CO2驅油技術發(fā)展現狀

向 如

(長江大學 機械工程學院，湖北 荊州 434023)

CO2驅油技術發(fā)展現狀

向 如

(長江大學 機械工程學院，湖北 荊州 434023)

CO2被認為是造成全球溫室效應的主要原因，所占比例達到73%以上，因此減少CO2的排放是目前全球范圍內一個重要的問題。CO2捕集與封存和CO2提高原油采收率是近年來國內外備受關注的溫室氣體減排及提高原油采收率技術，多年的生產實踐表明，CO2驅油可以延長水驅近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7～25%。該技術已經成為了全球范圍內一種重要的提高原油采收率方法，同時能有效減少CO2的排放，對減緩全球溫室效應起到積極作用。

CO2驅油；溫室效應；CCS；CO2-EOR；國內外現狀

全球氣候變暖對人類以及整個地球環(huán)境可能產生的危害，已經日益引起世界各國的廣泛關注。隨著全球能源需求的增長，CO2排放量仍會相應的增加，主要的二氧化碳排放源是來自能源和工業(yè)部門為產生能量而消耗的化石燃料，而人類排放到大氣中的CO2被認為是造成全球溫室效應的主要原因，有數據顯示，CO2是主要的溫室氣體，所占的比例達到73%以上，近年來有記錄顯示地表溫度呈現一個增長的趨勢，在上個世紀，全球平均溫度增長了0.74℃，增幅明顯增大。因此，減少CO2的排放是目前全球范圍內一個重要的問題[1]。

CO2捕集與封存(CCS)和CO2提高原油采收率(CO2-EOR)是近年來國內外備受關注的溫室氣體減排及提高原油采收率技術。美國、澳大利亞、加拿大等國已實現大規(guī)模管輸埋存驅油，管道輸送技術和CO2驅油技術都比較成熟[2]。

1 CCS和CO2-EOR技術

1.1 CCS技術

CCS是CO2捕集與封存的一個過程，首先從工業(yè)或能源相關的行業(yè)(如化工廠、鋼鐵廠、水泥廠、煉油廠等)分離和捕集CO2，然后通過注入井將CO2輸入到儲存位置，注入到地下深處的儲集層，永遠跟大氣層和飲用水源隔絕，它也能被用來從儲集層中提取碳氫化合物。

在EOR或EGR項目中，大部分注入的CO2被埋存在地層中，一些注入的CO2和碳氫化合物一起出來，重新分離并循環(huán)利用到注入井中。如果沒有CCS過程，燃煤電廠會排放燃燒廢氣到大氣層中，而CCS地面設備能夠將燃燒廢氣中的大多數CO2分離出來，排放O2、N2和H2O組成的煙氣流，該技術能極大的減少CO2的排放，對全球溫室效應具有很重大的意義。

1.2 CO2-EOR技術

CO2比一般烴類氣體易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，CO2可以從水溶液中轉溶于原油中。CO2-EOR技術的研究與應用起始于20世紀50年代，國內外大量研究結果和礦場試驗已經證明，以CO2作為驅油劑注入油藏，可以大幅度地提高原油采收率。

由于CO2是一種在油和水中溶解度都很高的氣體，當它大量溶解于原油中時，可以通過以下機理來提高采收率：(1)分子擴散作用；(2)產生混相效應；(3)降低原油粘度；(4)提高滲透率作用；(5)降低界面張力；(6)萃取和汽化原油中的輕烴；(7)使原油體積膨脹；(8)溶解氣驅作用；(9)改善原油與水的流度比。當它大量溶解于水中時，可起到如下作用：(1)使水的粘度增加，流動性降低，從而提高油水流度比而改善水驅油效率；(2)二氧化碳水溶液能與巖石碳酸鹽成分發(fā)生反應，并能使其溶解，從而促使儲集層滲透率提高，注入井的吸收能力增強；(3)在碳酸水前緣會形成和保持CO2游離帶，可有效改善水驅效率，極大降低殘余油飽和度。

與其他驅油技術相比，二氧化碳驅油具有適用范圍大、驅油成本低、采收率提高顯著等優(yōu)點。國際能源機構評估認為，全世界適合二氧化碳驅油開發(fā)的資源約為3000億～6000億桶。據不完全統(tǒng)計，目前全世界正在實施的二氧化碳驅油項目有近130個。其中，美國是二氧化碳驅油項目開展最多的國家，每年注入油藏的二氧化碳量約2000萬～3000萬噸。我國現已探明的低滲透油藏原油儲量為63.2億噸，其中50%左右為尚未動用的儲量[3]。因而，二氧化碳驅油在我國石油開采中有著巨大的應用前景。

2 CO2驅油國外發(fā)展現狀

國外在30年代提出注CO2提高原油采收率，50年代開始室內實驗，第一個CO2-EOR技術專利于1952年授予，60年代進行礦場試驗，70年代以后理論研究和生產應用都獲得了迅速發(fā)展，第一個大規(guī)模商業(yè)化的CO2-EOR項目于1972年在西德克薩斯的SACROC油田開始運營，一直到今天還在生產工作，截止2010年，石油與天然氣雜志(Oil and Gas Journal)中關于EOR的調查報告稱，全球CO2-EOR項目總數已經達到127個，其中112個在美國，CO2注入儲油層提高原油采收率已經安全高效地應用在18077口生產井，其中17112口井在美國，該技術已經成為了全球范圍內一種重要的提高原油采收率方法[4]。多年的生產實踐表明，CO2驅油可以延長水驅近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7%～25%，是石油開采，特別是輕質油開采的最好EOR方法之一[5]。

目前，注CO2驅油已成為國外一種常用的較成熟的增產技術，增油量僅次于熱采。國外CO2驅油主要有兩種形式：(1)CO2混相驅油；(2)CO2非混相驅油。通過大量的試驗證明，原油相對密度達到 0.9042 時，很難實現混相。因此，通常高于 0.9042 比重的原油采用非混相；低于 0.9042 比重的原油采用混相[6]。美國是CO2驅發(fā)展最快的國家，由于擁有豐富的天然CO2資源，CO2驅已成為其主要的提高采收率技術，現在世界上實施的大部分CO2驅項目是混相驅，其中90%以上的項目屬于美國，2000年，美國的氣驅增油量是5.23×104m3/d，二氧化碳混相和非混相驅占 3.013×104m3/d，二氧化碳驅占整個氣驅增油的 57.6%。無論是作為二次采油方法，還是作為三次采油方法，其效果都很好，但是大多數大型CO2驅項目都是在注水多年且已近后期的油藏開展的三次采油[7-8]。

經過多年的實踐，國外已經總結出許多注氣的經驗和教訓，以前人們擔心的很多問題都已逐步得到較好的解決，例如過早氣竄問題、注入氣體的油藏保持率問題、水堵對水氣交替注入時CO2驅效果的影響等。礦場試驗表明，注氣后雖然會發(fā)生氣體突破，但地下保留率仍舊較高，即使在氣竄最嚴重時，氣體地下保持率也在65%以上。近年來又提出混含水氣交替以及近混相驅方法，使得CO2驅效果進一步提高。

3 CO2驅油國內發(fā)展現狀

我國東部主要產油區(qū)CO2氣源較少，但注CO2提高采收率技術的研究和現場先導試驗卻一直沒有停止。注CO2技術在油田的應用越來越多，已在江蘇、中原、大慶、勝利等油田進行了現場試驗。1963年首先在大慶油田作為主要提高采收率方法進行研究，之后先后開展了注CO2先導試驗。吉林油田利用萬金塔CO2氣田的液態(tài)CO2開展CO2吞吐和CO2泡沫壓裂已達100井次以上[9]。

大慶油田非混相CO2驅油先導性礦場試驗的研究開始于1985年，在可行性研究及確定最佳CO2驅油試驗方案后，于1990年在葡Ⅰ2油層開始第一次礦場試驗，之后又于 1994 年在薩Ⅱ10～14油層開始第二次試驗。礦場試驗所用CO2為大慶煉油廠的副產品，純度96%。結果表明，水油比和水驅剩余油飽和度降低，采收率提高6.0%OOIP，每增采1t原油需注入2200m3CO2氣體[10]。1996年江蘇富民油田48井進行了CO2吞吐試驗，已開展了CO2驅試驗。江蘇油田富14斷塊在保持最低混相壓力的狀態(tài)下，于1998年末開始了CO2-水交替(WAG)注入試驗。除吉林、江蘇和大慶油田進入現場試驗外，其他油田也做了一些可行性研究，但現場試驗還沒有形成工業(yè)化規(guī)模。

4 結論

CO2驅油已成為國內外一種常用的較成熟的增產技術，目前增油量僅次于熱采，越來越受到石油行業(yè)的重視，全球大部分CO2-EOR項目都集中在美國，其CO2驅占到整個氣驅增油的57.6%，多年的生產實踐表明，CO2驅油可以延長水驅近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7-25%，帶來非常大的經濟效益，國內吉林、江蘇和大慶等油田CO2驅油技術也逐漸成熟，原油采收率得到不同程度的提高。但CCS和CO2-EOR技術仍在研究和改進的過程中，國內外應予以高度的重視，大力發(fā)展CO2驅油技術，有效地提高原油采收率，更廣泛地回收CO2，減少溫室氣體的排放，實現更好的經濟效益和環(huán)境保護。

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2017-09-26

向 如(1993—)，碩士研究生，主要研究方向為油氣裝備及井下工具的設計、診斷及動態(tài)仿真。

TE357.45

A

1008-021X(2017)22-0047-02

(本文文獻格式：向如.CO2驅油技術發(fā)展現狀[J].山東化工，2017，46(22)：47-48.)