混相驱驱油机理及筛选标准
(EOR)8 混相驱
• 非烃类混驱 N2驱 CO2驱
烃类混相注入剂相图
非烃类混相注入剂相图
融化线或 凝固线 气液不分 蒸发线
升华线Biblioteka 非烃类混相注入剂相图非烃类混相注入剂相图
非烃类混相注入剂相图
第二节 什么叫混相驱
混相驱是指混相注入剂作为驱油剂的驱油法。 混相驱是指混相注入剂作为驱油剂的驱油法。 LPG驱 一、LPG驱 LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。 LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。 驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱
不同的烃及加量下沥青质的析出量不 同，C越少的烃析出量越大
三、金属腐蚀
金属腐蚀主要存在于用CO 或含CO 金属腐蚀主要存在于用 CO2 或含 CO2 混相注入剂 的场合。 与水作用，产生H 使水的pH pH值降 的场合。CO2与水作用，产生H2CO3，使水的pH值降 对钢铁产生严重的腐蚀（ 电化学腐蚀） 低 ， 对钢铁产生严重的腐蚀 （ 电化学腐蚀 ） 。 因 此，注CO2的设备和管线需使用特种合金和各种防 腐涂层。 腐涂层。
可用泡沫、冻胶、泡沫+冻胶、WAG控制流度 可用泡沫、冻胶、泡沫+冻胶、WAG控制流度
二、沥青质析出
混相时都降低了 原油对分散于其 中的沥青质的稳 定性，使其析出， 定性，使其析出， 造成堵塞。 造成堵塞。
在地层中析出的沥青质可堵塞驱油孔道， 在地层中析出的沥青质可堵塞驱油孔道， 对采收率的提高有不利的影响。 对采收率的提高有不利的影响。
（2）降粘机理 ）
LPG粘度低，它与油混合后可以使油降 粘度低， 粘度低 提高油的流度， 粘，提高油的流度，改善驱油介质与油的 流度比，有利于提高波及系数。 流度比，有利于提高波及系数。
二氧化碳驱油机理
(9) 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
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6
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。
图2-2 原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系
（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。
油（原油密度为0.8550-0.9042）油藏进行了
CO2驱综合研究。1997年，投资11亿美元在韦
本油田进行大规模CO2混相驱采油。经研究，
注CO2的采收率将比注水高30%-40%，生产寿
命延长25年以上。
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21
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
所示：
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2
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为原油的膨胀精系选数版课与件二pp氧t 化碳物质的量分数关系。从图3 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。
CO2混相驱和非混相驱的驱油机理
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。
CO2驱油提高采收率的机理
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驱油提高采收率的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。
（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9.8mPa？s降到2.9mPa？s，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）使原油中轻烃萃取和汽化当压力超过一定值时，CO2混合物能使原油中不同组分的轻质烃萃取和汽化，降低原油相对密度，从而提高采收率。
二氧化碳混相驱油技术
11
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
12
目录 CONTENTS
01 02
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
二、二氧化碳混相驱油技术的应用现状
03
04
三、二氧化碳混相驱油渗流特征
四 、 一 种 二氧 化碳 混 相驱 油技 术的 数学 模型
三、二氧化碳混相驱油渗流特征
3.1 一维填砂模型中的渗流特征
式中，C 为注入的 CO2浓度；k1， k2为反应常数； t为时间。
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
总的吸附浓度分布为：
当吸附达到平衡即t→ +∞时，总的吸附浓度公式整理为： （ 1） 其中，
，
流体的吸附浓度是时间和CO2浓度的函数，因此有：
四、考虑吸附现象的低渗透油藏二氧化碳混相驱油数学模型
一、二氧化碳混相驱油技术的基本原理
1.3 改善油水两相体系性能
降低油水界面的界面张力 二氧化碳混相驱 中，二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使 其汽化，从而降低界面张力。二氧化碳驱 过程是二氧化碳不断富化过程。 混相效应 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。 CO2在油水中的扩散作用可使 CO2本身重新 分配，并且起到稳定相系统平衡状态的作 用。
图4-2注入压力对 CO2流出端 CO2降黏效果的影响 在其他条件不变的情况下，油藏的初始原 图4-3 初始原油黏度对 浓度分布的影响 油黏度越大，混合物的黏度变化幅度越大，CO2 的降黏效果越明显。
CD
谢谢聆听
THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
渗流物理-混相驱替
图中还给出混相带粘度μm ，并认为它是呈线性分布，因而梯 度为： 2 1
m 2
,
设
K
2 1
2
,则
K m
，方程（1.4）变为： （1.9）
c c [ DE (1 ) ]
利用（ 1.18 ）式求出Λ长度，具体计算时，用逐次逼近方法求 解，最后得到Λ=131米。 求混相带完全采出时间t**： 首先设混相带中心ξ=0到达l后，假设其继续向前推进（见 图1.3 ），则虚拟距离为地层长度加上不变半段塞：
l* l 131 400 466米 2 2
2、溶剂驱油动态计算
分子扩散系数
. 米，K 2.45 105 米 / （帕. 秒） , Dm 10 9 米 2 / 秒 ，系数 K 01
Swc=0.05，Swf=0.71，并知对数分流曲线 f w ( Swf ) 1.409 。 求：（i）混相区中心到达地层末端时混相带宽度，混相带完全 采出时间； （ii）水驱溶剂段塞过程中溶剂设计用量和溶剂利用效率。
1 、溶剂驱油机理和方式
（2）溶剂驱油方式 通常溶剂是比较昂贵的，因此在应用上要考虑溶剂应用的 最优化方式，还要考虑溶剂回收和再利用问题。主要溶剂驱油方 式有： （ a ）利用与原油充分溶混的溶剂作为段塞，然后用水顶 替这个段塞。 这种溶剂段塞驱油方式使用溶剂量较少，有较好的经济效 果。但是溶剂与顶替的水一般是不相溶混的，因此即存在溶剂与 原油的混相区，也存在溶剂与水的非混相区，这意味着具有非混 相驱过程的特点，例如驱替相与被驱替相的界面稳定性问题仍然 存在。
整理后得出“微分形式解”：
1 d 4 DE (1 ) d
（1.16）
液化石油气驱LPG驱
把油和可流动的水排驱走。 LPG驱提
高采收率的机有两个方面：一是低界面
张力机理。LPG与原油是一次接触混相， 界面张力为零，毛管数Nc为无穷，因 此LPG驱有很高的吸油效率。二是降粘 机理。LPG粘度低，它与原油混相后可 以使油降粘，提高有的流度，改善驱油 介质与油的流度比，有利于提高波及系 数。 LPG驱的主要缺点是费用高、段 塞易流散。
Run quickly, do!
LPG驱的相图 条件：70℃，17.2MPa; 驱动气体C1;LPG中 C475%;C10代表油.
临界点 临界点
液化石油气注入地层后，前缘与地层油一接触就发生混相。 液化石油气与原油的混相过程如图8-10所示。设液化石油 气的组成为A，原油组成为B，液化石油气与原油的所有混 合物在一定压力和温度下的三组分相图上都位于单相驱， 即一接触就发生混相。
LPG后面的驱动气体，可用干气、氮气、烟道气等。
LPG中的重组分 (C5)比轻组分(C4) 易使气体与LPG混 相;干气比烟道气、 气体在压力超过某一
值时也能被液化石油气混相（图8-11）， 这样就在底层中形成一混相段塞。段塞 在后推液的推动下在油层内移动，就能
液化石油气驱LPG驱
混相驱是指混相注入剂作为驱油剂的驱油法。
LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。这种驱动方式是先注入一段 LPG段塞（通常为0.05倍空隙体积的量），再注入一段塞气体（如干气、 氮气、烟道气等），然后用，水驱动，如下图所示：
图12－8 注液化石油气混相驱油过程
12/19/2012
第二章-气体混相驱
细管实验所测得的采收率并不能代表油藏的混相驱采收 率，但是获得的最小混相压力数值可以代表油藏的注入气体 与原油之间的混相压力。因为油气混相的动态平衡过程与岩 石性质无关。在细管实验中要尽可能排除不利的流度比、粘 性指进、重力分离、岩性的非均质性等因素对最低混相压力 测定结果的影响。
最小混相压力的确定方法主 要是细管实验法。细管实验装置 如右图所示，主要由填砂盘管、 高压正向驱替泵、毛管玻璃观察 窗、回压调节器、湿式气体流量 计、液体计量器装置和恒温空气 浴等组成。
图2-6 细管实验装置
上图实验装置从毛管玻璃观察窗来观察、判断注入气体 与原油在试验中的混相特征。但是，从毛管玻璃观察窗中， 不能判断最低混相条件。如果注入气体与原油未达到混相， 注入气体突破后，从观察窗中可看出界面清晰的两相流。如 果注入气体与原油达到混相，观察到的是浅色的液体，而不 是原油的颜色。如果混相过程中有沥青沉淀，那么，混相后 液体的颜色要比原油的颜色浅得多，而且有暗黑色的段塞通 过观察窗。
（13）相包络线：体系中存在的单相和两相的分隔线，它 是由泡点线和露点线在临界点连接而成。
（14）系线：两相区内两个平衡共存相的连线。其两端的 坐标位置分别代表体系的两个平衡相的组成。
（15）极限系线：三元相图中过临界点的切线。用于判断 达到混相的气、油组成条件。
二、三元相图
三元相图是描述一定温度和压力下三组分或多组分体系相 态特征的等边三角形。如果组分数目超过三个，三元相图就称
三、最小混相压力
最小混相压力（Minimum Miscible Pressure，简称MMP） 是指在油层温度下，注入气体与原油达到混相所需的最低压 力。最小混相压力是注气提高采收率方法筛选的一个重要参 数。如果采用注气提高采收率，那么油藏平均地层压力必须 高于注入气与地层原油的最小混相压力，才能获得较高的采 收率。
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混相驱驱油机理及筛选标准
本文从CO2驱提高采收率的机理出发，论证了CO2的混相驱油机理，分析了CO2混相驱油的油藏适应条件，最后将苏北溱潼凹陷17个适于CO2驱的油藏进行筛选评价。
标签：CO2驱混相驱驱油评价
1 CO2驱提高采收率的机理
CO2驱提高采收率的机理主要是：降低原油粘度、膨胀原油体积、蒸发原油中间烃组分（CO2是非常强的蒸发剂，可萃取C5～C30范围的烃类）、利用混相效应、降低界面张力、溶解气驱和增加注入率。
1.1膨胀原油体积、降低原油粘度
（1）CO2易溶于原油，可以使原油的体积膨胀，实验物理模拟表明，当草舍油田Et油藏原油中的CO2浓度达到71mol%时，在地层压力下达到饱和，这时的膨胀系数为1.5089，从而使充满油的孔隙体积增大，给油在孔隙介质中的流动提供了有利条件；当CO2含量增加到为83.5mol%时，已很难区分泡点压力和露点压力，已达到一次接触混相状态。
（2）随着原油中溶解的CO2量的增多，地层原油的粘度大幅度下降，粘度而降低，原油流动性和驱油效率提高；实验结果表明，草舍油田Et油藏原油中的CO2在地层压力下达到饱和时，地层原油粘度由原始的7.02mPa.s下降到1.35mPa.s，降低了5.2倍。
1.2降低油水界面张力，增加注入能力
CO2易溶于水，在油、水中的扩散系数较高，其扩散作用可使水的粘度增加；从而使油/水粘度比变小；CO2水溶液能与岩石的碳酸盐成分发生反应，使其溶解，从而提高储集层的渗透率性能，降低油水界面的表面张力，使注入井的吸收能力增强。
1.3萃取重烃组份，提高驱油效率
注入CO2可促进原油中的（C2～C30）烃类被抽提出来，改变油水相对渗透率曲线，使残余油饱和度明显降低；不同的原油成分、在一定的温、压条件下，CO2具有无限制地与原油混相的能力，CO2能使毛细管的吸渗作用得到改善，而使油层扫油范围扩大，从而达到很好的驱油目的。
2 CO2的混相驱油机理
注CO2提高采收率的最佳状态是CO2与地下原油达到混相，根据长岩心和填砂细管的驱替试验表明，在足够高的压力下CO2与许多油藏原油可以达到动态混相驱替，通常CO2与原油的最低混相压力要比烃气、烟道气或氮气的混相压力低很多，CO2可以比甲烷在更低的压力下达到动态混相。
甲烷主要是抽提C2～C5的烃以达到汽化气驱混相，CO2可从原油中汽化或抽提如天然汽油和气/油馏分等重烃。
在驱替的前缘，流体与CO2一富气在油藏温度下产生汽化，同时在驱替前缘流体与CO2一富液在油藏温度下产生抽提。
即在最低混相压力以上，油藏发生汽化一抽提从而改变驱替前缘上驱替流体的组成，使CO2与油藏原油在充分接触之后达到动态混相。
CO2混相驱与注水相比由于CO2的粘度比原油的粘度低，使大部分CO2混相驱的流度比变得不利，影响驱替波及体积。
WAG交替混相驱可以改善段塞尾部的流度比，提高驱替波及体积。
3 CO2混相驱油的油藏适应条件分析
3.1注气混相驱的限制因素
（1）混相对压力和组成的要求；
（2）足够的CO2气源
3.2筛选适合CO2混相驱油藏的指导原则
（1）达到混相原则：一个油藏要开展CO2混相驱油，必须在油藏范围内的地层压力大部分地区达到混相压力。
CO2的混相压力比天然气、烟道气或氮气的混相压力低很多，所以应用天然气、烟道气或氮气混相驱的机会，往往由于许多油藏达不到动态混相而受到限制。
这样，CO2就有可能在更浅的油藏中与多种原油达到混相，但也不是在所有油藏中者能混相，对油藏的深度和原油的密度有一定的要求，P/MMP≥0.95是适合注CO2驱油储层的一个筛选标准。
（2）比较有利的流度比原则：原油粘度较高的油藏不适合CO2混相驱，一般建议将10～12厘泊作为粗略的筛选标准。
（3）避免严重非均质性原则：严重非均质油藏中应用CO2混相驱可能导致CO2过早气窜。
因此，严重的层状非均质性或裂缝性油藏应避免采用CO2混相驱。
（4）最低含油饱和度原则：为了确保CO2混相驱提高采收率的经济效益，在实施注CO2之前的剩余油饱和度应大于0.25。
4区块筛选
按油藏物性可将苏北溱潼凹陷17个适于CO2驱的油藏分成三种类型：
4.1中低渗油藏
适合于CO2混相驱的草舍油田泰州组油藏地质储量142万吨。
4.2中高渗油藏
已研究确定的适合于CO2非混相驱的储家楼油田戴南组、三垛组一段，洲城油田三垛组一段，角墩子油田三垛组一段、戴南组一段，草舍油田戴南组、三垛组一段，溪南庄油田三垛组一段、陶思庄油田戴南组、三垛组一段等中高渗油藏。
4.3高凝稠油油藏
适合于CO2非混相驱的殷庄油田泰州组高凝油藏的洲Ⅲ断块稠油等特殊油藏。
开展二氧化碳驱三次采油先导性试验，通过提高采收率，可改变因勘探区块小，储量增长困难，储采产比不合理的困境。
通过选区评价，分析每个油藏的CO2驱适应条件，优选在草舍油田泰州组油藏率先开展CO2混相驱，为矿场推广应用提供必要的技术储备。
根据筛选结果，对泰州组的地质特征、构造特征、储层特征、试油特征、水驱存在问题及潜力等方面进行了泰州组CO2可行性综合评价。
参考文献
[1]杨振骄，混相驱驱油机理研究及应用前景展望[J] ，油气采收率技术，1998.
[2]周显民，二氧化碳混相驱驱油研究现状[J]，大庆石油地质与开发，1987.。