1、第二章第二章 气体混相驱气体混相驱主要内容：主要内容：第第1节节 概述概述第第3节节 CO2驱驱第第4节节 烃类气体驱烃类气体驱第第5节节 氮气驱氮气驱第第2节节 基本理论基本理论1第第1节节 概概 述述 在提高采收率的方法中，气体混相驱具有非常大的吸引在提高采收率的方法中，气体混相驱具有非常大的吸引力。因为注入气体与原油达到混相后，界面张力趋于零。驱力。因为注入气体与原油达到混相后，界面张力趋于零。驱油效率趋于油效率趋于100%。如果这种技术与提高波及系数的技术结。如果这种技术与提高波及系数的技术结合起来时，实际油层的采收率可达合起来时，实际油层的采收率可达95%以上。本章讨论的是以上。本章
2、讨论的是以气体为注入剂的混相驱油。以气体为注入剂的混相驱油。一、用于混相驱油的气体一、用于混相驱油的气体 a、烃类气体烃类气体：干气（以甲烷为主）：干气（以甲烷为主） 液化石油气（液化石油气（LPG）,由乙烷由乙烷-丁烷组成丁烷组成 富气：以乙烷富气：以乙烷-己烷为主，含乙烷己烷为主，含乙烷-己烷己烷 3050%2 b、非烃类气体非烃类气体：CO2 烟道气（存在大量烟道气（存在大量CO2 ） N2二、一次接触混相驱和多级接触混相驱二、一次接触混相驱和多级接触混相驱 气体混相驱油按其气体混相驱油按其混相机理混相机理可以分为可以分为一次接触混相驱一次接触混相驱和多级接触混相驱和多级接触混相驱。 一
3、次接触混相驱：一次接触混相驱：是指排驱气体与地层原油以任何比是指排驱气体与地层原油以任何比例混合时，一经接触便可立刻达到完全互溶混相的排驱过例混合时，一经接触便可立刻达到完全互溶混相的排驱过程。程。例如：例如：LPG。3 多级接触混相驱：多级接触混相驱：是指排驱气体在地层中推进时，多次是指排驱气体在地层中推进时，多次（级）与地层中的原油接触后才能达到混相的排驱过程（级）与地层中的原油接触后才能达到混相的排驱过程，它，它可以进一步分为凝析气驱（如富气驱）和蒸发气驱（如二氧可以进一步分为凝析气驱（如富气驱）和蒸发气驱（如二氧化碳驱、干气驱、氮气驱、烟道气驱等）。气体混相驱分类化碳驱、干气驱、氮气驱
4、、烟道气驱等）。气体混相驱分类框图如下：框图如下：气体混相驱气体混相驱一次接触混相驱一次接触混相驱多次接触混相驱多次接触混相驱LPG段塞驱段塞驱丙烷段塞驱丙烷段塞驱二氧化碳驱二氧化碳驱富气驱富气驱干气驱干气驱氮气（烟道气）驱氮气（烟道气）驱 在气体多次接触混相驱的应用中，富气驱和二氧化碳驱在气体多次接触混相驱的应用中，富气驱和二氧化碳驱所需的混相压力较低，对原油组成的要求也低；而干气、氮所需的混相压力较低，对原油组成的要求也低；而干气、氮气和烟道气所需的混相压力高，对原油的要求也高。因此，气和烟道气所需的混相压力高，对原油的要求也高。因此，对于一定的油藏，富气和二氧化碳驱能够获得较高的采收率。
5、对于一定的油藏，富气和二氧化碳驱能够获得较高的采收率。鉴于注气的成本和最终采收率，二氧化碳是气体混相驱中最鉴于注气的成本和最终采收率，二氧化碳是气体混相驱中最有吸引力的提高采收率方法。有吸引力的提高采收率方法。4第第2节节 基本理论基本理论一、基本概念一、基本概念 （1）相：具有均一性质（密度、粘度等内在性质）的单组分）相：具有均一性质（密度、粘度等内在性质）的单组分或多组分体系的混合物。如油水体系有两个相，油相和水相。或多组分体系的混合物。如油水体系有两个相，油相和水相。 （2）泡点压力：液相存在的最小压力，是无限少的气相与液）泡点压力：液相存在的最小压力，是无限少的气相与液相达到共存的压力
6、。相达到共存的压力。 （3）露点压力：气体存在的最大压力，是无限少的液相与气）露点压力：气体存在的最大压力，是无限少的液相与气相达到共存的压力。相达到共存的压力。 （4）临界点：具有相同物理性质的气相与液相共存的极限条）临界点：具有相同物理性质的气相与液相共存的极限条件（压力、温度及组成），它是泡点线与露点线的交点。件（压力、温度及组成），它是泡点线与露点线的交点。 （5）临界凝析压力：流体处于单相的最低压力点，也是相包）临界凝析压力：流体处于单相的最低压力点，也是相包络线上最大压力点。络线上最大压力点。5 （6）临界凝析温度：流体处于单相的最低温度点，也是相临界凝析温度：流体处于单相的最低温
7、度点，也是相包络线上最大温度点。包络线上最大温度点。 （7）组分：具有物理和化学性质完全相同的均一体系。如）组分：具有物理和化学性质完全相同的均一体系。如液化石油气有乙烷、丙烷、丁烷等组分。液化石油气有乙烷、丙烷、丁烷等组分。 （8）拟组分：具有性质相近的不同烃类组分的混合物，如）拟组分：具有性质相近的不同烃类组分的混合物，如C2C6为一个拟组分。为一个拟组分。 （9）组成：某一物质的组分及各组分的含量。有体积、质）组成：某一物质的组分及各组分的含量。有体积、质量、摩尔等组成表示法。量、摩尔等组成表示法。 （10）压力）压力温度温度(pT)相图：体系的相态特征与温度、相图：体系的相态特征与温度
8、、压力的关系图。用于确定油藏类型。压力的关系图。用于确定油藏类型。 （11）压力）压力组成组成(pX)相图相图：体系的相态特征与压力、：体系的相态特征与压力、相数或组成的关系图。相数或组成的关系图。6 （12）三元相图：在一定的温度和压力下，表示三个纯组）三元相图：在一定的温度和压力下，表示三个纯组分或三个拟组分的相态特征图。用于测定不同体系组分的相态分或三个拟组分的相态特征图。用于测定不同体系组分的相态特征。特征。 （13）相包络线：体系中存在的单相和两相的分隔线，它）相包络线：体系中存在的单相和两相的分隔线，它是由泡点线和露点线在临界点连接而成。是由泡点线和露点线在临界点连接而成。 （14
9、）系线：两相区内两个平衡共存相的连线。其两端的）系线：两相区内两个平衡共存相的连线。其两端的坐标位置分别代表体系的两个平衡相的组成。坐标位置分别代表体系的两个平衡相的组成。 （15）极限系线：三元相图中过临界点的切线。用于判断）极限系线：三元相图中过临界点的切线。用于判断达到混相的气、油组成条件。达到混相的气、油组成条件。二、三元相图二、三元相图 三元相图三元相图是是描述一定温度和压力下三组分或多组分体系相描述一定温度和压力下三组分或多组分体系相态特征的等边三角形态特征的等边三角形。如果组分数目超过三个如果组分数目超过三个，三元相图就称，三元相图就称7拟三元相图拟三元相图。如。如C1，C2-6
10、, ,C7+三个拟组分组成体系的相态特三个拟组分组成体系的相态特征可用拟三元相图描述。三元相图是一个等边三角形，具有征可用拟三元相图描述。三元相图是一个等边三角形，具有三个顶点和三条边，如图三个顶点和三条边，如图2-1所示。所示。图图2-1 任任意比例下均能混相的三组分三元相图意比例下均能混相的三组分三元相图 一个体系含有三个组分一个体系含有三个组分A、B、C，该体系始终落在等边三角形，该体系始终落在等边三角形之内。体系中各组成可用质量分之内。体系中各组成可用质量分数、摩尔分数或体积分数表示。数、摩尔分数或体积分数表示。图中，图中，P点代表着一个三组分体点代表着一个三组分体系。三元相图的三个顶
11、点各代表系。三元相图的三个顶点各代表一个单组分，即一个单组分，即A、B、C三个顶三个顶点分别代表含有点分别代表含有100%的的A，100%的的B和和100%的的C的纯组分；的纯组分；A、B、C三个顶点的对边分别代三个顶点的对边分别代表着表着A、B、C组分的含量为零，组分的含量为零，即三元相图三条边代表着除其对即三元相图三条边代表着除其对应顶点组分之外的其他两个组分应顶点组分之外的其他两个组分的混合物。的混合物。8 例如例如，a，b和和c点分别表示点分别表示不含不含A，B，C的两组分体系，的两组分体系，即即a为为B（60%）+C（40%），），b为为A（60%）+C（40%），），c为为B（50
12、%）+A（50%）的两）的两组分体系。如果一个体系含有组分体系。如果一个体系含有A，B，C三种组分，（如右图三种组分，（如右图P体系含有体系含有A（40%），），B（40%）和）和C（20%），这个），这个体系的点一定位于三元相图中。体系的点一定位于三元相图中。图图2-2 任任意比例下均能混相的三组分三元相图意比例下均能混相的三组分三元相图abC9 三元相图的三元相图的主要优点主要优点就是就是易于表示混合物中不同组分的含易于表示混合物中不同组分的含量量。例如，组分。例如，组分B与与M混合后，形成一个新体系混合后，形成一个新体系P，P点一定点一定落在落在 连线上，即系线规则（两个体系的混合物的组
13、成点位连线上，即系线规则（两个体系的混合物的组成点位置一定处于两个体系组成的连线上）。置一定处于两个体系组成的连线上）。P点的位置由杠杆规则点的位置由杠杆规则确定，即：确定，即：MP的含量的含量MBPBMP混合物的含量的含量BBMPM或或（2-1）（2-2）图图2-3 任任意比例下均能混相的三组分三元相图意比例下均能混相的三组分三元相图 因此，采用系线规则和因此，采用系线规则和杠杆规则可以确定任何两个杠杆规则可以确定任何两个体系混合的组成。体系混合的组成。10图图2-4 部分互溶的三组分三元相图部分互溶的三组分三元相图 三元相图用于表示三组分体系三元相图用于表示三组分体系的相态关系，右图中的相
14、态关系，右图中A、B、C为三为三个拟组分，组成用摩尔分数表示。个拟组分，组成用摩尔分数表示。在一定温度、压力下，三组分达到在一定温度、压力下，三组分达到汽液平衡。相图中有两个区，一个汽液平衡。相图中有两个区，一个是两相区，另一个是单相区，二者是两相区，另一个是单相区，二者被相包络线分隔。被相包络线分隔。相包络线相包络线是是由露由露点线和泡点线在临界点相连而组成点线和泡点线在临界点相连而组成的的。如果两相区内有一点。如果两相区内有一点P，它可以，它可以分成平衡气相分成平衡气相Y和平衡液相和平衡液相X，根据，根据杠杆规则及杠杆规则及PX和和PY的距离比值，可的距离比值，可以计算出气相和液相的相对含
15、量。以计算出气相和液相的相对含量。两相区内连接平衡气相和平衡液相的直线两相区内连接平衡气相和平衡液相的直线称为称为系线系线（如（如XY），），临界点临界点表表示的是平衡气相与平衡液相组成完全相同的组成点示的是平衡气相与平衡液相组成完全相同的组成点，即两相界面张力为零。，即两相界面张力为零。因此，临界点是气、液两相相态特征完全相同点，即两相共处的极限点，因此，临界点是气、液两相相态特征完全相同点，即两相共处的极限点，与与临界点相切的直线为极限系线临界点相切的直线为极限系线。11图图2-5 拟三元相图拟三元相图 原油是一个非常复杂的碳原油是一个非常复杂的碳氢化合物的混合体系，即使是氢化合物的混合体
16、系，即使是采用最先进的分析手段，目前采用最先进的分析手段，目前也无法全面地进行原油的化学也无法全面地进行原油的化学组成、组分分析，因此人们认组成、组分分析，因此人们认为，原油是由无数个组分组成为，原油是由无数个组分组成的。要表示原油的相态特征，的。要表示原油的相态特征，就需要拟三元相图，如右图所就需要拟三元相图，如右图所示。示。在拟三元相图中，把性质在拟三元相图中，把性质相近的各组分视为一个组分相近的各组分视为一个组分（拟组分）（拟组分）。 一般，将原油中易挥发的组分视为第一个拟组分，一般，将原油中易挥发的组分视为第一个拟组分，如如C1，N2，CO2；把中等挥发性组分；把中等挥发性组分C2C6
17、（中间组分）视为第二个（中间组分）视为第二个拟组分；把不易挥发的组分（如拟组分；把不易挥发的组分（如C7+）最为第三个拟组分。每）最为第三个拟组分。每一个拟组分只能表示出平均相对分子质量和密度。一个拟组分只能表示出平均相对分子质量和密度。12三、最小混相压力三、最小混相压力 最小混相压力最小混相压力（Minimum Miscible Pressure，简称，简称MMP）是指是指在油层温度下，注入气体与原油达到混相所需的最低压在油层温度下，注入气体与原油达到混相所需的最低压力力。最小混相压力是注气提高采收率方法筛选的一个重要参。最小混相压力是注气提高采收率方法筛选的一个重要参数。如果采用注气提高
18、采收率，那么油藏平均地层压力必须数。如果采用注气提高采收率，那么油藏平均地层压力必须高于注入气与地层原油的最小混相压力，才能获得较高的采高于注入气与地层原油的最小混相压力，才能获得较高的采收率。收率。 最小混相压力的确定方法最小混相压力的确定方法主主要是要是细管实验法细管实验法。细管实验装置细管实验装置如右图所示，主要由填砂盘管、如右图所示，主要由填砂盘管、高压正向驱替泵、毛管玻璃观察高压正向驱替泵、毛管玻璃观察窗、回压调节器、湿式气体流量窗、回压调节器、湿式气体流量计、液体计量器装置和恒温空气计、液体计量器装置和恒温空气浴等组成浴等组成。图图2-6 细管实验装置细管实验装置13 上图实验装置
19、从毛管玻璃观察窗来观察、判断注入气体上图实验装置从毛管玻璃观察窗来观察、判断注入气体与原油在试验中的混相特征。但是，从毛管玻璃观察窗中，与原油在试验中的混相特征。但是，从毛管玻璃观察窗中，不能判断最低混相条件。如果注入气体与原油未达到混相，不能判断最低混相条件。如果注入气体与原油未达到混相，注入气体突破后，从观察窗中可看出界面清晰的两相流。如注入气体突破后，从观察窗中可看出界面清晰的两相流。如果注入气体与原油达到混相，观察到的是浅色的液体，而不果注入气体与原油达到混相，观察到的是浅色的液体，而不是原油的颜色。如果混相过程中有沥青沉淀，那么，混相后是原油的颜色。如果混相过程中有沥青沉淀，那么，混
20、相后液体的颜色要比原油的颜色浅得多，而且有暗黑色的段塞通液体的颜色要比原油的颜色浅得多，而且有暗黑色的段塞通过观察窗。过观察窗。 细管实验的方法和步骤细管实验的方法和步骤： （1）抽空细管，完全饱和溶剂，测定填砂细管孔隙度；）抽空细管，完全饱和溶剂，测定填砂细管孔隙度； （2）利用溶剂做驱替介质，测定细管的渗透率；）利用溶剂做驱替介质，测定细管的渗透率； （3）用原油饱和细管；）用原油饱和细管； （4）将注入气体充入气缸，加压到一定的注入压力；）将注入气体充入气缸，加压到一定的注入压力； （5）用增压驱替泵将气体注入到细管中；）用增压驱替泵将气体注入到细管中；14 （6）记录注入气体量与细管中
21、原油采收率的关系数据。）记录注入气体量与细管中原油采收率的关系数据。 （7）如果采收率小于）如果采收率小于95%，改变注入压力，重复上述步，改变注入压力，重复上述步骤（骤（4）（）（6），直到原油采收率高于），直到原油采收率高于95%； （8）绘制注入压力与注入）绘制注入压力与注入1.2孔隙体积的气体时的采收率孔隙体积的气体时的采收率关系曲线（如图关系曲线（如图2-7），确定注入气体在油藏温度下的最低混），确定注入气体在油藏温度下的最低混相压力。相压力。图图2-7 采收率与注入压力的关系采收率与注入压力的关系 （温度和原油组成恒定）（温度和原油组成恒定） 一般，最低混相压力的一般，最低混相压力
22、的确定是根据注入确定是根据注入1.2孔隙体积孔隙体积气体时采收率达到气体时采收率达到95%以上，以上，而且随着注入压力升高，采而且随着注入压力升高，采收率不再增加，基本上维持收率不再增加，基本上维持在在95%的水平，如图中水平的水平，如图中水平段所示。段所示。15 细管实验所测得的采收率并不能代表油藏的混相驱采收细管实验所测得的采收率并不能代表油藏的混相驱采收率，但是获得的最小混相压力数值可以代表油藏的注入气体率，但是获得的最小混相压力数值可以代表油藏的注入气体与原油之间的混相压力。因为油气混相的动态平衡过程与岩与原油之间的混相压力。因为油气混相的动态平衡过程与岩石性质无关。在细管实验中要尽可
23、能排除不利的流度比、粘石性质无关。在细管实验中要尽可能排除不利的流度比、粘性指进、重力分离、岩性的非均质性等因素对最低混相压力性指进、重力分离、岩性的非均质性等因素对最低混相压力测定结果的影响。测定结果的影响。 在细管实验中应考虑以下因素：在细管实验中应考虑以下因素： （1）细管长度。对细管长度的要求：保证油气系统在驱）细管长度。对细管长度的要求：保证油气系统在驱替距离（细管长度）上，能够形成动态混相；保证注入替距离（细管长度）上，能够形成动态混相；保证注入1.2倍孔隙体积的气体后，油倍孔隙体积的气体后，油气体系达到完全混相。气体系达到完全混相。 （2）注入气的流速。保证注入气的粘性指进和重力
24、分异）注入气的流速。保证注入气的粘性指进和重力分异效应不影响混相过程。效应不影响混相过程。 （3）细管和沙粒的直径。保证注入气通过横向分散作用）细管和沙粒的直径。保证注入气通过横向分散作用抑制粘性指进。抑制粘性指进。16一、一、 CO2-原油的性质原油的性质 1、CO2在原油中的溶解性在原油中的溶解性 CO2在原油中具有很好的溶解性。与在水中一样，在原油中具有很好的溶解性。与在水中一样，CO2在原油中的溶解度随压力的上升而上升；随温度的升高和原在原油中的溶解度随压力的上升而上升；随温度的升高和原油分子量的增加而下降。油分子量的增加而下降。相同条件下，相同条件下，CO2在原油中的溶解在原油中的溶
25、解度比在水中的溶解度高度比在水中的溶解度高39倍，倍，因而即使在低压下因而即使在低压下CO2也是也是一种很好的非混相驱注入剂。而在高压下，一种很好的非混相驱注入剂。而在高压下，CO2则是一种很则是一种很好的混相驱注入剂。由于好的混相驱注入剂。由于CO2在油中的溶解度远大于在水中在油中的溶解度远大于在水中的溶解度，因此它可以从水溶液中转溶入原油中。在转变过的溶解度，因此它可以从水溶液中转溶入原油中。在转变过程中，油水界面张力会逐渐降低，驱替方式也逐渐接近或达程中，油水界面张力会逐渐降低，驱替方式也逐渐接近或达到混相驱。到混相驱。第第3节节 CO2驱驱17随着饱合压力随着饱合压力，原油粘度，原油粘
26、度，这是气体分子进入烃类分子这是气体分子进入烃类分子中间后，降低了烃类分子的中间后，降低了烃类分子的内摩擦力之故。随压力内摩擦力之故。随压力，原油密度原油密度，因为在高压下，因为在高压下CO2不仅溶于油中，同时不仅溶于油中，同时（又将）有较轻的烃类分子（又将）有较轻的烃类分子进入气相，故原油密度增加。进入气相，故原油密度增加。2、CO2对原油密度、粘度的影响对原油密度、粘度的影响 CO2比原油的密度、粘度都低得多。因此，不利流度比比原油的密度、粘度都低得多。因此，不利流度比和重力分离必然是排驱中遇到的主要问题，特别是在水平地和重力分离必然是排驱中遇到的主要问题，特别是在水平地层中。一般，将层中
27、。一般，将CO2用于背斜地层或倾斜地层中。用于背斜地层或倾斜地层中。18 CO2溶解在原油中，使得原溶解在原油中，使得原油的粘度显著下降，这是油的粘度显著下降，这是CO2驱驱的一个机理，溶解了的一个机理，溶解了CO2的原油的原油粘度下降程度取决于压力、温度粘度下降程度取决于压力、温度和原油本身粘度的大小，图和原油本身粘度的大小，图2-9中，中，o指原始原油粘度，指原始原油粘度，m指溶有指溶有CO2的原油粘度。随着饱和压力的原油粘度。随着饱和压力的增加，溶解了的增加，溶解了CO2的原油粘度的原油粘度急剧下降；在相同饱和压力下，急剧下降；在相同饱和压力下，中质和重质原油的粘度降低幅度中质和重质原油
28、的粘度降低幅度比轻质原油的降低幅度大。由于比轻质原油的降低幅度大。由于CO2能大大降低重质原油的粘度，能大大降低重质原油的粘度，所以所以CO2主要应用于重质原油降主要应用于重质原油降粘开采。粘开采。图图2-9 与饱和压力的关系与饱和压力的关系om193、CO2-原油的又一重要性质是原油的又一重要性质是原油的膨胀系数原油的膨胀系数。 膨胀系数膨胀系数定义为定义为饱和压力下溶解了饱和压力下溶解了CO2的原油体积除以标的原油体积除以标准状态下的原油体积准状态下的原油体积。膨胀系数越大时，依靠原油体积膨胀的。膨胀系数越大时，依靠原油体积膨胀的驱油效率就越大。一定体积的驱油效率就越大。一定体积的CO2溶
29、解于原油，可使原油体积溶解于原油，可使原油体积膨胀，其增长幅度取决于膨胀，其增长幅度取决于压力、温度和原油组分，压力、温度和原油组分，原油体积可增加原油体积可增加10%100%。如左图所示，如左图所示，膨胀系数膨胀系数随随溶解的溶解的CO2摩尔浓度增加摩尔浓度增加和原油的平均相对分子质和原油的平均相对分子质量减少而增加；量减少而增加；在一定在一定CO2浓度下，轻质原油的浓度下，轻质原油的膨胀系数大。膨胀系数大。指原油的平指原油的平均分子量均分子量图图2-10 原油膨胀系数与原油膨胀系数与CO2在原油中的摩尔浓度的在原油中的摩尔浓度的关系曲线。关系曲线。204、CO2抽提原油的特征抽提原油的特征
30、 在一定温度和压力下，在一定温度和压力下，CO2不仅能溶解于原油中，而且不仅能溶解于原油中，而且可置换出原油中某些轻质或中间组分的烃类物质，这种置换可置换出原油中某些轻质或中间组分的烃类物质，这种置换作用称为作用称为CO2对原油的抽提。对原油的抽提。这是这是CO2多级接触混相驱的最多级接触混相驱的最基本条件。基本条件。CO2与原油接触时，萃取原油中的轻质组分而使与原油接触时，萃取原油中的轻质组分而使CO2加富；加富的加富；加富的CO2再与原油接触进一步抽提原油，再接再与原油接触进一步抽提原油，再接触，再抽提，不断地使触，再抽提，不断地使CO2被加富，当被加富，当CO2抽提到足够的烷抽提到足够的
31、烷烃时，含油富气的烃时，含油富气的CO2相能与原油混溶。相能与原油混溶。 压力、温度对抽提有影响，原始气油体积比（即压力、温度对抽提有影响，原始气油体积比（即CO2体体积积/原油体积）对抽提也有影响，如下原油体积）对抽提也有影响，如下图图2-11所示。所示。21 该图是某原油在不同该图是某原油在不同气油比以及四种压力下进气油比以及四种压力下进行的相平衡试验。在一定行的相平衡试验。在一定压力下，凝析油量随气油压力下，凝析油量随气油比增加而增加，且存在一比增加而增加，且存在一最佳气油比最佳气油比，在该比值下，在该比值下抽提效率最高。也可以看抽提效率最高。也可以看出，对于一定的出，对于一定的CO2-
32、原油原油体积系数，体积系数，CO2对原油的对原油的抽提效率随压力的增加而抽提效率随压力的增加而增加，且存在一个发生抽增加，且存在一个发生抽提的提的最低压力最低压力，当压力低，当压力低图图2-11 CO2体积体积/原油体积与凝析油关系原油体积与凝析油关系于此值时，无论气油比多大都不发生于此值时，无论气油比多大都不发生抽提。抽提。 随着原油中轻烃和中间烃组分含量增加，原始气油比上升，随着原油中轻烃和中间烃组分含量增加，原始气油比上升，CO2抽提抽提原油中轻烃组分量增多。原油中轻烃组分量增多。22二、二、 CO2混相驱油机理混相驱油机理 在在CO2驱中，驱中，CO2的溶解气驱作用、混相驱替、膨胀原的
33、溶解气驱作用、混相驱替、膨胀原油作用、降低原油粘度、碳酸水提高岩石渗透率等作用都会油作用、降低原油粘度、碳酸水提高岩石渗透率等作用都会有助于提高原油采收率。有助于提高原油采收率。1、溶解气驱、溶解气驱 由于由于CO2在原油中的溶解度较大，是在水中的在原油中的溶解度较大，是在水中的39倍，倍，在注入过程中，一部分在注入过程中，一部分CO2溶于原油，随着注入压力上升，溶于原油，随着注入压力上升，溶解的溶解的CO2量越来越多，当油藏停止注入量越来越多，当油藏停止注入CO2时，随着生产时，随着生产的进行，油藏压力降低，油藏原油中的的进行，油藏压力降低，油藏原油中的CO2就会从原油中分就会从原油中分离出
34、来，为溶解气驱提供能量，形成类似于天然类型的溶解离出来，为溶解气驱提供能量，形成类似于天然类型的溶解气驱。即使停注，油藏中的气驱。即使停注，油藏中的CO2气体仍然可以驱替油藏中的气体仍然可以驱替油藏中的原油，而且，一部分原油，而且，一部分CO2像残余气一样圈闭在油藏中，进一像残余气一样圈闭在油藏中，进一步增加采出油量。步增加采出油量。232、原油的膨胀、原油的膨胀 CO2溶解于原油后，与油藏原始状态的原油相比，其体溶解于原油后，与油藏原始状态的原油相比，其体积系数大大增加，溶解了积系数大大增加，溶解了CO2的原油体积可以增加的原油体积可以增加10%100%，原油体积膨胀倍数取决于压力、温度及原
35、油的组分。，原油体积膨胀倍数取决于压力、温度及原油的组分。溶有溶有CO2的原油膨胀系数随着原油平均分子量的减小（轻质的原油膨胀系数随着原油平均分子量的减小（轻质组分增多）而增加，随着组分增多）而增加，随着CO2在原油中的摩尔分数增加而增在原油中的摩尔分数增加而增大（如图大（如图2-10）。此外，温度和压力也影响膨胀系数，高压）。此外，温度和压力也影响膨胀系数，高压下溶有下溶有CO2的原油膨胀系数较大。的原油膨胀系数较大。3、粘度减小、粘度减小 CO2可使原油粘度显著降低，可使原油粘度显著降低，CO2溶于原油后，可使原溶于原油后，可使原油粘度下降到原粘度的油粘度下降到原粘度的1/101/100。
36、一般来说，原油粘度越。一般来说，原油粘度越高，高，CO2可使原油粘度下降的幅度越大（如图可使原油粘度下降的幅度越大（如图2-9），即），即CO2溶解在重质原油中引起的粘度下降幅度比溶解在重质原油中引起的粘度下降幅度比CO2溶解在轻溶解在轻24质原油中引起的粘度下降幅度大得多。因此，认为质原油中引起的粘度下降幅度大得多。因此，认为CO2可可以用来开采重质原油。由于溶解以用来开采重质原油。由于溶解CO2原油粘度下降，流度原油粘度下降，流度比得到改善。油相渗透率也会有相应的提高。比得到改善。油相渗透率也会有相应的提高。4、岩石渗透率增加、岩石渗透率增加 CO2在水中存在一定的溶解度，尤其是在高温高压
37、下，在水中存在一定的溶解度，尤其是在高温高压下，CO2在水中的溶解度可达在水中的溶解度可达5%。油藏水中溶有。油藏水中溶有CO2，水的粘，水的粘度、密度、体积系数等参数变化不大，但溶有度、密度、体积系数等参数变化不大，但溶有CO2的水形的水形成碳酸水后具有酸性，可以溶解油藏中的钙质胶结物或白成碳酸水后具有酸性，可以溶解油藏中的钙质胶结物或白云岩，提高岩石渗透率。现场应用经验表明，注云岩，提高岩石渗透率。现场应用经验表明，注CO2后注后注入井附近的渗透率可大幅度提高，注入量增加，注入压力入井附近的渗透率可大幅度提高，注入量增加，注入压力下降。碳酸水效应对于注水是有利的，尤其是低渗透油藏。下降。碳
38、酸水效应对于注水是有利的，尤其是低渗透油藏。25 5、CO2混相效应混相效应 CO2多级接触混相驱多级接触混相驱是是指指CO2通过油层时，与孔隙中的通过油层时，与孔隙中的原油依次接触，而每次接触都使气相的组成发生改变，最原油依次接触，而每次接触都使气相的组成发生改变，最终达到临界点组成而混相驱油终达到临界点组成而混相驱油。因。因CO2在原油中的溶解和在原油中的溶解和抽提烃类物质的能力强于其它气体溶剂，故抽提烃类物质的能力强于其它气体溶剂，故CO2是发展多是发展多级接触混相驱的良好气体。级接触混相驱的良好气体。 CO2与原油的混相取决于原油的组成、油藏压力和温度。与原油的混相取决于原油的组成、油
39、藏压力和温度。在油藏压力中等以上和油藏温度较高的油藏在油藏压力中等以上和油藏温度较高的油藏，注入的，注入的CO2与原油通过多次接触，不断抽提原油中的中间组分与原油通过多次接触，不断抽提原油中的中间组分C2C6，加富注入气，从而达到动态混相，即蒸发气驱混相。而加富注入气，从而达到动态混相，即蒸发气驱混相。而在在高压低温油藏高压低温油藏，CO2冷凝为富含冷凝为富含CO2的液相，与原油一次接的液相，与原油一次接触就能达到混相。但是，在绝大多数油藏条件下，触就能达到混相。但是，在绝大多数油藏条件下，CO2与与原油的混相过程为蒸发气驱混相。原油的混相过程为蒸发气驱混相。26 1.体系体系A与体系与体系C
40、是完全混相是完全混相的，的，称称A混相排驱混相排驱C； 2.体系体系P与体系与体系E以任何比例以任何比例混合，新生成的体系必然落在混合，新生成的体系必然落在PE上，也是两相平衡共存体系，存上，也是两相平衡共存体系，存在界面和界面张力，称在界面和界面张力，称P和和E两体两体系是非混相的系是非混相的； 3.体系体系A和体系和体系E混合，新生混合，新生成的体系可能呈单相，也可能呈成的体系可能呈单相，也可能呈两相，称两相，称A和和E两体系部分混相两体系部分混相。图图2-12 上图为上图为型相图，型相图，A、C在在单相区，单相区，P、E在两相驱；在两相驱；CO2多级接触混相驱机多级接触混相驱机理理27图
41、图2-13 CO2多级混相驱机理多级混相驱机理 L1富含烃类的液相；富含烃类的液相；L2富含富含CO2的液相的液相不考虑原油体积膨胀；用一系列压力缸代表排不考虑原油体积膨胀；用一系列压力缸代表排 驱道路上的孔隙驱道路上的孔隙 当第一批注入气体当第一批注入气体B在第在第一个压力缸内与原油一个压力缸内与原油A接触时接触时为为第一级接触第一级接触，混合后生成的混合后生成的新体系组成为新体系组成为M1。设。设M1存在两存在两相，其平衡气液相的组分分别相，其平衡气液相的组分分别为为G1与与L1，G1含有含有C2-6，但却，但却比注入气比注入气B少了一些少了一些CO2, ,这些这些CO2溶入了原油溶入了原
42、油A，它使原油的它使原油的组成变为组成变为L1。L1含的含的C2-6较原油较原油A少，是因部分少，是因部分C2-6已抽提进入已抽提进入气相气相G1中。气液相组成的变化中。气液相组成的变化正是正是CO2在原油中溶解和抽提在原油中溶解和抽提烃类组分的结果。由图看出烃类组分的结果。由图看出 在一定的油藏压力和温度在一定的油藏压力和温度条件下，注入条件下，注入CO2与原油的多与原油的多次接触混相（蒸发气驱混相）次接触混相（蒸发气驱混相）基本原理如图基本原理如图2-13所示。所示。28G1L1两平衡相的组成较两平衡相的组成较B与与A两组成更接近。在孔隙介质两组成更接近。在孔隙介质中，气相中，气相G1因其
43、粘度低，受第二批注入气因其粘度低，受第二批注入气B的排驱，的排驱，G1超越超越L1进入第二孔隙。进入第二孔隙。G1与第二个孔隙中的原油与第二个孔隙中的原油A接触，是为接触，是为第第二级接触二级接触（气相已由注入气气相已由注入气B变为变为G1），设），设G1与与A的混合物的混合物为为M2。假设。假设M2仍存在气液两相，其气相组成为仍存在气液两相，其气相组成为G2，液相组，液相组成为成为L2。经过二级抽提，。经过二级抽提，G2比比G1含有更多的含有更多的C26，同时，同时，G2比比G1的的CO2浓度低，是二级接触后浓度低，是二级接触后CO2再次溶解于原油之再次溶解于原油之结果，结果，原油原油A也变
44、为也变为L2。G2L2两组成更驱接近。同样，两组成更驱接近。同样，G2受到排驱进入第三孔隙，是为受到排驱进入第三孔隙，是为第三级接触第三级接触。如是发展下去，。如是发展下去，沿流动方向孔隙中的体系组成将依次发生变化。沿流动方向孔隙中的体系组成将依次发生变化。其气相组成其气相组成沿露点线向临界点趋近，液相组成沿泡点线向临界点趋近沿露点线向临界点趋近，液相组成沿泡点线向临界点趋近。最终，最终，在某油层位置上气相与液相组成完全相同，达到临界在某油层位置上气相与液相组成完全相同，达到临界点组成点组成k。临界点流体被其后面的气体排驱，与前方原油接临界点流体被其后面的气体排驱，与前方原油接触，新体系落在触
45、，新体系落在kA线上，线上， kA线完全处于临界点切线混线完全处于临界点切线混相区一侧，故相区一侧，故k混相排驱混相排驱A。注气过程在一段时间内是连续注气过程在一段时间内是连续29进行的，进行的，当第一个孔隙中生成气相当第一个孔隙中生成气相G1与液相与液相L1时，同时注入时，同时注入气体气体B进入第一孔隙，进入第一孔隙，B与与G1接触，是气体组成落在接触，是气体组成落在BG1线线上，最终将上，最终将第一孔隙内的气体组成变为第一孔隙内的气体组成变为B，同样，第二、第，同样，第二、第三孔隙内的气相组成依次逐渐变为三孔隙内的气相组成依次逐渐变为B。沿排驱道路上，形成。沿排驱道路上，形成一气相组成一气
46、相组成由由B至至k的过渡带的过渡带。同时，具有临界点组成的区域。同时，具有临界点组成的区域也随排驱进行在扩大，最终形成一组成为也随排驱进行在扩大，最终形成一组成为k的混相区，称之的混相区，称之为为混相带混相带。混相带混相排驱与它接触的油，油在前进中也混。混相带混相排驱与它接触的油，油在前进中也混相排驱与它接触的油，使含油饱和度增加形成一相排驱与它接触的油，使含油饱和度增加形成一油带油带。油带。油带中油相饱和度和分流率的大小，取决于油水流度比和混相带中油相饱和度和分流率的大小，取决于油水流度比和混相带流体与水的界面张力。流体与水的界面张力。 若原油组成不在临界点切线混相区一侧，而是在另一侧，若原
47、油组成不在临界点切线混相区一侧，而是在另一侧，那么，总有一条系线的延长线通过原油的组成点，这时，气那么，总有一条系线的延长线通过原油的组成点，这时，气相与原油之间不可能继续发生溶解和抽提，也即，平衡相组相与原油之间不可能继续发生溶解和抽提，也即，平衡相组成不再发生变化。这种排驱未达完全混相，称为部分混相驱。成不再发生变化。这种排驱未达完全混相，称为部分混相驱。由此得出，原油组成落在临界点切线上或混相区一侧，是由此得出，原油组成落在临界点切线上或混相区一侧，是CO2实现混相驱的必要而充分的条件。实现混相驱的必要而充分的条件。 30压力和原油组成对混相驱的影响压力和原油组成对混相驱的影响 CO2-
48、烃类物质的拟三元相图密切地依赖于烃类物质的拟三元相图密切地依赖于压力和温度压力和温度，在石油开采过程中，对于一个具体的油层，温度基本上认在石油开采过程中，对于一个具体的油层，温度基本上认为是一定的，而压力却有比较大的变化，因此，研究压力为是一定的，而压力却有比较大的变化，因此，研究压力对混相驱油的影响是有实际意义的。当对油田进行对混相驱油的影响是有实际意义的。当对油田进行CO2混混相驱油的筛选时，相驱油的筛选时，原油组成原油组成是关键参数因为它决定着混相是关键参数因为它决定着混相驱的可能性。驱的可能性。 对于一定的对于一定的CO2-烃类体系，在一定温度时，烃类体系，在一定温度时，拟三元相拟三元
49、相图的两相区随压力的增加而缩小，对于一定组成的原油来图的两相区随压力的增加而缩小，对于一定组成的原油来说，小的相包络线更有利于形成混相驱说，小的相包络线更有利于形成混相驱。如图。如图2-14所示。所示。31 图图2-14中两条相包络线分中两条相包络线分别代表压力为别代表压力为p1和和p2时的情况，时的情况，且且p1 p2。若原油组成为。若原油组成为B，当，当油层压力为油层压力为p1时，可实现混相时，可实现混相驱，而当油层压力驱，而当油层压力p2时，不能时，不能实现混相驱。但是，若原油组实现混相驱。但是，若原油组成为成为A，油层压力为，油层压力为p2时，也能时，也能实现混相驱。这是原油实现混相驱
50、。这是原油A较原较原油油B含有更多的含有更多的C2-6组成之故。组成之故。由此得出，由此得出，含较多轻质和中间含较多轻质和中间组分的原油有可能在较低的地组分的原油有可能在较低的地层压力下实现混相驱层压力下实现混相驱。图图2-14 压力和原油组成对混相性的影响压力和原油组成对混相性的影响 32 对于一个实际的油藏，其原油组成和地层温度是一定的，对于一个实际的油藏，其原油组成和地层温度是一定的，可以通过可以通过PVT试验，绘出该原油与试验，绘出该原油与CO2的拟三元相图，使在的拟三元相图，使在某压力下相包络线的临界点切线恰好通过原油的组成点。于某压力下相包络线的临界点切线恰好通过原油的组成点。于是
