一简述二氧化碳混相驱的机理混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相,消除界面,使多孔介质中的毛细管力降至零,从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油,原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。
根据不同注入气体及其与原油系统的特性,混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几种方式。
而CO2混相驱一般属于多级接触混相驱。
通过适合CO2驱的油藏筛选标准可知稀油油藏主要采用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,处于超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力,CO2注入浓度越大,油水相界面张力越小,原油越易被驱替。
水、气交替注入时,水对混相有不利的影响。
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。
混相驱油是在地层高温条件下,原油中轻质烃类分子被CO2:析取到气相中,形成富含烃类的气相和溶解CO2的液相(原油)两种状态。
其驱油机理主要包括以下三个方面:(1)当压力足够高时,CO2析取原油中轻质组分后,原油溶解沥青、石蜡的能力下降,重质成分从原油中析出,原油黏度大幅度下降,提高了油的流动能力达到混相驱油的目的。
在适合的储层压力、温度及原油组分等条件下,临界CO2:与原油混合,形成一种简单的流体相。
(2) CO2在地层油中具有较高的溶解能力,从而有助于地层油膨胀,充分发挥地层油的弹性膨胀能,推动流体流人井底。
(3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减小。
随着压力的增加,原油一空气系统的表面张力减小不大,这是由于氮气(空气的主要成分)在油中的溶解度极低,因此,系统的表面张力随压力变化缓慢。
对于原油一CO2系统,由于CO2的饱和蒸汽压很小,在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度,因此原油一CO2系统的界面张力随着压力增加而快速下降。
对于原油一天然气系统而言,天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度,故界面张力随压力增加而急剧降低。
对有溶解气的油一水体系,溶解气量的多少,对油一水两相间的界面张力起着决定性的作用。
当压力小于饱和压力时,压力升高,界面张力增大,这是由于当压力小于饱和压力前,气体在油中的溶解度大于在水中的溶解度,使油一水间极性差更大而引起的;当压力大于饱和压力时,随着压力增加,界面张力变化不大,因为在高于饱和压力后,增加压力不会增加气体的溶解度,而仅仅是对流体增加了压缩作用。
二谈谈聚合物溶液的稳定性聚合物溶液稳定性1 力学稳定性:结合连续性方程、运动方程和本构方程,使用计算流体动力学软件Polyflow,计算了聚合物溶液作用在亲油岩石表面上的残余油膜的应力。
计算结果表明:聚合物溶液的粘弹性越大,作用在残余油膜上的应力越大,越有利于油膜的变形;流道宽度越大,作用在油膜上的偏应力越大,越有利于提高驱油效率。
2 溶液粘度对温度的依赖性:拿酪蛋白溶液来说明,酪蛋白溶液的粘度随着温度的升高逐渐降低. 相同温度条件下, 酪蛋白溶液的粘度随着放置时间的延长而逐渐下降. 并且随着温度的升高, 粘度随时间延长下降的幅度增大, 温度越高, 酪蛋白溶液粘度越早趋于平稳. 在较低温度时,酪蛋白溶液中加入Cu2 + , 溶液粘度增加; 而在较高温度时, Cu2 +的加入对酪蛋白溶液粘度影响不大。
3溶液的热稳定性:对于交联聚合物溶液的热稳定性,在较低温度下(40~60℃),HPAM与ALCit反应所形成的LPS能够长时间的稳定存在,对于1.2um的核孔膜有很好的封堵效果。
而在较高温度下(70~110℃),所形成的LPS很快降解,不能对核孔膜形成有效封堵;温度越高,降解速率越快,对核孔膜的封堵性能越差。
LPS高温降解后封堵性能下降的原因是LPS中交联聚合物线团(LPC)尺寸变小,平均表现流体力学半径从降解前的292nm减小到39.9nm左右。
HPAM高温降解后与ALCit反应所形成的交联体系不能对1.2um的核孔膜产生有效封堵。
4 化学稳定性:以往的前人实验结果可知:随着ΡH 值的减小, 粘度将迅速降低。
非离子型聚合物HEG, 水溶液的粘度几乎不受ΡH变化的影响;溶液粘度随盐含量的增加而降低, 随溶液浓度的增加而增高;实验结果, 可知在聚合物溶液中适量添加STP , 可使溶液粘度增高。
5 微生物酶解作用:天然植物胶衍生物HEG耐微生物酶解作用甚差, 在空气中存放3天后的溶液粘度显著下降。
其它试样耐酶解性尚好。
三某一种提高采收率的方法进行论述注CO2提高采收率技术随着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。
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。
注CO2 的效果非常明显,而且利用CO2可以减轻温室效应,因此注CO2技术在全球得到推广运用。
目前世界经济迅猛发展,对能源尤其是石油的需求量不断增加。
石油作为有限非再生能源,再发现较大储油油田的机遇减少,已开发油田正在老化,未开采的油田多为稠油油田,这就迫使人们把注意力投向提高老油田采收率技术上。
因此,提高油田的原油采收率(EOR,即Enhanced Oil Recovery) 日益成为国际上石油企业经营规划的一个重要组成部分[1]。
1CO2驱油现状目前世界上已形成提高采收率四大技术系列,即化学法、气驱、热力和微生物采油,CO2驱油法便是气驱的一种。
在国外,注CO2技术主要用于后期的高含水油藏、非均质油藏以及不适合热采的重质油藏。
推广CO2驱油的主要制约因素是天然的CO2资源、CO2的输送及CO2向生产井的突进问题以及油井及设备腐蚀、安全和环境问题等。
为解决以上问题,提出了就地CO2提高原油采收率技术,这种技术是向地层中注入反应溶液,使其在油藏条件下充分反应而释放出CO2气体,CO2气体溶解于原油之中,降低原油粘度,膨胀原油体积,从而达到提高原油采收率的目的。
该项技术优势在于可在地层中就地产生CO2驱替剂,不需要使用过多的地面设备,不会对设备产生腐蚀,减少了环境污染,降低了费用增加投入产出比[2]。
2.注CO2驱油机理[3]根据注CO2的作用机理,分为CO2吞吐、非混相驱、混相驱。
CO2提高原油采收率的主要作用有促使原油膨胀、降低粘度、溶解气驱、降低界面张力等。
2.1 CO2吞吐CO2吞吐的实质是非混相驱,其驱替机理是:使原油体积膨胀,降低原油界面张力和粘度,溶解气驱,驱替吮吸滞后产生相对渗透率变化,降低残余油饱和度;另外,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,提高驱油效率。
CO2吞吐石油提高采收率的原因在于:(1)CO2在原油中的溶解度高,因体积膨胀,油相渗透率提高,致使驱油效率提高6%~10%。
CO2溶于原油中,能大幅度的降低原油的粘度,促使原油流动性提高。
(2)CO2易溶于水,可导致水的粘度增加,流动性降低,从而使油水的粘度比随着水的流动性的降低而增大。
CO2溶于水之后形成碳酸水,有一定的酸化作用,可提高储层的渗透性,注入井的吸收能力增强。
室内试验表明,砂岩渗透率可以提高5%~15%,白云岩渗透率可以提高6%~75%。
同时,CO2溶于水后,可降低油水的界面张力,提高驱油效率。
(3)CO2的注入能很大程度影响相渗曲线特征,最终使残余油饱和度明显降低。
因为CO2在油水系统中有很好的扩散作用,而使CO2在油水系统中得以重新分配和相系统平衡稳定。
CO2可促使原油中的轻质烃抽提出来,提高石油采收率。
2.2 CO2混相驱混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相,消除界面,使多孔介质中的毛细管力降至零,从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油,原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。
根据不同注入气体及其与原油系统的特性,混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几种方式。
而CO2混相驱一般属于多级接触混相驱。
通过适合CO2驱的油藏筛选标准可知稀油油藏主要采用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,处于超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力,CO2注入浓度越大,油水相界面张力越小,原油越易被驱替。
水、气交替注入时,水对混相有不利的影响。
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。
2.3 CO2非混相型从混相原理上可知,随着压力增加,即使是用贫气驱动含中间分子量烃较少的重油,它们之间也有可能达到混相,但要求的混相压力极高,这在油藏注气工程中有时是不可能达到的。
此时注气只能是非混相驱替。
烃气在原油中有一定的溶解度,一定压力下溶解气可以改变油流特性,同时不混相的气液之间存在传质作用。
因此,非混相驱替也会使原油采收率有所提高。
非混相驱采油的主要机理是:(1)有限量的蒸发和抽替;(2)降低原油粘度;(3)原油膨胀;(4)降低界面张力。
非混相驱的特征是:(1)注入溶剂时,一些溶于油藏流体中,一些保留为上相,因此形成两相体系。
(2)形成的上相向前运移,与更多的油藏流体接触,从油藏流体中抽提(萃取)出一些中间烃组分,或原油从溶剂中抽提一部分中间烃组分。
上相抽提的组分不足以在排驱前缘或后缘达到混相。
(3)由于高的流度,上相继续在前面流动,一些溶解于液相(油藏流体),更多的是从原油中抽提或从上相凝析中间烃组分,但永远达不到单相体系。
3 CO2驱油影响因素分析影响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[4]。
其中,储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等,流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。
3.1 储层特征影响因素分析(1)渗透率、平面非均质性影响因为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。
改变平面非均质系数,计算不同平面非均质系数下的原油采收率,分析可知,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已从高渗透层突入到生产井中,产生粘性指进[8],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kv/Kh 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。
3.2 流体性质影响因素分析(1)浮力、重力影响因素。
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,CO2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CO2气体的体积波及系数,导致采收率下降。