CO2埋存技術(shù)在腰英臺(tái)油田的應(yīng)用及成果

劉立恒

（東北油氣分公司工程技術(shù)研究院地面工藝研究所,130062）

1 CO2埋存的意義

二氧化碳(CO2)具有保溫作用，會(huì)逐漸使地球表面溫度升高，被認(rèn)為是造成溫室效應(yīng)的主要因素，由溫室效應(yīng)所引起的海平面升高，會(huì)對(duì)人類的生存環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)政府在大力推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也在積極努力的建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。地下埋存CO2避免向大氣排放，是減少CO2排放的有效途徑之一，能將CO2埋存至地下幾百或幾千年，而且埋存對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響最小、成本較低且遵守國(guó)際法規(guī)，同時(shí)，地下埋存CO2也可為油氣田資源及環(huán)境的高水平、高效益開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供重要支撐。

1.1 國(guó)內(nèi)外CO2收集及埋存技術(shù)現(xiàn)狀

美國(guó)于2000年開始由能源部主持正式開展CO2封存研究和發(fā)展項(xiàng)目，將地質(zhì)封存和海洋封存列為主要研究方向，并制訂了詳細(xì)的技術(shù)路線圖。中國(guó)作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的發(fā)展中國(guó)家，對(duì)氣候變化問題給予了高度重視， 2007年發(fā)布了《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》，成為第一個(gè)以國(guó)家層面發(fā)布應(yīng)對(duì)全球氣候變化的發(fā)展中國(guó)家。2008年 CO2強(qiáng)化驅(qū)油并儲(chǔ)層埋存技術(shù)作為資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目列入了國(guó)家863計(jì)劃，并在吉林大情字油田進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)顯示，從2008年6月份起到現(xiàn)在已經(jīng)注入埋存了1萬(wàn)噸二氧化碳，效果較好。

1.2 腰英臺(tái)油田運(yùn)用CO2埋存的技術(shù)背景

東北油氣分公司腰英臺(tái)油田與松南氣田含油、含氣層系上下疊置，腰英臺(tái)油田為特低滲透油藏，儲(chǔ)層原始含水飽和度高，油水同層發(fā)育，油井自然產(chǎn)能低，壓裂后含水高，無(wú)效井和低效井比例大、采油速度低，地層壓力下降快，采收率低，急需實(shí)施有效的提高采收率技術(shù)；同時(shí)其下部的松南氣田火山巖氣藏井口氣中CO2含量在20%，產(chǎn)出CO2僅僅依靠化工、民用處理，無(wú)法得到有效解決，而利用CO2驅(qū)油提高油藏采收率，可以實(shí)現(xiàn)CO2的綜合利用和埋存相結(jié)合，達(dá)到雙贏的目的，同時(shí)通過腰英臺(tái)油田CO2驅(qū)油試驗(yàn)探索特地滲透高含水油藏CO2驅(qū)油的可行性，促進(jìn)防腐防竄等工藝工程技術(shù)的發(fā)展，為特低滲高含水儲(chǔ)層CO2驅(qū)油提高采收率及CO2埋存技術(shù)的發(fā)展探索經(jīng)驗(yàn)。

東北油氣分公司編制了《腰英臺(tái)油田腰西區(qū)塊CO2驅(qū)提高采收率項(xiàng)目擴(kuò)大試驗(yàn)實(shí)施方案》，并先后完成CO2液化單元、增壓?jiǎn)卧暗孛孀⑷牍芫€的建設(shè)，取得實(shí)現(xiàn)液態(tài)CO2全注入的顯著成果。

2 CO2收集及埋存的原理

2.1 CO2分離方法

根據(jù)腰英臺(tái)氣田天然氣中CO2含量高的特點(diǎn)，最終選定MDEA溶劑吸收法脫除天然氣中的CO2。MDEA溶劑吸收法是目前最常用的脫除酸性氣體的工藝方法，含碳天然氣先進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)，天然氣自塔底向上流動(dòng)與在塔板上與自上而下的MDEA溶劑（貧胺液）逆流接觸，天然氣中的大部分CO2被MDEA吸收，出塔頂?shù)奶烊粴饧礊槊撎己蟮奶烊粴猓–O2含量降低至3%以下）。吸收了CO2的MDEA溶劑(富胺液)出吸收塔后先節(jié)流閃蒸，分離出部分CO2氣體，然后經(jīng)換熱器換熱后進(jìn)入再生塔，富胺液在再生塔內(nèi)經(jīng)塔底重沸器加熱，解析出CO2氣體成為貧胺液，貧胺液換熱后經(jīng)增壓泵增壓冷卻后返回到吸收塔循環(huán)使用。脫除的CO2進(jìn)入后續(xù)的壓縮、液化單元，液化后的CO2進(jìn)入注入系統(tǒng)埋存至地下。

2.2 CO2驅(qū)油及埋存原理

二氧化碳被注入儲(chǔ)層后，在浮力作用下，上升至蓋層之下，并逐漸擴(kuò)散形成二氧化碳儲(chǔ)層；溶解狀態(tài)，隨時(shí)間的推移，二氧化碳逐漸溶解于地層水中，溶解的速度由二氧化碳與地層水接觸的表面積控制。研究表明，大部分的二氧化碳是以分子狀態(tài)（自由氣）儲(chǔ)存在巖石孔隙中，有可能封存上萬(wàn)年。油氣藏本身具有良好的封閉性，可以長(zhǎng)時(shí)間封閉油氣，因此注入二氧化碳后，泄露的風(fēng)險(xiǎn)很小。油氣藏已具備生產(chǎn)井和注入井，投資也較小。

CO2驅(qū)油及儲(chǔ)層埋存是將CO2注入油層，利用其在原油中溶解降低原油粘度和界面張力并使原油體積膨脹，產(chǎn)生溶解氣驅(qū)等特性，以降低注入壓力，有效擴(kuò)大波及體積，改善原油流動(dòng)性，降低殘余油飽和度，提高原油采收率的技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2的綜合利用。

3 CO2收集及埋存技術(shù)在腰英臺(tái)油田的運(yùn)用

3.1 松南氣田及腰英臺(tái)油田現(xiàn)狀

東北油氣分公司松南氣田位于吉林省前郭縣查干花鎮(zhèn)境內(nèi)，構(gòu)造位置位于松遼盆地南部長(zhǎng)嶺斷陷腰英臺(tái)深層構(gòu)造，松南氣田營(yíng)城組儲(chǔ)層是高含CO2火山巖氣藏，埋深3500～3800m，2012年產(chǎn)工業(yè)氣4.2億方，井口氣平均CO2含量20%，預(yù)計(jì)2013年日產(chǎn)CO2能力577噸。登婁庫(kù)組砂巖氣藏埋深3365～3670m， 2012年產(chǎn)工業(yè)氣0.022億方，井口氣平均CO2含量4%，預(yù)計(jì)2013年日產(chǎn)CO2能力29噸。

2010年?yáng)|北油氣分公司將腰英臺(tái)油田CO2驅(qū)油總體規(guī)劃分為四批，第一批在腰西區(qū)塊DB33、DB34、DB37井區(qū)實(shí)施，部署總井?dāng)?shù)149口，油井106口，注氣井43口，方案設(shè)計(jì)主力含油層系青一Ⅱ、青二Ⅳ砂組。2011年編制實(shí)施方案，最終結(jié)合松南氣田CO2供氣規(guī)模，考慮注采系統(tǒng)、地面集輸流程的可操作性，在腰英臺(tái)油田腰西區(qū)塊DB33井區(qū)首先實(shí)施試注井組。

腰西區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)為非混相驅(qū)油。采用長(zhǎng)細(xì)管試驗(yàn)，實(shí)測(cè)地層溫度89.7℃條件下，原油與CO2驅(qū)油最小混相壓力為26.63 MPa。腰英臺(tái)油田原始地層壓力22MPa，為非混相驅(qū)。分析表明，注入井近井地帶壓力（29MPa），相態(tài)為超臨界態(tài)，超過混相壓力26.63Mpa，同時(shí)試驗(yàn)區(qū)各井流壓折算結(jié)果表明，井底流壓介于25～32MPa之間，與最小混相壓力26.6MPa接近。因此僅注入井近井地帶達(dá)到混相，理論上分析可以完全驅(qū)替該區(qū)域孔隙內(nèi)殘余原油，并達(dá)到將產(chǎn)出CO2埋存的目的。

3.2 腰英臺(tái)油田建立的CO2注入系統(tǒng)

在腰英臺(tái)油田現(xiàn)已建成設(shè)計(jì)規(guī)模790t/d的CO2壓注站。壓注站內(nèi)設(shè)壓注泵房、變配電間、值班室及800KW液態(tài)CO2水套加熱爐2臺(tái)。壓注泵房?jī)?nèi)主要設(shè)備包括：液態(tài)CO2專用壓注泵3臺(tái)，流量為16m3/h，出口壓力為20MPa；屏蔽式液態(tài)CO2喂液泵2臺(tái)，流量為41m3/h。從松南氣田集氣處理站CO2儲(chǔ)罐來(lái)液態(tài)CO2（-20℃，2.0MPa），經(jīng)喂液泵升壓至2.0MPa以上，進(jìn)入專用CO2壓注泵再增壓至20MPa，然后進(jìn)入流體換熱器與蒸汽進(jìn)行換熱，液態(tài)CO2由-20℃升溫至10℃后進(jìn)入CO2分配閥組機(jī)關(guān)，一部分由閥組機(jī)關(guān)分配至DB33井區(qū)已建注水配水間，再經(jīng)閥組計(jì)量后分配至各注氣井井口，注入井下；另一部分由閥組分配后經(jīng)注氣干線輸送各串聯(lián)注氣井口，經(jīng)計(jì)量設(shè)施計(jì)量后注入井下。

經(jīng)過對(duì)原有注水間及注水管線的改造，實(shí)現(xiàn)了單井注水、注氣自由切換及組合，及CO2氣驅(qū)注入體系集中管理。

3.3 CO2埋存技術(shù)取得的成果

3.3.1 實(shí)現(xiàn)了松南氣田CO2全部液態(tài)注入，地下埋存CO211.08萬(wàn)噸，累計(jì)存氣率96.2%，有效減少了CO2的排放。

3.3.2 低滲透層得到動(dòng)用，增加產(chǎn)層厚度44.4m 注CO2后，原不吸水層位開始吸氣且吸氣比例較高，低滲透層得到動(dòng)用，而且吸氣剖面更均衡。注氣前縱向上油層動(dòng)用程度差，注氣前47.5%的厚度不吸水，注氣后不吸氣厚度降為22.7%。

3.3.3 平面驅(qū)替面積擴(kuò)大，油井見效率由52%增加到80% 產(chǎn)量先升后降型井有8口，位于裂縫方向或高滲透帶，氣相前緣快速擴(kuò)散到井口，見效明顯，產(chǎn)油量上升幅度大，含水降低多，但氣竄早，氣竄后產(chǎn)量下降快，波及效率差。砂體控制的井產(chǎn)層處于分流河道主河道，高滲透帶中心，2011年6月見效，8月見氣，2012年1月隨著注氣強(qiáng)度增加，CO2黏性指進(jìn)和突進(jìn)規(guī)模增大，形成氣竄通道，驅(qū)替效果變差，產(chǎn)量明顯降低。裂縫控制的井間示蹤劑突破僅需3天時(shí)間，井間存在明顯裂縫連通通道。鄰井注氣后，產(chǎn)油量增加見效明顯，18天后氣相前緣突破，3個(gè)月后氣量增加。

4 結(jié)論及建議

通過CO2注入及埋存技術(shù)在腰英臺(tái)油田的應(yīng)用，可以得到以下結(jié)論：

（1）通過配套地面液化、注入系統(tǒng)，松南氣田產(chǎn)出的CO2可以液化并埋存到地層中，實(shí)現(xiàn)東北油氣分公司CO2零排放的綠色低碳目標(biāo)；

（2）CO2注入埋存技術(shù)提高了腰英臺(tái)油田單井原油采收率，同時(shí)也深化了對(duì)特低滲油藏CO2非混相驅(qū)生產(chǎn)特征的認(rèn)識(shí)。

對(duì)以后的工作有以下幾點(diǎn)建議：

（1）適時(shí)擴(kuò)大現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)。隨著CO2處理能力的提高，松南氣田2013年CO2生產(chǎn)能力500～820t/d。在原井組繼續(xù)注入基礎(chǔ)上，擴(kuò)大試驗(yàn)井組規(guī)模，將松南產(chǎn)出CO2全部埋存；

（2）加強(qiáng)對(duì)氣串現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，并開展對(duì)地面產(chǎn)出液的處理工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出液中伴生CO2回收再利用；

5 結(jié)束語(yǔ)

CO2注入埋存技術(shù)在腰英臺(tái)油田的實(shí)驗(yàn)及運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了松南氣體產(chǎn)出CO294.1%液化埋存率，受控的41口油井中26口井見到了較明顯的增油效果，相關(guān)工程工藝技術(shù)也逐步成熟。作為國(guó)有大型企業(yè)的東北油氣分公司，需在松南氣田CO2全面回收液化的前提下，繼續(xù)加大可研力度、技術(shù)創(chuàng)新等多種手段，減少CO2排放，達(dá)到東北油氣分公司經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的發(fā)展形態(tài)。