秦伟

【摘要】二氧化碳驱可以作为二次或三次采油应用于油田。这项技术不仅能提高采收率，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。文中探讨了二氧化碳驱的驱油机理、各种注入方式的特点以及国内外的应用情况。可以看到，在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱有着非常广阔的推广利用前景。

【关键词】二氧化碳；三次采油；采收率；EOR

提高采收率（EOR）研究是油气田开发永恒的主题之一。将二氧化碳注入衰竭的油层，可提高油气田采收率，己成为世界许多国家石油开采业的共识。二氧化碳驱一般可提高原油采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20a。二氧化碳来源可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现使气候变暖的温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。

1、二氧化碳驱油机理

1.1降粘作用

二氧化碳与原油有很好的互溶性，随着溶解气油比的增加，原油粘度显著降低，粘度降低后原油流动能力增大，油水流度比减小，提高原油产量。

1.2膨胀作用

二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，便可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，是驱油效率升高，提高原油采收率。

1.3萃取和汽化原油中的轻烃

在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。

1.4溶解气驱作用

大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解气驱的作用。降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降，二氧化碳从液体中逸出，液体内产生气体驱动力，提高了驱油效果。另外，一些二氧化碳驱油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

1.5提高渗透率作用

二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水与油藏的碳酸盐反应，生成碳酸氢盐。碳酸氢盐易溶于水，导致碳酸盐尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过的碳酸岩渗透率提高，使地层渗透率得以改善，上述作用可使砂岩渗透率提高5%-15%，同时二氧化碳还有利于抑制粘土膨胀。另外，二氧化碳-水混合物由于酸化作用可以在一定程度上解出无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。

2、二氧化碳驱种类及注入工艺

2.1二氧化碳驱的种类

（1） 二氧化碳混相驱。混相驱油是在地层高退条件下，油中的轻质烃类分子被二氧化碳提取到气相中来，形成富含烃类的气相和溶解了二氧化碳的原油的液相两种状态。当压力达到足够高时，二氧化碳把原油中的轻质和中间组分提取后，原油溶解沥青、石蜡的能力下降，这些重质成分将会从原油中析出，残留在原地，原油粘度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。混相驱油效率很高，条件允许时，可以使排驱剂所到之处的原油百分之百的采出。但要求混相压力很高，组成原油的轻质组分C2-C6含量很高，否则很难实现混相驱油。由于受地层破裂压力等条件的限制，混相驱替只适用于重度比较高的轻质油藏，同时在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的经验，总结起来，二氧化碳混相驱对开采下面几类油藏具有更重要的意义。a.水驱效果差的低渗透油藏；b.水驱完全枯竭的砂岩油藏；c.接近开采经济极限的深层、轻质油藏；d.利用二氧化碳重力稳定混相驱开采多盐丘油藏。

（2）二氧化碳非混相驱。二氧化碳非混相驱的主要采油机理是降低原油的粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力，对原油中轻烃汽化和油提。当地层及其中流体的性质决定油藏不能采用混相驱时，利用二氧化碳非混相驱的开采机理，也能达到提高原油采收率的目的，主要应用包括：a.可用二氧化碳来恢复枯竭油藏的压力。虽然与水相比，恢复压力所用的时间要长得多，但由于油藏中存在的游离气相将分散二氧化碳，使之接触到比混相驱更多的地下原油，从而使波及效率增大。特别是对于低渗透油藏，在不能以经济速度注水或驱替溶剂段塞来提高油藏的压力时，采用注二氧化碳，就可能辦到，因为低渗透性油层对注入二氧化碳这类低粘度流体的阻力很小。b.重力稳定非混相驱替。用于开采高倾角、垂向渗透率高的油藏。c.重油二氧化碳驱，可以改善重油的流度，从面改善水驱效率。d.应用二氧化碳驱开采高粘度原油。

2.2二氧化碳驱注入工艺

（1）连续注二氧化碳气体。直接向已枯竭的地层中连续注入二氧化碳气体，特点为：a.见效快，但二氧化碳消耗量大，一般为地层孔隙体积的几倍；b.由于不利的流度比，容易发生早期气窜，产气量上升快，二氧化碳利用率低；c.不适于压力过低的油藏，因为这类油藏一方面需要大量的二氧化碳气体，另一方面，过低的压力下二氧化碳气体与原油混相困难，造成只有少量轻质烃采出，大量重质烃留在地下。（2）注碳酸水（ORCO）。利用二氧化碳溶于水的性质，将水-二氧化碳溶液注入到地层后，水中的二氧化碳在分子扩散作用下与原油接触并驱油。（3）水和二氧化碳气体交替注入。将二氧化碳和水以较小的段塞尺寸（一般小于5%HCPV）交替注入到油层中驱油。虽然注入的水可能造成水屏蔽和二氧化碳绕流原油，且存在潜力的重力分层作用，同时还可能造成注入能力下降等缺点。但由于改善了二氧化碳的流度，提高了二氧化碳的体积波及系数和利用率，因此，交替注入方式是经济有效的提高采收率的工艺方法。（4）同时注入二氧化碳气体和水。二氧化碳和水同时注入是利用双注系统同时将水和二氧化碳注入油层的方法。可以看做WAG发的一种极端情况。此种注入方法的不利因素就是：当高压注入二氧化碳和水的混合物时，注入井腐蚀严重；当两相同时注入时，注入能力会降低。

3、二氧化碳驱应用情况

3.1国外应用情况

国外采用二氧化碳驱的主要国家有：美国、前苏联、匈亚利、加拿大、法国、德国等。据统计，全球实施CO2-EOR项目共有94个，其中，美国82个（80个混相驱，2个非混相驱），加拿大6个，特立尼达5个，土耳其1个。CO2-EOR技术的应用主要集中在美国，其年产油量为1186×104t/a，占世界CO2-EOR总产量的94.2%。美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7%～15%，在西得克萨斯州，CO2是最主要EOR方法，一般可提高采收率30%左右。根据美国能源部国家能源技术实验室（NETL）的评价结果，美国利用二氧化碳驱的增油潜力达340亿桶。从1970年开始，美国就在得克萨斯州把二氧化碳注入油田作为提高石油采收率（EOR）的一种技术手段，从84年到89年，二氧化碳混相驱日产量由4976.7m3上升到28464.8m3。二氧化碳非混相驱日产量由111.6m3下降到15.1m3（实际上94年就停产了）。注气项目二氧化碳混相驱84年为40项，到98年增加到66项，至2006年已有70多个类似的项目，每年注入二氧化碳总量达2000万～3000万吨，其中大约有300万吨二氧化碳来源于煤气化厂和化肥厂的尾气，大部分从天然的二氧化碳气藏采集。到2010年2月止，注入二氧化碳已帮助一些成熟油田回收了近15亿桶石油，且至今还在使用。美国具有最先进的CO2-EOR驱油技术。美国的实践表明，CO2提高采收率技术适用油藏类型较广、提高采收率的幅度较大、在高油价下投资回报率较高；以工业废气为主的CO2捕集-封存-应用一体化提高采收率技术将是今后发展的新走向，新一代二氧化碳提高采收率技术预计可将采收率提高到60%以上。加拿大也有许多重油油藏被认为不适合进行热力开采，加拿大对CO2驱开采重油进行了大量的研究。二氧化碳驱对加拿大西部沉积盆地中许多接近枯竭的地层和大部分需要基础设施的油藏中都极具吸引力，已经开发出了一种适合于二氧化碳提高采收率方法的快速筛选、排序方法。这种方法适合储量数据库中的许多油藏，而且不需要对油藏工程进行详细分析。油藏的筛选当以原油比重、油层温度和压力、最小混相压力和剩余油饱和度为基础，确定出它们对注入二氧化碳的适配性，并且用一种解析方法计算出突破时增加的开采量和注入任何烃孔隙体积（HCPV）二氧化碳的系数。此外，要计算实施二氧化碳隔离的油藏容量。油藏排序应根据与权重相对应的一组标准来确定和选择最适合于二氧化碳驱并隔离二氧化碳的油藏。

3.2国内应用情况

随着全世界对气候变化的不断关注，中国先后设立了一批关于二氧化碳驱油利用与埋存相结合的重大项目，二氧化碳混相驱的实验室研究及矿场试验工作也有了一定的进展，注二氧化碳技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、胜利等油田进行了现场试验。江苏油田富14断块在保持最低混相压力的状态下，于1998年末开始了二氧化碳水交替（WAG）注入试验注入6周期后水气比由0.86：1升至2：1，见到了明显的增油降水效果。水驱后油层中形成了新的含油富集带。试验区采油速度由0.5%升至1.2%，综合含水率由93.5%降至63.4%。对于胜利油田而言，适合二氧化碳驱的油藏储量就非常可观。根据初步油藏评价研究结果，仅胜利电厂附近适合二氧化碳驱的低渗透油田储量就达2亿多吨，若全部采用二氧化碳驱开发，每年可能消耗二氧化碳300万吨，可提高油田采收率10%至15%。如规模应用二氧化碳驱，胜利油区低渗透油藏预计新增可采储量3300万吨至4700万吨，二氧化碳注入需求将达1亿吨以上。胜利电厂烟气二氧化碳捕集纯化技术，油田具有完全自主知识产权。它的推广应用，为今后胜利油田大规模开展二氧化碳驱提供了稳定的气源保障和技术保证。

二氧化碳在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用二氧化碳驱可增加可采储量约1.6亿吨。另外，对于我国现已探明的63.2亿吨的低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，二氧化碳驱比水驱具有更明显的技术优势。但是，二氧化碳驱技术在我国尚未成为研究和应用的主导技术。可以预测，随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。

参考文献

[1]马涛，汤达祯，蒋平，齐宁.注CO2提高采收率技术现状.油田化学，2007，24（4）：379-382.