（油气田开发工程专业论文）COlt2gt混相驱油藏筛选标准与评价研究.pdf

r e s e a r c ho n s c r e e n i n gc r i t e r i aa n de v a l u a t i o no f c 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gr e s e r v o i r s b a ix u z h e n g ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ys e h ey a n q i n g p r o f z h a n gy a n y u a b s t r a c t c 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gi sa l li m p o r t a n tm e t h o do fe o r ，i th a sb e e nr e s e a c h e da n d a p p l i e d i nb o t hl a b o r a t o r ya n df i e l do n ac o n s i d e r a b l es c a l e a tp r e s e n t ，t h e r ei sn ou n i f o r m s c r e e n i n g c r i t e r i aa n de v a l u a t i o nm e t h o dt os c r e e no u tc 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gr e s e r v o i r s ，w h i c hr e s u l tt o s o m es e l e c t e dr e s e r v o i r sh a v en o tt h ec o n d i t i o nt ob eq u a l i f i e df o rc 0 2m i s c i b l ef l o o d i n g ，a n d t h er e s u l to fd e v e l o p m e n td o e s n ts a t i s f a c t o r yt or e s e r v o i re n g i n e e r s t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r y t oc o n f i r mt h a tt h ec a n d i d a t er e s e r v o i ri ss u i t a b l ef o rc 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gb e f o r et h e i m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o j e c t t h ek e yt os c r e e na n de v a l u a t er e s e r v o i r si se s t a b l i s h i n gt h et h e o r e t i c a lm o d e l ，b a s e do n c 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gm e c h a n i s m ，t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y s e st h ep h y s i c o - e h e m i c a l p h e n o m e n o na n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fc 0 2m i s c i b l ef l o o d i n gp r o c e s s ，s c r e e n so u tt h em a i n p a r a m e t e r st h a ta f f e c tc 0 2m i s c i b l ef l o o d i n g ，a n de s t a b l i s h st h es c r e e n i n gi n d e xs y s t e m a c c o r d i n gt oi n v e s t i g a t i n gal a r g en u m b e ro fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc 0 2m i s c i b l e f l o o d i n gp r o j e c t s ，t h ee v a l u a t i o nc r i t e r i ao ft h es c r e e n i n gi n d e xi sd e t e r m i n e db yt h e o r e t i c a l a n a l y s i s 、f i e l de x p e r i e n c ea n dp r o b a b i l i t ys t a t i s t i c s t h o u g ha n a l y z i n gt h eb a s i cp r i n c i p l e s 、 l i m i t a t i o n so fg r e yc o r r e l a t i o na n a l y s i sa n dt e c h n i q u ef o ro r d e rp r e f e r e n c eb ys i m i l a r i t yt o i d e a ls o l u t i o n ( t o p s i s ) ，c o m b i n a t i o no fe u c l i d e a nd i s t a n c ea n d g r a yr e l a t i o n a lg r a d e c o n s t r u c t i n g an e w s i m i l a r i t yn e a r n e s sd e g r e e ”，t h e w e i g h t e dg c - t o p s i sm o d e li s e s t a b l i s h e dt os c r e e na n de v a l u a t er e s e r v o i r s t h ec o m b i n a t i o n a lw e i g h ti sc a l c u l a t e db y i m p r o v e da h pa n de n t r o p ym e t h o d t h r o u g he a s es t u d i e s ，t h ee v a l u a t i o nr e s u l tc o m p l e t e l y m a t c h e st h ea c t u a ls i t u a t i o n ，i tv e r i f i e st h er a t i o n a l i t yo ft h ee v a l u m i o nc r i t e r i ao fs c r e e n i n g i n d e xa n dt h ee f f e c t i v e n e s so ft h em a t h e m a t i c sm o d e l t h i sm e t h o dh a se x t e n s i v e p r a c t i c a b i l i t ya n dw i d ep r o s p e c ti no t h e rr e s e r v o i r ss c r e e n i n g k e yw o r d s ：c 0 2m i s c i b l ef l o o d i n g 、s c r e e n i n gi n d e x 、e v a l u a t i o nc r i t e r i a i i 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：堑丝 日期：d 9 年月0 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学雠文储虢堑壑 指导教师签名：4 亟夺么壹 日期：哆年否月0 日 日期： 纱7 年舌月p 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文 1 1 课题的研究意义 第一章绪言 近年来温室气体排放成为全球关注的焦点，许多油田水驱已经进入高含水阶段，c 0 2 提高原油采收率技术成为国外研究的热点。该技术不仅能满足油田开发的需求，还可以 解决c 0 2 的封存问题，保护环境。2 0 0 6 年世界e o r 产量为8 7 1 6 万吨年，其中c 0 2e o r 产量占总e o r 产量的1 4 4 。国际能源机构( i e a ) 评估认为，世界适合c 0 2e o r 开 发的资源约为3 0 0 0 亿至6 0 0 0 亿桶。 长期研究及3 0 多年的工业化实践表明c 0 2 提高采收率技术不仅适用于常规油藏，尤 其对低渗、特低渗油藏可以明显提高采收率，且在轻质油藏和重质油藏中均可使用，一 般能使采收率提高1 0 n - - - 1 5 。 据美国能源部报告指出，通过采用新一代c 0 2 提高采收率新技术，可使美国的石油 储量提高4 倍。美国先进能源国际公司向美国能源部提交的评价c 0 2 提高采收率技术在 提高采油效率方面成为“游戏变革者”的潜力报告中提出，基于对六大区域( 加利福 尼亚州等) 的研究，新一代c 0 2 驱油技术能使采收率达n 6 1 ( 某些油藏中将会达到8 0 ) ， 3 7 亿桶的原油将成为技术可采原油。若将这一结果外推到美国国内所有的油田，新一代 技术的综合应用将提供1 6 0 0 亿桶技术可采储量。 我国水驱后的原油平均采收率为3 3 左右，且有数十亿吨的低渗透油藏难动用储 量，开采潜力巨大。但是二氧化碳驱技术在我国至今尚未成为研究和应用的主导技术， 主要是缺少气源。随着c 0 2 捕集、封存、提高采收率一体化技术的成熟和国内一些大型 c 0 2 气田的发现( 吉林等) 。气源已不再是主要问题。 c 0 2 驱油是应用最为广泛的c 0 2 混相驱和c 0 2 非混相驱油方法，目前以混相驱油法 为主，美国1 0 6 个c 0 2 驱油项目中有1 0 1 个属于混相驱。就不同的技术与经济原因而言， 并不是所有的储集层都适合c 0 2 混相驱提高采收率工艺。因此需要建立一定的筛选标 准，初步评价油藏是否适合进行c 0 2 混相驱【1 1 。 储层地质条件和原油性质参数等对候选油藏是否适合进行c 0 2 混相驱起着决定性 的作用，这些参数对是否适合进行c 0 2 混相驱的影响是整体性的，对其定量评价，须在 多种因素定量化的基础上综合研究这些参数对于注c 0 2 的影响。自7 0 年代c 0 2 驱油进 行以来，国内外相继提出了一系列的筛选标准和评价方法，但缺乏统一的筛选标和评价 第一章绪言 方法。而国内对c 0 2 混相驱的研究很少，因此研究c 0 2 混相驱油藏的筛选评价方法，筛 选适合c 0 2 混相驱的油藏，改善油田开发效果成为一个主要的研究课题。 1 2 国内外研究现状 c 0 2 混相驱是一项复杂的工程，因此进行c 0 2 混相驱需要建立一定的筛选标准和评 价程序。主要从以下两个方面介绍国内外的研究现状。 ( 1 ) c 0 2 混相驱筛选标准的研究现状 自c 0 2 驱油进行以来，一些专家学者提出了一系列注c 0 2 气的油藏筛选标准，但多 数标准都受到p e r m i a n 盆地c 0 2 驱油藏性质的影响。 1 9 9 4 年，r i v a s 等人研究了许多油藏参数对适合c 0 2 驱油过程的影响，找到一组适合 c 0 2 驱的最优油藏和原油参数( 原油重度、剩余油饱和度、超过m m p 的压力、温度、净 油层厚度、渗透率、油藏倾角、孔隙度) 2 1 。 1 9 9 6 年，j j t a b e r 等人修订了s p e 原来的c 0 2 驱筛选标准，以原油重度、粘度、 组分和储层类型、储层净厚、原油饱和度、储层深度等参数为基准，建立了新的c 0 2 驱筛选标准【3 】。 表2 - 1c 0 2 混相驱评价参数和参数范围 t a b l e2 - 1r a n g eo fc 0 2m i s c i b l ef l o d i n gp a r a m e t e r s 参数适宜参数范围目前项目平均值 原油重度( 。a p i ) 2 2 4 1 粘度( m p a - s ) 2 0 5 5 储层类型 砂岩或碳酸盐岩 储层厚度( 绚 薄层或储层有倾角 储层深度( 妨 2 5 0 0 2 0 0 2 年，j s h a w 提出油藏的筛选标准以原油比重、油层温度和压力、最小混相压 力和剩余油饱和度为基础，确定出它们对注入c 0 2 的适配性 4 1 。 2 0 0 2 年，熊钰对注c 0 2 驱替机理进行了研究，综合分析选择了多个油藏参数作为筛 选油藏的综合评价参数和参数取值范围f 5 l o 2 中罔矗油人学( 毕东) 坝l j 论义 表2 - 2c 0 2 混相驱评价参数 t a b l e2 - 2c 0 2m i s c i b l ef l o d i n ge v a l u a t i o np a r a m e t e r s 参数混相驱适宜参数范同 目前地层乐力( m p a ) l o 目前含油饱和度( ) 2 8 6 4 粘度( m p a s ) 0 8 7 6 膨胀率( ) l o 一3 0 倾角 0 9 0 最小混相乐力( m p a ) 7 5 3 5 储层深度( m ) 1 0 0 0 混相压力地层乐力( m p a )o 7 5 3 5 2 0 0 7 年，x i n ax i e 从储层( 饱和度、孔隙度、渗透率、深度) 、原油( 重度、粘度、 组分) 、c 0 2 气( 浓度) 等三个方面提出了c 0 2 混相驱的筛选标准。 表2 3 二氧化碳驱筛选标准 t a b l e2 - 3c 0 2f l o o d i n gs c r e e n i n gc r i t e r i a 推荐参数值目前项目范围 原油 重度( 。a p i ) 2 22 7 4 4 粘度( m p a - s )在油藏条 ，| ：。i 2 0 1 5 7 0 岩彳i 孑l 隙度( ) 7 渗透率( m d ) i o 深度( f t ) 2 5 0 0 _ 二氧化碳气 c 0 2 浓度( v 0 1 ) 9 5 n 2 ，h 2 s ，h 2 0 ，0 2 ，受限丁腐蚀，混相性等 3 第一章绪言 ( 2 ) 筛选c 0 2 混相驱油藏综合评价方法的研究现状 1 9 9 2 年美国能源部委托路易斯安纳州立大学开展水驱后轻油油藏注c 0 2 驱油藏综 合评价方法研究之后，1 9 9 6 年，d a n i e ld i a z 提出了用参数权重向量乘以参数适宜度矩 阵来对油藏进行综合评价，并选用了8 个评价参数。 t h o m a s 在1 9 9 8 年指出：“注气是提高采收率的重要手段之一，然而一些油藏工程 师对该项技术的认识不够深入，因而所选择的目标油藏往往不具备注气开发的条件”， 其文中提出了用于筛选潜在油藏的6 个参数，并采用打分的方式对油藏进行了注气适宜 度评价。 2 0 0 2 年，j s h a w 开发出了一种适合于c 0 2 提高采收率方法的快速排序方法，这种方 法适合储量数据库中的许多油藏，而且不需要对油藏工程进行详细分析。油藏排序根据 权重相对应的一组标准来确定和选择最适合于c 0 2 驱的油藏。 2 0 0 2 年，熊钰通过引入模糊数学中的模糊层次分析法，建立了基于模糊层次分析法 ( f a h p ) 的c 0 2 混相驱优选综合评价方法。 2 0 0 4 年，郑云川通过对注气机理和影响注气效果因素的分析和研究，建立了评价指 标体系，给出了这些指标的量化方法。在采用模糊层次分析法求得了同一油藏各评价参 数权重的基础上，建立了适用于某一具体油藏进行注气适宜度评价的模糊综合评判模 型。 2 0 0 4 年，熊钰根据大量注气方面的文献调研，评价出各项指标的技术界限，引入正 态和半正态分布函数建立起影响注气效果参数的分布评分模型，通过模糊层次分析法和 综合加权评分法得到指标综合权重优化模型，给出了各个评价参数的综合权重和候选注 气油藏注气潜力综合评价方法【5 1 。 2 0 0 5 年，曾顺鹏综合分析了国内外储气库建造标准与注气驱油藏开发基本条件，提 出了同时满足储气库油藏和注气驱提高油藏采收率的筛选标准指标，建立了基于模糊层 次分析的三级模糊综合评判方法【6 】。 2 0 0 5 年，郑云川建立了筛选注气候选油藏的模糊优选模型与计算步骤，该方法在采 用模糊层次分析法求得了同一油藏各评价参数权重的基础上，建立了用于筛选成组候选 油藏的模糊优选模型【7 1 。 通过以上的文献调研表明，目前国内主要是对气驱的筛选标准和评价方法进行了一 些研究，而针对c 0 2 混相驱的筛选标准和评价方法研究很少。缺乏相应的c 0 2 混相驱筛 选评价软件。 4 中围石油人学( 华东) 硕_ i j 论文 1 3 论文的研究内容 论文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 根据c 0 2 混相驱的驱油机理，系统分析影响c 0 2 混相驱的各种因素。确定c 0 2 混相驱油减筛选标准。 ( 2 ) 研究筛选c 0 2 混相驱油藏综合评价方法。 ( 3 ) 编制c 0 2 混相驱筛选评价软件。 ( 4 ) 实际c 0 2 混相驱案例的验证分析，筛选适合c 0 2 混相驱的油藏。 1 4 技术路线与技术关键 1 4 1 技术路线 图1 - 1 技术路线图 f i g 1 - 1t e c h n o l o g yr o a d m a p 1 4 2 技术关键 ( 1 ) c 0 2 混相驱油藏筛选标准的确定和综合评价方法的建立。 ( 2 ) 编制c 0 2 混相驱筛选评价软件。 5 第一章绪高 1 5 预期成果和进度安排 1 5 1 预期成果 ( 1 ) 划分c 0 2 混相驱油藏筛选标准，建立筛选c 0 2 混相驱油藏综合评价方法。 ( 2 ) 编制c 0 2 混相驱筛选评价软件，筛选适合c 0 2 混相驱的油藏。 1 5 2 进度安排 2 0 0 7 0 9 - - - , 2 0 0 7 1 l 查阅资料，完成文献总结和开题报告； 2 0 0 7 1 2 - - - 2 0 0 8 0 6划分c 0 2 混相驱筛选标准，建立综合评价方法； 2 0 0 8 0 7 - - - 2 0 0 8 1 2 编制软件，实际c 0 2 混相驱案例的验证分析，筛选适合c 0 2 混相驱的油藏； 2 0 0 9 0 1 - - 2 0 0 9 0 5编写毕业论文，准备论文答辩。 6 第二章c 0 2 混相驱提高采收率基本理论 混扣( m i s c i b l e ) 的定义是：当两种或更多种流体按比例混合时，都没有流体问界 面形成，所有的混合物都保持单均质相时，则称这些流体是混相的。反之，若有流体 帽存在，则认为这些流体是不混桐的。能与地下原油混相的物质叫混相注入剂。混相驱 特( m i s c i b l e d i s p l a c e m e n t ) 是提高原油采收率的重要方法之一，它的基本机理是驱替荆 ( 注入的混相气体) 和被驱荆( 地层原油) 在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔 介质巾的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的原油，原则 上可以使微观驱油效率达到百分之百。实际上由于地层的非均质性、渗透率分层性、流 度比不利、重力舌进、粘性指进等多种因褒的影响1 0 0 的原油采收率是达不到的， 但在适宦条件下，混相驱替的采收率一般比注水的采收率高r 】。 回& m 曲oc q $ 日帚 。油静煨m 筘o 堑* $ 田2 - ic o ! 混相驱过程 f i g lc o ：m i s c i b l e f l o o d i t t g p r o e m s 根据小同的注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可以分为一次接触混相( f c m ) 和多次接触混柏( m c m ) 两种方式。在现实可达到的油馘压力条件下，c 0 2 与油藏原 油不是。次接触混相的，而是通过多次接触一达到混相的。 第二幸c 0 2 混相驱提，矗采收牢幕奉理论 2 1 一次接触混相过程 达到混相驱替最简单和最直接的方法是注入按任何比例都能与原油完全混合的溶 剂，以便使所有的混合物为单相。中等分子量烃，如丙烷、丁烷或液化天然气都是常用 来进行一次接触混相驱的注入溶剂。 c i 图2 - 2 一次接触混相 f i g 2 - 2f i r s tc o n t a c tm i s c i b l e 图2 2 示出一次接触混相的相态要求，该图上的液化天然气溶剂用拟组分c 2 c 6 代表所有的液化天然气和原油的混合物，在图2 2 上全部位于单相区。为使溶剂与原油 之间达到一次接触混相，驱替压力必须位于p x 图临界凝析压力之上，因为溶剂原油 混合物在这一压力之上为单相。 液化天然气是与油臧流体发生初接触混相的溶剂，如果连续注入它，费用显然太高。 现场中采用的替代办法是，交替注入一定体积的成本较低的液化天然气溶剂和溶剂段 塞。从理想上分析，采用混相驱方案后，溶剂混相驱替油藏原油，驱动气混相驱替溶剂， 最后推动小的溶剂段塞通过油减。 对于次接触混相驱来说，中问分子量的烃注入溶剂将从沥青基原油中沉淀出一些 沥青质，并且这种趋势会随着烃溶剂分子量的增加而减弱。严重的沥青质沉淀可降低渗 透率，并影响井的注入能力和产能，甚至在生产井中引起堵塞。 8 中罔油人学( 牛东) 坝j j 论文 2 2 多次接触混相驱替过程 注入气体后，油藏原油与注入气之间就地出现组分传质作用，形成一个驱替相过渡 带，其流体组成由原油组成变化过渡为注入流体的组成。这种原油与注入流体在流动过 程中重复接触并靠组分就地传质作用达到混相的过程，称作多次接触混相或动态混相。 在多次接触混相驱中，需要用到两个概念，即向前接触和向后接触。向前接触是指 平衡的气相与新鲜的原油相接触，通过蒸发或抽提作用进行相间传质；向后接触是指平 衡液相与新鲜注入气之间不断进行的相问传质。两种驱替同时在不同地点发生。向前接 触发生在自，j 缘，而向后接触发生在后缘。 根据传质方式的不同，多次接触混相可分为凝析气驱( 富气驱) 和蒸发气驱( 贫气 驱) 9 1 。 2 2 1 凝析气混相驱 富烃气富含c 2 c 6 的中问组分，它不能与油藏原油发生一次接触混相，但在适当 的压力下可与油藏原油达到凝析气驱动态混相，即注入的富气与油藏原油多次接触，并 发生多次凝析作用，富气中的中问组分不断凝析到油藏原油中，使原油逐渐加富，直到 与注入气混相。 c 1 ( 1 7 + 图2 - 3 凝析气混相驱 f i g 2 - 3c o n d e n s a t eg a sm i s c i b l ef l o o d i n g 图2 3 表明了富气凝析气驱混相的机理，图中示出油藏原油及注入富气( b ) 的组 9 第一二章c 0 2 混柙驱提商采收率皋本理论 成，油藏原油与富气开始并不混相，当富气初接触油藏原油后，由于富气中的中间组分 溶于原油中，原油加富，油减流体组成变为m l ，其相应的平衡气、液分别为g l 和l i ； 随后再注入富气推动可移动的平衡气体向前进入油藏，留下平衡液体l i 供注入气接触， 并发生混合，在这一位置上形成一新的混合物m 2 ，其平衡液为g 2 ，l 2 ；继续注入富气， 重复上述过程，井眼附近液相组成以相同方式逐渐沿泡点曲线改变，直至临界点，气液 达到平衡，油气不存在相界，完全达到混相。 显然注富气混相驱是多次接触混相过程，通过注入富气中的中间组分不断凝析到原 油中，原油逐渐变富，在注气的后端与原油性质达到相同，实现混相。通常必须注入相 当多的富气彳能使混相前缘的混相得以保持，一般采用的富气段塞为1 0 - - - 2 0 的孔隙 体积。 2 2 2 蒸发气驱 达到动态混相驱替的另一机理是，依靠就地蒸发( 汽化) 作用，让中间分子量烃从 油藏原油蒸发并进入注入气。这种达到混相的方法被称为蒸发气驱过程。用天然气、c 0 2 、 烟道气或氮气作为注入气是可以达到混相的。当油藏原油含有较多中间烃时，通过注入 气与原油多次接触，能蒸发或抽提油藏原油中的烃，使注入气富化，实现蒸发气驱动态 混相。天然气、烟道气和氮气主要用以抽提c 2 - - c 5 。c 0 2 也能达到动态混相，主要用于 抽提更大分子量的烃，即c 2 c 3 0 。 c ? + c l 图2 4 蒸发气混相驱 f i g 2 - 4e v a p o r a t i o ng a sm i s c i b l ef l o o d i n g l o c 2 q 中因钮油人学f 乍东) 坝i ：论义 用图2 4 柬表明以甲烷天然气作为注入溶剂时，达到蒸发气驱混相的机理。其中油 藏原油a 含有较多的中间分子量烃，并且它的组成位于通过临界点的极限系统的延长段 上。注入初期，注入气体和油藏原油是不混相的，注入气体由并眼向外非混相地驱替原 油，并在气前缘的后面留下一些未驱替走的原油。此时，注入气体和初次接触后未驱替 走的原油的总组成为m i ，油减中平衡的液、气相组成为l i 、g i 。随后注入气体推动平 衡气体g i 更深入地进入油藏，平衡气接触到新鲜的油藏原油，液体l l 则残留在后面。 通过第二次接触，油减达到一个新的总组成m 2 ，其相应的平衡气、液体组成分别为g 2 、 l 2 。再进一步地注入气体，使气体g 2 向前流动并接触到新鲜的油藏原油。重复以上过 程，使驱替前缘的气体组成沿露点曲线逐渐改变，直至它达到临界点的组成为止，即临 界点流体直接与油藏原油混相。 根据蒸发气驱机理分析，只要油藏原油的组成位于极限系线上或其右侧，注入气组 成位于极限系线左侧，就能达到混相。如果原油位于极限系线的左侧，则气体的富化仅 能发生在当平衡气体的组成延长后通过原油组成系线的情况。如图2 - 4 上的油藏原油b ， 注入气体被富化后仅能达到平衡气体g 2 的组成，不会富化至超过这一组成，因为气体 g 2 进一步接触油藏原油仅能产生位于通过g 2 系线上的混合物。原油组成必须位于极限 系线右侧的意义是，只有欠饱和甲烷的原油才能被甲烷或天然气混相驱替。因此，图2 - 4 泡点曲线上的原油组成l 2 与甲烷天然气不会发展为蒸发气混相驱。 在注气过程中，随着油藏原油的中间分子量烃浓度的减小，为达到混相，要求更高 的注入压力。增加压力可以增加蒸发作用，使中间分子量烃蒸发进入蒸气相，从而减小 两相区并改变连结线的斜率。对许多原油而言，注入甲烷天然气、n 2 、烟道气需要较 高的混相压力，但在油藏注入工程中却往往达不到此要求【i 州引。 2 3c 0 2 多次接触混相驱替过程 c 0 2 在浅层较低压力下与原油不能一次接触混相，而在长岩芯和填砂细管中做的驱 替试验表明，压力高于最低混相压力时可产生动态混相。通常，c 0 2 比烟道气或氮气的 最低混相压力要低，这是c 0 2 混相驱的主要优势，多数油层提供的压力都可产生动态混 相。 2 3 1c 0 2 多次接触混相驱替机理 假设有一线型地层，二次残余油的组成为a ，向油层中注入c 0 2 ，观察在排驱道路 第一二章c 0 2 混相驱提高采收半皋本理论 ，7 久、 j j 7g 、i m 。! 氕毫。、 7 m i ；。? 、g 2 ”、 ，一，? j 。 ，醐f 喾! 线 f 夕：露占锋 ，。t ，一 ，夕i 产- 汐k 、| 、 j j 泡点线 、。 j ， c 7 + 、 c 2 q 图2 - 5c 0 2 多次接触混相驱机理 f i g 2 - 5m u l t i p l ec o n t a c tm i s c i b i l i t yc 0 2 。f l o o d i n gm e c h a n i s m 当第一批注入气b 在第一个压力缸内与原油a 接触时为第一次接触，混合后生成 的新体系组成为m i ，设m l 存在两相，其平衡气液相的组成分别为g i 和l l ，g i 含有 c 2 _ 6 ，但却比注入气b 少了一些c 0 2 ，这些c 0 2 融入了原油a ，它使原油的组成变为l l 。 l i 含的c 2 击较原油a 少，是因部分c 2 6 已抽提进入气相g i 中。气液相组成的变化正是 c 0 2 在原油中溶解和抽提烃类的结果。由图2 5 看出，g l - l i 两相平衡的组成较b 和a 两柏更接近。在孔隙介质中，气相g i 因粘度低，受第二批注入气b 的排驱，g i 超越 l l 进入第二孔隙。g i 与第二个孔隙中的原油接触，是为第二次接触( 气相己由注入气b 变为g 1 ) ，设g l 与a 的混合物为m 2 。假设m 2 仍存在气液两相，其气相组成为g 2 ，液 相组成为l 2 。经过二次抽提，g 2 比g i 含有更多的c 2 - 6 ，同时，g 2 比g l 的c 0 2 浓度低， 是二次接触后c 0 2 再次溶解于原油的结果，原油a 也变为l 2 。g 2 l 2 两组成更趋接近。 同样，g 2 受到排驱进入第三孔隙，是为第三次接触。如是发展下去，沿流动方向孔隙中 的体系组成将依次发生变化。其气相组成沿露点线向临界点趋近，液相组成沿泡点线向 临界点趋近。最终，在某油层位置上气相与液相完全相同，达到临界点组成k 。临界点 流体被其后面的气体排驱，与前方原油接触，新体系落在k a 线上，k a 线完全处于临 界点切线混相区一侧，故k 混相驱排a 。注气过程在一段时间内是连续进行的，当第一 1 2 中国石油火学( 牛东) 顾l ：论文 个孔隙中生成气相g i 和液相l l 时，同时注入气b 进入第一孔隙，b 与g i 接触，使气 体组成落在b g i 线上，最终将第一孔隙内的气体组成变为b ，同样，第二、第三孔隙 内的气相组成依次变为b 。沿排驱道路上，形成一气相组成由b 至k 的过渡带。同时， 具有临界点组成的区域也随排驱进行在扩大，最终形成一组成为k 的混相区，称之为混 相带。混相带混相排驱与它接触的油，油在前进中也混相排驱与它接触的油，使含油饱 和度增加形成一油带，油带中油相饱和度和分流率的大小，取决于流度比和混相带流体 与水的界面张力。 若原油组成不在临界点切线混相驱一侧，而是在另一侧，那么总有一条线的延长线 通过原油的组成点，这时，气相与原油之间不可能继续发生溶解和抽提，也即，平衡相 组成不再发生变化。这种排驱未达完全混相，称之为部分混相。由此得出，原油组成落 在临界点切线上或混相驱一侧，是c 0 2 实现混相驱的必要而充分条件。 2 3 2 混相带 混相带是指体系组成为临界点附近的油层区域。混相带混相驱油，在其前方形成一 个稳定油带。实际上，很难严格区别它们的界限。图2 6 是油层中各带的示意图。稳定 的混相带是保证混相驱的关键，若混相带退化，混相驱就变成非混相驱。混相带在以下 情况下可能退化： ( 1 ) 从注入井到生产井，油层压力逐渐下降，当压力低于最低混相压力时，混相 带组成落入三元相图的两相驱，混相性消失。 ( 2 ) 混相带从注入井向生产井推进，流体通过断面扩大，混相带变薄，甚至消失。 ( 3 ) 混相带被c 0 2 或过渡带的组分稀释，混相带组成落入三元相图中的两相区。 油层均质程度差时，c 0 2 或过渡带的气体从高渗透夹层或旁通孔隙穿入混相带时出现这 种情况。 ( 4 ) 当有不渗透的透镜体存在时，混相带绕流，变薄以致消失。 c 0 2稳定油带 过渡带混相带原始油带 水 图2 - 6 油层中的各带 f i g 2 - 6z o n e so ft i l er e s e r v o i r 1 3 第二帝c 0 2 混相驱提高采收牢皋本理论 为了保证油层实现c 0 2 混相驱就必须保持混相带的稳定。这要求： ( 1 ) 油层平均压力大于最低混相压力，可保持在一定的排驱路径上是混相驱。 ( 2 ) 混相带具有一定体积，防止混相带变薄消失或退化。因此，必需注入足够量 的c 0 2 。只要c 0 2 存在且油层压力大于最低混相压力，消失了的混相带或退化的混相带 都可以重建【1 。 1 4 中围石油人学( 华东) 颂i ：论义 第三章筛选指标体系的建立 c 0 2 混相驱作为提高原油采收率的方法之一，影响其驱油效果的动态变量主要分为 两类：一类是操作变量，另一类是油藏变量。操作变量是c 0 2 混相驱过程中可控制的变 量，对于特定的油藏条件及原油性质，操作变量( 作业压力、注入量、注入速度等) 最 优化的目的在于获得最好的过程效率和经济效益，而油藏变量( 地层流体性质、油藏压 力、油藏温度、孔隙度、渗透率等) 则支配着整个c 0 2 混相驱提高原油采收率过程，本 文主要以油藏变量为基础进行相关研究。 在c 0 2 混相驱过程中，有很多的物理、化学现象和因素影响着最终采收率的高低， 因此，确定影响c 0 2 混相驱效果的主要参数，建立合适的筛选指标体系是进行c 0 2 混相 驱油藏筛选评价的基础。通常影响c 0 2 混相驱效果的主要因素有油藏性质、地层流体性 质和油阳地质结构等。下面就从油藏工程和地质工程基础出发，通过理论分析找出影响 c 0 2 混相驱效果的主要参数，建立筛选指标体系【1 2 】。 3 1 混相驱中的流态 流度比是混相驱替设计中的重要参数之一。在实际注气过程中，混相驱中流度比往 往大于l ，这对驱替是不利的。c r a n e 等从玻璃珠充填的垂直横截面试验模型中的流动 实验发现，在流度比不利的情况下可能有四种流态( 图3 1 ) ，这取决于粘滞力重力比。 粘滞力重力比定义为： 如占咄( 纠盟k g a p ) k h - ， 式中：u 为渗流速度，c m s ； l 为井距，c m ； 以为原油粘度，m p a s ； k ：渗透率，1 0 。3 un 1 2 ： g 为重力加速度，m s 2 ； p 为原油与溶剂( 注入c 0 2 ) 的密度差，g c m 3 。 在很低的粘滞力重力比下( 区i ) ，驱替特点是单一的超覆原油的重力舌进，这种 舌进和垂向驱扫的几何形状均取决于驱替中特有的粘滞力重力比；在高一些的粘滞力 1 5 笫二三章筛选指标体系的建口 重力比下，驱替的特点是单一的重力舌进( 区i i ) ，但垂向波及情况已不取决于特定的 粘滞力重力比，直到超过极限值为止。在超过这一极限值后，出现过渡区( 区i i i ) ，在 其中的主要重力作用下形成次生指进。在该区，对于给定的孔隙体积注入量来说，驱扫 效率随粘滞力重力比的增加而急剧增加。最后达到一个粘滞力重力比值，此时驱替情 况完全被横剖面的多个指进所控制，并且横向驱扫效率不取决于特定的粘滞力重力比值 ( 区i v ) 。 ( a ) 区i 和i i ( b ) 区i i i 图3 - 1 混相驱中的四种流态 f i g 3 - 1 f o u rf l o wp a t t e r n si nm i s c i b l ef l o o d i n g 使一种流念过渡到另一种流态的粘滞力重力比值取决于驱替流体和油藏的流度比。 流度比越大，混相驱替从单一的超覆原油的重力舌进( 流态i ) 过渡到粘性指进控制的 流念( 流态i v ) 所要求的粘滞力重力比值越大。 式( 3 一1 ) 适用于均质油层垂向渗透率与水平渗透率相同，存在束缚水下混相驱的 情况。如果垂向渗透率与水平渗透率差异大，常采用髟k 代替k 。在水气交替混相 驱中，可动水会改变粘滞力重力比与流度比，其中粘滞力重力比值用下式计算： 1 6 中困彳i 油人学( 牛东) 帧j i ：论义 r a p g k , + ( 吉) 俘2 ， r 一一。i 从刨- t w ) 爿7 3 2 界面张力 残 余 油 饱 和 度 刁 环烷烃 芳香烃，但烃分 子中引入烷基侧链会使其溶解度大大增加。而在c 0 2 与原油的混合物中，环烷烃和芳香 烃常常存在于重馏分中，因重馏分被c 0 2 抽提数量很少，因而它们对重馏分油的抽提影 响不大；存在于轻馏分中的环烷烃和芳香烃，它们往往有烷基侧链，抵消了分子结构的 不利影响，试验结果表明，大多数芳基原油与石蜡原油被c 0 2 抽提的效率实际上是基本 相同的。研究表明：原油的p n a ( 石蜡、环烷烃、芳香烃) 特性对混相压力的影响较小。 ( 2 ) 原油中间组分含量的影响 c 0 2 与原油的混相是由于c 0 2 对原油中烃组分的抽提，但抽提的程度受原油中间组 分c 5 c 1 2 含量的制约，中等烃含量高，可被c 0 2 抽提的烃量大，则油层在较低压力下 能实现混相驱。 ( 3 ) 原油中重质组分性质的影响 稠的、沥青质、高沸点物质的最低混相压力与不太稠的、少沥青质、低沸点的重质 组分相比，前者m m p 高。但重质组分性质的影响程度同其本身在原油中含量的影响 ( c 5 c 3 0 含量) 相比小得多。 ( 4 ) 原油的相对密度 原油的相对密度是原油组分对c 0 2 混相驱m m p 校正所必须的最简单的参数。在试 验温度、压力相同的条件下，随着原油密度变小，m m p 减小，原油的采出程度会大幅 度提高。 ( 5 ) 甲烷的影响 原油中甲烷的存在导致m m p 增加，但随着甲烷含量的增加，m m p 是否增加，却 不得而知。但随着原油中甲烷含量的增高，采收率有下降的趋势。 另外，h o l m 和j o s e n d a 认为，不同组成的原油，当c 5 + 的平均相对分子链小于或等 于1 8 0 时，在相同的温度条件下，最低混相压力相差不大。 3 1 0 2 注入气体的组成 注入气体的组成也将影响最低混相压力。一般而言，在用纯c 0 2 、烃类干气和n 2 作为注入气体时，c 0 2 的最低混相压力最低，而n 2 的最低混相压力最高。在用不纯的 中闯。油人学( 华东) 颀i j 论文 气体进行混相时，如在c 0 2 气体中加入其它气体组分，会对最小混相压力有显著影响。 一般而言，加入h 2 s 和c 2 - - c 4 气体会明显降低最低混相压力，降低的程度取决于气驱 时的温度和气体的浓度；而加入干气或n 2 会增加最低混相压力的值。表3 1 给出了加 入其它气体对c 0 2 最低混相压力值的影响关系。假设混合气体重为l m o l ，则向c 0 2 气 体中加入其它气体后对最低混相压力的等效影响关系如表3 1 所示。从表3 1 中可以看 出，c 2 h 6 和h 2 s 对c 0 2 最低混相压力影响是等效的，而c 4 h i o 对最低混相压力的影响是 h 2 s 的3 倍1 1 9 l 。 表3 - 1 加入其它气体对m m p 的影响等效关系 t a b l e3 - 1e q u i v a l e n ti n f l u e n c eo rm m p b ya d d i n go t h e rg a s e s 加入气体 c 2 h 6 c 3 h sc 4 h 1 0 加入簧t o o l 0 1 0o 1 00 1 0 对应的h 2 s 譬t o o l 0 1 0o 1 50 3 0 3 1 0 - 3 油藏温度的影响 大量试验研究表明，油藏温度对给定油藏原油与c 0 2 的m m p 有很大影响。温度升 高会便最低混相压力增加，导致混相难以实现。h o l m 和j o s e n d a l 对c 5 以上组分具有不 同分子量( 2 0 0 ，2 2 0 ，2 4 0 ) 的原油给出了最低混相压力和温度的关系曲线，如图3 6 所示。对于这种影响的原因，就c 0 2 而言，其密度受温度和压力的控制。在压力不变时 温度升高，c 0 2 密度下降，而c 0 2 对烃的萃取能力恰是c 0 2 密度的函数，随c 0 2 密度 的减小而降低。要实现混相，只有压力升高，c 0 2 密度增加，才能使其抽提大量轻烃而 达到混相，因此最低混相压力随温度的增加而增加。 混 相 所 需 压 了 至 - q 1 5 1 0 2 6 7 4 8 8 7 1 1 9 3 3 温度( ) 图3 6c 0 2 混相驱压力与温度和原油组成的关系 0 f i g 3 - 6t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i s c i b i l i t yp r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r e - o i lc o m p o s i t i o n 2 7 第三章筛选指标体系的矬电 从以上分析可知，原油密度、油藏温度、油层压力、油藏深度等是影响c 0 2 混相驱 效果的因素。 3 11c 0 2 混相驱油藏筛选指标体系 指 标 体 系 油 层 特 性 山