1、CO2驱油机理及驱油机理及王王 庆庆 2011年10月汇报内容汇报内容CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟CO2驱油机理及存在问题驱油机理及存在问题国内外国内外CO2驱现状驱现状 据据20102010年年油气杂志油气杂志统计：统计：热采居首热采居首，气驱提高采收率，气驱提高采收率其其次次，化学驱主要在中国化学驱主要在中国。 微生物采油（微生物采油（MEORMEOR）处于探索阶段。）处于探索阶段。2010年年EOR项目数项目数2010年年EOR产量百分比产量百分比一、国内外一、国内外CO2驱现状
2、驱现状凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱。凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱。一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状烃类驱烃类驱3636个，个，20.7%20.7%COCO2 2混相驱混相驱117117个，个，67.2%67.2%COCO2 2非混相非混相驱驱1212个，个，6.9%6.9%氮气驱氮气驱7 7个，个，4%4%酸气混相驱酸气混相驱2 2个，个，1.2%1.2% 烃类驱烃类驱46.5%46.5%CO2CO2混相驱混相驱49%49%COCO2 2非混相非混相驱驱2.82.8% %氮气驱氮气驱1.5%1.5%酸气混相驱酸气混相驱0.2%0.2% 20102010
3、气驱项目数气驱项目数20102010气驱产量百分比气驱产量百分比COCO2 2-EOR-EOR项目数占项目数占74.1%74.1%，产量占，产量占51.8%51.8%，是气驱提高采收率方法中最，是气驱提高采收率方法中最重要的一种气驱手段重要的一种气驱手段一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状z 19521952年美国大西洋炼油公司申请了世界第年美国大西洋炼油公司申请了世界第1 1个个COCO2 2驱油专利驱油专利( (U.S. U.S. PatentPatent 2,623,596 2,623,596) )z 19581958年年ShellShell首先在首先在PermianPermian盆地
4、尝试注盆地尝试注COCO2 2驱油驱油z 19721972年年1 1月首个商业化月首个商业化COCO2 2-EOR-EOR项目在美国德州西部项目在美国德州西部Kelly-SnyderKelly-Snyder油田油田的的SACROCSACROC区块实施区块实施, ,到到0505年底年底, ,提高采收率超过提高采收率超过10%(10%(Oil & Gas J., Oil & Gas J., April 17, 2006. April 17, 2006. ) )z 20102010年世界年世界COCO2 2-EOR-EOR产量为产量为13941394万吨万吨/ /年年, ,占世界总占世界总EOREO
5、R产量产量16.1%16.1%。其中美国其中美国COCO2 2- -EOREOR项目数占世界的项目数占世界的88.4%88.4%，产量占，产量占93.7%93.7%。一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状 截止截止20102010年，美国年，美国COCO2 2驱项目驱项目114114个个（其中混相驱（其中混相驱109109个），占个），占EOREOR项目总量的项目总量的59%59%，年注入，年注入COCO2 2约为约为2000200010104 43000300010104 4t t（其中工业（其中工业废气约占废气约占10%10%），年产原油），年产原油1306130610104 4t t以上
6、。以上。 气驱技术产量百分数气驱技术产量百分数EOR项目数项目数一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状z 油藏类型和埋深：统计美国油藏类型和埋深：统计美国100100个个COCO2 2驱项目，碳酸盐岩油藏占驱项目，碳酸盐岩油藏占6868；埋深；埋深1200-2400m1200-2400m有有7979个个z 储层物性：在储层物性：在100100个项目中以中低渗个项目中以中低渗透率为主，没有特低渗透率透率为主，没有特低渗透率砂岩砂岩32%石灰岩石灰岩15%硅藻岩硅藻岩5%白云岩白云岩48%50mD29%20%72%10%20%15%10%13%油藏类型渗透率分布孔隙度分布地层油密度分布0.82-0
7、.89一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状美国大规模成功实施美国大规模成功实施COCO2 2驱，其原因是：驱，其原因是：丰富的丰富的COCO2 2气源；气源；COCO2 2驱混相压力低；驱混相压力低；建设了发达的建设了发达的COCO2 2地面输送管线（约为地面输送管线（约为39003900英里），输送成本低。英里），输送成本低。 前苏联前苏联自上世纪自上世纪5050年代初开始水与气态年代初开始水与气态COCO2 2交替注入、液态交替注入、液态COCO2 2注入注入等试验、工艺研究和工业化应用。因气源问题，等试验、工艺研究和工业化应用。因气源问题，COCO
8、2 2驱没有成为主驱没有成为主导技术。导技术。 加拿大加拿大20102010年年COCO2 2项目数项目数6 6个，年产量个，年产量427427万桶万桶。 一、国内外一、国内外CO2驱现状驱现状 我国我国CO2驱油技术始于上世纪驱油技术始于上世纪60-70年代，大庆油田在萨南针对高含水油田开年代，大庆油田在萨南针对高含水油田开展了展了CO2非混相驱现场试验。非混相驱现场试验。 2000年以后，针对低渗透油藏，大庆、胜利、吉林、华东和中原油田先后开年以后，针对低渗透油藏，大庆、胜利、吉林、华东和中原油田先后开展了展了CO2 驱现场试验，取得了初步效果。驱现场试验，取得了初步效果。油藏油藏驱替类型
9、驱替类型深度深度m m渗透率渗透率1010-3-3mm2 2粘度粘度mPa.smPa.s温度温度压力压力MPaMPa大庆芳大庆芳4848区块区块非混相驱非混相驱186818681.261.265.85.887.887.823.123.1大庆树大庆树101101区块区块非混相驱非混相驱212021201.061.063.63.610810822.122.1吉林黑吉林黑5959区块区块混相驱混相驱244024403 3- -98.998.924.224.2吉林黑吉林黑7979区块区块混相驱混相驱244024405.25.2- -98.998.924.224.2吉林乾安老区吉林乾安老区区区非混相驱非
10、混相驱220022005.55.5- -767618.518.5吉林红吉林红87-287-2区块区块非混相驱非混相驱220022000.260.26- -989820.520.5华东草舍油田华东草舍油田混相驱混相驱3042304224.7724.77171710710735.935.9胜利高胜利高8989地区地区混相驱混相驱300030004.74.71.61.61261262929中原濮城中原濮城混相驱混相驱240024002992991.71.782.582.521.821.8大庆芳大庆芳4848区块区块非混相驱非混相驱186818681.261.265.85.887.887.823.12
11、3.1u陆相生油，陆相生油，混相压力高混相压力高 u气源缺乏气源缺乏u防窜、防腐防窜、防腐等配套工艺技等配套工艺技术尚未过关术尚未过关汇报内容汇报内容CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟CO2驱油机理及存在问题驱油机理及存在问题国内外国内外CO2驱现状驱现状u（1 1）降低油水界面张力）降低油水界面张力, ,减少驱替阻力减少驱替阻力二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题 大庆榆树林油田界面张力实验结果表明：大庆榆树林油田界面张力实验结果表明：原油与注入水的界面张力为原油与注入水的界
12、面张力为30.68mN/m30.68mN/m，是原油与，是原油与COCO2 2界面张力的界面张力的10.510.5倍；而在倍；而在COCO2 2饱和情况下饱和情况下, ,原油与注入水原油与注入水之间的界面张力为之间的界面张力为19.62mN/m19.62mN/m，油水界面张力降低了约，油水界面张力降低了约1/31/3，这在水、气交替驱中，这在水、气交替驱中有利于提高驱油效率有利于提高驱油效率。u（2 2）降低原油粘度）降低原油粘度 CO2溶解于原油时溶解于原油时,原油原油粘度显著下降，下降幅度取粘度显著下降，下降幅度取决于压力、温度和原油组分。决于压力、温度和原油组分。温度较高时，因温度较高时
13、，因CO2溶解度溶解度降低降低,降粘作用反而下降；在降粘作用反而下降；在同一温度条件下，压力升高同一温度条件下，压力升高时时, CO2溶解度升高溶解度升高,降粘作降粘作用随之提高。但是，压力超用随之提高。但是，压力超过饱和压力时，粘度将会上过饱和压力时，粘度将会上升。升。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（3 3）使原油体积膨胀）使原油体积膨胀 CO CO2 2注入过程中，随着注入过程中，随着注入压力的增加，溶解在注入压力的增加，溶解在原油中的二氧化碳也在增原油中的二氧化碳也在增加，饱和压力也随着上升，加，饱和压力也随着上升，随着压力的上升，原油饱随着压力的上升，原油饱和压力
14、下的膨胀系数呈逐和压力下的膨胀系数呈逐渐增大的趋势。这可以膨渐增大的趋势。这可以膨胀地层原油，有效增加地胀地层原油，有效增加地层能量和可动油。层能量和可动油。 二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（4 4）压力下降造成溶解气驱）压力下降造成溶解气驱 CO CO2 2进入油层后，占据一定的孔隙空间，增加了油层的压力，使原油增产。生进入油层后，占据一定的孔隙空间，增加了油层的压力，使原油增产。生产过程中随压力的下降，溶于原油的产过程中随压力的下降，溶于原油的COCO2 2逸出，具有溶解气驱的作用。在液体内产逸出，具有溶解气驱的作用。在液体内产生气体驱动力，提高驱油效果。据统计，用生
15、气体驱动力，提高驱油效果。据统计，用COCO2 2溶解气驱可采出地下油量的溶解气驱可采出地下油量的18.6%18.6%，对油气采收率的提高具有非常重要的意义。对油气采收率的提高具有非常重要的意义。u（5 5）改善原油与水的流度比改善原油与水的流度比 CO CO2 2在原油中溶解后使原油的粘度降低，因此流度增加；在原油中溶解后使原油的粘度降低，因此流度增加；COCO2 2在水中溶解后使在水中溶解后使水碳酸化，粘度增加，流度下降；综合作用的结果，使原油和水的流度趋于接近，水碳酸化，粘度增加，流度下降；综合作用的结果，使原油和水的流度趋于接近，使水的驱油能力提高，同时也进一步扩大了水驱的波及面积，提
16、高了扫油效率。使水的驱油能力提高，同时也进一步扩大了水驱的波及面积，提高了扫油效率。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（6 6）改变岩石孔隙结构）改变岩石孔隙结构遇水可形成弱酸遇水可形成弱酸 CO2遇水后可形成弱酸，储层中分布的某些粘土矿物会被溶解，形成胶体沉遇水后可形成弱酸，储层中分布的某些粘土矿物会被溶解，形成胶体沉淀，在小孔隙中堵塞孔喉；在大孔隙中，随着水的流动，沉淀物被冲出孔隙，使淀，在小孔隙中堵塞孔喉；在大孔隙中，随着水的流动，沉淀物被冲出孔隙，使孔隙的半径增大，从而提高渗透率，改变岩石孔隙结构孔隙的半径增大，从而提高渗透率，改变岩石孔隙结构 二、二、CO2驱油机理
17、驱油机理及存在问题及存在问题u（7 7）萃取和汽化原油中的轻质烃）萃取和汽化原油中的轻质烃 在地层条件下，未被地层油溶解的在地层条件下，未被地层油溶解的CO2气相密度较高，气相密度较高， CO2驱替和吞吐浸泡期间，当压力驱替和吞吐浸泡期间，当压力超过一定值时（此值与原油性质及温度有关），超过一定值时（此值与原油性质及温度有关），能气化或萃取原油中的轻质成分能气化或萃取原油中的轻质成分。特别是部分。特别是部分经膨胀仍然未能脱离地层水束缚的残余油，经膨胀仍然未能脱离地层水束缚的残余油，与与CO2气相发生相间传质，束缚油的轻质成分与气相发生相间传质，束缚油的轻质成分与CO2气体形成气体形成CO2-富
18、气相富气相，在，在CO2吞吐过程中产出，增加单井产量。吞吐过程中产出，增加单井产量。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u8 8、混相效应、混相效应 CO2与原油混相后与原油混相后,不仅能萃取和汽化原油中的轻质烃不仅能萃取和汽化原油中的轻质烃,而且还能形成而且还能形成CO2和轻质和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程,可以使原油的采收率达到可以使原油的采收率达到90%以上。以上。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题z COCO2 2气窜控制问题气窜控制问题z COCO2 2腐蚀问题腐蚀问题z WAGWAG过程中注入能力
19、异常问题过程中注入能力异常问题z 降低降低MMPMMP问题问题z 气源问题气源问题二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题z COCO2 2驱过程中生产井井底堵塞问题驱过程中生产井井底堵塞问题 z COCO2 2驱过程中的结垢驱过程中的结垢问题问题 z COCO2 2驱过程中的沥青质沉淀驱过程中的沥青质沉淀问题问题 z CO2气窜的危害气窜的危害注入的注入的COCO2 2形成无效循环形成无效循环 CO2波及体积大大降低波及体积大大降低降低降低COCO2 2驱提高采收率幅度驱提高采收率幅度气窜气窜后的后的COCO2 2将会产生严重的腐蚀问题将会产生严重的腐蚀问题u（1 1）COCO2
20、2气窜控制问题气窜控制问题 由于由于COCO2 2与原油的粘度差导致的与原油的粘度差导致的气体窜逸、气体窜逸、流度控制流度控制问题问题是注是注COCO2 2开发开发中面临的关键问题。中面临的关键问题。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题 WAGWAG方法方法，目前矿场应用较多，缺点是水气交替注入会降低，目前矿场应用较多，缺点是水气交替注入会降低COCO2 2抽提作用的连抽提作用的连续性，影响混相带的形成续性，影响混相带的形成; ; COCO2 2泡沫控制气窜泡沫控制气窜，是目前较热门的一种控制气窜、改善流度比的方法；，是目前较热门的一种控制气窜、改善流度比的方法； 无机类化学防气
21、窜无机类化学防气窜，主要采用硅酸盐类堵剂；，主要采用硅酸盐类堵剂； 有机凝胶类防气窜有机凝胶类防气窜，主要采用聚合物延缓交联凝胶；，主要采用聚合物延缓交联凝胶； 凝胶泡沫类防气窜凝胶泡沫类防气窜，聚合物溶液中加入表面活性剂和交联剂生成凝胶泡沫；，聚合物溶液中加入表面活性剂和交联剂生成凝胶泡沫； 共聚物共聚物- -大分子交联剂凝胶类大分子交联剂凝胶类，一种新型防气窜剂，目前仍在研发阶段。，一种新型防气窜剂，目前仍在研发阶段。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（1 1）COCO2 2气窜控制问题气窜控制问题u（2 2）COCO2 2腐蚀问题腐蚀问题 液相介质含水量液相介质含水量
22、介质温度介质温度 二氧化碳分压二氧化碳分压 介质的介质的pHpH值值 流速的影响流速的影响 腐蚀产物膜的影响腐蚀产物膜的影响 腐蚀介质中其他离子的影响腐蚀介质中其他离子的影响 合金元素合金元素CrCr含量的影响含量的影响 二氧化碳腐蚀影响因素二氧化碳腐蚀影响因素二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题控制腐蚀工艺措施控制腐蚀工艺措施使用耐腐蚀钢。使用耐腐蚀钢。常用：常用：13Cr13Cr不锈钢；不锈钢；9Cr-1Mo9Cr-1Mo钢；冷加工双炼不锈钢。钢；冷加工双炼不锈钢。使用涂层。使用涂层。可根据客观使用环境选择涂层。可根据客观使用环境选择涂层。使用化学腐蚀剂。使用化学腐蚀剂。某些
23、化学药品可与腐蚀环境发生反应，形成无腐蚀的环境，某些化学药品可与腐蚀环境发生反应，形成无腐蚀的环境，达到防腐目的。达到防腐目的。阴极防腐。阴极防腐。提供一个第三电极，与腐蚀设备表面电极产生电流中和，以达到提供一个第三电极，与腐蚀设备表面电极产生电流中和，以达到防腐目的。防腐目的。脱水处理。脱水处理。对于对于COCO2 2注入井，需要对注入井，需要对COCO2 2进行脱水处理来防腐；对与水气交替注进行脱水处理来防腐；对与水气交替注入，需要将水、气配注管线分离。入，需要将水、气配注管线分离。完井设计中的流体力学方法。完井设计中的流体力学方法。较低流速的大油管管柱比小油管遭受的腐蚀相较低流速的大油管
24、管柱比小油管遭受的腐蚀相对要小，在完井设计中采用多大的油管，是预防腐蚀问题的决定因素之一。对要小，在完井设计中采用多大的油管，是预防腐蚀问题的决定因素之一。u（3 3）COCO2 2腐蚀问题腐蚀问题二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（4 4）COCO2 2驱过程中生产井井底堵塞问题驱过程中生产井井底堵塞问题 COCO2 2抽提油中轻质组分抽提油中轻质组分生产井底堵塞原因：生产井底堵塞原因：井底温度降低井底温度降低 油气混合带在近井地带，由于压力突降，油气混合带在近井地带，由于压力突降， CO2从油中分离，抽提油中从油中分离，抽提油中轻质组分，重质组分便被留在地下，导致近井地带
25、渗透率下降。轻质组分，重质组分便被留在地下，导致近井地带渗透率下降。 CO2从油层进入井筒时，经孔眼节流后气体突然膨胀吸热导致井底温度从油层进入井筒时，经孔眼节流后气体突然膨胀吸热导致井底温度降低，达到原油结蜡点后将会造成蜡堵。降低，达到原油结蜡点后将会造成蜡堵。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（4 4）CO2CO2驱过程中生产井井底堵塞问题驱过程中生产井井底堵塞问题 预防井底堵塞措施如下：预防井底堵塞措施如下： 预防井底堵塞的预防井底堵塞的关键是要防止或推迟生产井气窜关键是要防止或推迟生产井气窜，为此主要采，为此主要采取的措施是：限定注入井的注气速度和生产井的产液速度，加
26、大注入水气取的措施是：限定注入井的注气速度和生产井的产液速度，加大注入水气比，或者减少每一交替注入的比，或者减少每一交替注入的COCO2 2气量。一旦气窜引起井底堵塞，可向油层气量。一旦气窜引起井底堵塞，可向油层深部挤入深部挤入“溶解剂溶解剂”进行解堵。进行解堵。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（5 5）COCO2 2驱过程中的结垢问题驱过程中的结垢问题 主要为主要为硫酸盐垢和碳酸盐垢硫酸盐垢和碳酸盐垢两种。矿场实践显示，油层内未发现结垢，井口至水两种。矿场实践显示，油层内未发现结垢，井口至水套加热炉间管线有少量结垢，水套加热炉后管线结垢严重，有的甚至堵塞。套加热炉间管线有
27、少量结垢，水套加热炉后管线结垢严重，有的甚至堵塞。结垢原因结垢原因结垢的预防结垢的预防磁法防垢磁法防垢 。 磁法防垢是在加热器进水管上安装一个永磁软水器，产出水通磁法防垢是在加热器进水管上安装一个永磁软水器，产出水通过此软水器时受到磁力作用，生成的垢质由于结晶形态改变，质地疏松，不易过此软水器时受到磁力作用，生成的垢质由于结晶形态改变，质地疏松，不易附着附着在管壁上而被液流携走。在管壁上而被液流携走。阻垢剂防垢阻垢剂防垢。 油气田所用阻垢剂一般有无机磷酸盐、有机磷化合物和聚合油气田所用阻垢剂一般有无机磷酸盐、有机磷化合物和聚合物三大类，应根据油田具体情况，通过试验选定。物三大类，应根据油田具体
28、情况，通过试验选定。结垢的处理结垢的处理结垢以后再进行处理是很被动的。通常使用一定浓度的结垢以后再进行处理是很被动的。通常使用一定浓度的盐酸和甲醛溶液进行清盐酸和甲醛溶液进行清洗洗，若不适合进行酸处理，可以采用机械法或超声波法进行除垢。，若不适合进行酸处理，可以采用机械法或超声波法进行除垢。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题u（6 6）COCO2 2驱过程中的沥青质沉淀问题驱过程中的沥青质沉淀问题 注入注入COCO2 2之前之前，原油以一种比较，原油以一种比较稳定的胶体分散体系稳定的胶体分散体系形式存在，其中的分散相形式存在，其中的分散相是以沥青质为核心、以附着于它的胶质为溶剂
29、化层而构成的胶束。是以沥青质为核心、以附着于它的胶质为溶剂化层而构成的胶束。COCO2 2溶于原油后溶于原油后，胶质浓度相对减小，在一定温度、压力条件下，胶质浓度相对减小，在一定温度、压力条件下，COCO2 2在原油中的溶解达到一定比例在原油中的溶解达到一定比例时，原油时，原油各组份之间的互溶稳定性遭到破坏各组份之间的互溶稳定性遭到破坏从而产生沥青质的絮凝和沉积。从而产生沥青质的絮凝和沉积。 沥青质沉淀机理沥青质沉淀机理沥青质沉淀的危害沥青质沉淀的危害 国外国外COCO2 2驱矿场实践均不同程度地发现了沥青质沉淀，沥青质沉淀将会严重驱矿场实践均不同程度地发现了沥青质沉淀，沥青质沉淀将会严重降降
30、低油藏的渗透率低油藏的渗透率，造成地层伤害，沉积在基岩上的沥青质还会使，造成地层伤害，沉积在基岩上的沥青质还会使岩石润湿性发生岩石润湿性发生转变转变，从而最终降低开发效果。，从而最终降低开发效果。 沥青质沉淀的预防沥青质沉淀的预防 沥青质沉淀造成的危害是不可逆的，因此，油田注沥青质沉淀造成的危害是不可逆的，因此，油田注COCO2 2实践中，应该实践中，应该对发生沥对发生沥青质沉淀的压力、温度、以及青质沉淀的压力、温度、以及COCO2 2注入量进行研究注入量进行研究，以避免沥青质沉淀的发生。，以避免沥青质沉淀的发生。二、二、CO2驱油机理驱油机理及存在问题及存在问题汇报内容汇报内容CO2驱注采井
31、工程设计驱注采井工程设计CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟CO2驱油机理及存在问题驱油机理及存在问题国内外国内外CO2驱现状驱现状三、三、CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟z COCO2 2注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟z COCO2 2驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟z COCO2 2驱过程油井流入动态问题驱过程油井流入动态问题 z COCO2 2驱过程中驱过程中吸气吸气能力计算能力计算 CO CO2 2驱注采井工程设计过程中需要对注采设备进行选型、注采参数进行优驱注采井工程设计过程中需要对注
32、采设备进行选型、注采参数进行优化、配产配注能力进行预测、注采管柱进行校核等内容，要完成这些设计内化、配产配注能力进行预测、注采管柱进行校核等内容，要完成这些设计内容，需要对以下问题进行解答：容，需要对以下问题进行解答：三、三、CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟对对井井筒温度、压力计算，目前主要存在两种方法：井井筒温度、压力计算，目前主要存在两种方法：宫俊峰宫俊峰等人计等人计算方法算方法唐人选唐人选方法方法Kelly、叶长青、叶长青方法方法均将均将井筒井筒中中CO2假设为假设为单一相态单一相态针对不同井段考虑针对不同井段考虑不同相态进行求解
33、不同相态进行求解将井筒中将井筒中考虑为纯液态考虑为纯液态将井筒中将井筒中考虑为纯气态考虑为纯气态井筒中井筒中相态用相态用PR方程方程进行判断，通过分段求进行判断，通过分段求解井筒温度、压力解井筒温度、压力三、三、CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟在常温常压下，二氧化碳为无在常温常压下，二氧化碳为无色无嗅的气体，分子量为色无嗅的气体，分子量为44.01，其比重约为空气的，其比重约为空气的1.53倍，偏心因子为倍，偏心因子为0.225。二氧化碳的临界温度为二氧化碳的临界温度为31.2，临界压力为临界压力为7.38MPa，临界点，临界点密度为密
34、度为0.468g/mL，临界点粘，临界点粘度为度为0.033mPa.s，临界压缩，临界压缩因子为因子为0.275。油田一般注。油田一般注CO2过程中，井口温度在过程中，井口温度在0-10 ，压力大于，压力大于5MPa，因此，因此CO2在井筒中一般为液态、超在井筒中一般为液态、超临界态，也可能会出现气态临界态，也可能会出现气态注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟分析认为，注入井筒流体温度、压力的计算，需要回答两个关键问题：1、井筒中、井筒中CO2流体的相态预测，和不流体的相态预测，和不同相态下的物性计算同相态下的物性计算2、井筒中、井筒中CO2流体相变过程中温度、流体相变过程中温度、压力的耦合计
35、算模型压力的耦合计算模型注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟超临界态超临界态指的是流体的温度和压力同时超过其临界温度和临界压力时流体所处的状态，对于CO2来讲，就是温度超过304.2K(31.2)，压力超过7.38MPa，超临界具有如下特性：密度接近液体密度接近液体,粘度和扩散系数与气体接近粘度和扩散系数与气体接近具有高度可压缩性具有高度可压缩性,但压缩超临界流体时并不能产生液相但压缩超临界流体时并不能产生液相,只能增加其密度只能增加其密度超强的溶解能力和扩散能力，常作为工业上的萃取剂超强的溶解能力和扩散能力，常作为工业上的萃取剂注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 由于CO2在井筒中将会经历
36、液态以及超临界态等相态，常规的理想气体状态方程已不适用，必须应用从液态到气态的连续的状态方程来计算井筒中CO2相态和密度范氏方式范氏方式 2VabVRTp1873年，范德瓦耳斯首次导出了从液态到气态连续的实际气体状态方年，范德瓦耳斯首次导出了从液态到气态连续的实际气体状态方程，该方程的最大特色是引入了两个参数程，该方程的最大特色是引入了两个参数a 和和b ，分别考虑分子间的引，分别考虑分子间的引力以及气体分子本身体积力以及气体分子本身体积 ，该方程对相态的判断主要基于以下原则：，该方程对相态的判断主要基于以下原则： 该方程为该方程为V的三次方形式，求解可得的三次方形式，求解可得V的三根主要对应
37、以下三种情的三根主要对应以下三种情况：况： 第一，一实根二虚根。则反应为单一气相或单一液相，视温度、压第一，一实根二虚根。则反应为单一气相或单一液相，视温度、压力范围而定；力范围而定； 第二，三个数值不同的实根，则反映为气液两相共存，其中最大的第二，三个数值不同的实根，则反映为气液两相共存，其中最大的实根表现为气相的实根表现为气相的V，最小的实根为液相，最小的实根为液相V，中间的根没意义；，中间的根没意义； 第三，三个相等实根，则表示为临界点的第三，三个相等实根，则表示为临界点的V。 注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 由于范氏方程计算流体密度存在较大误差，后人根据各种情况对其参数进行了修正
38、，本文选用几种经典方程来计算： R-K 方程方程 )(5 . 0bVVTabVRTp SRK 方程方程 )(bVVabVRTp P-R 方程方程 )()(bVbbVVabVRTp EXP-RK 方程方程 )(mbVVabVRTP 上述各个方程都有比较合适的应用范围，如上述各个方程都有比较合适的应用范围，如RK方程比较适合于方程比较适合于简单物质，而简单物质，而PR方程对于偏心因子为方程对于偏心因子为0.35左右的物质比较合适左右的物质比较合适 ，EXP-RK方程则主要针对超临界流体设计方程则主要针对超临界流体设计注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 井筒微元段能量守恒示意图井筒微元段能量守恒示
39、意图 井筒温度计算模型井筒温度计算模型注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 井筒质量含气率分布从图中可以看出井从图中可以看出井筒中筒中0-600米米CO2质质量含气率为量含气率为0，说明，说明CO2呈液态，呈液态，950米米以下，以下， CO2质量含质量含气率为气率为1，说明，说明CO2呈超临界态，中间呈超临界态，中间井段，则为二者混井段，则为二者混合共存段合共存段注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 井筒压力分布曲线 计算压力与实计算压力与实测压力最大误测压力最大误差为差为1.5%注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟 井筒温度分布曲线 计算温度与实测计算温度与实测温度最大误差为温度最大误差为
40、1.1% 利用上述模型，对吉林油田利用上述模型，对吉林油田4口注气井最新测试资料与本模型计算口注气井最新测试资料与本模型计算结果进行了对比，结果显示四口井温度计算平均相对误差为结果进行了对比，结果显示四口井温度计算平均相对误差为1.18%；压；压力计算平均相对误差为力计算平均相对误差为3.48%，模型计算精度较高。，模型计算精度较高。注入井井筒流动模拟注入井井筒流动模拟常规油井井筒流动计算（黑油模型）常规油井井筒流动计算（黑油模型）CO2 驱采油井井筒计算（组分模型）驱采油井井筒计算（组分模型）驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟三、三、CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模
41、拟 在CO2驱工程设计过程中，常常需要通过井口压力来计算井底流压，从而为配产设计提供重要参数。原油密度计算结果与实测结果对比原油密度计算结果与实测结果对比密度计算与实测结果最大相对误差为密度计算与实测结果最大相对误差为1.05%，14个压力点的平均相对误差个压力点的平均相对误差为为0.38% 驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟（4） CO2 /原油混合体系粘度计算模型原油混合体系粘度计算模型应用应用Pedersen模型对模型对CO2 /原油混合体系粘度进行计算，并和实测结果原油混合体系粘度进行计算，并和实测结果进行对比进行对比Pedersen模型模型粘度计算与实测结果最大相对误差为粘度计
42、算与实测结果最大相对误差为13.8%，14个压个压力点的平均相对误差为力点的平均相对误差为6.98%，计算精度可以满足工程需要，计算精度可以满足工程需要 驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟从图中可以看出：从图中可以看出：低压下，低压下， CO2摩尔含摩尔含量越大，原油密度越量越大，原油密度越大大， 分析原因认为分析原因认为在低压下在低压下CO2从原油从原油中脱出，萃取了原油中脱出，萃取了原油中部分轻质组分，导中部分轻质组分，导致原油密度增加；致原油密度增加；压力较高时，压力较高时，CO2摩摩尔含量越高则原油密尔含量越高则原油密度越小度越小，分析原因认，分析原因认为压力越高则溶于原为压力越
43、高则溶于原油中的油中的CO2就越多，就越多，从而使得原油体积膨从而使得原油体积膨胀，密度降低胀，密度降低 98不同CO2摩尔含量与原油密度关系驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟 从图中可以看出：从图中可以看出：低压时，低压时，CO2摩摩尔含量对原油粘度尔含量对原油粘度的影响较小的影响较小，分析，分析认为在低压下认为在低压下CO2在原油中溶解较少，在原油中溶解较少，对原油粘度影响较对原油粘度影响较小；小；压力较高时，压力较高时，CO2摩尔含量越高摩尔含量越高原油粘度越小原油粘度越小，分，分析认为，高压下，析认为，高压下，CO2在原油中的溶在原油中的溶解较多，对原油的解较多，对原油的粘度影响
44、增大粘度影响增大。98不同CO2摩尔含量与原油粘度关系驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟上图上图为为CO2未突破时井筒温度、压力分布计算与实测结果对比，结果显示，井筒未突破时井筒温度、压力分布计算与实测结果对比，结果显示，井筒温度分布计算温度分布计算49个位置点的平均相对误差为个位置点的平均相对误差为0.6%，压力分布平均相对误差为，压力分布平均相对误差为4% ，验证了本模型的正确性。，验证了本模型的正确性。驱采油井井筒流动模拟驱采油井井筒流动模拟汇报内容汇报内容CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒
45、流动动态模拟CO2驱油机理及存在问题驱油机理及存在问题国内外国内外CO2驱现状驱现状1、 IPR曲线制作方法曲线制作方法无因次化无因次化IPR方程是方程是Vogel的创新之处，其主要方法是将的创新之处，其主要方法是将IPR曲线上的某曲线上的某一采出程度下的各产量点与该采出程度下的最大产量（即无阻流量一采出程度下的各产量点与该采出程度下的最大产量（即无阻流量 ）的比值）的比值作为无因次产量横坐标，以该采出程度下各产量对应的井底流压与平均地层作为无因次产量横坐标，以该采出程度下各产量对应的井底流压与平均地层压力比值为无因次压力纵坐标，从而得到归一化的压力比值为无因次压力纵坐标，从而得到归一化的IP
46、R曲线。曲线。Vogel之后学者如之后学者如wiggins、cheng等人等人均均沿用该方法进行无因次沿用该方法进行无因次IPR曲曲线的制作。线的制作。我国学者刘想平等通过研究发现，当采用不同产油量生产时，达到相同我国学者刘想平等通过研究发现，当采用不同产油量生产时，达到相同采出程度所对应的油藏平均压力并不相等采出程度所对应的油藏平均压力并不相等，因而提出以平均地层压力作为，因而提出以平均地层压力作为衡衡量衰竭程度的指标，以此来制作量衰竭程度的指标，以此来制作IPR曲线曲线。四、四、CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟2、 CO2/原油混合体系直井向井流入动态原油混合体系直井向井流入
47、动态油藏油藏模型的建立模型的建立将油藏模型考虑为单层、均质、圆形封闭油藏中心一口井的情况将油藏模型考虑为单层、均质、圆形封闭油藏中心一口井的情况，油层油层内为油气两相渗流。采用径向变步长网格，最小径向网格步长内为油气两相渗流。采用径向变步长网格，最小径向网格步长0.1m、最大径、最大径向网格步长向网格步长30m。油井为完善井，不考虑表皮的影响。油井为完善井，不考虑表皮的影响。利用利用2009版版CMG软件软件GEM组分模拟器对所建立的油藏模型进行组分模拟器对所建立的油藏模型进行油藏数油藏数值模拟值模拟计算计算四、四、CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟4、 CO2/原油混合体系原油混
48、合体系流入动态方程流入动态方程四、四、CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟汇报内容汇报内容CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计CO2驱注采井流入动态模拟驱注采井流入动态模拟CO2驱注采井井筒流动动态模拟驱注采井井筒流动动态模拟CO2驱油机理及存在问题驱油机理及存在问题国内外国内外CO2驱现状驱现状1、计算实例：、计算实例：不同不同CO2含量下的油井协调产量含量下的油井协调产量 从图中可以看出，地层压力一定时，随着从图中可以看出，地层压力一定时，随着CO2含量增加，油井协调产量将会变化，含量增加，油井协调产量将会变化，在地层压力高于泡点压力时，在地层压力高于泡点压力时，CO2含量增加将会使油井协调产量增加，而当地层含量增加将会使油井协调产量增加，而当地层压力低于泡点压力时油井协调产量将会下降。压力低于泡点压力时油井协调产量将会下降。 五、五、CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计1、计算实例：、计算实例：不同地层压力油井产量预测不同地层压力油井产量预测 从图中可以看出，从图中可以看出，在在CO2含量一定时，随着地层压力的下降，油井产量呈含量一定时，随着地层压力的下降，油井产量呈下降趋势下降趋势 。随着油井中随着油井中CO2含量的增加，油井将可能会发生自喷含量的增加，油井将可能会发生自喷 五五、CO2驱注采井工程设计驱注采井工程设计汇报结束汇报结束
