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《油田化学》(13)4-5


? 一、混相驱概念与混相注入剂 ? 混相流体:两种流体按任何比例混合时, 所形成的混合物都保持单相。 ? 如:水和酒精、汽油和苯、氨气和水、 油漆和汽油等的混合。 ? 特点:混相流体内部不存在界面,界面 张力为零。

? 混相驱油:通过注入一种能与原油形成 混相的流体,来排驱残余油的方法。 ? 混相注入剂:是指在一定条件下注入地 层,能与地层原油形成混相的

物质。 ? 包括:烃类混相注入剂和非烃类混相注 入剂两种。

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1.烃类混相注入剂 烃类气体混相注入剂的分类(按C2~C6的含量分) a 液化石油气(LPG):C2~C6的含量>50% b 富气:C2~C6的含量在30%~50%之间 c 贫气:C2~C6的含量<30% 贫气又包含有: 干气(CH4含量>98%); 湿气(CH4含量<98%)两种。 烃类气体混相驱包括: a 液化石油气驱; b 富气驱; c 高压干气驱三种。

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2.非烃类混相注入剂 主要有:CO2和N2等。其中, CO2主要来自于火力发电厂的烟道气; N2主要来自于空气。 非烃类混相驱包括:CO2驱和N2驱。 在介绍混相驱之前先简单介绍一下三组 分相图。

? 二、三组分相图 ? 在一定温度和压力下,对三组分混合物 相图和浓度的关系通常用三角相图表示。 ? 1.三角相图:(如图1)

0

C 1 100

%

C7 ?

C1
M
M
2

%
图 -1

M1

100 C7 ? 0

0
C2 ? C6
% 100

C2 ? C6

三组分体系的组成表达



C1
F

P
B

D?
C

E

/

E L
?

A

M
C2 ~ C6

C7

图-2

P, T 一定时的三组分相图

? 三角形的每一个角代表一种给定组分为100%, 三角形的对边代表这一组分为0。 ? 三角形的每一条边代表一个组分的浓度(或质 量分数或体积分数)。 ? 三角形内的任意一点代表任意给定的三组分的 组成。 ? 如点M表示,混合物中:CH4占20%、C2~C6占 30%、C7+占50%。 ? 如果将两种烃类系统M1和M2混合形成混合物M, 其组成应在M1和M2的连线上,且符合杠杆规则。

? 2.油藏中三组分相图 ? 在一定温度和压力条件下,向油藏中不 断注入CH4和C2~C6时,由CH4、C2~C6和原油 (C7+)组成三组分。(如图-2)

? 3.三组分相图的形成过程: ? (1)向油藏中不断通入CH4时(暂时忽略 C2~C6组分的存在) ? 开始时,少量CH4溶解在油中,混合物为液相。 (如图5-2中的E点)。 ? 随着通入CH4量的不断增多,CH4在油中达到饱 和。 ? 泡点:当液体中出现第一个气泡时,CH4在混 合物中的浓度叫泡点。(如图5-2中的E点)。 ? 若继续通入CH4,则混合物为两相(液-气)。 组分落在E和F之间的连线上。

? (2)向CH4气体中不断通入油时(暂时忽略 C2~C6组分的存在) ? 开始时,少量油溶解在CH4中,混合物为气相。 (如图5-2中的F点)。 ? 随着通入油量的不断增多,油在CH4中达到饱 和。 ? 露点:当气体中出现第一个液滴时,液体在混 合物中的浓度叫露点。(如图5-2中的F点)。 ? 若继续通入液体,则混合物为两相(液-气)。 组分落在E和F之间的连线上。

? (3)当油中溶有一定量的C2~C6组分时 ? 由于C2~C6组分的存在,油对CH4的溶解能力增 强,此时,泡点将向三角形的中央靠拢,由此 得到泡点线(E-A-C)。 ? 同理,当CH4气体中含有一定量的C2~C6组分时, CH4对油的溶解能力增强,此时,露点也将向 三角形的中央靠拢,由此得到露点线(F-BC)。 ? 临界点(褶点):泡点线(E-A-C)与露点线 (F-B-C)的交点。 ? *泡点线与露点线是由实验得出的。

? 4.温度和压力对相图的影响(见图 -3)
C1

C1

P1 P2

P3

T1

T2
T3

P1 ? P2 ? P3

C7

?

C2 ~ C6
图?3

C7

?

T1 ? T 2 ? T 3
C2 ~ C6
元相图

压力或温度固定时的三

? 当温度一定时,降低压力,两相区扩大, 最后,随着压力的继续下降,两相区相 交于三角形的右面,褶点消失。 ? 表明在这一压力下,对所有混合物组成, 甲烷和乙烷——己烷不再形成单相混合 物。 ? 压力一定时,升高温度,两相区扩大。

? 一般来说,油藏温度是一定的,油藏烃 类系统组成一定,如果向油藏中注入某 种组成一定,且可以与地层油能够发生 混相的气体,那么,该气体在地下能否 与地层油形成混相,就取决于地层压力 的大小了。 ? 最小混相压力:温度一定时,能够发生 混相的最小压力

? 三、LPG驱 ? LPG驱是指以液化石油气为混相注入剂的 一种混相驱油方法。 ? 液化石油气的组成:主要由C2H6、C3H8、 C4H10等组成。 ? 液化石油气的来源:主要通过液化油田 或气田的天然气得到。

? 1.混相机理与驱动过程 ? 1) 注入方法:由于连续注入用量太大, 造成成本过高,实际中多采用段塞式注 入。 ? ① 先注入一段液化石油气段塞(占孔隙 体积的5%); ? ② 再注入一段价值低廉且能与液化石油 气混相的气体。如干气、氮气、烟道气 等; ? ③ 注水。目的是改善流度比

注入井

采油井
注 入



气 体



气体

LPG 段塞

油 带

?? ???? ?? ?? ?? ???? ????

残余油

水驱注入水

束缚水

图 4 - 27

LPG 段塞驱示意图

? 2)驱油机理 ? ① 低界面张力机理 ? 液化石油气注入地层后,前缘与地层油 一接触就发生混相。后面注入的气体也 能与液化石油气混相,在地层中形成混 相段塞。不存在界面,因此界面张力为 零,即LPG有很高的洗油效率。

? ② 降粘机理 ? 液化石油气的粘度很低,它与石油混合 后可以使油降粘,提高油的流度,改善 驱油介质与油的流度比,有利于提高波 及系数。

? 2.应用及优缺点 ? 要求:油藏深度:400~800m; ? 压力:不大于混相压力; ? 温度:< 96.70C ? 油藏原油粘度:5~10mPa.s。 ? 适用油层:薄且渗透率低的油层。

? 优点: ? ① 属于低压混相。混相压力低于其它烃 类气体混相法。 ? ② 采收率高。基本上可以排出与之相接 触的全部残余油。 ? 缺点:波及效率低,段塞易流散,费用 高。

? 三、CO2驱 ? CO2混相驱是指以CO2为混相注入剂的一种 混相驱油法。 ? CO2的主要来源: ? a 天然的CO2气矿;b 发电厂的副产品。 ? 1.CO2的有效驱油特性 ? ① CO2的临界点低(310C),在油藏条件 下呈气态;

? ② CO2的密度与原油相似,可以溶 于油中,使原油体积膨胀,降低原 油粘度。 ? ③ CO2可溶于水,使水的体积膨胀, 密度减小。并使水呈酸性。 ? ④ CO2溶于油后,可使油中的轻烃 进入气相。具有从地层油中萃取或 蒸发轻烃的能力,最终导致和地层 油发生混相。

? ? ? ? ? ?

2.混相机理与驱动过程 1)注入方法: ① 从始至终连续注入CO2; ② 先注入CO2,后注水; ③ 先注入CO2段塞,后注烃类气体; ④ CO2段塞之后,用CO2和水交替注入, 最后用水驱动。 ? 其中,第④种方法应用较为普遍。 ? 如图4-30

采油井 注入井
油为 C 2 ~ C 6 所加浓 的 CO 2 所构成的湿相带





???? ???? ? ? 残余油 贫气 ???? ????
水驱注入水

CO 2





束缚水

图 4 - 30

CO 2 段塞示意图

? 2)混相机理(如图4-32) ? 注入的气体B和原油A接触,CO2提取油中 的轻烃组分,同时一部分CO2溶解到油中 气相组成变为G1(C2~C6↗, CO2↘)。G1 被随后注入的气体推动前移与新鲜的地 层油接触,继续提取油中的轻烃组分变 为G2。如此重复进行下去,最后前缘气体 的组成达到临界组成。与此同时液相组 成由A溶入CO2变为L1(CO2↗,C2~C6↘), 继续溶入CO2变为L2,最终变为临界点组 成,气体便与原油发生混相形成混相带。

CO( C 1) 2
注入气体 B

G1
M1

G2
2

M
L1 L2

原油 A

C7

?

C2 ~ C6
图 4 ? 32

CO 2 驱的全过程

? 3.CO2提高采收率机理 ? ① 低界面张力机理 ? 随着CO2的不断注入,CO2不断富化(C2-C6 含量增多),CO2越富,它与原油之间的 界面张力就越低,洗油效果就越高。 ? ② 降粘机理 ? CO2溶于油后,使油的粘度降低,流度提 高。有利于提高驱油剂的波及系数。

? ③ 原油膨胀机理 ? CO2溶于油后,使原油体积膨胀,膨胀后 的原油易被驱出。 ? 原油体积膨胀程度用膨胀系数表示 ? 膨胀系数:指在一定温度和CO2饱和压力 下,原油的体积与同温和0.1MPa压力下 原油的体积之比。 ? * 原油中CO2含量越高,原油密度越高, 相对分子质量越小则原油的膨胀系数越 大。

? ④ 提高地层渗透率机理 ? CO2溶于水后,生成H2CO3, H2CO3与地层 中的石灰岩和白云岩反应,生成水溶性 的重碳酸钙[Ca(HCO3)2]。 ? ⑤ 溶解气驱机理 ? 从注入井到采出井的驱油过程,是降压 过程。随着压力的下降,CO2从原油中析 出,产生原油内气体驱动力。

? ⑥ 降低残余油饱和度机理 ? CO2驱油过程中,部分CO2成为束缚气, 能降低残余油饱和度。 ? 4.应用及优缺点 ? 1)应用条件: ? ① 由于CO2能提取C5-C30内的组分,即使 没有C2-C6组分存在,CO2也能与原油形成 混相。所以CO2驱可应用于很多油层。

? ② 要求原油密度>0.99042;混相压力 >10.34MPa ? ③ 油层有足够的深度(地层压力>混相 压力,可防止油藏破裂)。 ? 2)优点:驱油效率高 ? ① 使接触区内的残余油降低到<5%倍孔 隙体积; ? ② 由于CO2粘度使CH4的2~4倍,可改善 烃混相法的波及系数;

? ③ 油藏条件下,CO2的密度接近原油,并逼近 水,可极大地减小原油中重组分(C30的烃)的 影响。 ? 3)缺点: ? ① 尽管其流度比烃类混相驱要好,但和水驱比 仍属于不利流度,造成驱扫效率比水驱低; ? ② H2CO3有腐蚀性,系统设备需具有保护层。

? 小结:混相驱油:通过注入一种能与原油形成混相的 流体,来排驱残余油的方法。 ? 混相注入剂:是指在一定条件下注入地层,能与地层 原油形成混相的物质。包括:烃类混相注入剂和非烃 类混相注入剂两种。混相驱油机理 ? 1)低界面张力机理 ? 2)降粘机理 ? CO2提高采收率机理 ? ① 低界面张力机理 ? ② 降粘机理 ? ③ 原油膨胀机理 ? ④ 提高地层渗透率机理 ? ⑤ 溶解气驱机理 ? ⑥ 降低残余油饱和度机理

? 习题: ? 1.试述混相流体的特点。举出三种常见 的混相流体。 ? 2.常用的混相注入剂有哪两类?各举两 例。 ? 3.简述LPG驱机理。 ? 4.简述CO2驱机理。


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