致密油藏二氧化碳驱替采油原理分析
二氧化碳驱油特性研究
二氧化碳驱油特性研究作者：周超来源：《科技视界》2013年第36期【摘要】多年来，国内外许多学者对油藏使用CO2提高原油采收率进行了研究，室内实验和现场应用都证明，CO2是一种高效驱油剂。
本文主要介绍CO2驱油的发展现状，CO2的基本性质，驱油机理，通过驱油过程中遇到的一些问题等，总结出驱油效果的影响因素及其规律，为油田生产提供指导。
【关键词】二氧化碳；驱油机理；影响因素1 背景及意义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，对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油[1-4]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。
该技术不仅仅适用于常规油藏，还适用于低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
将二氧化碳注入能量衰竭的油层，可提高油气田采收率，已成为世界许多国家石油开采业的共识。
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。
2 二氧化碳的驱油方式二氧化碳的特性众所周知，利用其特性可以有多种有效的驱油方式。
2.1 CO2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CO2提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了CO2的原油的液相两种状态。
当压力达到足够高时，CO2把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶解沥青、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。
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）接近开采经济极限的深层、轻质油藏；（4）利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。
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。
致密油藏co2驱替原理研究
1791 致密油藏概念1.1 致密油藏定义致密性油是指吸附在或者游离在生油岩中、生油岩互层、致密的砂岩及致密的碳酸盐岩中的，不能通过大规模及长距离转移的石油物质集合。
其主要的状态标志是，第一、致密储层分布普遍；第二、广覆式分布的成熟优质生油层；第三、致密油的储层特性表现为储层连续分布，附近存在生油岩，他们之间有共生的关系，并且一般圈闭的边界不太明显，并不具备油藏的概念；第四、储层中原油密度小于8251g/cm 3或大于40°APL属于轻质油。
1.2 致密油储层的流动机理研究致密油层流动特性多遵从与非达西渗流模型，以致密砂岩为例，其中液体流动状态一般受孔渗条件及含水饱和度影响，达西流与非达西流的双重流动模型往往会同时存在。
致密油藏中的地层孔隙及裂缝都处于极微小形态，储层与储层之间的渗透率比较低，流体流动状态不适用达西定律，往往都是非线性流动状态。
因此在研究致密油藏内流体流动机理过程中主要通过对滞留在孔隙内、非线性流动状态、拟线性流动状态进行研究。
致密性油藏中原油流体相对于非致密性油藏中的原油流体，其不单单要克服流体自身流动过程中所存在的粘滞阻力，还要进一步克服来自边界层内固液界面间的相互作用。
2 CO 2主要驱油机理2.1 最小混相压力测试实现混相驱是影响CO 2驱油效果的主要因素之一，两个或者两个以上的单项流体在给定的条件下进行混合就构成了混相。
并且混合过程中会逐步促进相界面的消失，并且最终其界面张力等于零，此时我们把这种状态下的压力会称之为最小混相压力，要能够完成混相就必须确定驱替压力高于最小混相压力这一临界值。
通过实验模拟，在采收率达到90%的时候就可以确定为混相界限，在此等条件状态下，我们可以通过关系研究得出采收率与驱替压力之间的关系。
而进一步确定了最小混相压力，此时的压力可以确定为非混相段与混相段之间交点所对应的压力。
2.2 相态评价2.2.1 注 CO 2条件下油藏流体密度浓度因素是探讨油藏流体密度变化与压力变化的重要研究对象。
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。
阐述二氧化碳驱提高采收率技术及应用
阐述二氧化碳驱提高采收率技术及应用提高采收率（EOR）研究是油气田开发永恒的主题之一。
将二氧化碳注入衰竭的油层，可提高油气田采收率，己成为世界许多国家石油开采业的共识。
二氧化碳驱一般可提高原油采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20a。
二氧化碳来源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，既可实现使气候变暖的温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。
1、二氧化碳驱油机理1.1降粘作用二氧化碳与原油有很好的互溶性，随着溶解气油比的增加，原油粘度显著降低，粘度降低后原油流动能力增大，油水流度比减小，提高原油产量。
1.2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。
1.3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。
1.4溶解气驱作用大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解气驱的作用。
降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降，二氧化碳从液体中逸出，液体内产生气体驱动力，提高了驱油效果。
另外，一些二氧化碳驱油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。
1.5提高渗透率作用二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。
碳酸水与油藏的碳酸盐反应，生成碳酸氢盐。
碳酸氢盐易溶于水，导致碳酸盐尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过的碳酸岩渗透率提高，使地层渗透率得以改善，上述作用可使砂岩渗透率提高5%-15%，同时二氧化碳还有利于抑制粘土膨胀。
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出无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。
2、二氧化碳驱种类及注入工艺2.1二氧化碳驱的种类（1）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。
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。
特低渗油藏探索二氧化碳驱提高采收率节能减排技术研究
特低渗油藏探索二氧化碳驱提高采收率节能减排技术研究特低渗油藏是指地下储层中的渗透率极低的油藏，由于地层条件复杂，油藏开发难度大，业内人士一直在寻找提高特低渗油藏采收率的有效途径。
近年来，随着气候变化和环境保护问题的日益凸显，二氧化碳驱技术成为了备受关注的新兴技术之一。
二氧化碳驱技术可以提高采收率，同时也有助于节能减排，符合可持续发展的要求。
本文将就特低渗油藏探索二氧化碳驱提高采收率、节能减排技术进行研究，以期为油田开发提供参考。
一、特低渗油藏的特点特低渗油藏主要指的是地下储层中的渗透率低于0.1 mD的油藏。
由于地下储层的特殊条件，这类油藏存在着开发难度大、采收率低的特点。
特低渗油藏的开发压力较高，油井产量较低，钻井难度大，开发成本高等问题是特低渗油藏开发的主要困难。
二、二氧化碳驱技术原理及应用二氧化碳驱技术是利用地下储层中的二氧化碳来替代传统的水驱或气驱方法，从而提高原油采收率的一种新型技术。
其主要原理是通过注入二氧化碳，提高油藏内的压力，减低油藏内油的黏度，改善油水相对渗透率，促进原油的开采。
相比较传统的水驱或气驱方法，二氧化碳驱技术能够更大幅度地提高采收率。
目前，二氧化碳驱技术已经在一些特低渗油藏中得到了广泛应用。
通过在特低渗油藏中注入二氧化碳，不仅能提高采收率，还能够降低开采成本，对于特低渗油藏的开发具有重要意义。
三、二氧化碳驱技术的节能减排效果由于二氧化碳本身就是一种温室气体，而且地下储层中的二氧化碳的回收和利用是一种有效的二氧化碳排放减少方式，所以二氧化碳驱技术也具有较好的节能减排效果。
研究表明，采用二氧化碳驱技术能够降低地表的二氧化碳排放量，对环境的改善具有明显的作用。
四、二氧化碳驱技术的挑战和未来发展尽管二氧化碳驱技术在特低渗油藏的应用取得了一定成绩，但是其在实际操作中还存在一些挑战。
地下储层中的二氧化碳注入需要具备高效的注入井网系统和严密的监测体系，以保证注入的二氧化碳能够达到所期望的效果。
浅析二氧化碳采油技术
浅析二氧化碳采油技术在油田开发中有一定的油井都存在油井产量低、含水率高等方面的开发为。
在解决该类油井采收率的过程中，我们提出了二氧化碳采油技术。
所谓二氧化碳采油技术就是向目标油藏注入一定量的二氧化碳，利用二氧化碳溶于原油降低原油粘度、使原油体积膨胀、降低油水界面等性质，解决目标油藏开发中存在的原油流动困难、地层能量不足等问题，提高油井产量，最终实现油井的经济有效开发。
利用二氧化碳采油技术一般能够提高原油采收率达10%左右。
本文主要探讨了二氧化碳采油技术的作用机理、影响因素分析、应用范围等。
标签：二氧化碳;采收率;作用机理;影响因素一、二氧化碳采油机理1.1 二氧化碳驱油二氧化碳驱油包括混相驱和非混相驱。
驱油机理是：降低原油的粘度;使原油体积膨胀;蒸发提取原油中间烃组分;降低界面张力;改变原油密度;降压形成溶解气驱。
非混相主要是依靠在原油中的溶解，使原油体积膨胀和降低原油粘度实现驱油的。
混相驱是在一定的地层压力和温度下，对原油中小分子烃的蒸发提取形成单一相流体过渡带，界面张力降到接近于零来实现对原油的驱替。
1.2二氧化碳吞吐二氧化碳吞吐，就是把一定体积的二氧化碳注入到生产层内，然后关井一段时间，让注入的二氧化碳渗入到油层，然后重新开井生产。
采油机理是：原油体积膨胀、粘度降低、二氧化碳对烃抽提以及改变岩石的相对渗透率。
对于粘性重油，降低油的粘度，改进近井地带的流动性是十分重要的;对于轻油，汽化中间烃组分，使注入的二氧化碳与油藏流体在近混相的状态下完成吞吐;对于碳酸盐岩油藏，二氧化碳可使地层中的碳酸盐转变为碳酸氢盐，对地层有解堵作用。
1.3 二氧化碳采油作用机理分析1.3.1注入二氧化碳使原油体积膨胀当二氧化碳溶解于原油中，使得原油体积增大，孔隙体积也增大，为油在孔隙介质中流动提供了有利条件;水驱开采后油层中的不可动残余油随二氧化碳溶解而膨胀，并被挤出孔道中，使残余油饱和度变小;膨胀的油滴将水挤出孔隙空间，使水湿系统形成一种排水而不是吸水过程，发生相渗透率转换，形成了一种在任何饱和度条件下都适合油流动的有利环境。
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致密油藏二氧化碳驱替采油原理分析摘要：
随着时代的发展，技术不断的革新，利用CO2驱提高低渗油田产量被列为重要的改造开采技术。
根据长庆油田油藏压力低、原油轻质组分含量高的特点。
使用PVT和最小混相压力等测试分析方法，通过研究 CO2驱进而提高采收率。
利用CO2注入注入储层与无机、有机物作用后的沉淀原理，可以得出CO2气体在无机盐溶液中不会形成沉淀堵塞孔隙，并且CO2与有机质作用后沉积点高于油藏压力，且注入压力越高，CO2在地层原油中的溶解能力越强，且不易形成沥青质沉淀。
本文主要简要阐述CO2注入的驱替原理，并根据相关实验解析其实际作用状况。
关键字：长庆油田；CO2驱油；低压；低渗透
一、CO2主要驱油机理
1.1最小混相压力测试
实现混相驱是影响CO2驱油效果的主要因素之一，两个或者两个以上的单项流体在给定的条件下进行混合就构成了混相。
并且混合过程中会逐步促进相界面的消失，并且最终其界面张力等于零。
而在界面张力等于零的状态下的原油体系中的压力被称之为最小混相压力。
所以当驱替压力高于最小的混相压力时就可以完成混相。
利用实验模拟，通过利用细管实验测得最小混相压力，其中将一根内由细砂充填的长细管作为一维流动模型，此状态下模拟CO2注气中的多级接触动态混相过程，确定混相界限为采收率达90%时，在这种条件下可以得出采收率与驱替的压力关系，定义最小混响压力为非混相段与混相段的交点所对应的压力。
1.2 相态评价
利用相态评价实验，其主要是进一步测定不同浓度含量的CO2在油藏中的体积、压力、温度的变化关系。
通过测定能够确定并推算出泡点压力，相对体积，
以及CO2溶解度等参数。
根据实验，配制的CO2浓度的油藏流体，给定设置参数
压力逐步由高降低，并逐步测定每下降1-2MPa时油藏流体的PVT参数。
因此能
够根据体系体积的突变进一步可以确定油藏流体的泡点压力，达到泡点压力后，
继续降低压力直至地层压力或地层压力以下。
（1）不同注入浓度下的泡点压力
泡点压力一般会随着CO2注入浓度的变化情况而随之变化。
当注入的CO2处
于较低水平时，原油泡点压力增加相对比较缓慢；当不断增加CO2浓度，且当CO2注入摩尔分数超过40%以后，泡点压力会呈现加速上升趋势；当CO2注入摩尔分
数为67.13%时，泡点压力达25.25MPa[7]。
此时的泡点压力增加越少，进一步解
释出气体在此条件下溶解度高；当溶解度达到饱和状态时，其溶解能力下降，这
时候泡点压力上升加快。
（2）注CO2条件下油藏流体密度
CO2不同注入浓度下的油藏流体密度不同。
当CO2注入浓度一定时，油藏流体
密度随压力的降低而减少，当降低至泡点以下时，油藏流体密度随压力降低下降
明显。
随着 CO2注入浓度的增加，密度的变化趋于平缓。
在等压条件下，CO2
溶解后，油藏流体体积膨胀，油藏流体密度随着CO2注入浓度的增加呈下降趋势。
（3）注CO2条件下油藏流体体积膨胀
注入不同浓度CO2油藏流体相对体积成曲线变化，当注入CO2浓度不段升高，则体积膨胀系数也会随之增加。
例如，当未注入CO2时，地层压力为30MPa，此
时的地层流体体积膨胀系数为1.12；当注入CO2浓度开始逐步升高，地层压力依
旧默认为30MPa，此时的地层流体体积膨胀系数为1.80左右。
因此可以得出随着CO2的浓度的增高，其膨胀系数的增高更利于原油的采出。
（4）注CO2条件下原油黏度
CO2的注入浓度对原油的黏度有一定的影响，且之间存在一定的关系。
压力
一定的情况下，原油流动黏度会随着CO2浓度的增加而降低。
例如当地层压力为
29.5MPa时，此时未进行CO2注入，可以测得其黏度约为3.7MPa·s。
当逐步提升注入CO2浓度，油藏原油黏度逐步下降，因此可以的出，注入CO2有助于改善原油黏度，促进原油流动。
二、驱油影响因素
（1）非均质性对CO2驱油效果的影响
CO2的驱油效果受非均质性影响，根据实验数据均质岩心的原油采出程度远高于非均质岩心。
其原因主要是因为在均质岩层内部，注入的CO2能够均匀推进驱油，驱替前缘较为稳定，波及体积较大，驱替效果较好。
而在非均质岩心内部，驱替性能不稳定，无论是水驱，气驱方式作用下的原油采出程度都呈现下降趋势，非均质性存在高渗透区，低渗透区域，然而无论是气体还是水都沿着高渗透层突进，波及效果较差，故采出程度较低。
（2）注入方式对CO2驱油效果的影响
注入方式不同的研究主要是研究连续气驱、水驱、水驱气驱交替注入对原油采出程度的影响，在致密性均质岩层中，采取连续水驱或者连续性气驱采收率较高；在致密性非均质岩心岩层中，采取水气交替注入能够有效控制气窜，极大地延缓气窜时间，同时还能够调整流体剖面，使得流体更多地进入低渗透层，提高了非均质岩心的采出程度。
从而进一步提升原油采出率。
结论
研究CO2注入驱油是当前长庆油田发展的必经之路，通过对致密油藏的研究了解，提出适合于开发致密性油田驱替技术，进一步提升原油采出率。
本文针对CO2的驱油机理、驱油影响因素、地层伤害情况进行了一定的解析，通过一些实验数据从而归纳出压力、温度、浓度等因素之间的相互关系，为CO2驱油技术选取应用提供了重要保障。
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