二氧化碳提高原油采收率畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 二氧化碳提高采收率解析</p><p>　　班 級 08級油采</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　提高采收率( EOR 或IOR) 研究是油氣田開發(fā)永恒的主題之一。近幾年由于油價(jià)

2、高漲,化學(xué)驅(qū)應(yīng)用效益下降,而注氣驅(qū)應(yīng)用范圍則連續(xù)增加，技術(shù)不斷提高。中國油田的儲層屬陸相沉積,非均質(zhì)嚴(yán)重,原油粘度又比較高,上升很快,水驅(qū)采收率比較低,約33%。近期發(fā)現(xiàn)的石油儲量又多屬低滲透及高粘度等難采儲量,發(fā)展提高采收率技術(shù)已成為我國陸上石油工業(yè)繼續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)迫切戰(zhàn)略任務(wù)。同時(shí)隨著人類社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，由于溫室氣體大量排放而引起的全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻。然而，在中短期內(nèi)，沒有其它合適的大規(guī)模能源能夠替代烴類能源，一種可行的方

3、法是將CO2隔離在地下，如注入氣藏中，應(yīng)用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途徑。</p><p>　　關(guān)鍵詞：提高采收率 注氣 CO2 混相 </p><p>　　Abstract     Enhanced oil recovery (EOR or IOR) research is the development of oil and ga

4、s fields, one of the eternal theme. In today's world, still dominated by gas drive. In recent years, due to high oil prices, declining effectiveness of the application of chemical flooding, gas injection and the cont

5、inuous drive to increase the scope of application, technology continues to improve. China's oil reservoir is a continental deposit, non-homogeneous serious, and relatively high viscosity of crud</p><p>　

6、　Keywords: enhanced oil recovery gas injection CO2 miscible；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　Abstract.II</p><p>　　1緒論-

7、1 -</p><p>　　1.1 論文研究的目的和意義- 1 -</p><p>　　1.2 注CO2氣體開發(fā)的適應(yīng)性- 3 -</p><p>　　2 注CO2提高采收率的基本理論- 6 -</p><p>　　2.1 注CO2提高采收率的機(jī)理- 6 -</p><p>　　2.2 流體相態(tài)的研究- 6

8、-</p><p>　　2.2.1 油氣藏流體相態(tài)常規(guī)分析- 6 -</p><p>　　2.2.2 油氣藏流體取樣- 6 -</p><p>　　2.3 CO2的混相驅(qū)替研究- 20 -</p><p>　　2.3.1 注氣提高采收率的機(jī)理- 20 -</p><p>　　2.3.2 一次接觸混相過程- 2

9、0 -</p><p>　　2.3.3 多級接觸混相驅(qū)替過程- 21 -</p><p>　　2.4 CO2的非混相驅(qū)替研究- 26 -</p><p>　　2.4.1 CO2非混相驅(qū)的機(jī)理- 26 -</p><p>　　3 結(jié)論- 30 -</p><p><b>　　致謝- 31 -<

10、/b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 32 -</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 論文研究的目的和意義</p><p>　　隨著人類社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，由于溫室氣體大量排放而引起的全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻,必須采取積極有效的措施。減少CO2的排放量，控制空氣中CO2的含量已

11、經(jīng)成為保護(hù)人類生存環(huán)境的重要方面。然而，在中短期內(nèi)，沒有其它合適的大規(guī)模能源能夠替代烴類能源，一種可行的方法是將CO2隔離在地下，如注入氣藏中，應(yīng)用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途徑。</p><p>　　用CO2作為油藏提高采收率的驅(qū)油劑己研究多年，室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)都曾表明CO2是一種有效的驅(qū)油劑。但注CO2非混相驅(qū)在解決低滲透油藏開發(fā)方面是否可行還有待于進(jìn)一步研究。因此，探索和發(fā)展與現(xiàn)場相適應(yīng)的各種注氣驅(qū)提

12、高剩余油采收率的機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　2 注CO2提高采收率的基本理論</p><p>　　2.1 注CO2提高采收率的機(jī)理</p><p>　　將CO2作為油藏提高采收率的驅(qū)油劑已研究多年，在油田開發(fā)后期，注入CO2，能使原油膨脹，降低原油粘度，減少殘余油飽和度，從而提高原油采收率，增加原油產(chǎn)量。 CO2能夠提高原油采收率的原因有

13、： </p><p>　　CO2溶于原油能使原油體積膨脹，從而促使充滿油的空隙體積也增大，這為油在空隙介質(zhì)中提供了條件。若隨后底層注水，還可使油藏中的殘余油量減少。 </p><p>　　CO2溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流動性提高，其結(jié)果是用少量的驅(qū)油劑就可達(dá)到一定的驅(qū)油效率。 </p><p>　　CO2溶于原油能使毛細(xì)管的吸滲作用得到改善，從而使油層掃油

14、范圍擴(kuò)大，使水、油的流動性保持平衡。 </p><p>　　CO2溶于水使水的粘度有所增加，當(dāng)注入粘度較高的水時(shí)，由于水的流動性降低，從而使水油粘度比例隨著油的流動性增大而減少。 </p><p>　　CO2水溶液能與巖石的碳酸巖成分發(fā)生反應(yīng)，并使其溶解，從而提高儲集層的滲透率性能，使注入井的吸收能力增強(qiáng)。 </p><p>　　CO2溶于水可降低油水界面的表面張力

15、，從而提高驅(qū)油效率。 </p><p>　　CO2可促使原油中的輕質(zhì)烴類（C2~C3）被抽提出來，從而使殘余油飽和度明顯降低。在不同原油的成分、溫度和壓力條件下，二氧化碳具有無限制地與原油混相的能力，實(shí)際上可以達(dá)到很好的驅(qū)油目的。 </p><p>　　CO2在油水中的擴(kuò)散系數(shù)較高，其擴(kuò)散作用可使二氧化碳本身重新分配并使相系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)定。</p><p>　　2.

16、2 流體相態(tài)的研究</p><p>　　2.2.1 油氣藏流體相態(tài)常規(guī)分析</p><p>　　常規(guī)流體相態(tài)分析技術(shù)已經(jīng)成熟，并在全世界得到廣泛應(yīng)用。天然氣和原油組成分析是為確定地層流體的井流物組成而設(shè)定的，當(dāng)然還有一些如密度和其它常壓下的分析內(nèi)容未列出。表中列出了在相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)中主要烴類油氣藏流體，即原油、揮發(fā)油、凝析干氣四大類型的詳細(xì)的取樣方法、測試規(guī)程等。</p>&

17、lt;p>　　2.2.2 油氣藏流體取樣</p><p>　　流體相態(tài)分析的對象是流體，取得有代表性的流體是最關(guān)鍵的一步。目前已有取樣的分析標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)前人多年研究和分析的經(jīng)驗(yàn)，對一些特殊流體在取樣上還應(yīng)注意一些因素，以保證流體取樣的代表性。</p><p><b>　　樣井的選擇</b></p><p>　?。?）可把井底壓力調(diào)整到高于預(yù)

18、計(jì)的原始泡（露）點(diǎn)壓力一下進(jìn)行生產(chǎn)的油氣井；</p><p>　?。?）不產(chǎn)水或產(chǎn)水率不超過5%的油氣井；</p><p>　?。?）氣油比及地面原油相對密度在周圍井中有代表性的油氣井；</p><p>　?。?）采油氣指數(shù)在周圍井中相對較高的井；</p><p>　　（5）油氣流穩(wěn)定、沒有間歇現(xiàn)象的油氣井；</p><p

19、>　?。?）井口量油測氣設(shè)備齊全可靠，符合要求的油氣井；</p><p>　?。?）水泥封固井段層間物串槽的油氣井；</p><p>　?。?）最好為自噴井。</p><p><b>　　流體取樣的代表性</b></p><p>　　流體取樣代表性評價(jià)是實(shí)驗(yàn)前后的認(rèn)定過程。一般來講，一個(gè)油氣藏會取很多的樣品進(jìn)行測試

20、，關(guān)于流體特征的縱向及橫向分布，流體性質(zhì)的矛盾及一致性等均應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析，應(yīng)結(jié)合取樣樣品操作規(guī)程、分析數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動態(tài)、取樣位置等進(jìn)行綜合分析才能確定，最后選擇有代表性的流體樣品來進(jìn)行評價(jià)。對取樣來講，一下幾點(diǎn)值得考慮：</p><p>　　飽和油氣藏?zé)o法取得有代表性的原始樣品；</p><p>　　對原油來講，井下取樣井底流壓比該處溫度下泡點(diǎn)壓力高，并不等于就是合格的；</p>

21、<p>　　飽和壓力越低，則更可能取得有代表性的流體。</p><p>　　2.3 CO2的混相驅(qū)替研究</p><p>　　2.3.1 注氣提高采收率的機(jī)理</p><p>　　混相(Miscible)的定義是:當(dāng)兩種或更多種流體按任何比例混合都沒有流體間的相界面形成，所有的混合物都保持單一均質(zhì)相時(shí)，則稱這些流體是混相的。反之，若有流體相存在，則認(rèn)為這

22、些流體是不混相的?；煜囹?qū)替(Miscible displacement)是提高石油采收率的重要方法之一，它的基本機(jī)理是驅(qū)替劑(注入的混相氣體)和被驅(qū)劑(地層原油)在油藏條件下形成混相，消除界面，使多孔介質(zhì)中的毛細(xì)管力降至零，從而降低因毛細(xì)管效應(yīng)產(chǎn)生毛細(xì)管滯留所圈閉的石油，原則上可以使微觀驅(qū)油效率達(dá)到百分之百.</p><p>　　根據(jù)不同注入氣體及其與原油系統(tǒng)的特性，混相驅(qū)可分為:一次接觸混相(FCM )、多級接

23、觸混相(MCM)。</p><p>　　2.3.2 一次接觸混相過程</p><p>　　達(dá)到混相驅(qū)替最簡單和最直接的方法，是注入按任何比例都能與原油完全混合的溶劑，以便使所有的混合物為單相。中等分子量烴，如丙烷、丁烷或液化天然氣，是常用來進(jìn)行一次接觸混相驅(qū)的注入溶劑。</p><p>　　圖2-11說明一次接觸混相的相態(tài)要求。這個(gè)三元圖上的液化天然氣溶劑用擬組分C

24、2-C6代表。所有的液化天然氣和原油的混合物，在這一圖上全都位于單相區(qū)。為在溶劑與原油之間達(dá)到一次接觸混相，驅(qū)替壓力必須位于P---X圖臨界凝析壓力之上，因?yàn)槿軇┮辉突旌衔镌谶@一壓力之上為單相。實(shí)際上，在三角相圖中，只要注入溶劑和原油之間的連線沒有經(jīng)過兩相區(qū)，都認(rèn)為在該溫度和壓力條件下是一次接觸混相的。</p><p>　　圖2-11 溶劑段塞的一次接觸混相</p><p>　　液化天然

25、氣是與油藏流體發(fā)生初接觸混相的溶劑，如果連續(xù)注入，費(fèi)用太高，代替的辦法是注入一定體積的液化天然氣溶劑，或溶劑段塞，其體積只有油藏孔隙體積的一小部分，并用費(fèi)用較低的流體如天然氣或煙道氣混相驅(qū)替溶劑段塞。在理想情況下，采用這樣的混相驅(qū)方案時(shí)，溶劑混相地驅(qū)替油藏原油，而驅(qū)動氣混相地驅(qū)替溶劑，推動小的溶劑段塞通過油藏。當(dāng)溶劑段塞通過油藏時(shí)，它在段塞前緣與原油混合，并在尾部與驅(qū)動氣混合。只要段塞中部的溶劑保持不稀釋，由原油通過段塞到驅(qū)動氣的組成剖

26、面就類似于圖2-11的虛線a。最終，段塞中部被稀釋到它的原始濃度以下，結(jié)果組成剖面類似于虛曲線b。隨著繼續(xù)通過油藏，小段塞可能被稀釋到組成剖面類似于曲線c，這條曲線剛好與兩相區(qū)相交。在這一點(diǎn)上出某些瀝青。沉淀的趨勢隨著烴溶劑分子量的增加而減弱?；煜囹?qū)替消失，因?yàn)殡S后的混合稀釋使段塞進(jìn)入兩相區(qū)，如曲線d所示。兩相區(qū)的大小和形狀是受溫度、壓力和流體組成支配的，決定著溶劑段塞在失去混相性以前可被混合稀釋的程度。</p><

27、p>　　對于一次接觸混相驅(qū)來說，中間分子量的烴注入溶劑將會從瀝青基原油中沉淀嚴(yán)重的瀝青沉淀可降低滲透率，并影響井的注入能力和產(chǎn)能。它還可以在生產(chǎn)井中引起堵塞。</p><p>　　2.3.3 多級接觸混相驅(qū)替過程</p><p>　　在注入氣體后，油藏原油與注入氣之間出現(xiàn)就地的組分傳質(zhì)作用，形成一個(gè)驅(qū)替相過渡帶，其流體組成由原油組成變化過渡為注入流體的組成，這種原油與注入流體在流動過

28、程中重復(fù)接觸而靠組分的就地傳質(zhì)作用達(dá)到混相的過程，稱為多級觸混相或動態(tài)混相。</p><p>　　在多級接觸混相驅(qū)中，常用到兩個(gè)概念:即向前接觸和向后接觸。向前接觸是指平衡的氣相與新鮮的原油相接觸，通過蒸發(fā)或抽提作用進(jìn)行相間傳質(zhì)。而向后接觸是指平衡液相與新鮮注入氣之間的不斷進(jìn)行的相間傳質(zhì)。這兩種驅(qū)替過程是同時(shí)但在地層中不同地點(diǎn)發(fā)生。向前接觸發(fā)生在前緣，而向后接觸發(fā)生在后緣。</p><p>

29、;　　多次接觸混相根據(jù)傳質(zhì)方式不同分為凝析氣驅(qū)(富氣驅(qū))及汽化氣驅(qū)(貧氣驅(qū))。</p><p>　　2.4 CO2的非混相驅(qū)替研究</p><p>　　2.4.1 CO2非混相驅(qū)的機(jī)理</p><p>　　CO2非混相開采的機(jī)理是：原油體積膨脹，降低原油黏度，汽化和萃取原油輕質(zhì)組分，酸化解堵作用和溶解氣驅(qū)作用。由于CO2在原油中的溶解度大，因此在一定得溫度和壓力下

30、，當(dāng)原油與CO2接觸時(shí)，原油體積就會增加，粘度就會降低，CO2在原油中的溶解還可以降低界面張力及形成酸性乳化液。CO2在原油中的溶解度隨壓力的增加而增加，當(dāng)壓力降低時(shí)，飽和了CO2的原油中的CO2就會溢出，形成溶解氣驅(qū)。與CO2驅(qū)相關(guān)的另一個(gè)開采機(jī)理是由CO2形成的自由氣飽和度可以部分替代油藏中的殘余油。</p><p><b>　?。?）原油體積膨脹</b></p><

31、p>　　CO2在原油中具有很高的溶解能力。CO2的注入量越大,原油體積膨脹越大。賓夕法尼亞州Bradford油田以及加拿大Mannuville油田室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一定壓力條件下將CO2注入原油,可使原油體積膨脹28%～50%。CO2使地層孔隙中的殘余油體積膨脹,原油飽和度增加,易于流動。</p><p><b>　?。?）降低原油黏度</b></p><p>

32、;　　地層原油溶解CO2后,黏度將會大大降低。江蘇油田富48井注入37.161% (摩爾分率) CO2后,原油黏度降低了60.173%；Maini和Sayegh研究發(fā)現(xiàn),在61.55MPa下,稠油飽和CO2之后,其黏度從6822MPa·s降低到了226 MPa·s。而原油黏度越高, CO2注入量越大,黏度降低效果就越明顯。當(dāng)原油黏度降低時(shí),原油的流動能力增強(qiáng),可以提高單井原油產(chǎn)量。</p><p&

33、gt;　?。?）汽化和萃取原油輕質(zhì)組分</p><p>　　CO2吞吐浸泡期間, CO2能夠萃取和汽化原油中的輕質(zhì)組分,加富CO2氣相,形成CO2富氣相,從而減小注入氣與原油之間的界面張力,減小原油的流動阻力,使油更易于流動,提高波及效率。</p><p><b>　?。?）酸化解堵作用</b></p><p>　　大量CO2溶于地層水,水溶液

34、顯弱酸性。在CO2吞吐注入及浸泡期間,地層水溶解了CO2之后可與巖石基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在頁巖中,由于地層水ph值降低,可以抑制儲層的粘土膨脹,可見, CO2對粘土有一定的穩(wěn)定作用;在碳酸巖和砂巖中,碳酸水會與儲層礦物發(fā)生反應(yīng),溶解部分油層孔隙礦物質(zhì),起到疏通原油流動通道的作用,從而大大改善儲層滲透性。</p><p><b>　?。?）溶解氣驅(qū)作用</b></p><p>

35、;　　CO2在原油中的溶解度是溫度、壓力及地層水離子濃度的函數(shù)。隨著注入壓力的增加,原油溶解CO2量越來越大。當(dāng)CO2吞吐過程開井生產(chǎn),地層壓力降低, CO2就會從原油中分離出來,為溶解氣驅(qū)提供能量,形成類似天然氣驅(qū)的溶解氣驅(qū)過程,可以提高原油采出量,從而達(dá)到提高原油采收率的目的。</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　?。?） CO2是目前

36、國外混相驅(qū)中十分重要的提高采收率技術(shù)，它是比天然氣更經(jīng)濟(jì)更有效的驅(qū)替劑。</p><p>　?。?）注CO2提高采收率的主要影響因素有最小混相壓力（MMP），界面張力，油層壓力，原油物性等。</p><p>　?。?）注CO2提高采收率的主要方式有混相驅(qū)與非混相驅(qū)。</p><p>　　（4）二氧化碳粘度低, 類似于烴類混相溶劑的粘度, 象烴類混相驅(qū)那樣, 波及體積

37、受粘度比的影響。二氧化碳油層條件下的密度接近于某些地層油的密度, 可以減弱二氧化碳與原油的重力分異。由于二氧化碳混相所需的工作壓力低, 在許多油藏都可形成動力混相。另外二氧化碳的來源和成本比烴類溶劑更有優(yōu)勢, 可以從地層和電廠獲得, 是可以充分利用的資源。二氧化碳?xì)鈱託饧兌雀?、易管? 是進(jìn)行混相驅(qū)的理想溶劑, 可用作特低滲透油藏采油。</p><p>　　（5）利用CO2提高原油采收率是一種有效的提高原油采收率

38、的方法，它一直受到科研人員的重視。特別是現(xiàn)在溫室效應(yīng)的存在，為注CO2開發(fā)油氣田提供了一個(gè)更有利的環(huán)境。我國注CO2技術(shù)也日趨成熟，不少CO2氣源被發(fā)現(xiàn)，實(shí)施合理的方案充分利用這些氣體將是我們面臨的主要難題。</p><p>　?。?）根據(jù)國外（以美國和加拿大為主）氣驅(qū)混相驅(qū)經(jīng)驗(yàn)以及我國第二次三次潛力分析評價(jià)結(jié)果得出，我國東部油區(qū)一些有條件的油田側(cè)重發(fā)展CO2和N2驅(qū)，必要時(shí)也可發(fā)展注烴混相驅(qū)。在西部天然氣資源較

39、為豐富的油區(qū)，應(yīng)側(cè)重發(fā)展烴類混相驅(qū)。</p><p>　?。?）應(yīng)用CO2提高采收率廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)最大CO2埋存和提高原油產(chǎn)量有機(jī)結(jié)合，必將為全球生態(tài)保護(hù), 石油資源的高水平、高效益開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供理論及實(shí)踐依據(jù)。</p><p>　　（8）通過文獻(xiàn)調(diào)研和以上的分析可以看出, 注CO2采油適用于多種無法注水開發(fā)的油藏以及注水開發(fā)后枯竭的油氣藏。注CO2采油技術(shù)正越來越受到世界各國的重視

40、, 雖然其技術(shù)上遇到一定的問題, 但是都逐漸得到解決, 再考慮到注CO2采油具有很多環(huán)境保護(hù)上的優(yōu)點(diǎn), 不僅可以取得豐富的經(jīng)濟(jì)效益, 而且具備社會效益, 因而其必將在油田的應(yīng)用越來越廣泛。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　三年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學(xué)生涯在師長、

41、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給幾位平凡的人，我的各位老師。我不是你們最出色的學(xué)生，而你們卻是我最尊敬的老師。你們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從課堂上的教授

42、我的知識到畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo),經(jīng)由你們悉心的點(diǎn)撥,每次都有很深的領(lǐng)悟。 </p><p>　　最后再一次感謝所有在求學(xué)過程中及畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李士倫、張正卿、冉新權(quán)著，注氣提高石油采收率技術(shù)[M]，四川科學(xué)技術(shù)出

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