二氧化碳驅(qū)油原理

第一章二氧化碳驅(qū)油機理第一節(jié)驅(qū)油機理22CO是一種在油和水中溶解度都很高的氣體，當它大量溶解于原油中時，可以是原油體積膨CO溶于水后形成的探究還可以起到酸化作用。它不受井深、溫度、壓力、地層水礦化度等條件的影響，由于以上各種作用和廣泛的222使用條件，注CO提高采收率的應(yīng)用格外廣泛。222 人們通過大量的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，都證明白CO是一種有效的驅(qū)油劑，并相繼提出了很多注入方案。包括：連續(xù)注CO氣體；注碳酸水法；注CO氣體或液體段塞后緊接著注水；注CO2氣體或液體段塞后交替注水和CO2氣體〔WAG法)；同時注CO222 222 2 2 2 2 2 連續(xù)注入CO驅(qū)替油層時，由于不利的流度比及密度差，宏觀涉及系數(shù)很低，CO用量比較CO段塞在經(jīng)濟上更有吸引力。用碳酸水驅(qū)油實質(zhì)是利用注入的水和CO溶液與地層油接觸后，從其中集中出來的CO來驅(qū)油，但此集中過程較慢，與注入純CO段塞相比到達的采收率比較低。注CO段塞的工藝包括；注COCOCO222 2 2 2 2 2 注水系統(tǒng)同時注水和CO〔見以下圖沃納〔Warner1977〕和費耶爾斯〔Fayers〕等人在模擬爭論中證明，WAG注入法要比連續(xù)CO2可采出潛在剩余油量的20%；注入CO225%WAG38%；同時注入氣與水可47%的原油，但此法仍存在著嚴峻的操作問題。由此看來，WAG法仍舊是最經(jīng)濟可行的CO2驅(qū)工藝，但它不適合于低滲透砂巖，由于在這種砂巖中，由于水的流度很低，變換注入方式可能造成注入速度嚴峻降低。不管CO2是以何種方式注入油層，CO2之所以能有效地從多孔介質(zhì)中驅(qū)油，主要是由于以下各因素作用的結(jié)果：使原油膨脹；降低原油粘度；轉(zhuǎn)變原油密度；對巖石起酸化作用；可以將原油中的輕質(zhì)餾分汽化和提取；壓力下降造成溶解氣驅(qū)；降低界面張力；CO2驅(qū)工程來說，其主要驅(qū)替特效性應(yīng)處于圖1-2中所示的五個區(qū)域中的一個：1：低壓環(huán)境；2：中壓、高溫環(huán)境；3：中壓、低溫環(huán)境；4：高壓環(huán)境；5：高壓、低溫〔液體〕環(huán)境。當CO2處于-56.6OC,0.422MPa時，固體、液體和氣體同時存在，即三相點。當二氧化31○C，7.39MPa31○C時，壓力增1.31.4。就是二氧化碳提高原油采收率的關(guān)鍵。下面具體分析二氧化碳驅(qū)油提高采收率的機理。降低原油粘度二氧化碳溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大，見表。40○C時，二氧化碳溶于瀝青可大大降低瀝青的粘度。溫度較高時12C以上上升，降粘作用隨之提高。但是，壓力過高，假設(shè)壓力超過飽和壓力時，粘度反而上升。原油粘度降低時，原油流淌力量增加，從而提高原油產(chǎn)量改善原油與水的流度比45○C12.7MPa油田注入水中的溶解度為5〔質(zhì)量，而在大慶油田原油中的溶解度為15〔質(zhì)量；由于大量二氧化碳溶于原油中9.8mPs降到2.9mP17.2，化碳溶于水中，可使水的粘度提高20%以上，見圖，同時也降低了水的流度。由于碳酸化以后，油和水的流度趨向靠近，所以改善了油與水流度比，擴大了涉及體積。使原油體積膨脹子量的大小，而取決于二氧化碳的溶解量。二氧化碳溶于原油，使原油體積膨脹液體內(nèi)的動能，從而提高了驅(qū)油效率。大慶勘探開發(fā)爭論院用薩爾圖油田南4-丁2-346氧化碳溶于原油后，油相的體積與原始油樣的體積比與壓力的關(guān)系。8006.7MP0.798g/c3二氧化碳純度96.86，試驗溫度48C，測試壓力7.00~28.12MP。試驗結(jié)果如圖分別表示原油樣體積與二氧化碳體積比1：1.71：1.6的狀況。當壓力上升到10.55MPa理。使原油中輕烴萃取和汽化當壓力超過肯定值時，二氧化碳混合物能使原油中不同組分的輕質(zhì)烴萃取和汽化。S·B·MikaelF·S·Palmer對路易斯安娜州承受二氧化碳混相驅(qū)的SU64號井的產(chǎn)該井注二氧化碳〔CO284%11%5%〕0.8398；1982年注入CO2混合物后，初期產(chǎn)出油平均相對密度漸漸上升，從0.75870.8815；這說明原油中輕質(zhì)烴首先萃取和汽化，以后較重質(zhì)烴也被汽化產(chǎn)出，最終到達穩(wěn)定。但是，注入CO2混合物后，產(chǎn)出油的最大相對密度是0.8251；1984產(chǎn)出油的相對密度為0.8251；1985年以后產(chǎn)出油相對密度根本穩(wěn)定在0.81550.8398注入CO2混合物確實存在原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化現(xiàn)象。萃取和汽化現(xiàn)象是CO2混相驅(qū)油的重要機理。10.3MPa時，CO27.85MPa時，采收率就相當高，可以高達90%?；煜嘈?yīng)混相的最小壓力稱為最小混相壓力〔MMP)。最小混相壓力取決于CO2的純度、原油組分和油藏溫度。最小混相壓力隋朝油藏溫度的增加而提高；最小很想壓力隨著原油中C5以上組分分子量的增加而提高；最小混相壓力受CO2純度〔雜質(zhì)〕的影響，假設(shè)雜質(zhì)的臨界溫度低于CO2的臨街溫度，最小混相壓力減小，反之，假設(shè)雜質(zhì)的臨界溫度高于CO2的臨界溫度，最小混相眼里增大。CO2CO2和輕質(zhì)烴混合的油帶oilbankin。油帶移動是最有效的驅(qū)油過程，它可以使采收率到達90以上。分子集中作用非混相CO2驅(qū)油機理主要建立在CO2溶于油引起油特性轉(zhuǎn)變的根底上。為了最大限度地降低油的粘度和增加油的體積，以便獲得最正確驅(qū)油效率，必需在油藏溫度和壓力條件下，要有足夠的時間使CO2飽和原油。但是，地層基巖是簡單的，注入的CO2也很難與油C2過程是很慢的。特別是當水相將油相與CO2氣相隔開時，水相阻礙了CO2分子向油相中的集中，并且完全抑制了輕質(zhì)烴從油相釋放到CO2相中。在三次采油中，通過CO2驅(qū)動水驅(qū)替后的剩余油的機理至今還沒有完全把握。假設(shè)是因為油碰撞的結(jié)果，則油水彎月面的變化，引起毛細管力平衡的破壞，相的重排列可能導致油的流淌。假設(shè)水相被完全驅(qū)替，油和CO2直接接觸，將使原油降粘和膨脹，增加了原油的內(nèi)能，也可導致采收率提高。不管是哪種作用，都必需有足夠的時間使CO2分子充分地集中到油中。在高溫順高壓條件下，在現(xiàn)場測定CO2集中系數(shù)是格外困難的，通常用下面的閱歷公式進展計算。CO2在油中的集中系數(shù)0Ds.0=1.41×10-10μ-0.4900式中 Ds·o——CO2在油中的集中系數(shù)，m2/s；μ——油的粘度，mPa·s。0CO2在水中的擴展系數(shù)：Dsw5.7210-12 T式中 Ds·w——CO2在水中的集中系數(shù)，m2/s；T——溫度，K；wμ——水的粘度，mPa·s。w假設(shè)CO2通過水堵段的集中距離是X，通過水堵段集中所需的時間是t，可用下式表示它們之間的關(guān)系。t=X2/Ds·w也可以用試驗室?guī)r心驅(qū)集中時間，計算現(xiàn)場CO2集中時間。Xpt tp e

( )2Xe式中 tp——現(xiàn)場CO2集中時間；te——試驗集中時間；X——現(xiàn)場集中距離；XpXe——試驗集中距離。降低界面張力試驗證明：剩余油飽和度隨著油水界面張力減小而降低；多數(shù)油藏的油水界面張力為10~20mN/m，想使剩余油飽和度趨向于零，必需使油水界面張力降低到0.001mN/m或者更低。界面張力降到0.04mN/m一下，采收率便會更明顯地提高。CO2驅(qū)油的主要作用是使原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化，大量的烴與CO2混合，大大降低了油水界面張力，也大大降低了剩余油的飽和度，從而提高了原油采收率，見圖。從圖中可以看出，隨著見面張力的降低，采收率漸漸提高。溶解氣驅(qū)作用大量的CO2溶于原油中，具有溶解氣驅(qū)作用。降壓采油機理與溶解氣驅(qū)相像，隨著壓力下降CO2從液體中溢出，液體內(nèi)產(chǎn)生氣體驅(qū)動力，提高了驅(qū)油效果。另外，一些CO2驅(qū)替原油后，占據(jù)了肯定的空隙空間，成為束縛氣，也可使原油增產(chǎn)。提高滲透率CO2藏更有利于CO2驅(qū)油。其次節(jié)驅(qū)油機理的綜合利用CO2因CO2溶于原油后使原油體積膨脹、粘度降低等轉(zhuǎn)變油流特性的有點。在美國，由于存在豐富的CO2自然氣源，所以CO2驅(qū)得到廣泛的應(yīng)用，并被認為是最有潛力的油田開采方法。依據(jù)國內(nèi)外大量CO2驅(qū)油現(xiàn)場試驗資料分析，綜合利用CO2驅(qū)油機理的驅(qū)油方式主要有一下幾種：二氧化碳混相驅(qū)替在混相驅(qū)替過程中，CO2面張力等作用是CO2驅(qū)重要的提高采收率的機理。由于受底層裂開壓力等條件的限制，混相驅(qū)替只適用于oAPI重度比較高的輕質(zhì)油藏。CO2混相驅(qū)替在淺層、深層、致密層、高滲透層、碳酸巖層、沙巖中都有過應(yīng)用閱歷，分析以往閱歷，CO2混相驅(qū)對開采下面幾類油藏具有更重要的意義。水驅(qū)效果差的低滲透油藏；水驅(qū)完全枯竭的砂巖油藏；接近開采經(jīng)濟極限深層、氣質(zhì)油藏；利用CO2重力穩(wěn)定混相驅(qū)開采多鹽丘油藏。二氧化碳非混相驅(qū)CO2CO2非混相驅(qū)的開采機理，也能到達提高原油采收率的目的主要應(yīng)用包括：2〔1〕可用CO2但由于油藏中存在的游離氣相將分散CO及效率增大。2特別是對于低滲透油藏，在不能以經(jīng)濟速度注水或驅(qū)替溶劑段塞來提高油藏的壓力時，承受注CO2就可能辦到，由于低滲透性油層對注入CO2這類低粘度流體的阻力很小?！?)重力穩(wěn)定非混相驅(qū)替。用于開采高傾角、垂向滲透率高的油藏?！?)重油CO2驅(qū)，可以改善重油的流度，從而改善水驅(qū)效率?！?)應(yīng)用CO2驅(qū)開采高粘度原油。這種單井開采方案通常有用那些在經(jīng)濟上不行能打很多井的小油藏藏也可使用。此種三次采油方式最適合那次額不能承受油田范圍id很大前沿投資的油藏。周期性注入CO2與重油的注蒸汽增產(chǎn)措施相像，但它不僅限于重油開采，而且已成功的用CO2濟極限。該方法的一般過程是把大量的CO2注入到生產(chǎn)井底，然后關(guān)井幾個星期，讓CO2滲入部的剩余油也是可能的。CO2其次章影響二氧化碳驅(qū)油的因素第一節(jié)油藏條件對二氧化碳驅(qū)油的影響油藏深度對二氧化碳的驅(qū)油的影響CO2CO2混相壓力〔MMP)隨著油藏溫度增加而增加，見圖，也可以用下式表示：MMP=Po+γT 〔1〕式中 Po和γ值取決于原油組分，他們反映了原油組分和CO2最小混相密度之間的關(guān)系；他們是建立在CO2能是原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化的根底上。其值可以從表中查出油組分和需要的CO2密度關(guān)系表T是油藏溫度，由下式表示

T=Ts+Gd

〔2〕式中 Ts——年度平均地面溫度，oC；G——地熱梯度，oC/m；d——油藏深度，m；21得：MMP=Po+γ〔Ts+Gd〕 〔3〕由式3可以看出，最小混相壓力隨油藏深度增加而增加。油藏深度有關(guān)，見圖由圖可以看出，裂開壓力梯度隨油藏深度的增加而增加，也可用下式表示：gf=1.0-B·e-Adf式中 g——裂開壓力梯度，MPa/m；fAB——擬合參數(shù)，可由表查出。

〔4〕眾所周知，裂開壓力是依據(jù)裂開壓力梯度計算的，計算公式如下：P式中 ——裂開壓力Pf

Pf=gfd=d(1-B·e-Ad)

(5)由式5比最小混相壓力隨油藏深度增加的更快。CO2混相驅(qū)極限定義為裂開壓力與最小混相壓力的差，用下式表示：fΔP=P－MMPf式中 ΔP——CO2混相驅(qū)壓力極限。把〔3〕式和〔5〕式代入〔6〕式得

(6)ΔP=d(1－γG－B·e-Ad〕－Po－γT 〔7〕由〔7〕式和圖可以看出，CO2混相驅(qū)壓力極限ΔP隨著油藏深度的增加而增加。從上面的分析可以看出，無論是最小混相壓力，還是CO2混相驅(qū)油壓力極限，都隨著油藏深度的增加而增加。這說明油藏深度對CO2混相驅(qū)油確實存在影響。油藏非均值性質(zhì)對二氧化碳去驅(qū)油的影響油藏非均值性影響CO2驅(qū)油的緣由是由于原油的粘度比CO2的粘度高得多。地層對原油的滲透率〔Ko〕比地層對CO2的滲透率〔KCO2〕低得多。依據(jù)流體流度的概念，CO2的流度〔KCO2/μco2〕比原油的流度〔K0/μ0〕大的多。所以簡潔造成CO2串流、效果越差。除非想方法降低CO2的流度，轉(zhuǎn)變油和CO2的流度比，才能提高CO2的掃油效率。還可以用地層垂向滲透率與水平向滲透率比〔Kv/Kh〕CO2驅(qū)油的影響，見圖。Kv/Kh值減小時，CO2段塞法和CO2與水同時注入法都顯示采收率增加。當Kv/Kh0.01時，CO2與水同時注入方法對Kv/Kh值變化的靈敏成都比CO2段塞法小?？墒?，當Kv/Kh0.01時，與所用的CO2注入方法根本無關(guān)，兩條線根本平行。這是由于Kv/Kh0.01，說明KvKh來說相當小，所以能有效地阻擋CO2和水的重力分別。在上述條件下，兩種方法采收率之間的差異，不是校友0.01的Kv/KhCO2與水同時注入時固有的良好流度掌握引起的。還可以用非均質(zhì)系數(shù)的概念，在進一步分析非均質(zhì)性對CO2驅(qū)油的影響。油藏的滲透率與最大滲透率的比，用下式表示：K Kk K

(8)maxK式中 ——油藏非均質(zhì)系數(shù)，無因次；Kk——油藏平均滲透率，μ㎡；K——油藏最大滲透率，μ㎡；KmaxKoval下式表示：HMM”

(9)式中 H——非均質(zhì)程度〔非均質(zhì)系數(shù)，無因次；M——有效流度比，被驅(qū)動流體的流度/驅(qū)動流體的流度，無因次；M＇——有效粘度比，被驅(qū)動流體粘度/驅(qū)動流體粘度，無因次。8989則動態(tài)的描述了油藏的非均質(zhì)性，后再在三次采油過程中更有意義。對于滲透率為正態(tài)對數(shù)分布的非均質(zhì)連續(xù)層油藏來說，累積注入流體量可用下式表示：

2f QMM”(1f)f

2exp k

inverfc 2 k

m”(1f)f式中 Q——以孔隙體積表示的積存注入流體量，無因次；ｆ——注入流體的產(chǎn)量，無因次；δk假設(shè)把注入流體的突破定義為注入流體濃度到達某一值時，那么，Q就近似對于托破時的采收率。因而，從式〔10〕可以得出這樣的結(jié)論：CO2驅(qū)油效率與原油和CO2的有效粘度比C2的產(chǎn)量〔ｆ〕和正態(tài)分布標準方差〔δ〕有關(guān)。而f和

這三個參k k數(shù)都與油藏非均質(zhì)程度有關(guān)，所以油藏非均質(zhì)程度影響CO2的驅(qū)油效果。2依據(jù)上面分析可以得出，嚴峻層狀非均質(zhì)性和裂縫性油藏應(yīng)避開承受CO混相驅(qū)。2油藏壓力對二氧化碳驅(qū)油的影響2 2 2 2 2 CO驅(qū)油有兩種類型-混相驅(qū)油和非混相驅(qū)油。假設(shè)油藏壓力高于CO與原油的最小混相壓力，向油藏注入CO才有可能實現(xiàn)CO混相驅(qū)油；假設(shè)油藏壓力低于CO與原油的最2 2 2 2 2 22CO驅(qū)油過程中，無論是混相驅(qū)還是非混相去，注入壓力越高，驅(qū)油機理越能充分發(fā)揮作用。試驗證明，CO非混相驅(qū)油效果雖然不如混相驅(qū)油效果好，但也具有較高的驅(qū)油效果，并隨著驅(qū)動壓力的提高而增加，如下圖。22245℃的油層溫度下所做的CO驅(qū)油試驗效果。2由于油層允許的最大工作壓力〔驅(qū)動壓力〕必需小于油層裂開壓力，所以最大注氣壓力等于油層允許的最大工作壓力加上井筒摩擦阻力減去井筒氣柱壓力800～1200m時井口允許的最大注氣壓力，見表。大慶油田井口允許的最大注氣壓力油藏溫度對二氧化碳驅(qū)油的影響油藏溫度小于120℃時，能順當?shù)叵虻貙幼⑷隒O2，實現(xiàn)混相驅(qū)油。并且，在其它條件一樣的狀況下，地層溫度較低時，更簡潔實現(xiàn)CO2混相驅(qū)油。假設(shè)油藏溫度較高，要實現(xiàn)CO2混相驅(qū)油就比較困難，這是由于所需要的最小混相驅(qū)油壓力隨著油藏溫度的上升而增加，見圖。圖是用長12.2C20.8708相對密度的原油。假設(shè)油藏溫度從44.4121.1℃,最小混相壓力也從12.6MPa20.96MPa。巖石潮濕性對二氧化碳驅(qū)油的影響E·T·S·HuangL·W·Hol用不同的潤濕性的貝雷砂巖巖心〔3.8×3.8×12.9cm〕進展了CO248.917.2Mpa的壓力下進展的，試驗結(jié)果見表巖心水潮濕混合潮濕油潮濕巖心水潮濕混合潮濕油潮濕開頭油飽和度/%PV水驅(qū)后剩余油飽和度/%PVCO2驅(qū)后剩余油飽和度/%pvCO2段塞+水與CO交替注入2≠11155846363606072663629292844341279730221921141034230.4PVCO22%的鹽水；0。8PVCO2交替流體〔水/CO2=1：1〕2%的鹽水。L·M·Holm等人也曾用貝雷砂巖心進展了CO2與水同時注入是三次采油是顏，試驗的結(jié)果見圖。從圖中可以看出，CO2CO2性對CO2驅(qū)油效果的影響較大，隋朝注入CO2孔隙體積百分數(shù)的削減，剩余油采收率快速下降。而油潮濕性對CO2驅(qū)油效果的影響卻較小，隨著注入CO2空隙提提百分數(shù)的削減，剩余油采收率緩慢下降。CO2驅(qū)油的影響在CO2去有中，地層水或注入水會溶解一局部注入的CO2。這就削減了CO2的有效驅(qū)油體積。CO2加而削減，見圖。水中溶解的CO2在水中的溶解度隨水中含鹽量的增加而削減；隨壓力的增加而增加；隨溫度的增加而削減，見圖。水中溶解的CO2增加，水的粘度增加，流度降低，因而改善了油與水的流度比，從而提高了涉及效率。其次節(jié)CO2驅(qū)油的影響５ ５ 原油組分主要指的是C~C30C~C30了解C~C12和C５ ５ ~C12烴的含量對CO2的最小混相壓力影響比C30烴的含量和類型影響更大。在長12.2~24.4m，之間0.63㎝的高壓管中布滿干凈的砂子，在不同的油藏溫度和壓力下進展了CO2驅(qū)替試驗，試驗結(jié)果見圖。14.60.63m57.2CO2驅(qū)油試90%以上。第三節(jié)二氧化碳含量對驅(qū)油的影響５ CO2之所以能與原油混相是由于原油中含有豐富的中〔C~C 〕組份，并且只有在足夠高的壓力〔最小混相壓力〕下，屢次與CO2接觸才形成混相。假設(shè)原油中缺乏中間組份，會嚴峻地影響CO2與原油混相，也會影響采收率。假設(shè)在CO2中參加肯定量的輕、中質(zhì)組份，不僅可以削減CO2５ CO2和C2~C6富化的CO2，在油藏溫度及與油藏實際注入一樣的注入壓力和注入量條件下，進展了以富化的CO2驅(qū)替雁翎原油的試驗，試驗結(jié)果見表。注入氣體注入氣組成/%注入壓力/MPa飽和壓力/MPa注入量/%PV采收率/%CO210037.72.4512075CO210027.92.4512055CO210020.812050CO2+〔C2~C6〕50+5027.912091CO2+〔C2~C6〕75+2527.912078T·G·MongerCO245%CO255%的甲烷混合氣進展了巖心吞吐驅(qū)替試驗，試驗條件見表，試驗結(jié)果見圖。CO2吞吐巖心驅(qū)替試驗條件從圖中可以看出，用純CO2驅(qū)油是，初始的水驅(qū)剩余油飽和度為0.437，其次個周期吞吐完畢0.3855甲烷富化的C2其次周期吞吐完畢時，油飽和度只有0.315。這充分說明用55%甲烷富化的CO2的驅(qū)油效果優(yōu)于用純CO2的驅(qū)油效果。大慶油田進展了CO2與原油接觸時，原油泡點壓力大變化試驗。試驗溫度48℃，油樣100ml5～10mlCO，測一次泡點壓力。測泡點壓力錢，是平和壓力比24～5MPa482～6h，然后測定泡點壓力。始終測到連續(xù)增加CO2用量泡點壓力不再上升為止。試驗結(jié)果見圖。圖說明，油相的泡點壓力隨著CO2含量的增加而上升。泡點壓力增加，說明自然氣在CO2含量低于20%時，泡點壓力上升比較緩慢，CO220%時，泡點壓力急劇上升，CO2含量到達32%以上時，油相上面開頭形成富含輕烴的高密度CO2這時，注入的CO2已不能全部溶解在原油中。所以，CO232%以后，CO2的用量是不是CO2在原油中的溶解量。這時測得的泡點壓力也不是真實的泡點壓力，而是在液氣平衡條件下油相的飽和壓力。從圖可以看出，CO232%，曲線上面是單液相，曲線下面是液氣平衡體系。CO232%CO248%時間是液氣平衡條件下油相的飽和壓力，它不再隨著CO2含量的增加而上升。第四節(jié)二氧化碳驅(qū)替速度對驅(qū)油的影響2JShelton等人，用富化氣和CO〔見表試驗。試驗是在48.9℃的溫度和11.5MPa的壓力下進展的，試驗中，始終連續(xù)注入幾個空隙體積〔PV)的溶解，知道采收率根本不再增加位置，試驗結(jié)果見圖。2驅(qū)油需要完成組份傳遞或微觀繞流和集中。從圖中還可以看出CO2屢次接觸混相驅(qū)油的效果隨著驅(qū)替速度的變化比富化氣更敏感，也就是說，隨著CO2驅(qū)替速度的增加，剩余油飽和度增加，驅(qū)替效率快速下降。而富化氣CO2的分子量比富化氣更高，所以比富化氣中的富化組份集中的更慢。因此，在CO2混相驅(qū)中，CO2驅(qū)替速度進展優(yōu)選是格外必要的。通常，前沿推動速度應(yīng)掌握在等于或小于臨界速度下，臨界速度用下式表示： u 0 s

〔11〕c式中 k——滲透率，μ㎡；

0 sρ0——油的密度，g/cm3；ρs——油的粘度，mPa·s；μs——溶劑的粘度，mPa·s；在重力穩(wěn)定驅(qū)油狀況下，把達西定律用于溶劑〔CO2)和油。假設(shè)uZ方向向前推動時，單位橫截面積的體積流速，就可以得到如下關(guān)系式：u

kd((

p)

k

(dp)

〔12〕2可導出：

d s s z

d 0 00 zd( p)d zd

usku

gs

〔13〕( p)d z

0k

g依據(jù)穩(wěn)定驅(qū)油的標準，假設(shè)：

usk

u 0gus k 0即，假設(shè)：0u00

skgs

〔14〕此時，水平界面見保持穩(wěn)定，換言之，假設(shè)速度的值等于或者小于臨界速度uc時，那么水平界面將是穩(wěn)定的。依據(jù)臨界速度的定義，方程〔14〕的右邊恰是臨界速度。以為在CO2混相驅(qū)油時，前沿向于舌進和指進，導致垂向和水平向涉及效率變差。因此，為了到達較高的采收率，工藝上都推舉在等于或者低于臨界速度的驅(qū)替速度下進展混相驅(qū)油。第五節(jié)集中對二氧化碳混相驅(qū)段塞大小和驅(qū)油效率的影響2A·T·Crongan等人進展了集中對CO2混相驅(qū)段塞大小和驅(qū)油效率的影響爭論。爭論溶劑〔CO〕后，會形成大量的通過界面的流竄，這會導致整個油藏趨向于均勻涉及，這就2是橫向集中作用的影響。通常選擇的層間橫向集中系數(shù)比為1.25~3.75。假設(shè)兩層間橫向集中界濃度而降低了段塞的驅(qū)油效率。0.5~0.9之間。A·T·Crogan等人建立了影響驅(qū)油效率的各參數(shù)間的關(guān)系式。假設(shè)兩層間流體的流速及集中系數(shù)，就可用下式推測有限段塞的涉及效率：E as

a(1

2a(

2a(

)2a4

(s)21

(15)式中 Es——涉及效率，%；γγ=1.25～2.25；v vγ——段塞注入開頭時層間集中系數(shù)之比，通常選γ

=1.2～1.8；ki kiγ——段塞注入完畢時層間集中系數(shù)之比，通常選γ=1.25～3.75；kt ktS1此式系數(shù)值為：α=0.0440α=-0.0011α=0.0052α=-0.0013α=0.0144α=-0.00035從式〔15〕可以看出，涉及效率隨層間流體的流度比和層間集中系數(shù)比而變化。涉及效率：Es=α0+α1〔γv)2＋α2(γki)+α3(γkt)2+α4〔c+1)+α5〔c+1)2+α6〔c+1)3 〔16〕式中 c——注入段塞濃度，%；此式系數(shù)值為：α=3.2450α=-0.0091α=0.0042α=-0.0023α=-4.6944α=2.4795α=-0.4766從式〔16〕可以看出，涉及效率隨著注入段塞濃度的變化而變化。由下式可以推測在油藏條件下，段塞大小與最大采收率的關(guān)系：Es=α0+α1〔γv)2＋α2(γki)+α3(γkt)2+α4〔R)+α5〔R)2+α6ln(R)式中 R——段塞大小，%PV；

(17)此式系數(shù)值為：α0=-88.065α1=0.229α2=0.523α3=0.1461α=-434.5354α=-545.5495α=23.3826由式〔17〕比和溶解段塞的大小而變化。第四章二氧化碳的來源及其凈化處理2油田現(xiàn)場混相驅(qū)需要大量的二氧化碳。一個1.6×107m3儲量的大型混相驅(qū)，在幾年到10年或者更長的一段時間里，可能需要1.4×109~2.8×109m3的二氧化碳。即使是一個1.4×105~2.8×105m3CO，因此油田CO2混相驅(qū)能否順當進展，經(jīng)濟效益如何，都與二氧化碳的來源有親熱的關(guān)系。下面介紹二氧化碳的可能來源。2一、二氧化碳的來源二氧化碳可以從以下幾個途徑中得到：自然的二氧化碳礦藏2二氧化碳有時以接近純CO的形勢或與氮氣、烴氣一起儲集在地層中。在美國某些地區(qū)的井就能產(chǎn)出接近純的二氧化碳或具有高二氧化碳濃度的氣體碳礦藏的地區(qū)一般集中在西部和西南部的州及密西西比中部化碳資源，二氧化碳混相驅(qū)進展的特別快，而且還被認為是最有潛力的驅(qū)替方法。2自然氣處理廠化碳氣體可用于二氧化碳驅(qū)工程。氨氣自然氣合成氨的副產(chǎn)品——二氧化碳中的二氧化碳濃度大約可達98%。這種高質(zhì)量的0~0.1MPa的壓力，并飽和有水。單個氨廠只能為混相驅(qū)供給有限的二氧化碳，常不到3×104m3/d，但有的也可以到達1.4×106~1.7×104m3/d這局部二氧化碳是油田進展先導性試驗或小型混相驅(qū)試驗最有價值的來源。電廠煙道氣電廠煙道氣是分布最廣的單個二氧化碳氣源。它含的CO2的濃度低〔6%~16%)這主要還包括氮氣和氧氣，煙道氣的壓力根本上只有0.1MPa的氣壓，為供給油田作為混相驅(qū)使用還必需對其進展精制、脫水并輸送到油田。其他氣源CO2CO2很有價值的油廠的制氫廠副產(chǎn)品，其含二氧化碳的濃度足以滿足油田應(yīng)用要求，除需要脫水和壓縮外，CO2H2SCO2，需要對其進行分別。作為環(huán)氧乙烷和丙烯〔有個字不生疏，沒五筆，不知道怎么打〕廠副產(chǎn)品的CO2濃度也很低，在用于混相驅(qū)前也需要進展精制。二氧化碳氣體分別技術(shù)CO2的分別技術(shù)。由于初始注氣所用的二氧化碳是外購的開支。因此，在二氧化碳通過油層產(chǎn)出后，就必需加以凈化和保存以備再注入，從而避開超量購置CO2并造成不允許的大氣污染。二氧化碳驅(qū)工程伴生氣的分別方法很多。主要有如下幾類：化學溶劑法；物理溶劑法；薄膜分別法及低溫分餾法?；瘜W溶劑法該工藝過程是將原料氣體和某種化學溶解接觸使其發(fā)生化學反響，酸氣成分 CO2(和H2S〕被吸取在溶劑中然后從富含CO2的溶液中汽提出CO2，到達分別的目的。〔ME乙醇胺〔DEA)、三乙醇胺〔TEA)、二甘醇胺〔DGA)、二異丙醇胺〔DIPA〕及甲基二乙醇胺〔MDEA〕等，而堿鹽溶液則以碳酸鉀最為典型。2圖所示為醇胺累脫出CO2的工藝流程簡圖。原料氣自下而上通過吸取塔，溶劑則從塔CO2被吸取在溶劑中由吸取塔底部排出到汽提塔進展汽提釋放出CO。2圖所示為使用碳酸鉀溶液脫出酸氣成分的苯菲爾〔Benfield〕方法流程圖。在吸取塔中〔0.7~14MPa表壓〕〔CO2和H2S)被吸取。富液壓力下降到接近常壓，并在再生塔中汽提以釋放出被吸取的酸性氣體。低；溶劑循環(huán)率高，需要較多的吸取裝置，因此投資及運行費用較大。物理溶解劑法物理溶解劑法是在肯定壓力下用溶解對酸性氣體進展物理吸取來脫除酸性氣成分發(fā)生化學反響。溶劑的再生則通過降壓來實現(xiàn)。典型的物理溶劑法有Shell公司的環(huán)丁砜〔Sulfinol)工藝和Norton公司的聚乙二甲醚〔Selexol〕用。聚乙二醇二甲醚工藝流程包括一個吸取塔和一套閃蒸和/或汽提的解析裝置。原料氣進溶液可送入汽提塔用空氣或惰性氣體解析掉剩余的酸性氣，再生過的溶劑送往吸取塔頂部〔見圖。溶劑中回收CO2并使之再生所需要的能量相當少。假設(shè)伴生氣是在較高壓力下采得，那么C2氣體吸取。通常要加到2.1~4.2MP〔表，這樣費用就昂貴了。薄膜分別法某些聚合材料制成的薄膜可用來分別氣體。70年月初消滅了高通量不對稱薄膜后，薄膜氣體分別法在經(jīng)濟上的競爭力開頭顯現(xiàn)出來。研制工業(yè)用的氣體分別薄膜還是70年月的事情，因此，薄膜分別法對提高石油采收率工程來說是一種較的氣體處理技術(shù)。同的氣體顯示不同的滲透率，即不同的氣體能以不同的滲透率透過薄膜，以CO2和甲烷為CO225倍之多。壓力是薄膜滲透的驅(qū)動力，當薄膜兩邊存在壓〔稱為滲透率側(cè)即低壓側(cè)側(cè)〔即高壓側(cè)〕形成殘留氣流。兩股氣流分別引出而到達氣體分別的目的。薄膜分別系統(tǒng)的主要性能取決于：原料氣成分和狀態(tài)〔壓力和溫度；滲透氣中CO2的純度要求；殘留氣體允許的CO2濃度；要求回收的CO2總量。薄膜分別的驅(qū)動力是分壓差，股CO2驅(qū)提高石油采收率工程的伴生氣在進入薄膜裝置處理之前，應(yīng)先加壓到2.1~4.1MPa〔表壓〕或更高。而得到的CO2滲透氣壓力通常在0.14~0.17MPa〔表壓。薄膜法從烴類氣流中脫出CO2的量是很敏捷的。例如，單級薄膜可分別出含95%CO2CO2從70%~90%下降到15%~50%CO2下降到15%〔MEA、DEASelexol〕以最終2脫除CO。2薄膜系統(tǒng)中的主要問題是：薄膜組件的使用壽命和構(gòu)造的進一步完善；氣體中固體粒子和外表碎屑對薄膜面的堵塞；氣體收集系統(tǒng)中的液體所產(chǎn)生的液體所產(chǎn)生的阻滯作用。進到薄膜裝置的CO2-EOR伴生氣的溫度應(yīng)在露點以上，以保證不會有液滴。這可能要求對原料氣進展預(yù)處理，主要是過濾、捕獲液滴和露點的掌握。薄膜的主要應(yīng)用范圍是從CO2〔40%~50%〕EOR伴生氣中對CO2作大容量粗脫除。CO2有其他型式的CO2脫除級以到達最終的凈化。低溫分餾法在低溫下分餾可將EOR工程伴生氣分別成甲烷流CO2EOR工程伴生氣的最典型的低溫分餾法是美國KochPrncess(KPS)公司的RyanHolms。該工藝主要涉及到三個主要分別過程，即甲烷和CO2的分別、CO2CO2H2S的分別過程，在這三個分別過程中都使用了添加劑以解決各自遇到的問題。在甲烷和CO2分別過程中，甲烷和CO2的相對揮發(fā)度不同，通常在典型的甲烷脫除塔條件下，兩者揮發(fā)度約為5：1，因此通過分餾把它們分別開來是簡潔的。但是在甲烷脫除塔的條件下，假設(shè)原料氣中CO2的濃度較高，則在塔的某一局部分餾將無法進展下去。這可以由圖看出。圖是在3.5、4.2、5MPa的分餾壓力下分餾純二元CH4/CO2原料氣時，塔盤上液體組分3.5MPa是，CO26%~7%CO280%CO2液體4.2MPa的壓力，則在9%~65%50%CO2/50%CH42CO5MPa以上，計和運行也相當困難。23+2 為此，Ryan/Holms工藝承受在分餾塔或冷凝器中參加C烴簡潔混合物作添加劑的方法以防止形成固體COCO3+2 在C2C2乙烷--CO2共沸物，Ryan/Holms工藝中使用丁烷和其它重烴作為添加劑。Ryan/Holms工藝中涉及的第三個分別過程是把CO2H2S分別開來。典型的CO2產(chǎn)品的技術(shù)指標要求H2S100ppm。但由于這兩種物質(zhì)的相對揮發(fā)度很小，故分餾很困Ryan/Holms工藝承受正丁烷作為添加劑加到系統(tǒng)里可以提高CO2和乙烷的相對揮發(fā)度，大大改善了分別效果。以上三個主要分別過程所用的添加劑都是以液態(tài)自然氣為主的混合物，這可以從Ryan/Holms工藝過程本身得到，因而很便利。用于EOR工程的Ryan/Holms工藝流程有不同的方案：三塔方案、四塔方案分別見圖。CO2CO2先乙烷回收塔中降壓成為氣態(tài)CO2的塔頂流，然后再次對該氣態(tài)CO2壓縮以用于再注。而四塔方案避開了CO2液化和再次汽化，CO22次壓縮是對CO2回收塔塔頂?shù)囊簯B(tài)CO用泵加壓實現(xiàn)的，因而壓縮費用較節(jié)約。另外，四22CO濃度較高的EOR工程伴生氣的處理來說，四塔方案更為優(yōu)越。2爭論說明，常用的胺法和熱碳酸鉀溶液吸取法處理含CO2高的氣流時，耗能大而且費22 用高，物理溶劑吸取法盡管從較貧氣流中脫CO更有吸引力，但由于溶劑的粘染C和重烴而使處理過程簡單化，所以也不適用于三次采油工程中從生產(chǎn)井產(chǎn)生CO22 22 COCO驅(qū)的伴生氣處理設(shè)施材料氣成分、CO22 第五章二氧化碳驅(qū)油工藝技術(shù)第一節(jié)二氧化碳混相驅(qū)的注入設(shè)施設(shè)計2222 使用CO來提高原油采收率，氣特點是要是要向地層注入大量的化學劑，而且注入速度很高，所以工藝上就好解決大量CO的運輸、大噸位儲存、安排和往地層注入等問題、當壓2.5MPa，溫度為-15~40℃之間是，COCO的工藝流程的選擇主要是取決于注入速度，當CO2222 2理；當日注入量達3.5×105m3CO2

驅(qū)油工藝從先導試2驗向工業(yè)化使用階段進展，CO2

CO

注入量的波動范圍230~570km3/d。221.CO的管道輸送22用管道運送CO時，可以以不同的相態(tài)來進展輸送，通常有一下幾種相態(tài)：2①氣態(tài)——在溫度超過臨界溫度或者是壓力低于蒸汽壓的條件下；②液態(tài)——壓力高于蒸汽壓或是超過臨界壓力條件下；③兩相狀態(tài)。兩相狀態(tài)輸送方式只能在輸送距離不太長的狀況下方可承受形敷設(shè)的管線輸送兩相混合物，常常會產(chǎn)生特別高的壓力損失。在超臨界溫度，即t>31.04℃的條件下，由于工期管線始端CO2的溫度比較高，可形成氣相。但在以后的管段上，由于熱交換，輸送介質(zhì)的溫度很快就會降低到四周介質(zhì)的溫度，管線埋深處的土壤溫度通常不超過15~17℃.在臨界溫度條件下用管線輸送二氧化碳只能在〔等)。CO2〔其中包括在臨界壓力下，同時溫度低于臨界溫度。管道輸送的工藝流程管道輸送CO2的工藝流程種類很多，到底承受何種流程取決于從氣源輸送到CO2管線首站后的CO2壓力、溫度以及所必需的設(shè)備等因素。那么可承受一下三種根本流程來輸送。①管線的距離不太長時，可承受非壓縮輸送。這時的CO2以氣態(tài)形式存在。在這種流程中，管線找那個各點的壓力計算值應(yīng)保證CO2沿管線流淌過程中不析出冷凝液。在管線內(nèi)流淌的CO2的壓力、溫度變化特點見圖。由于在該流程中，管線的起點壓力低于相應(yīng)于管線中最低溫度的