CN112177603A - 一种定量评价超临界状态下co2萃取原油组分含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石化勘探领域，具体公开了一种定量评价超临界状态下CO2萃取原油组分含量的方法，该方法定量评价在不同温、压系统下超临界CO2萃取原油的组分与含量的模型，从而定量评价特低渗透油藏中CO2提高驱油效率，解决了现有定量评价CO2提高特低渗透油藏驱油效率方法耗时长，不能形成一套快速评价、大规模应用技术的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于石化勘探领域，更具体地，涉及一种定量评价超临界状态下CO2萃取原油组分含量的方法。
背景技术
随着国内外油田的大规模开发，常规油气资源逐渐进入高和特高含水期，开发潜力逐渐降低。因此，如何提高中高含水期油气田的驱油效率和非常规油气田的采收率，形成大规模、高效的开发是目前国内外石油行业研究的主题。根据国内外学者的理论与矿场实验研究表明，CO2能进入比水小约102数量级的孔隙中。而且研究表明：CO2混相压力低，在地层条件下，与原油接触中可以进行相间传质，从而降低原油粘度，提高流动性。因此，一种快速定量评价CO2萃取程度，从而定量评价混相程度和驱油效率的方法是目前所急需的。
根据国内外的研究，目前定量评价CO2驱油效率的方法主要是实验法，没有成熟理论评价模型。张英芝，杨正明和唐立根等(特低渗油藏注CO2驱油微观机制[J].科技导报，2012，30(35):29-32.)利用核磁共振仪、原油气相色谱仪、细管实验和特低渗透岩心物理模拟实验，对CO2非混相驱和混相驱产出物和残余油进行取样对比分析。实验结果表明，CO2非混相驱主要是萃取C18以前的组分，而CO2混相驱，不但可以萃取C18以前的组分，也能萃取C19-C25的组分，初期主要萃取低碳分子的组分，随着驱替的进行，逐步萃取较高碳分子的组分。
学者Ding M、Yue X A和Zhao H等(Extraction and Its Effects on Crude OilProperties During CO2Flooding[J].Energy Sources，2013，35(23):2233-2241.)在高温高压下进行CO2萃取原油实验，并研究原油组成、压力和注气量对萃取原油组分、含量和粘度的影响。实验结果显示，CO2的萃取程度随着系统压力的增加而增加，原油重烃组分随着系统压力的增加而增加，其中，在46MPa下最大萃取含量占原油的59.3％。
王树众、王玉珍和李艳辉等(微波辅助超临界CO2萃取油砂中原油的系统及方法，CN104046375A[P].2014.)的发明专利中建立了利用微波辅助超临界CO2萃取油砂中原油的系统实验方法。实验装备主要包括萃取釜、微波发生器、分离器、气体净化器、缓冲罐、夹带剂储罐等。
房体明(超临界CO2选择性驱油机理的分子动力学模拟研究[D].中国石油大学(华东)，2016.)利用分子动力学模拟研究在不同温度下CO2萃取原油组分和降粘效果。模拟结果表明，当CO2注入后迅速进入油膜并均匀分布到烷烃区域中，紧密排布在树脂外侧形成分子壳层。在CO2与烷烃接触的区域内，CO2和原油的烷烃组分分子之间的相互化学作用能的差异会引起变化。从而导致CO2破坏油膜原有结构，进入原油的烷烃分子之间。该过程为CO2与原油组分混合的机理，也为CO2萃取原油组分的机理。
范盼伟，朱维耀和林吉生等(超临界CO2萃取稠油影响因素及规律研究[J].科学技术与工程,2017,17(6):31-36.)考虑温度和压力等因素，进行CO2与真实稠油样品进行萃取实验研究。实验对CO2萃取前后稠油的物性和组分含量进行分析，实验结果表明CO2主要从稠油中萃取出轻质组分(烷烃)；CO2萃取作用随着压力(10～20MPa)的增大而增强，萃取率略增加；温度(60～90℃)对于最终萃取率的影响不大。
胡伟，吕成远和王锐等(水驱转CO2混相驱渗流机理及传质特征[J].石油学报，2018(2).)采用带多点取样孔的长填砂管，在不同含水阶段分别开展注气驱替实验和气水交替驱实验，研究多孔介质中可动水参与下的多相多组分渗流规律以及不同含水率对油、气两相组分传质的影响。研究结果表明：气驱最终采收率主要受注气驱油效率和水驱波及体积共同作用的影响。
综上所述，现有定量评价CO2提高特低渗透油藏驱油效率的方法主要为实验方法。实验方法耗时长，不能形成一套快速评价、大规模应用的技术。因此，对CO2适应性和驱油效果的评价急需一种定量评价CO2萃取原油组分的方法，从而定量评价特低渗透油藏中CO2提高驱油效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种定量评价超临界状态下CO2萃取原油组分含量的方法，具体涉及定量评价在不同温、压系统下超临界CO2萃取原油的组分与含量的模型，从而定量评价特低渗透油藏中CO2提高驱油效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种定量评价超临界状态下CO2萃取原油组分含量的方法，该方法包括：
(1)获取原油样品的质量mHC，原油组分i的摩尔含量yi以及CO2的质量mCO2；
(2)获取油藏的温度范围和压力范围，并在此范围内设定至少一组目标温度T和至少一组目标压力P；判断原油组分i和CO2在目标温度T和目标压力P下的状态；
(3)在目标温度T和目标压力P下，计算原油组分i和CO2的密度ρ’HCi和ρ’CO2；
(4)获取原油与CO2充分混合时，原油和CO2的接触面积S和接触面积半径r；原油组分i的体积V’HCi以及CO2的体积V’CO2；
(5)当原油组分i处于超临界状态时，通过联立公式1、公式2、公式3和公式4求得原油与CO2充分混合时原油组分i的摩尔含量y’HCi和/或CO2的摩尔含量y’CO2；当CO2处于超临界状态时，通过联立公式4、公式5、公式6和公式7求得原油与CO2充分混合时原油组分i的摩尔含量y’HCi和/或CO2的摩尔含量y’CO2：
y’HCi+y’CO2＝1 4
其中，μG HCi和
分别为原油组分i和CO2气态时的化学势，
μIG HCi和
分别为原油组分i和CO2气态理想状态下的化学势，
μL HCi和
分别为原油组分i和CO2液态时的化学势，
P*为临界压力，
V为原油-CO2混合后系统体积，
k为玻尔兹曼常数，
Λ为得布罗意波长，
NAVO为阿伏伽德罗常数，
qHCi和
分别为原油组分i和CO2分子内部旋转和震动函数，
NHCi和
分别为原油组分i和CO2的分子数，
φHCiHCi和
分别为原油组分i分子间和原油组分i/CO2的分子间相互作用势。
本发明通过计算油藏温度、压力下CO2和原油各组分化学势，得到目标范围温度和压力下CO2萃取原油时，CO2以及原油组分i的溶解程度，从而定量评价CO2驱油效率。本发明涉及的定量评价方法适用范围广泛，尤其适用于特低渗透油藏，且该定量评价方法只考虑温度、压力和原油组成成分的影响，忽略其他因素，优选地，所述油藏的压力大于等于10MPa。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，利用气相色谱分析仪测量所述原油样品的质量mHC，原油组分i的摩尔含量yi以及CO2的质量
其中，原油组分i主要为饱和烃和芳香烃，暂不考虑胶质和沥青质。
本发明中需根据目标油藏实际情况或实验装置等，设定评价的原油和CO2系统的接触面积和接触面积半径，其中，CO2和原油长时间接触的结果，为理论最大结果。
根据本发明，优选地，所述原油组分i和CO2的密度ρ’HCi和ρ’CO2的计算方法为：
根据本发明，优选地，所述原油组分i的体积V’HCi以及CO2的体积V’CO2的计算方法为：
由于本发明中原油组分i主要为小分子，计算模型中考虑短程分子间相互作用力即可，不考虑空间构型和分子间长程相互作用力。对于本发明中涉及的分子间相互作用势均通过Lennard-Jones公式计算：
rm＝21/6σab 15
其中，rm和r分别为短程作用力的截断半径和a、b之间的距离，
εab为分子a官能团和分子b官能团之间范德华相互作用势井，
σab为分子a官能团和分子b官能团之间的平衡距离。
本发明通过定量评价在超临界状态下，原油与CO2混合后各组分含量的变化，定量评价在不同温度、压力系统下，超临界CO2理论最大的溶解效率，弥补了定量评价CO2与原油组分相互作用理论部分的缺失，还实现了快速评价CO2对油田的适应性和最大驱油效率。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明定量评价的流程示意图。
图2示出了本发明一个具体的实施例中原油样品和萃取物组分含量图。
图3示出了本发明中一个具体实施例中压力为10MPa时不同温度下原油饱和烃组分-CO2系统中各组分的摩尔数比。
图4示出了本发明中一个具体实施例中温度为350K时不同压力下原油饱和烃组分-CO2系统中各组分的摩尔数比。
图5示出了本发明中一个具体实施例中饱和烃各组分同分异构体与CO2范德华分子间相互作用势的关系曲线。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
(1)获取mHC＝100g原油样品，原油组分i的摩尔含量yi(见表1)以及
表1
(2)取350～450K温度和10～25MPa压力下的油藏，并在此范围内设定目标温度T＝350K，400K，450K和目标压力P＝10MPa，20MPa，25MPa；判断原油组分i和CO2在上述温度T和压力P下的状态(具体见表2)：
表2
(3)确定原油和CO2的接触面积S＝706cm2和接触面积半径r＝15cm；
(4)在目标温度T和目标压力P下，计算原油组分i和CO2的密度ρ’HCi和
(具体见表3)；
表3
(5)获取原油与CO2充分混合时，原油组分i的体积V’HCi以及CO2的体积
(具体见表4)：
表4
(6)计算原油与CO2充分混合时原油组分i的摩尔含量y’HCi和/或CO2的摩尔含量
rm＝21/6σab
表5
表6
由此可知，本发明通过计算CO2萃取原油组分i的程度yHCi和CO2的溶解程度
定量评价在不同温度、压力系统下，超临界CO2理论最大的驱油效率，弥补了定量评价CO2与原油组分相互作用理论部分的缺失，还实现了快速评价CO2对油田的适应性和最大萃取效率。
其中，由图3可知，在恒定压力10MPa下，温度分别为350K，400K和450K时，小于等于C8的饱和烃占混合物系统中的摩尔含量分别均为0.646、0.651和0.650，CO2所占摩尔含量分别均为0.315、0.310和0.312，大于C8饱和烃的比例基本不随温度而变化。由图4可知，在恒定温度350K下，压力分别为10MPa，15MPa和20MPa时，小于等于C8的饱和烃占混合物系统中的摩尔含量分别为0.646、0.770和0.770，CO2所占摩尔含量分别为0.315、0.184和0.184，大于C8饱和烃的溶解比例随压力的增加而略增加。压力为10MPa～15MPa时，CO2密度明显增加，萃取程度增加；压力为15MPa～20MPa时，CO2密度基本不变，萃取程度基本不变，因此CO2的密度对萃取程度影响较大。
同时，由图5所示，当原油中的饱和烃C15和C20分别增加3个和5个-CH3-官能团，化学结构分别为CH3(CHCH3)3(CH2)7CH3和CH3(CHCH3)5(CH2)8CH3时，将可以被CO2萃取。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (7)
1.一种定量评价超临界状态下CO2萃取原油组分含量的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)获取原油样品的质量mHC，原油组分i的摩尔含量yi以及CO2的质量
(2)获取油藏的温度范围和压力范围，并在此范围内设定至少一组目标温度T和至少一组目标压力P；判断原油组分i和CO2在目标温度T和目标压力P下的状态；
(3)在目标温度T和目标压力P下，计算原油组分i和CO2的密度ρ’HCi和
(4)获取原油与CO2充分混合时，原油和CO2的接触面积S和接触面积半径r，原油组分i的体积V’HCi以及CO2的体积
(5)当原油组分i处于超临界状态时，通过联立公式1、公式2、公式3和公式4求得原油与CO2充分混合时原油组分i的摩尔含量y’HCi和/或CO2的摩尔含量
当CO2处于超临界状态时，通过联立公式4、公式5、公式6和公式7求得原油与CO2充分混合时原油组分i的摩尔含量y’HCi和/或CO2的摩尔含量
其中，μG HCi和
分别为原油组分i和CO2气态时的化学势，
μIG HCi和
分别为原油组分i和CO2气态理想状态下的化学势，
μL HCi和
分别为原油组分i和CO2液态时的化学势，
P*为临界压力，
V为原油-CO2混合后系统体积，
k为玻尔兹曼常数，
Λ为得布罗意波长，
NAVO为阿伏伽德罗常数，
qHCi和
分别为原油组分i和CO2分子内部旋转和震动函数，
NHCi和
分别为原油组分i和CO2的分子数，
φHCiHCi和
分别为原油组分i分子间和原油组分i/CO2的分子间相互作用势。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中所述原油为特低渗透油藏原油。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，利用气相色谱分析仪测量所述原油样品的质量mHC，原油组分i的摩尔含量yi以及CO2的质量
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，所述油藏的压力大于等于10MPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，所述原油组分i和CO2的密度ρ’HCi和
的计算方法为：
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(4)中，所述原油组分i的体积V’HCi以及CO2的体积
的计算方法为：
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(5)中，所述分子间相互作用势通过Lennard-Jones公式计算：
rm＝21/6σab 15
其中，rm和r分别为短程作用力的截断半径和a、b之间的距离，
εab为分子a官能团和分子b官能团之间范德华相互作用势井，
σab为分子a官能团和分子b官能团之间的平衡距离。
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2019
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