秦偉

【摘要】二氧化碳驅(qū)可以作為二次或三次采油應(yīng)用于油田。這項(xiàng)技術(shù)不僅能提高采收率，還可以解決二氧化碳的封存問(wèn)題，保護(hù)大氣環(huán)境，抑制溫室效應(yīng)。文中探討了二氧化碳驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理、各種注入方式的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況?？梢钥吹?，在能源緊缺和節(jié)能減排的背景下，二氧化碳驅(qū)有著非常廣闊的推廣利用前景。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳；三次采油；采收率；EOR

提高采收率（EOR）研究是油氣田開(kāi)發(fā)永恒的主題之一。將二氧化碳注入衰竭的油層，可提高油氣田采收率，己成為世界許多國(guó)家石油開(kāi)采業(yè)的共識(shí)。二氧化碳驅(qū)一般可提高原油采收率7%～15%，延長(zhǎng)油井生產(chǎn)壽命15～20a。二氧化碳來(lái)源可從工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠、化肥廠、水泥廠、化工廠、煉油廠、天然氣加工廠等排放物中回收，既可實(shí)現(xiàn)使氣候變暖的溫室氣體的減排，又可達(dá)到增產(chǎn)油氣的目的。

1、二氧化碳驅(qū)油機(jī)理

1.1降粘作用

二氧化碳與原油有很好的互溶性，隨著溶解氣油比的增加，原油粘度顯著降低，粘度降低后原油流動(dòng)能力增大，油水流度比減小，提高原油產(chǎn)量。

1.2膨脹作用

二氧化碳注入油藏后，使原油體積大幅度膨脹，便可以增加地層的彈性能量，還有利于膨脹后的剩余油脫離地層水以及巖石表面的束縛，變成可動(dòng)油，是驅(qū)油效率升高，提高原油采收率。

1.3萃取和汽化原油中的輕烴

在一定壓力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同組分的輕質(zhì)烴，降低原油相對(duì)密度，從而提高采收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的輕質(zhì)烴，隨后較重質(zhì)烴被汽化產(chǎn)出，最后達(dá)到穩(wěn)定。

1.4溶解氣驅(qū)作用

大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解氣驅(qū)的作用。降壓采油機(jī)理與溶解氣驅(qū)相似，隨著壓力下降，二氧化碳從液體中逸出，液體內(nèi)產(chǎn)生氣體驅(qū)動(dòng)力，提高了驅(qū)油效果。另外，一些二氧化碳驅(qū)油后，占據(jù)了一定的孔隙空間，成為束縛氣，也可使原油增產(chǎn)。

1.5提高滲透率作用

二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水與油藏的碳酸鹽反應(yīng)，生成碳酸氫鹽。碳酸氫鹽易溶于水，導(dǎo)致碳酸鹽尤其是井筒周?chē)拇罅克投趸纪ㄟ^(guò)的碳酸巖滲透率提高，使地層滲透率得以改善，上述作用可使砂巖滲透率提高5%-15%，同時(shí)二氧化碳還有利于抑制粘土膨脹。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無(wú)機(jī)垢堵塞、疏通油流通道、恢復(fù)單井產(chǎn)能。

2、二氧化碳驅(qū)種類(lèi)及注入工藝

2.1二氧化碳驅(qū)的種類(lèi)

（1） 二氧化碳混相驅(qū)。混相驅(qū)油是在地層高退條件下，油中的輕質(zhì)烴類(lèi)分子被二氧化碳提取到氣相中來(lái)，形成富含烴類(lèi)的氣相和溶解了二氧化碳的原油的液相兩種狀態(tài)。當(dāng)壓力達(dá)到足夠高時(shí)，二氧化碳把原油中的輕質(zhì)和中間組分提取后，原油溶解瀝青、石蠟的能力下降，這些重質(zhì)成分將會(huì)從原油中析出，殘留在原地，原油粘度大幅度下降，從而達(dá)到混相驅(qū)的目的?；煜囹?qū)油效率很高，條件允許時(shí)，可以使排驅(qū)劑所到之處的原油百分之百的采出。但要求混相壓力很高，組成原油的輕質(zhì)組分C2-C6含量很高，否則很難實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)油。由于受地層破裂壓力等條件的限制，混相驅(qū)替只適用于重度比較高的輕質(zhì)油藏，同時(shí)在淺層、深層、致密層、高滲透層、碳酸鹽層、砂巖中都有過(guò)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)起來(lái)，二氧化碳混相驅(qū)對(duì)開(kāi)采下面幾類(lèi)油藏具有更重要的意義。a.水驅(qū)效果差的低滲透油藏；b.水驅(qū)完全枯竭的砂巖油藏；c.接近開(kāi)采經(jīng)濟(jì)極限的深層、輕質(zhì)油藏；d.利用二氧化碳重力穩(wěn)定混相驅(qū)開(kāi)采多鹽丘油藏。

（2）二氧化碳非混相驅(qū)。二氧化碳非混相驅(qū)的主要采油機(jī)理是降低原油的粘度，使原油體積膨脹，減小界面張力，對(duì)原油中輕烴汽化和油提。當(dāng)?shù)貙蛹捌渲辛黧w的性質(zhì)決定油藏不能采用混相驅(qū)時(shí)，利用二氧化碳非混相驅(qū)的開(kāi)采機(jī)理，也能達(dá)到提高原油采收率的目的，主要應(yīng)用包括：a.可用二氧化碳來(lái)恢復(fù)枯竭油藏的壓力。雖然與水相比，恢復(fù)壓力所用的時(shí)間要長(zhǎng)得多，但由于油藏中存在的游離氣相將分散二氧化碳，使之接觸到比混相驅(qū)更多的地下原油，從而使波及效率增大。特別是對(duì)于低滲透油藏，在不能以經(jīng)濟(jì)速度注水或驅(qū)替溶劑段塞來(lái)提高油藏的壓力時(shí)，采用注二氧化碳，就可能辦到，因?yàn)榈蜐B透性油層對(duì)注入二氧化碳這類(lèi)低粘度流體的阻力很小。b.重力穩(wěn)定非混相驅(qū)替。用于開(kāi)采高傾角、垂向滲透率高的油藏。c.重油二氧化碳驅(qū)，可以改善重油的流度，從面改善水驅(qū)效率。d.應(yīng)用二氧化碳驅(qū)開(kāi)采高粘度原油。

2.2二氧化碳驅(qū)注入工藝

（1）連續(xù)注二氧化碳?xì)怏w。直接向已枯竭的地層中連續(xù)注入二氧化碳?xì)怏w，特點(diǎn)為：a.見(jiàn)效快，但二氧化碳消耗量大，一般為地層孔隙體積的幾倍；b.由于不利的流度比，容易發(fā)生早期氣竄，產(chǎn)氣量上升快，二氧化碳利用率低；c.不適于壓力過(guò)低的油藏，因?yàn)檫@類(lèi)油藏一方面需要大量的二氧化碳?xì)怏w，另一方面，過(guò)低的壓力下二氧化碳?xì)怏w與原油混相困難，造成只有少量輕質(zhì)烴采出，大量重質(zhì)烴留在地下。（2）注碳酸水（ORCO）。利用二氧化碳溶于水的性質(zhì)，將水-二氧化碳溶液注入到地層后，水中的二氧化碳在分子擴(kuò)散作用下與原油接觸并驅(qū)油。（3）水和二氧化碳?xì)怏w交替注入。將二氧化碳和水以較小的段塞尺寸（一般小于5%HCPV）交替注入到油層中驅(qū)油。雖然注入的水可能造成水屏蔽和二氧化碳繞流原油，且存在潛力的重力分層作用，同時(shí)還可能造成注入能力下降等缺點(diǎn)。但由于改善了二氧化碳的流度，提高了二氧化碳的體積波及系數(shù)和利用率，因此，交替注入方式是經(jīng)濟(jì)有效的提高采收率的工藝方法。（4）同時(shí)注入二氧化碳?xì)怏w和水。二氧化碳和水同時(shí)注入是利用雙注系統(tǒng)同時(shí)將水和二氧化碳注入油層的方法。可以看做WAG發(fā)的一種極端情況。此種注入方法的不利因素就是：當(dāng)高壓注入二氧化碳和水的混合物時(shí)，注入井腐蝕嚴(yán)重；當(dāng)兩相同時(shí)注入時(shí)，注入能力會(huì)降低。

3、二氧化碳驅(qū)應(yīng)用情況

3.1國(guó)外應(yīng)用情況

國(guó)外采用二氧化碳驅(qū)的主要國(guó)家有：美國(guó)、前蘇聯(lián)、匈亞利、加拿大、法國(guó)、德國(guó)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球?qū)嵤〤O2-EOR項(xiàng)目共有94個(gè)，其中，美國(guó)82個(gè)（80個(gè)混相驅(qū)，2個(gè)非混相驅(qū)），加拿大6個(gè)，特立尼達(dá)5個(gè)，土耳其1個(gè)。CO2-EOR技術(shù)的應(yīng)用主要集中在美國(guó)，其年產(chǎn)油量為1186×104t/a，占世界CO2-EOR總產(chǎn)量的94.2%。美國(guó)有十個(gè)產(chǎn)油區(qū)的292個(gè)油田適用CO2驅(qū)，一般提高采收率7%～15%，在西得克薩斯州，CO2是最主要EOR方法，一般可提高采收率30%左右。根據(jù)美國(guó)能源部國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）的評(píng)價(jià)結(jié)果，美國(guó)利用二氧化碳驅(qū)的增油潛力達(dá)340億桶。從1970年開(kāi)始，美國(guó)就在得克薩斯州把二氧化碳注入油田作為提高石油采收率（EOR）的一種技術(shù)手段，從84年到89年，二氧化碳混相驅(qū)日產(chǎn)量由4976.7m3上升到28464.8m3。二氧化碳非混相驅(qū)日產(chǎn)量由111.6m3下降到15.1m3（實(shí)際上94年就停產(chǎn)了）。注氣項(xiàng)目二氧化碳混相驅(qū)84年為40項(xiàng)，到98年增加到66項(xiàng)，至2006年已有70多個(gè)類(lèi)似的項(xiàng)目，每年注入二氧化碳總量達(dá)2000萬(wàn)～3000萬(wàn)噸，其中大約有300萬(wàn)噸二氧化碳來(lái)源于煤氣化廠和化肥廠的尾氣，大部分從天然的二氧化碳?xì)獠夭杉?。?010年2月止，注入二氧化碳已幫助一些成熟油田回收了近15億桶石油，且至今還在使用。美國(guó)具有最先進(jìn)的CO2-EOR驅(qū)油技術(shù)。美國(guó)的實(shí)踐表明，CO2提高采收率技術(shù)適用油藏類(lèi)型較廣、提高采收率的幅度較大、在高油價(jià)下投資回報(bào)率較高；以工業(yè)廢氣為主的CO2捕集-封存-應(yīng)用一體化提高采收率技術(shù)將是今后發(fā)展的新走向，新一代二氧化碳提高采收率技術(shù)預(yù)計(jì)可將采收率提高到60%以上。加拿大也有許多重油油藏被認(rèn)為不適合進(jìn)行熱力開(kāi)采，加拿大對(duì)CO2驅(qū)開(kāi)采重油進(jìn)行了大量的研究。二氧化碳驅(qū)對(duì)加拿大西部沉積盆地中許多接近枯竭的地層和大部分需要基礎(chǔ)設(shè)施的油藏中都極具吸引力，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種適合于二氧化碳提高采收率方法的快速篩選、排序方法。這種方法適合儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫(kù)中的許多油藏，而且不需要對(duì)油藏工程進(jìn)行詳細(xì)分析。油藏的篩選當(dāng)以原油比重、油層溫度和壓力、最小混相壓力和剩余油飽和度為基礎(chǔ)，確定出它們對(duì)注入二氧化碳的適配性，并且用一種解析方法計(jì)算出突破時(shí)增加的開(kāi)采量和注入任何烴孔隙體積（HCPV）二氧化碳的系數(shù)。此外，要計(jì)算實(shí)施二氧化碳隔離的油藏容量。油藏排序應(yīng)根據(jù)與權(quán)重相對(duì)應(yīng)的一組標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定和選擇最適合于二氧化碳驅(qū)并隔離二氧化碳的油藏。

3.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

隨著全世界對(duì)氣候變化的不斷關(guān)注，中國(guó)先后設(shè)立了一批關(guān)于二氧化碳驅(qū)油利用與埋存相結(jié)合的重大項(xiàng)目，二氧化碳混相驅(qū)的實(shí)驗(yàn)室研究及礦場(chǎng)試驗(yàn)工作也有了一定的進(jìn)展，注二氧化碳技術(shù)在油田的應(yīng)用越來(lái)越多，已在江蘇、中原、勝利等油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。江蘇油田富14斷塊在保持最低混相壓力的狀態(tài)下，于1998年末開(kāi)始了二氧化碳水交替（WAG）注入試驗(yàn)注入6周期后水氣比由0.86：1升至2：1，見(jiàn)到了明顯的增油降水效果。水驅(qū)后油層中形成了新的含油富集帶。試驗(yàn)區(qū)采油速度由0.5%升至1.2%，綜合含水率由93.5%降至63.4%。對(duì)于勝利油田而言，適合二氧化碳驅(qū)的油藏儲(chǔ)量就非?？捎^。根據(jù)初步油藏評(píng)價(jià)研究結(jié)果，僅勝利電廠附近適合二氧化碳驅(qū)的低滲透油田儲(chǔ)量就達(dá)2億多噸，若全部采用二氧化碳驅(qū)開(kāi)發(fā)，每年可能消耗二氧化碳300萬(wàn)噸，可提高油田采收率10%至15%。如規(guī)模應(yīng)用二氧化碳驅(qū)，勝利油區(qū)低滲透油藏預(yù)計(jì)新增可采儲(chǔ)量3300萬(wàn)噸至4700萬(wàn)噸，二氧化碳注入需求將達(dá)1億噸以上。勝利電廠煙氣二氧化碳捕集純化技術(shù)，油田具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。它的推廣應(yīng)用，為今后勝利油田大規(guī)模開(kāi)展二氧化碳驅(qū)提供了穩(wěn)定的氣源保障和技術(shù)保證。

二氧化碳在我國(guó)石油開(kāi)采中有著巨大的應(yīng)用潛力。據(jù)“中國(guó)陸上已開(kāi)發(fā)油田提高采收率第二次潛力評(píng)價(jià)及發(fā)展戰(zhàn)略研究”結(jié)果，在參與本次評(píng)價(jià)的101.36億噸常規(guī)稀油油田的儲(chǔ)量中，適合二氧化碳驅(qū)的原油儲(chǔ)量約為12.3億噸，預(yù)計(jì)利用二氧化碳驅(qū)可增加可采儲(chǔ)量約1.6億噸。另外，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)已探明的63.2億噸的低滲透油藏原油儲(chǔ)量，尤其是其中50%左右尚未動(dòng)用的儲(chǔ)量，二氧化碳驅(qū)比水驅(qū)具有更明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但是，二氧化碳驅(qū)技術(shù)在我國(guó)尚未成為研究和應(yīng)用的主導(dǎo)技術(shù)?？梢灶A(yù)測(cè)，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，二氧化碳將成為我國(guó)改善油田開(kāi)發(fā)效果、提高原油采收率的重要資源。

參考文獻(xiàn)

[1]馬濤，湯達(dá)禎，蔣平，齊寧.注CO2提高采收率技術(shù)現(xiàn)狀.油田化學(xué)，2007，24（4）：379-382.