低渗透油田注CO2提高采收率-郝永卯(石油大学华东石工学院).ppt

低渗透油田注二氧化碳提高采收率技术及应用,中国石油大学（华东）石油工程学院 2011.05,汇报人： 郝永卯,一、CO2驱简介,二、CO2驱油机理简介,三、CO2在低渗透油田中的应用,1、国外CO2驱应用及研究概况,CO2作为一种无污染的驱替剂，应用较早。 1.从1950年起，许多国家在实验室和现场均对CO2提高采收率方法进行了相当规模的研究。 2.70年代美国和前苏联等国家都进行了大量的CO2驱工业性试验。 3.80年代CO2驱在美国取得了飞速的发展。CO2的室内实验技术更趋完善，矿场试验规模越来越大，同时其他国家对CO2驱的兴趣也越来越高。 4.90年代的CO2驱技术日趋成熟。美国在CO2气源丰富的地区广泛采用了CO2驱，并认为是最有潜力的提高采收率方法。 目前CO2驱油提高采收率技术已成为世界三大采油方法（热采、聚合物驱和CO2驱）之一。,1、国外CO2驱应用及研究概况,（104m3）,美国是CO2驱发展最快国家。自80年代以来,CO2驱已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术.,美国CO2驱的应用情况,美国18个典型的低渗透油田CO2混相驱项目情况,1、国外CO2驱应用及研究概况,美国EOR增产原油的成本对比,1、国外CO2驱应用及研究概况,加拿大石油公司1994年对一些轻质和中质油（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。,加拿大CO2驱的研究与应用,注CO2,注水,生产时间（年）,采收率,试验条件： 采液速度3.1/年，注入速度8230m3/d，25年后相当于注入了0.75HCPV, 注气采收率比注水高19.3,北海油田挪威大陆架油藏CO2混相驱可行性研究结果 （据Lindeberg，组分油藏模拟软件和三维油藏模型，1993）,43.2,62.5,英国CO2驱的研究与应用,2、国内CO2驱研究及应用概况,由于我国天然的CO2资源比较缺乏,所以我国的二氧化碳的研究还处于起步阶段。 1.60年代中期，大庆油田开始了CO2驱的室内实验和小规模的矿场试验，后来胜利油田也进行了CO2驱的室内研究。 2. 随着小型CO2气藏的发现，CO2驱的单井吞吐措施作业项目越来越多，对于二氧化碳驱替机理的认识也逐步提高。,2、国内CO2驱研究及应用概况,国内（大庆、胜利等油田）在70年代末就对CO2驱技术进行过室内研究。 混相驱研究与先导试验： 1.1990-1995年大庆油田率先进行了CO2混相驱先导性试验，1998年江苏油田进行了CO2混相驱先导性试验， 2.1999年中原油田进行了CO2混相驱的可行性研究，胜利油田也进行了樊124块CO2混相驱先导试验的研究。 尽管已进行的先导试验还存在一些工艺问题，但研究及试验结果均表明，CO2驱能较大幅度提高原油采收率。,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。,一、CO2驱简介,二、CO2驱油机理简介,三、CO2在低渗透油田中的应用,二、CO2驱油机理简介,CO2驱油机理也极其复杂，且与油藏压力、油藏温度、油藏流体性质有密切关系。 通过研究国外二氧化碳在现场中的应用，联系我国油藏工程所做的研究工作，容易得出二氧化碳驱油的主要机理有以下几个方面：,二、CO2驱油机理简介,（1） 降低原油粘度,1.当二氧化碳溶解于原油时，原油粘度显著下降. 2.下降幅度取决与压力，温度和非碳酸原油的粘度大小。 3.原油粘度越高，在碳酸作用下粘度降低的百分数就越高。,原油粘度降低与CO2饱和压力的关系（50）,二、CO2驱油机理简介,（2） 改善流度比,大量CO2溶于原油和水，将使原油和水碳酸化。,原油粘度随之降低，同时水的粘度将会升高。,根据前苏联有关文献报道，CO2溶于水可以使水的粘度提高20%左右。由于碳酸化后，油和水的流度趋向靠近，所以它能够改善油与水的流度比，从而扩大波及面积。,二、CO2驱油机理简介,（3） 原油体积膨胀,一定体积的二氧化碳溶解于原油，根据压力，温度和原油组分的不同，可使原油体积增加10%100%。膨胀系数取决于溶解二氧化碳摩尔组分和原油的相对分子质量。由于体积膨胀，为驱油提供了动能，提高了驱油效率。,（4） 萃取和汽化原油中的轻烃,二氧化碳首先萃取和汽化原油中轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。萃取和汽化现象是二氧化碳混相驱油的重要机理。,二、CO2驱油机理简介,（5） 混相效应,二氧化碳与原油混相后，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，它可以使采收率达到90%以上。,（6） 降低界面张力,二氧化碳驱油的主要作用是萃取和汽化原油中轻烃，大量的轻烃与二氧化碳混合，可大幅度降低油水界面张力，减少残余油饱和度，从而提高了原油采收率。,二、CO2驱油机理简介,（7） 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，一些二氧化碳驱替原油后，占据了一定的空隙空间成为束缚气，也可以使原油增产。,（8） 提高渗透率,碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制黏土膨胀。二氧化碳溶于水后显弱酸性，能与油藏的碳酸盐反应，使注入井周围的油层渗透率提高。可见碳酸盐岩油藏更有利于二氧化碳驱油。,一、CO2驱简介,二、CO2驱油机理简介,三、CO2在低渗透油田中的应用,1).适于CO2驱的油藏类型,非混相驱： *重油或高粘油油藏 *压力衰竭的低渗透油藏 *高倾角、垂向渗透率高的油藏,混相驱： *水驱效果差的低渗透油藏 *深层、轻质油藏 *水淹后的砂岩油藏,1、CO2驱适合的油藏类型及地质条件,2).CO2驱油藏地质条件,1、CO2驱适合的油藏类型及地质条件,储层流体条件（仅对混相驱） *原油粘度低于15mPa.s *原油密度小于0.876 *原油富含C2-C6组分,储集层条件 *储集层具水动力学封闭性 *没有大的天然裂缝 *油藏温度一般低于120度 *油层厚度在2.5-180m *油藏深度600-4000m,15个砂岩油藏中,4个在一次采油之后就开始CO2驱,其余的在水驱后,且都处于高含水阶段.,美国目前正在实施的64个CO2混相驱工程项目中：,50md以下的占90% 30md以下的占80%,1、CO2驱适合的油藏类型及地质条件,东北帕迪斯格林油田 (美）,2460-3060 m,油田名,渗透率,注水采收率,小溪油田（美）,33 10-3m2,45%,油藏埋深,注CO2采收率,25.3%,3280 m,0.98.910-3um2,11%,35%,混相驱,最终采收率,70.3%,46%,非混相驱,注CO2,渗透率，10-3,3）CO2混相驱筛选标准（NC是非关键参数）,油藏特征： Wilmington油田发现于1936年，油藏分为七个油层组，深度2300-4800英尺（7001460m）。油藏断层发育，地质情况复杂。注CO2前，多数油层的采收率为30%。,2.1高含水油田CO2非混相驱提高采收率实例,Wilmington油田剖面图,2、CO2驱矿场试验及应用实例,Wilmington油田，Tar层油藏参数,2、CO2驱矿场试验及应用实例,产油量：从28b/d（4.5m3/d）升至170b/d（27m3/d） 含水：从98%降至84%,200,160,120,80,40,100,90,80,70,1981,1982,1983,含水,产油量b/d,采油速度和累积油产量,1981年3月开始CO2驱,生产效果,2、CO2驱矿场试验及应用实例,1地质及油藏描述 Rangely Weber油田地质储量为2.9108m3。是落矶山脉地区最大的油田。储集层由一系列风成砂岩、河成粉砂岩和泥岩交互而成。油藏被5个泥岩层分成6个产油层，每个产油层内有许多小的泥岩层段。 东北至西南走向的主断层在该油田的东半部延伸约4.8km。该断层在Weber地层的断距达15m，局部地影响着水和CO2的注入。除油田主断层外，出现了其他局部天然裂缝区域，天然裂缝造成了水和CO2方向性突破趋势。,2.2低渗透油田CO2混相驱开发实例,2、CO2驱矿场试验及应用实例,Rangely Weber砂岩油藏储层和流体特性,2、CO2驱矿场试验及应用实例,CO2驱动态及效果,注入参数： 注入量：0.3PV WAG注入比：1:1 项目实施： 注CO2前，通过注水给油藏增压。把油藏压力从18.6MPa增加到最小混相压力20.0MPa之上。 效果： 1986年10月开始注CO2。到1993年12月的7年间，产水量明显下降，增产原油440万m3,2、CO2驱矿场试验及应用实例,2.3稠油油田CO2非混相驱开发实例 Bati Raman油田 油藏参数： 地质储量：0.3108m3 原油粘度：592mPa.s， 岩性：白垩系礁源岩和石灰岩， 平均深度：1300m 平均孔隙度：18% 渗透率范围：10100md,2、CO2驱矿场试验及应用实例,生产效果,1986年开始注CO2时，油藏压力已从原来的12.4MPa降至2.8MPa。1992年5月该油田原油日产量从注CO2前238.5m3上升到2067m3。到1998年1月，油田增加产量540104m3。累计原油产量在10年内翻了一番。,2、CO2驱矿场试验及应用实例,2.4小断块油藏CO2吞吐提高单井产量 CO2吞吐采油法适合于不能进行大面积CO2驱油的小型断块油藏。,美国独立石油公司80年代在路易斯安那州和肯它基州的14个油田106口井实施CO2吞吐作业。其中，97口井产油量显著增加，获得成功。另外9口井中，8口井由于注CO2期间发生机械故障，1口井由于CO2运输中断而失败。 Monger（蒙格）等人对80个CO2吞吐项目分析后得出，CO2段塞越大，增产的原油越多，最佳浸湿周期为2-3周。,2、CO2驱矿场试验及应用实例,实例： Timbalier Bay底水、小断块油田CO2吞吐采油 1油藏地质特征 Timbalier Bay油田位于路易斯安那州，是一个底水驱动的砂岩小断块油藏。油藏含油面积为422英亩，原始地质储量为：天然气1.246亿m3，原油82.7104m3。油层沉积相属河道砂，平均深度1486.8m，有效厚度为34.6m，孔隙度32%，渗透率 0.52.5m2，油层温度58.9，原油比重0.8984，剩余油饱和度34%-60%。 2生产史 油藏于1955年6月投入开发，前后有14口生产井采油。截止到1986年注CO2前的累计原油采收率为18%。采收率低的原因是由于气顶能量枯竭、水驱效率低等造成的。该油藏首先在两口井实施CO2吞吐采油。注CO2气前，两口井采液量160m3/d，含水率99%。,CO2吞吐参数,注入前后各井的产量,3. CO2吞吐参数,4. 效果,吉林油田CO2吞吐,9798年在新木、新立、华海、乾安、红岗等地区施工106口井，有效率71.4%，年累增油5166吨，平均单井增油49.2吨，平均单井增油幅度为82%，投入产出比1:3.4以上。,吉林油田CO2段塞驱,97-98年在新立试验27口井，有效17口，有效率63%，年累增油3727吨，平均单井增油138吨，平均单井增油幅度为31%，投入产出比1:2以上。,吉林油田CO2复合解堵,9798年共施工24口井，统计24口井，有效16口井，有效率66.7%，年累增油29045吨，平均单井增油121吨，平均单井增油幅度为89%，取得了明显经济效益，投入产出比1:3.1以上。,国内CO2泡沫压裂,9598年间，吉林、大庆、辽河油田CO2压裂施工119口井，统计106口井，有效率84.0%，年累增油19098吨，平均单井增油180吨，平均单井增油幅度为260%，平均每注1m3 CO2增油8.3吨，其投入产出比达1:3.1。,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6070%时开始实施CO2驱。近年来的研究与应用证明， CO2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,实施CO2驱应注意的关键问题,CO2驱伴随着产量的大幅度上升，会发生早期气窜，这基本上是CO2驱