二氧化碳驅提高采收率技術(采油工藝部分)調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術第一節CO2驅油藏傷害及油藏保護措施危害：改變油藏基巖的潤濕性，影響注水動態，也可以引起地層損害和井眼堵塞，處理過程和凈化過程成本較高。影響因素：油藏現狀；溫度變化；壓力與CO2濃度；混合物微酸；氣油的混相性。在礦場實施中遇到的問題：瀝青、石蠟沉淀氣侵、氣錐注入水和CO2中雜質腐蝕產物Weyburn油藏瀝青沉淀實驗

在加拿大Saskatchewan的Weyburn油藏，他們使用了分光光度測定技術測量原油樣品中的瀝青含量。研究了幾種因素對瀝青絮凝/沉淀作用所產生的影響。測量方法電導率測量粘度測量分光光度測定法重力測量研究表明：1、操作壓力不敏感；2、CO2的量直接決定瀝青沉淀；3、地層鹽水的影響也可以忽略不計；4、少量污染物不會對絮凝方式產生影響。第一節CO2驅油藏傷害及油藏保護措施瀝青、石蠟沉淀的保護措施機械方法：采用刮蠟器清除沉淀。熱力方法：加熱原油或其他液體使蠟溶解?；瘜W方法：加入化學抑制劑阻止瀝青等絮凝沉淀。Baker石油公司在PermianBasin和西德克薩斯地區，針對注水后的井，經歷著嚴重的瀝青沉淀問題，甚至引起電泵淹沒，限制了產出液的流動。根據當時的采油速度，通過細管注入150ppm的阻垢劑有效控制了瀝青沉淀。96979899(年)

產油量

(桶/天)油水氣10100100010100100010000Baker石油公司化學方法處理某井效果圖產氣量(千英尺3/天)啟示：采用化學方法抑制沉淀，操作簡便，省時省力，為防止瀝青石蠟沉淀堵塞井眼而影響采油過程，建議我局在先導試驗中進行采用。第一節CO2驅油藏傷害及油藏保護措施在礦場實施中遇到的問題：瀝青、石蠟沉淀氣侵、氣錐注入水和CO2中雜質腐蝕產物由于過早的氣體突破而引起產量下降，氣體指進和氣錐損害地層的機理類似水錐和水指進，主要是使相對滲透率變壞。保護措施：針對氣體粘度小、流度大的特點，目前國內外普遍的做法有以下幾種：

＊

注氣平衡，均衡油氣流動；

＊

控制注氣和采油速度；

＊

調整注采方案，封堵氣層。瀝青、石蠟沉淀氣侵、氣錐注入水和CO2中雜質腐蝕產物第一節CO2驅油藏傷害及油藏保護措施傷害類型：

＊粘土膨脹；

＊速敏；

＊作業和操作不當；

＊多相流動造成；

＊注入水水質問題；

＊CO2中雜質氣體。保護措施：

＊嚴格注水水質的預處理；

＊正確選用預處理的表面活性劑；

＊嚴格注氣氣質的預處理。調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術8、結論第二節CO2驅采油工藝室內試驗

高壓體積的（PVT）和氣－液平衡（VLE）實驗1、閃蒸試驗2、恒定體積遞減試驗3、差異放出試驗4、分離器試驗5、膨脹試驗油汞氣油汞氣油汞氣油汞氣油汞細管驅替實驗回壓控制器毛細管玻璃觀察器CO2供給鋼瓶填砂盤管恒溫空氣浴活塞泵打入的水100ml量杯濕式氣體流量計試驗用油溶劑長管模型驅替裝置圖設計要求：巖心足夠長，能在多級接觸后形成混相帶。巖心直徑和粒徑需調節。巖心驅替實驗CO2恒溫箱水巖心濕式流量計氣相色譜儀觀察窗低壓分離器加熱油巖心驅替試驗裝置圖巖心試驗方法、模擬方法和靈敏度測試相同。巖心驅替更難以解釋，因為它排除重力分層、粘性指進、濕潤性及非均質性等造成的影響，但它更接近于地層的實際情況。典型的室內研究設備---長巖心CO2驅油物理模擬實驗研究系統中原油田勘探研究院建立。該裝置由注入系統、巖心夾持器系統和采出系統組成，三個系統為獨立的板塊結構。巖心夾持器長2m，可旋轉不同角度以模擬地層傾角。實驗裝置最大工作壓力為60MPa，最高工作溫度為150℃，控溫精度為1℃。10080604020010080604020000.51.01.52.02.53.03.5注入倍數/PV文188井巖心水氣交替注入孔隙體積倍數與原油采收率、含水率的關系原油驅替效率/%原油含水率/%原油驅替效率原油含水率啟示：室內試驗可為現場實施提供必要的參數，并有效指導施工，我局在進行大規模的現場實施前，首先應完善相應的室內實驗研究和分析系統，這是成功氣驅的保證。調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術第三節CO2驅采油數值模擬技術

1、組份模擬法復雜的相態和在組份上獨立的相持性，對于預測驅替效率要比粘性指進和面積掃油效率更為重要。2、黑油混相模擬法它們著手于計算實際的溶劑和油的物理混合，通過調整某種經驗混合參數來預測混合和混相驅的結果。3、混合混相及組份模型模擬法

通過混合參數的方法控制流體的重力分異。

該地區位于美國德克薩斯州Hockley縣的西南部地區，從1994年開始，實施CO2驅油到現在該油田顯示出非常好的效果。通過針對具有不同的滲透率的網格實例，得出的無因次三次采油產量預測，可得到以下結論：

擬合準確的CO2驅油響應的關鍵因素是選擇合適的非均質程度的網格體系，通過調整氣體的相對滲透率曲線，擬合的準確性可以進一步提高。Slanghter地區數值模擬技術江蘇FM油田F14斷塊CO2混相驅油數據模型研究

江蘇FM油田F14斷塊為一斷鼻構造，構造的兩翼對稱。油藏北界受斷層控制，南界為一火山巖巖墻，是一南傾北斷的高滲透砂巖油藏。為了確立注氣過程中的有關參數，用COMPIV全組分數模軟件模擬CO2驅混相和非混相驅油過程，進行了CO2驅預測計算，目的是確立有關參數的敏感性程度。注入體積HCPV換油率·提高采收率低部位注入0.25HCPV數模中低注入部位的敏感性在同樣的油藏壓力和變化的注入量下，提高采收率和CO2驅換油率的乘積由4.37升至63.34，之后略有下降。注入時油藏壓力的敏感性油藏壓力(MPa)換油率·提高采收率通過五個壓力點組成的驅油效果可知，在低于MMP時，油藏壓力極大地影響驅油效果，而在MMP以上時，基本無影響。21.8MPa組份模型進行的數值模擬計算是確定現場施工參數的最有效途徑，同時，也是增加項目抗風險能力的保證。通過對累計注入量、注入壓力、注入速度等的模擬計算表明，影響F14斷塊CO2驅油效果的最主要因素為累計注入體積和注入時的油藏壓力。江蘇FM油田F14斷塊CO2混相驅油數據模型研究

調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術CO2驅管柱設計的依據注采井參數；儲層和流體特性。CO2驅管柱設計應滿足的要求管柱和井下工具的防腐要求；防止和盡可能地減少泄漏；每口井均應配裝井下安全閥；要考慮多層分注和分采要求。第四節CO2驅井下工具和注采管柱的優化設計

影響完井的因素對完井設計的影響

儲層和流體特性（深度、有效厚度、井底壓力、溫度、滲透率、原油比重、原油粘度、注入混合氣成份等）

選擇三次采油方式；設計井下工具及附屬工具；確定分層層數；選擇注入和生產方式；設計注入井的控制回流工具生產井和注入井的氣-液比影響腐蝕的嚴重性，采取相應的防腐措施套管尺寸、損壞情況和固井質量補管技術、維護技術、井下工具、完井設計的適應性安全和法定完井技術要求附加的完井約束和完井措施偏心注入管柱1、張力封隔器2、偏心井下流量調節器3、張力封隔器4、偏心井下流量調節器5、張力封隔器6、井下流量調節器7、死堵這種完井管柱可分注多層。其特點是：井下控制注入量，調配注入量不動管柱，能分層注入和分層測試。注入井完井管柱---偏心注入管柱(推薦使用)1、油管2、水力平衡封隔器3、生產套管4、水力平衡封隔器

雙管注入管柱

該完井管柱可分注兩層。其特點是：地面控制注入量，調配不動管柱。但施工工藝復雜，成本較高。注入井完井管柱---雙管注入管柱1、襯管完井管柱2、油管接頭3、油管4、平衡封隔器5、防腐合金鋼或玻璃纖維油管6、皮碗封隔器7、襯管襯管完井管柱單管注入管柱1、油管2、井下回流閥3、油管接頭4、井下關閉閥5、平衡封隔器6、生產油管其他注入井完井管柱礦場中易遇到的情況

注水井轉注CO2完井技術注水井轉注CO2應首先檢測固井質量、套管損壞情況和注入流體漏失等問題。多數注水井能通過二次完井達到轉注CO2的目的。修補老注水井進行二次完井比鉆一口新井能節約50%的費用。二次完井主要有三種方法：

1、擠水泥進行套管修理二次完井；2、側鉆工藝進行套管修理二次完井；3、擠水泥加襯管二次完井。1、注入井二次完井2、襯管3、水泥固井4、樹脂硬粒5、充填樹脂硬粒的坑二次完井后的情況1、注入井2、85/8in表層套管3、51/2in或7in生產套管4、41/2in襯管5、井筒損壞部分二次完井前的情況

美國新墨西哥州二氧化碳轉注完井---擠水泥加襯管生產完井管柱1、外油管柱2、帶槽油管柱3、密封插入器4、內油管柱5、生產回接套管6、尾管回接套筒插入器7、生產尾管美國?？松就墓芡昃苤?/p>

該管柱尾管用水泥固結于完鉆井深處，緩蝕劑沿內外油管環形空間注入，流經外油管掛上的槽，到達井底，隨產出液從內油管流出。1、緩蝕劑2、注緩蝕劑管柱3、管柱搭接器4、單流凡爾5、套管6、射孔眼7、流體8、氣舉閥9、“X”型短接10、水力封隔器11、生產油管12、接收器平行管完井管柱

1、生產油管2、緩蝕劑注入管3、封隔器4、套管5、聯頂短接6、尾管德國同心管完井管柱

生產完井管柱其他生產完井管柱1、井下安全閥2、增油閥3、并流管4、封隔器5、套管6、聯頂短接7、尾管德國單管完井管柱1、控制管2、井下安全閥3、生產油管4、偏心注入閥5、永久封隔器6、套管7、尾管阿聯酋帶封隔器的單管完井管柱

止回閥

可變孔板式閥壓差控制閥流速控制閥

CO2驅完井工具

CO2驅常用的封隔器有張力封隔器、水力封隔器、平衡（補償）封隔器、皮碗封隔器等。這些基本都是水驅時常用的封隔器，只是對它們的鋼體和密封膠筒要求更嚴格了，要求他們耐腐蝕性、耐油、耐溫和密封性更好，對密封膠筒還要求其透氣性更差。CO2驅常用的封隔器調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術美國30多個油田的CO2的礦場試驗表明：工藝上最大的困難是CO2對井下管柱及工具的腐蝕。在相同濃度下，CO2溶液比完全解離的強酸更具腐蝕性。CO2腐蝕產物在金屬表面形成保護膜，但常有各種因素破壞保護膜，出現局部腐蝕，如，坑點腐蝕、裂隙腐蝕、環狀腐蝕及槽溝腐蝕等。CO2的腐蝕程度取決于多種參數：溫度、壓力、CO2含量、濕度、水的pH值、水的組份、沉淀物和流動條件等。第五節CO2驅腐蝕機理及防腐工藝技術(驅油過程及采出過程)1、PCO2=3.0MPa2、PCO2=0.1MPa50100150200腐蝕速率mm/a(g/m2.h)11.0(10)5.5(5)溫度(℃)PCO2（MPa）腐蝕程度>0.21嚴重腐蝕0.02～0.21可能腐蝕<0.021不產生腐蝕CO2腐蝕程度

防腐工藝技術1、注緩蝕劑(兩種)

一種是水溶性有機物，要給出緩蝕劑的最低濃度，并不斷地向溶液中添加緩蝕劑。另一種是含有分散劑晶粒的非水溶性有機物，須充分攪動使其到達金屬表面形成防腐膜。緩蝕劑名稱劑量（g/l）腐蝕速率（g/m2.h）緩蝕率（%）使用條件SC-201F0.050.7110

嚴重局部腐蝕SC-203F0.050.399231空白斑點腐蝕SC-204F0.050.416328局部腐蝕WS1-020.050.260454.76均勻輕微腐蝕注緩蝕劑防腐常用的幾種CO2緩蝕劑效果緩蝕劑的添加有連續注入、周期性注入和擠注處理（即把一定量的緩蝕劑泵入井中，然后擠入油層使之慢慢返出）等三種。在LittleCreek油田CO2驅試驗中，采用了連續注入方式：緩蝕劑由環形空間加入，通過單向閥進入井中，并隨產出流體經油管向上循環返出。1、410ss采油樹2、改裝連接器3、緩蝕劑4、短節9Cr-1Mo5、特形接頭6、封隔器7、鋼絲濾網油管密西西比CO2驅油油田裝有防砂裝置的采油井

注緩蝕劑防腐2、涂防腐層以保護膜的形式，較長時間地隔離腐蝕環境與完井管柱和井下工具鋼材的直接接觸，防止和減輕腐蝕。

3、選用防腐材料一種是管柱及其工具完全采用不銹鋼和耐腐蝕合金材料來取代碳鋼，如13%Cr～1%Mo鋼等；另一種是通過在關鍵部件使用不銹鋼或耐腐蝕合金材料，在管柱內涂層使用非金屬材料和添加緩蝕劑等綜合治理的方法。防腐工藝技術材料名稱性能壓力(MPa)溫度（℃）硬度氯化物環境H2S環境低碳合金鋼<0.21<148.9<HRC22抗蝕性能不好要求低于HRC229Cr-1MoAISI41013Cr

<148.9<HRC22抗蝕性能不好抗蝕性能不好二聯不銹鋼

<176.7<HRC28抗蝕性能好抗蝕性能好奧氏體不銹鋼

<65.6<HRC22抗蝕性能不好抗蝕性能好鎳-鈷合金

不受限制HRC35抗蝕性能好抗蝕性能好金屬材料抗CO2腐蝕性能油井類型氣源井注入井采油井防腐工藝

聚合物或塑料涂層；連續或間歇注入緩蝕劑。

注前對CO2進行脫水處理；(含水<50ppm)。裝密封圈；向環形空間注入柴油。

除采用不銹鋼和耐蝕合金材料進行防腐外，應用緩蝕劑結合內涂層油管也可有效防腐。在科羅拉多州西南部的邁克伊爾摩氣田的氣源井，CO2含量高達98%，并含有少量H2S和H2O，采用聚合物和塑料涂層的管柱，效果很好。美國凱利斯奈德油田薩克羅克區注入井采用塑料涂層的J-55油管，封隔器內涂有塑料、軸心鍍鎳，套管也采用玻璃鋼襯里。此外還經常注入緩蝕劑和除氧劑，較好地控制了腐蝕。

薩克羅克CO2驅工程中采用了改性環氧酚醛樹脂薄膜涂層，有效減少涂層的氣孔和疵點，確保涂層的完整性。不同類型井的防腐工藝及應用礦場實施前，應對采出過程進行系統優化，加強產出液氣體分壓析出、酸性液體腐蝕、油井采油壓差等的研究。著重探討油藏不同壓力、不同含水期的腐蝕速率。采取綜合防腐措施，必要時，采油樹及井下工具可采用不銹鋼加工。防腐工藝調研的啟示：調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術第六節CO2驅結垢機理及預防結垢的工藝技術

在采油生產中不同程度地存在著結垢問題，在采出管線、油水分離泵、輸油泵等處容易結垢。世界范圍內CO2驅采出井結垢普遍存在大慶油田早期注CO2在整個15個月的試驗期內，從生產井采出的碳酸鹽垢總量達11.6t之多。結垢之后再進行處理是十分消極和被動的。大慶小井距試驗的結垢

＊油層中有大量可結垢離子；在油層條件下，二氧化碳在水中溶解度很高，這樣就抑制了沉淀的發生。

＊采出管線中溫度的升高和壓力的降低。水套加熱爐沉淀量最多。碳酸鈣溶解度mg/L0102029394956CO2分壓，MPaCO2分壓對碳酸鈣溶解度的影響（曲線1）和不同CO2分壓下溫度對碳酸鈣溶解度的影響（曲線2，1MPa；曲線3，4MPa；曲線4，12MPa）600500400300200100

10386693121149溫度℃1432結垢成因：結垢的預防與處理參考國內外注CO2井口結垢經驗，為減少設備損耗和產能損失，建議以預防為主。磁法防垢:

在加熱器水管上安裝一個永磁軟水器。優點是操作簡單，不消耗其它材料和能源，安裝后可一勞永逸，缺點是效果不夠穩定。阻垢劑防垢:

應根據油田具體情況，通過室內沉淀試驗和模擬試驗，選擇阻垢劑。

印度安那地區采出水得克薩斯地區注入水懷俄明地區采出水HCO3-CL-SO42-Ca2+Mg2+CO2

21560801080320

15103675040002120129036018044770540209阻垢劑氨基三甲叉膦（ATMP）的應用

在印第安那地區的油井垢質堵塞采出管線，常常使生產中斷。在一些注水井中注入10mg/L的ATMP，連續處理兩年，解決了硫酸鋇沉淀問題。

美國得克薩斯地區，井筒和油層內有碳酸鹽沉積物生成，引起注水壓力升高。注入3.5-4.0mg/L的ATMP，在一年多時間里，注水壓力未再增加。

懷俄明地區油井加熱器內每隔1～3個月就產生嚴重碳酸鹽結垢，用3～4mg/L的ATMP處理，有效地控制了結垢。調研提綱1、油藏傷害及油藏保護措施2、采油工藝室內試驗3、采油數值模擬技術4、井下工具及注采管柱的優化設計5、驅油及采出過程中的腐蝕機理及防腐工藝技術6、結垢機理及預防結垢的工藝技術7、防止粘性指進和防重力超覆工藝技術第七節CO2驅油過程中防止粘性指進和防重力超覆工藝技術

粘性指進、重力超覆以及油層的非均質性等因素的存在，嚴重制約了注入氣的波及效率，這是限制采收率提高的主要原因。氣油因粘滯力出現粘性指進

因重力差出現簡單舌進

氣油傳統做法---水氣交替注入連續注CO2氣體；注碳酸水（ORCO法）；CO2氣體或液體段塞后面緊跟注水；同時注CO2氣體和水；CO2段塞后交替注水和CO2氣體。因CO2和水的密度差異迅速分離，使水防止CO2指進與竄流的能力大大降低；降低CO2與原油的接觸效率，難以形成混相帶。注入方案不足之處泡沫的應用在水氣交替注入過程中用表面活性劑溶液代替注水，形成泡沫，降低流度。一般可使CO2流度降低50%以上。由于高達85%～95%的部分都是氣體，這意味著可以用少量的水就能達到較好的降低流度的目的。近來國外的現場實踐證明：活性劑類別陰離子非離子在鹽水中溶解性較好較差發泡能力在高溫、高含鹽油層內形成泡沫的能力強在高溫、高含鹽的油層內易與油水形成乳化凝膠相，使發泡能力降低。泡沫穩定性泡沫界面膜牢固，比較穩定泡沫界面膜很脆，不穩定巖石吸附量砂巖表面吸附少，碳酸鹽巖石表面吸附多砂巖表面吸附多，碳酸鹽巖石表面吸附少泡沫質量較低高價格便宜貴以泡沫控制流度-活性劑性質濃度(wt)CD1045CMC木質素磺酸鹽IFT（dye/cm)25201510500.0010.010.1110木質素磺酸鹽是一種低廉的造紙和制漿工業的副產品，價格低廉且易于得到，已經作為有效的犧牲劑而應用到注CO2驅中。可將基礎處理劑減少80%。SPE56609Jyun-Syung介紹的犧牲劑的降低