EOR第八章混相驱讲解课件

1、 第八章 混相驱miscible flooding Principles of EOR第1页，共55页。OutlineIntroductionWhat is miscible displacementMiscible displacement agent MMP determinationScreening criteriaProblems第2页，共55页。The number of thermal, gas flooding and CO2 flooding projects with year in the U.S. Project numberIntroduction第3页，共55页。T

2、he production of thermal, gas flooding and CO2 flooding projects with year in the U.S.EOR production, million tons/year第4页，共55页。CO2 propertiesUnder ambient conditions, CO2 is a colorless almost odorless gas. Its properties under standard conditions are:Molecular weight 44.010 g/molSpecific gravity w

3、ith respect to air 1.529 相对于空气的比重(空气的比重1.29 kg/m3) Density 1.95 kg/m3Viscosity 0.0137 mPa/s第5页，共55页。CO2 flooding research started as early as 1950. Holm was the first to receive a patent for an oil-recovery method using CO2 in 1974.The first CO2 flood took place in 1972 in Scurry County. About 93% o

4、f the CO2 flooding projects in the world are located in the U.S. About CO2 flooding 第6页，共55页。 About CO2 Phase diagramO点是三相点，它的温度为2l6.55K，压力为517.8kPa；在OA线上A点是临界点, 温度为304K（ 31.06 ），压力为7400kPaCritical temperatureSupercriticalpressure三相点（triple point）任何气体在一定温度和压力下都可以液化，温度越高，液化所需要的压力也越高，但是当温度超过某一数值时，即使再增

5、加压力也不能液化，这个温度叫临界温度，这一温度下最低的压力就叫做临界压力.第7页，共55页。 相区域的划分： K 为临界点A-K-C以右气相区A-K-B以左液相区B-K-C以内气液两相区 第8页，共55页。N2 相图O点是三相点，它的温度为63.3K，压力为12.6kPa。常压下，温度为77.4K时，氮气将变成无色透明的液体.温度为63.3K时，将凝析成雪状的固体。氮气是化学性质极不活泼的惰性气体， A点是临界点,其临界温度为126K(-147 )，临界压力为3398kPa。摄氏度(T)=开尔文(K)- 273.15通常状况下是一种无色无味的气体，一般比空气密度小。氮气占大气总量的78%（体积

6、分数），是空气的主要成份。 About N 2 第9页，共55页。超临界二氧化碳，其临界温度为31.06，临界压力为7.4Mpa;超临界氮气,其临界温度为-147，临界压力为34Mpa;超临界水的临界点为374，2Mpa;超临界甲醇为239，8.1MPa。最常见的超临界物质:Supercritical fluid，简称SCF处于临界温度和临界压力以上的流体为超临界流体.介于气体和液体之间，兼有气体液体的双重性质。第10页，共55页。溶解性强密度接近液体，且比气体大数百倍，由于物质的溶解度与溶剂的密度成正比，因此超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力。扩散性能好因粘度接近于气体，较液体小2个数量

7、级。扩散系数介于气体和液体之间，为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率远远高于液体。易于控制超临界二氧化碳温度和压力在工业上很容易达到，较容易制备，它在超临界萃取中有广泛的应用。超临界流体优点:二氧化碳混相驱近几年在国内引起重视。第11页，共55页。混相：指相界面消失。混相驱：指以混相注入剂作驱油剂的驱油法。 混相注入剂：在一定条件注入地层，能与地下原油发生 混相的物质。混相注入剂： miscible injectant agent 第一节 混相注入剂第12页，共55页。烃类混相注入剂液化石油气（LPG）： C2C6含量大于50 ：炼油厂催化裂化气富气： C2C6含量在

8、3050的范围：凝析气田贫气：C2C6含量小于30：油田伴生气干气：其中C1含量大于98%的叫干气：天然气田非烃类混相注入剂 氮气和二氧化碳C2C6的烃气叫富化剂，它的存在使混相易于发生通常讲的气体富化、加富，是指气体中C2C6的含量增加富化剂: enriching agent富气: rich gas贫气:lean gas第13页，共55页。C1含量大于98%的贫气第14页，共55页。C1C7+C2C6EFABDCMVL原油是一种组成非常复杂的体系， 无法全面地进行原油的化学组成、组分分析。要表示原油的相态特征，需要用拟三元相图。一般将原油中易挥发组分视为第一拟组分，如C1，CO2, N2等，

9、把中等挥发组分C2-C6视作第二个拟组分，把不易挥发组分C7+（油）视为第三个拟组分。挥发性拟组分非挥发性组分中间烃类组分第15页，共55页。C1C7+C2C6EFABDCMVL混相原理相包络线EACBF是由露点线和泡点线在临界点（C点）相连而组成的 。临界点表示的是平衡气相和平衡液相组成完全相同的组成点。第16页，共55页。在油(C7+)为100的体系中加入少量的甲烷(C1)，由于少量的甲烷可完全溶解于油(C7+)中，因而形成的混合物E为单纯液相。当甲烷量增加到一定浓度E(泡点)时，油中溶解甲烷的能力达到饱和，再增加甲烷(C1)，则油中会分离出气泡，形成油气两相。C1C7+C2C6EFABD

10、CMVL当油中溶有一定量的C2C6组分时，油中溶解甲烷(C1)的能力增加，泡点向中央靠拢，由此而得到泡点线EAC。同理，可得出露点线FBC。第17页，共55页。C1C7+C2C6EFABDCMVLEACBF线以内为两相区，以外为单相区。如给定某一种混合物D落在两相区内，说明在该组成下系统中既有液相也有气相。对于点D,当气液达到平衡时，其饱和液体相组成为A，饱和蒸汽相组成为B，直线AB叫联系线。混相驱就是向油层中注入能与原油混相的流体。由于混相后仅为一相，因而两种流体间没有界面和表面张力。混相方式有一次接触混相和多次接触混相。能否与地层原油产生混相，取决于溶剂的组份、原油组份、地层的温度和压力。

11、第18页，共55页。（1）温度对混相驱的影响ABCK1K2K3t1t2t3温度不断升高，互溶程度加大，两液相共存的帽形区逐渐缩小。对于一定组成的原油来说，小的相包络线更有利于形成混相驱。图中的温度t3 t2 t1第19页，共55页。（2）压力和原油组成对混相驱的影响C1+CO2C7+C2C6临 界点压力p1的相包 络线压力p2的相包络线 在一定温度下，两相区随压力增加而缩小若原油组成为B，当油层压力为p1时，可实现混相驱，当油层压力为p2时，不能实现混相驱。ABp1 p2若原油组成为A，油层压力为p2时也能实验混相驱。 这是因为原油A较原油B含有更多的 C2C6组分。含较多轻质和中间组分的原油

12、有可能在较低的地层压力下实现混相驱。第20页，共55页。气 源（1）天然气 优质能源和重要的化工原料。由于市场上的需要很难找到足够的烃类气体进行油藏的混相驱。只有少数具有足够天然气资源的国家，才能够进行烃类混相驱。目前，进行烃类混相驱的国家主要是加拿大和前苏联。我国已在实验室内进行过一些工作，并在吐哈油田葡北矿场进行了试验。第21页，共55页。（2）CO2CO2在石油中的溶解能力超过甲烷，CO2溶解于原油中产生三种效应：降粘、低界面张力、原油体积膨胀，CO2与原油接触时也会发生烃类组分的抽提作用。在气相中的轻烃组分达到一定浓度时也会发生多次接触混相的现象。来源：天然CO2气田和工业废气美国：C

13、O2混相驱为主导技术-原油与CO2混相压力低我国：CO2非混相驱为主导技术-原油与CO2混相压力过高在江苏、吉林油田发现了CO2矿藏，已开展CO2吞吐和CO2驱油的室内试验和矿场先导性试验。第22页，共55页。(3) N2氮气在原油中的溶解度低，对改善石油流动性能的作用不大，难于在较低的压力下与原油混相。目前，氮气驱来开发油田的实例极少。由于氮气来源广泛，作为非混相驱油剂：氮气泡沫驱-受到广泛的重视。目前，N2已经用在凝析气田的开发中，在外国已经有好几个矿场实例。第23页，共55页。(4) 空气空气与原油接触产生两种反应：高温氧化反应和低温氧化反应。高温氧化反应驱油的效果源于空气高温氧化产生的

14、热效应；低温氧化反应会产生大量的二氧化碳、水及含氧的烃类混合物（醚、醛、酮等）。特点：来源广，廉价问题：腐蚀和安全问题我国的百色油田已应用多年，目前，中原油田、长庆油田、胜利油田和大庆油田开展空气驱研究与矿场试验。第24页，共55页。烟道气也可以作为混相注入剂。在烟道气中，x(CO2)一般在0.05 - 0.20范围，主要由火力发电站燃烧煤得到。烟道气:flue gas第25页，共55页。第二节：混相驱分类按混相注入剂的性质， 混相驱可分为：烃类混相驱液化石油气驱（LPG驱）富气驱 干气驱非烃类混相驱 N2驱 CO2驱第26页，共55页。2.1 液化石油气(LPG)驱LPG驱是指以LPG为混相

15、注入剂的一种混相驱。减小LPG在地下的残留干气、氮气、烟道气流度控制段塞:mobility control slug第27页，共55页。特点：（1）混相只需一次接触；（2）混相效率最高C4C10C1G一次接触混相:first contact miscibility（驱动气体）（C2 - C4 ） （油）第28页，共55页。LPG中的重组分(C5)比轻组分(C4)易使气体与LPG混相;干气比烟道气、N2更易使气体与LPG混相第29页，共55页。2.2 富气驱富气驱是指以富气为混相注入剂的一种混相驱。 富气驱段塞图第30页，共55页。GOG多次接触混相111”222”混相过程:1）多次接触才混相；

16、2）混相的过程是原油不断富化的过程；3）原油越富，越容易混相。4)富气驱适用于少含C2C6的原油(贫油)C4C1第31页，共55页。2.3 高压干气驱高压干气驱是指以高压干气为混相注入剂的一种混相驱。段塞图第32页，共55页。C1C10C4o混相过程:1）多次接触才混相；2）混相的过程是驱油剂不断富化的过程；3）原油越富，越容易混相。4)高压干气驱只适用于富含C2C6成分的原油(富油)多次接触混相:multicontact miscibility第33页，共55页。2.4 CO2驱CO2驱也是通过多次接触才与原油混相的。CO2多次与富油接触，取得富化剂富化自己，从而使体系的组成进入混相驱内实现

17、混相。CO2驱是指以CO2为混相注入剂的一种混相驱。原油富含C2C6是CO2驱实现混相的必要条件。carbon dioxide flooding第34页，共55页。（1）在相同条件下CO2驱的混相压力低，有更小的两相区；（2）CO2在水中的溶解度高，故更容易通过水相扩散到油相，达到混相的目的。第35页，共55页。2.5 N2驱在相同条件下，N2的两相区比CO2和C1大，故混相压力高，不适用于三采。主要用于凝析气田的二次采油（保持地层压力，防止反凝析的损失）；可用作CO2段塞后的驱动介质；可用于与水交替注入地层控制流度。第36页，共55页。不同混相方式的比较类型混相次数富化的组分对原油要求混相难

18、易程度LPG驱一次贫油最容易富气驱多次原油贫油容易CO2驱多次驱油剂富油较难高压干气驱多次驱油剂较富难N2驱多次驱油剂较富最难第37页，共55页。第三节 混相驱机理混相即不存在界面，界面张力为0,毛管数最大，因此洗油效率最高与油混相后可降低油的粘度，提高油的流度，改善流度比，有利于提高波及系数(1) 低界面张力机理(2) 降低原油粘度机理3.1 LPG驱机理第38页，共55页。3.2 CO2驱机理（1）低界面张力机理 CO2相通过不断抽提原油中的富化剂，导致CO2相不断富化，其组成与原油组成的差距拉近，因此降低了驱油剂和原油之间的界面张力。第39页，共55页。CO2可溶于油，使油降粘，提高油的

19、流度，有利于驱油介质从孔隙介质中将油驱出。（2）降粘机理(Viscosity Reduction Mechanism) The solubility of CO2 in crude oil causes a large reduction in the oil viscosity. The oil viscosity reduction is proportional to the formation pressure.第40页，共55页。（3）原油膨胀机理 (Swelling Mechanism)膨胀系数：一定温度和CO2饱和压力下原油体积与同温度和0.1MPa下原油体积之比。CO2 is

20、soluble in the crude oil and its solubility, which is proportional to the reservoir pressure, yields a considerable increase of the crude oil volume. 第41页，共55页。CO2溶于原油后，可使原油的体积膨胀。原油中充分溶解CO2后可使原油的体积膨胀1040，注入CO2后原油的体积增加，其结果不仅增加了原油的内动能，而且也大大减少了原油流动过程中的毛管阻力和流动阻力，从而提高了原油的流动能力。第42页，共55页。CO2溶解于水，生成碳酸。碳酸可与地

21、层中的石灰岩和白云岩反应生成水溶性的重碳酸盐，提高地层的渗透率，扩大驱油介质的波及体积，有利于提高采收率。（4）提高地层渗透率机理(5)溶气驱机理从注入井到采油井的驱油过程是降压过程。随着压力下降，CO2从原油中析出，产生原油内的气体驱动，使采收率提高。此外，部分CO2成为束缚气，也有利采收率的提高。第43页，共55页。3.3 高压干气驱、氮气驱（1）低界面张力机理 （2）降粘机理（3）原油膨胀机理（4）溶气驱机理第44页，共55页。3.4 富气驱（1）低界面张力机理 （2）降粘机理（3）原油膨胀机理（4）溶气驱机理第45页，共55页。第四节 原油的最低混相压力 最低混相压力 （Minimum

22、 Miscibility Pressure MMP）: The lowest pressure at which the injection gases can miscible with reservoir oil 将气体采收率超过90%的驱替压力称为原油的最低混相压力。Definition of MMP with recovery diagram第46页，共55页。 Reservoir temperature MMP increases as emperature increasesOil characteristics MMP increases with high molecular

23、(Emera and Sarma, 2006) Intermediate fraction content - The presence of C2 C4 decreases MMPInjected-gas composition If the gas injected is not pure CO2 but contains some impurities such as methane, the MMP is increased as the impurity content is higher.Factors impact MMP:第47页，共55页。第五节 筛选标准第48页，共55页。第49页，共55页。第50页，共55页。 第六节 混相驱存在的问题当用富气、干气、CO2或N2等混相注入剂驱动原油时，这些混相注入剂的流度比都很大，波及系数很低，这是混相驱共同存在的问题。可用泡沫、冻胶、泡沫+冻胶、WAG控制流度水气交替注入技术（WAG）是利用注入的水段塞作为“堵塞剂”，阻碍二氧化碳在多孔介质中的流动，达到控制流度的目的。在实际应用中，通常将二氧