李劉鵬 張志軍

摘 要：文章在介紹注CO2采油機(jī)理和注CO2采油兩種方式的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了注CO2提高原油采收率技術(shù)所面臨的一些問(wèn)題，進(jìn)一步介紹目前面對(duì)這些問(wèn)題已經(jīng)應(yīng)用或者正在探究的解決措施。

關(guān)鍵詞：CO2；采油機(jī)理；采油方式；研究趨勢(shì)

引言

二次開(kāi)采以后油藏中仍然會(huì)有大量的原油存留，儲(chǔ)層的含油飽和度仍有20%到35%，再次開(kāi)采利用的空間很大。同時(shí)，隨著溫室效應(yīng)的日益顯著，埋存二氧化碳已經(jīng)成為避免氣候變化的重要途徑之一，地質(zhì)封存被認(rèn)為是未來(lái)主要的埋存方式，而開(kāi)采中或者枯竭的油田具有很大的存儲(chǔ)潛力。因此，注入二氧化碳提高原油采收率成為一舉兩得的事情，減輕溫室效應(yīng)的同時(shí)提高油藏的利用率，得到世界各國(guó)的重視和應(yīng)用。

注二氧化碳提高原油采收率的方法研究早在幾十年前便有記載，1958年美國(guó)Permain盆地開(kāi)展的二氧化碳混相驅(qū)替項(xiàng)目是最早的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，注入二氧化碳后，二氧化碳與儲(chǔ)油層和原油發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)，從而提高驅(qū)油和采收率。近幾年來(lái)，隨著原油資源的日益稀缺和環(huán)境保護(hù)的迫切需要，注二氧化碳提高原油采收率的技術(shù)研究更加受到關(guān)注和重視，很多國(guó)家針對(duì)改方法做了諸多實(shí)驗(yàn)和研究。

1 注CO2采油的機(jī)理

相比一般烴類氣體CO2更易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，因?yàn)槠湟兹苡谒陀偷奈锢砘瘜W(xué)特性，CO2具有以下一些驅(qū)替機(jī)理：

（1）降低油水界面張力，減少驅(qū)替阻力。CO2極易溶于油，它在油中的溶解度比在水中溶解度大3到9倍。在驅(qū)油的過(guò)程中，大量的CO2與輕烴混合，能大幅度降低油水界面張力，減少殘余油飽和度，從而提高原油采收率。

（2）降低原油粘度。當(dāng)原油中溶解CO2時(shí)，原油粘度會(huì)明顯下降，下降幅度主要取決于壓力、溫度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高，下降幅度越明顯；溫度較高時(shí)，CO2溶解度降低導(dǎo)致降粘作用下降；同一溫度，壓力上升CO2溶解度上升，降粘效果相應(yīng)增強(qiáng)，但是超過(guò)飽和壓力后粘度卻會(huì)增加。

（3）使原油體積膨脹。實(shí)驗(yàn)顯示，CO2充分溶解于原油中可使原油體積膨脹10%到40%，從而增加了原油的內(nèi)動(dòng)能，并且大幅減少毛管阻力和流動(dòng)阻力，因此提高原油流動(dòng)能力。

（4）溶解氣驅(qū)作用。CO2在油層中占據(jù)一定的空隙，增加了油層的壓力，使原油增產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中壓力下降使原油中溶解的CO2逸出，具有溶解氣驅(qū)的作用，提高驅(qū)油效果。

除了上述作用，注入二氧化碳還具有酸化解堵等作用，這些機(jī)理同時(shí)作用，提高原油采收率。

2 注CO2采油的主要方式

（1）CO2混相驅(qū)替。在混相驅(qū)替過(guò)程中，CO2萃取或者氣化原油中的輕質(zhì)成分，實(shí)現(xiàn)混相等作用，是注二氧化碳提高原油采收率最重要的機(jī)理?；煜嘧饔玫膶?shí)現(xiàn)受地層條件的影響，大量試驗(yàn)表明，混相驅(qū)替適用于API重度比較高的輕質(zhì)油藏。

（2）CO2非混相驅(qū)替。CO2非混相驅(qū)替的主要機(jī)理是降低原油粘度，使原油體積膨脹，減小界面張力。當(dāng)油藏受地層和流體性質(zhì)限制不能采用混相驅(qū)替時(shí)，利用CO2非混相驅(qū)替也能提高原油采收率。

目前注二氧化碳混相驅(qū)替是最主流的提高原油采收率的方法，非混相驅(qū)替的使用相對(duì)較少。

3 注二氧化碳采油存在的問(wèn)題及研究趨勢(shì)

通過(guò)前期的文獻(xiàn)梳理和系統(tǒng)分析可以知道，注二氧化碳采油的機(jī)理簡(jiǎn)單易行，因此受到廣泛的重視和應(yīng)用，但是仍然存在某些問(wèn)題需要得到改進(jìn)和完善，注二氧化碳采油存在的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）管材的腐蝕問(wèn)題。二氧化碳溶于水之后導(dǎo)致水溶液呈現(xiàn)酸性，因此對(duì)采油管材有著一定的腐蝕作用。實(shí)驗(yàn)表明，在同樣的PH值下，二氧化碳水溶液的腐蝕性甚至高于鹽酸。針對(duì)管材腐蝕問(wèn)題，世界各國(guó)在實(shí)踐中已經(jīng)探究出較為豐富的防腐措施，積累了豐富的防腐蝕經(jīng)驗(yàn)，其主要包括使用耐腐的材料（例如非金屬材料）制作油氣井管材、注入緩蝕劑等。

（2）過(guò)早氣竄和波及系數(shù)較小。二氧化碳的粘度與原油粘度之間存在的較大差異會(huì)引起流度比不理想，又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致氣體的過(guò)早突破和波及系數(shù)過(guò)小，這種情況非常不利于注二氧化碳采油。當(dāng)前，怎樣保持合適的流度比，控制二氧化碳的突破時(shí)間，擴(kuò)大二氧化碳的波及系數(shù)已經(jīng)是注二氧化碳提高原油采收率技術(shù)面臨的最主要的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)外開(kāi)展了眾多探究和試驗(yàn)，主要包括以下幾個(gè)方面：一是與其他提高原油采收率方法相結(jié)合，例如在注入二氧化碳的同時(shí)加入表面活性劑形成泡沫，從而能夠降低氣體流度以及減小儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，提升注入二氧化碳的波及效果；二是開(kāi)發(fā)新型注氣方式，Malcolm·D在2001年提出了SAG注入法，該注入方法的重點(diǎn)是在兩個(gè)注入周期中間增加一個(gè)關(guān)井浸泡期，即注入一個(gè)周期的二氧化碳后關(guān)閉油井浸泡一段時(shí)間，二氧化碳溶解到原油中，使原油的體積增大，粘度降低，之后開(kāi)井再次注入。

（3）最小混相壓力的降低。目前主流的注二氧化碳采油方法基本上都是采用混相驅(qū)替法，然而最小混相壓力主要與油藏的溫度、壓力以及流體的性質(zhì)有關(guān)，受這些條件限制，某些油藏使用混相驅(qū)替方法比較困難，而如果采用非混相驅(qū)替法采收效果又會(huì)小很多。降低最小混相壓力、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)混相驅(qū)替已經(jīng)成為急需解決的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，研究者的試驗(yàn)表明，當(dāng)CO2中加入C5+后，最小混相壓力可以得到有效降低。

（4）氣源問(wèn)題。目前注二氧化碳提高原油采收率的方法使用的氣源有兩種，一是天然氣源，另外是工業(yè)企業(yè)廢氣，受限于二氧化碳的收集和儲(chǔ)存技術(shù)，目前對(duì)于廢氣的利用仍然較少，然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，注氣采油法在利用工業(yè)廢氣方面將會(huì)有更多進(jìn)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

二氧化碳具有很強(qiáng)的驅(qū)油作用，注二氧化碳提高原油采收率法在全球范圍內(nèi)得到廣泛重視和應(yīng)用，盡管該方法存在一些局限和問(wèn)題，但是研究者在不斷地探究和尋找更好的解決和改進(jìn)方法，注二氧化碳仍然是提高原油采收率的重要方法。

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