向 如

(长江大学 机械工程学院，湖北 荆州 434023)

CO2驱油技术发展现状

向 如

(长江大学 机械工程学院，湖北 荆州 434023)

CO2被认为是造成全球温室效应的主要原因，所占比例达到73%以上，因此减少CO2的排放是目前全球范围内一个重要的问题。CO2捕集与封存和CO2提高原油采收率是近年来国内外备受关注的温室气体减排及提高原油采收率技术，多年的生产实践表明，CO2驱油可以延长水驱近衰竭油藏寿命15～20年，提高采收率7～25%。该技术已经成为了全球范围内一种重要的提高原油采收率方法，同时能有效减少CO2的排放，对减缓全球温室效应起到积极作用。

CO2驱油；温室效应；CCS；CO2-EOR；国内外现状

全球气候变暖对人类以及整个地球环境可能产生的危害，已经日益引起世界各国的广泛关注。随着全球能源需求的增长，CO2排放量仍会相应的增加，主要的二氧化碳排放源是来自能源和工业部门为产生能量而消耗的化石燃料，而人类排放到大气中的CO2被认为是造成全球温室效应的主要原因，有数据显示，CO2是主要的温室气体，所占的比例达到73%以上，近年来有记录显示地表温度呈现一个增长的趋势，在上个世纪，全球平均温度增长了0.74℃，增幅明显增大。因此，减少CO2的排放是目前全球范围内一个重要的问题[1]。

CO2捕集与封存(CCS)和CO2提高原油采收率(CO2-EOR)是近年来国内外备受关注的温室气体减排及提高原油采收率技术。美国、澳大利亚、加拿大等国已实现大规模管输埋存驱油，管道输送技术和CO2驱油技术都比较成熟[2]。

1 CCS和CO2-EOR技术

1.1 CCS技术

CCS是CO2捕集与封存的一个过程，首先从工业或能源相关的行业(如化工厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂等)分离和捕集CO2，然后通过注入井将CO2输入到储存位置，注入到地下深处的储集层，永远跟大气层和饮用水源隔绝，它也能被用来从储集层中提取碳氢化合物。

在EOR或EGR项目中，大部分注入的CO2被埋存在地层中，一些注入的CO2和碳氢化合物一起出来，重新分离并循环利用到注入井中。如果没有CCS过程，燃煤电厂会排放燃烧废气到大气层中，而CCS地面设备能够将燃烧废气中的大多数CO2分离出来，排放O2、N2和H2O组成的烟气流，该技术能极大的减少CO2的排放，对全球温室效应具有很重大的意义。

1.2 CO2-EOR技术

CO2比一般烃类气体易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，CO2可以从水溶液中转溶于原油中。CO2-EOR技术的研究与应用起始于20世纪50年代，国内外大量研究结果和矿场试验已经证明，以CO2作为驱油剂注入油藏，可以大幅度地提高原油采收率。

由于CO2是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以通过以下机理来提高采收率：(1)分子扩散作用；(2)产生混相效应；(3)降低原油粘度；(4)提高渗透率作用；(5)降低界面张力；(6)萃取和汽化原油中的轻烃；(7)使原油体积膨胀；(8)溶解气驱作用；(9)改善原油与水的流度比。当它大量溶解于水中时，可起到如下作用：(1)使水的粘度增加，流动性降低，从而提高油水流度比而改善水驱油效率；(2)二氧化碳水溶液能与岩石碳酸盐成分发生反应，并能使其溶解，从而促使储集层渗透率提高，注入井的吸收能力增强；(3)在碳酸水前缘会形成和保持CO2游离带，可有效改善水驱效率，极大降低残余油饱和度。

与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。国际能源机构评估认为，全世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000亿～6000亿桶。据不完全统计，目前全世界正在实施的二氧化碳驱油项目有近130个。其中，美国是二氧化碳驱油项目开展最多的国家，每年注入油藏的二氧化碳量约2000万～3000万吨。我国现已探明的低渗透油藏原油储量为63.2亿吨，其中50%左右为尚未动用的储量[3]。因而，二氧化碳驱油在我国石油开采中有着巨大的应用前景。

2 CO2驱油国外发展现状

国外在30年代提出注CO2提高原油采收率，50年代开始室内实验，第一个CO2-EOR技术专利于1952年授予，60年代进行矿场试验，70年代以后理论研究和生产应用都获得了迅速发展，第一个大规模商业化的CO2-EOR项目于1972年在西德克萨斯的SACROC油田开始运营，一直到今天还在生产工作，截止2010年，石油与天然气杂志(Oil and Gas Journal)中关于EOR的调查报告称，全球CO2-EOR项目总数已经达到127个，其中112个在美国，CO2注入储油层提高原油采收率已经安全高效地应用在18077口生产井，其中17112口井在美国，该技术已经成为了全球范围内一种重要的提高原油采收率方法[4]。多年的生产实践表明，CO2驱油可以延长水驱近衰竭油藏寿命15～20年，提高采收率7%～25%，是石油开采，特别是轻质油开采的最好EOR方法之一[5]。

目前，注CO2驱油已成为国外一种常用的较成熟的增产技术，增油量仅次于热采。国外CO2驱油主要有两种形式：(1)CO2混相驱油；(2)CO2非混相驱油。通过大量的试验证明，原油相对密度达到 0.9042 时，很难实现混相。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]。美国是CO2驱发展最快的国家，由于拥有丰富的天然CO2资源，CO2驱已成为其主要的提高采收率技术，现在世界上实施的大部分CO2驱项目是混相驱，其中90%以上的项目属于美国，2000年，美国的气驱增油量是5.23×104m3/d，二氧化碳混相和非混相驱占 3.013×104m3/d，二氧化碳驱占整个气驱增油的 57.6%。无论是作为二次采油方法，还是作为三次采油方法，其效果都很好，但是大多数大型CO2驱项目都是在注水多年且已近后期的油藏开展的三次采油[7-8]。

经过多年的实践，国外已经总结出许多注气的经验和教训，以前人们担心的很多问题都已逐步得到较好的解决，例如过早气窜问题、注入气体的油藏保持率问题、水堵对水气交替注入时CO2驱效果的影响等。矿场试验表明，注气后虽然会发生气体突破，但地下保留率仍旧较高，即使在气窜最严重时，气体地下保持率也在65%以上。近年来又提出混含水气交替以及近混相驱方法，使得CO2驱效果进一步提高。

3 CO2驱油国内发展现状

我国东部主要产油区CO2气源较少，但注CO2提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注CO2技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究，之后先后开展了注CO2先导试验。吉林油田利用万金塔CO2气田的液态CO2开展CO2吞吐和CO2泡沫压裂已达100井次以上[9]。

大庆油田非混相CO2驱油先导性矿场试验的研究开始于1985年，在可行性研究及确定最佳CO2驱油试验方案后，于1990年在葡Ⅰ2油层开始第一次矿场试验，之后又于 1994 年在萨Ⅱ10～14油层开始第二次试验。矿场试验所用CO2为大庆炼油厂的副产品，纯度96%。结果表明，水油比和水驱剩余油饱和度降低，采收率提高6.0%OOIP，每增采1t原油需注入2200m3CO2气体[10]。1996年江苏富民油田48井进行了CO2吞吐试验，已开展了CO2驱试验。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CO2-水交替(WAG)注入试验。除吉林、江苏和大庆油田进入现场试验外，其他油田也做了一些可行性研究，但现场试验还没有形成工业化规模。

4 结论

CO2驱油已成为国内外一种常用的较成熟的增产技术，目前增油量仅次于热采，越来越受到石油行业的重视，全球大部分CO2-EOR项目都集中在美国，其CO2驱占到整个气驱增油的57.6%，多年的生产实践表明，CO2驱油可以延长水驱近衰竭油藏寿命15～20年，提高采收率7-25%，带来非常大的经济效益，国内吉林、江苏和大庆等油田CO2驱油技术也逐渐成熟，原油采收率得到不同程度的提高。但CCS和CO2-EOR技术仍在研究和改进的过程中，国内外应予以高度的重视，大力发展CO2驱油技术，有效地提高原油采收率，更广泛地回收CO2，减少温室气体的排放，实现更好的经济效益和环境保护。

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[2] Bert Metz，Ogunlade Davidson，Heleen de Coninck，et al. IPCC special report on carbon dioxide capture and storage[R].Cambridge，UK：Cambridge University Press，2005：179-192.

[3] 赵越超. 多孔介质中CO2与油(水)两相渗流的MRI研究[D].大连:大连理工大学,2011.

[4] Sweatman R E, Crookshank S, Edman S. Outlook and technologies for offshore CO2EOR/CCS Projects[R].OTC 21984, 2011.

[5] 王珍. CO2驱油过程中的相对渗透率研究[D].东营：中国石油大学,2009.

[6] 孙家国. 辽河油田杜84块CO2驱油机理研究[D].北京：中国地质大学(北京),2008.

[7] Gray L, Goodyear S G. Overcoming the CO2supply challenge for CO2EOR[R].SPE 172105, 2014.

[8] Picha M S. Enhanced oil recovery by hot CO2flooding[R].SPE 105425, 2007.

[9] 李士伦,郭 平,戴 磊,等. 发展注气提高采收率技术[J].西南石油学院学报,2000,22(03):41-45.

[10] 谢尚贤,韩培慧,钱昱. 大庆油田萨南东部过渡带注CO2驱油先导性矿场试验研究[J].油气采收率技术,1997(03):13-19.

2017-09-26

向 如(1993—)，硕士研究生，主要研究方向为油气装备及井下工具的设计、诊断及动态仿真。

TE357.45

A

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

(本文文献格式：向如.CO2驱油技术发展现状[J].山东化工，2017，46(22)：47-48.)