三次采油—CO2驱油技术研究摘要油藏经过二次采油后，仍有大量的原油存留于地下，经过三次采油后，储层的含油饱和度提升的空间仍然很大。

EOR（提高采收率技术）在油田中应用的越来越广泛，主要有化学驱，微生物驱，气驱，热力驱。

随着人类大量排放的温室气体CO2使全球气候变暖，对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。

CO2的地质处置最有效的方式就是注入油气田，不但封存了CO2，而且还可提高油气田的采收率。

CO2的地质处置最有效方式就是注入油气田，不但封存了二氧化碳，而且还可提高油气田的采收率。

本次作业主要介绍了注二氧化碳提高采收率的机理、室内研究进展以及国内外开展现场试验的情况。

在现场应用中二氧化碳吞吐、混相驱和非混相驱都可有效提高采收率，合适的注CO2工艺需根据油藏条件选择。

并指出了注CO2技术目前面临的腐蚀、气源、气窜及高投资等问题。

关键词:最小混相压力;二氧化碳气驱;提高采收率；（非）混相；腐蚀；1概述随着世界对石油需求量的不断增加，石油作为有限的不可再生资源，再发现大油田的几率越来越小，已开发的油田正在不断老化，未开采的多为稠油、超稠油油田，非常难于开发。

这就迫使人们把注意力转向提高老油田原油采收率的技术上。

三次采油(EOR)技术是一项能够利用物理、化学和生物等新技术提高原油采收率的重要油田开发技术。

近年来我国石油供需缺口逐年增大,以及石油价格的急剧攀升,提高采收率技术在我国受到了空前的重视。

目前，三次采油技术在提高采收率，稳定老油田的原油产量方面尤为重要，尤其是在油田开发后期，必须进行三次采油。

近几年,注气提高采收率技术发展迅速,其中又以注CO2技术的发展速度最快。

如今，人类大量排放的CO2温室气体量越来越巨大，导致全球气候变暖,其幅度已经超出了地球本身自然变动的范围,对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。

而CO2的地质处置最有效的方式就是注入油气田,不但封存了二氧化碳,而且还可提高油气田采收率。

国外很多油田已成功地进行大规模CO2驱油并取得较好的效果，证明CO2驱油具有成功率高、风险性低的特点。

CO2驱油在我国石油开采中有着巨大的应用潜力，以技术指标和经济指标双重标准来衡量，CO2驱油是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。

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 ,仅在参与本次评价的101.36×108t常规稀油油田的储量中,适合CO2气驱的原油储量约为12. 3×108 t,预计利用CO2驱油方法可增加可采储量约1.6×108 t。

另外,对于我国现已探明的63.2×108 t的低渗透油藏原油储量,尤其是其中50 %左右尚未动用的储量,CO2驱油方法有更明显的技术优势。

2 国内外CO2驱油研究现状近年来，国内外应用二氧化碳驱替或采油技术已在二、三次采油过程中得到广泛应用，并形成了配套技术。

从50年代起国外在实验室和现场对二氧化碳增加原油的采收率进行了大量的研究，此法目前已成为除了热采以外发展较快的提高采收率的最佳方法。

二氧化碳驱替在提高稠油油藏采收率具有良好的应用前景。

具体到我国，当前和今后一段时期，二氧化碳减排必须走高效之路，二氧化碳驱油提高采收率和埋存技术必定拥有广泛的应用前景。

2.1 国外情况从20世纪50年代开始,CO2驱油成为提高采收率的重要方法[9]。

国外采用CO2驱油的主要国家有：美国、前苏联、匈牙利、加拿大、法国、西德等。

据《油气杂志》2006年统计，全球实施CO2-EOR项目共有94个，其中，美国82个（80个混相驱，2个非混相驱），加拿大6个。

特立尼达5个，土耳其1个。

可以看出，CO2-EOR技术的应用主要集中在美国，其年产油量为1186×104t/a，占世界CO2-EOR总产量的94.2%。

美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般采收率为7%-18%,在西德克萨斯州，CO2是最主要的EOR方法，一般可提高采收率30%左右。

CO2混相驱在美国、加拿大等国已成为一项重要且成熟的提高原油采收率方法[15]。

图2.1 美国CO2-EOR项目分布及增产效果2004年，日本国家石油公司(JNOC)和日本EOR研究协会(J EORA)在Ikiztepe油油田成功完成了非混相CO2现场试验,在一个200 m×200 m的反五点井网应用CO2非混相驱。

试验动态说明,CO2非混相驱是提高这类油藏采收率的可行办法。

在Amurlu 重油油藏的几口蒸汽吞吐井注入CO2富气 ,使产油量增加了2～3倍。

Shoemaker 油田为了提高油井生产能力,曾广泛应用压裂措施,影响水驱效果。

作为一种替代措施,自1985年以来进行了注CO2开采试验,在技术和经济上获得了成功。

2.2 国内情况我国东部主要产油区CO2气源较少,但注CO2提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。

注CO2技术在油田的应用越来越多,已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验[16]。

1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究,1966 、1969 、1985 、1991 、1994年先后开展了注CO2先导试验。

吉林油田利用万金塔CO2气田的液态CO2 ,开展CO2吞吐和CO2泡沫压裂已达100井次以上。

1996年江苏富民油田48井进行了CO2吞吐试验,并已开展了CO2驱油试验，取得了相当不错的结果[3]。

3CO2驱油的机理3.1 相关概念混相：当两种或更多的流体按任何比例混合都没有流体间的相界面形成，所有的混合物都保持单一均质相时，则称这些流体是混相的。

反之，若有流体相存在，则认为这些流体是非混相的。

最小混相压力：在油层温度下，注入气体与原油达到多级接触混相的最小限度压力。

确定最小混相压力的方法分为实验室测定和理论计算两大类，通过国内外学者对最小压力确定方法进行了长期的研究，公认为细管实验法最为可靠。

CO2驱：就是一种在一定的压力及原油组成条件下，把二氧化碳注入油层中，在一定条件下CO2会从原油中抽提出较重组分的碳烃化合物，不断使CO2的驱油前缘与原油组成接近，从而形成混相，有效地将原油驱替入生产井，达到提高采收率的目的。

3.2驱油机理CO2驱油按作用机理，可分为CO2混相驱油和CO2非混相驱油（表3-1），也就是当最小混相压力小于原始地层压力时，能够达到混相驱油，高于原始地层压力时为非混相驱。

表3-1混相驱油与非混相驱油对比表CO2驱提高采收率的作用主要有促使原油膨胀、降低油水界面张力、降低黏度、萃取和汽化原油中的轻质挺、溶解气驱等[1,2]。

两种机理的驱油示意图如下：图3.1 CO2非混相驱油示意图图3.2 CO2混相驱油示意图非混相驱主要通过溶解、膨胀、降粘，降低界面张力进行驱油；而混相驱除了溶解、膨胀、降粘等，就是CO2与原油能够达到混相，也就是一种相态，没有界面张力，理论上驱油效率达到100%。

一般稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏采用CO2非混相驱（表3-2）。

在稀油油藏条件下，CO2易于原油发生混相，在混相压力下，处于超临界状态下的CO2可以降低所波及的油水界面张力。

CO2注入的浓度越大，油水相界面的张力越小，原油越容易被驱替。

通过调整注入气体的段塞使CO2形成混相，可以提高原油采收率增加幅度[4]。

表3-2 CO2驱筛选原则[3]非混相CO2驱开采稠油的机理[5—8]主要是：降低原油粘度，改善油水流度比，使原油膨胀，乳化作用及降压开采。

CO2在油中的溶解度随着压力的增加而增加。

当压力降低时，CO2从饱和CO2原油中溢出并驱动原油，形成溶解气驱。

气态CO2渗入地层与地层水反应产生的碳酸，能有效改善井筒周围地层的渗透率，提高驱油机理。

与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气可以部分代替油藏中的残余油。

CO2驱油机理主要有以下方面：（1）降低原油粘度[10]：CO2溶于原油后，原油粘度越高，粘度降低程度越大（表3-3）。

原油粘度降低时，原有流动能力增加，从而提高了原油产量。

并且原油初始粘度越高，CO2降粘效果越明显。

表3-3 CO2完全饱和时原油粘度变化对比表温度较高（120度以上）时，因二氧化碳溶解度降低，降粘作用反而变差（图3.3）。

在同一温度条件下，压力升高时，CO2溶解度升高，降粘作用随之升高，但当压力超过饱和压力时，粘度反而上升（图3.4）。

图3.3 CO2溶解量随温度变化曲线图3.4 CO2溶解量随压力变化曲线（2）改善原油与水的流度比[10]：大量CO2溶于原油与水，将使原油和水碳酸化。

原油碳酸化后，其粘度随之降低。

大庆勘探开发研究院在45度和12.MPa的条件下进行了有关实验，实验表明, CO2在油田注入水中的溶解度为5%，而在原油中的溶解度为15%；由于大量的CO2溶于原油中，使粘度由9.8mPa.s降到2.9mPa.s，使原油体积增加了17.2%。

同时也增加了原有的流度。

水碳酸化后水的粘度提高20%以上（图3.5），同时也降低了水的流度，改善了油水流度比，扩大了波及体积。

图3.5 地层水粘度与CO2溶解浓度的关系（3）使原油体积膨胀[10]：大量室内和现场试验表明，原油中充分溶解CO2后，可使原油体积膨胀10%~40%，其结果不仅增加了原油的内动能，而且也大大减少了原油流动过程中的毛管阻力和流动阻力，从而提高了原油的流动能力。

（4）高溶混能力驱油[10]：CO2与原有接触时，一部分溶解在原油中，同时，CO2也将一部分烃从原油中抽提出来，这就使CO2被烃富化，最终导致CO2融溶混能力大大提高。

（5）降低界面张力[11]：残余油饱和度随着油水界面张力的减小而降低，多数油藏的油水界面张力为10-20mN/m,要想使残余油饱和度趋于零，必须使油水界面张力降低到0.001mN/m或更低。

界面张力降低到0.04mN/m以下，采收率便会明显提高。

CO2驱油的主要作用是使原油中的轻质烃萃取和汽化，大量的烃与CO2混合，大大降低了油水界面的张力，也大大降低了残余油饱和度，从而提高了原油采收率。

（6）分子扩散作用[12]：非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的基础上。

为了最大限度的降低油的粘度和增加油的体积，以便获得最佳驱油效率，必须在油藏温度和压力条件下，要有足够的时间使CO2饱和原油。

但是，地层基岩是复杂的，注入的CO2也很难与油藏中的原油完全混合好。

而多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。

（7）溶解气驱作用[13]：由于CO2在原油中的溶解度较大，大量的原油溶于石油中，具有溶解气驱的作用。

降压采油机理与溶解气驱相似，在注入过程中，一部分CO2溶于油，随着注入压力上升，溶解的CO2量越来越多，当油藏停止注CO2时，随着生产的进行，油藏压力降低。