浅析二氧化碳驱油技术
【摘要】：由于我国油藏物性差，将二氧化碳用于驱油可以提高采收率，同时解决了环境问题。本论文将归纳总结二氧化碳的驱油原理，以及我国针对二氧化碳驱存在的问题，并且根据二氧化碳气体的来源采取更有效地二氧化碳驱油方法。
【关键词】：二氧化碳驱油原理采收率
一、研究的目的与意义
油藏经过二次开采后，仍有大量的原油存留于地下，剩余油以小油滴孤立存在于储层的孔隙中，或以薄膜形式存在于岩石颗粒表面。二次采油结束后，储层的含油饱和度降为0.2-0.35，三次采油的空间很大。提高采收率技术是将分散的、小油滴形式的剩余油驱至生产井，注入二氧化碳可以驱动被束缚的剩余油。实践证明，在不能进行一次或者二次采油的油藏，注入二氧化碳是一种行之有效的方法，同时有研究表明将二氧化碳注入到煤层的沼气井或枯竭气藏对于提高天然气的采收率也有很大的潜力，而且二氧化碳驱油可以作为一种提高采收率的三次采油技术。
二氧化碳是导致全球变暖的主要原因，然而由于人类活动的影响，地球大气中二氧化碳的含量正在逐步增加。专家们建议，必须尽快采取一系列措施来减少进入大气的二氧化碳量。二氧化碳驱油可提高原油的采收率，将工业生产过程中捕集的二氧化碳用于二氧化碳驱油即可提高采收率，还可以减小环境的污染。
二、二氧化碳的驱油原理
二氧化碳的一般比烃类气体容易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，二氧化碳可以从水溶液中转溶于原油中。二氧化碳驱作为气驱的一种驱替方式，因二氧化碳本身易溶于油和水的物理化学特性，具有特殊的驱替原理。
2.1降低油水界面张力，减少驱替阻力。[1]
残余油饱和度随油水界面张力的降低而减少。二氧化碳极易溶解于油，其在油中溶解度比在水中的溶解度大3-9倍。在驱油过程中，大量的二氧化碳与轻烃混合，可大幅度的降低油水界面张力，减少残余油饱和度，从而提高原油采收率。二氧化碳摩尔含量越大时，界面张力越小，在20.4MPa的压力下，当二氧化碳摩尔含量为37.61%时。界面张力降至未注二氧化碳时的31.66%。
2.2降低原油粘度
当二氧化碳溶解于原油是，原油粘度显著下降，下降幅度取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高，在碳酸作用下粘度降低的百分数也越高。也就是说，二氧化碳驱对中质油和重质油的降粘作用更为明显。温度较高时，因二氧化碳溶解度降低，降粘作用反而下降，在同一温度条件下，压力升高时，二氧化碳溶解度升高，降粘作用随之升高。但是，压力过高超过饱和压力，粘度反而上升。
2.3使原油体积膨胀
大量室内和现场试验表明，原油中充分溶解二氧化碳后，可使原油体积膨胀10%-40%，其结果不仅增加了原油的内动能，而且也大大减少了原油流动过程中的毛管阻力和流动阻力，从而提高了原油的流动能力。
2.4压力下降造成溶解气驱[5]
二氧化碳进入油层后，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，溶于原油的二氧化碳逸出，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，用二氧化碳溶解气驱可采出地下油量的18.6%，对油气采收率的提高具有非常重要的意义。
2.5改善原油与水的流度比
二氧化碳在原油中溶解后使原油的粘度降低，因此流度增加；二氧化碳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，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。
2.6酸化解堵作用，提高注入能力
由化学反应式二氧化碳和水可以制的碳酸，溶解了二氧化碳的水溶液略显酸性。由二氧化碳驱替，吞
吐注入及侵泡过程中，溶解了二氧化碳的地层水可与地层基质相互反应。在页岩中，由于地层水ph值降低，可以抑制储层的粘土膨胀，因此二氧化碳水对粘土有稳定作用。在碳酸岩和砂岩中，二氧化碳水和储层矿物发生反应，部分溶解油层中的碳酸岩，生成易溶于水的碳酸氢盐，从而提高了储层的渗透性。由于注入二氧化碳气体的酸化作用导致油层的渗透性提高，在一定的压差下，一部分游离气对油层的堵塞物具有较强的冲刷作用，可有效的疏通因二次污染造成的地层堵塞。
2.7萃取和汽化原油中的轻质烃
在地层条件下，未被地层油溶解的二氧化碳气相密度较高，二氧化碳驱替和吞吐侵泡时间，当压力超过一定值时（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。特别是部分经膨胀仍然未能脱离地层水束缚的残余油，与二氧化碳气相发生相间传质，束缚油的轻质成分与二氧化碳气体形成二氧化碳富气相，在二氧化碳吞吐过程中，增加单井的产量。
2.8混相效应[2]
二氧化碳与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中的轻质烃，而且还能形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带移动最有效的驱油过程，可以使原油的采收率达到90%以上。
2.9提高渗透率[2]
碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘度的膨胀。二氧化碳溶于水后显弱酸性，能与油藏的碳酸岩发生反应，使注入井周围的油层渗透率提高。可见碳酸盐岩油藏更有利于二氧化碳驱油。
三、我国CO2提高石油采收率面临的技术挑战
在国外（尤其是美国）二氧化碳混相驱成为提高原油采收率的主导技术，不仅是由于混相驱的原油采收率高，更重要的是由于其多数油藏条件适合混相驱。但是，与国外多数油藏相比，我国的油藏条件非常复杂，利用二氧化碳提高采收率将面临着许多特殊的理论与技术难点。
3.1二氧化碳与原油的混相压力高
二氧化碳与原油的最小混相压力不仅取决于二氧化碳的纯度和油藏的温度，而且取决于原油组分。原油中重质组分含量越高，最小混相压力越高。我国油藏中原油的突出特点是粘度高，蜡和胶质含量高、凝固点高。这些特点决定了我国多数油藏中的原油与二氧化碳的最小混相压力在25MPa以上，而其地层破裂压力为23.0-25.0MPa。在低于油层破裂压力下，原油与二氧化碳不能达到混相。可见，由于原油性质所限，我国多数油田不适合二氧化碳混相驱，只能以二氧化碳非混相驱作为主导技术。
3.2注二氧化碳过程中窜流严重
在注二氧化碳采油过程中，二氧化碳在油藏中的窜流将严重影响波及效率。导致二氧化碳窜流的主要几个机理有两个：
（1）粘性指进。由于二氧化碳的粘度比原油和水的粘度低得多，如果控制不当，即使在均质油藏中也很容易造成二氧化碳的突进。[3]
（2）油藏非均质性及窜流通道。我国的油藏多数为陆相沉积，层间非均质性严重，同一油藏内的储层渗透率差异可达数十倍到上千倍。在许多油藏（尤其是低渗透油藏）中具有较发育的天
然裂缝，连通的天然裂缝构成了注入水和气的窜流通道。另外，我国多数主力油藏已经历了
十几年至几十年的注水开发，油藏经长期注水冲刷后形成了连通水井和油井、比原始孔隙大
几十倍甚至数百倍的大或者特大型窜流通道。
国外注二氧化碳提高采收率的油藏条件一般较好，原油粘度较低、油藏非均质性不是很强，在这类油藏中，二氧化碳的突进主要机理是粘性指进。但是，我国油藏中由于强非均质性和窜流通道而导致的二氧化碳的窜流将是一个十分突出且具有挑战性的问题。
3.3固相沉积问题
原油中蜡、沥青质和胶质含量高是我国多数油田原油组成的突出特点。二氧化碳能抽提原油中更高分子量的烃，使蜡质、沥青质等有机固相物质从原油中沉积出来。因此在注二氧化碳采油的过程中，比注氦气和烃类气体更容易形成石蜡、胶质和沥青质的沉积，对储层造成伤害。例如胜利草桥原油在二氧化碳浓
