Y油田的CO2驱油试验从开始先导性矿场实验开始, 到目前的工业化应用阶段, 地面配套工艺共经历了三次突破性的变革, 而最终形成一套比较成熟的CO2注入、采出集输处理工艺。
初期先导性试验, 注入采用外购液态CO2经罐车拉运至井场, 注入泵车高压液相的方式, 采出液集输采用单井架罐拉油;后期扩大矿场试验规模后, 外来气态CO2经过氨制冷工艺液化后, 经柱塞泵集中高压液相注入, 采出液的集输工艺采用单井架罐拉油;工业化应用阶段, 采出液集输系统实现密闭集输, 待采出气达到回收规模, 将掺混纯CO2进行混相注入。
根据CO2相态图及矿场试验的工艺特点, 可以将CO2分为四种不同的工况。在CO2温度与压力关系的相态图中有两个的关键点, 一个为三相点, 一个为临界点。三相点温度为-56.6℃, 压力为0.535MPa, 该点处CO2可以气态、液态、固态三种相态共存。临界点温度为31.1℃, 压力为7.38 MPa, 当温度与压力均大于临界值时, CO2处于超临界状态。
CO2温度大于-78.5℃时, 气相压力曲线下方区域, 该工况下的CO2属于常规气体, 气体的密度会随温度和压力的变化而变化, 在一定的温度和压力下, 特性比较稳定, 具有稳定的密度。
CO2温度大于-56.6℃, 压力大于0.535MPa, 低于7.38MPa的区域, 该工况下的CO2属于低压液相区, 该工况下的CO2物理性质并不稳定, 密度随温度和压力参数的变化产生较大的变化, 并且随着流动状态、压力、温度参数变化, 可在在气相和液相之间相互转化。
CO2温度小于31.1℃, 压力大于7.38MPa的区域, 该工况下的CO2属于稳定单一的液相区, 该工况下的CO2物理性质比较稳定, 在同一温度和压力条件下, 相态稳定, 密度一定。
CO2温度大于31.1℃, 压力大于7.38MPa的区域, 该工况下的CO2属于超临界态, 可以理解为超过临界压力和温度的高压液体又被升温, 抑或超过临界温度和压力后的高温气体又被加压, 所以超临界状态的CO2具有气体和液体两相特征, 如气体扩张性、液体溶解性和超低的表面张力。
原料气为气体CO2, 设计压力为2.7MPa, 设计温度范围为2~5℃;实际运行压力为2.2MPa左右, 温度为4℃左右, 完全在设计范围内。该工况下的CO2属于稳定的气体, 密度约为4.3g/l, 可选用涡街流量计, 旋进漩涡流量计, 涡轮流量计等测量气体的流量计, 需要依据实际运行工况参数校正流量即可。
液化后成品气的设计压力范围为其压力设计范围为2.0~2.3MPa, 温度设计范围为左右-20~-14℃。该工况下的液态二氧化碳属于饱和态, 在一定的温度和压力下, 处于气液两相平衡状态。但是, 当有升温或者降压时, 液相就会向气相转换;当有降温或升压时, 气相就会向液相转换。在这种工况下, 处于的流动状态的介质中一定有气泡存在, 当介质经过管线弯头, 大小头, 或流量计本身时, 气泡量都会增加, 泡状流会影响测量的准确性。这种情况下, 可以采用保冷的方式, 降低升温, 来减小气泡带来的测量误差。
在-17℃, 液态CO2的饱和蒸汽压为2.1MPa。考虑到解析气和溶解气泡的存在, 应该选用本身对介质产生节流压降或温升作用小的流量计, 避免产生更多的气泡, 导致测量值偏大, 精确计量困难。该工况下推荐选用差压式流量计, 如弯管、文丘里管流量计, 还有间接式的速度流量计, 如超声波流量计。
成品液态CO2经高压柱塞泵升压后, 再经过单井的注入阀组回注地层。单井注入的流量计设置在单井注入阀组。高压柱塞泵出口实际运行压力在21~23 MPa范围内, 温度在-8℃左右。该工况下的液态CO2属于第三种高压液相态。该工况下的液态CO2的粘度、流动性等特性与水类似, 密度稍大于水, 一般使用除了电磁流量计外其它测量液体的流量计, 因为CO2属于非极性物质, 不具有导电性, 其余类型流量计均可。推荐的流量计有差压式、容积式、旋涡式流量计均可选择。对于以上各种流量计, 都需要依据相应工况下的温度、压力等参数校正流量计。该种工况下, 矿场试验使用的流量计有涡街流量计、漩涡流量计、金属管浮子流量计。
超临界态除了边界区域存在相态的相互转化, 计量难度大外, 边界区域除外的剩余区域, 可以按照单一的气态或者液态来计量。对于边界处的多相流计量, 一般会采用多次重复测量, 制作压力、温度和密度值的数据库, 数据库越完善, 计量越精确。
超临界态CO2的计量, 应尽量控制工况条件, 避开7.31MPa和31.3℃的边界区, 可以使计量更简单, 更准确。
(1) 低于7.1MPa的低压液态CO2, 宜选用内部结构简单, 本身产生节流和压降较小的流量计, 如差压式流量计。
(2) 压力大于7.1MPa的高压液态CO2, 可选用除了电磁流量计以外的, 适合于液态计量的流量计, 如浮子流量计或者漩涡流量计。
(3) 超临界态的CO2, 应尽量控制工况条件, 避开边界线, 可以使计量变的简单容易。
(4) 不论在那种工况条件下, 都需要按照实际的压力和参数来校正计量结果, 方可使计量更为精准。
摘要：Y油田从2008年开始CO2驱提高采收率的先导性矿场试验研究, 试验效果较好, 目前已进入工业化应用阶段。截止目前为止CO2累计总注入量为17万t。CO2注入量的计量准确与否, 直接关系到开发效果、方案调整及后期的评价, 所以CO2注入量的精准计量尤为重要。不同相态下的CO2需要与其特性相适应的计量方法, 才能实现准确计量。低压液态CO2, 宜选用内部结构简单, 本身产生节流和压降较小的流量计, 如差压式流量计;高压液态CO2, 可选用适合于液态计量的流量计, 如浮子流量计或者漩涡流量计;超临界态的CO2, 应尽量控制工况条件、避开边界线, 可以使计量变的简单。
关键词：CO2计量,相态,埋存
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