CO2驱替原油提高石油采收率的可视化研究

摘要

二氧化碳驱替提高石油采收率(EOR)不仅可以有效地提高石油采收率，而且可以有效降低温室气体排放。因此，EOR正在成为越来越重要的石油工程手段，开展二氧化碳驱替的基础研究具有重要的理论和现实意义。
　　本文分别利用核磁共振成像(MRI)和X射线扫描(CT)技术，定量研究了聚合物溶液和超临界二氧化碳的联合驱替过程，以及二氧化碳超临界的驱替过程。
　　利用核磁共振成像技术研究聚合物-二氧化碳联合驱替过程，可以发现明显的驱替过程，包括活塞式驱替前缘，聚合物溶液的窜流和黏性指进现象，油分布的不均匀性，以及二氧化碳驱替过程改善油相分布的不均匀性等。聚合物驱替研究表明，随着聚合物浓度的提高，聚合物溶液的黏度升高，改善了原油/聚合物流度比，聚合物溶液的窜流和黏性指进现象明显减弱，石油采收率得到明显提高。此外，与只进行聚合物溶液驱替相比，后续的二氧化碳驱替过程有效地提高了石油采收率，并弥补聚合物溶液驱替的不足，同时减少了聚合物的使用量。由于原油-CO2系统的界面张力要比聚合物溶液-CO2系统的界面张力低很多，所以当二氧化碳注入多孔介质后，会率先沿着界面张力小也就是含油饱和度较高的区域前进，驱替出这些含油饱和度较高区域里的原油，并改善残余油分布的不均匀性。研究表明聚合物和二氧化碳的联合开采可行而且非常有效。
　　利用物理实验模拟了二氧化碳驱替过程，研究沥青质沉淀产生的有效渗透率的下降，并利用X射线断层扫描(CT)技术，分析了沥青质沉淀对孔隙度和渗透率的影响。研究进行了三组二氧化碳非混相驱替实验，分别为二氧化碳“干”驱、二次驱和三次驱。研究结果表明，沥青质沉淀和碳酸盐沉淀会降低原油有效渗透率，其中，二氧化碳三次驱的前后原油有效渗透率降低最大，达到32.75％。二氧化碳“干”采的前后油有效渗透率降低最小，达到17.84％。从进行分割后的CT图中可以清楚的看到，沥青质沉淀堵塞了部分小孔隙并附着在大孔隙的岩石表面，减少了岩心的有效孔隙度。有的沥青质沉淀还会堵塞在较小的喉道，使原本连通的孔隙断开，减弱了孔隙之间的连通性。
　　研究探讨了沥青质引起的孔隙度的变化而导致的渗透率的下降。利用Kozeny-Carman公式和具体实验所拟合的半经验公式，算得基于孔隙度变化的渗透率的变化率。根据孔隙度变化确定的渗透率变化率与基于达西公式确定的渗透率变化率相比，变化趋势相同，数值也很接近。这说明对于人造岩心来说，利用孔隙度的变化来评估岩心渗透率的变化是可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 CO2基础物性及CO2提高石油采收率(CO2-EOR)机理

1．3 CO2驱存在问题和研究现状

1．4 本文研究内容

2 核磁共振成像(MRI)技术和X射线断层扫描(CT)技术

2．1 核磁共振成像(MRI)技术

2．1．1 原子的自旋和共振

2．1．2 弛豫现象与弛豫时间

2．1．3 傅里叶变换与成像序列

2．2 X射线断层扫描(CT)技术

3 聚合物和CO2联合驱替的MRI研究

3．1 研究目的

3．2 实验装置与方法

3．2．1 实验装置

3．2．2 MRI脉冲序列的参数设置

3．2．3 实验材料

3．2．4 实验步骤

3．3 实验结果与分析

3．3．1 饱和度曲线的获得

3．3．2 聚合物驱替研究

3．3．3 CO2驱替研究

3．4 本章小结

4 CO2驱替过程的沥青质沉淀研究

4．1 研究目的

4．2 实验装置与方法

4．2．1 实验装置

4．2．2 实验材料

4．2．3 实验步骤

4．3 实验结果与分析

4．3．1 原油有效渗透率的降低

4．3．2 CT图像的分割

4．3．3 基于孔隙度的渗透率模拟

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢