气体混相和非混相驱过程中的地层损害

气体混相和非混相驱包括CO2、烃（注干气、湿气）、惰性气体（烟道气和氮气）的混相和非混相过程，它是通过抽提或凝析过程发生相态变化而达到混相的。即使不混相，也会通过传质和组分变化使原油膨胀和黏度降低，达到提高采收率的目的。CO2驱油机理如下：

（1）降低原油黏度。将CO2注入油层后，在地层温度下，CO2快速气化，CO2溶解于原油中，从而使原油黏度降低，而且随着压力增加，油中溶解气量增大，黏度迅速降低。

（2）使原油体积膨胀。CO2溶解于原油后，使原油体积膨胀，地层油饱和度增大，从而提高了可流动原油的饱和度。

（3）溶解气驱。CO2驱中，原油中溶解大量的CO2，当地层压力降低后，CO2从原油中脱离出来，形成游离气，这部分气体以及溶解在油中的气体膨胀，产生弹性能。

（4）抽提作用。轻质烃与CO2间具有很好的互溶性，当压力超过一定值（此值与原油性质及温度有关）时，CO2能使原油中的轻质烃抽提和汽化，当CO2突破后，主要沿大孔道流动，其流动速度加快，CO2驱替作用降低，主要是靠CO2抽提原油中的轻质组分，并携带出地层。

气体突破前产出油的颜色及化学组分变化不明显，气体突破后形成CO2萃取，随着CO2的流动，原油与高压CO2多次接触，逐渐按碳化学组分从轻到重萃取，萃取后重的碳组分留下来，因此采出的油颜色变浅，油气化学组分发生变化。抽提的量与CO2压力和密度成正比，CO2首先萃取和汽化原油中的轻质烃，主要是C5～C20组分，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。降低温度可提高抽提量，即CO2液态时抽提效果好，但这样会伤害地层。

（5）增加束缚水饱和度。在CO2驱中，CO2溶于油中，同时大量的CO2溶于水中，减少了溶于油中的CO2。由于水中溶解CO2，减少了与油作用的CO2量，同时溶解CO2的束缚水体积膨胀，使部分束缚水变成流动水。注气压力越高，水中溶解的CO2越多，束缚水体积膨胀越大，油层水量增多。

（6）混相效应。混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带。

CO2与原油的混相取决于原油的组成、油藏压力和温度。在油藏压力中等以上和油藏温度较高的油藏，注入的CO2与原油通过多次接触，不断抽提原油中的中间组分C2～C6，通过注入富气，从而达到动态混相，即蒸发气驱混相。而在高压低温油藏，CO2冷凝为富含CO2的液相，与原油一次接触就能达到混相。但是，在绝大多数油藏条件下，CO2与原油的混相过程为蒸发气驱混相。

在一定的油藏压力和温度条件下，注入CO2与原油的多次接触混相（蒸发气驱混相）在CO2／原油系统中，最重要的特性就是CO2能从原油中抽提（萃取、蒸发、汽化）轻烃组分。CO2在低温和高温下都能抽提原油中的轻烃，CO2抽提原油的特性是发展CO2多级混相驱的基本条件。CO2与原油接触时，萃取原油中的轻质组分而使CO2加富；加富的CO2再与原油接触进一步抽提原油，再接触，再抽提，不断地使CO2被加富，当CO2抽提到足够的烷烃时，含有富气的CO2相能与原油混溶。

（7）降低界面张力。随着CO2注入压力的增加，CO2－油界面张力降低，压力越高，界面张力下降幅度越大。最小混相压力时，界面张力并不是零，细管实验所求得的最小混相压力小于多次接触求得的最小混相压力。细管实验所确定的混相并未达到严格物理化学意义上的混相（界面张力为零），仅是一种工程意义上的“混相”。

（8）降低地层启动压力。低渗透储层存在启动压力梯度，两相启动压力梯度要比单相渗流大很多（启动压力目前还存在争议，尤其是单相启动压力梯度，根据在石油大学所做实验证实，单相条件下是不存在启动压力梯度的），岩石的渗透率越小，平均孔隙半径也越小，喉道越细，启动压力梯度也就越大。水驱启动压力梯度大于CO2驱启动压力梯度，CO2驱可明显降低地层的启动压力，提高注入能力。

（9）改变岩石孔隙结构。经过CO2驱后，岩石渗透率、平均孔隙半径、最大孔隙半径增加，大孔隙的孔隙半径增加，小孔隙的孔隙半径降低。岩石孔隙结构的变化主要与岩石的矿物组成有关。

（10）岩石润湿性变化。在CO2作用下，岩石亲水性增强。随着压力增加，亲水性增强，CO2驱有利于油进入孔道中间，减小油流动阻力。

原油中存在着沥青质，它通过胶质成为胶溶状态，在地层条件下达到热力学平衡，沥青质分散溶解于原油中。当地层压力、温度改变，特别是当注入其他气体时破坏了原有的热力学平衡，沥青质和其他有机物就会沉积出来，即在相图上有第四相（固相）产生，堵塞地层造成地层损害。这个过程在一次采油降压开采时就会发生，只是在注气过程中更加严重而已。当前，在地层损害研究中，沥青质及其他有机物沉积是研究的热点，出现了各种热力学模型和数值模拟预测软件。

在注气过程中由于温度和压力的骤然变化，烃类气体与水发生水化作用，而形成烃类水化物固体。烃类水化物多在地面管线形成，但如果开采不适当，一旦在地层内形成，也会引起地层损害。注入CO2后使地层中CO23－和HCO3－浓度增加，更易形成碳酸钙垢，使结垢加剧。CO2和烟道气中的H2S气体使管线腐蚀严重，金属腐蚀物进入地层，以及防腐涂层剥落等也会形成地层损害。在注烃或CO2进行混相或非混相驱时，要进行充分的相态研究，防止由于温度、压力、组分的改变而出现固相，同时防止水化物出现。地层一旦出现沥青沉淀，可用溶剂清洗地层解除堵塞。