气溶性表面活性剂降低CO2/原油混相压力发展现状

为降低CO2与原油间的混相压力、提高CO2混相驱的驱油效率,介绍了混相溶剂法、超临界CO2微乳液法和 气溶性表面活性剂法3 种降低混相压力的方法,着重分析了气溶性表面活性剂的结构特征及其降低CO2混相压 力的作用机理。混相溶剂法所需烃类气体量较大,成本较高;超临界CO2微乳液法在一定程度上可以降低混相 压力,但降幅较低;气溶性表面活性剂在CO2中有一定的溶解度,可作用于油气界面、降低油气界面张力,实现混 相压力的降低。然而,目前气溶性表面活性剂种类较少,亟需开发新型的气溶性表面活性剂,提高CO2与原油的 混相能力,实现原油CO2混相驱的高效开发。图4 参54     

蒸发气驱与凝析气驱过程组分变化计算模拟及分析

为了优化注气驱方案设计,运用混相驱技术提高采收率,基于立方型状态方程和闪蒸计算理论,建立了蒸发气驱和凝析气驱烃类体系相态闪蒸计算模型。运用给定的温度与压力条件、原油组分和注入气组分,模拟多级接触混合过程中油气组分的变化,分析注气混相驱的动态变化,进而定量描述气液两相平衡的动态过程。通过绘制拟三元相图直观展示模拟注气过程中油气组分的变化,以判别注入气能否与地层原油实现混相或达到近混相状态。模拟结果表明:向原油中注入较轻质的气体,蒸发气驱机理主导气驱过程,但由于油气组分不匹配无法最终实现混相;向原油中注入重质组分较多的气体,混相机理复杂,应当是凝析和蒸发双重机理共同作用形成的近混相。建立的模型和编制的模块可以方便地应用于任意油气混相的实例计算,为实际开采提供重要参考。     

降混剂对二氧化碳在稠油中的溶解度和最小混相压力的影响

针对CO₂ 驱油过程中,稠油体系与CO₂ 难混相,最小混相压力高于地层破裂压力的问题,对CO₂ 与原油的混合体系进行了分子模拟,考察了降混剂种类和加量、温度、压力的影响。由径向分布函数得到混相过程中CO₂ 分 子及沥青质分子的聚集程度,进而明确各类分子的分散状态,分析其作用机理。在此基础上,开展高温高压PVT 相态实验,测定CO₂ 与原油混合体系中添加不同降混剂后的体积膨胀系数和CO₂ 溶解度,对分子模拟结果进行验证。最后,对柠檬酸三甲酯、苯甲醇、苯甲酸乙酯3种降混剂进行优选,得到最优复配配方,并通过细管实验评价其降混性能。分子模拟结果表明,柠檬酸三甲酯的降混效果最为显著,可有效增大CO₂ 分子间的聚集程度,降低 沥青质分子间的聚集程度;在高压（6.90MPa）低温（308.15K）的条件下,降混剂更能发挥其作用。PVT相态实验 结果表明,0.23%柠檬酸三甲酯的增溶与增膨作用最佳,与分子模拟结果一致。降混剂最优复配配方为80%柠檬 酸三甲酯+20%苯甲酸乙酯。在原油-CO₂ 体系中加入0.23%复配降混剂,最小混相压力降幅为21.47%,CO₂ 溶解 度和原油采收率提高。降混剂含有亲油的烃类基团和亲CO₂ 的酯基,不仅能与原油体系中的极性分子结合,拆散各沥青分子的聚集体,同时在双亲性能作用下,能吸附在原油与CO₂ 的界面上,降低原油与CO₂ 的界面张力,进而降低最小混相压力。     

均质多孔介质中气／油多次接触混相驱油实验及数值模拟研究

蒸发气混相注入和凝析气混相注入已在世界大量油藏中得以应用。这些注入气的特性往往通过实验室分析及组分模拟得到。本文研究了①多次接触混相驱油的物理过程;②应用Coats关系模拟气-油相对渗透率随界面张力的变化,以及预测原油采收率相关误差的可能性;③气/油非平衡效应在预测原油采收率及气油比方面的重要性。通过使用一款商业组分模拟器达到了上述研究目的,即基于性能完善的玻璃珠人造岩心进行实验,预测了多次接触混相注入的特征。利用在外界条件下能展现上临界点的三元液态体系研究了凝析气驱与蒸发气驱。凝析气法与蒸发气法驱油十分高效,注入1PV驱替液可采出90％的原油储量。与非混相驱替相比,突破时采出程度与总采收率分别提高8％和20％。然而,无论是凝析气驱还是蒸发气驱（假设是在平衡条件下）,组分模拟均过高预测了原油采收率。进一步的模拟证实了产生这种误差的原因有可能是在接近混相时Coats相关系数不能够精确地描述相对渗透率特征,或是由于产生的流体处于非组分平衡状态,或者两种原因都存在。     

挥发性油藏CO2驱动态混相特征

挥发性油藏地层能量充足,原始地层压力高,常规水驱开发难以实施。CO_2驱以其良好的驱油特性在该类油藏中得到了应用,但由于挥发性原油气油比高,溶解气中甲烷含量高,导致CO_2驱混相压力高,使得其驱油效果受到一定的影响。通过室内实验和数值模拟,研究挥发性油藏注CO_2过程中的动态混相特征,并剖析衰竭开发转CO_2驱界限。结果表明:挥发性油藏存在着适度衰竭转CO_2驱"脱气降混"机理,即随着地层压力的降低,原油中甲烷成分部分脱出,有助于CO_2驱最小混相压力的降低。另外,其脱气降混程度与其原油类型和溶解气油比有关,原油越接近于凝析油,气油比越高,混相压力降低程度越大;反之,原油越接近于黑油,气油比越低,混相压力降低程度越小。结合动态混相机理,提出了挥发性油藏衰竭开发转CO_2驱界限,即气油比越高,其转驱界限越低,脱气后CO_2混相驱补充地层能量幅度越小;反之,转驱界限越高,补充地层能量幅度越大。     

深层缝洞型油藏烃气混相驱可行性及影响因素

针对塔河油田深层缝洞型油藏,基于室内相态实验,采用经验公式法、拟三元相图法和细管模拟法计算烃气与原油最小混相压力,并通过数值模拟,研究了油藏前期注入氮气和原油品质对烃气混相驱的影响。研究结果表明：3种方法计算得到的原油最小混相压力远小于地层实际平均压力,研究区深层缝洞型油藏烃气混相驱具有较好的可行性;油藏前期注入氮气对烃气混相驱影响显著,注入氮气波及的储集层区域,烃气与原油的最小混相压力变高,氮气含量与注入烃气含量比大于1.208时,无法形成混相;原油品质对烃气混相驱影响显著,原油中的轻组分含量越高,烃气与原油最小混相压力越低,原油中的重组分含量越高,烃气混相驱最终采收率越低。     

普通稠油降黏剂辅助氮气吞吐开采机理

针对普通稠油降黏剂辅助氮气吞吐过程中开采特征不明确、降黏剂和氮气协同作用机理不明晰的问题,通过微观可视实验和物理模拟,揭示吞吐过程中流体微观分布特征和降黏剂作用机理,对比研究普通稠油氮气吞吐、降黏剂辅助氮气吞吐的开采特征。结果表明:在普通稠油降黏剂辅助氮气吞吐过程中,降黏剂能有效分散原油和氮气,形成水包油型乳状液和少量泡沫,乳状液和泡沫的贾敏效应能有效抑制气窜,扩大波及面积,延长气体弹性能量作用时间,提高氮气有效吞吐周期,室内实验普通稠油降黏剂辅助氮气吞吐开采可提高采收率6.5个百分点。研究结果有助于进一步明确降黏剂筛选原则,为降黏剂辅助氮气吞吐现场应用提供借鉴。     

一种新型原油降黏剂的合成及降黏机理研究

为了降低原油黏度,提高其采收率,结合原油组分的特征,以苯乙烯、马来酸酐和壬基酚聚氧乙烯醚3种单体分两步合成了新型油溶性原油降黏剂SMN。考察SMN对胜利高黏度原油的降黏效果,发现该原油降黏率最高可以达到68.5%。通过机理探究推测SMN中的苯环、羧基和酯基等极性较大的基团可以通过氢键作用和π-π堆积进入到沥青质片层中,而分子中具有较大位阻的乙氧基能够阻止沥青质聚集,从而分散原油中的重组分,降低原油的黏度。     

高含水油藏注气驱提高采收率技术研究

针对高含水中后期油藏以及注水困难的水敏油藏难以实现高效开发与持续稳产的问题,通过PVT釜高压物性实验与长细管驱替实验进行了注富气与CO_2驱提高采收率室内评价研究。实验对原油进行了PVT高压物性分析,研究了注入不同摩尔分数比例的CO_2和富气时,原油饱和压力、降黏效果和膨胀能力的变化规律,并对比分析采用连续注气与交替注气下,高含水油藏的驱油效果。长细管实验对比分析了注CO_2和富气在原油中的最小混相压力及混相驱替效率,CO_2在原油中的最小混相压力为14.27 MPa,富气在原油中的混相压力为34.74 MPa。对原油物性与驱油效率的分析表明,注富气可以较好地提高轻质油藏原油的采收率。与水驱相比,采用连续注气与交替注入,富气驱均可以提高采收率28%以上,且交替注入的效果更好。     

南海礁灰岩稠油油藏注富气混相驱实验研究北大核心CSCD

南海东部礁灰岩L油田原油黏度高、裂缝发育复杂、非均质性强、采出程度低,为提高采收率,选取附近高气油比油田H油田的伴生富气开展了混相驱室内实验研究。首先为明确注入气的驱油机理,对配置的实验用注入富气与原油进行了PVT相态物性测试;然后开展了地层温度不同压力下注入1.2 PV的细管驱替实验、原始地层压力下高倍数注入体积(最大4.0 PV)的扩展细管驱替实验。结果表明:注入气具有较好的增容、降黏效果,随着注入量的增加,地层原油的膨胀系数增大了1.25倍,原油黏度由50 mPa·s降低至6.7 mPa·s;在原始地层压力12 MPa下,注入体积大于3.0 PV时可以实现多次接触后缘凝析气驱混相;因此原始地层压力下,H油田具备注伴生富气混相驱的条件。本文研究成果可以为下步长岩心物模、混相数模和矿场实施提供依据。     

高压悬滴法测定 CO 2 -原油最小混相压力

CO ₂ - 原油体系的最小混相压力是 CO ₂ 驱油技术研究中的一个重要参数。 采用高压悬滴法测定了延长油田特低渗油藏原油在 44 ℃ 油藏温度下 CO ₂ - 原油体系界面张力随压力的变化。 实验结果表明： CO ₂ -原油两相间的界面张力随体系压力的升高而呈近线性下降趋势。 根据外推法得出两相体系界面张力为0 时的最小混相压力为 23.56 MPa 。 利用该方法既可以较精确地得到 CO ₂ - 原油体系最小混相压力数据,又可以直接地观察到 CO ₂ - 原油混相互溶时的状态。 实验操作时间较短,且简单易行,对同类实验的测定方法具有一定的参考价值。     

降压脱气对溶CO2原油乳液中水滴稳定性的影响

通过对CO₂在油/水/乳液中的溶解度、溶CO₂原油的流动性、溶CO₂后油-水间的界面特性、溶CO₂原油乳液的稳定性、油-水界面压力变化的测试与计算,分析溶CO₂原油乳液在降压脱气过程中水滴稳定性的变化规律。结果表明：溶CO2原油乳液中,沥青质等界面活性物质能够迅速地迁移并吸附于油-水界面,并微弱提高油相对CO₂的溶解能力,并使得油-水界面张力快速降低,界面弹性模量增大,降低界面扩张损耗角;溶入CO₂能够降低油相黏度,提高水滴沉降速率,使得原油乳液的分油率增大;降压脱气时,水相中CO₂气泡的析出、长大,迫使水滴膨胀,降低界面上活性物质的浓度,减小了油-水界面压力,使得水滴的聚结稳定性变差,增大了原油乳液的分水率。     

考虑流体非均质性的低渗透油藏CO2驱试井分析

CO₂ 驱是提高低渗透油藏采收率的一种重要方式,但目前对驱替过程中压力响应动态的认识不足。CO₂ 的注入使地层流体性质发生改变,形成CO₂ 区、CO₂ -原油过渡区和未波及原油区。基于复合油藏渗流理论,引入幂律型公式和牛顿插值公式来描述CO₂ -原油过渡区内流体非均质性的变化特征,建立了低渗透油藏CO₂ 驱试井模型,并采用数值方法进行求解。对CO₂ -原油过渡区内2 种流体非均质性变化形式下的试井曲线特征进行了分析。结果表明：当CO₂ -原油过渡区内流体黏度与综合压缩系数均呈幂律型变化时,其变化指数均增大,CO₂ 区与CO₂ -原油过渡区流度比和导压系数比均增加,压力导数曲线斜率增大;当CO₂ -原油过渡区综合压缩系数呈非连续性变化时,压力导数曲线因CO₂ 区与CO₂ -原油过渡区导压系数比的增加而呈现下凹趋势。最后,通过实例应用提出了CO₂ 驱试井解释方法。     

裂缝性致密油藏二氧化碳吞吐基质-裂缝间流体渗流特征研究

为深入探究裂缝性致密油藏CO₂吞吐过程中基质-裂缝间流体渗流机理,采用自主设计的高压无磁岩心夹持器开展脉冲式注CO₂吞吐岩心实验。基于核磁共振T₂谱测试原理,对CO₂吞吐过程中的岩心进行在线扫描,研究CO₂吞吐过程中基质内孔隙中原油的微观动用特征和基质-裂缝间流体的渗流特征。结果表明:CO₂进入裂缝后,沿着裂缝驱替原油,而基质中原油无法动用。闷井初期,基质大孔隙(20.5 ms＜T₂≤716.0 ms)中饱和CO₂后的原油在膨胀作用下进入裂缝;闷井后期,CO₂抽提引起的原油浓度差异扩散和不同孔径孔隙毛管力逐渐成为主导动力,延长闷井时间能够有效提高基质中原油动用程度。原油采收率主要贡献来源于大孔隙,而小孔隙的动用程度较差,随着脉冲注气周期的增加,周期基质采出程度不断降低;矿场实施过程中应减少CO₂的吞吐周期,延长闷井时间,并将衰竭压力下限设定在饱和压力附近,以提高CO₂吞吐过程的总采收率。研究成果为裂缝性致密油藏提高采收率提供了参考和借鉴。     

二氧化碳混相压裂吞吐实验

针对南堡凹陷高5断块V油组常规水力压裂开发效果不佳的问题,通过开展PVT和岩心混相吞吐实验,明确CO₂混相压裂吞吐提高采收率作用机理,并利用矿场试验进一步验证技术有效性。研究结果表明:在目前地层压力(33.00 MPa)下,CO₂与原油可实现混相,且注入摩尔分数为60%的CO₂后原油体积膨胀41.01%,黏度降低33.08%,密度增加7.28%,表明CO₂对原油具有较好的增溶、膨胀、降黏作用;CO₂混相压裂吞吐采出程度可达到60%以上。试验井CO₂混相压裂吞吐后稳定生产26个月,累计增油2 200 t,原油重质组分得到了有效动用。该研究为低渗及致密油藏效益开发提供了有效技术途径。     

苏北油田稠油CO2复合吞吐用新型降黏剂合成及性能评价

苏北油田兴北区块为典型“小、碎、深、薄、低”极复杂断块稠油底水油藏。原油胶质、沥青质含量高,黏度大,原油流动性差导致开发矛盾突出。为了实现该类复杂小断块稠油油藏的有效开发,提出了底水稠油油藏CO₂与降黏剂复合吞吐技术方法,降黏剂是该技术成功实施的核心。通过在降黏剂分子中引入苯环结构来降低胶质、沥青质间的π-π堆积作用,合成了新型高分子表面活性剂型降黏剂。矿场应用表明,该降黏剂具有较好的耐温抗盐性,对苏北油田不同种类的稠油均具有良好的降黏效果。同时,CO₂与该降黏剂混注时,在油藏温度压力条件下仍具有稳定的降黏率。本次合成的新型降黏剂在兴北油田取得了较好的增油降水效果,具有广阔的应用前景。     

鄂尔多斯盆地红河油田长8储层致密砂岩油藏注CO2提高采收率

鄂尔多斯盆地红河油田地层压力系数低,天然能量开发递减较快、采收率低,难以实现有效开发。而长8储层裂缝较发育,注水补充能量开发存在油井水窜严重、见效低等问题。为了解决补充能量的问题,进行红河油田长8储层注CO₂提高采收率的可行性实验研究,室内开展了PVT实验、最小混相压力实验和裂缝岩心CO₂驱油实验,并评价了CO₂吞吐的开发效果。实验结果表明：红河油田原油注入CO₂后体积增大,具有较强的膨胀能力。而且随着混合体系压力逐渐增大,原油与CO₂能产生明显的相互扩散传质作用。长细管混相仪法测得红河油田原油与CO₂的混相压力为17.34 MPa,低于红河油田原始地层压力,注CO₂驱油能达到混相条件。通过多轮次CO₂吞吐实验,在弹性开发采收率4.04%的基础上可提高采收率3.14%。综合室内可行性评价实验结果看,红河油田长8储层注CO₂补充能量开发具有可行性。     

盐间页岩油CO2-纯水吞吐开发机理实验及开采特征

潜江凹陷页岩油储层储量丰富,其孔隙中富含多种可溶性矿物,采用CO₂-纯水吞吐进行开发,不仅能利用CO₂的超临界特性驱油,而且有利于提高CO₂在目的储层中的埋存,有效减少CO₂排放。但CO₂-纯水体系能否进入页岩微纳米孔隙,并有效动用孔隙中的原油是该方法能否实施的关键。通过设计CO₂、CO₂-纯水和CO₂-地层水的吞吐实验,基于核磁共振方法,明确了注CO₂、注CO₂-纯水和注CO₂-地层水组合的吞吐特征,总结了不同孔隙的原油动用规律和作用机理。实验结果表明:注CO₂-纯水体系比纯CO₂吞吐效率高8.62个百分点,比CO₂-地层水组合高12.66个百分点,CO₂-纯水组合形成的酸性流体会溶蚀孔隙表面的可溶性矿物,改善孔隙连通性,提高储层渗流能力,并且能有效提高小于0.01 μm、0.01~0.10 μm孔隙中的原油动用程度。多周期吞吐后,产出液中的离子物质的量浓度明显下降,表明后续注入纯水并未扩大波及体积,只是提高原油动用效率。该研究证实注CO₂-纯水体系可以有效提高页岩油藏采收率,为陆相页岩油有效开发提供新思路。     

低渗透砂砾岩油藏二氧化碳驱提高采收率

焉耆盆地本布图油田低渗透砂砾岩油藏早期采用注水开发,储集层伤害严重,注水困难,采出程度低,亟需开展转换注驱研究,进一步提高采收率。为确定本布图油田低渗透砂砾岩油藏注CO₂提高采收率的可行性,开展了室内实验研究。结果表明,研究区地层原油膨胀性好,易降黏,易混相;最小混相压力为25 MPa,在目前地层压力下可达到近混相驱,驱油效率较高,具有大幅提高采收率的潜力。利用数值模拟对CO₂驱开发技术进行优化设计,采用五点法井网,连续注气开发,预计提高采收率13.37%,CO₂换油率0.330 t/t,为下一步矿场试验提供了理论依据。     

络合剂改善无碱一元和二元复合驱油体系的增粘能力和油水界面性能

通过研究络合剂对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和直链烷基甜菜碱(BH)粘度和油水界面张力的影响,探讨了在高矿化度条件下,利用络合剂作为助剂改善无碱一元和二元复合驱油体系增粘能力和油水界面性能的方法。结果表明,在NaCl,CaCl2和MgCl2的质量浓度分别为6 500,890和520 mg/L的矿化水中,质量浓度为50 mg/L的络合剂就可以使质量浓度为1 800 mg/L的HPAM的粘度增加80%以上,可以使质量浓度为800~3 000 mg/L的直链烷基甜菜碱BH与原油的最低界面张力由10-2mN/m数量级降低到超低水平,而且这种络合剂也可以使1 800 mg/L HPAM—800 mg/L BH二元复合体系老化30 d的粘度增加40%以上,并使油水界面张力最低值由1.52×10-2mN/m降低到6.06×10-3mN/m。通过考察粘度和油水动态界面张力随不同老化时间的变化规律,分析了络合剂的作用机制。