1、2022-8-17第六章气体驱油技术第六章气体驱油技术第六章气体驱油技术第六章气体驱油技术第六章思考题第六章思考题1.1.常采用廉价的贫气进行汽化混相，要求油藏原油必须是哪种性质的原油？常采用廉价的贫气进行汽化混相，要求油藏原油必须是哪种性质的原油？2.2.在美国，最有发展前景的提高原油采收率方法是哪种？在美国，最有发展前景的提高原油采收率方法是哪种？3.3.对于一定的原油组成，更有利于形成混相驱的条件是什么？对于一定的原油组成，更有利于形成混相驱的条件是什么？4.4.多次接触混相多次接触混相5.5.凝析混相要求注入气体必须包含什么成分？凝析混相要求注入气体必须包含什么成分？6 6我国对注气驱
2、油法的研究较早。我国对注气驱油法的研究较早。2020世纪世纪6060年代初，大庆油田就开始了以年代初，大庆油田就开始了以下哪种气驱研究？下哪种气驱研究？7.7.对于一定的对于一定的COCO2 2-烃类体系，在一定温度下，拟三元相图的两相驱随压力增烃类体系，在一定温度下，拟三元相图的两相驱随压力增加而怎样变化？加而怎样变化？8.8.油田注气开采所用的气体主要有哪些？油田注气开采所用的气体主要有哪些？9.9.一次接触混相一次接触混相 10.10.用拟三元相图表示并说明凝析混相驱对富气的要求。用拟三元相图表示并说明凝析混相驱对富气的要求。11.11.用拟三元相图表示并说明汽化混相对原油的要求。用拟三
3、元相图表示并说明汽化混相对原油的要求。第六章气体驱油技术内容提要内容提要第一节第一节 驱油用气体的性质驱油用气体的性质6.1.1 6.1.1 烃类气体的性质烃类气体的性质6.1.2 6.1.2 二氧化碳的性质二氧化碳的性质6.1.36.1.3氮气和烟道气的性质氮气和烟道气的性质第二节第二节 气体混相驱油气体混相驱油6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油6.2.3 6.2.3 最小混相压力最小混相压力第三节第三节 气体非混相驱油气体非混相驱油6.3.1 6.3.1 非混相驱基本原理非混相驱基本原理6.3.2 6.3.2 氮
4、气驱氮气驱 6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气交替注入驱油第四节第四节 气体驱油的适应性气体驱油的适应性6.4.1 6.4.1 气体驱油技术难点气体驱油技术难点6.4.26.4.2油藏注气开发的条件油藏注气开发的条件第六章气体驱油技术 第第 六六 章章 气体气体驱油技术驱油技术回注天然气提高原油采收率始于回注天然气提高原油采收率始于1900年。年。水敏、储层性质差、非均质严重、水驱效率低的油层，水驱会产生许水敏、储层性质差、非均质严重、水驱效率低的油层，水驱会产生许多不良后果，促使人们利用天然气代替水进行驱油。多不良后果，促使人们利用天然气代替水进行驱油。岩心实验证明，使用丙烷溶剂或
5、液化石油气可将原油从孔隙介质中完全岩心实验证明，使用丙烷溶剂或液化石油气可将原油从孔隙介质中完全采出。采出。但认为不现实，回收问题。但认为不现实，回收问题。直到直到1950年，人们才发现使用混相法采油，不需使溶剂与原油进行年，人们才发现使用混相法采油，不需使溶剂与原油进行完全置换，即不需要使溶剂注满地层。完全置换，即不需要使溶剂注满地层。丙烷段塞驱丙烷段塞驱 美国大西洋富田公司首次提出。该方法在适当的高美国大西洋富田公司首次提出。该方法在适当的高压条件下可以形成一个连续相，即一个从油藏原油组份逐渐转变为压条件下可以形成一个连续相，即一个从油藏原油组份逐渐转变为注入气组份的整体单一相的烃类过渡带
6、（图注入气组份的整体单一相的烃类过渡带（图6.1）。）。第六章气体驱油技术 如果溶剂段塞设计正确，它就能推动前面的油和水，并完全驱替如果溶剂段塞设计正确，它就能推动前面的油和水，并完全驱替出所有的接触到的原油。由于注入的溶剂与原油一经接触就能混相，出所有的接触到的原油。由于注入的溶剂与原油一经接触就能混相，因此，又常把这种方法称为因此，又常把这种方法称为一次接触混相一次接触混相，也叫，也叫初次接触混相初次接触混相。在上。在上世纪世纪50年代到年代到60年代期间，美国进行了年代期间，美国进行了50多个一次接触混相矿场试验。多个一次接触混相矿场试验。图图6.1 6.1 丙烷段塞驱工艺丙烷段塞驱工艺
7、第六章气体驱油技术 多次接触混相多次接触混相 在油气相态研究中发现，一定条件下天然气与在油气相态研究中发现，一定条件下天然气与原油接触，原油中某些较轻的组分可以蒸发而进入气相。而富含原油接触，原油中某些较轻的组分可以蒸发而进入气相。而富含C C2 2-C-C6 6组分的气体与原油接触，气相中组分的气体与原油接触，气相中C C2 2-C-C6 6成分可以凝析而进入成分可以凝析而进入液相。由于这种物质传递作用，即使采取的不是一次接触混相的液相。由于这种物质传递作用，即使采取的不是一次接触混相的溶剂，注入的流体与油藏原油经过多次接触也能达到混相驱替，溶剂，注入的流体与油藏原油经过多次接触也能达到混相
8、驱替，因此称为多次接触混相。因此称为多次接触混相。多次接触混相可分为凝析混相和汽化混相多次接触混相可分为凝析混相和汽化混相 。第六章气体驱油技术图图6.26.2富气驱工艺富气驱工艺凝析混相凝析混相要求注入气体必须富要求注入气体必须富含含C2C6成分，因而成分，因而又称为富又称为富气驱气驱（图（图6.2）；）；图图6.3 6.3 干气驱工艺干气驱工艺由含由含C2C2C6C6的原油与气体形成的混相带的原油与气体形成的混相带汽化混相汽化混相要求油藏原油必须是要求油藏原油必须是轻质原油，对注入气体的成分要轻质原油，对注入气体的成分要求不高，常采用廉价的贫气，求不高，常采用廉价的贫气，又又称为贫气驱或干
9、气驱称为贫气驱或干气驱（图（图6.3）。）。第六章气体驱油技术气驱的发展概况气驱的发展概况 天然气是一种优质能源，也是重要的化工原料，只有那些有着足天然气是一种优质能源，也是重要的化工原料，只有那些有着足够天然气来源的国家，才有可能进行烃类混相采油。够天然气来源的国家，才有可能进行烃类混相采油。自上世纪自上世纪6060年代以来，美国、阿尔及利亚、加拿大、智利、利比年代以来，美国、阿尔及利亚、加拿大、智利、利比亚和前苏联等国家相继开展烃类混相驱油研究。美国和加拿大由亚和前苏联等国家相继开展烃类混相驱油研究。美国和加拿大由于气源供应限制，发展缓慢，规模也小。阿尔及利亚和利比亚进于气源供应限制，发展
10、缓慢，规模也小。阿尔及利亚和利比亚进行过规模较大的高压烃类混相驱油的工业性试验，并取得了成功。行过规模较大的高压烃类混相驱油的工业性试验，并取得了成功。由于烃类气体价格上涨，研究人员努力寻找新的、适用于混相驱由于烃类气体价格上涨，研究人员努力寻找新的、适用于混相驱油的注入剂。研究发现，油的注入剂。研究发现，二氧化碳、烟道气和氮气二氧化碳、烟道气和氮气在一定条件下在一定条件下都能与油藏原油达到混相。都能与油藏原油达到混相。在美国，二氧化碳驱被认为是最有发展前景的提高原油采收率方在美国，二氧化碳驱被认为是最有发展前景的提高原油采收率方法。我国对注气驱油法的研究起步也很早。法。我国对注气驱油法的研究
11、起步也很早。6060年代初，大庆油田年代初，大庆油田就开始了二氧化碳驱的研究，但由于气源问题并未得到推广应用。就开始了二氧化碳驱的研究，但由于气源问题并未得到推广应用。第六章气体驱油技术第一节第一节 驱油用气体的性质驱油用气体的性质6.1.1 6.1.1 烃类气体的性质烃类气体的性质 天然气天然气-烃类气体的总称，由石蜡族低分子饱和烃烃类气体的总称，由石蜡族低分子饱和烃(C(C1 1-C-C6 6)和少量和少量非烃类气体非烃类气体(H(H2 2S S、COCO2 2、COCO、H H2 2O)O)组成的混合物。组成的混合物。天然气天然气液化石油气（液化石油气（LPG）C2C6的含量的含量50%
12、富气富气 C2C6的含量介于的含量介于30%50%之间，之间，贫气贫气 C2C6的含量的含量98%的气体叫干气。的气体叫干气。高压下的天然气是真实气体，其压缩因子是拟对比温度与拟高压下的天然气是真实气体，其压缩因子是拟对比温度与拟对比压力的函数。利用图对比压力的函数。利用图6-4可以估算烃类气体的可以估算烃类气体的Z值（误差为值（误差为23）。）。第六章气体驱油技术对于气体混合物，对比条件为对于气体混合物，对比条件为对比温度对比温度 对比压对比压力力 第六章气体驱油技术图图6.4 6.4 天然气压缩系数天然气压缩系数第六章气体驱油技术6.1.1 6.1.1 烃类气体的性质烃类气体的性质已知气体
13、的压缩因子，就可以根据下面的公式求气体密度。已知气体的压缩因子，就可以根据下面的公式求气体密度。对于混合气体对于混合气体对于单一气体对于单一气体 （6.3a）（6.3b）、分别为单一气体和混合气体的密度，分别为单一气体和混合气体的密度，kg/m3；绝对压力，绝对压力，Pa；绝对温度，绝对温度，K；组分的摩尔质量，组分的摩尔质量，kg/mol；气体混合物中组分的摩尔分数；气体混合物中组分的摩尔分数；通用气体常数，通用气体常数，8.314 J/molK。第六章气体驱油技术6.1.1 6.1.1 烃类气体的性质烃类气体的性质表表6-1 一些纯烃和非烃气体的临界参数值一些纯烃和非烃气体的临界参数值 天
14、然气的粘度天然气的粘度是温度、压力及组成的函数。对大部分混相驱而是温度、压力及组成的函数。对大部分混相驱而言，乙烷的粘度在言，乙烷的粘度在0.02mPas0.07mPas范围内，丙烷的粘度在范围内，丙烷的粘度在0.1mPas0.18mPas范围内。而混合物的粘度可用洛伦茨等人范围内。而混合物的粘度可用洛伦茨等人提出的方法估算。但对于最终方案设计则建议用室内实验确定粘提出的方法估算。但对于最终方案设计则建议用室内实验确定粘度。度。第六章气体驱油技术6.1.2 6.1.2 二氧化碳的性质二氧化碳的性质 纯纯COCO2 2的临界温度为的临界温度为31.1131.11，临界压力为，临界压力为7.53M
15、Pa7.53MPa。常温条件下。常温条件下其密度比空气重其密度比空气重5050，并且具有很低的压缩因子。，并且具有很低的压缩因子。图图6.56.5二氧化碳压缩因子二氧化碳压缩因子第六章气体驱油技术6.1.2 6.1.2 二氧化碳的性质二氧化碳的性质图图6.7 CO6.7 CO2 2的粘度的粘度图图6.6 CO6.6 CO2 2密度与温度的关系密度与温度的关系 与空气的密度相比，与空气的密度相比，CO2的密度具有异常特性。在的密度具有异常特性。在339K和和17MPa条条件下，件下，CO2的密度为的密度为690 kg/m3，而在同样温度、压力下，空气的密，而在同样温度、压力下，空气的密度为度为1
16、60 kg/m3，CO2密度更接近典型的轻质油密度。因此，在驱替密度更接近典型的轻质油密度。因此，在驱替过程中过程中CO2重力分异的倾向比空气小得多。重力分异的倾向比空气小得多。第六章气体驱油技术6.1.36.1.3氮气和烟道气的性质氮气和烟道气的性质 常温常压下，氮气为无色无味的气体，压力为常温常压下，氮气为无色无味的气体，压力为0.1MPa0.1MPa、温度为、温度为00，其密度为，其密度为1.25 kg/m1.25 kg/m3 3，它的导热系数为，它的导热系数为0.0205 cal/m0.0205 cal/mh h，粘度为粘度为0.0169 mPa0.0169 mPas s；1m1m3
17、3液氮可变为液氮可变为643 m643 m3 3气氮。气氮。常压下温度为常压下温度为-195.78-195.78时，氮气变成无色透明的液体；温度为时，氮气变成无色透明的液体；温度为-210210时，将凝析成雪状的固体。氮是化学性质极不活泼的气体，时，将凝析成雪状的固体。氮是化学性质极不活泼的气体，在常态下表现为很大的惰性，其临界温度为在常态下表现为很大的惰性，其临界温度为-146.8-146.8，临界压力，临界压力为为3.398MPa3.398MPa。第六章气体驱油技术6.1.36.1.3氮气和烟道气的性质氮气和烟道气的性质 氮气的压缩因子最大，是氮气的压缩因子最大，是COCO2 2的的3 3
18、倍，在相同条件下，它的压缩因倍，在相同条件下，它的压缩因子也比天然气高。较大的膨胀性有利于驱油。子也比天然气高。较大的膨胀性有利于驱油。NN2 2气的性质受温度的影响较小，原因是氮气的临界温度气的性质受温度的影响较小，原因是氮气的临界温度较低。较低。氮气在淡水、盐水及原油中的溶解性很弱，二氧化碳和天然气都氮气在淡水、盐水及原油中的溶解性很弱，二氧化碳和天然气都比它易溶于水和油，该特性有利于用其保持油藏压力开采气藏。比它易溶于水和油，该特性有利于用其保持油藏压力开采气藏。图图6.8 N6.8 N2 2的压缩因子的压缩因子图图6.9 N6.9 N2 2的粘度的粘度第六章气体驱油技术6.1.36.1
19、.3氮气和烟道气的性质氮气和烟道气的性质v相同压力和温度下，氮气粘度比相同压力和温度下，氮气粘度比COCO2 2和天然气都低。压力接近和天然气都低。压力接近42MPa42MPa时，氮气和甲烷的粘度相近。时，氮气和甲烷的粘度相近。v相同的压力、温度条件下氮气的密度要比相同的压力、温度条件下氮气的密度要比COCO2 2、烟道气的密度小，、烟道气的密度小，比甲烷的密度高，但比其它烃类气体的密度低得多。比甲烷的密度高，但比其它烃类气体的密度低得多。v烟道气的化学成分是不固定的，约含烟道气的化学成分是不固定的，约含80808585的氮气和的氮气和101015%15%的的COCO2 2，其余为杂质。它的性
20、质取决于所含各种气体组分，其余为杂质。它的性质取决于所含各种气体组分的比例。的比例。第六章气体驱油技术第二节第二节 气体混相驱油气体混相驱油6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油1.1.一次接触混相一次接触混相 达到混相驱最简单、最直接的方法。达到混相驱最简单、最直接的方法。特点：特点：注入剂按任何比例都能与原油完全混合，如丙烷、丁烷或液注入剂按任何比例都能与原油完全混合，如丙烷、丁烷或液化石油气，过去它们常被用作进行一次接触混相的溶剂。化石油气，过去它们常被用作进行一次接触混相的溶剂。图图6.10 6.10 溶剂段塞的初接触混相和稀释溶剂段塞的初接触混相和稀释一次接触混相的
21、相态要求一次接触混相的相态要求 三元相图上的液化石油气溶剂三元相图上的液化石油气溶剂用假组分用假组分C C2 2-C6 6代表。所有液化石代表。所有液化石油气和原油的混合物，在此图上油气和原油的混合物，在此图上全部位于单相区。实际上，液化全部位于单相区。实际上，液化石油气可以被甲烷稀释到组分石油气可以被甲烷稀释到组分A A，此时所形成的混合物仍保持与油此时所形成的混合物仍保持与油藏原油一次接触混相。藏原油一次接触混相。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油1.1.一次接触混相一次接触混相图图6.10 6.10 溶剂段塞的初接触混相和稀释溶剂段塞的初接触混相和
22、稀释 液化石油气溶剂在较低压力下就达液化石油气溶剂在较低压力下就达到混相，单位驱替效率高。到混相，单位驱替效率高。存在问题存在问题 但中间分子量的烃溶剂但中间分子量的烃溶剂可从沥青原油中沉淀出某些沥青，从可从沥青原油中沉淀出某些沥青，从而影响井的注入能力和产能，严重时而影响井的注入能力和产能，严重时可以在生产井中引起堵塞。可以在生产井中引起堵塞。另外，液化石油气成本高，要降另外，液化石油气成本高，要降低成本，必须采用较小段塞。段塞太低成本，必须采用较小段塞。段塞太小，由于其它因素影响（如段塞气体小，由于其它因素影响（如段塞气体被地下气体稀释或不利流度比造成段被地下气体稀释或不利流度比造成段塞逸
23、散等）而达不到混相驱替的效果，塞逸散等）而达不到混相驱替的效果，所以对于所以对于一次接触混相驱最关键的问一次接触混相驱最关键的问题是最佳溶剂段塞的确定。题是最佳溶剂段塞的确定。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油2.2.多次接触混相多次接触混相（1 1）凝析混相）凝析混相 凝析气驱过程中，油藏原油与凝析气驱过程中，油藏原油与注入气（富气）之间混相是靠乙烷、注入气（富气）之间混相是靠乙烷、丙烷和丁烷等中间分子量烃从注入丙烷和丁烷等中间分子量烃从注入气中就地传质进入油藏原油（即中气中就地传质进入油藏原油（即中间分子量烃间分子量烃“凝析进入凝析进入”原油）达原油
24、）达到的。在适当的压力下，原油与注到的。在适当的压力下，原油与注入气经多次接触，而富含入气经多次接触，而富含C2C6中中间烃类物质，注入气体与油藏原油间烃类物质，注入气体与油藏原油的性质不断接近，最终达到混相。的性质不断接近，最终达到混相。图图6.11a 6.11a 凝析气驱混相凝析气驱混相 拟三元相图中，注入拟三元相图中，注入A A和和B B之间组之间组成的气体，就能达到凝析气驱混相。成的气体，就能达到凝析气驱混相。上述驱替机理说明，原油是在抽上述驱替机理说明，原油是在抽提富气的组分加富自己之后达到提富气的组分加富自己之后达到临界组成的。临界组成的。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1
25、烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油2.2.多次接触混相多次接触混相（1 1）凝析混相）凝析混相图图6.11b 6.11b 凝析气驱过渡带凝析气驱过渡带气体气体B B 凝析气驱形成一个由混相凝析气驱形成一个由混相液体组成的过渡带，它由油液体组成的过渡带，它由油藏原油、液相藏原油、液相L1L1、L2L2、L3L3等，等，及泡点曲线上的及泡点曲线上的P P组成，组成，如果注入气体的中间烃含量如果注入气体的中间烃含量小于小于B点规定的量，原油不可点规定的量，原油不可能富化到混相点。能富化到混相点。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油2.2.多次接触混相多次接触混相（
26、1 1）凝析混相）凝析混相图图6.11a 6.11a 凝析气驱混相凝析气驱混相 当系线的延长线通过注入气的组当系线的延长线通过注入气的组成时，注入气不可能继续加富原油，成时，注入气不可能继续加富原油，原油组成达不到临界点组成，不能原油组成达不到临界点组成，不能形成混相驱，可见凝析气驱对富气形成混相驱，可见凝析气驱对富气的要求是它必须落在临界连接线的的要求是它必须落在临界连接线的延长线上或临界连接线混相区右侧。延长线上或临界连接线混相区右侧。只有只有B和和A之间的混合物，将按凝析之间的混合物，将按凝析混相方式驱替原油。如果气体中间混相方式驱替原油。如果气体中间分子量烃的含量大于分子量烃的含量大于
27、A,则产生一次则产生一次接触混相。接触混相。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油2.2.多次接触混相多次接触混相（1 1）凝析混相）凝析混相 为达到混相可调整二个参数：油为达到混相可调整二个参数：油藏压力和气体组成。对于确定的原藏压力和气体组成。对于确定的原油，当注入气体的组成不变时，存油，当注入气体的组成不变时，存在一个多次接触混相所需的最低压在一个多次接触混相所需的最低压力，称作最小混相压力（力，称作最小混相压力（MMP），），高于这一压力就能达到动态混相。高于这一压力就能达到动态混相。随着压力增加可减小两相区，因此，随着压力增加可减小两相区，因此，注
28、入气体中的中间分子量烃的浓度注入气体中的中间分子量烃的浓度低一些也将达到混相。低一些也将达到混相。图图6.11a 6.11a 凝析气驱混相凝析气驱混相第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油2.2.多次接触混相多次接触混相（2 2）汽化混相）汽化混相 原油中的中间分子量烃不断原油中的中间分子量烃不断进入气相，注入气（贫气）的性进入气相，注入气（贫气）的性质逐渐接近油藏原油，最终达到质逐渐接近油藏原油，最终达到混相。混相。图图6.12a 6.12a 汽化气驱的混相汽化气驱的混相 原油原油A含有高百分比的中间分子含有高百分比的中间分子量烃，它的组成位于通过临界点的
29、量烃，它的组成位于通过临界点的临界连接线的延长线上。临界连接线的延长线上。汽化混相条件汽化混相条件 只要油藏原油的组成位于临界连接线上或其右侧，而只要油藏原油的组成位于临界连接线上或其右侧，而使用临界连接线左侧的天然气，依靠汽化气驱机理就可能达到混相。使用临界连接线左侧的天然气，依靠汽化气驱机理就可能达到混相。如果原油组成位于极限连接线的左侧，则气体的富化不能发展到与原如果原油组成位于极限连接线的左侧，则气体的富化不能发展到与原油混相的程度。油混相的程度。第六章气体驱油技术6.2.1 6.2.1 烃类气体混相驱油烃类气体混相驱油混相驱替的目的混相驱替的目的 无论是一次接触混相，还是多次接触混无
30、论是一次接触混相，还是多次接触混相，在驱动气与原油之间不存在相界面，从而不存在界面张相，在驱动气与原油之间不存在相界面，从而不存在界面张力，毛管力为零，也就是毛管准数变为无限大，则残余油饱力，毛管力为零，也就是毛管准数变为无限大，则残余油饱和度能够降低到最小可能值，采收率达和度能够降低到最小可能值，采收率达90以上。以上。第六章气体驱油技术6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油1.CO1.CO2 2多次接触混相驱机理多次接触混相驱机理图图6.13 CO6.13 CO2 2多次接触混相驱机理多次接触混相驱机理原油组成落在临界点切线原油组成落在临界点切线上或混相区右侧，是上或混相
31、区右侧，是CO2实现混相驱的必要而充分实现混相驱的必要而充分的条件。的条件。第六章气体驱油技术6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油2.2.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对于一定的对于一定的CO2-烃类体系，烃类体系，在一定温度下，拟三元相图在一定温度下，拟三元相图的两相区随压力增加而缩小。的两相区随压力增加而缩小。图图6.14 6.14 压力和原油组成对混相特性的影响压力和原油组成对混相特性的影响 对于一定组成的原油来对于一定组成的原油来说，小的相包络线更有利说，小的相包络线更有利于形成混相驱。于形成混相驱。实际油藏的原油组成和地层温度一定，可通过
32、实际油藏的原油组成和地层温度一定，可通过PVT试验，绘出原油与试验，绘出原油与CO2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。于是组成点。于是CO2在该压力下与原油多次接触后，最终可达到临界点组成，在该压力下与原油多次接触后，最终可达到临界点组成，形成混相驱，将此压力定义为该原油的最小混相压力，用形成混相驱，将此压力定义为该原油的最小混相压力，用MMP表示。表示。第六章气体驱油技术6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油3.3.混相带混相带 指体系组成为临界点附近的油层区域。指体系组成为临界点
33、附近的油层区域。图图6.15 6.15 油层中各区域示意图油层中各区域示意图第六章气体驱油技术6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油3.3.混相带混相带混相带在以下情况下可能退化：混相带在以下情况下可能退化：（1 1）从注入井到生产井，油层压力在逐渐下降，当压力低于）从注入井到生产井，油层压力在逐渐下降，当压力低于MMPMMP时，时，混相带组成落入三元相图的两相区，混相性消失。混相带组成落入三元相图的两相区，混相性消失。（2 2）混相带从注入井向生产井推进时，流体的通过断面扩大，混相）混相带从注入井向生产井推进时，流体的通过断面扩大，混相带变薄，甚至消失。带变薄，甚至消失。（
34、3 3）混相带被）混相带被COCO2 2或过渡带的组分稀释，混相带组成落入三元相图或过渡带的组分稀释，混相带组成落入三元相图中的两相区。油层均质程度差时，中的两相区。油层均质程度差时，COCO2 2或过渡带的气体从高渗透或过渡带的气体从高渗透夹层或旁通孔隙穿入混相带时出现这种情况。夹层或旁通孔隙穿入混相带时出现这种情况。（4 4）当有不渗透的透镜体存在时，混相带绕流，变薄以致消失。）当有不渗透的透镜体存在时，混相带绕流，变薄以致消失。第六章气体驱油技术6.2.2 6.2.2 二氧化碳混相驱油二氧化碳混相驱油3.3.混相带混相带 保证混相带的稳定，需满足以下条件：保证混相带的稳定，需满足以下条件
35、：（1 1）油层平均压力大于）油层平均压力大于MMPMMP，可保持在一定的范围内驱替是混相驱。，可保持在一定的范围内驱替是混相驱。（2 2）混相带应具有一定体积，防止混相带变薄消失或退化。因此，）混相带应具有一定体积，防止混相带变薄消失或退化。因此，必需注入足够量的必需注入足够量的COCO2 2。只要。只要COCO2 2存在且油层压力大于存在且油层压力大于MMPMMP，消，消失了的混相带或退化的混相带都可以重建。失了的混相带或退化的混相带都可以重建。第六章气体驱油技术6.2.3 6.2.3 最小混相压力最小混相压力1.1.最小混相压力及其确定方法最小混相压力及其确定方法(1)(1)最小混相压力
36、（最小混相压力（MMPMMP）MMPMMP是指在油层温度下，是指在油层温度下，COCO2 2与原油能达到多次接触混相的最与原油能达到多次接触混相的最低限度压力。低限度压力。在拟三元相图中，它是指在油层温度下原油的组成正好落在在拟三元相图中，它是指在油层温度下原油的组成正好落在相包络线临界点切线上时所对应的相图压力。相包络线临界点切线上时所对应的相图压力。图图6.16 6.16 沿压降方向的三元相图沿压降方向的三元相图第六章气体驱油技术6.2.3 6.2.3 最小混相压力最小混相压力1.1.最小混相压力及其确定方法最小混相压力及其确定方法 (2)(2)细管试验确定油层最小混相压力细管试验确定油层
37、最小混相压力（3 3）用图表确定最小混相压力）用图表确定最小混相压力2.2.影响影响MMPMMP的因素的因素(1)(1)原油组分的影响原油组分的影响 C C2 2-C-C6 6组成高，在较低的压力下，即拟三元相图具有较大的相包组成高，在较低的压力下，即拟三元相图具有较大的相包络线的情况下，络线的情况下，COCO2 2也能与原油多次接触混相。原油中也能与原油多次接触混相。原油中C C2 2-C-C6 6含量越含量越少，混相的压力越高。少，混相的压力越高。(2)(2)温度的影响温度的影响 相同拟三元组成和压力下，温度增加使相包络线增大，故相同相同拟三元组成和压力下，温度增加使相包络线增大，故相同原
38、油组成的条件下，高温油层的原油组成的条件下，高温油层的MMPMMP更大。更大。第六章气体驱油技术第三节第三节 气体非混相驱油气体非混相驱油6.3.1 6.3.1 非混相驱基本原理非混相驱基本原理 国外研究资料表明，非混相驱小于混相驱的原油采收率，但远国外研究资料表明，非混相驱小于混相驱的原油采收率，但远高于水驱的结果，因为水不能改变原油的流动特性，且水与原油间高于水驱的结果，因为水不能改变原油的流动特性，且水与原油间不存在传质作用。非混相驱所需压力不大，且注入气价格低廉。不存在传质作用。非混相驱所需压力不大，且注入气价格低廉。非混相驱油的主要机理：非混相驱油的主要机理：有限量的蒸发和抽提；有限
39、量的蒸发和抽提；降低原油粘度；降低原油粘度；原油膨胀；原油膨胀；压力下降造成溶解气驱；压力下降造成溶解气驱；降低界面张力。降低界面张力。第六章气体驱油技术6.3.1 6.3.1 非混相驱基本原理非混相驱基本原理 重力稳定驱替的采收率在所有非混相驱替中是最高的。重力稳定驱替的采收率在所有非混相驱替中是最高的。注气重力稳定驱替注气重力稳定驱替-对于倾斜、垂向渗透率较高的地层，在其含对于倾斜、垂向渗透率较高的地层，在其含油气构造上部注气，利用重力分异作用保持压力开采原油的方法。油气构造上部注气，利用重力分异作用保持压力开采原油的方法。第六章气体驱油技术6.3.2 6.3.2 氮气驱氮气驱 空气是最大
40、制氮原料气，氮气占空气中总体积的空气是最大制氮原料气，氮气占空气中总体积的78.03%78.03%。膜分离空气制氮气。膜分离空气制氮气。注氮气开采技术发展迅速的重要原因之一是气源充足且价廉，注氮气开采技术发展迅速的重要原因之一是气源充足且价廉，在美国，注氮气成本约为注天然气成本的四分之一，注二氧化碳成在美国，注氮气成本约为注天然气成本的四分之一，注二氧化碳成本的二份之一到三分之一。本的二份之一到三分之一。氮气驱主要有以下几方面应用：氮气驱主要有以下几方面应用：（1 1）重力稳定驱替；）重力稳定驱替；（2 2）开采凝析气田；）开采凝析气田；（3 3）用来驱替）用来驱替COCO2 2、富气或其它溶
41、剂段塞。、富气或其它溶剂段塞。第六章气体驱油技术6.3.2 6.3.2 氮气驱氮气驱（1）重力稳定驱替）重力稳定驱替 氮气混相驱，氮气混相驱，MMP较高，实较高，实际油藏压力不能满足要求。但际油藏压力不能满足要求。但氮气与天然气、氮气与天然气、CO2等相比，密等相比，密度最小，在油、水中溶解性也度最小，在油、水中溶解性也很微弱，这些特点是氮气进行很微弱，这些特点是氮气进行重力稳定驱油得天独厚的条件。重力稳定驱油得天独厚的条件。同时，氮气来源广，价格低，同时，氮气来源广，价格低，是比较经济的注入气体，大大是比较经济的注入气体，大大降低了注气技术的经济风险。降低了注气技术的经济风险。（2）开采凝析
42、气田）开采凝析气田 注气保持压力的目的是使凝注气保持压力的目的是使凝析气藏压力保持在露点压力以析气藏压力保持在露点压力以上，以避免低于露点压力后，上，以避免低于露点压力后，出现反凝析现象而产生凝析油，出现反凝析现象而产生凝析油，降低原油采收率。若凝析油田降低原油采收率。若凝析油田采用衰竭法开采，预测的采收采用衰竭法开采，预测的采收率仅为率仅为20%，注氮气保持凝析，注氮气保持凝析油藏压力，既避免了反凝析作油藏压力，既避免了反凝析作用造成的损失，又可以形成混用造成的损失，又可以形成混相驱替，可使采收率提高到相驱替，可使采收率提高到65%。（3）驱替溶剂段塞）驱替溶剂段塞为降低为降低CO2和烃类气
43、体混相驱的成本，充分利用和烃类气体混相驱的成本，充分利用CO2、烃类气体等溶剂的资、烃类气体等溶剂的资源采用氮气推动溶剂段塞混相驱以提高采收率。源采用氮气推动溶剂段塞混相驱以提高采收率。第六章气体驱油技术6.3.2 6.3.2 氮气驱氮气驱 用用烟道气烟道气提提高原油采收率的效果介于二氧化碳和高原油采收率的效果介于二氧化碳和氮气之间。由于含有氮气之间。由于含有CO2，因此它具有与，因此它具有与CO2类似的类似的改变油流特性的机理，此外，还具有氮气驱油的优改变油流特性的机理，此外，还具有氮气驱油的优点。烟道气用于重质油藏，其采收率高于注氮气。点。烟道气用于重质油藏，其采收率高于注氮气。第六章气体
44、驱油技术6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气交替注入驱油开采机理：开采机理：（1 1）降低水的流度从而降低了水驱开采过程中的水油流度比）降低水的流度从而降低了水驱开采过程中的水油流度比 气体捕集是关键。由于被捕集的气体占据了一定的油藏体气体捕集是关键。由于被捕集的气体占据了一定的油藏体积，致使水气交替注入情况下的含水饱和度小于仅注水时的含水饱积，致使水气交替注入情况下的含水饱和度小于仅注水时的含水饱和度，因此将降低水的流度。和度，因此将降低水的流度。实验表明，原油的相对流度随捕集气饱和度的增加而增加。实验表明，原油的相对流度随捕集气饱和度的增加而增加。（2 2）提高驱油效率）提高驱油效
45、率 早期实验研究指出，当油藏中建立某一自由气饱和度时，水驱早期实验研究指出，当油藏中建立某一自由气饱和度时，水驱采收率会有所增加。采收率会有所增加。第六章气体驱油技术6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气交替注入驱油开采机理：开采机理：（2 2）提高驱油效率）提高驱油效率图图6.32 6.32 自由气饱和度对残余油饱和度的影响自由气饱和度对残余油饱和度的影响Jackson，M.L.以及Cowan，J.V.于1957年提出了在岩心注入水后再注入空气能够提高采收率的研究报告。Holmgren等人认为，在油、等人认为，在油、气、水三相系统中，气气、水三相系统中，气-油系油系统界面张力比气统界面
46、张力比气-水系统界面水系统界面张力要小，油藏中的流体总张力要小，油藏中的流体总是趋向于调整它们的界面张是趋向于调整它们的界面张力处于最小状态，在这种情力处于最小状态，在这种情况下，气体分子就会使自己况下，气体分子就会使自己处于油膜内部，这样就增加处于油膜内部，这样就增加了含有气体的油滴的有效尺了含有气体的油滴的有效尺寸。寸。第六章气体驱油技术6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气交替注入驱油开采机理：开采机理：（2 2）提高驱油效率）提高驱油效率Jackson，M.L.以及以及Cowan，J.V.于于1957年年提出了在岩心注入水后提出了在岩心注入水后再注入空气能够提高采再注入空气能够提
47、高采收率的研究报告。收率的研究报告。图图6.33 6.33 亲水油藏自由气饱和度对残余油饱和度的影亲水油藏自由气饱和度对残余油饱和度的影响响 其中图其中图6.33(a)表明，不存在自由气饱和度时，残余油占据较大的孔表明，不存在自由气饱和度时，残余油占据较大的孔隙空间；图隙空间；图6.33(b)则指出，当存在自由气饱和度时，气体占据了一部则指出，当存在自由气饱和度时，气体占据了一部分原来为残余油所占据的孔隙空间，在图分原来为残余油所占据的孔隙空间，在图6.33(b)的情况下，残余油饱的情况下，残余油饱和度和天然气饱和度之和，与图和度和天然气饱和度之和，与图6.33(a)情况下残余油饱和度相近。情
48、况下残余油饱和度相近。第六章气体驱油技术6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气交替注入驱油开采机理：开采机理：（3 3）采出油层上部的剩余油）采出油层上部的剩余油 非均质较为严重的正韵律油层来说，水驱很难波及到油层非均质较为严重的正韵律油层来说，水驱很难波及到油层的上部。在这一部分储层中，含油饱和度几乎仍处于原始状的上部。在这一部分储层中，含油饱和度几乎仍处于原始状态，在这种情况下，通过气驱采油，采出水驱无法采出的油态，在这种情况下，通过气驱采油，采出水驱无法采出的油量，从而增加整个油层的采收率。量，从而增加整个油层的采收率。第六章气体驱油技术6.3.3 6.3.3 水气交替注入驱油水气
49、交替注入驱油2.2.室内实验与驱油效果室内实验与驱油效果 略略第六章气体驱油技术第四节第四节 气体驱油的适应性气体驱油的适应性6.4.1 6.4.1 气体驱油技术难点气体驱油技术难点1.1.流度控制流度控制 可用泡沫、冻胶或泡沫可用泡沫、冻胶或泡沫+冻胶控制流度，但更可取的是用水气交冻胶控制流度，但更可取的是用水气交替注入（替注入（WAGWAG）法控制流度。）法控制流度。2.2.沥青质析出沥青质析出 混相注入剂（如混相注入剂（如LPGLPG、富气、干气、富气、干气、CO2CO2、N2N2）等与原油实现混）等与原油实现混相时，都降低了原油对分散于其中的沥青质的稳定性，使其析出。相时，都降低了原油
50、对分散于其中的沥青质的稳定性，使其析出。3.3.金属腐蚀金属腐蚀 COCO2 2与水作用，产生与水作用，产生H H2 2COCO3 3，使水的，使水的pHpH值降低，对钢铁产生严重值降低，对钢铁产生严重的电化学腐蚀。因此，注的电化学腐蚀。因此，注CO2CO2的设备和管线需使用特种合金和各种的设备和管线需使用特种合金和各种防腐涂层。防腐涂层。第六章气体驱油技术6.4.1 6.4.1 气体驱油技术难点气体驱油技术难点4.4.结垢结垢 主要存在于用主要存在于用COCO2 2或含或含COCO2 2混相注入剂的场合。混相注入剂的场合。COCO2 2溶于水，再溶于水，再与地层的碳酸钙反应，生成水溶性的重碳
