超临界二氧化碳驱油及其引发 井喷的探讨
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超临界二氧化碳驱油及其引发井喷 的探讨
第一章．超临界流体的特性 第二章．超临界二氧化碳萃取在工业上的应 用 第三章．超临界二氧化碳驱油实验 第四章．井筒温度、压力分布规律 第五章．超临界二氧化碳引发井喷 第六章．经济型分析
第一章．超临界流体的特性
井喷防范措施
• • • • • • （１）通过室内试验，选择适当的泥浆流速以减少井筒 气体聚集。 （２）采用生产封隔器永久完井，防止地层酸性气体 接触腐蚀油管柱。 （３）采用旋转防喷器（RBOP） ，保障人生安全和 保护环境。 （４）现场储备重泥浆和加重材料，以便溢流发生后 能够及时压井，防止井喷发生。 （５）利用特制钻井液中使用清洁剂消除部分侵入井 筒的地层流体。 （６）提高从事钻井作业人员的素质，增强井队井控 能力，加强井控设备保养并定期检查其性能，对可疑井增 加井控设备
• 取细管实验的流出油作为样品。升压至5 MPa时开始驱油，10 min内不再出油时再 继续加压，取样为该压力下流出油的总数， 其余的都是独立的单个实验，取样为气体 突破前、后10 min的流出油，取样后马上 进行密封及化验。实验结果见图1和图2。
• 实验结果表明，气体突破前产油的碳组分 基本没有变化，升压到20 MPa时，产油组 分含C20以下的比率达到最高(67．5％)，此 时原油采收率已经达到90％。这表明CO2 萃取时主要是原油中含C20以下组分，压力 达到25 MPa后产出的油主要是萃取的剩余 油中的较重质成份和大压差下波及到的更 多体积而携带出的油，所以产油中含低碳 组分比率低于20MPa时的比率。
• 超临界流体指该流体处在其临界温度和临 界压力以上的状态。超临界流体不同于气 体和液体，气液界面张力为零，自扩散系 数、粘度接近于气体，具有近似于气体的 流动行为，而密度却和液体接近，同时具 有很强的溶解能力。 溶解能力对于油气开 采有很大的应用价值
• CO２的临界温度和临界压 力很低。其密度线在临界点 附近收缩，在比临界点稍高 一点的温度区域内压力稍有 变化，其性质变化显著，此 时CO２ 的密度接近于液体。 临界压力和温度低意味着达 到超临界状态比较容易，这 增大了CO2的应用价值 • （Tc＝ 31.1 ℃ 、Pc ＝ 7.4 MPa）
• 同时由于CO２在地层中处于压缩状态，在 临界点附近压缩系数随压力的变化很大。 当压力失控时，井筒压力骤降，使得CO２ 由超临界流体转化为气体状态过程中，体 积急剧膨胀，气体沿井眼向上移动，随着 压力的进一步降低，气体体积继续膨胀， 封闭压力下降，流速相应增加。CO2膨胀吸 热，温度降低，形成异常低温区。，进而 产生干冰颗粒。
在高压注气过程中，CO2 从井口到井底直接 从液相区跨入到超临界区，不会经过气相 区。由于温度、压力上升，CO2 密度随井 深先下降，在1 150～1 200米井段。温度 从29．82℃上升到31．66℃。压力为 34．19～34．48 MPa，CO2从液态进入超 临界区域。在临界点附近，流体密度受压 力、温度等影响波动大，因而，此区域 CO2密度波动大。在1 200 m井深以下，油 管内温度、压力分别高于临界温度、临界 压力，CO2处于超临界状态。流体黏度随 深度增加而逐渐降低。并趋于平缓。
第六章．经济型分析
阻碍本项技术应用的很大障碍在于：CO2的 成本较高，在超临界状态下，CO2的体积比 气态时小很多，这意味着充满一定体积所 需CO2的量大大增加。 超临界流体的另一个优势在于，提取产物的 纯度高。但是，对于石油工业而言，并不 需要像药品等精细化工那样对纯度有高要 求。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第五章．超临界二氧化碳引发井喷
• 当地层中所处的CO２的温度及分压达到其 临界温度、临界压力时，CO2处于超临界 流体状态。一旦地层中CO２进入井筒，， 在到达井口的沿途中，其体积会随着上部 液柱压力减少而增大。处于超临界态的CO ２流体，在临界点附近密度随压力变化很 大。压力略微降低，其体积就会急剧膨胀， 膨胀速度很快。
第四章．井筒温度、压力分布规律
油管流体压力分布规律
• 油管压力随井深接近线性分布。流体在井筒中的 压力梯度主要由重力产生的压力梯度、摩擦阻力 产生的压力梯度和加速度压力梯度组成。因为高 压CO2：在井筒中一般成液态或超临界态，除近 临界点附近外，密度变化不随温度、压力大幅度 变化，所以重力产生的压力梯度和加速度压力梯 度变化小；而液态与超临界态CO 黏度小，与管 壁产生的摩擦阻力梯度小，因而对整个压力梯度 产生的影响小。此外，在井深1 200 m附近，压力 有波动现象，这主要是由于CO2处于近临界状态、 密度变化大所致
第三章．超临界二氧化碳驱油实验
• 在一维的人造模型上进行了溶剂驱替物理 模拟实验，主要是测试原油与CO2：的可 混性以及最小混相压力。实验装置为长约 10 m、内径为3．8 mm 的一维人造多孔介 质螺旋状不锈钢盘管，紧密地填充200目的 纯净石英砂，充填层的孔隙度为39％ ，实 验恒温90℃。所用CO2：纯度为99．9％ ， 所用原油为大庆榆树林油田地层原油。
• ① 使地面修井复杂化，工作受高速气流的威胁， 干冰经常形成豌豆及石子大小颗粒以高的速度喷 出，对人造成伤害； • ② 形成的水合物聚集在封井器、井口及其它地面 设备里； • ③ 冷CO２ 使大气水分冷凝在井口周围形成白雾， 影响视线； • ④ 井口排出的游离油和冷凝的混合相聚集地面， 造成火灾隐患； • ⑤ 固体干冰小颗粒堵塞管线，形成冰堵。
第二章．超临界二氧化碳萃取在工 业上的应用
• (1)萃取速度高与液体萃取，特别适合 于固态物质的分离提取； • (2)在接近常温的条件下操作，能耗低 于一般精馏发，适合于热敏性物质和易氧 化物质的分离； • (3)传热速率快，温度易于控制； • (4)适合于挥发性物质的分离
• 超临界CO2表面张力等于零，黏度非常小，可算 悉数很大。因此超临界二氧化碳打到地层里面具 有无孔不入的性质，进入各种微小的空隙中，驱 替出来空隙中的油气。与注水相比，CO2的表面 张力低而黏度低，流度大，可以降低所需要的驱 替压力。CO2对岩石的亲和力强，有利于驱替出 岩石表面吸附的油气。 • 超临界CO2的另一个优势在于：它的溶剂化能力 很强，可以溶解井底周围地层中的重油和有机质， 改善地层的流动状况。井底压降主要集中在井底 附近很小的范围内，提高这一范围地层的渗透率 对采油有重大意义