1注烟道气、二氧化碳驱油机理
1.1注烟道气提高采收率
由于烟道气驱的成本较氮气驱高，因此发展缓慢。

近年来随着人们对环境治理力度的加大以及原油价格的上涨，烟道气驱油技术又有了发展的空间。

因为如果考虑环境效益，烟道气驱要比氮气驱经济划算。

所以烟道气近年来也得到了较好的发展。

1.1.1烟道气驱提高采收率机理
烟道气通常含有80%～85%的氮气和15%～20%的二氧化碳以及少量杂质，也称排出气体，处理过的烟道气，可用作驱油剂。

烟道气的化学成分不固定，其性质主要取决于氮气和二氧化碳在烟道气中所占的比例。

烟道气具有可压缩性、溶解性、可混相性及腐蚀性。

根据烟道气中所含气体的组成，提高采收率机理主要是二氧化碳驱和氮气驱机理。

1.1.1.1二氧化碳机理
由于烟道气中二氧化碳的浓度不高，所以不容易达到混相驱的要求，主要是利用二氧化碳的非混相驱机理。

即降低原油黏度、使原油膨胀、降低界面张力、溶解气驱、乳化作用及降压开采。

由于二氧化碳在油中的溶解度大，在一定的温度及压力下，当原油与CO2接触时，原油体积增加，黏度降低。

CO2在原油中的溶解还可以降低界面张力及形成酸性乳化液。

CO2在油中的溶解度随压力的增加而增加，当压力降低时，饱和了CO2的原油中的CO2就会溢出，形成溶解气驱。

与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气饱和度可以部分代替油藏中的残余油[18]。

1.2.1.2氮气驱机理
注氮气提高采收率机理主要有：(1)氮气具有比较好的膨胀性，使其具有良好的驱替、气举和助排等作用；可以保持油气藏流体的压力；(2)氮气可以进入
水不能进入的低渗透层段，可降低渗透带处于束缚状态的原油驱替成为可流动的原油；(3)氮气被注入油层后,可在油层中形成束缚气饱和度，从而使含水饱和度及水相渗透率降低，在一定程度上提高后续水驱的波及体积；(4)氮气不溶于水，微溶于油,能够形成微气泡，与油水形成乳状液，降低原油黏度，提高采收率。

氮气与地层油接触产生的溶解及抽提效应，一方面溶解效应使原油黏度、密度下降，改善原油性质，使处于驱替前缘被富化的气体黏度、密度等性质接近于地层原油，气—油两相间的界面张力则不断降低，在合适的油层压力下甚至降到零而产生混相状态，在这种状态下，注氮气驱油效率将明显提高；另一方面，抽提效应使原油性质变差，这种抽提作用在油井近井地带表现更明显、更强烈。

烟道气驱更适用于稠油油藏、低深透油藏、凝析气藏和陡构造油藏。

1.2注CO2提高采收率
在各种注气方式中，注二氧化碳提高原油采收率的研究已经进行了几十年，特别是近年来，随着技术进步和环境要求的需要，二氧化碳驱显得越来越重要，包括我国在内的很多国家都开展了注二氧化碳驱的现场实验。

1.2.1 CO2驱油机理
将CO2作为油藏提高采收率的驱油剂已研究多年，在油田开发后期，注入CO2，能使原油膨胀，降低原油粘度，减少残余油饱和度，从而提高原油采收率，增加原油产量。

CO2能够提高原油采收率的原因有：
（1）CO2溶于原油能使原油体积膨胀，从而促使充满油的空隙体积也增大，这为油在空隙介质中提供了条件。

若随后底层注水，还可使油藏中的残余油量减少。

（2）CO2溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流动性提高，其结果是用少量的驱油剂就可达到一定的驱油效率。

（3）CO2溶于原油能使毛细管的吸渗作用得到改善，从而使油层扫油范围扩大，使水、油的流动性保持平衡。

（4）CO2溶于水使水的粘度有所增加，当注入粘度较高的水时，由于水的流动性降低，从而使水油粘度比例随着油的流动性增大而减少。

（5）CO2水溶液能与岩石的碳酸岩成分发生反应，并使其溶解，从而提高
储集层的渗透率性能，使注入井的吸收能力增强。

（6）CO2溶于水可降低油水界面的表面张力，从而提高驱油效率。

（7）CO2可促使原油中的轻质烃类（C2～C3）被抽提出来，从而使残余油饱和度明显降低。

在不同原油的成分、温度和压力条件下，二氧化碳具有无限制地与原油混相的能力，实际上可以达到很好的驱油目的。

（8）CO2在油水中的扩散系数较高，其扩散作用可使二氧化碳本身重新分配并使相系统平衡状态稳定。

（9）注入碳酸水，可大大降低残余油饱和度，因为在含水带内的碳酸水前缘，能形成和保持二氧化碳气游离带。

CO2技术的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱。

CO2提高采收率的作用主要有促使原油膨胀、改善油水流度比、溶解气驱等。

一般稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。

在稀油油藏条件下CO2易与原油发生混相，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注入浓度越大，油水相界面张力越小，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。

非混相CO2驱开采稠油的机理主要是：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在油中的溶解度随压力增加而增加。

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几点：
（1）降低原油粘度
CO2溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大。

原油粘度降低时，原油流动能力增加，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，如下表1-1所示。

（2）改善原油与水的流度比
大量的CO2溶于原油和水，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℃和12.7MPa的条件下进行了有关试验，试验表明，CO2在油田注入水中的溶解度为5%（质量），而在原油中的溶解度为
15%（质量）；由于大量CO2溶于原油中，使原油粘度由9.8mPa·s降到2.9mPa·s，使原油体积增加了17.2%，同时也增加了原油的流度。

水碳酸化后，水的粘度将提高20%以上，同时也降低了水的流度。

因为碳酸化后，油和水的流度趋向靠近，所以改善了油与水流度比，扩大了波及体积。

表1-1 CO2降粘效果
（3）使原油体积膨胀
CO2大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于CO2的溶解量。

CO2溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体内的动能，从而提高了驱油效率。

（4）高溶混能力驱油
尽管在地层条件下CO2与许多原油只是部分溶混，但是当CO2与原油接触时，一部分CO2溶解在原油中，同时，CO2也将一部分烃从原油中提取出来，这就使CO2被烃富化，最终导致CO2溶混能力大大提高。

这个过程随着驱替前缘不断前移而得到加强，驱替演变为混相驱，这也使CO2混相驱油所需要的压力要比任何一种气态烃所需要的混相压力都低得多。

用气态烃与轻质原油混相也要27～30MPa，而用CO2混相压力只要9～10MPa即能满足。

在高温高压下CO2与原油溶混机理主要体现在烃从原油中蒸发出来与CO2混相，即主要是蒸发作用；在低温条件下主要是CO2向原油的凝聚作用和吸附作用。

当压力低于混相压力时，CO2和原油混合物有三个相存在：气态CO2并含有原油的轻质组份；失去轻质组份而呈液态的原油，由原油中分离出来的以固体沉淀方式存在的沥青和蜡。

（5）分子扩散作用
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。

为了最大限度地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。

（6）降低界面张力
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向于零，必须使油水界面张力降低到0.001mN/m或更低。

界面张力降到0.04mN/m以下，采收率便会明显地提高。

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

（7）溶解气驱作用
大量的CO2溶于原油中，具有溶解气驱作用。

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驱替原油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

（8）提高渗透率
碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘土
膨胀。

CO
2溶于水后显弱酸性，CO
2
溶解于水时可形成碳酸，它可以溶解部分胶结
物质和岩石，从而提高地层渗透率，注入CO
2
水溶液后砂岩地层渗透率可提高5～
15%，白云岩地层可提高6～75%。

并且，CO
2
在地层中存在，可使泥岩膨胀减弱。