CO2驱采油技术研究与应用现状

 CO₂温室气体使全球气候变暖,温度幅度已经超出了其本身自然变动的范围,对人类的生存和社会经济的发展构成了严重威胁。CO₂的地质处置最有效的方式就是注入油气田,不但封存了CO₂,而且还可提高油气田的采收率,国外注CO₂驱提高原油采收率技术已在低渗透油藏中得到了广泛应用。针对中国低渗透油藏自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等引起采收率低的现状,在分析CO₂混相和非混相驱提高采收率机制的基础上,系统整理和归纳了CO₂驱油技术中混相驱和非混相驱两种作用方式的研究现状。通过国内外低渗透油藏注CO₂驱提高采收率应用情况分析指出,CO₂作为一种有效的驱油剂,CO₂驱能得到明显的增油降水和提高采收率的效果,总结了目前需要解决的主要问题,提出应积极开展注CO₂驱油技术的研究和现场试验的建议,并对CO₂驱油技术的发展前景进行了展望。     

兴北S3块CO2吞吐可行性及注采参数优化研究

注CO₂吞吐是提高复杂小断块油田采收率的有效途径之一,相态和数值模拟研究是确定目标区块吞吐可行性研究的重要参考依据。在注CO₂吞吐相态实验和CO₂粘温关系研究的基础上,对低渗纵向非均质油藏兴北S₃块进行可行性论证和数值模拟预测,同时对该区块CO₂吞吐的注采参数进行了数值模拟优化研究。结果表明：在辽河兴北S₃块进行CO₂吞吐具有较好的效果,模拟井组CO₂吞吐效果较好,在300d内可累积产油1577t,累积增油410t,换油率达到2.05。     

辽河稀油区注CO2提高采收率潜力实验评价

在油田开发过程中,注水开采以后,注气是提高采收率的一种重要方法。CO₂混相和非混相驱提高采收率的效果与地层原油的性质密切相关。通过PVT分析和混相压力的测定,研究地层原油性质和注气后地层流体性质变化情况可为注气决策提供基本依据。分别选取了不同采油厂有代表性的5个区块,进行地层原油相态特征和注CO₂后流体相态特征研究和对比分析,测定其中的两个区块地层原油的最小混相压力,评价辽河油田稀油区的地层流体性质和预测注CO₂提高采收率潜力。结果表明:辽河稀油区注CO₂吞吐提高采收率有一定的潜力,但难以到达CO₂混相驱效果。     

盐水层CO2埋存潜力及影响因素数值模拟

 温室气体CO₂使全球气候变暖,对人类生存和社会经济发展构成了严重威胁。研究表明,沉积盆地深部存在体积巨大的盐水层,盐水不宜开发利用,但可用来埋存CO₂。本文首先对盐水层CO₂埋存机制进行研究分类,得到盐水层CO₂埋存量计算公式,在对埋存机制及公式分析的基础上,运用Eclipse数值模拟软件,通过数值模拟的方法综合分析水平渗透率、纵横渗透率比值、地层韵律、地层矿化度及温度对盐水层CO₂埋存的影响,并对各影响因素进行了系统评价。结果表明,盐水层的渗透率、纵横向渗透率比值、沉积韵律是影响盐水层CO₂埋存量的主要因素,盐水层的矿化度和温度是影响CO₂溶解量的主要因素。     

低透气性煤层CO2增透预裂技术应用

 针对低透气性煤层掘进过程中,瓦斯抽放难度高、掘进效率低等难点问题,提出应用CO₂增透预裂技术,提升煤层透气性系数与瓦斯抽放效率,提高工作面掘进效率。应用岩土力学模拟软件,模拟分析了煤层掘进过程中煤体破坏分布与应力分布状态。模拟结果表明:掘进过程中,巷道两帮破碎区域为距巷帮0~3m的范围,巷帮主要应力集中区域为距巷帮3~4m的区域,应力为18.0~18.9MPa。根据数值模拟结果,设计了煤层CO₂增透的预裂孔与抽放孔的详细参数,进行了现场验证。现场试验与效果分析表明:预裂前后钻场瓦斯抽采瓦斯纯流量提高了27%,瓦斯抽放浓度提高了1.7倍,可解吸瓦斯量由7.27降到4.30m³/t,掘进效率明显提高。     

阿尔及利亚某油田富气混相驱试验研究

针对油田储层物性和流体特性,选择了具代表性的试验井组系统地开展了注富气混相驱提高采收率技术研究。室内研究结果表明,油藏适合开展混相驱提高采收率技术,长细管实验确定的液化石油气和天然气最小混相组成(MMC)在实验条件下能与地层原油混相;长岩芯流动实验结果表明在水驱含水98%后,实施混相驱可提高采收率15%以上。通过长细管模拟,确定油藏条件下(温度83.9℃,压力10.2 MPa),液化石油气与天然气最小混相组成为37.1∶62.9。利用数值模拟对注入方式、注入量、注入速度及注入层位进行了敏感性分析,推荐方案为EOR-1井组为交替注入,注入量0.10 PV,注入速度600 m3/d(地下体积),注Ⅱ、Ⅲ层,采Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层;EOR-2井组为连续注入,各井组注入量为0.30 PV,注入速度600 m3/d(地下体积)。推荐方案预测可提高采收率14%～15%。从矿场实施先期效果来看,EOR-1井组有明显的超覆现象发生,混相效果变差,建议采取适当措施抑制气窜;EOR-2井组混相效果理想。     

混CO2气井相态特征

通过实验对不同含量CO₂天然气偏差因子、密度的相应高压物性变化规律进行相态变化研究,针对沿井筒相态的关键参数压力、温度等变化规律复杂,而多个参数关联起来变化可能性更多,不可能通过实验一一测定,对不同含量CO₂气井应用常规天然气井压力温度计算模型加不同CO₂含量状态方程修正偏差因子,从而通过数值方法对非线性方程编程计算压力温度分布,并进一步计算相态参数偏差因子、密度分布。通过相关实例研究混CO₂气井相态特征,得出混CO₂气井流动气柱时成饱和蒸汽相、不饱和蒸汽与气相分布;而静止气柱时成液相、液气过渡相、气相,呈现重上轻下的倒置现象,实验结果与相关油田测试结果比较,相态特征基本吻合。     

玛湖致密砾岩油藏注烃类气混相驱油藏数值模拟

玛湖凹陷地区衰竭式开发直井初产高、递减快,常规注水开发不适应,通过注烃类气转换开发方式,可以大幅提高采收率。利用细管法测定注气试验区最小混相压力为41.71 MPa,玛湖地区目前地层压力条件下普遍可以实现混相驱;根据玛湖地区储层特征及地质力学参数,同时将天然裂缝及人工描述参与模拟,优化裂缝展布形态,建立了三维压裂缝网模型;基于压后缝网模型开展布井方式、注气速度及气驱油藏动用规律研究。结果表明,水力压裂平均缝网长轴173.90 m,最长846.90 m,短轴6.44 m;采油井部署井轨迹距顶2/3厚位置,气体波及范围更大;以维持混相为目标优化注气量,设计前10 a水平井单井日注气5.5×10⁴ m³,后10 a日注气4.0×10⁴ m³,试验区采收率可达22.5%;注入烃类会优先沿着采油井压后长压裂缝驱替,优先动用该区域原油,造成注气波及范围不均匀;随着烃类气体的注入,沿驱替前沿原油黏度大幅降低,同时,由于注入烃类气体与原油发生混相,通过蒸发气驱作用,注气5 a后采油井SRV范围内剩余原油黏度明显增大。此研究可以有效指导玛湖注烃类气体提高采收率试验现场开发技术政策制定。     

CO2驱中岩石性质变化

 CO₂驱作为一种成熟而且具有广阔应用前景的提高原油采收率(EOR)技术,越来越受到各国重视。CO₂驱中,CO₂溶解于地层水后与岩石产生反应,改变岩石的孔隙结构、润湿性等。为确定CO₂驱后岩石的孔隙结构、润湿性的变化规律,本文针对大庆F油层实际情况,在模拟油藏条件下,通过实验方法对天然岩心展开CO₂驱中岩石性质变化的室内研究。结果表明,注入的CO₂改变岩石的孔隙结构、渗透率以及润湿性等。随着CO₂与岩石接触时间增加,岩石中小孔隙及大孔隙所占比例增加,中等孔隙所占比例减小,渗透率逐渐增大,亲水性逐渐变强。这是由于CO₂溶于水后显酸性,与岩石孔隙表面的矿物成分发生反应,改变了岩石孔隙表面矿物组成和岩石的孔隙结构。     

CO2/DME/CH3OH和CO2/DME/C2H5OH体系的汽液相平衡研究

文中基于对CO₂/DME,DME/CH₃OH,CO₂/CH₃OH和DME/C₂H₅OH体系汽液相平衡研究的文献调查,采用Gibbs-Duhems方程对实验数据做热力学一致性检验和热力学模型评价。研究表明,PR-NRTL模型组合对四个体系都有良好的表现。进而基于通过检验的二元体系数据拟合了5个组合的NRTL模型的交互作用参数,并以此模型研究了CO₂ /DME/CH₃OH和CO₂/DME/C₂H₅OH两个三元体系。计算给出的CH₃OH/DME/CO₂体系的VLE数据与文献值偏差很小,表明此PR NRTL模型组合能较好地描述其高压下的VLE行为,在此基础上对C₂ H₅OH/DME/CO₂体系的VLE行为进行了预测,给出了VLE相图。     

大港油田二氧化碳驱最小混相压力测定

混相压力是确定油藏能否采用混相驱的重要依据,测定混相压力的方法最好的是细管试验法,文中首先选用了一些最小混相压力经验关联式对此进行了预测,然后对大港油田五个区块的原油进行了混相压力测定,并分析了在不同驱替体积下的气油比、采收率、出口气组成变化。结合目前区块的油藏条件分析了采用混相驱替的可能性,筛选了适合于注二氧化碳混相驱的井,还介绍了测试装置及结果。     

阿尔及利亚某油田富气混相驱数值模拟研究

混相驱数值模拟是验证室内实验结果以及开展敏感性分析、注入方案优化设计的重要手段。油藏流体模拟和长细管、试验井组的混相模拟结果与室内实验结果较为吻合,确定的液化石油气和天然气最小混相组成MMC(37.1∶62.9)在油藏条件下能达到混相状态,经压力、温度以及注入参数的敏感性分析,在Ⅳ区推荐交替注入方式（周期半年）,累计混相段塞大小0.1PV,注Ⅱ、Ⅲ层;采Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层。     

混相驱中的气体示踪剂监测技术

气体示踪剂可分为放射性示踪剂和化学示踪剂。化学示踪剂已取代放射性示踪剂在混相驱中的主导地位,其中,全氟环烷烃和六氟化硫是目前现场广泛试验和应用的化学气体示踪剂。对气体示踪剂的性质、选择条件、分析方法、用量计算公式、投放工艺和取样要求等进行了综合论述,介绍了混相驱的气体示踪剂监测技术。这项技术用于水气交替注入混相驱油田示踪剂监测,已经取得了较好效果     

模拟混相驱动态的拟四组分模型

通常模拟混相驱动态采用组分模型,由于组分模型求解工作量大,计算速度慢,要求输入的参数较多,而这些参数很难取全取准,同时组分模型不易被油藏工程师所掌握。因此,介绍了一种模拟混相驱动态的模拟模型,该模型是在黑油模型基础上发展起来的拟四组分模型,它兼有黑油模型和多组分模型的某些优点,如黑油模型的稳定性好和计算速度快、组分模型的可模拟凝析气藏和混相驱等;给出了数学模型及各种物理参数以及混相流体性质的处理方法。该模型还以SPE为例进行计算,结果与SPE的结果一致,从而验证了本模型的可靠性。     

阿尔及利亚某油田富气混相驱长岩芯物理模拟

结合长岩芯（细管）实验结果,利用长岩芯驱替实验评价了富气混相驱注入时机、注入方式以及注入量对混相驱效果的影响。在油藏条件下,液化石油气与天然气摩尔比为36:64时,混相流体与地层原油能完全混相,与水驱相比,提高采收率在15%以上。在注入工艺参数中,早期注入有利于提高采油速度,交替注入有利于控制气窜,注入量对驱替效果和后续水驱压差影响较大,建议用数模方法优化注入段塞大小。     

提液措施对聚驱效果的影响

油藏数值模拟是研究聚合物驱影响因素的重要手段之一。利用数模方法建立一注四采典型模型,研究聚驱合理的提液时机、不同渗透率级差对提液效果的影响程度以及提液对油井剖面改善情况的影响,为油田提供聚合物驱动态调整依据及有效手段。研究认为:无论单层还是多层非均质地层,聚驱时提液的增油效果均好于聚驱不提液的效果,提高采收率7.25%~8.77%;多层非均质地层比单层聚驱效果差;纵向渗透率2倍级差和5倍级差时,提液最佳时机为整体见效后;10倍级差时,注聚时提液和见效时提液效果相同;对于纵向非均质程度高的地层,高峰期后提液不利于扩大中低渗透层波及体积。     

ASP复合驱注采参数优化设计

根据正交设计方法和模糊数学原理 ,在室内试验及数值模拟研究的基础上 ,考虑到各项技术和经济指标的综合影响 ,建立了基于模糊综合评判模型的复合驱注采参数优化设计模型。同时 ,以孤东油田七区西Ng5 4- 6 1层复合驱试验为例 ,对化学剂组合方式、配方浓度、段塞尺寸、注采速度、注入方式、注入时机等参数进行了优化。综合分析表明 ,该方法能够用尽可能少的方案寻求各参数间的最佳协同效应 ,且便于决策。     

稠油油藏蒸汽——表面活性剂复合驱数值模拟研究

对稠油油藏蒸汽－表面活性剂复合区的渗流机理及所涉及的物理化学现象进行了研究,建立了完整的数学模型,提出了用Crank-Nicolson差分格式求解水相中浓度的新方法。运用自行研制的软件对一个油藏区块进行了模拟计算,并对复合驱渗流机理及复合驱驱油效果的因素进行了分析研究。结果表明,表面活性剂浓度对驱油效果的,影响取决于表面活性剂的界面特性和总用量,加入表面活性剂的时机对最终驱油效果影响不大,吸附量大的表面活性剂的驱油效果差。     

稠油油藏蒸汽-表面活性剂复合驱数值模拟研究

对稠油油藏蒸汽表面活性剂复合驱的渗流机理及所涉及的物理化学现象进行了研究 ,建立了完整的数学模型 ,提出了用Crank Nicolson差分格式求解水相中浓度的新方法。运用自行研制的软件对一个油藏区块进行了模拟计算 ,并对复合驱渗流机理及影响复合驱驱油效果的因素进行了分析研究。结果表明 ,表面活性剂浓度对驱油效果的影响取决于表面活性剂的界面特性和总用量 ,加入表面活性剂的时机对最终驱油效果影响不大 ,吸附量大的表面活性剂的驱油效果差。     

正交试验设计法在优化注聚参数研究中的应用

注聚参数的选择是制定聚合物驱开发方案的关键环节,直接决定着聚合物驱开发的成败。根据矿场实践经验,确定了影响双河油田Ⅳ下层系聚合物驱开发效果的敏感因素。根据正交试验设计原理,考虑聚合物浓度、聚合物用量、注入速度、注采比四个因素,每个因素取三个水平,进行正交试验设计,以采收率增量、吨聚增油量和综合指标为评价指标,优化得到最优的注聚参数组合,以减少试验的次数,保证优化结果的科学性。在最优参数组合基础上,设计了不同段塞组合方式,确定了最佳段塞组合方式,为指导双河油田Ⅳ下层系聚合物驱开发提供了科学依据。