超临界二氧化碳在非常规油气藏中应用的基础研究

在非常规油气藏开发过程中，提高机械钻速、有效保护油气层、提高驱油效率是提高油气井产量和产能，提高油气采收率的重要保证。超临界二氧化碳流体具有低粘度、易扩散、溶解性好的特点，且具有超强的流动、渗透和传递性能。应用超临界二氧化碳流体开发非常规油气资源兼具高效获取油气资源和节能减排两项优势，应用前景广阔。本课题研究的目标是：针对超临界二氧化碳在非常规油气藏中应用的关键科学问题，通过研究攻关和自主创新，建立存在超临界二氧化碳流体的井筒流动规律和井筒压力控制理论，揭示超临界二氧化碳流体与地层相互作用机制，给出超临界二氧化碳流体提高油层导流能力机理，得到超临界二氧化碳流体在地层中吸附、驻留与流动理论，形成超临界二氧化碳安全高效开发非常规油气藏的基础理论体系。

超临界二氧化碳（SC-CO2）流体具有低粘度、易扩散、溶解性好的特点，且具有超强的流动、渗透和传递性能。应用超临界二氧化碳流体开发非常规油气资源，在提高机械钻速、有效保护油气层、提高驱油效率等方面具有独特的优势和前景。. 本课题针对超SC-CO2在非常规油气藏中应用基础进行攻关，采用调研、实验、理论、计算、模拟等手段，系统研究了超临界二氧化碳井筒流动规律及井筒压力控制理论，SC-CO2 流体提高储层导流能力机理，SC-CO2 流体在地层中吸附、驻留与流动基础理论。研发了超临界二氧化碳物流动状态性测量装置、超临界二氧化碳井筒流动及携砂实验装置、超临界二氧化碳钻井液循环模拟实验装置、超临界二氧化碳在页岩中的吸附解吸实验装置，开发了SC-CO2 密度与粘度测定、SC-CO2 在井筒及裂缝中的多相流动实验技术和实验方法。建立了存在SC-CO2 流动的井筒多相流动力学模型及井筒压力计算方法，岩屑颗粒在SC-CO2流体中运移力学模型，SC-CO2压裂裂缝起裂模型，SC-CO2可压缩流体的PKN扩展模型。掌握了SC-CO2 流体在杆柱内、井底喷射及环空中的流动特性，得到了温度、压力变化对其流动性、密度、传质性等物性的影响规律，SC-CO2 流体对储层孔隙内有机垢溶解、携带机理及其对储层物性的影响规律，揭示了CO2对砂岩润湿性的影响规律及作用机理，得到了SC-CO2在多孔介质中的扩散、流动规律，对研发超临界二氧化碳流体开发非常规油气资源的新技术具有重要学术意义。. 研究结果表明：CO2作为介质进行钻井、压裂与驱替开发等作业具有独特优势。不同压力条件下喷射破岩时，SC-CO2射流破岩能力是水射流破岩能力的1.6-3倍，可以大幅提高机械钻速。SC-CO2喷射压裂具有显著的射流增压效果，可在环空压力低于地层起裂压力条件下压开地层，在相同条件下具有比水力喷射压裂更强的孔内增压效果。SC-CO2能够高效剥离非极性组分，可以自吸附于岩石表面的极性油膜促进油藏亲水性的升高，对注入水增注起到积极作用；SC-CO2可以改善地层的孔隙度、渗透率等条件，对于稠油降粘效果突出，实验范围内超稠油最大降粘率达99.64%，降粘倍率为277.78，可以大幅度提高二氧化碳驱油气采收率。