《提高采收率》-面试问答题-前沿内容

一简述二氧化碳混相驱的机理混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几种方式。而CO2混相驱一般属于多级接触混相驱。通过适合CO2驱的油藏筛选标准可知稀油油藏主要采用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，处于超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力，CO2注入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越易被驱替。水、气交替注入时，水对混相有不利的影响。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。混相驱油是在地层高温条件下，原油中轻质烃类分子被CO2：析取到气相中，形成富含烃类的气相和溶解CO2的液相(原油)两种状态。其驱油机理主要包括以下三个方面：(1)当压力足够高时，CO2析取原油中轻质组分后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，重质成分从原油中析出，原油黏度大幅度下降，提高了油的流动能力达到混相驱油的目的。在适合的储层压力、温度及原油组分等条件下，临界CO2：与原油混合，形成一种简单的流体相。(2)CO2在地层油中具有较高的溶解能力，从而有助于地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流人井底。(3)油气相互作用的结果可以使原油表面张力减小。随着压力的增加，原油一空气系统的表面张力减小不大，这是由于氮气(空气的主要成分)在油中的溶解度极低，因此，系统的表面张力随压力变化缓慢。对于原油一CO2系统，由于CO2的饱和蒸汽压很小，在原油中的溶解度大于甲烷在原油中的溶解度，因此原油一CO2系统的界面张力随着压力增加而快速下降。对于原油一天然气系统而言，天然气中甲烷以及少量的乙烷、丙烷、丁烷等使得天然气在油中的溶解度要远大于氮气的溶解度，故界面张力随压力增加而急剧降低。对有溶解气的油一水体系，溶解气量的多少，对油一水两相间的界面张力起着决定性的作用。当压力小于饱和压力时，压力升高，界面张力增大，这是由于当压力小于饱和压力前，气体在油中的溶解度大于在水中的溶解度，使油一水间极性差更大而引起的；当压力大于饱和压力时，随着压力增加，界面张力变化不大，因为在高于饱和压力后，增加压力不会增加气体的溶解度，而仅仅是对流体增加了压缩作用。二谈谈聚合物溶液的稳定性聚合物溶液稳定性1力学稳定性：结合连续性方程、运动方程和本构方程，使用计算流体动力学软件Polyflow，计算了聚合物溶液作用在亲油岩石表面上的残余油膜的应力。计算结果表明：聚合物溶液的粘弹性越大，作用在残余油膜上的应力越大，越有利于油膜的变形；流道宽度越大，作用在油膜上的偏应力越大，越有利于提高驱油效率。2溶液粘度对温度的依赖性：拿酪蛋白溶液来说明，酪蛋白溶液的粘度随着温度的升高逐渐降低.相同温度条件下,酪蛋白溶液的粘度随着放置时间的延长而逐渐下降.并且随着温度的升高,粘度随时间延长下降的幅度增大,温度越高,酪蛋白溶液粘度越早趋于平稳.在较低温度时,酪蛋白溶液中加入Cu2+,溶液粘度增加;而在较高温度时,Cu2+的加入对酪蛋白溶液粘度影响不大。3溶液的热稳定性：对于交联聚合物溶液的热稳定性，在较低温度下（40~60℃），HPAM与ALCit反应所形成的LPS能够长时间的稳定存在，对于1.2um的核孔膜有很好的封堵效果。而在较高温度下（70~1104化学稳定性：以往的前人实验结果可知：随着ΡH值的减小,粘度将迅速降低。非离子型聚合物HEG,水溶液的粘度几乎不受ΡH变化的影响；溶液粘度随盐含量的增加而降低,随溶液浓度的增加而增高；实验结果,可知在聚合物溶液中适量添加STP,可使溶液粘度增高。5微生物酶解作用：天然植物胶衍生物HEG耐微生物酶解作用甚差,在空气中存放3天后的溶液粘度显著下降。其它试样耐酶解性尚好。三某一种提高采收率的方法进行论述注CO2提高采收率技术随着我国石油供需缺口逐年增大,以及石油价格的急剧攀升,提高采收率技术在我国受到了空前的重视。近几年,注气提高采收率技术发展迅速,其中又以注CO2技术的发展速度最快。注CO2的效果非常明显,而且利用CO2可以减轻温室效应,因此注CO2技术在全球得到推广运用。目前世界经济迅猛发展，对能源尤其是石油的需求量不断增加。石油作为有限非再生能源，再发现较大储油油田的机遇减少，已开发油田正在老化，未开采的油田多为稠油油田，这就迫使人们把注意力投向提高老油田采收率技术上。因此，提高油田的原油采收率(EOR，即EnhancedOilRecovery)日益成为国际上石油企业经营规划的一个重要组成部分[1]。CO2驱油现状目前世界上已形成提高采收率四大技术系列，即化学法、气驱、热力和微生物采油，CO2驱油法便是气驱的一种。在国外，注CO2技术主要用于后期的高含水油藏、非均质油藏以及不适合热采的重质油藏。推广CO2驱油的主要制约因素是天然的CO2资源、CO2的输送及CO2向生产井的突进问题以及油井及设备腐蚀、安全和环境问题等。为解决以上问题，提出了就地CO2提高原油采收率技术，这种技术是向地层中注入反应溶液，使其在油藏条件下充分反应而释放出CO2气体，CO2气体溶解于原油之中，降低原油粘度，膨胀原油体积，从而达到提高原油采收率的目的。该项技术优势在于可在地层中就地产生CO2驱替剂，不需要使用过多的地面设备，不会对设备产生腐蚀，减少了环境污染，降低了费用增加投入产出比[2]。2．注CO2驱油机理[3]根据注CO2的作用机理，分为CO2吞吐、非混相驱、混相驱。CO2提高原油采收率的主要作用有促使原油膨胀、降低粘度、溶解气驱、降低界面张力等。2.1CO2吞吐CO2吞吐的实质是非混相驱，其驱替机理是:使原油体积膨胀，降低原油界面张力和粘度，溶解气驱，驱替吮吸滞后产生相对渗透率变化，降低残余油饱和度；另外，气态CO2渗入地层与地层水反应产生的碳酸，能有效改善井筒周围地层的渗透率，提高驱油效率。CO2吞吐石油提高采收率的原因在于：（1）CO2在原油中的溶解度高，因体积膨胀，油相渗透率提高，致使驱油效率提高6%～10%。CO2溶于原油中，能大幅度的降低原油的粘度，促使原油流动性提高。（2）CO2易溶于水，可导致水的粘度增加，流动性降低，从而使油水的粘度比随着水的流动性的降低而增大。CO2溶于水之后形成碳酸水，有一定的酸化作用，可提高储层的渗透性，注入井的吸收能力增强。室内试验表明，砂岩渗透率可以提高5%～15%，白云岩渗透率可以提高6%～75%。同时，CO2溶于水后，可降低油水的界面张力，提高驱油效率。（3）CO2的注入能很大程度影响相渗曲线特征，最终使残余油饱和度明显降低。因为CO2在油水系统中有很好的扩散作用，而使CO2在油水系统中得以重新分配和相系统平衡稳定。CO2可促使原油中的轻质烃抽提出来，提高石油采收率。2.2CO2混相驱混相驱的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百。根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM)、多级接触混相(MCM)和非混相(IMM)几种方式。而CO2混相驱一般属于多级接触混相驱。通过适合CO2驱的油藏筛选标准可知稀油油藏主要采用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，处于超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力，CO2注入浓度越大，油水相界面张力越小，原油越易被驱替。水、气交替注入时，水对混相有不利的影响。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。2.3CO2非混相型从混相原理上可知，随着压力增加，即使是用贫气驱动含中间分子量烃较少的重油，它们之间也有可能达到混相，但要求的混相压力极高，这在油藏注气工程中有时是不可能达到的。此时注气只能是非混相驱替。烃气在原油中有一定的溶解度，一定压力下溶解气可以改变油流特性，同时不混相的气液之间存在传质作用。因此，非混相驱替也会使原油采收率有所提高。非混相驱采油的主要机理是:（1）有限量的蒸发和抽替；（2）降低原油粘度；（3）原油膨胀；（4）降低界面张力。非混相驱的特征是:（1）注入溶剂时，一些溶于油藏流体中，一些保留为上相，因此形成两相体系。（2）形成的上相向前运移，与更多的油藏流体接触，从油藏流体中抽提(萃取)出一些中间烃组分，或原油从溶剂中抽提一部分中间烃组分。上相抽提的组分不足以在排驱前缘或后缘达到混相。（3）由于高的流度，上相继续在前面流动，一些溶解于液相(油藏流体)，更多的是从原油中抽提或从上相凝析中间烃组分，但永远达不到单相体系。3CO2驱油影响因素分析影响CO2驱油效果的因素很多，主要分为储层参数、地层流体性质以及注气方式三大类[4]。其中，储层参数主要包括油藏的非均质性、油层厚度、渗透率性等，流体性质主要包括原油粘度及原油密度等。3.1储层特征影响因素分析（1）渗透率、平面非均质性影响因为低渗透率可提供充分的混相条件，减少重力分离，渗透率太高容易导致早期气窜，从而造成较低的驱油效率。改变平面非均质系数，计算不同平面非均质系数下的原油采收率，分析可知，随着非均质性的增强，采收率变小。因为非均质油藏中，注入的CO2优先进入高渗透层，导致当低渗透层中的原油尚未被完全驱扫时，CO2已从高渗透层突入到生产井中，产生粘性指进[8]，从而使驱油效率降低。因此，储层岩石的非均质性越小越好。（2）垂向横向渗透率比值kv/Kh的影响随着Kv/Kh的增大，采收率有所下降。随着纵横向渗透率比值的增大，浮力的作用加剧，层间矛盾更加突出。3.2流体性质影响因素分析（1）浮力、重力影响因素。随着原油密度的增大，其采收率减小，变小的主要原因为由于油气密度差越大，浮力作用越明显，CO2气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了CO2气体的体积波及系数，导致采收率下降。（2）扩散、弥散作用随着横向扩散系数的增大，其采收率也在增大，变大的主要原因为考虑了扩散的影响，CO2气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟CO2的突破时间。使CO2向周围迁移，减缓了CO2向生产井的推进，提高了波及系数，因而可获得较高的采收率；在不考虑分子扩散作用情况下，CO2向生产井推进较快，波及效率较低，从而使CO2较早突破，生产井CO2的含量很快上升，所获得的采收率偏低。3.3CO2注气方式为对比不同注入方式的开发效果，设计衰竭后注气、连续注气和水气交替注入（WAG）三种方式进行计算，结果表明WAG效果最佳。水气交替注入过程中，由于气相和液相交替驱扫不同的含油孔道，有效地提高了驱油效率，水气交替注入时，产生气相渗透率滞后效应，并形成较大的滞留气饱和度，降低气相渗透率，水相主要驱扫油层中下部，而加入的气相则会由于重力作用向上超覆，主要驱扫油层上部，进一步提高原油采收率率[5]。4二氧化碳驱油意义在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能将成为优质储量。“我国一次能源以煤炭为主，这是我们的现实国情，短期内不可能有较大改变。这决定了我国电力以煤电为主的装机结构，占整个发电装机的70％以上，提供了我国80％的发电量。”国网能源研究院副院长胡兆光表示。不容忽视的是，以煤电为主的电力结构带来了相当大的环保压力。相关测算表明，燃烧一吨标煤将平均排放2.6吨二氧化碳。“火力发电厂是二氧化碳排放大户，排放量占总量相当大的比例。”南化集团研究院副总工程师毛松柏介绍。“因此，将烟道气中的二氧化碳捕集纯化后注入地下用于油田驱油，既能降低二氧化碳排放，又能提高了原油采收率，经济效益和社会效益都非常显著。研究与实践表明，二氧化碳驱油可以提高油田采收率10％至20％。”张永刚表示。随着陆上油田勘探开发力度的加大，低渗透油藏已成为我国油田的重要增储阵地。“在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能成为优质储量。”中国石化科技开发部油田处副处长胡凤涛说。数据显示，我国低渗透油气藏约63.2亿吨，尚有50％左右未动用。而已动用的低渗透资源，由于技术水平的制约，平均采收率仅为23.3％。胡凤涛介绍，对于中高渗水驱油藏，也可通过注入二氧化碳进一步提高采收率，中原油田濮城水驱废弃油藏就通过试验二氧化碳驱油再获新生。据了解，中原油田濮城水驱废弃油藏已连续14年综合含水达到98％以上，水驱开发已无经济价值。2008年6月开始进行二氧化碳驱油试验，井组日产油由0.6吨最高上升到15.9吨。截至今年3月，累计注入二氧化碳1.23万吨，累计增油3272.7吨，预计实施二氧化碳驱油后井组采收率可提高7.9％。他表示，如二氧化碳驱油在中原油田高含水油藏中推广应用的话，将覆盖地质储量3亿吨，预计可增加可采储量2000万至3000万吨。王增林认为，利用火电厂烟道气捕集纯化驱油技术属于二氧化碳捕集、利用和封存技术（CCUS），与二氧化碳捕集和封存技术（CCS）相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。5存在的问题[6](1)腐蚀CO2和水反应生成的碳酸对管线、设备、井筒有较大的腐蚀性。腐蚀产物被注入流体带入地层会堵塞储层孔隙。CO2的腐蚀作用受多种因素影响,包括CO2分压、温度、含水量、流速、氧、硫化氢、氧化物浓度等。近年来随着防腐技术的进步,这一问题正