浅议二氧化碳的驱油方式与驱油机理

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摘要：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。

关键词：二氧化碳 驱油 机理

一、二氧化碳的驱油方式

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。但要求混相压力很高，组成原油的轻质组分C2-6含量很高，否则很难实现混相驱油。

由于受地层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于°API重度比较高的轻质油藏，同时在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的经验，总结起来，CO2混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。a. 水驱效果差的低渗透油藏；b. 水驱完全枯竭的砂岩油藏；c. 接近开采经济极限的深层、轻质油藏；d. 利用CO2重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。

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： a. 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。 b. 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。 c. 重油CO2驱，可以改善重油的流度，从面改善水驱效率。 d. 应用CO2驱开采高粘度原油。

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。此种三次采油方式最适合那些不能承受油田范围的很大前沿投资的油藏。周期性注入CO2与重油的注蒸汽增产措施相类似，但它不仅限于重油的开采，而且已成功地用于轻油的开采中。虽然增加的采收率并不大，但评价报告一致认为，这些方案确能在CO2耗量相对较低的条件下增加采油量。多数情况下，采用这种技术的井在试验以前均已接近经济极限。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。

二、二氧化碳驱油机理

注CO2技术的作用机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱。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。CO2提高采收率的作用主要有促使原油膨胀、改善油水流度比、溶解气驱等。CO2驱油是油田三次采油中提高原油采收率的一项重要手段， 通过向地层注入CO2气体， 降低原油粘度， 达到提高原油采收率的目的。其主要途径是： 溶解气驱； 通过原油体积膨胀和粘度降低――降粘效应的非混相驱； 通过混相效应在油藏中析取原油中的烃。

1、降粘机理

CO2溶于油，降低原油的粘度，提高油的流度，有利于提高驱油剂的波及系数，提高原油产量。40℃时，CO2溶于沥青可以大大降低沥青的粘度。温度较高（大于120℃）时，CO2溶解度降低，降粘作用反而变差。

2、原油膨胀机理

二氧化碳溶于原油中可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于二氧化碳的溶解量。一般，二氧化碳在原油中溶解可使其体积增加40～10%。这种膨胀作用对驱油非常重要：①水驱后留在油层中的残余油与膨胀系数成反比，即膨胀越大，油层中残留的油量就越少；②溶解二氧化碳的油滴将水挤出孔隙空间，使水湿系统形成一种排水而不是吸水过程，泄油的相对渗透率曲线高于它们的自动吸油相对渗透率曲线，形成一种在任何给定饱和度条件下都有利的油流动环境；③原油体积膨胀后一方面可显著增加弹性能量，另一方面膨胀后的剩余油脱离或部分脱离地层水的束缚，变成可动油。

3、溶解气驱机理

油层中的CO2溶解气，在井下随着温度的升高，部分游离汽化，以压能的形式储存部分能量。当油层压力降低时，大量的CO2从原油中游离，将原油驱入井筒，起到溶解气驱的作用。由于气体具有较高的运移速度，从而将油层堵塞物返吐出来。据统计，用CO2溶解气驱可以采出地下油量的18.6%。

三、CO2驱国外发展概况与项目情况

注入二氧化碳用于提高石油采收率已有30多年的历史。二氧化碳驱油作为一项日趋成熟的采油技术已受到世界各国的广泛关注，据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近80个。90 年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55%采用的是烃类气体，42%采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3%。目前，国外采用二氧化碳驱油的主要国家有：美国、前苏联、匈亚利、加拿大、法国、西德等。其中美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7 %～15 %，在西得克萨斯州，CO2是最主要EOR方法，一般可提高采收率30%左右。

在国外，注二氧化碳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。推广二氧化碳驱油的主要制约因素是天然的二氧化碳资源、二氧化碳的输送及二氧化碳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，提出了就注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。 美国是CO2驱发展最快的国家。自20世纪80年代以来，美国CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前正在实施的CO2混相驱项目有64个。最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972 年的SACROC 油田。其余半数以上的大型气驱方案是于1984～1986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。大部分油田驱替方案中，注入的CO ：体积约占烃类空隙体积的30 %，提高采收率的幅度为7 %～22%。