董秀成

二氧化碳驅(qū)油與封存技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能綜述

鮑玲1董秀成1張秋梅2

1中國石油大學(xué)（北京）工商管理學(xué)院2大慶油田創(chuàng)業(yè)騰飛建筑安裝工程有限公司

根據(jù)CO2驅(qū)油與封存機(jī)理，對(duì)國內(nèi)外CO2驅(qū)油與封存技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。我國需對(duì)CO2驅(qū)油與封存進(jìn)行深入的分析研究，技術(shù)性能方面包括對(duì)注入油層過程進(jìn)行CO2性能分析、油藏性質(zhì)分析，以及對(duì)防腐材料、涂層的研究，加強(qiáng)含雜質(zhì)的CO2和可改變原油組分物質(zhì)的性能分析，加強(qiáng)油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲透率、油藏縱向非均質(zhì)性，油藏流體飽和程度、油藏流體性質(zhì)的性能分析研究。經(jīng)濟(jì)性能方面包括建立CO2運(yùn)輸及驅(qū)油管道優(yōu)化設(shè)計(jì)性能分析，制定完備的法律政策。

CO2驅(qū)油；驅(qū)油機(jī)理；封存機(jī)理；技術(shù)性能；經(jīng)濟(jì)性能

二氧化碳（CO2）驅(qū)油與封存是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及石油工程、能源經(jīng)濟(jì)、環(huán)境工程等多個(gè)學(xué)科。我國的此項(xiàng)技術(shù)尚未成熟，有關(guān)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的分析還不夠完善，對(duì)影響CO2驅(qū)油與封存項(xiàng)目的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析論證，可為項(xiàng)目的投資提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的指導(dǎo)意義。本文根據(jù)CO2驅(qū)油與封存機(jī)理，對(duì)其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出CO2驅(qū)油與封存亟待解決的問題，提出CO2驅(qū)油與封存技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能分析的研究發(fā)展方向。

1 CO2驅(qū)油與封存機(jī)理

1.1 驅(qū)油機(jī)理

CO2驅(qū)油機(jī)理可分為CO2混相驅(qū)和CO2非混相驅(qū)。兩種方式的區(qū)別在于地層壓力是否達(dá)到最小混相壓力，當(dāng)注入到地層壓力高于最小混相壓力時(shí)，實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)油。當(dāng)壓力達(dá)不到最小混相壓力時(shí)，實(shí)現(xiàn)非混相驅(qū)油。CO2驅(qū)提高原油采收率特點(diǎn)如下：①降低原油黏度；②原油體積膨脹；③改善油水流度比；④分子擴(kuò)散作用；⑤混相效應(yīng)；⑥萃取和汽化原油中的輕烴；⑦溶解氣驅(qū)。

對(duì)CO2驅(qū)提高采收率的特點(diǎn)進(jìn)行研究，有利于在驅(qū)油過程中對(duì)CO2及油藏的技術(shù)性能進(jìn)行分析，進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。

1.2 封存機(jī)理

在油田的開發(fā)過程中注入CO2，可以提高石油的采收率，同時(shí)部分CO2會(huì)溶解、分散在地層和原油中，也有部分CO2與巖石反應(yīng)沉積在油藏中。具體來講，CO2在油藏中埋存主要通過束縛空間儲(chǔ)存、構(gòu)造空間儲(chǔ)存、礦化儲(chǔ)存和溶解儲(chǔ)存等機(jī)理實(shí)現(xiàn)，其中最主要的儲(chǔ)存方式是束縛空間和構(gòu)造空間儲(chǔ)存。

CO2封存機(jī)理是CO2封存效率的根本，對(duì)CO2在油藏中的埋存方式進(jìn)行分析論證，有利于封存過程中CO2與存儲(chǔ)空間的性能分析，進(jìn)一步提高CO2封存效率。

2 CO2驅(qū)油與封存性能分析

驅(qū)油與封存性能分析，包括技術(shù)性能分析和經(jīng)濟(jì)性能分析，兩者緊密相連。CO2提高采收率（CO2—EOR）能夠提高原油采收率8%～15%，在注入CO2驅(qū)油的過程中，約60%的CO2留在油藏中，而40%的CO2同原油一起被采出。對(duì)CO2的驅(qū)油與封存進(jìn)行各方面的性能分析，不僅有利于CO2驅(qū)油效率和封存率的提高，而且可以降低項(xiàng)目的投資。CO2—EOR經(jīng)濟(jì)性能分析是項(xiàng)目論證和項(xiàng)目預(yù)算的依據(jù)，可降低項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，增加盈利概率。

2.1 技術(shù)性能

CO2驅(qū)油的技術(shù)性能分析包括封存潛力分析、安全性能分析、驅(qū)油產(chǎn)量分析等各種工程性能分析。文獻(xiàn)[1]提出了一種CO2封存潛力及安全性的性能分析方法，該方法綜合考慮了各方面地質(zhì)特征，并結(jié)合了原來的分析經(jīng)驗(yàn)。文獻(xiàn)[2]針對(duì)吉林油田某區(qū)塊具體的油藏條件，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件，對(duì)不同韻律儲(chǔ)層驅(qū)油效果進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[3]對(duì)影響低滲油藏CO2驅(qū)油混相條件的主要因素進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[4]以勝利大蘆湖油田樊124區(qū)稀油油藏為例，通過CO2對(duì)地層油的多次脫氣、膨脹降黏和多次接觸實(shí)驗(yàn)，利用高溫高壓PVT物性分析儀，研究了用不同量CO2飽和的稀油相特性。

CO2—EOR技術(shù)性能分析方面的研究剛剛起步，多數(shù)文獻(xiàn)集中于模型特殊的技術(shù)問題，還未形成比較系統(tǒng)的理論。

孔壁巖體與鉆井液之間的化學(xué)反應(yīng)或物理轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)孔壁巖石與鉆井液的水礦化度、活度或化學(xué)電位等不同時(shí)會(huì)導(dǎo)致水相轉(zhuǎn)移、泥頁巖吸水膨脹或軟化和溶解等，破壞孔壁應(yīng)力平衡，給孔壁穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重影響。物化平衡的關(guān)鍵是防止孔壁巖石和鉆井液之間的水相轉(zhuǎn)移。

2.2 經(jīng)濟(jì)性能

經(jīng)濟(jì)分析包括各種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析、法律政策制定、社會(huì)接受度調(diào)查等研究。文獻(xiàn)[5]在建立由5個(gè)模塊構(gòu)成的模型基礎(chǔ)上，對(duì)中東地區(qū)的CO2—EOR工程進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能分析。文獻(xiàn)[6]對(duì)美國CO2地質(zhì)封存法律制定問題進(jìn)行研究，指出應(yīng)盡快建立統(tǒng)一的法律框架。文獻(xiàn)[7]對(duì)水平驅(qū)油井進(jìn)行研究，對(duì)對(duì)CO2驅(qū)油的注入和封存進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

國內(nèi)對(duì)于CO2—EOR經(jīng)濟(jì)分析的研究還很少，主要原因是國內(nèi)CO2—EOR項(xiàng)目建設(shè)少，缺乏大量的相關(guān)數(shù)據(jù)等信息。

CO2—EOR與封存是復(fù)雜的過程，從以上文獻(xiàn)可知，現(xiàn)有研究集中于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)單一方面的分析，如何綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能分析，是驅(qū)油封存技術(shù)需要解決的問題。因此，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能分析需要進(jìn)一步研究。

3 待解決問題

雖然國內(nèi)外CO2驅(qū)油與封存技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，但是由于地質(zhì)、油藏屬性、國家政策等各方面的因素，我國關(guān)于CO2驅(qū)油與封存的性能研究，還存在一些問題。

3.1 技術(shù)性能方面

（1）腐蝕作用。CO2在注入油層的過程中，與水反應(yīng)生成的碳酸，對(duì)設(shè)備、管線、井筒有較強(qiáng)的腐蝕性，而且腐蝕產(chǎn)物被注入流體帶入地層會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙。如何加強(qiáng)對(duì)注入油層過程進(jìn)行CO2性能分析、油藏性質(zhì)的分析以及防腐材料、涂層的研究，是解決腐蝕問題的關(guān)鍵。

（2）最小混相壓力較高。CO2與原油的最小混相壓力不僅取決于油藏的溫度和CO2的純度，而且也取決于原油組分。因此，加強(qiáng)含雜質(zhì)的CO2及可改變原油組分物質(zhì)的性能分析，是解決混相壓力的關(guān)鍵。

（3）竄流嚴(yán)重。在驅(qū)油過程中，由于CO2黏度低及油層的非均質(zhì)性，易出現(xiàn)黏性指進(jìn)及竄流，造成不利的流度比，致使CO2過早突破含油帶，影響驅(qū)油效率。加強(qiáng)油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲透率、油藏縱向非均質(zhì)性、油藏流體飽和程度和油藏流體性質(zhì)的性能分析研究，是解決CO2竄流問題的關(guān)鍵。

3.2 經(jīng)濟(jì)性能方面

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)性能。我國的CO2氣源不足，需要從電廠捕集CO2，經(jīng)管道運(yùn)輸?shù)津?qū)油現(xiàn)場，設(shè)備投資巨大。如何選擇封存場地，建立CO2運(yùn)輸及驅(qū)油管道優(yōu)化設(shè)計(jì)性能分析，是降低CO2驅(qū)油與封存經(jīng)濟(jì)成本的關(guān)鍵。

（2）相關(guān)法律政策的制定。我國CO2驅(qū)油與封存技術(shù)還處于起步階段，相關(guān)法律政策制定不夠完善。加強(qiáng)社會(huì)調(diào)查制定完備的法律機(jī)制，能夠?yàn)榉獯娴挠行院桶踩蕴峁┍Ｕ稀?/p>

4 結(jié)語

CO2驅(qū)油與封存技術(shù)是復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到多個(gè)學(xué)科。如何系統(tǒng)科學(xué)的對(duì)CO2驅(qū)油與封存進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的綜合性能分析，關(guān)系到CO2驅(qū)油與封存技術(shù)能否順利有效實(shí)施。雖然現(xiàn)有研究已取得了初步的成果，但在某些方面的研究還存在不足，需進(jìn)一步深入的分析研究。技術(shù)性能方面包括：①對(duì)注入油層過程進(jìn)行CO2性能分析、油藏性質(zhì)分析，以及對(duì)防腐材料、涂層的研究；②加強(qiáng)含雜質(zhì)的CO2的性能分析和可改變原油組分物質(zhì)的性能分析；③加強(qiáng)油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲透率、油藏縱向非均質(zhì)性、油藏流體飽和程度、油藏流體性質(zhì)的性能分析研究。經(jīng)濟(jì)性能方面包括：①建立CO2運(yùn)輸及驅(qū)油管道優(yōu)化設(shè)計(jì)性能分析；②制定完備的法律政策。

我國CO2—EOR技術(shù)剛剛起步，由于地質(zhì)條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的差異，國外技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能分析方法不能直接應(yīng)用于我國各大油氣田。隨著我國CO2—EOR技術(shù)的普及，其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能分析必將逐步完善，形成有我國特色的理論體系。

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（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.001