二氧化碳混相驅(qū)提高采收率探析

摘 要：提高采收率是油田開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo)和根本出發(fā)點(diǎn)，也是開(kāi)采單位提高經(jīng)濟(jì)效益的基本保障，采收率還是衡量油田開(kāi)發(fā)水平的重要指標(biāo)。我國(guó)油田采收率水平亟待提升，而二氧化碳混相驅(qū)技術(shù)是有效提高油田采收率的一項(xiàng)重要手段，因而本文對(duì)其應(yīng)用于油氣開(kāi)采來(lái)有效提高采收率進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；混相驅(qū)；采收率

目前，石油行業(yè)相關(guān)專家和學(xué)者開(kāi)始青睞于二氧化碳開(kāi)采技術(shù)。美國(guó)在上個(gè)世紀(jì)七十年代就開(kāi)始了二氧化碳技術(shù)的廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用廣泛的原因在于二氧化碳能夠與原油混相，而且具有較高的驅(qū)替率。我國(guó)二氧化碳排放量巨大，將其經(jīng)過(guò)合理處理然后應(yīng)用于油氣開(kāi)采中，不僅能夠提高采收率，而且還能夠有效降低二氧化碳對(duì)環(huán)境的污染。

一、二氧化碳提高采收率的相關(guān)機(jī)理

在原油中，二氧化碳的溶解性較好。當(dāng)固定單位體積的二氧化碳在原油中進(jìn)行溶解時(shí)，能夠有效碰撞原油的體積。利用CO2提高采收率的機(jī)理主要表現(xiàn)在以下幾方面。

首先，它會(huì)使原油體積膨脹。根據(jù)文獻(xiàn)資料顯示，當(dāng)原油中溶解了一定單位體積的二氧化碳后，原油體積可以膨脹到百分之一百一十，對(duì)應(yīng)的原油的黏度可以降低到自身的百分之九十左右。一旦原油同二氧化碳進(jìn)行接觸，對(duì)原油進(jìn)行萃取，很容易提煉出加富的二氧化碳，而加富的二氧化碳能夠進(jìn)一步對(duì)原油進(jìn)行抽提，是一個(gè)不斷循環(huán)反復(fù)的過(guò)程。直至二氧化碳能夠抽提到足夠自身進(jìn)行烷烴變化時(shí)，就可以通原油進(jìn)行有效的混合?？梢哉f(shuō)二氧化碳能夠抽提原油的這一特點(diǎn)就作為二氧化碳能夠進(jìn)行混相驅(qū)的最基本要求。隨著原油中溶解的二氧化碳不斷增加，很容易導(dǎo)致壓力提高，對(duì)應(yīng)的溶解度提高，停止對(duì)原油進(jìn)行二氧化碳的注入后，生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，油層的壓力會(huì)不斷降低，原油中原本溶解的二氧化碳會(huì)隨著壓力的降低而釋放出來(lái)，幫助原油進(jìn)行進(jìn)一步的驅(qū)動(dòng)。在油藏中注入一定二氧化碳后，其可與原油發(fā)生反應(yīng)，充分溶解，一般情況下，原油的體積可以增加10%—100%。因此，地層的彈性能量在此基礎(chǔ)上得到了有效增加，原油在地層中流動(dòng)阻力也相應(yīng)減少，驅(qū)油效率得到了提升。

其次，可有效改善油水流度比。當(dāng)二氧化碳在原油和水中溶解后，可將水和原油的黏度提升20%—30%，因而其流度得到了有效降低。碳酸化后的原油黏度將降低30%—80%，流度將會(huì)增加。兩者綜合作用，油和水的流度大致相同，從而擴(kuò)大了水驅(qū)波及體積，方便了原油的采出。

再次，可降低黏度CO2在原油中溶解后，黏度會(huì)降低，一般降低到原黏度的10%-1%。原油的最初黏度越高，降低的幅度也就越大。原油的黏度越低，就越有利于原油的流動(dòng)，產(chǎn)量也就隨之提高。然后，可使界面張力有效降低。由于CO2很容易在原油中溶解，因而油水界面張力也大大降低，加速了原油的流動(dòng)，采收率也隨之提高。

隨后，可萃取原油中的輕烴。油藏中注入CO2后，一部分的CO2未能在油水中溶解，這部分二氧化碳能夠有效萃取原油中的輕烴，原油密度和黏度得到了降低，流動(dòng)性能得到了提高。對(duì)于原油而言，由于溶解了二氧化碳，導(dǎo)致自身的體積相關(guān)系數(shù)變高，幫助提升原油驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行效力，由于其原油黏度大幅度下降，促進(jìn)流度比的提升，改善滲透效率。當(dāng)二氧化碳同水進(jìn)行接觸后會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使得水的酸堿度下降，進(jìn)一步溶解原油中隱藏的鈣質(zhì)膠結(jié)物和白云巖。

最后，可有效溶解氣驅(qū)。原油開(kāi)采過(guò)程中，油井生產(chǎn)井附近的地層壓力會(huì)降低，溶解于地層原油中的CO2會(huì)逸出，而原油就會(huì)在逸出的二氧化碳驅(qū)動(dòng)下流向井筒，從而在內(nèi)部形成溶解氣驅(qū)。

二、二氧化碳混相驅(qū)油的作用方式

（一）一次接觸混相驅(qū)

它主要是指在一定溫度和壓力下，二氧化碳與油藏中的原油直接相混合，而且在混合后，混合物始終保持單相。除了二氧化碳之外的其他灼洛劑與地層油不直接混合。但是在壓力和熔劑組分適當(dāng)?shù)臈l件下，這類熔劑也可以與原油實(shí)現(xiàn)動(dòng)混相。這種動(dòng)混相的實(shí)現(xiàn)需利用地層油與溶劑反復(fù)接觸，然后在多次接觸下產(chǎn)生質(zhì)量遷移。相關(guān)學(xué)者試驗(yàn)表明：當(dāng)壓力為17.5MPa，溫度為57.22攝氏度時(shí)，二氧化碳可以與原油完全混合。在此條件下。碳?xì)浠衔餂](méi)有發(fā)生萃取，僅僅是地層有和二氧化碳所構(gòu)成的混相帶。其中混相帶中液態(tài)碳?xì)浠衔锍煞峙c非混相帶油成分一致。同時(shí)，與地面油混相后的混相帶相比，地層油與CO2混相后的混相帶的區(qū)域要小很多。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于：一定量的天然氣溶入了地層油對(duì)CO2與地層油的混相造成了影響。

（二）多次接觸混相驅(qū)

二氧化碳是一種重要的驅(qū)油技術(shù)，因而二氧化碳能夠驅(qū)油是其重要特征。二氧化碳驅(qū)油可以從地層油汽化或者萃取碳?xì)浠衔?。?dāng)溫度較低時(shí)，二氧化碳的形態(tài)為液態(tài)，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，二氧化碳就從液態(tài)變成了氣態(tài)。D.E門澤等人員的研究表明：當(dāng)溫度在57.22℃，壓力在14.0MPa時(shí)，如果原油的相對(duì)密度為0.8498，那么二氧化碳可以汽化或者萃取其50%。同時(shí)，L.W.霍姆等人經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出了相關(guān)結(jié)論：當(dāng)溫度保持不變時(shí)，壓力達(dá)到一定范圍后，二氧化碳才能對(duì)原油進(jìn)行萃取。

引起該混相過(guò)程原因是：當(dāng)二氧化碳注入原油后，首先被汽化的是質(zhì)量較輕的C2～C4，因而平衡氣體也就隨之?dāng)U大。萃取碳?xì)浠衔锝M分會(huì)隨著二氧化碳注入量的增加而增多，因而分開(kāi)地層油與二氧化碳的混相帶就形成了。驅(qū)動(dòng)壓力會(huì)對(duì)多次接觸混相帶的大小造成影響，當(dāng)壓力越大，混相帶碳?xì)浠衔锏臐舛纫苍酱螅耶?dāng)驅(qū)替結(jié)束以后，留在巖心的殘余油的飽和度就越小。這有效的說(shuō)明了適當(dāng)提高混相壓力，采收率會(huì)得到很大程度提高。

（三）二氧化碳和輕質(zhì)油混相驅(qū)

當(dāng)溫度和壓力達(dá)到最下限時(shí)，輕質(zhì)碳?xì)浠衔锖投趸伎蓪?shí)現(xiàn)完全混相，但是要使二氧化碳與重質(zhì)碳?xì)浠衔飳?shí)現(xiàn)完全混相，則對(duì)壓力具有較高要求。N.庫(kù)曼等人員對(duì)二氧化碳加輕質(zhì)油混相驅(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)采用了四種比例不同混合物，比例分別為：75：25，50：50，25：75，15：85。實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)組用相對(duì)密度為0.8423，黏度為8.9MPa的地層油飽和試樣，然后運(yùn)用水進(jìn)行驅(qū)替。當(dāng)試樣中原油飽和度達(dá)到百分之四十五時(shí)，在其中注入輕質(zhì)油加二氧化碳的混合物?；旌衔镆灿邢嚓P(guān)的要求，其量為孔隙體積的0.3，速度為1.52～2.13m/d，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需將壓力控制在14.0MPa以上，溫度盡量控制在37.8℃。0.3倍孔隙體積段塞注入以后，需用注水驅(qū)動(dòng)段塞，速度為1.22m/d?；旌媳壤煌瑢?shí)驗(yàn)結(jié)果也相同。結(jié)果表明，輕質(zhì)油加二氧化碳的比例為75：25時(shí)效果最好，25：75次之。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，二氧化碳混相驅(qū)是一種有效提高原油采收率的重要技術(shù)，它的運(yùn)用不僅可以帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益，有效增加我國(guó)原油開(kāi)采總量，促進(jìn)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，還可以有效減輕對(duì)大氣的污染。■

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作者簡(jiǎn)介：

張哲倫（1991-），男，2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)就讀于西南石油大學(xué)開(kāi)發(fā)專業(yè)碩士研究生。endprint