【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體中有效成分的損失，例如活性劑的損失、聚合物的損失等等，使注入劑 早遭受損失，降低經(jīng)濟(jì)效益，而由于巖石吸附的結(jié)果會(huì)使底層有效滲透率降低。由于吸附的結(jié)果，在固體表面上形成一層穩(wěn)定的吸附層，此吸附層上的濃度可以在達(dá)到一個(gè)極限吸附濃度，這一極限濃度與溶液中該組分的濃度成平衡。 二氧化碳驅(qū)油中主要的吸附機(jī)理及作用力 吸附現(xiàn)象是所有三次采油方法中存在的普遍現(xiàn)象，在二氧化碳注水中具體指濃度 c 的二氧化碳物質(zhì)在空隙介質(zhì)固體表面上的分子吸附過(guò)程。 二氧化碳水溶液在驅(qū)替過(guò)程中與巨大的吸附表面（空隙介質(zhì)固體表面）相接觸，因而發(fā)生廣泛的吸附作用，這將導(dǎo)致兩個(gè)波（ s波和 c波）前 緣，并且波遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于水驅(qū)前緣，從而不僅大大降低了二氧化碳直接驅(qū)油的機(jī)會(huì)和效率，而且造成二氧化碳的巨大浪費(fèi)。吸附過(guò)程主要指溶液中的“溶質(zhì)” 在巖石固體表面上分子吸附，該固體表面（壁）在能量關(guān)系方面對(duì)分子而言國(guó)內(nèi)外二氧化碳驅(qū)油開(kāi)發(fā)概況 11 是“劃出來(lái)的表面”，一般溶液中分子只與溶劑分子相互作用，但這時(shí)靠近壁表面的分子開(kāi)始與“劃出來(lái)的表面”發(fā)生作用，使這部分表面呈現(xiàn)足夠活性。例如，該壁具有極性基團(tuán)和結(jié)晶缺陷，結(jié)果壁上就出現(xiàn)一定數(shù)量使用于溶質(zhì)分子與其連接的位置，這個(gè)位置也叫“吸附中心”。溶質(zhì)分子滯留在吸附中心上形成吸附現(xiàn)象。 主要的吸附作 用力： （ 1）靜電力吸附 在驅(qū)油過(guò)程中，若荷電粘土礦物和電荷相反表面活性劑離子接觸，則它們間的靜電作用所引起的吸附起支配作用。即吸附質(zhì)離子主要是通過(guò)靜電力吸附于具有相反電荷的未被離子占據(jù)的固體表面。 （ 2）氫鍵吸附 許多含有羥基、酚基、羧基或氨基的體系，吸附物分子或離子與固體表面極性基團(tuán)之間常常通過(guò)氫鍵而發(fā)生吸附。 （ 3）色散力吸附 這是一種由瞬時(shí)偶極矩之間的相互作用力而引起的吸附。色散力吸附在任何場(chǎng)合皆可發(fā)生，可作為其它吸附作用的補(bǔ)充。 （ 4）疏水力吸附 在水介質(zhì)中某些疏水基團(tuán)與固體表面上的親油部位相互作用，原來(lái)親水粘土礦物表面由于某些組分的吸附而具有親油性，也可與表面活性劑或聚合物的非極性部分通過(guò)疏水作用相互連接，從而導(dǎo)致固體表面的潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)化。疏水力也是一種范德華力，它主要取決于所研究物質(zhì)的極性程度。此類(lèi)吸附量往往隨吸附質(zhì)分子尺寸地增大而增加。 （ 5）化學(xué)鍵力吸附 通過(guò)形成化學(xué)鍵發(fā)生的吸附稱為化學(xué)鍵吸附。該化學(xué)吸附主要是由于離子交換所致。在交換過(guò)程中，帶負(fù)電的表面活性劑離子代替等量的晶格離子，形成堿土金屬油酸鹽表面層。實(shí)際上，固 液界面上的吸附 機(jī)理是復(fù)雜的，某些吸附過(guò)程中可能同時(shí)存在幾種作用力。 國(guó)內(nèi)外二氧化碳驅(qū)油開(kāi)發(fā)概況 12 二氧化碳驅(qū)替注入方式 [2] 連續(xù)注二氧化碳?xì)怏w 直接向已枯竭的地層中連續(xù)注入二氧化碳?xì)怏w，特點(diǎn)為： （ 1）見(jiàn)效快，但二氧化碳消耗量大，一般為地層孔隙體積的幾倍； （ 2）由于不利的流度比，容易發(fā)生早期氣竄，產(chǎn)氣量上升快，二氧化碳利用率低； （ 3）不適于壓力過(guò)低的油藏，因?yàn)檫@類(lèi)油藏一方面需要大量的二氧化碳?xì)怏w，另一方面，過(guò)低的壓力下二氧化碳?xì)怏w與原油混相困難，造成只有少量輕質(zhì)烴采出，大量重質(zhì)烴留在地下。 注碳酸水 利用二氧化碳溶于水的性 質(zhì)，將水 二氧化碳溶液注入到地層后，水中的二氧化碳在分子擴(kuò)散作用下與原油接觸并驅(qū)油。 （ 1） 改善流度比 由于水中二氧化碳更容易溶解在原油中，因此注水前緣后面地層中的二 氧化碳會(huì)轉(zhuǎn)移到殘余油相中，降低原油粘度，提高油相滲透率，同時(shí)碳酸化水中的二氧化碳對(duì)水具有增粘作用，可以改善流度比，并使油水相界面處毛管力下降和巖石水潤(rùn)視角減小。原來(lái)水不能波及到的地方，由于水中溶有二氧化碳而能被波及到，一般碳酸化波及系數(shù)要比普通的高出幾倍。 （ 2） 提高洗油效率 由于原油與二氧化碳要比水與二氧化碳在化學(xué)上有更深的“親緣”關(guān)系，因此在 碳酸化水與石油接觸時(shí)，二氧化碳的分子發(fā)生擴(kuò)散，從而使附在巖石骨架表面上的重質(zhì)油膜“疏松”化，最終使這些油膜移動(dòng)，提高了洗油效率。 （ 3） 吸附現(xiàn)象 由于二氧化碳也像其他溶劑一樣存在吸附作用，因而通常二氧化碳濃度前緣要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于水驅(qū)前緣，相差 17 倍，但這種吸附與聚合物不同，不論在原油處吸附，還是巖石表面吸附，對(duì)原油開(kāi)發(fā)均有利。 水、二氧化碳?xì)怏w段賽交替注入 將二氧化碳和水以較小的段賽尺寸（一般小于 5%HCPV）交替注入到油層中驅(qū)油。雖然注入的水可能造成水屏蔽和二氧化碳繞流原油，且存在潛力的重力分層作用 ，同時(shí)還可能造成注入能力下降等缺點(diǎn)。但由于改善了二國(guó)內(nèi)外二氧化碳驅(qū)油開(kāi)發(fā)概況 13 氧化碳的流度，提高了二氧化碳的體積波及系數(shù)和利用率，因此，交替注入方式是經(jīng)濟(jì)有效的提高采收率的工藝方法。 二氧化碳和水同時(shí)注入 二氧化碳和水同時(shí)注入是利用雙注系統(tǒng)同時(shí)將水和二氧化碳注入油層的方法。可以看做 WAG 發(fā)的一種極端情況。此種注入方法的不利因素就是：當(dāng)高壓注入二氧化碳和水的混合物時(shí)，注入井腐蝕嚴(yán)重；當(dāng)兩相同時(shí)注入時(shí)，注入能力會(huì)降低。 小結(jié) 這一 章主要 通過(guò)調(diào)研國(guó) 內(nèi)外文獻(xiàn)，綜合國(guó)內(nèi)油田開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀， 結(jié)合實(shí)際 和經(jīng)濟(jì)效益前景分析來(lái)看，得出利用二氧化碳 驅(qū)油的必要性和緊迫性。介紹了二氧化碳驅(qū)油的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、二氧化碳驅(qū)油的油藏條件 、驅(qū)油機(jī)理 、驅(qū)替 注入方式 、 擴(kuò)散 吸附 現(xiàn)象、吸附機(jī)理和 主要的 吸附 作用力 等。進(jìn)一步了解二氧化碳驅(qū)油的相關(guān)內(nèi)容， 對(duì)于之后 在不同的原油粘度、擴(kuò)散吸附作用下 建立 二氧化碳驅(qū)油 數(shù)學(xué)模型，研究不同的原油粘度 、 擴(kuò)散 吸附作用 對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)的影響 ，都有緊密的聯(lián)系。 二氧化碳驅(qū)油數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 14 第三章 二氧化碳驅(qū)油數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 數(shù)值模擬的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)模型，在本文中對(duì)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出的關(guān)于二氧化碳驅(qū)油及相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了總結(jié)羅列，并最終得出了關(guān)于二氧化碳驅(qū)油三種模型：包括組分模型， 改進(jìn)的黑油模型和傳輸擴(kuò)散模型。 國(guó)外關(guān)于二氧化碳模型的研究現(xiàn)狀 對(duì)于二氧化碳驅(qū)油過(guò)程中所發(fā)生傳質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象，國(guó)外已經(jīng)有所研究，但 是已經(jīng)進(jìn)行的無(wú)論是試驗(yàn)還是數(shù)值模擬，都為數(shù)很少，所留下的數(shù)據(jù)也不多。在 1963 年， 和 就討論了孔隙介質(zhì)中的擴(kuò)散和對(duì)流現(xiàn)象。然而， Lindenberg 和 WesselBerg 最先指出了自然對(duì)流現(xiàn)象對(duì)二氧化碳在水中的隔離有著重要的作用， Yang 和 Gu做實(shí)驗(yàn)使得二氧化碳?xì)庵c水在高壓下相接觸。然而，他們的研究是有限的，對(duì)于一些早期的和 長(zhǎng)期的情況來(lái)說(shuō)都不夠精確。 Farajzadeh ，結(jié)果表明在早期會(huì)增強(qiáng)傳質(zhì)作用，之后會(huì)長(zhǎng)期由擴(kuò)散控制。但是，他們都沒(méi)有給出對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基本解釋。只有 Ngiem ，實(shí)驗(yàn)顯示了自然對(duì)流作用在隔離二氧化碳過(guò)程中起到了重要作用。 利用納維 斯托克斯方程，對(duì)溫度驅(qū)動(dòng)自然對(duì)流作用進(jìn)行了理論上的描述，這些能夠從流體力學(xué)類(lèi)的經(jīng)典書(shū)籍中找到。 Guceri 和 Farouk 針對(duì)在各種各樣幾何形態(tài)中產(chǎn)生對(duì)流的穩(wěn)定自然狀態(tài)（湍流），利用限定容積法建立了一種數(shù)學(xué)模型。通過(guò)考慮 幾何形態(tài)的對(duì)稱性，他們使用了流函數(shù) 渦旋法，對(duì)這些幾何形態(tài)通過(guò)一些精確的觀察點(diǎn)進(jìn)行兩維的描述。 Patankar 提出了一種也能用于解決（不穩(wěn)定的）三維問(wèn)題的半隱式的數(shù)學(xué)模型，利用他的理論，Bairi 研究出了在兩維垂直圓柱體中的瞬間自然對(duì)流作用 [11]。依據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)成果， 等人建立出了以下方程： （ 1）連續(xù)性方程 039。r )39。v39。r(39。z )39。v39。r( rz ?????? （ 3— 1） （ 2） r 方向的動(dòng)量守恒方程 二氧化碳驅(qū)油數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 15 ?????????????????? ???????????????? 2 r2rrzrrr 39。z 39。v)39。v39。r(39。r39。r139。rv39。rp139。z 39。v39。v39。r 39。v39。vt 39。v （ 3— 2） （ 3） z 方向的動(dòng)量守恒方程 ??????????????? ???? ?????? ???????????????????? 2 z2ziczzzrz 39。z 39。v39。r 39。v39。r39。r39。r1v39。zp1)39。c39。c(g39。z 39。v39。v39。r 39。v39。vt 39。v （ 3— 3） （ 4）濃度方程 ????????????? ???????????????? 22zr 39。z 39。c39。r 39。c39。r39。r39。r1D39。z 39。c39。v39。r 39。c39。vt 39。c （ 3— 4） 式中 c39。 —— 濃度， M； D —— 擴(kuò)散系數(shù)， s/m2 。 上述四個(gè)方程中包含了四個(gè)未知數(shù)：兩個(gè)速度分量，壓力和濃度。此處不考慮壓力變化，動(dòng)量方程經(jīng)過(guò)交叉微分和減法運(yùn)算之后，剩余的三個(gè)公式可以寫(xiě)成流函數(shù) 渦旋法的形式。 將 R 定義為無(wú)因次量，作為特征長(zhǎng)度，則有： ,39。vR,39。vR1,39。c39。c 39。c39。cc,tR v,R 39。zz,R 39。rr 2io i2 ????????????? ,G r ScRa,DvSc,v cRgGr 2 3c ????? 其中： .39。r 39。v39。z 39。v39。,39。z 39。39。r139。v,39。z 39。39。r139。v zrzr ???????????????? 式中 39。? —— 流量， s/m3 ； 39。z —— 到試管底部的距離， m； 39。? —— 速度， m/s；