二氧化碳-采油工艺部分

二氧化碳驱提高采收率技术(采油工艺部分)调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术第一节CO2驱油藏伤害及油藏保护措施危害：改变油藏基岩的润湿性，影响注水动态，也可以引起地层损害和井眼堵塞，处理过程和净化过程成本较高。影响因素：油藏现状；温度变化；压力与CO2浓度；混合物微酸；气油的混相性。在矿场实施中遇到的问题：沥青、石蜡沉淀气侵、气锥注入水和CO2中杂质腐蚀产物Weyburn油藏沥青沉淀实验

在加拿大Saskatchewan的Weyburn油藏，他们使用了分光光度测定技术测量原油样品中的沥青含量。研究了几种因素对沥青絮凝/沉淀作用所产生的影响。测量方法电导率测量粘度测量分光光度测定法重力测量研究表明：1、操作压力不敏感；2、CO2的量直接决定沥青沉淀；3、地层盐水的影响也可以忽略不计；4、少量污染物不会对絮凝方式产生影响。第一节CO2驱油藏伤害及油藏保护措施沥青、石蜡沉淀的保护措施机械方法：采用刮蜡器清除沉淀。热力方法：加热原油或其他液体使蜡溶解。化学方法：加入化学抑制剂阻止沥青等絮凝沉淀。Baker石油公司在PermianBasin和西德克萨斯地区，针对注水后的井，经历着严重的沥青沉淀问题，甚至引起电泵淹没，限制了产出液的流动。根据当时的采油速度，通过细管注入150ppm的阻垢剂有效控制了沥青沉淀。96979899(年)

产油量

(桶/天)油水气10100100010100100010000Baker石油公司化学方法处理某井效果图产气量(千英尺3/天)启示：采用化学方法抑制沉淀，操作简便，省时省力，为防止沥青石蜡沉淀堵塞井眼而影响采油过程，建议我局在先导试验中进行采用。第一节CO2驱油藏伤害及油藏保护措施在矿场实施中遇到的问题：沥青、石蜡沉淀气侵、气锥注入水和CO2中杂质腐蚀产物由于过早的气体突破而引起产量下降，气体指进和气锥损害地层的机理类似水锥和水指进，主要是使相对渗透率变坏。保护措施：针对气体粘度小、流度大的特点，目前国内外普遍的做法有以下几种：

＊

注气平衡，均衡油气流动；

＊

控制注气和采油速度；

＊

调整注采方案，封堵气层。沥青、石蜡沉淀气侵、气锥注入水和CO2中杂质腐蚀产物第一节CO2驱油藏伤害及油藏保护措施伤害类型：

＊粘土膨胀；

＊速敏；

＊作业和操作不当；

＊多相流动造成；

＊注入水水质问题；

＊CO2中杂质气体。保护措施：

＊严格注水水质的预处理；

＊正确选用预处理的表面活性剂；

＊严格注气气质的预处理。调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术8、结论第二节CO2驱采油工艺室内试验

高压体积的（PVT）和气－液平衡（VLE）实验1、闪蒸试验2、恒定体积递减试验3、差异放出试验4、分离器试验5、膨胀试验油汞气油汞气油汞气油汞气油汞细管驱替实验回压控制器毛细管玻璃观察器CO2供给钢瓶填砂盘管恒温空气浴活塞泵打入的水100ml量杯湿式气体流量计试验用油溶剂长管模型驱替装置图设计要求：岩心足够长，能在多级接触后形成混相带。岩心直径和粒径需调节。岩心驱替实验CO2恒温箱水岩心湿式流量计气相色谱仪观察窗低压分离器加热油岩心驱替试验装置图岩心试验方法、模拟方法和灵敏度测试相同。岩心驱替更难以解释，因为它排除重力分层、粘性指进、湿润性及非均质性等造成的影响，但它更接近于地层的实际情况。典型的室内研究设备---长岩心CO2驱油物理模拟实验研究系统中原油田勘探研究院建立。该装置由注入系统、岩心夹持器系统和采出系统组成，三个系统为独立的板块结构。岩心夹持器长2m，可旋转不同角度以模拟地层倾角。实验装置最大工作压力为60MPa，最高工作温度为150℃，控温精度为1℃。10080604020010080604020000.51.01.52.02.53.03.5注入倍数/PV文188井岩心水气交替注入孔隙体积倍数与原油采收率、含水率的关系原油驱替效率/%原油含水率/%原油驱替效率原油含水率启示：室内试验可为现场实施提供必要的参数，并有效指导施工，我局在进行大规模的现场实施前，首先应完善相应的室内实验研究和分析系统，这是成功气驱的保证。调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术第三节CO2驱采油数值模拟技术

1、组份模拟法复杂的相态和在组份上独立的相持性，对于预测驱替效率要比粘性指进和面积扫油效率更为重要。2、黑油混相模拟法它们着手于计算实际的溶剂和油的物理混合，通过调整某种经验混合参数来预测混合和混相驱的结果。3、混合混相及组份模型模拟法

通过混合参数的方法控制流体的重力分异。

该地区位于美国德克萨斯州Hockley县的西南部地区，从1994年开始，实施CO2驱油到现在该油田显示出非常好的效果。通过针对具有不同的渗透率的网格实例，得出的无因次三次采油产量预测，可得到以下结论：

拟合准确的CO2驱油响应的关键因素是选择合适的非均质程度的网格体系，通过调整气体的相对渗透率曲线，拟合的准确性可以进一步提高。Slanghter地区数值模拟技术江苏FM油田F14断块CO2混相驱油数据模型研究

江苏FM油田F14断块为一断鼻构造，构造的两翼对称。油藏北界受断层控制，南界为一火山岩岩墙，是一南倾北断的高渗透砂岩油藏。为了确立注气过程中的有关参数，用COMPIV全组分数模软件模拟CO2驱混相和非混相驱油过程，进行了CO2驱预测计算，目的是确立有关参数的敏感性程度。注入体积HCPV换油率·提高采收率低部位注入0.25HCPV数模中低注入部位的敏感性在同样的油藏压力和变化的注入量下，提高采收率和CO2驱换油率的乘积由4.37升至63.34，之后略有下降。注入时油藏压力的敏感性油藏压力(MPa)换油率·提高采收率通过五个压力点组成的驱油效果可知，在低于MMP时，油藏压力极大地影响驱油效果，而在MMP以上时，基本无影响。21.8MPa组份模型进行的数值模拟计算是确定现场施工参数的最有效途径，同时，也是增加项目抗风险能力的保证。通过对累计注入量、注入压力、注入速度等的模拟计算表明，影响F14断块CO2驱油效果的最主要因素为累计注入体积和注入时的油藏压力。江苏FM油田F14断块CO2混相驱油数据模型研究

调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术CO2驱管柱设计的依据注采井参数；储层和流体特性。CO2驱管柱设计应满足的要求管柱和井下工具的防腐要求；防止和尽可能地减少泄漏；每口井均应配装井下安全阀；要考虑多层分注和分采要求。第四节CO2驱井下工具和注采管柱的优化设计

影响完井的因素对完井设计的影响

储层和流体特性（深度、有效厚度、井底压力、温度、渗透率、原油比重、原油粘度、注入混合气成份等）

选择三次采油方式；设计井下工具及附属工具；确定分层层数；选择注入和生产方式；设计注入井的控制回流工具生产井和注入井的气-液比影响腐蚀的严重性，采取相应的防腐措施套管尺寸、损坏情况和固井质量补管技术、维护技术、井下工具、完井设计的适应性安全和法定完井技术要求附加的完井约束和完井措施偏心注入管柱1、张力封隔器2、偏心井下流量调节器3、张力封隔器4、偏心井下流量调节器5、张力封隔器6、井下流量调节器7、死堵这种完井管柱可分注多层。其特点是：井下控制注入量，调配注入量不动管柱，能分层注入和分层测试。注入井完井管柱---偏心注入管柱(推荐使用)1、油管2、水力平衡封隔器3、生产套管4、水力平衡封隔器

双管注入管柱

该完井管柱可分注两层。其特点是：地面控制注入量，调配不动管柱。但施工工艺复杂，成本较高。注入井完井管柱---双管注入管柱1、衬管完井管柱2、油管接头3、油管4、平衡封隔器5、防腐合金钢或玻璃纤维油管6、皮碗封隔器7、衬管衬管完井管柱单管注入管柱1、油管2、井下回流阀3、油管接头4、井下关闭阀5、平衡封隔器6、生产油管其他注入井完井管柱矿场中易遇到的情况

注水井转注CO2完井技术注水井转注CO2应首先检测固井质量、套管损坏情况和注入流体漏失等问题。多数注水井能通过二次完井达到转注CO2的目的。修补老注水井进行二次完井比钻一口新井能节约50%的费用。二次完井主要有三种方法：

1、挤水泥进行套管修理二次完井；2、侧钻工艺进行套管修理二次完井；3、挤水泥加衬管二次完井。1、注入井二次完井2、衬管3、水泥固井4、树脂硬粒5、充填树脂硬粒的坑二次完井后的情况1、注入井2、85/8in表层套管3、51/2in或7in生产套管4、41/2in衬管5、井筒损坏部分二次完井前的情况

美国新墨西哥州二氧化碳转注完井---挤水泥加衬管生产完井管柱1、外油管柱2、带槽油管柱3、密封插入器4、内油管柱5、生产回接套管6、尾管回接套筒插入器7、生产尾管美国埃克森公司同心管完井管柱

该管柱尾管用水泥固结于完钻井深处，缓蚀剂沿内外油管环形空间注入，流经外油管挂上的槽，到达井底，随产出液从内油管流出。1、缓蚀剂2、注缓蚀剂管柱3、管柱搭接器4、单流凡尔5、套管6、射孔眼7、流体8、气举阀9、“X”型短接10、水力封隔器11、生产油管12、接收器平行管完井管柱

1、生产油管2、缓蚀剂注入管3、封隔器4、套管5、联顶短接6、尾管德国同心管完井管柱

生产完井管柱其他生产完井管柱1、井下安全阀2、增油阀3、并流管4、封隔器5、套管6、联顶短接7、尾管德国单管完井管柱1、控制管2、井下安全阀3、生产油管4、偏心注入阀5、永久封隔器6、套管7、尾管阿联酋带封隔器的单管完井管柱

止回阀

可变孔板式阀压差控制阀流速控制阀

CO2驱完井工具

CO2驱常用的封隔器有张力封隔器、水力封隔器、平衡（补偿）封隔器、皮碗封隔器等。这些基本都是水驱时常用的封隔器，只是对它们的钢体和密封胶筒要求更严格了，要求他们耐腐蚀性、耐油、耐温和密封性更好，对密封胶筒还要求其透气性更差。CO2驱常用的封隔器调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术美国30多个油田的CO2的矿场试验表明：工艺上最大的困难是CO2对井下管柱及工具的腐蚀。在相同浓度下，CO2溶液比完全解离的强酸更具腐蚀性。CO2腐蚀产物在金属表面形成保护膜，但常有各种因素破坏保护膜，出现局部腐蚀，如，坑点腐蚀、裂隙腐蚀、环状腐蚀及槽沟腐蚀等。CO2的腐蚀程度取决于多种参数：温度、压力、CO2含量、湿度、水的pH值、水的组份、沉淀物和流动条件等。第五节CO2驱腐蚀机理及防腐工艺技术(驱油过程及采出过程)1、PCO2=3.0MPa2、PCO2=0.1MPa50100150200腐蚀速率mm/a(g/m2.h)11.0(10)5.5(5)温度(℃)PCO2（MPa）腐蚀程度>0.21严重腐蚀0.02～0.21可能腐蚀<0.021不产生腐蚀CO2腐蚀程度

防腐工艺技术1、注缓蚀剂(两种)

一种是水溶性有机物，要给出缓蚀剂的最低浓度，并不断地向溶液中添加缓蚀剂。另一种是含有分散剂晶粒的非水溶性有机物，须充分搅动使其到达金属表面形成防腐膜。缓蚀剂名称剂量（g/l）腐蚀速率（g/m2.h）缓蚀率（%）使用条件SC-201F0.050.7110

严重局部腐蚀SC-203F0.050.399231空白斑点腐蚀SC-204F0.050.416328局部腐蚀WS1-020.050.260454.76均匀轻微腐蚀注缓蚀剂防腐常用的几种CO2缓蚀剂效果缓蚀剂的添加有连续注入、周期性注入和挤注处理（即把一定量的缓蚀剂泵入井中，然后挤入油层使之慢慢返出）等三种。在LittleCreek油田CO2驱试验中，采用了连续注入方式：缓蚀剂由环形空间加入，通过单向阀进入井中，并随产出流体经油管向上循环返出。1、410ss采油树2、改装连接器3、缓蚀剂4、短节9Cr-1Mo5、特形接头6、封隔器7、钢丝滤网油管密西西比CO2驱油油田装有防砂装置的采油井

注缓蚀剂防腐2、涂防腐层以保护膜的形式，较长时间地隔离腐蚀环境与完井管柱和井下工具钢材的直接接触，防止和减轻腐蚀。

3、选用防腐材料一种是管柱及其工具完全采用不锈钢和耐腐蚀合金材料来取代碳钢，如13%Cr～1%Mo钢等；另一种是通过在关键部件使用不锈钢或耐腐蚀合金材料，在管柱内涂层使用非金属材料和添加缓蚀剂等综合治理的方法。防腐工艺技术材料名称性能压力(MPa)温度（℃）硬度氯化物环境H2S环境低碳合金钢<0.21<148.9<HRC22抗蚀性能不好要求低于HRC229Cr-1MoAISI41013Cr

<148.9<HRC22抗蚀性能不好抗蚀性能不好二联不锈钢

<176.7<HRC28抗蚀性能好抗蚀性能好奥氏体不锈钢

<65.6<HRC22抗蚀性能不好抗蚀性能好镍-钴合金

不受限制HRC35抗蚀性能好抗蚀性能好金属材料抗CO2腐蚀性能油井类型气源井注入井采油井防腐工艺

聚合物或塑料涂层；连续或间歇注入缓蚀剂。

注前对CO2进行脱水处理；(含水<50ppm)。装密封圈；向环形空间注入柴油。

除采用不锈钢和耐蚀合金材料进行防腐外，应用缓蚀剂结合内涂层油管也可有效防腐。在科罗拉多州西南部的迈克伊尔摩气田的气源井，CO2含量高达98%，并含有少量H2S和H2O，采用聚合物和塑料涂层的管柱，效果很好。美国凯利斯奈德油田萨克罗克区注入井采用塑料涂层的J-55油管，封隔器内涂有塑料、轴心镀镍，套管也采用玻璃钢衬里。此外还经常注入缓蚀剂和除氧剂，较好地控制了腐蚀。

萨克罗克CO2驱工程中采用了改性环氧酚醛树脂薄膜涂层，有效减少涂层的气孔和疵点，确保涂层的完整性。不同类型井的防腐工艺及应用矿场实施前，应对采出过程进行系统优化，加强产出液气体分压析出、酸性液体腐蚀、油井采油压差等的研究。着重探讨油藏不同压力、不同含水期的腐蚀速率。采取综合防腐措施，必要时，采油树及井下工具可采用不锈钢加工。防腐工艺调研的启示：调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术第六节CO2驱结垢机理及预防结垢的工艺技术

在采油生产中不同程度地存在着结垢问题，在采出管线、油水分离泵、输油泵等处容易结垢。世界范围内CO2驱采出井结垢普遍存在大庆油田早期注CO2在整个15个月的试验期内，从生产井采出的碳酸盐垢总量达11.6t之多。结垢之后再进行处理是十分消极和被动的。大庆小井距试验的结垢

＊油层中有大量可结垢离子；在油层条件下，二氧化碳在水中溶解度很高，这样就抑制了沉淀的发生。

＊采出管线中温度的升高和压力的降低。水套加热炉沉淀量最多。碳酸钙溶解度mg/L0102029394956CO2分压，MPaCO2分压对碳酸钙溶解度的影响（曲线1）和不同CO2分压下温度对碳酸钙溶解度的影响（曲线2，1MPa；曲线3，4MPa；曲线4，12MPa）600500400300200100

10386693121149温度℃1432结垢成因：结垢的预防与处理参考国内外注CO2井口结垢经验，为减少设备损耗和产能损失，建议以预防为主。磁法防垢:

在加热器水管上安装一个永磁软水器。优点是操作简单，不消耗其它材料和能源，安装后可一劳永逸，缺点是效果不够稳定。阻垢剂防垢:

应根据油田具体情况，通过室内沉淀试验和模拟试验，选择阻垢剂。

印度安那地区采出水得克萨斯地区注入水怀俄明地区采出水HCO3-CL-SO42-Ca2+Mg2+CO2

21560801080320

15103675040002120129036018044770540209阻垢剂氨基三甲叉膦（ATMP）的应用

在印第安那地区的油井垢质堵塞采出管线，常常使生产中断。在一些注水井中注入10mg/L的ATMP，连续处理两年，解决了硫酸钡沉淀问题。

美国得克萨斯地区，井筒和油层内有碳酸盐沉积物生成，引起注水压力升高。注入3.5-4.0mg/L的ATMP，在一年多时间里，注水压力未再增加。

怀俄明地区油井加热器内每隔1～3个月就产生严重碳酸盐结垢，用3～4mg/L的ATMP处理，有效地控制了结垢。调研提纲1、油藏伤害及油藏保护措施2、采油工艺室内试验3、采油数值模拟技术4、井下工具及注采管柱的优化设计5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术6、结垢机理及预防结垢的工艺技术7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术第七节CO2驱油过程中防止粘性指进和防重力超覆工艺技术

粘性指进、重力超覆以及油层的非均质性等因素的存在，严重制约了注入气的波及效率，这是限制采收率提高的主要原因。气油因粘滞力出现粘性指进

因重力差出现简单舌进

气油传统做法---水气交替注入连续注CO2气体；注碳酸水（ORCO法）；CO2气体或液体段塞后面紧跟注水；同时注CO2气体和水；CO2段塞后交替注水和CO2气体。因CO2和水的密度差异迅速分离，使水防止CO2指进与窜流的能力大大降低；降低CO2与原油的接触效率，难以形成混相带。注入方案不足之处泡沫的应用在水气交替注入过程中用表面活性剂溶液代替注水，形成泡沫，降低流度。一般可使CO2流度降低50%以上。由于高达85%～95%的部分都是气体，这意味着可以用少量的水就能达到较好的降低流度的目的。近来国外的现场实践证明：活性剂类别阴离子非离子在盐水中溶解性较好较差发泡能力在高温、高含盐油层内形成泡沫的能力强在高温、高含盐的油层内易与油水形成乳化凝胶相，使发泡能力降低。泡沫稳定性泡沫界面膜牢固，比较稳定泡沫界面膜很脆，不稳定岩石吸附量砂岩表面吸附少，碳酸盐岩石表面吸附多砂岩表面吸附多，碳酸盐岩石表面吸附少泡沫质量较低高价格便宜贵以泡沫控制流度-活性剂性质浓度(wt)CD1045CMC木质素磺酸盐IFT（dye/cm)25201510500.0010.010.1110木质素磺酸盐是一种低廉的造纸和制浆工业的副产品，价格低廉且易于得到，已经作为有效的牺牲剂而应用到注CO2驱中。可将基础处理剂减少80%。SPE56609Jyun-Syung介绍的牺牲剂的降低