CO2驅(qū)油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

向 如

(長(zhǎng)江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

CO2驅(qū)油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

向 如

(長(zhǎng)江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

CO2被認(rèn)為是造成全球溫室效應(yīng)的主要原因，所占比例達(dá)到73%以上，因此減少CO2的排放是目前全球范圍內(nèi)一個(gè)重要的問題。CO2捕集與封存和CO2提高原油采收率是近年來國內(nèi)外備受關(guān)注的溫室氣體減排及提高原油采收率技術(shù)，多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，CO2驅(qū)油可以延長(zhǎng)水驅(qū)近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7～25%。該技術(shù)已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)一種重要的提高原油采收率方法，同時(shí)能有效減少CO2的排放，對(duì)減緩全球溫室效應(yīng)起到積極作用。

CO2驅(qū)油；溫室效應(yīng)；CCS；CO2-EOR；國內(nèi)外現(xiàn)狀

全球氣候變暖對(duì)人類以及整個(gè)地球環(huán)境可能產(chǎn)生的危害，已經(jīng)日益引起世界各國的廣泛關(guān)注。隨著全球能源需求的增長(zhǎng)，CO2排放量仍會(huì)相應(yīng)的增加，主要的二氧化碳排放源是來自能源和工業(yè)部門為產(chǎn)生能量而消耗的化石燃料，而人類排放到大氣中的CO2被認(rèn)為是造成全球溫室效應(yīng)的主要原因，有數(shù)據(jù)顯示，CO2是主要的溫室氣體，所占的比例達(dá)到73%以上，近年來有記錄顯示地表溫度呈現(xiàn)一個(gè)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在上個(gè)世紀(jì)，全球平均溫度增長(zhǎng)了0.74℃，增幅明顯增大。因此，減少CO2的排放是目前全球范圍內(nèi)一個(gè)重要的問題[1]。

CO2捕集與封存(CCS)和CO2提高原油采收率(CO2-EOR)是近年來國內(nèi)外備受關(guān)注的溫室氣體減排及提高原油采收率技術(shù)。美國、澳大利亞、加拿大等國已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模管輸埋存驅(qū)油，管道輸送技術(shù)和CO2驅(qū)油技術(shù)都比較成熟[2]。

1 CCS和CO2-EOR技術(shù)

1.1 CCS技術(shù)

CCS是CO2捕集與封存的一個(gè)過程，首先從工業(yè)或能源相關(guān)的行業(yè)(如化工廠、鋼鐵廠、水泥廠、煉油廠等)分離和捕集CO2，然后通過注入井將CO2輸入到儲(chǔ)存位置，注入到地下深處的儲(chǔ)集層，永遠(yuǎn)跟大氣層和飲用水源隔絕，它也能被用來從儲(chǔ)集層中提取碳?xì)浠衔铩?/p>

在EOR或EGR項(xiàng)目中，大部分注入的CO2被埋存在地層中，一些注入的CO2和碳?xì)浠衔镆黄鸪鰜?，重新分離并循環(huán)利用到注入井中。如果沒有CCS過程，燃煤電廠會(huì)排放燃燒廢氣到大氣層中，而CCS地面設(shè)備能夠?qū)⑷紵龔U氣中的大多數(shù)CO2分離出來，排放O2、N2和H2O組成的煙氣流，該技術(shù)能極大的減少CO2的排放，對(duì)全球溫室效應(yīng)具有很重大的意義。

1.2 CO2-EOR技術(shù)

CO2比一般烴類氣體易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，CO2可以從水溶液中轉(zhuǎn)溶于原油中。CO2-EOR技術(shù)的研究與應(yīng)用起始于20世紀(jì)50年代，國內(nèi)外大量研究結(jié)果和礦場(chǎng)試驗(yàn)已經(jīng)證明，以CO2作為驅(qū)油劑注入油藏，可以大幅度地提高原油采收率。

由于CO2是一種在油和水中溶解度都很高的氣體，當(dāng)它大量溶解于原油中時(shí)，可以通過以下機(jī)理來提高采收率：(1)分子擴(kuò)散作用；(2)產(chǎn)生混相效應(yīng)；(3)降低原油粘度；(4)提高滲透率作用；(5)降低界面張力；(6)萃取和汽化原油中的輕烴；(7)使原油體積膨脹；(8)溶解氣驅(qū)作用；(9)改善原油與水的流度比。當(dāng)它大量溶解于水中時(shí)，可起到如下作用：(1)使水的粘度增加，流動(dòng)性降低，從而提高油水流度比而改善水驅(qū)油效率；(2)二氧化碳水溶液能與巖石碳酸鹽成分發(fā)生反應(yīng)，并能使其溶解，從而促使儲(chǔ)集層滲透率提高，注入井的吸收能力增強(qiáng)；(3)在碳酸水前緣會(huì)形成和保持CO2游離帶，可有效改善水驅(qū)效率，極大降低殘余油飽和度。

與其他驅(qū)油技術(shù)相比，二氧化碳驅(qū)油具有適用范圍大、驅(qū)油成本低、采收率提高顯著等優(yōu)點(diǎn)。國際能源機(jī)構(gòu)評(píng)估認(rèn)為，全世界適合二氧化碳驅(qū)油開發(fā)的資源約為3000億～6000億桶。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界正在實(shí)施的二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目有近130個(gè)。其中，美國是二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目開展最多的國家，每年注入油藏的二氧化碳量約2000萬～3000萬噸。我國現(xiàn)已探明的低滲透油藏原油儲(chǔ)量為63.2億噸，其中50%左右為尚未動(dòng)用的儲(chǔ)量[3]。因而，二氧化碳驅(qū)油在我國石油開采中有著巨大的應(yīng)用前景。

2 CO2驅(qū)油國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外在30年代提出注CO2提高原油采收率，50年代開始室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)CO2-EOR技術(shù)專利于1952年授予，60年代進(jìn)行礦場(chǎng)試驗(yàn)，70年代以后理論研究和生產(chǎn)應(yīng)用都獲得了迅速發(fā)展，第一個(gè)大規(guī)模商業(yè)化的CO2-EOR項(xiàng)目于1972年在西德克薩斯的SACROC油田開始運(yùn)營，一直到今天還在生產(chǎn)工作，截止2010年，石油與天然氣雜志(Oil and Gas Journal)中關(guān)于EOR的調(diào)查報(bào)告稱，全球CO2-EOR項(xiàng)目總數(shù)已經(jīng)達(dá)到127個(gè)，其中112個(gè)在美國，CO2注入儲(chǔ)油層提高原油采收率已經(jīng)安全高效地應(yīng)用在18077口生產(chǎn)井，其中17112口井在美國，該技術(shù)已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)一種重要的提高原油采收率方法[4]。多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，CO2驅(qū)油可以延長(zhǎng)水驅(qū)近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7%～25%，是石油開采，特別是輕質(zhì)油開采的最好EOR方法之一[5]。

目前，注CO2驅(qū)油已成為國外一種常用的較成熟的增產(chǎn)技術(shù)，增油量?jī)H次于熱采。國外CO2驅(qū)油主要有兩種形式：(1)CO2混相驅(qū)油；(2)CO2非混相驅(qū)油。通過大量的試驗(yàn)證明，原油相對(duì)密度達(dá)到 0.9042 時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)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]。美國是CO2驅(qū)發(fā)展最快的國家，由于擁有豐富的天然CO2資源，CO2驅(qū)已成為其主要的提高采收率技術(shù)，現(xiàn)在世界上實(shí)施的大部分CO2驅(qū)項(xiàng)目是混相驅(qū)，其中90%以上的項(xiàng)目屬于美國，2000年，美國的氣驅(qū)增油量是5.23×104m3/d，二氧化碳混相和非混相驅(qū)占 3.013×104m3/d，二氧化碳驅(qū)占整個(gè)氣驅(qū)增油的 57.6%。無論是作為二次采油方法，還是作為三次采油方法，其效果都很好，但是大多數(shù)大型CO2驅(qū)項(xiàng)目都是在注水多年且已近后期的油藏開展的三次采油[7-8]。

經(jīng)過多年的實(shí)踐，國外已經(jīng)總結(jié)出許多注氣的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以前人們擔(dān)心的很多問題都已逐步得到較好的解決，例如過早氣竄問題、注入氣體的油藏保持率問題、水堵對(duì)水氣交替注入時(shí)CO2驅(qū)效果的影響等。礦場(chǎng)試驗(yàn)表明，注氣后雖然會(huì)發(fā)生氣體突破，但地下保留率仍舊較高，即使在氣竄最嚴(yán)重時(shí)，氣體地下保持率也在65%以上。近年來又提出混含水氣交替以及近混相驅(qū)方法，使得CO2驅(qū)效果進(jìn)一步提高。

3 CO2驅(qū)油國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國東部主要產(chǎn)油區(qū)CO2氣源較少，但注CO2提高采收率技術(shù)的研究和現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)卻一直沒有停止。注CO2技術(shù)在油田的應(yīng)用越來越多，已在江蘇、中原、大慶、勝利等油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1963年首先在大慶油田作為主要提高采收率方法進(jìn)行研究，之后先后開展了注CO2先導(dǎo)試驗(yàn)。吉林油田利用萬金塔CO2氣田的液態(tài)CO2開展CO2吞吐和CO2泡沫壓裂已達(dá)100井次以上[9]。

大慶油田非混相CO2驅(qū)油先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)的研究開始于1985年，在可行性研究及確定最佳CO2驅(qū)油試驗(yàn)方案后，于1990年在葡Ⅰ2油層開始第一次礦場(chǎng)試驗(yàn)，之后又于 1994 年在薩Ⅱ10～14油層開始第二次試驗(yàn)。礦場(chǎng)試驗(yàn)所用CO2為大慶煉油廠的副產(chǎn)品，純度96%。結(jié)果表明，水油比和水驅(qū)剩余油飽和度降低，采收率提高6.0%OOIP，每增采1t原油需注入2200m3CO2氣體[10]。1996年江蘇富民油田48井進(jìn)行了CO2吞吐試驗(yàn)，已開展了CO2驅(qū)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年末開始了CO2-水交替(WAG)注入試驗(yàn)。除吉林、江蘇和大慶油田進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)外，其他油田也做了一些可行性研究，但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)還沒有形成工業(yè)化規(guī)模。

4 結(jié)論

CO2驅(qū)油已成為國內(nèi)外一種常用的較成熟的增產(chǎn)技術(shù)，目前增油量?jī)H次于熱采，越來越受到石油行業(yè)的重視，全球大部分CO2-EOR項(xiàng)目都集中在美國，其CO2驅(qū)占到整個(gè)氣驅(qū)增油的57.6%，多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，CO2驅(qū)油可以延長(zhǎng)水驅(qū)近衰竭油藏壽命15～20年，提高采收率7-25%，帶來非常大的經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)吉林、江蘇和大慶等油田CO2驅(qū)油技術(shù)也逐漸成熟，原油采收率得到不同程度的提高。但CCS和CO2-EOR技術(shù)仍在研究和改進(jìn)的過程中，國內(nèi)外應(yīng)予以高度的重視，大力發(fā)展CO2驅(qū)油技術(shù)，有效地提高原油采收率，更廣泛地回收CO2，減少溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)。

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2017-09-26

向 如(1993—)，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌庋b備及井下工具的設(shè)計(jì)、診斷及動(dòng)態(tài)仿真。

TE357.45

A

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

(本文文獻(xiàn)格式：向如.CO2驅(qū)油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].山東化工，2017，46(22)：47-48.)