摘要：文章针对CO2驱过程中对油藏的适应性以及驱替效果的问题，研究在驱油过程中原油及岩石的性质变化，并探究岩石的孔隙半径、渗透性、孔隙性以及原油的黏度、密度、原油组分等油藏基本参数的变化规律。调研结果表明，随着CO2注入量的增加，岩石的孔隙半径、渗透率增大、不变或减小，亲油性增强。随着温度以及作用压力增加，原油的密度降低；在温度一定时，随着作用压力的增加，原油的黏度会先减小后增加最后趋于稳定，C30+的含量会降低；在作用压力一定时，随着温度的增加，原油的黏度会降低，C30+的含量降低幅度不明显。

　　关键词：CO2驱；适应性；油藏基本参数

　　0引言

　　CO2驱油技术是将CO2注入到储层中提高原油的采收率的一种技术，其降低原油黏度、增大原油膨胀系数、改善油水流度比、降低界面张力、萃取和汽化原油中的轻烃、溶解气驱等机理会促使驱替过程的进行，提高原油的采收率[1]。如今应用较多的CO2驱技术有：水气交替、CO2辅助重力驱、CO2泡沫驱、碳化水驱、裂缝及高渗带封堵技术等[2]。由于油藏条件复杂，CO2注入地层后会有很多的不确定性，本文将对CO2对原油的适应性和对岩石的适应性展开讨论，探究注入CO2后储层岩石以及原油的物性参数变化，分析CO2驱下岩石及原油的物性参数变化规律。

　　1 CO2驱技术面临的问题

　　1.1 CO2注入后易发生气窜

　　李德祥[3]首先通过气体示踪剂监测以及在注入井周围进行微地震监测，得到CO2发生气窜主要是由于自然及人工裂缝、大孔道、高渗透率通道等优势通道的出现，加剧了地层的非均质性，使CO2发生气窜；其次，在驱替过程中CO2注入量增大，相对渗透率提高，CO2黏度比地层流体低，使得流度比变大，诱发了黏性指进，进而导致气窜或过早突破，降低了波及系数，减小了原油采收率及CO2埋存效率。因此，抑制CO2的气窜是CO2驱能够顺利进行的关键。

　　众多学者研发了多种手段，以期实现对地层状况和流体性质改善，达到有效封堵优势通道和控制流度的目的。例如：交替注入CO2和水的段塞；对非均质性强的油藏，采用泡沫辅助水气交替注入技术；在CO2内溶解增稠剂，利用增大CO2流体黏度的大分子直接对CO2增稠；将表面活性剂溶液和CO2注入到油层内，生成CO2泡沫或乳状液的低流度体系。

　　1.2混相条件对驱油效率的影响

　　通过细管实验结果分析，我国油藏混相压力较高，混相状态不易实现。另外，在进行CO2驱过程时，CO2萃取和汽化原油中的轻烃，导致剩余油中的重质烃含量增大，堵塞孔隙喉道，对注气驱油效果造成一定的不利影响。众多学者研究出了原油重质组分解堵剂、原油组分分离装置、两亲分子沥青稳定剂、两亲聚合物沥青稳定剂、纳米流体沥青稳定剂、离子液体沥青稳定剂等办法，将原油中较重的组分转换为轻质组分，降低原油黏度，有利于CO2与原油的混相。

　　1.3地层能否对CO2进行地质埋存

　　在CO2封存过程中，可能发生CO2逃窜的原因[4]主要有3种：

　　(1)注入井或废弃井发生泄漏；

　　(2)未被发现的断层、断裂带或裂隙发生泄漏；

　　(3)盖层的渗漏。

　　CO2从地下封存的构造中泄漏到大气、海洋或其他地质构造中，使大气中局部CO2浓度过高、地下水或土壤被污染，对环境产生不利的影响。现在学者主要依靠化学剂进行封堵。

　　2 CO2对油藏的适应性研究

　　2.1 CO2对岩石的适应性研究

　　2.1.1 CO2对不同类型岩石的溶蚀作用

　　(1)砂岩

　　汤瑞佳等[5]分析了CO2与岩砂岩石反应前后矿物组成的变化，得到CO2会对岩石产生溶蚀作用。这是因为CO2会与地层水反应生成碳酸，碳酸极易电解为H+和HCO3-，储层中的岩石会与其发生一系列的化学反应，例如钾长石、斜长石会与H+反应生成高岭石，CO2和水、长石反应会生成方解石，最终CO2会通过酸岩反应生成碳酸氢盐。随着CO2的注入，砂岩中的钾长石和斜长石会被溶蚀得更加明显，地层水矿化度逐渐增加，地层水中Na+、K+、Ca2+和HCO3-质量浓度呈增加趋势。

　　(2)页岩

　　金军等[6]通过观察CO2注入前后页岩岩石矿物的SEM图像，发现页岩中的方解石被大量溶蚀，不仅如此，注入越多的CO2，使得pH值降低，更加促进了硅酸盐、SiO2的溶解。实验研究表明，发生溶解矿物的种类和数量与页岩矿物组分、地层温度和孔渗特征等多种因素有关。比如，由于CO2注入与水生成碳酸降低了环境的pH值，促进了长石矿物的溶蚀，钙长石和钠长石的溶蚀更加明显，但钾长石的溶蚀作用较弱。

　　(3)泥岩

　　周冰等[7]研究了CO2对泥岩的溶蚀改造作用，得到以下结论。因为泥岩矿物成分复杂，热力学性质相对稳定的矿物溶蚀较慢，热力学性质不稳定的矿物会较快发生溶蚀，Si2+、Mg2+等析出速率较为缓慢。在地质体中，CO2流体在100℃条件下，1 d能溶蚀泥岩中全部方解石。通过溶蚀释放至地层流体中的金属离子的浓度不断增加，H+不断消耗，地层流体的pH值由酸性转变为碱性，流体环境达到碳酸盐矿物和其他黏土类矿物的沉淀条件，次生矿物在泥岩孔隙中形成，占据孔隙空间，降低盖层物性，利于油气保存及CO2固存。

　　2.1.2岩石的孔隙度变化

　　苗小瑞等[8]通过使用氦孔隙度仪测定岩心孔隙度，得到CO2注入会使储层的孔隙度产生变化，孔隙度随压力的变化关系如表1所示，由表1可知孔隙度变化率随着压力的增大先升高后减小。这是因为CO2注入后，会溶蚀岩石骨架及表面，使得离子进入地层水成为自由离子，消耗了大量岩石原有矿物，生成大量的次生孔隙，使得孔隙度增加。当实验压力超过10 MPa时出现孔隙度下降的现象，是因为CO2、水与长石反应生成水铝矿、菱铁矿等沉淀，同时生成高岭石和绿泥石在压力的作用下运移，堵塞了孔隙，使孔隙度变化率下降。

　　2.1.3岩石的渗透率变化

　　汤瑞佳等[9]通过测定CO2驱替前后岩心的渗透率，得到不同温度、压力条件下，岩心的渗透率变化关系，如图1所示，岩心的渗透率会在CO2驱替后呈现增大趋势，这是因为岩石被溶蚀导致的。经过溶蚀作用后岩石的孔隙半径会增大，大孔道增多，因此岩石的渗透率增大。但并非所有时候岩石的渗透率都是增大的，随着注入压力的不断增加，储层流体的冲刷作用越来越强，溶解产生的沉淀及微粒发生运移。微粒运移起主要作用，运移的微粒堵塞了储层孔道，导致储层渗透率降低[10]。

　　2.1.4岩石的润湿性变化

　　姚振杰等[10]在地层注入了CO2后，测定了CO2驱替前后岩石的润湿角变化，如表2所示，分析润湿角的变化可得CO2注入会使得岩石的亲水性增强。这是因为CO2与地层水反应生成碳酸，碳酸与地层反应生成的盐会溶于水中。盐在水中电离出带电离子，因为带电离子同性相斥、异性相吸的特性，当带电离子以斥力为主时，对储层岩石表面的薄水膜起稳定作用，储层表现出强亲水性。

　　2.2 CO2对原油的适应性研究

　　2.2.1原油的黏度变化

　　闫鹏[11]使CO2和原油在一定的温度、压力下进行反应，得到原油的黏度随温度、压力的变化关系，如图2和图3所示。当温度一定时，随着作用压力的增加，原油的黏度先减小后增大最后趋于稳定。这是因为CO2溶于原油后，当压力低于某个压力时，随着压力的上升，CO2溶于原油使其黏度降低。当压力高于某个值时，原油中溶解的CO2已饱和，此时原油的体积被压缩，原油的密度增加，使得CO2分子间距离变小，分子之间的摩擦力增加，使得原油的黏度增加。当压力等于某个压力时，原油中的溶解气量最大，黏度最小。

　　当作用压力一定时，原油的黏度随温度的增大而降低，呈指数变化。这是因为原油中溶入了CO2气体，原油中的轻质组分被萃取，原油的组分发生了变化，原油密度降低，分子间作用力变小，使得原油的黏度减小。

　　2.2.2原油的密度变化

　　李岩等[12]在地层温度95℃条件下，进行膨胀实验及原油黏度测试实验，测定地层原油的密度随CO2注气量的变化情况，如表3所示。原油的密度随CO2注入量的增加先升高，当CO2注入物质的量分数达到70%时，CO2与原油混相，原油的密度减小。这是因为注入压力增加时，CO2在原油中的溶解量增加，使得原油体积膨胀，作用压力越高时，CO2作用后重组分沉淀越多，从而使得原油的密度降低。

　　2.2.3原油的组分变化

　　闫鹏[11]使CO2和原油在一定的温度、压力下进行反应，得到原油中C30+以上组分含量的变化关系，如表4和表5所示。当温度一定时，随着作用压力的增加，C30+以上组分的含量降低。这是因为在作用过程中，CO2一方面不断抽提原油中的轻质组分，另一方面使得原油中的重质组分不断沉积，沥青质发生沉淀，原油中的重质组分减少。

　　当作用压力一定时，随温度的增加，C30+以上组分的含量减少，但减小幅度不明显。这是因为原油的密度会随着温度升高而减小，胶质与沥青质的相互作用力在不断减弱，导致吸附在沥青质表面的胶质游离出来，沥青质失去了保护。

　　3结语

　　通过CO2对油藏的适应性的文献调研，可以得到CO2的注入会使原油以及岩石的性质产生变化，本文研究的具体结论如下：

　　(1)随着CO2注入时间的增加，岩石的孔隙半径、渗透率增大、不变或减小，亲油性增强。

　　(2)随着温度以及作用压力增加，CO2会使原油的密度降低。

　　(3)在温度一定时，随着作用压力的增加，原油的黏度会先减小后增加最后趋于稳定；在作用压力一定时，随着温度的增加，原油的黏度会降低。

　　(4)在温度一定时，随着作用压力的增加，原油中C30+的含量会降低；在作用压力一定时，随着温度的增加，原油中C30+的含量降低幅度不明显。

　　参考文献：

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　　[11]闫鹏.CO2与原油作用后原油性质变化规律的研究[D].北京:中国石油大学(北京),2010.

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