低滲透油藏二氧化碳驅(qū)油的研究

楊 昭，鄭 洲，張國芳，齊 夢，馬 靜

（哈爾濱石油學(xué)院石油工程系，黑龍江 哈爾濱150027）

在提高原油采收率的方法中，混相驅(qū)的驅(qū)油效率是最高的，若不考慮波及系數(shù)，混相驅(qū)幾乎可以將殘留在油層的全部剩余油驅(qū)替出來。現(xiàn)今多數(shù)油田是以水驅(qū)為主，這必然會(huì)存在水資源問題和經(jīng)濟(jì)極限的問題。而近年來二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的快速研發(fā)，既能解決油田低滲透油藏開發(fā)的需求，又能解決大氣中二氧化碳含量升高帶來的溫室效應(yīng)問題[1]。二氧化碳驅(qū)油技術(shù)不僅可用于常規(guī)油藏，而且對(duì)低滲透油藏、特低滲透油藏均可明顯提高原油采收率。

1.二氧化碳驅(qū)油機(jī)理

1.1 低界面張力機(jī)理

在一定溫度和壓力下，二氧化碳可萃取、汽化原油中C2-C6組分，色譜分析表明，二氧化碳可以抽提原油中C2-C24組分，其中C4-C8組分占抽提物總量的24%，C4-C12組分占抽提物總量的48%，達(dá)到平衡狀態(tài)從而降低σ，相對(duì)滲透率發(fā)生了相應(yīng)的變化，剩余油飽和度隨σ的降低而降低，當(dāng)σ降到最低值時(shí)，剩余油飽和度降為零[2]，采收率可超過90%。

一般情況下，二氧化碳通過分子的緩慢擴(kuò)散作用而溶于原油。

1.2 降低粘度機(jī)理

在許多油藏條件下，二氧化碳的密度與原油相似，因此較易溶解于原油中，二氧化碳溶解于原油后可使原油的粘度降低，低粘度原油流動(dòng)阻力小，即提高原油的流度，有利于提高驅(qū)油劑的波及系數(shù)，如圖1所示。

圖1 二氧化碳飽和壓力與原油粘度降低的關(guān)系（50℃）

μo-原油粘度；μm-溶有二氧化碳的原油粘度

1.3 原油膨脹機(jī)理

二氧化碳與原油混相后，可使原油體積發(fā)生膨脹，油層彈性能量亦增加，增加了原油的可移動(dòng)性，膨脹后的原油易于被驅(qū)出油層，提高了洗油效率，從而提高石油采收率[3]。

圖2 為二氧化碳濃度與膨脹系數(shù)的關(guān)系。由圖可知，膨脹系數(shù)隨二氧化碳在原油中濃度的增加而增加，隨原油平均相對(duì)分子質(zhì)量的增大而減小，這說明在一定的二氧化碳濃度下，輕質(zhì)組分的膨脹系數(shù)高于重質(zhì)組分的膨脹系數(shù)。

圖2 二氧化碳濃度與膨脹系數(shù)的關(guān)系

1.4 提高地層滲透率機(jī)理

二氧化碳溶于地層水后，生成碳酸，碳酸與地層中的石灰?guī)r和白云巖發(fā)生反應(yīng)，能夠生成水溶性的重碳酸鹽，從而提高地層的滲透率，擴(kuò)大驅(qū)油介質(zhì)的波及系數(shù)。

1.5 溶氣驅(qū)機(jī)理

降壓采油機(jī)理與溶解氣驅(qū)相似，從注入井到采出井的驅(qū)油過程是一個(gè)降壓過程，根據(jù)地層壓力的不斷降低，氣體就會(huì)從液相中不斷析出，析出的二氧化碳?xì)怏w成為驅(qū)替原油的驅(qū)動(dòng)力，使驅(qū)油效果得到提高[4]。此外，一部分二氧化碳?xì)怏w替換了原孔隙空間中的流體，在一定程度上也能提高原有的采收率。

2.二氧化碳驅(qū)油技術(shù)

二氧化碳驅(qū)油是將二氧化碳?xì)庾⑷氲接蛯又衼硖岣呤筒墒章实囊环N技術(shù)。二氧化碳物理形態(tài)有氣、液、固三態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為氣態(tài)，其臨界溫度是31.2℃，臨界壓力是7.38MPa，當(dāng)溫度、壓力超過臨界值時(shí)，其性質(zhì)隨之發(fā)生改變，粘度近似于氣體，形態(tài)近乎于液體，擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于液體，此時(shí)的二氧化碳優(yōu)良溶劑，其溶解性、擴(kuò)散能力均超過乙醇、乙醚、水等溶劑[5]。

采用混相驅(qū)來提高石油采收率的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)就是氣體與原油之間的最小混相壓力（MMP），MMP是氣驅(qū)采收率超過90%的驅(qū)動(dòng)壓力。通常情況下，由于混相驅(qū)油比非混相驅(qū)油采收率高，因此希望混相條件下驅(qū)替，即等于或略大于MMP下進(jìn)行驅(qū)替。當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力遠(yuǎn)大于MMP時(shí)，易發(fā)生地層破裂，此時(shí)產(chǎn)生安全性生產(chǎn)問題，原油產(chǎn)量提高難以實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益還會(huì)下降[6]。當(dāng)MMP高于地層的破裂壓力時(shí)，為了不破裂地層，只能采取二氧化碳的非混相驅(qū)油技術(shù)，其機(jī)理仍然是降粘機(jī)理、原油膨脹機(jī)理、減小σ以及對(duì)原油中輕烴成分的汽化和抽提。

3.二氧化碳注入方式

3.1 連續(xù)注二氧化碳?xì)怏w

直接向已枯竭的地層中連續(xù)注入二氧化碳?xì)怏w，特點(diǎn)為：該方法效果明顯，此時(shí)二氧化碳?xì)怏w耗量較大，常數(shù)倍于油層孔隙體積；卻存在不利水油流度比，易氣竄且不易控制，氣體利用率低；一般不應(yīng)用于壓力過低的油藏，因?yàn)橄亩趸細(xì)怏w的量較大，另外二氧化碳對(duì)原油中輕烴成分的汽化和抽提困難，重組分不易采出。

3.2 注碳酸水

根據(jù)二氧化碳能夠溶于水，將水、二氧化碳形成的碳酸水注入到油層后，正是由于二氧化碳存在擴(kuò)散作用，碳酸水中的氣體分子才能夠與原油接觸而進(jìn)行驅(qū)油[7]。

3.2.1 改善水油流度比

因?yàn)樗卸趸几兹芙庥谠椭校蕴妓崴械亩趸紨U(kuò)散到殘余油相中，降低殘余油粘度，提高殘余油運(yùn)移能力，另外二氧化碳對(duì)水具有增稠作用，能夠改善水油流度比，使得毛管力降低和潤濕角縮小，對(duì)于原來水波及不到的位置，因?yàn)樗腥苡卸趸级軌虿暗剑ǔＬ妓崴跋禂?shù)較普通水高出數(shù)倍[8]。

3.2.2 提高洗油效率

對(duì)于水和原油兩相，二氧化碳更易溶于原油，當(dāng)碳酸水接觸到原油時(shí)，氣體分子會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，使得原油中重質(zhì)油膜粘度降低，重質(zhì)油膜被溶解，流動(dòng)能力增強(qiáng)，即提高了原有的洗油效率。

3.2.3 吸附現(xiàn)象

二氧化碳亦存在吸附性，卻有別于驅(qū)油聚合物，原因是二氧化碳在表面處吸附和原油處吸附不但不降低原油采收率，還有利油層的原油開采。

3.3 二氧化碳與水段塞交替注入

用較小的段塞尺寸把二氧化碳、水交替注入油層進(jìn)行驅(qū)油。雖然在注入時(shí)可能出現(xiàn)注入能力下降、也可能存在二氧化碳繞流、重力分層和水屏蔽[9]，但氣體流度得到了改善，流度比降低，改高了波及范圍，因此二氧化碳與水段塞交替注入方式能夠經(jīng)濟(jì)有效。

3.4 二氧化碳與水兩相同時(shí)注入

此方式是利用雙注系統(tǒng)把水、二氧化碳同時(shí)注入到油層的方法。缺點(diǎn)為：如果將二氧化碳與水的混合物高壓注入，易出現(xiàn)注入井嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象；如果將二氧化碳與水同時(shí)注入，易出現(xiàn)注入能力降低的現(xiàn)象。

4.結(jié)論

注二氧化碳驅(qū)油提高采收率機(jī)理包括低界面張力機(jī)理、降粘機(jī)理、原油膨脹機(jī)理、提高地層滲透率機(jī)理、溶氣驅(qū)機(jī)理等；低滲透油藏在二氧化碳驅(qū)前，要進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)，并根據(jù)低滲透油藏構(gòu)造特征和流體性質(zhì)，選擇二氧化碳驅(qū)動(dòng)方式和注入方式；溫室氣體二氧化碳使全球氣候變暖，推廣采用二氧化碳驅(qū)油不僅可封存二氧化碳?xì)怏w減緩溫室效應(yīng)，而且還可提高低滲透油藏的原油采收率。