二氧化碳驱油特性研究
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【摘 要】多年来，国内外许多学者对油藏使用CO2提高原油采收率进行了研究，室内实验和现场应用都证明，CO2是一种高效驱油剂。本文主要介绍CO2驱油的发展现状，CO2的基本性质，驱油机理，通过驱油过程中遇到的一些问题等，总结出驱油效果的影响因素及其规律，为油田生产提供指导。
【关键词】二氧化碳；驱油机理；影响因素
1 背景及意义
目前世界上大部分油田采用注水开发，面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题，对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油[1-4]提高采收率技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅仅适用于常规油藏，还适用于低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
将二氧化碳注入能量衰竭的油层，可提高油气田采收率，已成为世界许多国家石油开采业的共识。二氧化碳纯度在90%以上即可用于提高采油率。二氧化碳在地层内溶于水后，可使水的黏度增加20%～30%。二氧化碳溶于油后，使原油体积膨胀，黏度降低30%～80%，油水界面张力降低，有利于增加采油速度，提高洗油效率和收集残余油。
2 二氧化碳的驱油方式
二氧化碳的特性众所周知，利用其特性可以有多种有效的驱油方式。
2.1 CO2混相驱
混相驱油是在地层高退条件下，油中的轻质烃类分子被CO2提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了CO2的原油的液相两种状态。当压力达到足够高时，CO2把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，这些重质成分将会从原油中析出，残留在原地，原油粘度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。混相驱油效率很高，条件允许时，可以使排驱剂所到之处的原油百分之百的采出。
CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。
（1）水驱效果差的低渗透油藏；
（2）水驱完全枯竭的砂岩油藏；
（3）接近开采经济极限的深层、轻质油藏；
（4）利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。
2.2 CO2非混相驱
CO2非混相驱的主要采油机理是降低原油的粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力，对原油中轻烃汽化和油提。当地层及其中流体的性质决定油藏不能采用混相驱时，利用CO2非混相驱的开采机理，也能达到提高原油采收率的目的，主要应用包括：
（1）可用CO2来恢复枯竭油藏的压力。虽然与水相比，恢复压力所用的时间要长得多，但由于油藏中存在的游离气相将分散CO2，使之接触到比混相驱更多的地下原油，从而使波及效率增大。特别是对于低渗透油藏，在不能以经济速度注水或驱替溶剂段塞来提高油藏的压力时，采用注CO2，就可能办到，因为低渗透性油层对注入CO2这类低粘度流体的阻力很小。
（2）重力稳定非混相驱替。用于开采高倾角、垂向渗透率高的油藏。
（3）重油CO2驱，可以改善重油的流度，从面改善水驱效率。
（4）应用CO2驱开采高粘度原油。
2.3 单井非混相CO2“吞吐”开采技术
这种单井开采方案通常适用那些在经济上不可能打许多井的小油藏，强烈水驱的块状油藏也可使用。该方法的一般过程是把大量的CO2注入到生产井底，然后关井几个星期，让CO2渗入到油层，然后，重新开井生产。采油机理主要是原油体积膨胀、粘度降低以及烃抽提和相对渗透率效应；在倾斜油层中，尽管油井打在不太有利的位置，利用这种技术回采倾斜油层顶部的残余油也是可能的。
CO2吞吐增产措施相对来说具有投资低、返本快的特点，有获得广泛应用的可能性。
3 二氧化碳驱油因素分析
二氧化碳是怎样驱油的呢？将二氧化碳从地下采出来，然后再注入油层，它与油层“亲密接触”后，就产生四种作用。一是降低原油黏度。二是能使原油体积膨胀10%至40%。这样能让一部分不流动的残余油动起来，抽油机就能让原油“走出”地面了。三是可降低油水界面张力，把黏在岩壁上的原油洗下来，从而提高了采收率。四是能解堵及改善油水黏度比。这样就减弱了“水窜”，减少了无效循环，进而提高了水驱效果。
同事，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。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
3.1.1 渗透率、平面非均质性影响
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。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，从而使驱油效率降低。因此，储层岩石的非均质性越小越好。
3.1.2 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
3.2.1 浮力、重力影响因素
在油藏中由于密度差引起溶剂超覆原油而产生流动。二氧化碳气体在驱替前缘向油藏上部移动，在上部与油形成混相，驱替效率较高。在油藏下部，驱替效率明显比上部低。
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，二氧化碳气体越容易沿着油层的顶部流动，气体突破的时间就越短，大大降低了二氧化碳气体的体积波及系数，导致采收率下降。
3.2.2 扩散、弥散作用
混相流体的混合作用有分子扩散、微观对流弥散、宏观弥散三种机理。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，二氧化碳气体分子扩散作用、对流弥散作用延迟二氧化碳的突破时间。使二氧化碳向周围迁移，减缓了二氧化碳向生产井的推进，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，二氧化碳向生产井推进较快，波及效率较低，从而使二氧化碳较早突破，生产井二氧化碳的含量很快上升，所获得的采收率偏低。
4 总结
随着工业和人类生活过程中产生的温室气体CO2排放量日益增加，人类生存的环境面临着越来越严重的威胁。将CO2气体注入油藏不仅可以提高原油采收率，解决能源不足问题，而且还能解决CO2的排放问题。本文着重介绍了CO2驱油机理，CO2驱油方式及影响因素分析。随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。
【参考文献】
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