注气提高采收率机理

1、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

2、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181.2.1.2氮气驱机理

3、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，气一油两相间

4、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CO提高采收率2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 CO驱油机理2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

5、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

6、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。CO2溶于水可降低油水界面的表面张力，从而提高驱油效率。CO2可促使原油中的轻质烃类(C2C3)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。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。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

7、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，

8、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：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。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45r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

9、 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降粘效果原油初始粘度（mPa. s）CO2完全饱和时原油粘度（mPa. s）1000900015 1601006003510 10013190.5 0.9（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。C

10、O2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 2730MPa，而用CO2混相压力只要910MPa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

11、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。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 1020mN/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。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CO