气驱提高采收率技术

气驱提高采收率技术

气驱主要机理和分类目前技术现状气驱室内实验研究气驱技术展望2021/10/10星期日1一、气驱主要机理和分类

气驱是继水驱、聚合物驱、蒸汽驱之后迅速发展起来的提高采收率方法，目前，在国外仅次于热采成为第二大提高采收率的方法（按气源分类）气驱烃类气驱CO2气驱氮气驱易混相，效果好，但受CO2资源限制较易混相，效果好，但受成本资源限制难以混相，油藏条件要求高，效果较好，但资源丰富、无污染、无腐蚀，易于推广烟道气驱不易混相，效果较好，但受地域限制2021/10/10星期日2（按驱油机理分类）气驱非混相驱混相驱主要应用于稠油油藏（CO2、烃气）、低渗透油藏的能量补充（N2），效果较好一次接触混相多次接触混相蒸发混相凝析混相（液化石油气、丙烷）（富气）（CO2、天然气、N2、烟道气）一、气驱主要机理和分类2021/10/10星期日31、非混相驱：通过注入气与地层油的良好互溶性和对地层油轻烃的强烈抽提作用，有效增强地层油的流动性、增加可动油、降低界面张力；2、混相驱：通过注入气与地层油的接触达到动态混相，使CO2与原油之间的界面张力降到零，从而最大限度地提高原油采收率。3、适用范围广，低渗透油藏、常规稠油油藏和高含水油藏均有成功的现场试验。

气驱效果图一、气驱主要机理和分类2021/10/10星期日41、最早公开发表的论文或著作

1950年－1956年：Whorton等人研究了高压蒸发气驱的过程

1957年：Koch、Hall等人研究了一次接触混相的过程

1956－1967年：Stone、Kehn等人研究了凝析气驱的过程2、最早的工业性试验烃类气驱

1950年，美国德克萨斯州的Block31油田最早开展烃类高压蒸发混相驱的矿场试验。

20世纪50－60年代，主要是一些烃类混相驱矿场试验，在此期间，美国和加拿大共开始了150多个工程项目，大量的是一些单井或井组试验，也有部分大型矿场试验。目前在国外，特别是加拿大，烃类混相驱仍是最主要的气驱方式之一。二、目前技术现状2021/10/10星期日5CO2气驱

1958年在德克萨斯州的DollarhideDevonian油田开始实施了第一个CO2混相驱的矿场试验，进入七十年代中期，随着美国大量天然CO2气藏的发现和实验研究的重大进展，开始了大量的、大规模的矿场试验，包括CO2

混相驱、CO2非混相驱、CO2吞吐等。目前在国外，特别是美国，CO2气驱仍是最主要的气驱方式之一。

CO2的主要来源：天然CO2气藏、氨厂、电厂等烟道气、合成天然气厂的副产品及目前兴起的煤变油的副产品等。二、目前技术现状2021/10/10星期日6N2气驱

N2资源丰富，不受地域限制，且无腐蚀、无污染、易于推广，自20世纪70年代中期以来，特别是1985年美国制造出首套利用空分膜技术的制氮设备以来，N2的成本大幅下降，使N2驱得到了迅速发展。截至到1985年已投入N2驱开发的油田有近40个，其中，美国30多个、加拿大3个。目前，在国外有6个油田正在实施N2驱开发。单一N2难以实现混相驱，开始主要用于重力稳定驱和保持地层压力。后来，在一些条件非常好的深层、低渗、稀油油藏进行了混相驱，另外，在部分油田利用添加前置易混相气体段塞来降低混相压力，也实现了混相驱。二、目前技术现状2021/10/10星期日7

在国内，有关气驱的室内研究起步于20世纪70年代中期，但曾经一度停止，后于上世纪90年代末期又开始研究。无论从研究深度，还是从矿场应用范围和应用效果都远远落后于国外。胜利油田起步较早，曾在滨南进行过小规模的矿场试验，但由于发生一次意外事故而终止，随后于1997开始重建气驱实验室，开展了CO2、N2、富气等气驱研究，但一直未进入矿场。

1990年以来，大庆油田、江苏油田、华东分公司相继开展可CO2混相驱和非混相驱的矿场试验，中原油田、吐哈葡北油田开展了烃气驱矿场试验，江汉油田开展了N2驱试验，其它许多油田也进行了CO2吞吐矿场试验。二、目前技术现状2021/10/10星期日8二、目前技术现状表11998-2006美国EOR项目变化表

项目年份19982000200220042006

热采蒸汽驱9286554640火烧油层756712热水驱11433合计10092655655

化学驱微乳液—聚合物驱—————聚合物驱101044—碱驱1————表活剂驱—————合计11104402021/10/10星期日9二、目前技术现状表11998-2006美国EOR项目变化表

项目年份19982000200220042006

气

驱烃类气驱（混相、非混相）1167813CO2混相驱6663667080CO2非混相驱—1112N2驱104443烟道气驱—————其它—————合计8774788398其它微生物驱1————合计1————总计1981761471431532021/10/10星期日10二、目前技术现状表21998-2006美国EOR日增油量变化表(m3/d)2021/10/10星期日11二、目前技术现状开展注气项目渗透率分布图2021/10/10星期日12二、目前技术现状开展注气项目的深度分布2021/10/10星期日13二、目前技术现状开展注气项目原油密度分布2021/10/10星期日14二、目前技术现状开展注气项目原油粘度分布051015202530354045500102030405060708090项目数原油粘度(厘泊)2006年美国注CO2驱实施项目原油粘度统计2021/10/10星期日15二、目前技术现状注氮气项目注入压力分布2021/10/10星期日16二、目前技术现状国内气驱现状正在开展的研究项目

目前，胜利油田、大庆油田、吉林油田、中原油田、江汉油田、吐哈油田、西南石油大学、中石油勘探院等单位均在开展注气提高采收率的室内研究工作，包括CO2混相驱、烃气混相驱、N2非混相驱等，其中包括国家973项目、省部级项目和省部级重大专项等。●中国国家科技部于2006年批准《温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存》973国家重大基础研究发展计划。●中国石油于2007年设立重大科技专项《温室气体CO2资源化利用及地下埋存》。●中国石油于2007年设立重大矿场试验《吉林油田CO2提高采收率及地下埋存现场试验》。2021/10/10星期日17三、气驱室内实验研究（1）注入气和地层油的最小混相压力研究（2）地层油与注入气的相特性研究（3）长岩心物理模拟实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究2021/10/10星期日18三、气驱室内实验研究（1）最小混相压力研究长细管法、界面张力法、升泡法等

长细管为100-200目玻璃珠填充，基本消除了粘性指进、扩散、非均质等不利于驱油效率的影响，最大限度的突出了相特性对驱油效率的影响，因此其驱油效率基本上只与地层油的性质有关，与多孔介质无关。1、实验方法细管长度m细管直径mm空气渗透率µm2孔隙度%16610.3932.4长细管模型参数2021/10/10星期日19三、气驱室内实验研究（1）最小混相压力研究2、实验程序流程试压实验准备复配地层油测气相渗透率抽空饱和甲苯测定孔隙体积各种标定饱和地层油测饱和地层油体积注气计量注入量、瞬时产油、产气、气体突破点等清洗细管2021/10/10星期日20三、气驱室内实验研究（1）最小混相压力研究3、最小混相压力确定方法利用长细管混相仪等设备，在油藏温度下，选取油藏压力附近至少5个压力点，进行驱油效率测试，根据不同压力下气体注入量为1.2PV时的驱油效率来确定最小混相压力。2021/10/10星期日21三、气驱室内实验研究（1）最小混相压力研究－以F124为例

长细管实验研究表明，F124的最小混相压力为25.9MPa，与当时地层压力相当，可以实现CO2的混相驱。(25.9MPa，94.2%)2021/10/10星期日22三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究◆地层油的复配及其基础PVT物性研究◆注入气对地层原油的膨胀与降粘实验◆

注入气与地层油的多次接触实验研究内容

认识注入气溶解于地层油后对地层油相态的影响，确定气驱的机理；为数值模拟中状态方程的建立和调整提供整套的相态基础参数及变化规律。研究目的2021/10/10星期日23三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究设备原理框图密度、气油比、油气组成等分析测试。回压阀PVT分析仪配样器高压计量泵CO2容器气量计高压落球粘度计2021/10/10星期日24三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究实验方法－膨胀降粘实验复配地层油地层油PV关系测试饱和不同量CO2膨胀降粘实验方法PV关系测试单次闪蒸粘度测试PV关系测试单次闪蒸粘度测试饱和压力体积系数压缩系数地层油密度气油比气溶系数地层油密度CO2溶解度气溶系数2021/10/10星期日25三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究实验方法－多次接触实验（向前)－蒸发气驱

注入气与地层油是多次接触混相，在驱替前沿，注入气和新鲜地层油接触，一部分溶解于地层油，一部分与从地层油中萃取的轻烃组分形成注入气的富气相，注入气的富气相继续前进与新鲜地层油接触，并萃取出更多的烃组分，使气相不断富化，富化到一定程度和地层油混相。向前多次接触实验就是模拟注入气驱替前沿，使注入气不断与新鲜地层油接触，研究气-液平衡后气、液两相组成变化的特征，从而认识驱替前沿的相态特征和混相机理。2021/10/10星期日26三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究实验方法－多次接触实验（向后)－凝析气驱

富气与地层油是多次接触混相，在驱替后缘，注入新鲜气和地层油接触，富气中部分轻烃被凝析于地层油中，是地层油富化，变贫的注入气继续向前运移，随后注入的新鲜富气继续与富化后的地层油接触，并有更多轻烃组分凝析于地层油中，使地层油富化，富化到一定程度和新鲜注入富气混相。向后多次接触实验就是模拟注入气驱替后缘，使注入新鲜富气不断与地层油接触，研究气-液平衡后气、液两相组成变化的特征，从而认识驱替后缘的相态特征和混相机理。2021/10/10星期日27三、气驱室内实验研究（2）注入气与地层油相特征研究实验方法－多次接触实验（向前)CO2饱和CO2地层油饱和CO2地层油CO2和萃取的烃饱和CO2地层油排出地层油取气样循环该过程分析气相组成油组成分析地层油2021/10/10星期日28三、气驱室内实验研究（3）长岩心物理模拟实验研究长岩心物理模拟流程

长岩心物理模拟是使用现场实际地层油、实际地层岩心、实际地层水，在油藏温度、油藏压力下进行的驱油实验研究。可以研究：注入速度、注入量、注入方式、注入时机、不同周期、地层倾角、不同压力等对气驱效果的影响等。2021/10/10星期日29三、气驱室内实验研究（3）长岩心物理模拟实验研究实验程序实验准备测气相渗透率抽空饱和盐水测定孔隙体积测水相渗透率流程试压复配地层油各种标定饱和地层油建立原始油饱和度测饱和地层油体积浸泡老化恢复原始润湿状态注水或注CO2计量注入量、瞬时产油、产水、产气、驱替压差等2021/10/10星期日30三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究

在CO2驱油过程中，随着CO2注入储层，油藏流体的组成及体系的热力学条件会发生改变，致使地层原油中的石蜡、沥青质等有机物不稳定而沉淀析出。有机固相沉淀会吸附于岩石表面，导致渗透率降低、润湿性反转等，从而伤害地层；另外，还会导致井筒、分离设备、运输管线等发生堵塞，给生产带来严重的影响和危害。2021/10/10星期日31三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究沥青质的结构沥青质是含O、S、N以及Ni、V等元素的极性多环重质碳氢化合物，分子量介于几百到几千之间，结构非常复杂。2

SNN

CH3OCH3CH3CH3CH3CH3CH32021/10/10星期日32三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究原油组成变化：轻质组分的增加有利于沥青沉积压力变化：饱和压力以上时，压力下降有利于沥青沉积温度变化：温度升高有利于沥青沉积原油中的SARA（饱和烃、芳烃、胶质和沥青）的分布：沥青沉积的影响因素电动效应其他因素：含水、pH值等等2021/10/10星期日33三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究溶液理论：认为沥青溶于原油中，原油以真溶液形式存在。沥青的溶解度决定其在原油中的溶解程度，一旦饱和，即会产生沥青沉积。胶体理论：认为沥青质以分散胶体的形式存在于原油中，胶束的核心是沥青分子团，沥青分子团外围附着的是胶质，由此构成胶束分散于原油体系中。胶质作为胶溶剂是沥青质能够分散在原油体系中的关键介质，如果体系中胶质含量不足，不能形成胶束或者胶束的溶剂化层厚度不够，沥青分子会进一步缔合形成更大的分子团，从而产生沥青的絮凝和沉积。沥青的沉积理论沥青沉积机理的研究尚需完善，目前主要有两种理论2021/10/10星期日34三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究沥青沉积预测最早是基于溶液理论建立的溶解度模型和固体模型。目前普遍认为胶体理论更能反映沥青沉积的微观机理，出现了一些描述沥青质沉积的胶体模型。但是由于沥青质的结构组成十分复杂，沉积机理尚未研究透彻，这些模型应用于石油体系时，预测沥青沉积的效果还不理想。2021/10/10星期日35三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究激光法测试固相沉淀偏光显微镜法测试固相沉积点超声波测试固相沉积点电导法测试固相沉淀差示扫描量热仪法测试固相沉淀高温高压显微镜法测试固相沉淀有机固相沉淀的实验研究技术2021/10/10星期日36三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究侧视图环压液活塞油藏流体激光发射激光接收电磁搅拌器

SDS系统压力传感器回压阀JEFRI泵油CO2活塞容器恒温浴可视样品筒SDS高温高压固溶物沉淀测试系统2021/10/10星期日37三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究单相油气藏流体对激光具有确定的透光率。体系条件不变，激光的透光强度PTL（PowerofTransmittedLight）稳定不变。只要不发生相态变化，温度、压力、组成等改变时，PTL的变化比较平缓，不会发生突变。一旦发生相态变化，如出现固相颗粒时，体系除了对激光产生吸收外，固相颗粒将会导致激光光束散射，PTL会明显下降出现拐点，检测并处理PTL的变化能准确确定固相析出点。激光法测试固相析出点的原理2021/10/10星期日38三、气驱室内实验研究（4）注气过程中沥青质伤害研究将地层油注入固体沉淀测试系统在一定压力下，恒速注入CO2记录并处理透光强度的变化直到出现气相停止实验用高温高压过滤器过滤样品测试沥青质含量与地层油对比，确定沥青沉淀量控制温度检测沥青质析出点同时强烈搅拌，保证CO2及时溶解实验程序2021/10/10星期日39四、气驱技术展望

气驱在国外已经是非常成熟的提高采收率方法，大量的矿场试验已充分证明气驱，特别是混相驱是成功率最高的EOR方法，可大幅提高原油采收率，未来必将仍是EOR的主流方向，特别是国际上环境保护、温室气体排放的巨大压力，迫使相关部门急待加强各种废气中CO2分离和利用的研究，届时，CO2的供应量和价格将非常有利于CO2混相驱的大面积推广。2021/10/10星期日40

据1999年我国提高石油采收率潜力评价结果表明，初步估计适合注CO2驱提高采收率的储量为总地质储量的13.2%。另外，新发现低渗油藏储量63.2亿吨中，有50％以目前成熟技术不能有效开发，可通过注CO2气驱使得这些新发现低渗油藏得到有效开发。将回收的CO2注入油气藏，不仅可以长期储存CO2，履行温室气体减排义务，而且还可以更好地提高原油和天然气的采收率，取得巨大经济效益，因此，气驱的前景是非常广阔的。四、气驱技术展望2021/10/10星期日41

近年来，国内各方也充分认识到了气驱的巨大优势和重要性，投入大量的人力、物力、财力加强气驱研究和矿场试验，为气驱的发展提供了有利的保障。主要事件有：

1、投资近3亿元的中国石油重大科技专项“吉林油田含二氧化碳天然气开发和二氧化碳埋存及资源综合利用研究”项目于2007年正式启动，主要目的是集中力量尽快攻克吉林油田含二氧化碳天然气开发和二氧化碳埋存及综合利用的瓶颈技术，为吉林油田含二氧化碳气藏的安全高效开发和二氧化碳埋存及利用二氧化碳资源有效动用低渗难动用储量、提高石油采收率等提供强有力的技术支撑。四、气驱技术展望2021/10/10星期日422、科技部973重大专