CO2驅及復合驅提高采收率的技術論述

劉江波，邱家友，趙 晨

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司采油一廠，陜西 延安 716000；3.西安石油大油氣科技有限公司，陜西 西安 710065）

EOR研究是油氣田開發中的永久性課題之一。在貧油層中注入二氧化碳可以改善油氣田的采收率，已成為世界許多國家的石油勘探行業的共識。二氧化碳驅通常可以使原油采收率提高7%～15%，并使油井的生產壽命延長15～20年。可以從發電廠、化肥廠、水泥廠、化工廠、煉油廠、天然氣處理廠等工業設施的排放中回收二氧化碳，這不僅減少了溫室氣體的排放，還減少了溫室氣體的排放。同時，它減少了對氣候變化的影響，也增加了石油和天然氣的產量【1-5】。

1 機理概述

1.1 注CO2驅油機理

CO2的臨界溫度為31℃，相應的臨界壓力為7.495MPa。在高于臨界壓力的高壓條件下，隨著壓力的增加，CO2氣體變為液態黏性物質。與普通烴類氣體相比，CO2在水中的溶解度更高，而原油在水中的溶解度更大。二氧化碳本身具有特殊的替代機制，因為它易于溶于油和水。CO2易溶于原油，并具有的作用。增加原油量并促進從多孔介質中回收一些殘余油。然后，當注入水時，可以減少儲層中的殘留油量；降低和增加原油的黏度以及增加流動性和驅替效率可以改善毛細吸收效果，擴大油層的掃除范圍，并平衡水和油的流動【6】。

1.2 注入方式

通過不停的注入CO2導致CO2消耗量大，但影響面積小。交替使用水和氣以改善影響因子并減少CO2的回收。CO2的生產量具有較低的投資成本和較高的利用率，但回收率較低。影響CO2通過量的因素包括注入速率、周期性注入速率、鉆孔時間等；重力穩定的CO2浸泡法具有較高的采收率，但主要可用于深角度或垂直裂縫集中的油藏，CO2的含量通常高于水煤氣噴射噴霧浸泡法所需的CO2量。同時，注水和注入CO2的覆蓋范圍更廣，但容易受到重力影響和腐蝕。研究表明，WAG是最好的注入方法，應該得到更廣泛的推廣。

2 現狀分析

基于對上述情況的分析，注CO2采油機理易于實現，得到了很好地應用，但是有如下問題：

1）腐蝕問題

使用二氧化碳注入技術來提高原油的采收率，將二氧化碳引入原油生產系統。當溶于水時，CO2對油氣井管道的腐蝕性很強。在相同的pH值下，總酸度高于鹽酸。因此，它腐蝕井管比腐蝕鹽酸更多。迄今為止，世界上許多國家已經在與CO2有關的石油和天然氣生產實踐中測試并采用了多種方法，并積累了相對豐富的經驗。

2）早期竄氣，擴散系數小

由于CO2的黏度和原油的黏度之間存在很大差異，因此流動性非常不令人滿意，這導致了氣體的初始突破和較小的波及系數，這對于氣體注入的開發非常不利。當前，如何控制注氣開發的流動速率以延遲CO2的突破時間并增加CO2的波及系數是CO2開發面臨的最重要問題。針對該問題，國外已經進行了許多有益的嘗試，主要集中在三個方面：首先，它通過與其他EOR結合來減少氣流。例如在注氣過程中通過添加表面活性劑形成泡沫。減少油可能西藏儲層的非均質性影響提高了注入氣的掃除效率。第二，開發新的注氣方法。2001年，D1Malcolm提出了SAG注射方法。這個想法類似于注入二氧化碳的想法。也就是說，首先注入CO2一個周期，然后關閉孔并浸泡一段時間。在浸泡期間，CO2溶解在原油中，從而增加了原油量。在浸沒階段繼續注入后，黏度降低，并打開井。也就是說，在兩個注入周期的中間增加了一個封閉的浸入時間。第三是采用智能完井技術，通過井底流量控制閥通過智能完井來控制生產。在井眼可見區域產生CO2和注入注入井中的CO2量可以減少注入井之間不必要的CO2循環，這些生產井可以提高吹掃效率，增加原油產量并提高最終采收率。

3）降低最小混溶壓力

當前，注入二氧化碳的方法基本上是可混溶的溢流，但是混合的最小壓力主要與儲層的壓力，溫度和流體成分有關。對于某些溫度較高的儲層，很難實現混相驅替，并且混相驅的可采性遠小于混相驅的可采性。如何有效降低最小混相壓力來實現動態混相位移是一個重要的問題。有些學者指出，向CO2中添加少量C5＋可有效降低最小混溶壓力。

3 應用

3.1 國外應用情況

國外使用CO2驅油的主要國家是美國、蘇聯、匈牙利、加拿大、法國和德國。據統計，全球有94個CO2-EOR項目，包括美國的82個 （80個混合動力，2個非混合動力），加拿大的6個，特立尼達的5個和土耳其的1個。CO2-EOR技術的應用主要集中在美國，年石油總產量為1186×104t／a，占全球CO2-EOR總產量的94.2%。在美國，有10個產油區的292個油田適合于CO2驅油，采收率通常從7%提高到15%。在德克薩斯州，CO2是最重要的EOR方法，通常可使采收率提高約30%。根據美國能源部的國家能源技術研究所 （NETL）的評估，美國可能以340億桶的CO2驅油量來提高石油產量。自1970年以來，美國已將二氧化碳注入德克薩斯州的油田，作為提高采油量 （EOR）的技術手段。從1984年到1989年，二氧化碳混合洪水的日產量從4976.7m3增加到28464.8m3。二氧化碳不混溶驅油的日產量從111.6m3減少到15.1m3（1994年實際上停產）。用于二氧化碳混合驅的注氣項目數量從84個增加到40個，從98個增加到66個。到2006年，已有70多個類似項目。每年注入的二氧化碳總量為20至3000萬t，其中約300萬噸二氧化碳來自煤氣化廠和化肥廠的尾氣，大部分是從天然二氧化碳氣庫中收集的。截至2010年2月，注入二氧化碳已幫助一些成熟的油田采收了約15億桶石油，目前仍在使用。美國擁有最先進的CO2-EOR驅油技術。

3.2 國內應用情況

隨著世界繼續關注氣候變化，中國已經連續建立了幾個有關二氧化碳驅和封存的重大項目，并且在二氧化碳混溶驅的實驗室研究和礦場測試方面取得了一些進展。二氧化碳技術越來越多地用于油田，并且在江蘇、中原、勝利等油田進行了現場測試。江蘇油田的Fu 14斷塊于1998年底開始測試二氧化碳注水交替 （WAG）注入，同時保持最低的混溶壓力。注入6次后，水氣比從0.86∶1增加到2∶1，觀察到顯著增加。油的沉淀作用。注入水后，在油層中形成了一個新的含油濃縮區。試驗區的采油率從0.5%增加到1.2%，總節水率從93.5%減少到63.4%。對于勝利油田而言，適合充注二氧化碳的儲量非常可觀。初步的儲層評估研究表明，勝利電廠附近適于CO2驅油的低滲透油田的儲量超過2億噸。如果所有這些都是通過注入二氧化碳來開發的，那么每年可以消耗300萬噸二氧化碳，這可以使石油采收率從10%提高到15%。如果要大規模使用二氧化碳驅油，那么勝利油區的低滲透油藏有望擁有3500萬噸至4700萬噸的新可采儲量，二氧化碳注入需求將超過1億噸。油田是勝利電廠煙氣二氧化碳捕集與凈化技術，具有完全自主知識產權促進和應用，以確保未來勝利油田為大規模二氧化碳驅提供穩定的天然氣供應。

4 結語

二氧化碳在我國石油開發中具有巨大的應用潛力。根據 《中國開發的二次采油潛力研究及提高采收率的發展戰略評價研究》的結果，參與評估的原油儲量在現有的1370億噸稀薄油田中適合用于二氧化碳。二氧化碳驅可增加可采儲量約1.6億噸。此外，在我國已探明的500億噸低滲透原油中，尤其是約50%的未利用儲量中，二氧化碳驅油技術比水驅技術具有明顯的技術優勢。但是，二氧化碳驅技術尚未成為我國研究和應用的最佳技術。隨著技術的進步和應用范圍的擴大，二氧化碳有望成為提高油田開發效率，提高采收率的重要資源和技術保障。