EOR第八章混相驱分析ppt课件.ppt

第八章 混相驱,miscible flooding,Principles of EOR,Outline,IntroductionWhat is miscible displacementMiscible displacement agent MMP determinationScreening criteriaProblems,The number of thermal,gas flooding and CO2 flooding projects with year in the U.S.,Project number,Introduction,The production of thermal,gas flooding and CO2 flooding projects with year in the U.S.,EOR production,million tons/year,CO2 properties,Under ambient conditions,CO2 is a colorless almost odorless gas.Its properties under standard conditions are:Molecular weight 44.010 g/molSpecific gravity with respect to air 1.529 相对于空气的比重(空气的比重1.29 kg/m3)Density 1.95 kg/m3Viscosity 0.0137 mPa/s,CO2 flooding research started as early as 1950.Holm was the first to receive a patent for an oil-recovery method using CO2 in 1974.The first CO2 flood took place in 1972 in Scurry County.About 93%of the CO2 flooding projects in the world are located in the U.S.,About CO2 flooding,About CO2 Phase diagram,O点是三相点，它的温度为2l6.55K，压力为517.8kPa；在OA线上A点是临界点,温度为304K（31.06），压力为7400kPa,Critical temperature,Supercriticalpressure,三相点（triple point）,任何气体在一定温度和压力下都可以液化，温度越高，液化所需要的压力也越高，但是当温度超过某一数值时，即使再增加压力也不能液化，这个温度叫临界温度，这一温度下最低的压力就叫做临界压力.,相区域的划分：K 为临界点,A-K-C以右气相区A-K-B以左液相区B-K-C以内气液两相区,N2 相图,O点是三相点，它的温度为63.3K，压力为12.6kPa。常压下，温度为77.4K时，氮气将变成无色透明的液体.,温度为63.3K时，将凝析成雪状的固体。氮气是化学性质极不活泼的惰性气体，A点是临界点,其临界温度为126K(-147)，临界压力为3398kPa。,摄氏度(T)=开尔文(K)-273.15,通常状况下是一种无色无味的气体，一般比空气密度小。氮气占大气总量的78%（体积分数），是空气的主要成份。,About N 2,超临界二氧化碳，其临界温度为31.06，临界压力为7.4Mpa;超临界氮气,其临界温度为-147，临界压力为34Mpa;超临界水的临界点为374，2Mpa;超临界甲醇为239，8.1MPa。,最常见的超临界物质:,Supercritical fluid，简称SCF,处于临界温度和临界压力以上的流体为超临界流体.介于气体和液体之间，兼有气体液体的双重性质。,溶解性强密度接近液体，且比气体大数百倍，由于物质的溶解度与溶剂的密度成正比，因此超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力。扩散性能好因粘度接近于气体，较液体小2个数量级。扩散系数介于气体和液体之间，为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率远远高于液体。,易于控制超临界二氧化碳温度和压力在工业上很容易达到，较容易制备，它在超临界萃取中有广泛的应用。,超临界流体优点:,二氧化碳混相驱近几年在国内引起重视。,混相：指相界面消失。混相驱：指以混相注入剂作驱油剂的驱油法。混相注入剂：在一定条件注入地层，能与地下原油发生 混相的物质。,混相注入剂：miscible injectant agent,第一节 混相注入剂,烃类混相注入剂,液化石油气（LPG）：C2C6含量大于50：炼油厂催化裂化气富气：C2C6含量在3050的范围：凝析气田贫气：C2C6含量小于30：油田伴生气干气：其中C1含量大于98%的叫干气：天然气田,非烃类混相注入剂 氮气和二氧化碳,C2C6的烃气叫富化剂，它的存在使混相易于发生通常讲的气体富化、加富，是指气体中C2C6的含量增加,富化剂:enriching agent富气:rich gas,贫气:lean gas,C1含量大于98%的贫气,原油是一种组成非常复杂的体系，无法全面地进行原油的化学组成、组分分析。要表示原油的相态特征，需要用拟三元相图。一般将原油中易挥发组分视为第一拟组分，如C1，CO2,N2等，把中等挥发组分C2-C6视作第二个拟组分，把不易挥发组分C7+（油）视为第三个拟组分。,挥发性拟组分,非挥发性组分,中间烃类组分,混相原理,相包络线EACBF是由露点线和泡点线在临界点（C点）相连而组成的。临界点表示的是平衡气相和平衡液相组成完全相同的组成点。,在油(C7+)为100的体系中加入少量的甲烷(C1)，由于少量的甲烷可完全溶解于油(C7+)中，因而形成的混合物E为单纯液相。当甲烷量增加到一定浓度E(泡点)时，油中溶解甲烷的能力达到饱和，再增加甲烷(C1)，则油中会分离出气泡，形成油气两相。,当油中溶有一定量的C2C6组分时，油中溶解甲烷(C1)的能力增加，泡点向中央靠拢，由此而得到泡点线EAC。同理，可得出露点线FBC。,EACBF线以内为两相区，以外为单相区。如给定某一种混合物D落在两相区内，说明在该组成下系统中既有液相也有气相。对于点D,当气液达到平衡时，其饱和液体相组成为A，饱和蒸汽相组成为B，直线AB叫联系线。,混相驱就是向油层中注入能与原油混相的流体。由于混相后仅为一相，因而两种流体间没有界面和表面张力。混相方式有一次接触混相和多次接触混相。能否与地层原油产生混相，取决于溶剂的组份、原油组份、地层的温度和压力。,（1）温度对混相驱的影响,温度不断升高，互溶程度加大，两液相共存的帽形区逐渐缩小。对于一定组成的原油来说，小的相包络线更有利于形成混相驱。,图中的温度t3 t2 t1,（2）压力和原油组成对混相驱的影响,C1+CO2,C7+,C2C6,临 界点,压力p1的相包 络线,压力p2的相包络线,在一定温度下，两相区随压力增加而缩小若原油组成为B，当油层压力为p1时，可实现混相驱，当油层压力为p2时，不能实现混相驱。,A,B,p1 p2,若原油组成为A，油层压力为p2时也能实验混相驱。这是因为原油A较原油B含有更多的 C2C6组分。,含较多轻质和中间组分的原油有可能在较低的地层压力下实现混相驱。,气 源,（1）天然气 优质能源和重要的化工原料。由于市场上的需要很难找到足够的烃类气体进行油藏的混相驱。只有少数具有足够天然气资源的国家，才能够进行烃类混相驱。目前，进行烃类混相驱的国家主要是加拿大和前苏联。我国已在实验室内进行过一些工作，并在吐哈油田葡北矿场进行了试验。,（2）CO2,CO2在石油中的溶解能力超过甲烷，CO2溶解于原油中产生三种效应：降粘、低界面张力、原油体积膨胀，CO2与原油接触时也会发生烃类组分的抽提作用。在气相中的轻烃组分达到一定浓度时也会发生多次接触混相的现象。,来源：天然CO2气田和工业废气美国：CO2混相驱为主导技术-原油与CO2混相压力低我国：CO2非混相驱为主导技术-原油与CO2混相压力过高在江苏、吉林油田发现了CO2矿藏，已开展CO2吞吐和CO2驱油的室内试验和矿场先导性试验。,(3)N2,氮气在原油中的溶解度低，对改善石油流动性能的作用不大，难于在较低的压力下与原油混相。目前，氮气驱来开发油田的实例极少。由于氮气来源广泛，作为非混相驱油剂：氮气泡沫驱-受到广泛的重视。目前，N2已经用在凝析气田的开发中，在外国已经有好几个矿场实例。,(4)空气,空气与原油接触产生两种反应：高温氧化反应和低温氧化反应。高温氧化反应驱油的效果源于空气高温氧化产生的热效应；低温氧化反应会产生大量的二氧化碳、水及含氧的烃类混合物（醚、醛、酮等）。特点：来源广，廉价问题：腐蚀和安全问题我国的百色油田已应用多年，目前，中原油田、长庆油田、胜利油田和大庆油田开展空气驱研究与矿场试验。,烟道气也可以作为混相注入剂。,在烟道气中，x(CO2)一般在0.05-0.20范围，主要由火力发电站燃烧煤得到。,烟道气:flue gas,第二节：混相驱分类,按混相注入剂的性质，混相驱可分为：烃类混相驱液化石油气驱（LPG驱）富气驱 干气驱非烃类混相驱 N2驱 CO2驱,2.1 液化石油气(LPG)驱,LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。,减小LPG在地下的残留,干气、氮气、烟道气,流度控制段塞:mobility control slug,特点：（1）混相只需一次接触；（2）混相效率最高,G,一次接触混相:first contact miscibility,（驱动气体）,（C2-C4）,（油）,LPG中的重组分(C5)比轻组分(C4)易使气体与LPG混相;干气比烟道气、N2更易使气体与LPG混相,2.2 富气驱,富气驱是指以富气为混相注入剂的一种混相驱。,富气驱段塞图,G,O,G,多次接触混相,1,1,1”,2,2,2”,混相过程:1）多次接触才混相；2）混相的过程是原油不断富化的过程；3）原油越富，越容易混相。4)富气驱适用于少含C2C6的原油(贫油),C4,C1,2.3 高压干气驱,高压干气驱是指以高压干气为混相注入剂的一种混相驱。,段塞图,C1,C10,C4,o,混相过程:1）多次接触才混相；2）混相的过程是驱油剂不断富化的过程；3）原油越富，越容易混相。4)高压干气驱只适用于富含C2C6成分的原油(富油),多次接触混相:multicontact miscibility,2.4 CO2驱,CO2驱也是通过多次接触才与原油混相的。,CO2多次与富油接触，取得富化剂富化自己，从而使体系的组成进入混相驱内实现混相。,CO2驱是指以CO2为混相注入剂的一种混相驱。,原油富含C2C6是CO2驱实现混相的必要条件。,carbon dioxide flooding,（1）在相同条件下CO2驱的混相压力低，有更小的两相区；（2）CO2在水中的溶解度高，故更容易通过水相扩散到油相，达到混相的目的。,2.5 N2驱,在相同条件下，N2的两相区比CO2和C1大，故混相压力高，不适用于三采。主要用于凝析气田的二次采油（保持地层压力，防止反凝析的损失）；可用作CO2段塞后的驱动介质；可用于与水交替注入地层控制流度。,不同混相方式的比较,第三节 混相驱机理,混相即不存在界面，界面张力为0,毛管数最大，因此洗油效率最高,与油混相后可降低油的粘度，提高油的流度，改善流度比，有利于提高波及系数,(1)低界面张力机理,(2)降低原油粘度机理,3.1 LPG驱机理,3.2 CO2驱机理（1）低界面张力机理,CO2相通过不断抽提原油中的富化剂，导致CO2相不断富化，其组成与原油组成的差距拉近，因此降低了驱油剂和原油之间的界面张力。,CO2可溶于油，使油降粘，提高油的流度，有利于驱油介质从孔隙介质中将油驱出。,（2）降粘机理(Viscosity Reduction Mechanism),The solubility of CO2 in crude oil causes a large reduction in the oil viscosity.The oil viscosity reduction is proportional to the formation pressure.,（3）原油膨胀机理(Swelling Mechanism),膨胀系数：一定温度和CO2饱和压力下原油体积与同温度和0.1MPa下原油体积之比。,CO2 is soluble in the crude oil and its solubility,which is proportional to the reservoir pressure,yields a considerable increase of the crude oil volume.,CO2溶于原油后，可使原油的体积膨胀。原油中充分溶解CO2后可使原油的体积膨胀1040，注入CO2后原油的体积增加，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。,CO2溶解于水，生成碳酸。碳酸可与地层中的石灰岩和白云岩反应生成水溶性的重碳酸盐，提高地层的渗透率，扩大驱油介质的波及体积，有利于提高采收率。,（4）提高地层渗透率机理,(5)溶气驱机理从注入井到采油井的驱油过程是降压过程。随着压力下降，CO2从原油中析出，产生原油内的气体驱动，使采收率提高。此外，部分CO2成为束缚气，也有利采收率的提高。,3.3 高压干气驱、氮气驱,（1）低界面张力机理（2）降粘机理（3）原油膨胀机理（4）溶气驱机理,3.4 富气驱,（1）低界面张力机理（2）降粘机理（3）原油膨胀机理（4）溶气驱机理,第四节 原油的最低混相压力,最低混相压力（Minimum Miscibility Pressure MMP）:The lowest pressure at which the injection gases can miscible with reservoir oil 将气体采收率超过90%的驱替压力称为原油的最低混相压力。,Definition of MMP with recovery diagram,Reservoir temperature MMP increases as emperature increasesOil characteristics MMP increases with high molecular(Emera and Sarma,2006)Intermediate fraction content-The presence of C2 C4 decreases MMPInjected-gas composition If the gas injected is not pure CO2 but contains some impurities such as methane,the MMP is increased as the impurity content is higher.,Factors impact MMP:,第五节 筛选标准,第六节 混相驱存在的问题,当用富气、干气、CO2或N2等混相注入剂驱动原油时，这些混相注入剂的流度比都很大，波及系数很低，这是混相驱共同存在的问题。可用泡沫、冻胶、泡沫+冻胶、WAG控制流度,水气交替注入技术（WAG）是利用注入的水段塞作为“堵塞剂”，阻碍二氧化碳在多孔介质中的流动，达到控制流度的目的。在实际应用中，通常将二氧化碳和水分成若干个小段塞，交替注入到油层。,(1)流度控制,(2)沥青质析出,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.,在地层中析出的沥青质可堵塞驱油孔道，对采收率的提高有不利的影响。,(3)金属腐蚀,金属腐蚀主要存在于用CO2或含CO2混相注入剂的场合。CO2与水作用，产生H2CO3，使水的pH值降低，对钢铁产生严重的腐蚀（电化学腐蚀）。因此，注CO2的设备和管线需使用特种合金和各种防腐涂层。,腐蚀问题：2CO2+2H2O+FeFe(HCO3)2+2H2 3%的碳酸水对钢铁的腐蚀速度比普通水大15倍,结垢也主要存在于用CO2混相注入剂的场合。CO2溶于水，再与地层的碳酸钙反应，生成水溶性的重碳酸盐。重碳酸盐在油井的近井地带及从井筒上升的过程中，由于压力减小而产生碳酸钙垢。在油井，可用防垢剂（如氨基膦酸盐、氨基多羧酸盐）防垢。,(4)结垢,(5)非烃气体分离,若用CO2和N2作混相注入剂，则油井产出气体中含大量的CO2和N2。为使产出气体可用，需要将CO2和N2与烃气分离。可用膜和低温蒸馏分离这些气体。,(6)混相注入剂用量大,采出单位质量的油所需注入混相注入剂的体积称为混相注入剂的利用系数。例如CO2的利用系数为1200m3t-15600m3t-1。可见，混相驱必须有充分的混相注入剂来源。,本章小结基本概念与术语：混相驱及其分类；混相驱注入剂；LPG；富气；贫气；干气；一次接触混相；多次接触混相；原油膨胀系数；原油的最低混相压力MMP等。思考题（1）简述混相驱分类、常用的混相注入剂及其组成或成分。（2）混相驱的段塞、提高采收率的原理及其驱油的过程。（3）各种混相驱油田的筛选标准及其适应性分析。（4）混相驱存在的问题及其控制或解决的方法或途径。,