低滲透油藏CO2驅(qū)油提高原油采收率研究現(xiàn)狀

賈凱鋒，計(jì)董超，高金棟，王世璐

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069； 2.中石油新疆油田分公司工程技術(shù)公司，新疆克拉瑪依 834000)

中國(guó)的陸相沉積盆地發(fā)育的低滲透儲(chǔ)層常蘊(yùn)含著豐富的油氣資源，由于技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，我國(guó)低滲透油藏的油氣產(chǎn)量的占比逐年上升。低滲透油藏的油氣地質(zhì)儲(chǔ)量已經(jīng)占到油氣總儲(chǔ)量的一半以上，甚至更高[1-2]。低滲透油藏物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、產(chǎn)能低，常在實(shí)施酸化壓裂的措施下才能獲得工業(yè)油流[3]。低滲透儲(chǔ)層地下流體流動(dòng)方式復(fù)雜，在開發(fā)時(shí)，常出現(xiàn)注水困難、油藏能量不足、地層壓力下降快、自然產(chǎn)能低等問題，從而導(dǎo)致低滲透儲(chǔ)層的原油采收率通常較低。而注CO2驅(qū)油時(shí)CO2可與油層流體等發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，能很好地解決這些問題并最終使得采收率得以提高[4-7]，比如CO2與原油混相后可使低滲儲(chǔ)層的毛管阻力大幅降低，使原油體積膨脹增加其流動(dòng)性等。所以低滲透油藏適用于CO2驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CO2驅(qū)油技術(shù)可將原油最終采收率提高10%～15%甚至更高[8]。故注CO2驅(qū)油對(duì)低滲透油藏有良好的適應(yīng)性。近年來，由于人們對(duì)氣候環(huán)境的變化尤為關(guān)注，而CO2氣體的排放是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主因之一，因此對(duì)CO2的減排及資源化利用就變得越來越重要，向地層中注CO2驅(qū)替原油就是有效的途徑之一。油田開發(fā)的過程中，注CO2驅(qū)油不僅能提高原油的采收率實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且能對(duì)CO2氣體實(shí)現(xiàn)資源化利用降低對(duì)環(huán)境氣候的不利影響。因而注CO2驅(qū)油具有良好的發(fā)展前景[9-11]。

1 國(guó)內(nèi)外注CO2驅(qū)油技術(shù)研究現(xiàn)狀

早在1952年，蘇聯(lián)就首次對(duì)CO2驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行了研究，并于1968年圖依馬津油田進(jìn)行了CO2驅(qū)油試驗(yàn)，取得了良好的開發(fā)效果，使該區(qū)的原油最終采收率提高了15%[12]。美國(guó)于1958年對(duì)Permain盆地進(jìn)行了CO2驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)向地層中注CO2不僅可以補(bǔ)充地層能量，同時(shí)能提高原油產(chǎn)量[13-15]。20世紀(jì)70年代以后，美國(guó)的CO2驅(qū)油技術(shù)取得了巨大進(jìn)展，并將CO2驅(qū)油技術(shù)作為提高原油采收率的最重要的手段之一。目前，美國(guó)已經(jīng)是世界上CO2驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用最多、經(jīng)驗(yàn)最豐富、技術(shù)最成熟的國(guó)家[12,16-17]。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，也得益于政府的支持及政策的推動(dòng)，截至2014年，美國(guó)已實(shí)施的CO2驅(qū)油項(xiàng)目達(dá)137個(gè)，應(yīng)用該技術(shù)提高采收率的年產(chǎn)量為1 371×104t，占世界CO2驅(qū)油提高采收率產(chǎn)量的93%[12]。值得注意的是，由于美國(guó)儲(chǔ)層為海相沉積，油藏的溫度壓力均較低，容易達(dá)到混相驅(qū)條件，因此美國(guó)CO2混相驅(qū)項(xiàng)目占絕大多數(shù)，并且CO2混相驅(qū)項(xiàng)目主要集中在低孔低滲油藏。81個(gè)滲透率小于50 mD的CO2驅(qū)油項(xiàng)目中，低滲透油藏的CO2驅(qū)油項(xiàng)目占了64%，單井增產(chǎn)效果明顯[18]。此外，加拿大、土耳其也開展了CO2驅(qū)油技術(shù)的相關(guān)研究和試驗(yàn)，都不同程度地獲得了成功[19-21]。

我國(guó)在20世紀(jì)60年代開始重視并發(fā)展CO2驅(qū)油技術(shù)，起步較晚，相關(guān)研究也較為薄弱。全國(guó)部分油田陸續(xù)開展了CO2驅(qū)油的先導(dǎo)試驗(yàn)，1963年大慶油田首次在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了CO2驅(qū)油研究，隨后又陸續(xù)開展了CO2驅(qū)油的試驗(yàn)，1991—1993在薩南東部開展的氣水交替注入CO2非混相驅(qū)試驗(yàn)中，原油采收率提高了4.67%[22]。1995年吉林油田開展了CO2單井吞吐試驗(yàn)，經(jīng)多次試驗(yàn)，獲得增產(chǎn)原油1 420 t。1998年江蘇油田富14斷塊開展了CO2—水交替注入試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了CO2混相驅(qū)；到2002年，CO2波及區(qū)的原油采收率已提高了4%，綜合含水率也出現(xiàn)大幅下降[23]。1998年勝利油田也進(jìn)行了CO2單井吞吐試驗(yàn)，獲得了單井增產(chǎn)原油200 t以上的良好效果[24]。近年來，鄂爾多斯盆地正在開展低滲透儲(chǔ)層注CO2室內(nèi)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)效果良好，增產(chǎn)油量及采收率都有較大提升，2012年在靖邊油田進(jìn)行了CO2驅(qū)油的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[25]，結(jié)果表明，CO2驅(qū)油使得該區(qū)的驅(qū)油效率達(dá)到了77.3%[26]。我國(guó)的CO2驅(qū)油技術(shù)過程中，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)都取得了重要的進(jìn)展，開發(fā)效果明顯得到改善。但由于我國(guó)油藏條件與美國(guó)相差較大，加之研究進(jìn)程較短，經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，導(dǎo)致我國(guó)CO2技術(shù)的研究和應(yīng)用方面與國(guó)外還有不小差距。

2 CO2驅(qū)油機(jī)理

CO2有氣、液、固3 種相態(tài)，在溫度、壓力條件下，其相態(tài)和性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化。CO2在原油中的溶解度是在水中的3～9倍，故在油藏中CO2更傾向于在油中溶解。由于CO2具有相態(tài)易隨溫度和壓力變化、油藏中易溶于原油的性質(zhì)，因此在油藏開發(fā)時(shí)，CO2可作為一種高效的驅(qū)替劑進(jìn)行驅(qū)油[27-28]。

CO2驅(qū)油機(jī)理主要有：①降低油水界面張力：在注CO2驅(qū)油的過程中，CO2可在一定的溫壓條件下與原油中的輕質(zhì)組分(C2～C6)混合，可有效降低油水兩相的界面張力，并且CO2濃度越大，界面張力的降低程度越明顯。從而使得CO2在驅(qū)替過程中受到的阻力大大減小，以達(dá)到提高采收率的效果[27,29]。②降低原油黏度：原油中溶解CO2后，其黏度會(huì)明顯降低。溫度和壓力對(duì)CO2在原油中的溶解度有影響，溫度過高會(huì)影響CO2在原油中的溶解，不利于降黏；相同的溫度條件下，壓力上升，會(huì)使CO2在原油中的溶解度增大，對(duì)降低原油黏度有利。再者，CO2的密度會(huì)隨壓力的上升而增大，有利于減少油氣的重力分異現(xiàn)象[27,30-31]。③使原油體積膨脹：試驗(yàn)研究結(jié)果表明，CO2在原油中的溶解會(huì)使原油體積膨脹10%～40%，并且CO2的溶解度越大，原油的膨脹程度就越大，原油膨脹會(huì)使得原油的流動(dòng)能力增強(qiáng)，更容易被驅(qū)替[27]。④驅(qū)油過程中壓力降低造成溶解氣驅(qū)：CO2注入油層會(huì)使其壓力升高，但隨著驅(qū)替過程的進(jìn)行，壓力的降低會(huì)使CO2從原油中重新逸出占據(jù)孔隙空間，進(jìn)而形成溶解氣驅(qū)，有利于驅(qū)油[27,31-33]。⑤改善油水的流度比：CO2在水中使水的黏度增大，而在原油中的溶解會(huì)使原油黏度降低，使兩者黏度趨于接近，從而改善原油和水的流度比[27,34]。⑥酸化解堵，提高注入能力：CO2溶于水后會(huì)生成碳酸而使水溶液呈酸性，對(duì)頁巖來說，酸性水溶液可以抑制頁巖層中黏土的膨脹，使頁巖層更加穩(wěn)定。CO2溶于水形成的酸性溶液也會(huì)與砂巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的易溶礦物發(fā)生反應(yīng)，使其物性變好。CO2的大量注入，可在一定程度上沖刷地層的堵塞物，疏通被污染的地層[27,35]。⑦萃取和氣化原油中的輕質(zhì)烴類：CO2可在地層條件下萃取和氣化原油中的輕質(zhì)組分，從而能增加單井產(chǎn)油量[27,36]。⑧混相效應(yīng)：當(dāng)壓力達(dá)到混相壓力后，CO2與原油中的輕質(zhì)烴混合，會(huì)在驅(qū)替前緣形成油帶，使得驅(qū)油過程中原油采收率得到極大提高[27,37]。

CO2驅(qū)油模式可分為3種：CO2非混相驅(qū)、CO2近混相驅(qū)和CO2混相驅(qū)[38]。

2.1 CO2非混相驅(qū)

地層壓力小于CO2最小混相壓力，CO2與原油之間仍存在較強(qiáng)的界面張力，這種模式稱為CO2非混相驅(qū)。這種狀況下，部分CO2溶于原油，使得原油體積膨脹且黏度降低，從而達(dá)到驅(qū)油的目的。由于不能達(dá)到混相，只有部分CO2與原油作用，因此CO2非混相驅(qū)的驅(qū)油效率較低，這也是美國(guó)、加拿大等國(guó)家較少采用CO2非混相驅(qū)的原因[27,31,37]。當(dāng)油藏性質(zhì)不適宜采用CO2混相驅(qū)時(shí)，采用CO2非混相驅(qū)，也可在一定程度上提高原油采收率。雖然對(duì)CO2非混相驅(qū)的研究不如CO2混相驅(qū)深入成熟，但經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的研究和試驗(yàn)，利用CO2非混相驅(qū)進(jìn)行驅(qū)油的開發(fā)效果已經(jīng)較之前有了較大的提升，2014年，美國(guó)CO2非混相驅(qū)的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到106.89×104t[18,39]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CO2非混相驅(qū)的原油最終采收率可達(dá)50%以上[39]。

2.2 CO2近混相驅(qū)

當(dāng)生產(chǎn)井附近的地層壓力小于CO2混相壓力，而注入井附近的地層壓力大于CO2混相壓力時(shí)，為CO2近混相驅(qū)[37]。即注入井附近CO2與原油實(shí)現(xiàn)了混相，生產(chǎn)井附近CO2與原油并沒有實(shí)現(xiàn)混相。總體上驅(qū)替壓力低于并接近最小混相壓力，所以CO2近混相驅(qū)中CO2與原油并未達(dá)到真正混相。目前，低滲、特低滲油藏采用CO2驅(qū)油技術(shù)時(shí)多采用近混相驅(qū)模式，由于低滲、特低滲儲(chǔ)層在生產(chǎn)初期幾乎都采取了壓裂措施，并且驅(qū)替體系的壓力多消耗在近生產(chǎn)井地帶，因此這類油藏在開發(fā)時(shí)難以達(dá)到混相條件。

2.3 CO2混相驅(qū)

當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥贑O2混相壓力，小于地層破裂壓力時(shí)，為CO2混相驅(qū)。CO2混相驅(qū)中CO2與原油實(shí)現(xiàn)混相，消除了兩相之間原本存在的界面張力。其主要機(jī)理有降低原油黏度、降低油水界面張力、使原油體積膨脹、酸化解堵、改善油水的流度比及萃取和氣化原油中的輕質(zhì)烴類等。由于其提高采收率的程度比非混相驅(qū)和近混相驅(qū)都好，因此國(guó)外油田的試驗(yàn)和開發(fā)多數(shù)均采用CO2混相驅(qū)模式，截至2014年，美國(guó)的CO2混相驅(qū)項(xiàng)目已達(dá)128個(gè)，年產(chǎn)量達(dá)1 264×104t[27,38]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CO2混相驅(qū)的原油最終采收率可達(dá)60%～70%[40]。

3 注CO2驅(qū)油目標(biāo)地層篩選標(biāo)準(zhǔn)

目前CO2驅(qū)油藏的篩選標(biāo)準(zhǔn)較多，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者都曾提出氣驅(qū)的篩選標(biāo)準(zhǔn)[41-44]。這些標(biāo)準(zhǔn)均以達(dá)到混相驅(qū)為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)最佳驅(qū)替效果為目標(biāo)，大都沒有涉及氣驅(qū)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。美國(guó)能源部研發(fā)的小型軟件CO2Prophet在進(jìn)行篩選時(shí)將經(jīng)濟(jì)指標(biāo)納入其中，但在應(yīng)用過程中與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)[41]。目前較為普遍的CO2驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)見表1，盡管該標(biāo)準(zhǔn)考慮的參數(shù)相對(duì)較多，但仍是僅僅粗略地給出了一個(gè)建議值，也缺少對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的衡量。

表1 國(guó)內(nèi)外CO2驅(qū)油油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)[41]Table 1 Screening standard of reservoir by CO2 flooding

王高峰、鄭雄杰等在表1的基礎(chǔ)上考慮了CO2驅(qū)油時(shí)的經(jīng)濟(jì)因素，提出適合CO2驅(qū)的低滲透油藏的“4步篩查法”，對(duì)表1的篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了很好的補(bǔ)充，也使CO2驅(qū)油的低滲透油藏篩選更具指導(dǎo)意義。

近年來，楊紅等人用灰色關(guān)聯(lián)方法建立CO2驅(qū)油油藏分類標(biāo)準(zhǔn)(表2)，為CO2驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)提供了一種全新的思路，該方法突破了前人僅從參數(shù)的取值范圍進(jìn)行篩選的傳統(tǒng)模式。楊紅等人是對(duì)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，消除了單因素對(duì)結(jié)果的絕對(duì)影響，顯然更為合理。該方法對(duì)7個(gè)油藏的影響參數(shù)進(jìn)行初始化分析并求取其權(quán)重系數(shù)，再求取各影響參數(shù)的初始化值與其權(quán)重系數(shù)的乘積，各乘積求和得到各油藏的CO2驅(qū)油適宜程度評(píng)價(jià)值，將各油藏的CO2驅(qū)油適宜程度評(píng)價(jià)值與其實(shí)際CO2驅(qū)油提高采收率的幅度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有較為明顯的一致性。在此基礎(chǔ)上，建立CO2驅(qū)油油藏分類標(biāo)準(zhǔn)。

表2 CO2驅(qū)油油藏分類標(biāo)準(zhǔn)[45]Table 2 Suitibility classification of CO2 flooding

該分類方法通過多個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行綜合分析，可靠性較高。但不足之處是選取樣本太少(僅7個(gè)油藏)，大規(guī)模推廣使用時(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性尚需進(jìn)一步研究和確認(rèn)。

4 注CO2驅(qū)油的室內(nèi)研究

CO2驅(qū)油技術(shù)的室內(nèi)研究主要集中在最小混相壓力確定、流體相態(tài)研究和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)3個(gè)方面[46]。

4.1 最小混相壓力(MMP)的確定

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均證明，CO2混相驅(qū)提高原油采收率的效果優(yōu)于CO2非混相驅(qū)，要實(shí)現(xiàn)CO2與原油混相，最重要的就是測(cè)定最小混相壓力。理論上，最小混相壓力的定義為：在一定溫度原油組分條件下，CO2與原油達(dá)到混相時(shí)所需的最小壓力。實(shí)際上的定義：原油采收率隨壓力上升而增大過程中，原油采收率發(fā)生急劇變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓力[47-48]。

確定最小混相壓力的實(shí)驗(yàn)方法主要有細(xì)長(zhǎng)管實(shí)驗(yàn)法、升泡儀法和消除界面張力法等[49]。

細(xì)管實(shí)驗(yàn)法是目前被認(rèn)為測(cè)定最小混相壓力精度最高的方法。細(xì)管實(shí)驗(yàn)法通過建立簡(jiǎn)化的物理模型，使CO2氣體原油在模型中反復(fù)多次實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)混相，獲得不同驅(qū)替壓力下的CO2驅(qū)油效率，建立壓力與驅(qū)油效率的關(guān)系曲線，來最終確定CO2與原油的最小混相壓力[49]。細(xì)長(zhǎng)管實(shí)驗(yàn)法測(cè)定最小混相壓力雖然應(yīng)用廣泛，但是尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如細(xì)管的長(zhǎng)度、細(xì)管內(nèi)部的填充物、細(xì)長(zhǎng)管的直徑等。郭平等[50]認(rèn)為，在用細(xì)長(zhǎng)管實(shí)驗(yàn)法測(cè)定最小混相壓力時(shí)，要充分考慮注采井的間距，細(xì)長(zhǎng)管要盡可能長(zhǎng)一些[48,51]。并且該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，約1～2周，測(cè)量結(jié)果易受細(xì)管長(zhǎng)度和充填物的影響[49]。

升泡儀法確定最小混相壓力主要是通過觀察不同壓力下CO2氣體在原油中的形狀來判斷是否達(dá)到混相。該方法的結(jié)果帶有較大的主觀性，誤差和不確定性較大[41,44]。

消除界面張力法是根據(jù)不同壓力下CO2與原油的界面張力大小不同的原理來確定最小混相壓力的，界面張力為0時(shí)，即表示CO2與原油達(dá)到混相，再通過外推得到最小混相壓力。常用測(cè)定界面張力的方法有高壓懸滴法、液滴體積法等[48,52-58]。

確定最小混相壓力方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表3。

趙金省等[49]采用可旋轉(zhuǎn)活塞式高溫高壓配樣器，利用兩相接觸原理，使容器在一定頻率下擺動(dòng)，間隔3 min記錄一次容器壓力，進(jìn)而確定最小混相壓力。該方法具有原理簡(jiǎn)單、大幅縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，并且其測(cè)定結(jié)果與細(xì)管實(shí)驗(yàn)法測(cè)得的結(jié)果相一致，相對(duì)準(zhǔn)確可靠。此外，劉瑜等[60]利用CT掃描技術(shù)、Liu Yu等[61]利用核磁共振技術(shù)、Hawthorne等[62]通過測(cè)定不同壓力下毛細(xì)管中的油柱高度、Michel[63]利用氣體在液體中形成氣泡的體積與兩相界面張力成正比的原理，都分別建立了測(cè)定最小混相壓力的新方法。

表3 主要方法的優(yōu)缺點(diǎn)[59]Table 3 Advantages and shortages of main MMP determination methods

目前，確定最小混相壓力，細(xì)管實(shí)驗(yàn)法仍是最常用、最可靠、精度最高的方法。

4.2 流體相態(tài)研究

油藏流體的高壓物性是實(shí)施CO2驅(qū)油相關(guān)室內(nèi)測(cè)試、數(shù)值模擬、方案制定等的基礎(chǔ)內(nèi)容，油藏壓力、溫度、流體組成以及原油溶解氣共同決定著油藏流體物性。一般借助高壓PVT儀對(duì)液體相態(tài)進(jìn)行測(cè)試，通過閃蒸分離實(shí)驗(yàn)、恒質(zhì)膨脹、差異分離等實(shí)驗(yàn)方法，獲取研究區(qū)的泡點(diǎn)壓力、黏度、溶解氣油比等基本物性參數(shù)[59,64]。

CO2與地層油之間的相態(tài)研究是CO2驅(qū)油機(jī)理和可行性研究的關(guān)鍵問題之一。目前研究CO2與地層油相態(tài)的方法主要有2種：一是借助高壓PVT裝置進(jìn)行加氣膨脹實(shí)驗(yàn)，二是描述CO2和地層原油動(dòng)態(tài)接觸的多次接觸實(shí)驗(yàn)[59,64]。

4.3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí)，常用的地層能模型主要有細(xì)長(zhǎng)管、天然巖心、填砂管、人造巖心和平板模型等[48]。目前，在進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)時(shí)，多采用天然巖心進(jìn)行，巖心直徑在2.5 cm左右，長(zhǎng)度不等，按布拉法則組合成長(zhǎng)巖心(十幾厘米至幾十厘米不等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以盡可能逼近地層條件，提高驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性[65]。研究表明，巖心越長(zhǎng)，擴(kuò)散系數(shù)越高，CO2與原油的傳質(zhì)越充分，采用長(zhǎng)巖心進(jìn)行驅(qū)替時(shí)的采收率明顯高于短巖心[48]。由此可見，長(zhǎng)巖心在進(jìn)行CO2混相驅(qū)實(shí)驗(yàn)時(shí)所得結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確、可靠。

近年來，有關(guān)學(xué)者通過引入核磁共振方法對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中CO2的驅(qū)油特征進(jìn)行研究[66-67]，實(shí)現(xiàn)了CO2驅(qū)替過程中的可視化。核磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是無損和直觀顯示[68-71]。趙越超、宋永臣等[68]利用核磁共振成像技術(shù)對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中CO2的驅(qū)油特征進(jìn)行了可視化研究，該方法直觀地展現(xiàn)了CO2混相驅(qū)和非混相驅(qū)過程中流體的流動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2混相驅(qū)和非混相驅(qū)過程中流體的竄流和黏性指進(jìn)現(xiàn)象的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5 CO2的注入方式

在通過CO2驅(qū)對(duì)低滲透油藏進(jìn)行開采時(shí)，CO2注入方式主要有氣水交替注入、CO2吞吐、周期注氣、連續(xù)注氣、CO2驅(qū)轉(zhuǎn)水驅(qū)、水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2驅(qū)等，研究表明，開發(fā)效果最好、采收率提高幅度最大的是氣水交替注入和CO2吞吐，其余注入方式的開發(fā)效果相對(duì)較差。

5.1 氣水交替注入

實(shí)施CO2驅(qū)時(shí)容易發(fā)生氣竄，所以一般采用水氣交替注入方式[72]，該注入方式是向油藏中注入CO2使原油黏度降低、體積膨脹后，再進(jìn)行注水，從而有利于擴(kuò)大波及面積、提高驅(qū)油效率和采收率[73]。

研究表明[68-72]，低滲透油藏CO2驅(qū)油時(shí)，氣水交替注入方式下開發(fā)效果最好。并且開發(fā)效果受氣水比、氣水交替段塞大小、CO2注入時(shí)間、注入速度等的影響。

趙明國(guó)等[74]研究表明，低滲透油藏進(jìn)行CO2驅(qū)油時(shí)，在同樣的注入量下，水氣比小于1∶1時(shí)，水氣段塞不大于0.2 PV的情況下，水氣交替段塞越大，驅(qū)油效果越好。鐘張起、吳義平等[75]研究認(rèn)為，低滲透油藏進(jìn)行CO2驅(qū)油時(shí)，CO2注入時(shí)間越早，開發(fā)效果越好。楊紅、吳志偉[76]通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)低滲透油藏的CO2注入方式進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，氣水交替驅(qū)的最佳注入速度為0.727 mL/min，最佳注入段塞為0.1 PV，最佳氣水比為1∶1。

5.2 CO2吞吐

該注入方式是向油藏中注入CO2，然后關(guān)井一段時(shí)間，使CO2氣體與油藏流體充分接觸，再進(jìn)行生產(chǎn)。其機(jī)理仍是降低原油黏度、使原油體積膨脹、酸化解堵、改善油水的流度比及萃取和氣化原油中的輕質(zhì)烴類等。CO2吞吐對(duì)稠油油藏的開發(fā)效果好[31]，CO2吞吐這種注入方式對(duì)于低滲透油藏也有良好的開發(fā)效果。

趙明國(guó)、劉崇江[77]對(duì)松遼盆地中央凹陷區(qū)的低滲透油藏的CO2注入方式(CO2吞吐后氣驅(qū)、水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2驅(qū)、氣驅(qū)、氣驅(qū)轉(zhuǎn)水驅(qū)和CO2吞吐5種)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，同樣條件下，對(duì)該區(qū)低滲透油藏來說，提高采收率最高的注入方式是CO2吞吐后氣驅(qū)，只進(jìn)行CO2吞吐的累積采收率最低。

5.3 周期注氣

周期注氣具有CO2氣水交替、連續(xù)注氣和CO2吞吐的優(yōu)點(diǎn)，即先向油層中注一個(gè)周期的CO2，然后關(guān)井，關(guān)井期間CO2會(huì)充分接觸原油，增大原油體積，降低原油黏度，一個(gè)周期結(jié)束后，再進(jìn)行第二周期注氣。周期注氣能較充分地利用CO2的驅(qū)油機(jī)理，擴(kuò)大波及面積，增大驅(qū)油效率，提高采收率，但是所需時(shí)間較長(zhǎng)[78]。

何應(yīng)付、周錫生等[78]對(duì)難以進(jìn)行氣水交替驅(qū)的低滲透油藏的注入方式進(jìn)行了研究，著重將周期注氣與其他注入方式進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)周期注氣應(yīng)用于低滲透油藏可以取得良好的開發(fā)效果。

6 存在問題

6.1 氣竄問題

中國(guó)低滲透油藏的地質(zhì)儲(chǔ)量大，前已述及，CO2驅(qū)油技術(shù)適用于低滲透油藏，但是我國(guó)多為陸相沉積低滲透儲(chǔ)層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，且部分地區(qū)多發(fā)育裂縫，注入油藏的CO2極易沿裂縫發(fā)生氣竄，如何有效地避免在進(jìn)行CO2驅(qū)油過程中過早氣竄的問題，是運(yùn)用CO2驅(qū)油技術(shù)需要攻克的難關(guān)。

6.2 氣源問題

氣源問題是制約我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)CO2驅(qū)油技術(shù)發(fā)展的因素之一，美國(guó)多以天然的CO2氣藏作為氣源，經(jīng)濟(jì)成本低。而我國(guó)則不同，沒有完全相應(yīng)便于利用的CO2氣藏作為氣源，所以除了江蘇油田、勝利油田、吉林油田和大慶油田有天然的CO2氣藏作為氣源，其他目前無良好天然CO2氣藏的油田只能通過收集、處理和運(yùn)輸工業(yè)廢氣或加強(qiáng)CO2氣藏的勘探兩種方法來解決氣源問題，但是收集、處理和運(yùn)輸工業(yè)廢氣工作目前成本還較高、技術(shù)也不十分成熟[79-80]。近年發(fā)展起來的CO2就地提高采收率技術(shù)可在一定程度上有效解決目前存在的CO2氣源問題以及管線、設(shè)備腐蝕問題，該技術(shù)是向地層中注入來源廣、費(fèi)用低的反應(yīng)液，使其在油藏條件下生成CO2，來達(dá)到驅(qū)替原油的目的，這項(xiàng)技術(shù)不僅能大幅減少CO2形成的酸性液體對(duì)地面管線、設(shè)備的腐蝕，也能有效減少CO2泄露對(duì)環(huán)境的污染，經(jīng)濟(jì)可行，具有推廣優(yōu)勢(shì)[81-82]。

6.3 針對(duì)我國(guó)低滲透油藏的CO2驅(qū)的篩選標(biāo)準(zhǔn)尚不完善

我國(guó)低滲透油藏儲(chǔ)量巨大，但針對(duì)CO2驅(qū)油低滲透油藏的篩選標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，雖然表1 的CO2驅(qū)油油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)能對(duì)CO2驅(qū)油低滲透油藏的篩選起到一定的指導(dǎo)作用，但這種指導(dǎo)很有限。雖然后來學(xué)者[41,45]都對(duì)表1的篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了拓展和完善，但都未能提出一個(gè)簡(jiǎn)單易行的適合CO2驅(qū)油低滲透油藏的篩選標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)低滲透油藏的儲(chǔ)量巨大，加之CO2驅(qū)油對(duì)低滲透油藏的適應(yīng)性，廣泛開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的研究、盡快建立CO2驅(qū)油低滲透油藏的篩選標(biāo)準(zhǔn)是必要的，這對(duì)指導(dǎo)我國(guó)低滲透油藏的高效開發(fā)具有重要意義。

6.4 最小混相壓力過高

由于陸相沉積的特性，中國(guó)大部分CO2驅(qū)的低滲、特低滲油藏都存在混相壓力過高的問題，最小混相壓力多接近或高于20 MPa，往往高于地層壓力，導(dǎo)致注CO2驅(qū)油過程中難以實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)[83-87]。過高的最小混相壓力往往會(huì)對(duì)低滲透油藏的注氣開發(fā)造成不利影響，如導(dǎo)致CO2注入壓力大于地層破裂壓力，使CO2驅(qū)油項(xiàng)目難以進(jìn)行等。CO2與原油的最小混相壓力受油藏溫壓、原油組分和CO2純度3個(gè)因素的影響，從這3個(gè)影響因素出發(fā)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，以最大限度地降低CO2與原油的最小混相壓力，這對(duì)CO2驅(qū)油項(xiàng)目的順利進(jìn)行和實(shí)現(xiàn)CO2混相驅(qū)都有重要意義。Bon. J通過對(duì)澳大利亞的Cooper盆地進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在CO2氣體中加入少量C5+，可使最小混相壓力降低16%[28]；原油中輕質(zhì)組分含量的增加會(huì)導(dǎo)致CO2的MMP的升高[48,88]，而中間組分(C2～C6)含量的增加會(huì)使得CO2的MMP降低[48,89-90]。但Yang[91]等的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)原油中C2～C10含量的增加，也可使CO2的MMP降低；楊紅等[92]研究發(fā)現(xiàn)原油中C5～C9組分、C10～C14組分含量的增加都利于降低CO2的MMP。氣體的組成不同，也會(huì)對(duì)CO2的MMP產(chǎn)生不同程度的影響，研究發(fā)現(xiàn)，CH4、N2都會(huì)不同程度地使CO2的MMP增大[93]；C3H8會(huì)降低CO2的MMP，CO2中含有25%的C3H8可將其MMP降低30%；CO2中含少量的H2S也會(huì)使CO2的MMP降低[94]。

6.5 管線、設(shè)備的腐蝕

CO2溶于水產(chǎn)成的酸性易對(duì)設(shè)備管線等金屬材料產(chǎn)生腐蝕，會(huì)導(dǎo)致泄露等事件的發(fā)生。另外，這些腐蝕產(chǎn)物順管線進(jìn)入儲(chǔ)層會(huì)造成堵塞，污染傷害儲(chǔ)層。經(jīng)不斷研究，防腐蝕技術(shù)已經(jīng)取得一定進(jìn)展，選用耐腐蝕性強(qiáng)的金屬材料、涂層、非金屬材料和加緩蝕劑等措施已經(jīng)有效地應(yīng)用到CO2驅(qū)油項(xiàng)目中[27]。

7 結(jié)論及展望

我國(guó)低滲透油藏儲(chǔ)量豐富，為更好地發(fā)展CO2驅(qū)油技術(shù)在我國(guó)低滲透油藏的應(yīng)用，未來的重點(diǎn)應(yīng)在以下4個(gè)方面：首先，盡快建立適應(yīng)我國(guó)CO2驅(qū)的陸相低滲透油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)；其次，加大低滲透油區(qū)的CO2氣藏的勘探力度，同時(shí)盡快完善和發(fā)展CO2就地提高采收率技術(shù)；再次，我國(guó)的陸相沉積儲(chǔ)層常具有油藏溫度、壓力雙高的特點(diǎn)，往往在油藏條件下難以達(dá)到混相，所以對(duì)降低最小混相壓力的研究是CO2驅(qū)油技術(shù)研究的關(guān)鍵之一；最后，我國(guó)應(yīng)借鑒美國(guó)CO2驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，出臺(tái)相應(yīng)政策和法規(guī)，積極鼓勵(lì)引導(dǎo)非國(guó)有資本參與CO2驅(qū)油的研究中去，激發(fā)多方創(chuàng)新活力，以更好地服務(wù)我國(guó)CO2驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展。