CO驱油机理介绍

二氧化碳驱油小组成员马文黄家根李广兴高李阳提高石油采收率的方法很多：

热力采油注高压蒸汽火烧油层化学驱油聚合物驱活性剂驱碱性驱混相驱油液化气驱富气驱高压干气驱CO2驱CO2作为一种无污染的驱替剂，应用较早。目前CO2驱油提高采收率技术已成为世界三大采油法（热采、聚合物驱和CO2驱）之一。CO2驱油是一项成熟的采油技术。据不完全统计，目前全世界正在实施的CO2驱油项目有近80个。美国是CO2驱油项目开展最多的国家，每年注入油藏的CO2量约为2000万～3000万吨，其中300万吨来自煤气化厂和化肥厂的废气。据《中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究》结果，CO2在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。我国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，运用CO2驱比水驱具有更明显的技术优势。可以预测，随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大，CO2将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。美国EOR增产原油的成本对比

方法热采注CO2化学驱微生物注蒸汽火烧油层聚合物表面活性剂增产成本（美元/bbl）3-65-102-85-108-121-8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驱的研究与应用国内CO2驱研究及应用概况CO2吞吐：国内吉林、胜利油田等，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。CO2驱油机理降粘作用改善原油与水的流度比膨胀作用(储存能量)萃取和汽化原油中的轻烃混相效应一、CO2驱油机理（1）降粘作用

CO2与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量，如下图所示：（2）改善原油与水的流度比

CO2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

CO2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为原油的膨胀系数与CO2物质的量分数关系。从图2-2可以看到，原油中CO2物质的量分数越大，原油的膨胀系数越大。（4）萃取和汽化原油中的轻烃在一定压力下，CO2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。CO2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。CO2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CO2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。

(6)分子扩散作用

多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩散过程很缓慢，特别是水相将油相与CO2气相隔开时，水相阻碍了CO2分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到CO2中，因此，必须有足够的时间，使CO2分子充分扩散到油相中。

(7)降低界面张力

CO2混相驱中，CO2抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而降低界面张力。CO2驱过程是CO2不断富化过程。CO2富化是通过CO2对原油中的C2～C6组分的抽提作用引起的。CO2对原油中的C2～C6组分的抽提作用产生两种情况，如图2-4所示。一种情况是当油层温度>50℃时，CO2萃取原油组分，形成CO2—富气相，称为原油的气化机理；另一种情况是当油层温度<50℃时，CO2不能气化原油，只能萃取原油的轻馏分，形成CO2—富液混合物，称为CO2在原油中的冷凝机理。

CO2对原油组分的抽提过程，也是它与原油之间界面张力不断降低的过程。图2-5说明随着界面张力的降低，毛管数增大，相对渗透率曲线发生相应的变化。从图2-5可以看到，当界面张力达到超低界面张力时（由水驱的101mN·m-1数量级降至10-3mN·m-1数量级以下），毛管数增大至10-2数量级以上（水驱时为10-6），剩余油饱和度为零。图2-4温度对二氧化碳与原油p-x相图的影响

L—液相；L1、L2—第一液相、第二液相；V—蒸气(8)溶解气驱作用大量的CO2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，CO2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CO2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。(9)提高渗透率作用

CO2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CO2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CO2还有利于抑制粘土膨胀。另外，CO2

–H2O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。CO2驱油的油藏条件1.油层的岩性可以是灰岩、白云岩、或砂岩等，CO2溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高底层渗透率2.CO2驱油油藏一般埋深在600~3500米，油层温度一般低于120ºC，油层厚度大于3米3.油层的破裂压力大于要求的注入压力大于要求的注入压力，防止地层的压裂，影响驱油效果4.油层具有大的空隙体积以便与CO2接触,渗透率一般大于5mD(毫达西)。二氧化碳驱油技术的几种方式1．连续注二氧化碳气体2．注碳酸水（ORCO）3．二氧化碳气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体（WAG）4．二氧化碳气体或液体段塞后紧跟着注水5．同时注入二氧化碳气体和水【例】：注CO2前置段塞N2顶替提高采收率—孙杨影响二氧化碳驱油的因素影响CO2驱油效果的因素很多，主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类。其中．储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率眭等，流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。一、储层特征影响因素分析1.渗透率、平面非均质性影响低渗透率可提供充分的混相条件．减少重力分离，渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。随着非均质性的增强，采收率变小。因为非均质油藏中，注入的co2优先进入高渗透层，导致当低渗透层中的原油尚未被完全驱扫时，CO2已从高渗透层突人到生产井中．产生粘性指，从而使驱油效率降低。因此，储层岩石的非均质性越小越好。2.垂向横向渗透率比值的影响随着Kv／Kh的增大．采收率有所下降随着纵横向渗透率比值的增大．浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。二、 流体性质影响因素分析

1.浮力、重力影响因素在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形成混相，驱替效率较高。在油藏下部，驱替效率明显比上部低。随着原油密度的增大，其采收率减小，变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力作用越明显，二氧化碳气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。2. 扩散、弥散作用混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏观弥散三种机理随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大，变大的主要原因为考虑了扩散的影响，二氧化碳气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时间使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率：在不考虑分子扩散作用情况下，二氧化碳向生产井推进较快，波及效率较低，从而使二氧化碳较早突破，生产井二氧化碳的含量很快上升，所获得的采收率偏低。二氧化碳驱油技术优点1.不仅适用于常规油田，尤其对低渗、特低渗油藏可以明显提高原油采收率2.适合二氧化碳驱油的油藏储量非常可观3.二氧化碳具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高等显著的优点4.能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳封存问题，保护大气环境待解决问题1.腐蚀作用（如何减缓腐蚀？）

CO2在注入油层的过程中，与水反应生成的碳酸，对设备、管线、井筒有较强的腐蚀性，而且腐蚀产物被注人流体带人地层会堵塞储层孔隙。如何加强对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质的分析以及防腐材料、涂层的研究，是解决腐蚀问题的关键。2.最小混相压力较高

CO2与原油的最小混相压力不仅取决于油藏的温度和CO2的纯度，而且也取决于原油组分。因此，加强含杂质的CO及可改变原油组分物质的性能分析，是解决混相压力的关键。3．窜流严重在驱油过程中，南于CO黏度低及油层的非均质性，易出现黏性指进及窜流，造成不利的流度比，致使CO过早突破含油带，影响驱油效率。加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵向非均质性、油藏流体饱和程度和油藏流体性质的性能分析研究，是解决CO窜流问题的关键。发展现状

2009年7月12Et，在绥中36．1油田H5井组进行了层内生成二氧化碳驱油技术的现场先导性试验。施工2天，累计注入生气剂250m3，释气剂250m。，注人药剂时间仅为22小时。该井组实施该技术后对应的8口油井3个月平均产油量较施工前增加30．72m／d，增产幅度近10％，累计增油2857m3，虽然施工后注水量提高至600m3／d，但综合含水率也有了一定的降低，取得了较好的增油控水效果。二氧化碳驱油前景光明“如果将二氧化碳作为注入剂，是气态形式注入地层效果好，还是液态形式的好？”“液态二氧化碳需要温度达到零下20℃，对地层伤害比较大，气态二氧化碳对地层没有伤害，但是很难封住，一般以超临界状态注入地层最好”。新疆油田勘探开发研究院近日聘请中国石油大学（华东）泰山学者、特聘教授，英国Heriot-Watt大学荣誉研究员任邵然，专门为科研人员讲解“二氧化碳驱油技术”。当二氧化碳压力超过临界压力（7.39兆帕）、温度大于临界温度（31℃时），二氧化碳将变成一种液态的黏稠状物质，称为超临界状态。超临界二氧化碳具有黏度低、流动性好、扩散性强、对溶质有较强的溶解能力，且比重是水的0.6~0.8倍，因此，二氧化碳逐步成为一种安全、高效、节能、节水的驱油介质。

2002年国家气象局表示，未来50年，全球气温将上升4℃，对生态系统、社会经济系统将产生持久的严重影响。全球温室效应越来越明显，很多国家已积极开展二氧化碳减排研究工作，为全球气候和环境保护做出贡献。很多国家已经开始研究、实施将二氧化碳注入地下进行储存，包括煤田和油气田，在保护环境的同时，也提高了采收率，一举两得。研究表明，二氧化碳驱油技术可以在水驱油提高采收率的基础上，再提高10%～20%。二氧化碳驱油技术在新疆油田的应用潜力占全国评价中的51%，前景光明。

2007年9月，国务院通过的32号文件，即《关于进一步促进新疆经济社会发展的若干意见》提出，“到2020年，把新疆建成全国大型油气生产和