Mpa，在温度低于31.2℃时，加压可以使CO2变为液态；在温度低于-56.6℃时，加压可使液态CO2变成固态CO2，即干冰。

当温度高于31.2℃时，在任何压力下CO2均以气态方式。

因此，在大部分CO2驱油藏中，由于其温度高于31.2℃，因而被用作混相驱的CO2通常呈气态。

在一定条件（温度和压力）下，CO2可以两相或三相存在，其三相共存的三相点是（-56.6℃，0.61Mpa）。

（2）CO2的密度常温常压下CO2的密度比空气的密度大，在其临界区（31.2℃，7.28Mpa）附近，CO2的密度与被驱替的油的密度相近。

高于临界温度（88o F），CO2呈气态，其密度随着压力的升高而增大；液态CO2（T＜88o F，p＞7.28Mpa）的密度在高于临界值时是压力的函数，在低于临界值时曲线将出现陡变。

由图2还可以看出，在一定压力下，CO2的密度随着温度的增加而降低。

（3）CO2压缩因子在混相驱的温度和压力下，CO2的压缩因子约为0.5。

（4）CO2在水中的溶解度随着压力的升高，CO2的溶解度下降，盐的浓度越大，下降的幅度越大。

§1.2二氧化碳在原油中的性质（1）CO2在原油中的溶解性CO2在原油中具有很好的溶解性。

与在水中一样，CO2在原油中的溶解度随压力的上升而上升；随温度的升高和原油分子量的增加而下降。

相同条件下，CO2在原油中的溶解度比在水中的溶解度高3~9倍，因而即使在低压下CO2也是一种很好的非混相驱注入剂。

而在高压下，CO2则是一种很好的混相驱注入剂。

由于CO2在油中的溶解度远远大于在水中的溶解度，因此它可以在水溶液中转溶入原油中。

在转变过程中，油水界面张力会逐渐降低，驱替方式也逐渐接近或达到混相驱。

二氧化碳驱油原理

第一章二氧化碳驱油机理第一节驱油机理2CO 是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以是原油体积膨胀，粘度下降，还可降低油水间的界面张力；2CO 溶于水后形成的探索还可以起到酸化作用。

它不受井深、温度、压力、地层水矿化度等条件的影响，由于以上各种作用和广泛的使用条件，注2CO 提高采收率的应用十分广泛。

人们通过大量的室内和现场试验，都证明了2CO 是一种有效的驱油剂，并相继提出了许多注入方案。

包括：连续注2CO 气体；注碳酸水法；注2CO 气体或液体段塞后紧接着注水；注2CO 气体或液体段塞后交替注水和2CO 气体（W AG 法)；同时注2CO 气体和水。

连续注入2CO 驱替油层时，由于不利的流度比及密度差，宏观波及系数很低，2CO 用量比较大，实施起来不够经济，用廉价的顶替液驱动2CO 段塞在经济上更有吸引力。

用碳酸水驱油实质是利用注入的水和2CO 溶液与地层油接触后，从其中扩散出来的2CO 来驱油，但此扩散过程较慢，与注入纯2CO 段塞相比达到的采收率比较低。

注2CO 段塞的工艺包括；注2CO 段塞后注水、注段塞后交替注水和注2CO 气体，前一种方法是水驱动2CO 段塞驱扫描整个油层，尾随的水不混相地驱替2CO ，在油层中留下一个残余的2CO 饱和度，后一种方法，其目的在于降低2CO 的流度，提高油层的波及系数。

提出的另外一种工艺是通过双注水系统同时注水和2CO （见下图），但是这种工艺的施工和完井的成本高，经济风险更大。

沃纳（Warner1977）和费耶尔斯（Fayers ）等人在模拟研究中证明，W AG 注入法要比连续或单段塞注入法优越。

沃纳的研究结果还表明，连续注入2CO 可采出潜在剩余油量的20%；注入2CO 段塞可采出25%；而WAG 法可采出注水后地下原油的38%；同时注入气与水可采出47%的原油，但此法仍存在着严重的操作问题。

由此看来，W AG 法仍然是最经济可行的2CO 驱工艺，但它不适合于低渗透砂岩，因为在这种砂岩中，由于水的流度很低，变换注入方式可能造成注入速度严重降低。