北美石油工业二氧化碳提高采收率现状研究

1、北美石油工业二氧化碳提高采收率现状研究北美石油工业二氧化碳提高采收率现状研究摘要环境保护受到高度关注，由于温室气体大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻，必须采取积极有效措施。应用 CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径，美国拥有应用二氧化碳提高采收率的成熟技术。CO2提高采收率包括混相驱油和非混相驱油 2 种方式，实现了最大 CO2的埋存和提高原油产量有机结合，改善开发效果。北美提高采收率的机理和应用思路研究，必将为全球生态保护，石油资源的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。 关键词关键词 二氧化碳，提高采收率，混相驱油，非混相驱油1 1、应用、应用 COCO2 2提高采收率

2、主要工作量提高采收率主要工作量在北美陆上油田，CO2-EOR 是增加原油产量的成功技术。2004 年在世界范围内有 79 个 CO2-EOR 项目，在美国有 70 个 CO2-EOR 混相驱油项目，1 个 CO2-EOR 非混相驱油项目。2 个 CO2-EOR 混才目驱油项目在加拿大，5 个中试阶段的CO2-EOR 非混相驱油项目在 Trinidad，1 个 CO2-EOR 商业非混相驱油项目在Turkey。2004 年累计日增油约 23 万 bd，占世界原油产量的 0。3%。20 世纪80 年代在 Uungary，CO2-EOR 项目数量少且应用规模小，到 90 年代中期项目被终止。在 Eg

3、manton 油田有一 CO2-EOR 混相驱油项目，项目运行不成功且注入CO2较少。94%的 CO2-EOR 项目在美国，自 80 年代以后 CO2-EOR 项目稳定增长。2004年 CO2-EOR 增加的原油产量占美国提高采收率项目总产量的 31%。CO2-EOR 的产量占美国石油产量的 3.6%。5 个大型项目，产油量占所有 CO2-EOR 产量的 12，Wasson-Deriver 项目产量为 41000bd，Means 项目产量为 7200bd。1972年第一个 CO2-EOR 混相驱油项目在 Permian 盆地的 Sacroc 油田实施，在 70 年代到 80 年代早期 CO2-

4、EOR 技术得到适度的发展，到 80 年代和 90 年代虽然油价低，但 CO2-EOR 技术迅速发展。有 3 个主要原因：一是油价决定于新技术的发展，新技术应用使原油成本下降；二是天然气藏 CO2的大量供应，使得 CO2成本降低，到 Permian 盆地的长距离的 CO2输送管线建成，输送 CO2量为 30Mm3d；三是重组后的石油公司经营效果明显好转，财政激励使 EOR 项目增多。图 1 是美国 CO2-EOR 项目的分布及生产情况。2 2、COCO2 2-EOR-EOR 混相驱油实践混相驱油实践CO2-EOR 混相驱油项目数量不断增加，使 CO2-EOR 应用规模扩大，提供了CO2-EOR

5、 驱油的物理化学机理。但 CO2-EOR 项目实施条件及个别项目效果目前发表的文章较少。多数 CO2-EOR 项目在美国的西南部，在德克萨斯州西部的 Permian 盆地，及新墨西哥东部。其他项目在 Rocky Mountain 地区、墨西哥的 Gulf、MidweSt。多数项目使用的 CO2来自天然 CO2气藏，气藏提供高压高纯度的 CO2。如 Colorado 的 McElmo 圈闭，CO2储量为 283Mm3，储层地层压力为 13.5MPa。只有少量的 CO2-EOR 项目的 CO2来自人工捕获的 CO2，如 CO2来自于气化过程及化肥厂的废气处理。每年来自于人工捕获的 CO2为 5.7

6、 万 t。最大的项目在加拿大的Weyburn 项目，每年有 1.8 万 t 的 CO2捕获于美国的煤气化工厂。然后通过325km 的管线输送到 Weyburn 油田，日增产原油 1000bd。美国有 2 个具有气化过程的工厂为 Rangely 和 Shanon，每年提供 1.2 万 tCO2。CO2-EOR 实施的储层地质条件：储层的深度范围在 10003000m 范围内；致密和高渗透率储层；原油粘度为低的或中等级别；储层为砂岩或碳酸岩。Permian 盆地的 10 个 CO2-EOR 项目实践表明，储层中注入纯净的 CO2(注入总量 CO2和循环注入 CO2是有区别的)，平均 164m3CO

7、2替换每桶原油(即 330kgb)。在 Rocky Mounrain 为 270kgb，在 Midwest 为 400kgb。在 Permian盆地提高采收率 10.9%，在 Rocky Mountain 地区提高采收率 7.6%，在 Midwest提高采收率 7.2%。在美国大量的 CO2-EOR 项目的实践及研究表明，CO2-EOR 混相驱油提高采收率范围在 4%12%之间，而纯净 CO2注入储层，占储层中流体体积的 10%45%。高采收率与水与气交替注入方法(WAG)有关，CO2采用锥形注入方式效果好，见图 2。由于经济和技术的原因，不是所有的储层都适合于 CO2-EOR 混相驱油。以C

8、O2-EOR 的实践和研究为依据，关于 CO2-EOR 项目的一般规律如下：储层可以达到最小混相压力(MMP)，可以实现混相驱油并最小消耗 CO2；储层经过注水开发以后，原油饱和度在 35%40%范围内；储层的连通性好，储层纵向非均质性较低，具有中或高等级的渗透率，渗透率应大于 100Md；原油比重应高于 350API(低于 0.85)，粘度在 12cp 范围内；虽然很多报告指出成功的水驱是 CO2-EOR 项目实施的基础。争论在于水驱后，储层中剩余大量的水需要 CO2推动，由于 CO2溶解在水中会损失大量的CO2，影响驱油效果。CO2-EOR 混相驱油存在一些问题，导致项目实施失败，问题如下

9、：在项目开始之前研究不足，如对储层的地质的、岩石物理的性质知道得少。低采收率原因如下，一是由于储层严重的非均质性导致 CO2驱油效率低；二是 CO2注入量低增油效果不明显；注入的 CO2沿高渗透通道早期突破(如在断层部位)，原因是储层地质描述工作不细。所以在项目开始之前需要大量的监测工作，并且对储层地质特征进行细致的研究。由于 CO2注入量低，使地层压力下降，导致只有小部分完成混相驱油，驱油效果差。压力下降，在井眼附近的氢氧化合物、沥青就会沉淀，导致储层渗透性发生变化。使 CO2注入压力升高，储层注气能力下降。必须通过提高附近注入井 CO2的注入量，来提高地层压力；CO2-EOR 项目规模受注

10、水管线及油水井数的影响。CO2会使储层中地层水 PH值下降。从石灰岩或储层中胶结的矿物中溶解 Ca。钙质盐在储层中富集，压力的下降导致钙质盐的沉淀，影响项目效果；CO2驱油项目存在设备腐蚀问题，CO2溶解在水中形成碳酸盐腐蚀铁质设备及管线。3 3、C0C02 2-EOR-EOR 非混相驱油实践非混相驱油实践与 CO2-EOR 混相驱油项目相比，CO2-EOR 非混相驱油项目较少。一个大型的CO2-EOR 非混相驱油项目在实施，项目在 Turkey 东南的 Bati Raman 油田。储层中的原油为重油，比重为 9150API。传统采油方式只是采出 1.5%的原始地质储量。1986 年注入 CO

11、2，原油产量为 6000bd。预测使用 CO2-EOR 油田的采收率为 6.5%。CO2-EOR 非混相驱油机理是，大量 CO，溶解在原油中(13m3b)，使原油膨胀，使原油粘度下降 10 个级数。项目开始以来 CO2注入量约 1700td，16%60%的 CO2循环注入。CO2埋存的主要原理是 CO2溶解在储层中的流体中，见 4。在美国一个小型的 CO2-EOR 非混相驱油项目在运行，在 Trinidad 有 5 个 CO2-EOR 非混相驱油的中试项目。过去大量的 CO2-EOR 非混相驱油项目在美国中试，如 Weeks lsand，Bay St Elaine，Timbalier Bay

12、项目。这几个都是商业项目，虽然中试计划很有希望，但是项目没有成功。如 Weeks lsand 项目，虽然水驱后有 60%的原油留在储层中，是因为盐水层中地层压力过高，无法实现注入 CO2来驱油。在八九十年代有大量的 CO2-EOR 非混相驱油项目。注入 CO2在储层构造顶部形成气顶，使地层压力增加，将原油向储层下部合两边推动，那里有生产井将原油采出，见图 5。项目研究表明，需要 380m3CO2驱替 1 桶原油(760kgb)。适合 CO2-EOR 非混相驱油的条件如下：储层纵向渗透率高；储层中大量的原油形成油柱；储层具有可以形成气顶的圈闭构造，储层连通性好；储层中没有导致驱油效率降低的断层和

13、断裂。虽然 CO2-EOR 非混相驱油项目较少，驱替 1 桶原油需要 280400m3CO2，即560790kgb，CO2-EOR 非混相驱油项目可最大提高采收率 20%。4 4、混相驱油与非混相驱油的区别、混相驱油与非混相驱油的区别由于注入的 CO2与储层中原油作用不同，产生了 CO2驱油的 2 种方式。当注入压力及储层地层压力高于最小混相压力(MMP)时，实现混相驱油。当压力达不到最小混相压力(MMP)时，实现非混相驱油，或部分混相驱油。采油量增加依靠地层压力增加、原油膨胀、原油粘度下降等实现。假定混相驱油以水与气交替注入方法(WAG)注入 CO2，非混相驱油以重力稳定 CO2注入方式(GSGI)注入。混相驱油可在水驱留下的设备条件(如利用原油水井)下进行，这种油水井利用方式与重力稳定 CO2注入方式(GSGI)不同。两种驱油方式对比见表 2。应用 CO2提高采收率工作目前有几个问题需要进一步研究。一是 CO2注入过程中最小损失量；二是 CO2注入后储层的监测；三是非混相如何最大提高产量；四是注入气体中杂质对开发效果的影响；五是 CO2进入空隙和盐水层中的机理研究。5 5、结论、结论美国具有最先进的 CO2-EOR 驱油技术，94%的 CO2-EOR 项目在美国。