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1、二氧化碳采油配套技术研究进展、需求分析与下步工作意见,油田作业区2013年12月,概 述,2010年二氧化碳吞吐控水增油技术在X油田试验成功，并逐步得到推广，成为主要的增油措施之一。四年来，经过持续的研究与试验，明确了增油机理和选井方法，形成了方案设计、注入工艺、举升工艺、防腐治理等配套技术，并不断完善，为二氧化碳吞吐采油技术的规模应用提供了理论保障。下面我简要汇报四年来的研究成果，不足之处请领导和专家批评指正。,一、二氧化碳采油技术应用现状二、二氧化碳吞吐配套技术研究成果三、二氧化碳吞吐技术下步工作意见,汇 报 提 纲,油田2010-2013年CO2吞吐效果统计表,截止目前，实施CO2吞吐2
2、66井次，有效243井次，有效率91.4%，累计增油10.2万吨，累计降水81万方，平均单井阶段有效期176天，换油率1.2吨/吨，考虑吨油操作成本计算投入产出比1:2.9。,CO2吞吐应用效果,一、二氧化碳采油技术应用现状二、二氧化碳吞吐配套技术研究成果三、二氧化碳吞吐技术下步工作意见,汇 报 提 纲,室内实验表明：当CO2注入比例达到35%时，溶解气油比由注入前的33.8m3/m3提高到105m3/m3, 可使原油体积膨胀11%。,CO2注入比例与原油物性变化的关系,（1）CO2对原油的溶胀效应,（一）油藏工程研究成果,1、明确了CO2吞吐增油的主要机理,CO2对原油的溶胀效应体现在： 提
3、高了近井地带的含油饱和度，增加了油相的分相流量。 溶解CO2的油滴会将水挤出孔隙空间，创造了有利的油流动环境。 油层中的残余油与膨胀系数成反比，有效降低了残余油饱和度。,吞吐前后含油饱和度剖面对比图,So显著上升,“排水压锥”,吞吐前,数值模拟研究,吞吐后,（一）油藏工程研究成果,（2）吐阶段形成泡沫贾敏效应及降低水相渗透率,CO2进入地层后会有一部分溶解于水中，在吐阶段压力下降时，CO2从水中溢出形成泡沫水流，泡沫水流由于贾敏效应会起暂堵作用。另外，在油水两相渗流过程中，极少气相的存在就能使水相渗透率大幅减小，从而起到良好的控水作用。,（一）油藏工程研究成果,通过参数敏感性分析，确定了复杂断
4、块边底水油藏二氧化碳吞吐候选油井的评价指标及等级划分。,选井参数及评价范围量化,2、研究了CO2吞吐选井选层标准,（一）油藏工程研究成果,运用层次分析法把复杂问题中的各个因素通过划分为相互联系的有序层次，并把数据、专家意见和分析者的主客观判断直接而有效地结合起来，利用数学方法确定表达每一层次全部要素的相对重要性权值。,选井参数权重比例,（一）油藏工程研究成果,孔隙度,经验系数(0.2-0.4),H 生产段长度，m,二氧化碳气体在目的油层的作用范围看作椭圆柱体模型,处理半径，m,式中：,地层条件下的CO2 气体体积,（1）注入量设计,A 水平井设计模型,1、方案设计优化,（二）配套注入工艺研究成
5、果,B 定向井设计模型,二氧化碳气体在地下的扩散范围看作椭球体来计算,式中：V1地层条件下的CO2气体体积，m3孔隙度 Pv经验系数 a，b以水平井轨迹为中心的椭圆体长短 轴处理半径，m H油层厚度，m,（二）配套注入工艺研究成果,模型中： 单井注入量根据油藏渗透率、模拟油藏范围、处理半径、油层孔隙度、经验系数等参数决定。 作用半径的确定： a短轴，取油藏厚度的一半 b长轴，二氧化碳横向作用半径，根据油藏渗透率、剩余油饱和度确定作用半径： 高渗透油藏：8-10米；中等渗透油藏：5-8米；低渗油藏：3-5米 注入体积经验系数的确定： 根据地层压力和亏空程度综合判断，一般采用0.2-0.4。,（二
6、）配套注入工艺研究成果,分析国内外CO2吞吐经验，在低于破裂压力的前提下，较快的注入速度可取得更好的吞吐效果；但过快的注入速度可能导致井口刺漏及邻井气窜，一般取3-8t/h。 根据数值模拟结果，提高注入速度可以提高CO2在油层中的运移速度，扩大波及体积。 现场实施过程中，参考设备能力，设计CO2注入排量为3-5t/h。,（2）注入速度的确定,（二）配套注入工艺研究成果,焖井的主要作用为使注入的CO2相态趋于稳定，不断溶解、溶胀和萃取。若焖井时间过短，CO2没能与地层原油充分反应，造成CO2浪费；但焖井时间过长，会消耗CO2的膨胀能，且CO2还会从原油中分离出来，降低利用率。 数值模拟表明焖井时
7、间大于30天以后对增产效果影响不明显，现场焖井时间一般为1530d。,（3）焖井时间确定,（二）配套注入工艺研究成果,二氧化碳吞吐施工流程图,2、地面注入工艺优化结果,二氧化碳罐车,撬装式注入泵,井口,（二）配套注入工艺研究成果,额定压力：31.5MPa注入排量：5m3/h最低耐温：-25,350采油树额定压力：35MPa温度级别：-29 121材料级别：DD,容积：25m3最高耐压：2.2MPa运输CO2（1.82.0MPa）最低耐温：-100运输CO2（-17）,3、注入管柱工艺优化,2010-2012年实施140口，油管破裂26井次，比例18.6%。根据油管破裂位置统计，油管破裂集中在5
8、00米以上位置且越接近井口破裂比例越高。,（1）问题的提出,（二）配套注入工艺研究成果,二氧化碳吞吐开井后不产液，检泵发现第7根油管破裂。,（二）配套注入工艺研究成果,井筒温度测试结果分析,480m,GP3井下各处温度变化曲线,（2）原因分析,GP3吞吐过程中在井下300m、500m、900m、1000m、1700m、2000m处放置6个温度计，根据实测最低温度绘制一条温度曲线。根据曲线看出，冰点在480m附近。,（二）配套注入工艺研究成果,光油管正注,优点： 油管注入，保护套管，防止冻裂、卡泵等情况发生。不足： 单独下泵对吞吐效果造成影响，作业费用增加。,作业下入光油管，注入CO2，焖井放喷
9、后，下泵生产。,（3）注入管柱优化,CO2,（二）配套注入工艺研究成果,地层,杆式泵正注,吞吐前上提抽油杆将杆式泵脱离支撑密封接头，通过杆式泵与油管内环形空间正注CO2，焖井放喷结束后，下放抽油杆使杆式泵与支撑密封接头对接生产。,CO2,上提抽油杆进行CO2正注,优点： 油管注入，保护套管，缩短施工周期，降低作业成本。,目前共应用杆式泵47井次，未出现油管冻裂现象。,支撑密封接头,（二）配套注入工艺研究成果,地层,反替防冻液套管注入,优点： 套管反替防冻液，可以实现不动管柱套管注入CO2，缩短了施工周期，减少了因作业对吞吐效果的影响。不足： 漏失量大油井防冻液不易反替进入油管。 防冻液平均单井
10、增加费用2万元。,防冻液,CO2,目前共实施反替防冻液20井次，其中已开井17口，有效16口，有效率94.1%。,不动管柱反替防冻液，套管注入CO2吞吐,（二）配套注入工艺研究成果,地层,地层,实验目的：了解CO2对橡胶的影响，评价螺杆泵举升方式的适应性,实验过程：截取螺杆泵定子橡胶加工成短节，加装在CO2注入管线上,（1） CO2对螺杆泵定子胶皮的影响试验,4、举升工艺优化,（二）配套注入工艺研究成果,CO2能够渗入胶皮内部，使胶皮膨胀变形。,损坏的螺杆泵定子胶皮（胶皮变脆、碎裂）,（二）配套注入工艺研究成果,溶胀后橡胶电镜扫描对比图,橡胶溶胀机理,橡胶在超临界二氧化碳中于90、11Mpa的
11、条件下溶胀20min、40min、120min后电镜扫描对比图。可以看出二氧化碳侵入后留下圆形空腔。,（二）配套注入工艺研究成果,实验目的：了解CO2对电泵电缆及电缆卡子胶皮的影响，评价电泵举升方式的适应性。 实验过程：在注入管柱中优选4个位置放置电缆和电泵卡子胶皮，待吞吐井焖井结束后起出并对比分析。,实验用电泵电缆及卡子胶皮,取出后的电缆测试无绝缘； 电缆铜芯绝缘胶皮发生溶胀。,（2）CO2对电泵电缆耐温耐腐蚀试验,（二）配套注入工艺研究成果,一是：CO2对螺杆泵定子胶皮有溶胀作用； 二是：低温CO2影响电泵电缆，并对电缆胶皮有溶胀作用。 根据试验结果，优化采用抽油泵举升方式。,通过系列试验
12、，取得如下认识：,（二）配套注入工艺研究成果,（二）配套注入工艺研究成果,杆式泵,管式泵,（1）强堵体系 封堵高渗通道，扩大CO2波及体积，改善吞吐效果。适用范围： 经过多轮吞吐，存在水窜通道水平井； 轨迹靠近油水边界，投产初期含水高的水平井； 累计产液量高，存在强水洗通道的水平井。,5、复合吞吐技术,（二）配套注入工艺研究成果,通过堵剂暂时封堵高渗通道，使注入二氧化碳能够进入低孔、低渗地带溶解驱替其中剩余油。适用范围： 多层合采油井； 水平井多井段，产液不均匀； 含水上升快，但累计产液量不高油井。,（2）暂堵体系,微泡：自2011年应用以来，累计实施41井次，平均单井增油363t，有效期12
13、6d。,（二）配套注入工艺研究成果,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,1、腐蚀机理研究进展,CO2腐蚀是由于CO2溶于水生成碳酸而引起电化学反应导致管材发生腐蚀。 总反应式：Fe+H2CO3FeCO3+H2 腐蚀的发生分为三类： 第一类全面腐蚀：钢表现出现无附着力的FeCO3膜，此时表现为均匀腐蚀； 第二类局部腐蚀：钢表面生成局部多孔而又厚的FeCO3膜，在腐蚀过程中成为阳极区, 引发严重的局部腐蚀； 第三类腐蚀抑制：腐蚀产物可较好的沉积在钢的表面，从而相对抑制腐蚀。 油田腐蚀主要为局部腐蚀，由于阳极面积小，腐蚀速度较快。,参考2006年石油与天然气化工杂志N80钢在高温高压下的抗CO2腐蚀性
14、能一文研究结果，同温度下，在液相中比气相腐蚀率大。,（1）腐蚀率与CO2相态关系,2、腐蚀的影响因素,影响CO2腐蚀的因素主要是CO2相态、C02分压、温度、流速等。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,（2）腐蚀率与CO2分压关系,参考2005年第32卷第5期的北京化工大学学报碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究一文，二氧化碳分压对腐蚀速度影响较大，随着分压的增加，二氧化碳的腐蚀速度随之增大。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,2、腐蚀的影响因素,（3）腐蚀率与温度关系,参考2005年第32卷第5期的北京化工大学学报碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究一文，腐蚀率随温度的升高而升高，在70
15、时腐蚀率达到最高，之后逐步下降。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,2、腐蚀的影响因素,（4）腐蚀率与流速的关系,参考2005年第32卷第5期的北京化工大学学报碳钢在二氧化碳溶液中腐蚀影响因素的研究一文，腐蚀率随流速的增加而增大。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,2、腐蚀的影响因素,监测结果表明：（1）1417米处腐蚀环腐蚀率高于455米处腐蚀环，说明温度越高，腐蚀越快；（2）相同深度，内环腐蚀率高于外环腐蚀率。说明流速越大，腐蚀越快。,腐蚀环检测结果表,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,统计58口吞吐井和二氧化碳驱对应油井检泵或作业时，杆、管、泵腐蚀情况描述结果：有腐蚀现象的29口井，比例
16、占50%，其中腐蚀严重的有12口井，占21%。,杆管泵现场腐蚀解剖分析,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,KX油管外壁轻微腐蚀,HH油管外壁腐蚀严重,均套管长期防喷生产，产出的气体主要是二氧化碳，分析认为二氧化碳分压越高，腐蚀越严重。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,未做防腐处理的普通防砂泵均有腐蚀现象，而防腐泵则腐蚀情况较少较轻，对油井的生产无影响。,抽油杆腐蚀情况描述,在油管正常生产井中，抽油杆及接箍全井段均有腐蚀现象，越接近泵口处腐蚀现象越严重。除了深度的影响外，在井斜变化较大部位由于偏磨的影响，接箍的腐蚀现象更为严重。,抽油泵腐蚀情况描述,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,4、腐蚀防
17、治技术,（1）井筒腐蚀防治技术, 保护原理原电池原理，牺牲铝等活性金属阳极，保护井下管柱阳极过程： Fe - 2e- Fe2+ (Zn - 2e- Zn2+) (Al - 3e- Al3+)阴极过程： CO2+H2O H2CO3 二次反应生成物：2Al3+ 3CO32- Al2(CO3)3,目前我们应用的有保护杆管泵的防腐阻垢管和抽油杆防腐器。,阴极保护技术及应用效果,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,防腐阻垢管保护性能实验数据,实验结果显示钢片在有防腐阻垢管的情况下，酸液对其无腐蚀作用，说明防腐阻垢管可以起到保护作用。,截取31.5cm防腐阻垢管材质（铝）和相同尺寸钢片为一组，单独相同尺寸钢
18、片为一组分别与同一酸样反应，评价防腐阻垢管防腐效果。, 防腐工具的室内评价,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,先期在LB1-27开展试验，2012年4月22日下入抽油杆防腐器，位置：1790米、1740米、1690米、1540米、1390米、1230米、1080米、880米，防腐阻垢管安装在泵下。, 现场应用效果,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,抽油杆上形成一层防腐器反应物,一年后检泵，从现场情况观察，防腐阻垢管和抽油杆防腐器防腐材质消耗充分，抽抽油杆防腐器上部50米范围内抽油杆得到有效防护。 目前已经在二氧化碳驱及吞吐井下入25井次。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,防腐阻垢管,与瑞丰公
19、司合作，开展了缓蚀剂筛选评价及加药浓度室内实验，评价出的缓蚀剂缓蚀率可高达80%以上，加药浓度200-400ppm。,缓蚀剂防腐技术及应用效果, 室内评价,抗CO2缓蚀剂在不同加药浓度条件下的缓蚀效果,最佳加药浓度：200ppm,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,建立腐蚀监测网络，全面监测腐蚀状况,2013年，陆上作业区按照油田二氧化碳采油技术监测方案，建立二氧化碳腐蚀监测系统。（1）监测选井 根据油藏特征、井筒状况、生产特点选取有代表性的油井进行监测区块分别选取2-5口井。（2）监测节点 井筒、井口产出、地面集输系统。,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,（3）监测内容,（三）CO2腐蚀防治技
20、术研究成果,现场生产资料录取1、施工前生产资料录取主要有油套压、液、油、气、含水、液面。为二氧化碳注入效果对比及注入参数的制定提供依据。2、注入施工中资料录取主要有注入压力、日注量等参数，每0.5小时一次。其次做好邻井的油套压、产气量以及产出二氧化碳浓度监测，要求自施工时起至焖井结束期间，加密录取。3、放喷过程资料录取主要有注入井的工作制度、油套压、日产气量、气体组份等。为分析放喷期气量递减规律、井口压力下降规律、气体组分变化规律提供依据。4、开井后生产资料录取主要有工作制度、日产液、日产油、日产气、含水、液面等资料。日产气量要求每天录取，稳定后正常取样；动液面开井后3天内测液面，之后每周要求
21、录取一次液面数据；含水化验在见油后每天取2个样，含水稳定后正常取样。为气量产出规律、措施效果跟踪提供依据。,（3）监测内容,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,油气水化验分析 根据不同油藏类型，选取10%-25%的典型注入井，开展油气水化验分析。1、原油分析主要有原油组份、粘度、密度、碳素等分析。注入前正常生产情况下录取一次、开井排出入井液后，在生产稳定情况下录取一次，进行对比分析。主要目的为分析二氧化碳与地层原油作用机理提供依据。2、气体分析主要有注入气质量即注入气体组份化验，要求对不同气源进行抽检；此外，吞吐井进行前后气体组份化验，吞吐前数据点不少于2个，生产后按照前密后稀的密度取样，组份接
22、近正常值停止监测。为摸索二氧化碳产气规律以及对地面集输系统的影响提供依据。3、水性分析主要是吞吐井进行前后水性化验，吞吐前数据点不少于2个，生产后按照前密后稀的密度取样，总矿化度接近正常值停止监测。为摸索二氧化碳与地层岩石的作用机理以及对地面集输系统的影响提供依据。,（3）监测内容,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,试井监测1、流温、流梯根据不同油藏不同区块特点，选取5%-15%的油井进行流温、流梯测试，为注入参数的优选提供依据。2、静温、静梯根据不同油藏不同区块特点，选取5%-15%的油井进行静温、静梯测试，为二氧化碳在地层中的相态分布提供依据。工程测井 根据不同油藏不同区块特点，选取1%-
23、5%的油井进行工程测井。主要包括固井质量、井径、电磁探伤测试。为了解不同温度二氧化碳对套管固井质量、套管腐蚀的影响。,（3）监测内容,（三）CO2腐蚀防治技术研究成果,腐蚀监测1、井筒腐蚀监测主要包括铁离子监测、产出液PH值监测、杆、管、泵腐蚀情况描述、腐蚀环检测。2、地面集输系统监测：（1）单井集油管线腐蚀监测。在吞吐井油气水化验分析选取的典型注入井集油管线内安装挂片，监测管线腐蚀速率。一月更换一次挂片。（2）转油站掺水外输管线、原油外输管线、湿气外输管线腐蚀监测A、每天对有吞吐井的转油站外输掺水进行PH值检测；B、每周取样化验一次与吞吐相关的转油站外输湿气的二氧化碳含量；C、在有吞吐井的转
24、油站外输油管线、掺水管线、外输湿气管线内安装挂片，监测管线腐蚀速率。每月更换一次；,一、二氧化碳采油技术应用现状二、二氧化碳吞吐配套技术研究成果三、二氧化碳吞吐技术下步工作意见,汇 报 提 纲,0%,20.6%,48.6%,30.8%,2010-2013年分油品CO2吞吐实施柱状图,（一）近两年来CO2吞吐技术发展方向,1、实现从稠油油藏到稀油油藏的推广,稠油油藏二氧化碳吞吐见到很好的效果，在稀油块的试验也相应的开展，实施井次比例由2010年的0%上升到2013年的30.8%，至2013年共实施吞吐120井次，其中稠油83井次，稀油37井次。,1、实现从稠油油藏到稀油油藏的推广,（一）近两年来
25、CO2吞吐技术发展方向,2010-2013年分井型CO2吞吐实施柱状图,（一）近两年来CO2吞吐技术发展方向,2、由水平井吞吐向水平井定向井并重发展,二氧化碳吞吐初期在水平井上的成功应用，发展到定向井运用吞吐技术增油也有明显效果，在吞吐选井中井型已经没有限制。,2、由水平井吞吐向水平井定向井并重发展,（一）近两年来CO2吞吐技术发展方向,针对本井构造位置相对较低，近井地带含油饱和度比较低，采出程度比较高，周围高部位油井采出程度相对比较低的情况，2012年下半年提出开展井组小规模整体吞吐试验，至2013年共实施小规模驱替3个区块。,（一）近两年来CO2吞吐技术发展方向,（1）CO2吞吐下步选井思
26、路,成熟区块继续扩大CO2吞吐选井范围，兼顾对长停井、无效益井的治理。 针对剩余油基础较好仍具备吞吐潜力的井区实施多轮次吞吐 针对剩余油富集、潜力大的封闭油藏或者小断块实施井间协同吞吐。,推广类油藏：浅层稠油油藏、庙浅稀油,（二）今后两年技术攻关方向,（2）注入工艺攻关方向,地面加热技术 将液态CO2由零下17加热至0以上，实现不动管柱套管环空注入，可以防止井口设备及井下油、套管冻裂现象。目前已试用1口，注入速度5d/h，出口温度2，满足施工要求。低渗油藏高压注入技术 提高井口采油树耐压等级，选用高压CO2注入泵，通过提高井口注入压力，达到35MPa，实现部分低渗油藏高压注入。,（二）今后两年
27、技术攻关方向,（3）多轮吞吐工艺,一是研究复合吞吐工艺。针对边底水能量强，累计产液量高，首轮吞吐有效期较短油井，坚持堵水+CO2复合吞吐工艺，研究攻关低成本堵剂，优化注入方式，形成规模化推广。 二是研究氮气+二氧化碳吞吐工艺。针对地层亏空较大，边底水能量较弱的区域的油井可实施氮气驱与二氧化碳吞吐结合，利用氮气的高压缩比补充地层能量，扩大二氧化碳的波及体积，提高吞吐效果。 三是研究区块整体吞吐工艺。在剩余油较多、生产井集中、井距较小的断块，实施整体吞吐，通过几口核心井同时吞吐，利用协同增效的原理扩大二氧化碳波及体积，实现整体受效。,（二）今后两年技术攻关方向,（4）防腐治理攻关方向,开展腐蚀机理
28、研究寻找适合的井筒、地面腐蚀监测技术,一是套管腐蚀检测。调研开展套管成像测井及电磁探伤等测井手段，监测套管腐蚀情况。 二是地面在线腐蚀监测技术。氢探针法、电化学方法，通过在线监控，及时采取防腐措施。,（二）今后两年技术攻关方向,一是针对目前使用缓蚀剂、阴极保护工具进行效果评价，优选防腐性能更好的产品。 二是研究保护泵下套管的技术和产品。 三是研究应用气相缓蚀剂。CO2分压对腐蚀速率成正比，油井在焖井以及生产过程中套压在1-10MPa之间，CO2分压很高，下步需要研究气体缓蚀剂，减少CO2对套管及湿气管线腐蚀。 四是研究地面CO2分离及回收技术，从根本解决地面管线腐蚀问题。,防腐治理对策,（二）今后两年技术攻关方向,汇报结束、谢谢大家,
