1、二氧化碳驱油技术及比较一、CO 2-EOR 在油田中的应用近几年来，CO 2-EOR 技术发展迅速。研究表明，将 CO2 注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到 CO2 减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求。由于技术的进步和温室效应的存在，CO 2-EOR 越来越受到重视，包括我国在内的很多国家都开展了现场实验。目前，CO 2-EOR 已成为美国提高石油采收率的主导技术，2004 年美国 CO2-EOR 增加的原油产量占全国提高采收率项目总产量的 31%。1.1 CO2 提高采收率机理CO2-EOR 主要有以下几个方面的作用：（1 ）使原油体积膨胀CO2 注入油藏后，可在原油中充分
2、溶解，一般可使体积增加 10% 100%。其结果不但增加地层的弹性能量，还大大减少了原油流动过程中的阻力，从而提高驱油效率。（2 ）降低原油黏度CO2 溶于原油后，一般可降低到原黏度的 0. 10. 01。原油初始黏度越高，黏度降低幅度越大。黏度降低，有利于原油流动能力，提高产油量。（3 ）改善油水流度比CO2 溶于原油和水，其黏度增加 20% 30%，流度降低；原油碳酸化后，其黏度降低30%80%，流度增加。其综合作用的结果，使油水流度比趋于接近，水驱波及体积扩大，有利于原油采出。（4 ）降低界面张力CO2 极易溶解于原油，其结果大大降低了油水界面张力，有利于原油流动，从而提高了原油采收率。
3、CO 2 与原油混相后其界面张力降为 0，理论上可使采收率达到 100%。（5 ）萃取原油中轻烃CO2 注入油藏后，部分 CO2 未溶解于油水中的 CO2 能萃取原油中的轻烃，使原油相对密度降低，黏度降低，从而提高原油流动性能，有利于开采。（6 ）溶解气驱作用随着油井生产井附近的地层压力下降，地层原油中溶解的 CO2 逸出，逸出的 CO2 气体驱动原油流入井筒，形成内部溶解气驱。1.2 CO2-EOR 驱油技术目前 CO2-EOR 的实施方法主要有 CO2 混相驱、CO 2 非混相驱和 CO2 吞吐，其中 CO2 混相驱应用最为普遍。另外，CO 2-EOR 实施中也有热 CO2 驱、碳酸水驱、
4、就地生成 CO2 技术等其他方法。1.2.1 CO2 混相驱CO2 混相驱一般采用 CO2 与水交替注入储层的方法，具体注入方法取决于储层的性质，主要有连续注入、简单注入、锥形注入等（如图 2） 。实施过程中首先注入 CO2，由于连续注 CO2 驱替油层时宏观波及系数很低，因此注水改变二氧化碳的驱油速度，扩大 CO2 的波及效率。基本机理是 CO2 和地层原油在油藏条件下形成稳定的混相带前缘，该前缘作为单相流体移动并有效地把原油驱替到生产井（图 3） ，由于混相，多孔介质中的毛细管力降至为零，理论上可使微观驱替效率达到 100%。混相驱要求油藏压力高于或等于 CO2 与原油完全混相的最低压力（
5、MMP） 。由于受地层破裂压力等条件的限制，该方法通常用于原油相对密度小于 0.89g/cm3，油层温度小于 120的中、深层油藏。通过 CO2 混相驱，原油采收率比注水方法提高约 30%40%。图 2 CO2 与水交替注入驱油示意图图 3 CO2 混相驱技术示意图根据以往的经验，CO 2 混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。（1 ）不合适水驱开采的低渗透油藏。（2 ）水淹后的砂岩油藏。（3 ）接近开采经济极限的深层、轻质油藏。1.2.2 CO2 非混相驱CO2 非混相驱效率次于混相驱，但高于水驱或惰性气驱，一般以重力稳定 CO2 注入方式生产，将二氧化碳注入到圈闭构造的顶部，使原油向下
6、及构造两边移动，在构造两边的生产井中将原油采出（图 4） 。主要采油机理是对原油中轻烃汽化和抽提，使原油体积膨胀，黏度降低，界面张力减小。另外，CO 2 还可以提高或保持地层压力，当地层压力下降时，CO2 就会从饱和了 CO2 的原油中溢出，形成溶解气驱，达到提高原油采收率的目的。适用于非混相驱的油藏类型主要有：（1 ）重油或高黏油油藏；（2 ）压力衰竭的低渗透油藏；（3 ）高倾角、垂向渗透率高的油藏。图 4 CO2 非混相驱技术示意图1.2.3 CO2 吞吐CO2 吞吐的实质是非混相驱，采油机理主要是原油体积膨胀、降低原油界面张力和黏度，以及 CO2 对轻烃的抽提作用。该方法的一般过程是把大
7、量的 CO2 注入到生产井底，然后关井几个星期，让 CO2 渗入到油层，然后重新开井生产。这种单井开采技术不依赖于井与井间的流体流动特性，适用范围很广，一般对开采下面几类油藏具有更重要的意义：（1 ）井间流动性差，其他提高采收率方法不能见效的小型断块油藏。（2 ）裂缝性油藏、强烈水驱的块状油藏、有底水的油藏等一些特殊油藏。（3 ）不能承受油田范围的很大前沿投资的油藏。CO2 吞吐增产措施相对来说具有投资低、返本快的特点，能在 CO2 耗量相对较低的条件下增加采油量。1.2.4 CO2 近混相驱目前，已有外国研究人员在进行 CO2 驱细管实验时提出：采收率曲线中的转折点不一定表示由不混相状态到动
8、态混相状态的转变，而可能表示是“近似混相的” 。CO 2 近混相驱的特点是，驱替压力低于并保持在 MMP 附近，注入的 CO2 与油只是接近混相状态。近混相驱在现场较容易实现，且有较高的驱油效率。有研究表明，大多混相驱项目基本实现的是近混相，但由于近混相驱相关的理论和方法研究尚不成熟，而仍沿用着混相驱评价系统。研究近混相驱驱油机理，确定近混相驱条件，是以后油田设计 CO2-EOR 开发项目的发展方向。1.2.5 热 CO2 驱热 CO2 驱是热力采油和混相驱油的联合应用，其驱油机理是热 CO2 加热油藏及 CO2 与原油部分混相。实施过程中，首先要加热 CO2，CO 2 的加热温度取决于油藏温
9、度及原油性质，但必须高于其临界温度（图 5） 。热 CO2 驱广泛适用各种原油和油藏类型，可有效提高驱油效率。目前热 CO2 注入方法主要有热 CO2 连续注入，热 CO2、水交替注入，热 CO2 注入后注蒸汽。图 5 CO2 的 PT 相图1.2.6 碳酸水驱利用 CO2 溶于水的性质，将 CO2 和水溶液注入到储油层，水中的 CO2 在分子扩散作用下与地层油接触并驱油（图 6） ，但此扩散过程较慢，与注入纯 CO2 相比，采收率较低。计算表明，向油层注入 56 倍孔隙体积的 3%5%碳酸水，驱油效率增加 10%15%。该方法通常作为一种辅助性方法使用。图 6 碳酸水驱技术示意图1.2.7
10、CO2 泡沫驱CO2 泡沫驱是通过加入发泡剂，使得 CO2 气体在地层中形成泡沫体系，增加其流动阻力，提高波及效率。国外许多经验和研究表明，CO 2 泡沫驱的性能优于 CO2 驱，特别是用于非均质油藏效果更加显著。但由于地层中压力很大，泡沫在运移过程中，实际上气体向液膜及地层水中的扩散很难形成理想的泡沫体系。1.2.8 就地生成 CO2 技术就地生成 CO2 技术是向地层中注入反应液，反应液为低浓度酸和低浓度表面活性剂及聚合物的混合液，这种混合液能够优先进入高渗透层，在高渗透层中，产生放热化学反应生成 CO2。由于开发该项技术在地层中就地产生 CO2 驱替剂，不需要使用过多的地面设备，不会对设
11、备产生腐蚀，所以具有优先推广优势。1.3 不同驱油技术的比较不同驱油技术的比较，如下表 1 所示。序号 驱油方式 注入方式 适用油藏1 CO2 混相驱 连续 ,简单,锥形油藏压力高于或等于 CO2 与原油完全混相的最低压力(MMP),该法通常用于原油相对密度小于 0.89g/cm3,油层温度小于 120的中深层油藏2 CO2 非混相驱 重力稳定 CO2 重油或高黏油油藏; 压力衰竭的低渗透油藏; 高倾角,垂向渗透率高的油藏3 CO2 吞吐 重力稳定 CO2 不依赖于井与井间的流体流动特性,适用范围很广,小型断块油藏,特殊油藏等4 CO2 近混相驱 连续 ,简单,锥形 -5 热 CO2 驱 热 CO2 连续注入 ;热 CO2 水交替注入;热 CO2 注入后注蒸汽加热温度必须高于临界温度,适用各种原油和油藏类型,可有效提高驱油效率6 碳酸水驱 - 扩散慢,采收率低(较纯 CO2),通常为一种辅助性方法7 CO2 泡沫驱 -CO2 泡沫驱的性能优于 CO2 驱, 尤其非均质油藏,但泡沫受地层压力大的影响,实际较难形成理想的泡沫体系8 就地生成 CO2 技术 - 无需过多的地面设备,不会有腐蚀问题, 具有优先推广优势
