降低CO2驱油最小混相压力新方法

彭 超 刘建仪 张广东 彭远进 郭 凯

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

降低CO2驱油最小混相压力新方法

彭 超 刘建仪 张广东 彭远进 郭 凯

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500）

从CO2气体着手，探索液化气对CO2混相驱油MMP的影响，研究降低最小混相压力的方法，并利用自主研制的高温高压界面张力仪，采用悬滴界面张力法测定CO2与原油的界面张力。结果表明，向CO2中加入一定比例液化气可以达到降低CO2混相驱油最小混相压力的目的，而且不同含量CO2与相应MMP近似呈线性关系。据此可根据地层压力设计CO2混相驱油方案，优化CO2比例，从而达到CO2混相驱提高原油采收率的目的。

CO2混相驱；采收率；悬滴法；界面张力；最小混相压力；液化气；线性关系

全球气候变暖已成为国际热点问题，由于CO2具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少CO2排放，降低大气中的CO2浓度，是人类面临的共同难题。针对温室气体CO2减排的迫切需求，国际上普遍展开对CO2捕集埋存技术研究；但是目前捕集埋存CO2技术欠缺，实施成本较高，实用性不佳。同时，CO2混相驱油技术在国外发展较快，效果很好，如果将CO2用于驱油则既能解决CO2造成温室效应的问题，又能大幅提高原油采收率，更有效地利用有限的资源。鉴于很多油田因为经济效益等原因，没有收集油田伴生气而采取直接排放等措施，如果对其加以利用，不仅可以有效地利用资源，还能减少对环境的污染。因此，根据 MMP液化气＜MMPCO2＜MMP干气＜MMPN2［1］的特点，试图寻求方法将油田伴生气加工后加入CO2混相驱油，不仅可以避免液化气成本高等弊端，而且可以达到混相驱油提高采收率的目的。

国内外确定最小混相压力的方法,包括理论计算和实验测定［2］。但是,一般的理论计算精确度都不高。 实验测定方法包括细管实验［3］、升泡仪法［4］、界面张力消失法［5］等。其中,界面张力法具有简单、快速、可视的优点，但是加拿大D B Robinson公司生产的JEFFRI高压界面张力仪最大工作压力只有30MPa［6］，不能满足混相压力高的油田。 因此，自行研制了高温高压界面张力仪，最大工作压力可达70MPa，可以满足绝大部分油田对压力的要求。

1 最小混相压力测定方法

1.1 实验原理及流程

自行研制了高温高压界面张力仪以及配套计算界面张力软件。整个实验装置由高温高压釜、观测系统、加注系统、图像拍摄、图像处理系统几部分构成。其中高温高压釜为一个固定体积的带两个蓝宝石玻璃窗的悬滴釜，高温高压釜选用耐温耐压耐腐蚀不锈钢材料制作，并且外层加装恒温装置，通过OMRON Pt100热电偶数字温控仪使温差控制在±0.1℃，温度可达200℃，压力可以高达70MPa。

图1 高温高压悬滴界面张力仪流程图

1.2 实验样品

实验选用纯度为97.202%的CO2和表1所示液化气作为主要气源，选取表2所示原油作为测定目标，采用石油醚和酒精作为洗涤液。

表1 液化气摩尔组分 %

表2 原油井流物组分

1.3 实验步骤

（1）用石油醚和酒精清洗整个实验系统,洗净后用氮气吹扫,以除去残存的洗涤液。

（2）用真空泵对系统抽真空,抽空至200Pa后，继续抽30min。

（3）对系统加热，当悬滴室、原油进样釜和CO2气体样品釜都达到设定温度 (53℃)时,将热的CO2气体引入悬滴室并用手动泵加压达到所需压力。

（4）缓慢将原油压入悬滴室,并在探针处形成小油滴,当油滴快要脱落探针时,保持该状态10min,使其与外界达到平衡，拍下油滴图片,根据油滴的形状计算界面张力。

（5）改变实验压力,重复实验步骤（4） 和步骤（5），直至原油和CO2达到混相时结束实验。

（6）向CO2气体中配入不同比例的液化气，重复步骤（1）—（6）。

（7）用97.202%的CO2与该原油在53℃条件下做细管实验，以获取最小混相压力，与悬滴法结果对比。

2 实验结果与分析

采用该实验方法以及相关软件，得到97.202%、80.344%、70.730%、58.805%、37.173%五个不同 CO2含量对应不同压力下的表面张力见表3。

表3 不同CO2含量在不同压力下的界面张力

由表3中的数据作界面张力与压力的变化关系曲线如图2所示。

图2 不同CO2含量对应压力与界面张力关系

采用外推法，将趋势线外推到界面张力为零时所对应的压力即为CO2混相驱油的最小混相压力，在该压力下可以清晰地看到CO2与原油混相的现象。

由图2各趋势线外推可以得到不同含量CO2对应原油的混相压力 （表 4）。其中 CO2含量为97.202%时的混相压力12.34MPa与细管实验得出的12.28 MPa误差仅为0.489%。

由图2可知，原油的界面张力随压力增大而减小，呈线性关系，与国内外相关文献一致。

CO2含量与最小混相压力关系如下：

表4 不同CO2含量对应原油的混相压力

由图表分析可以发现，向CO2中加入液化气可以降低其与原油的表面张力，从而达到降低CO2驱油混相压力的目的。而且从图3可以看出，原油与CO2的最小混相压力随CO2（加入液化气）含量减小而线性降低，加入约38%的液化气就可以将混相压力降为原来的68.88%。

图3 不同CO2含量与原油混相压力的变化曲线

3 实例应用

某油田原油地质储量大，原油密度为0.876 3，重质含量高，黏度大，采收率约为21.6%。为了提高原油采收率，采取水驱，火烧油藏，聚合物驱等措施都没有明显的效果，因此提出CO2混相驱油的方法。然而，经实验测试，该原油与CO2的最小混相压力约为65.3MPa，远远高于地层压力34.6MPa。因此提出向CO2中加入液化气的方法进一步降低混相压力。实验室确定最小混相压力数据见表5。

表5 CO2含量与混相压力实验数据

由表5实验数据可以回归出CO2含量与混相压力的线性关系为：y=0.658 6x+0.873 6，要使该油藏最小混相压力小于地层压力，则CO2含量应小于51.21%。

综合考虑，最终选择CO2含量为47%，使最小混相压力为31.8MPa。经现场实践，初期采收率提高效果明显，达到78.53%。

图4 不同CO2含量与原油混相压力的变化曲线

4 结 论

（1）自行研制的高温高压界面张力仪可以满足测定界面压力的要求，而且具有高精度、快速、直观可视等优点。

（2）CO2与油间的界面张力随压力增大线性减小。

（3）液化气对CO2与油间的界面张力有明显的减小作用，最小混相压力与CO2含量（加液化气）呈线性关系。

（4）通过实例研究，证实利用该线性关系可以预测CO2与原油间的最小混相压力，并根据地层条件定量地优化最小混相压力并确定CO2的含量。

[1]郭平,杨学锋.油藏注气最小混相压力研究[M].北京：石油工业出版社,2005.

[2]高振环,刘中春,杜兴家.油田注气开采技术[M].北京:石油工业出版社,1994:89-125.

[3]Sibbald L R,Novosad Z,Costain T G.Methodology for the Specification of Solvent Blends for Miscible Enriched-gas Drives[G].SPE20205,1991:373-378.

[4]Dong M,Huang S,Dyer S B,et al.A Comparison of CO2Minimum Miscibility Pressure Determinations for Weyburn Crude Oil[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2001,31(1):13-22.

[5]Rao D N.A New Technique of Vanishing Interfacial Tension for Miscibility Determination[J].Fluid Phase Equilibria,1997,139(2):311-324.

[6]Rao D N,Lee J I.Determination of Gas-oil Miscibility Conditions by Interfacial Tension Measurements[J].Journal of Colloid and Interface Science，2003，262(2):474-482.

[7]Ren Q Y,Chen G J,Yan W,et al.Interfacial Tension of(CO2+CH4)+water from 298K to 373K and Pressures up to 30MPa[J].J.Chem.Eng.Data，2002，45(4):610-612.

[8]Sun C Y,Chen G J,Yang L Y.Interfacial Tension of Methane+water with Surfactant Near the Hydrate Formation Conditions[J].J.Chem.Eng.Data，2004，49(4):1023-1025.

A New Method of Reducing the Miscible-phase Pressure of CO2Flooding

PENG Chao LIU JianyiZHANG Guangdong PENG Yuanjin GUO Kai
（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitations,Southwest Petroleum University，Chengdu 610500）

CO2miscible flooding can greatly enhance oil recovery,but CO2miscible flooding in most oil field is hard to implement because of the miscibility pressure,which even higher than the formation pressure.Therefore，a new method to reduce the minimum miscibility pressure must be sought.This paper targets at CO2gas,to explore how liquid gas effect the minimum miscibility pressure,and gets a new method to reduce the minimum miscibility pressure.It uses the high temperature and pressure interfacial tension instrument manufactured by ourselves to evaluate interfacial tension data of CO2and reservoir crude oil following the pendant-drop method.Result shows that adding a certain proportion of liquid gas to CO2can reduce CO2miscible flooding minimum miscibility pressure,and different content of CO2and the corresponding MMP approximate linear relation.Then a CO2miscible flooding plan can be designed according to the formation pressure,and the proportion of CO2can be optimized,thus the CO2flooding to enhance oil recovery can be achieved.

CO2miscible flooding；oil recovery；pendant-drop method；interfacial tension；minimum miscibility pressure；liquid gas；linear relati on

TE357

A

1673-1980（2012）01-0048-04

2011-08-27

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB705800)

彭超（1984-），男，湖北武汉人，西南石油大学油气田开发工程专业在读硕士研究生，研究方向为气田开发。