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第五讲二氧化碳气藏开发 主讲 李士伦 教授 2004年3月 二氧化碳气藏开发 1998年统计全国发现CO2气田28个 遍布16个省市31个地区 如江苏黄桥 广东三水 吉林万金塔 大庆 天津大港 山东滨南 南海东部 西部 河北任丘 安徽天长 东海石门谭等 CO2用途广泛 经济价值高 有40项以上应用 广泛应用于石油开采 化工 机械 食品饮料 农业和灭火等领域 一 CO2物理化学性质和相态特征 1 无色无臭气体 现场测试时为白色蒸汽 略带酸味 2 工程标准条件下 相对密度为空气的1 53倍 C1的3倍 为1 977kg m 动力粘度0 0138mPa s 3 化学性质不活泼 不可燃 不助燃 无毒 具有腐蚀性 4 不同压力 温度下可以三种状态存在 即气 液 固三态 压力高于0 53MPa 温度低于 56 6 CO2以固态存在温度高于CO2临界温度31 1 CO2以气态存在温度低于 17 压力低于2 1MPa 可以液态装入罐车随着压力增加 CO2蒸汽变成像液体的粘稠状物质5 液态CO2密度范围463 9 1177 9kg m3气态CO2密度范围463 9 13 8kg m3固态CO2密度范围1512 4 1595 2kg m3 6 CO2临界值 根据kennedy TC304 2K 文献中也有31 16 31 1 值 PC7 399MPa 7 16MPa 7 383MPa 0 467g cm30 03335mPa sVC94 24cm3 g molZC0 275 7 CO2是提高油藏石油采收率的好驱油剂 易与原油混相 它易溶于原油 起三个作用 使原油体积增大 使原油粘度降低使毛细管渗析作用改善 8 易溶于水 也起三个作用 使水粘度增加降低油水界面张力改善油水相渗曲线特征 9 CO2能萃取抽提原油中C2 C30 尤其萃取C5 C10组分的能力强10 在油 水中扩散系数高11 同时注入水和CO2 碳酸水 能改善储层渗透率含水带内在碳酸水前缘 能形成和保持游离CO2气带12 气体CO2密度随温度升高而减小 随压力升高而增大液体CO2密度受压力影响小 但受温度影响十分明显固体CO2密度受温度 压力影响都很小 13 气体CO2粘度随压力增高而明显增大液体CO2粘度受温度影响大 随温度升高而明显减小14 CO2气体偏差系数 Z 受P T影响大 见图5 1 1 C1的Z随P T变化幅度小 ZCO2 ZC12 随T Z3 15MPa低压区随PZ15 30MPa较高压力区随PZ 图5 1CO2压缩度图版 15 CO2与烷烃混合物中的相态特性 CO2浓度 0 65mol时 压力 27 21MPa时 出现不同密度的两个液相CO2浓度 0 8mol时 压力 8 16MPa时 出现两个液相 CO2蒸汽相 二 CO2气井开采特性 1 气层中CO2密度大 近似于液体性质 处于高压超临界态 密度达500 800kg m3 2 气井开采或测试过程中 CO2随P T发生相态变化 TC 临界温度 是CO2气井垂向流体密度变化的重要参数 3 关井静止状态以某CO2气井为例 340m井深处温度为31 1 临界温度 井口 340m井深处CO2为液态实测平均为848kg m3340m井深处 井底CO2为高压气态实测717 536kg m3计算752 621kg m3自上而下呈减小趋势 Z呈增大趋势 4 流动状态仍以该井为例 井深540m处 T TC 31 1 井深540m处 井口CO2为饱和蒸汽相 实测 380 450kg m3 计算 220 359kg m3井深540m处 井底CO2为气相 实测 394 485kg m3 5 Z变化大 TTCZCO2 气 0 274 0 918 6 防腐 1 CO2对油套管和地面设备腐蚀 可以成为严重的事故隐患2 腐蚀机理 电化学腐蚀没有电介质存在 CO2不会对金属产生腐蚀CO2在水中生成碳酸 增加CO2腐蚀性通常是局部性坑蚀 也有沟槽和面积不等的侵蚀局部侵蚀穿透可很深 每年达0 2 0 7mm 3 措施 1 选择抗腐蚀性强的管材 含Cr不锈钢 2 管内壁用树脂 塑料等涂层衬里保护 3 加注缓蚀剂 常用有 铬酸盐 磷酸盐 有机胺类 有抑制腐蚀的效果 4 防止地下水在井筒内分离 5 套管完井 固井质量要好 7 生产和测试过程中要防止结水合物和干冰 节流咀前后压降控制温度可用绝热方程初算 CO2系多原子气体K 1 3 临界压力比 CO2的 控制流量计 节流咀上流压力 以保证上流温度大于0 三 CO2气藏开发数值模拟研究 胜利油田有限公司地质科学研究院和纯梁采油厂以高53块CO2气藏为例 分析CO2相态特性 生产特征 并采用美SSI公司SimBestII扩展黑油模拟软