淺談CO2驅替技術的研究及發展

孔德慧

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

淺談CO2驅替技術的研究及發展

孔德慧

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

如何協調好環境保護與化石能源利用的關系，不僅是世界共同面臨的問題更是石油工業的自我革新的出路所在。CO2是全球變暖的主要因素，CO2驅替技術即將 CO2收集起來并輸送回地下換取更多的石油，這樣的模式不僅控制了大氣中的CO2含量，還能帶來可觀的經濟效益。因此對此技術的發展現狀進行分析研究并展望。

環境保護 ；CO2；驅替技術 ；經濟效益

蘇聯最早從1952年開始就對 CO2提高采收率技術進行了研究，進行了廣泛的礦場實驗，20世紀60年代在圖依馬津油田進行工業實驗并 推廣[1]。美國在 1958 年在 Permain 盆地第一次進行了混相驅替的礦場實驗，并于70年代開始商業化應用，隨后推動了 CO2驅的快速發展，建立了完整的驅替理論，使之成為繼蒸汽驅后第二大提高采收率的技術。我國的CO2驅替技術起步較晚，大慶最早對這一技術展開研究，隨后進行了大量的先導試驗。1996年江蘇富民油田進行的氣 -水交替注入也取得較好的增產效果。對于國內低滲油藏地層能量不足，注水開發效果較差，從 CO2驅替技術的發展趨勢來看，有著很大的潛力。當前的技術水平下，注入的 CO2體積可以占據儲層孔隙體積的30%，埋存量可觀，原油的采收率也可以再提高7%～22%。

1 CO2驅替技術基本原理

1.1 CO2非混相驅

非混相驅作為一種二次采油方式，采取重力穩定注入的方式、CO2在油藏中不發生混相作用的。對于黏度相對較大、瀝青質含量高的稠油，CO2非混相驅更為適用，可幫助注水開發效果不佳的常規油氣藏提高采收率。根據氣體的注入部位及注入方式，非混相驅可分為以下幾種方式：①注入油藏頂部的 CO2非混相驅。②注入油藏底部的 CO2非混相驅。③ CO2吞吐技術。

1.2 CO2混相驅

CO2混相驅相比上述的非混相驅技術方法有著更高的采油效率，其驅替原理也更為復雜。通過氣 -水交替注入（WAG）技術實現地層中氣、水、油的混相。CO2在自然界中具有不同的存在形式（相態）。除了氣體、固體、液體三個相態外，在高溫高壓下 CO2還會呈現出一種特殊的“超臨界狀態”。在超臨界狀態下，CO2的流動性接近氣態而溶解性接近液態，可以成為很好的溶劑，CO2本身又可以萃取原油中的輕質烴。更重要的是，相比水、氮氣等其他流體，CO2的臨界條件并不苛刻。當溫度、壓力超過臨界點 T=304K，p=7.48MPa，CO2就能進入超臨界狀態。

所謂混相，簡單說就是原油中的輕質烴類溶解在 CO2中，使得被驅動的油氣與驅替物（CO2/水）間界面張力消失，原本有明顯界面分隔的油、氣、水相互混合在一起。之所以CO2可以形成混相，是因為它在超臨界狀態下，密度類似液體，且具有較低的黏度的特殊性質。油、水、二氧化碳形成混相帶后，CO2將原油中的輕質烴充分提取，形成富含烴類的混相，而瀝青質、石蠟從原油中析出，殘留在原地，混相帶就像肥皂液一樣，將孔隙所有的油沖洗下來并帶走。混相的驅油效率很高，在理想條件下，CO2可以與原油無限互溶，100% 的采出，同時原油自身黏度也大幅下降，使原油更順利地在地層中流動。由注入端到采出端，依次可分三個區域如圖所示：CO2區、混相帶、原油區。氣體注入，混相帶向前推進，卷走殘留在孔隙中的原油，同時推動原油向采出端運動。CO2混相驅采用CO2與水交替注入的辦法，主要分為連續注入、簡單注入、錐形注入等實施過程中首先注入 CO2氣體，隨后注入水。氣體注入的波及面積小而水的波及系數低，氣、水結合的注入方式能避免這些缺陷而使驅替更加有效。

2 CO2驅替的機理優勢

1）降低原油黏度：由于 CO2與原油都是 C、O 元素的化合物，分子結構相似，“相似相溶”使得 CO2與原油有很好的互溶性。

2）改善流體的流度比及儲層滲透性：CO2溶于水后會形成碳酸，碳酸化后的原油流動性有所增強而且碳酸化后的水流動性會相對減弱，二者流度均一化減少了流度比，可以抑制黏性指進的作用，提高注水波及系數。同時，形成的碳酸會對儲層進行酸化，溶解地層中的膠結物及孔喉中的顆粒，提高儲層的滲透率。

3）使原油體積膨脹：CO2與原油互溶后，可使原油體積增加10%～100%，原油密度越高，分子質量越小，膨脹程度越大。原本稠密的原油經蓬松后體積膨大，有利于剩余油膨脹從小孔隙中流出，同時增加了地層內的彈性能量，提高了壓力傳導效率，有利驅替。

4）萃取、氣化原油中的輕烴：二氧化碳首先會萃取、氣化原油中的輕質烴，降低原油相對密度。這也是二氧化碳混相驅的重要機理。同時，這種萃取會降低油水界面張力，同時也會降低殘余油的飽和度，提高原油采收率。

5）混相效應：二氧化碳與原油混相后，不僅能萃取和氣化原油中的輕質，還能形成二氧化碳與輕質烴混合帶，清洗出殘留在孔隙中的原油。

3 結束語

CO2驅替技術不僅有效減少大氣中 CO2含量，還對提高原油采收率有著顯著的作用，這是一種雙贏的技術。我國有大量的未動用的低滲原油儲量，適合使用 CO2驅替技術進行開采。但現在 CO2驅替技術在我國油田的應用還非常少，我國對此技術掌握還不夠成熟，還需要對其進行研究并應用。

[1] 高慧梅，何應付，周錫生.注二氧化碳提高原油采收率技術研究進展[J].特種油氣藏，2009，（1）.

Research and Development of CO2Displacement Technology

Kong De-hui

How to coordinate the relationship between environmental protection and fossil energy use is not only the common problem facing the world，but also the way of self-innovation of the oil industry.CO2is a major factor in global warming，CO2flooding technology is to collect CO2and transported back to the ground in exchange for more oil，this model not only controls the atmospheric CO2content，but also brings considerable economic benefits.This paper analyzes and prospects the development of this technology.

Environmental protection；CO2；flooding technology；Economic benefits

TE665.3

A

1003-6490（2017）06-0074-01

201-05-06

孔德慧（1993—），女，山東濟南人，在讀碩士研究生，主要研究方向為復雜流體流動與數值模擬。