EOR第八章--混相驱分析

第八章混相驱misciblefloodingPrinciplesofEOROutlineIntroductionWhatismiscibledisplacementMiscibledisplacementagentMMPdeterminationScreeningcriteriaProblemsThenumberofthermal,gasfloodingandCO2floodingprojectswithyearintheU.S.ProjectnumberIntroductionTheproductionofthermal,gasfloodingandCO2floodingprojectswithyearintheU.S.EORproduction,milliontons/yearCO2propertiesUnderambientconditions,CO2isacolorlessalmostodorlessgas.Itspropertiesunderstandardconditionsare:Molecularweight44.010g/molSpecificgravitywithrespecttoair1.529相对于空气的比重(空气的比重1.29kg/m3)Density1.95kg/m3Viscosity0.0137mPa/s•CO2floodingresearchstartedasearlyas1950.•Holmwasthefirsttoreceiveapatentforanoil-recoverymethodusingCO2in1974.•ThefirstCO2floodtookplacein1972inScurryCounty.•About93%oftheCO2floodingprojectsintheworldarelocatedintheU.S.AboutCO2floodingAboutCO2Phasediagram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7400kPaCriticaltemperatureSupercriticalpressure三相点（triplepoint）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。AboutN2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:Supercriticalfluid，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：miscibleinjectantagent第一节混相注入剂烃类混相注入剂液化石油气（LPG）：C2～C6含量大于50％：炼油厂催化裂化气富气：C2～C6含量在30％～50％的范围：凝析气田贫气：C2～C6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C2～C6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C2～C6的含量增加富化剂:enrichingagent富气:richgas贫气:leangasC1含量大于98%的贫气C1C7+C2～C6EFABDCMVL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C1C7+C2～C6EFABDCMVL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。C1C7+C2～C6EFABDCMVL当油中溶有一定量的C2～C6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。C1C7+C2～C6EFABDCMVLEACBF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ABCK1K2K3t1t2t3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t3t2t1（2）压力和原油组成对混相驱的影响C1+CO2C7+C2～C6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。ABp1p2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C2～C6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）CO2CO2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:fluegas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:mobilitycontrolslug特点：（1）混相只需一次接触；（2）混相效率最高C4C10C1G一次接触混相:firstcontactmiscibility（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GC10OG多次接触混相11‘1”22’2”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C2～C6的原油(贫油)C4C12.3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C1C10C4o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C2～C6成分的原油(富油)多次接触混相:multicontactmiscibility2.4CO2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C2～C6是CO2驱实现混相的必要条件。carbondioxideflooding（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。2.5N2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类型混相次数富化的组分对原油要求混相难易程度LPG驱一次——贫油最容易富气驱多次原油贫油容易CO2驱多次驱油剂富油较难高压干气驱多次驱油剂较富难N2驱多次驱油剂较富最难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3.1LPG驱机理3.2CO2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(ViscosityReductionMechanism)ThesolubilityofCO2incrudeoilcausesalargereductionintheoilvisco