CO2驱提高石油采收率的技术经济性分析论文

论文：CO2驱提高石油采收率的技术经济性分析作者：美合日阿依·穆太力普学校：大连理工大学院系：能源与动力学院班级：动环0901学号：200972003日期：2012年6月6日CO2驱提高石油采收率的技术经济性分析美合日阿依·穆太力普（学号：200972003）（大连理工大学能源与动力学院动环0901班）摘要：利用CO2提高石油采收率(CO2一E0R)可满足环保和油藏高效开发的双重要求。在对国内外相关文献调研的基础上，对CO2一E0R技术研究进行了系统阐述。分析了CO2一EOR的采油机理，总结了CO2一E0R的实施方法，评述了通过数值模拟的方法CO2一E0R技术的经济价值、以及我国CO2一EOR应用的现状及前景。关键词：CO2、提高石油采收率，经济性，数值模拟，封存。自1952年沃顿(whorton)等人获得第一项利用CO2采油的专利以来，CO2提高采收率(CO2一EOR)技术始终是石油开采领域的研究重点。从20世纪70年代起，CO2一EOR作为三次采油的一项重要手段，已在实验室和现场进行了相当规模的研究和应用，其中应用较多的主要是美国、前苏联、加拿大、英国等国家。目前，CO2一E0R已成为美国提高石油采收率的主导技术，2004年美国CO2一EOR增加的原油产量占全国提高采收率项目总产量的31％。近几年来，CO2一EOR技术发展迅速。研究表明，将CO2注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到CO2减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求。由于技术的进步和温室效应的存在CO2一EOR越来越受到重视，包括我国在内的很多国家都开展了现场实验。一、CO2提高采收率的机理CO2用于EOR主要是由于以下各因素作用的结果：1．使原油体积膨胀CO2注入油藏后，可在原油中充分溶解，一般可使体积增加10％~100％。其结果不但增加地层的弹性能量，还大大减少了原油流动过程中的阻力，从而提高驱油效率。2．降低原油黏度CO2溶于原油后，一般可降低到原黏度的0．1～0．01。原油初始黏度越高，黏度降低幅度越大。黏度降低，有利于原油流动能力，提高产油量。3．改善油水流度比CO2溶于原油和水，其黏度增加20％～30％，流度降低；原油碳酸化后，其黏度降低30％～80％，流度增加。其综合作用的结果，使油水流度比趋于接近，水驱波及体积扩大，有利于原油的采出。4．降低界面张力CO2极易溶解于原油，其结果大大降低了油水界面张力，有利于原油流动，从而提高了原油采收率。CO2与原油混相后其界面张力降为0，理论上可使采收率达到100％。5．萃取原油中轻烃CO2注入油藏后，部分CO2未溶解于油水中的CO2能萃取原油中的轻烃，使原油相对密度降低，黏度降低，从而提高原油流动性能，有利于开采。6．溶解气驱作用随着油井生产井附近的地层压力下降，地层原油中溶解的CO2逸出，逸出的CO2气体驱动原油流入井筒，形成内部溶解气驱。二、CO2一EOR的实施方法目前CO2一EOR的实施方法主要有CO2混相驱CO2。非混相驱和CO2吞吐，其中混相驱是油田CO2一EOR中应用比较广泛的驱油方式，混相驱更有利于驱出原油。另外，CO2一E0R实施中也有热CO2驱、碳酸水驱、就地生成CO2技术等其他方法。通过文献调研，对目前国内外CO2一EOR的实施方法及研究动态进行了较全面的总结，对油田开发领域的相关研究，具有一定的指导和借鉴意义。三、评述了CO2一E0R技术的经济价值1、通过CO2吞吐提高石油采收率通过注CO2吞吐提高采收率机理物理模拟、数位模拟和应用技术分析，可形成适合复杂断块油田低渗、高含水和稠油三种类型油藏的CO2单井吞吐提高采收率技术，该技术经矿场试验取得了较好的效果。所以CO2吞吐提高石油采收率方面有一定的经济价值。(1)实验表明，在地层条件下原油中的CO2浓度可以达到70.5%，原油体积最大可膨胀至原来的2.47倍，黏度可降低85.2%，体现了CO2较强的超临界增溶膨胀和降黏的机理，表明CO2吞吐可能会较明显提高原油的采收率。随着CO2注人倍数的增加，采收率增大，注入量由1/4倍增至1倍原油摩尔量时，CO2吞吐可以比衰竭式开采提高最终采收率3.33%~11.24%;但并非无限增长，当注入量达到一定值后，增油量减少。CO2可以连续进行有限次的多个轮次吞吐，第一轮次的采油效果最好，随后的吞吐轮次采油量逐渐减少。(2)CO2吞吐有一合理的浸泡时间，在CO2与原油充分接触达到平衡后(地层压力稳定后)，更长的浸泡时间不能再显著增产原油。(3)实验模拟在注入阶段、浸泡阶段以及放油过程中均没有出现明显的堵塞现象，矿场试验中也没有出现此类现象，表明CO2吞吐中的结垢和沥青沉淀堵塞的风险较小，不会像CO2连续驱油那么严重。通过这种方法不仅能明显的提高原有的开采率而且更好的封存CO2，减少温室气体。2、CO2驱提高采收率与埋存过程经济因素分析利用YousefGhomian在2008年介绍的经济分析方法对以上CO2驱注采方式提高采收率与CO2埋存的经济效益进行计算分析。其中主要考虑了CO2的购买费用、举升费用、采出CO2循环注人费用、原油销售收入、税收、及CO2埋存政府奖励等。计算中采用的具体参数见表2，在我国CO2驱具体计算中应进行针对性分析和相应的调整。其中CO2驱不同环节的费用计算公式如下:年原油销售收人年CO2购买花费CO2循环操作费年举升费用石油公司税前收入折旧联邦税收石油公司税后收入CO2埋存税收奖励累计税后现金流折扣后税后净现金流m3图1方法论流程图-系统动力学和经济分析Methodologyflowchart—systemdynamicsandeconomicanalysis.Fig.1.CO2封存/EOR模型CO2封存/EOR的生命周期分析动态仿真经济学分析CO2平衡原油生产CO2的注入、循环、封存的量化整个过程中能量需求的量化废气中进入过程的和最终产品应用中产生的CO2量化项目的净现值研究项目参数的不确定性：风险分析表1经济计算参数明细表Table1ScheduleofeconomiccaIculationparameters原油价格/(美元/桶)CO2价格/(美元/103m3)举升费用/(美元/桶)CO2循环费用/(美元/103m3)注水费用/(美元/桶)折现率/%联邦税率/%CO2埋存奖励率/%初始投资/(x106美元)50230.212.40.21232205.5由图2可以看出连续注气结合生产井控制生产的方法相比水气交替注人法开发周期短，资金回收快，具有较好的经济效益。图2不同注采方式的NPV埋存量对比图Fig.2.7ComparisonofNPVunderdifferentinjectionandproductionschemes研究表明，利用注入井连续注气结合生产井根据气油比和油藏平均压力进行开关井控制的方法，能够在保证注入能力的同时，提高CO2的波及效率和油藏采收率，同时可以减少注采井之间CO2突破后的分离处理、循环注入费用，油藏CO2埋存潜力大，可以获得低渗油藏CO2驱提高采收率和埋存的联合最优。3、通过数值模拟分析CO2驱提高采收率的经济性数值模拟是地质处置CO2研究和CO2驱提高石油采收率研究的重要手段,也是最经济的研究方法之一。可以应用Eclipse软件对某油田进行CO2驱、水气交替驱(WAG)等六套开发调整方案进行数值模拟,取得好的应用效果。图2是该油田原始含油饱和度分布状况,从图图3某油田原始含油饱和度分布图中可以看出构造高部位原始含油饱和度较高且均匀分布,平均含油饱和度72.51%。该油田为典型的砂岩储集层海上油田,1999年10月投入开发,储层平均孔隙度17.3%,平均渗透率245×103mm2,地质储量5517.3×104m2。投产初期利用天然能量开发,2005年转入注水开发。为研究CO2的地质处置能力及二氧化碳驱中石油采收率提高幅度问题,设计了如下开发方案。原方案:水驱。方案a:气驱。方案b:垂直井水气交替驱(早期水气垂直井注入到底层)。方案c:后期水气交替驱(生产10a后开始注入)。方案d:水气交替驱(以不同的完井方式,水注到底层,气进入顶层)。方案e:水平井水气交替驱(水气水平井注入到底层)。方案f:水平井用不同的方向水气交替驱(水注入到底层,气由不同方向水平注入)，历史拟合结束后,对上述的方案进行了生产预测,预测从2005年12月图4不同注入方案累计产油量随时间的变化规律图之后的20a的累计产油量和累计CO2储存量。累计产油量、累计CO2储存量随时间的变化规律见图3、4。图5不同注入方案累计CO2储存量随时间的变化规律图从图4、5可以看出方案d(水气交替驱)累计产油量最大,储集的CO2也最多;方案e和方案f(水平井注气驱)累计产油量和CO2储集量次之,水平井注气驱不仅能减少气体循环还能提高石油采收率。该油田通过注入CO2,水平井水气交替驱提高石油采收率5%～10%,相当于增加了20亿美元的经济效益;地质储存CO2为55×106t,相当于一个500万人口的大城市一年排出的温室气体总量,其环境保护的意义是巨大的。数值模拟研究表明,注CO2水平井水气交替驱是地质储存CO2、提高石油采收率的最优方法,该方法累计产油量最大,储置的CO2也最多。从数值模拟结果还可知,应用CO2驱提高采收率,采出1t石油大概需要10t的CO2。因此提高原油采收率对温室气体中CO2的需求量是巨大的。四、结论通过CO2吞吐提高石油采收率、CO2驱提高采收率与埋存过程经济因素分析、以及数值模拟来分析CO2驱提高采收率的经济性，我们发现把CO2注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到CO2减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求，有很高的经济效益。可以预测,随着技术的发展和应用范围的扩大,我国在提高原油采收率应用中封存于油藏内的温室气体总量将逐渐增大,人类生存和社会经济环境将得到改善。参考文献：[1]郝敏、宋永臣.利用CO2提高石油采收率技术研究现状.钻采工艺（DRILLING&PR0DUCT10NTECHN0L0GY）第33卷第4期Vo1．33No．4，2010.4.19[2]刘伟、秦学成、唐建信、李实、孙雷.苏北复杂断块油田CO2吞吐提高采收率.西南石油大学学报(自然科学版).第31卷第2期2009年4月[3]李保振、李相方、KamySepehmoori、姚约东.西南石油大学学报(自然科学版)(JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science&TechnologyEdition)).第32卷第2期2010.4[4]关振良、谢丛姣、齐冉、MartinBlunt.二氧化碳驱提高石油采收率数值模拟研究.观点·论坛.天然气工业.2007年4月[5]岳湘安、赵仁保、赵凤兰.我国CO2提高石油采收率面临的技术挑战.中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE.第2卷第7期2007年7月[6]A.T.F.S.GasparRavagnani、E.L.Ligero、S.B.Suslick，CO2sequestrationthroughenhancedoilrecoveryinamatureoilfield.PublishedbyElsevierB.V.2009[7]ZhangLiang、WangShu、ZhangLi、RenShaoran、GuoQing.AssessmentofCO2-EORanditsgeo-storagepotentialinmatureoilreservoirs,ShengliOilfield,China.PETROLEUMEXPLORATIONANDDEVELOPMENT(OnlineEnglisheditionoftheChineselanguagejournal).Volume36,Issue6,December2009[8]MichaelGodec、VelloKuuskraa、TylerVanLeeuwen、L.StephenMelzer、NeilWildgust.CO2StorageinDepl