将CO₂注入到油气藏,不仅可以大幅度提高油气采收率,还可以实现CO₂的地质封存,具有良好的经济和环保效益。但是CO₂一次注入的封存效率低于50%,为了提高CO₂封存效率和利用率,需要将产出的CO₂进行处置并循环利用,以达到降低生产成本的目的。本文在分析油田CO₂驱产气规律的基础上,论证了CO₂驱伴生气处置方案的可行性及适用范围,包括含CO₂伴生气直接/掺和回注方案、燃气发电及烟道气回注方案和捕集分离回注方案,初步建立了含CO₂伴生气处置方案优选依据;通过数值模拟方法,比较了化学吸收工艺、低温分馏工艺、变压吸附工艺和膜分离工艺的经济性和适用性,优选了最佳的含CO₂伴生气捕集分离工艺。基于上述工艺优选结果,进行了CO₂吸附剂的实验筛选,重点分析了温度、压力、气体组分、CO₂含量等因素对吸附剂吸附分离效果的影响,评价了油/水含量对吸附剂的损伤。根据数值模拟结论和实验筛选结果,进行了伴生气CO₂捕集回注工艺和伴生气直接/掺和回注工艺的详细设计。建立了CO₂驱产出气处置技术经济模型,结合现场产气特征,针对上述方案进行了技术经济评价。研究结果表明,对于新疆油田目标区的CO₂驱伴生气,可以考虑直接/掺和回注方案,并辅以CO₂捕集分离回注方案,即当伴生气中CO₂含量小于70%时,采用掺和回注方案;当伴生气中CO₂含量在70%-90%时,采用分离回注或掺和回注方案;当伴生气中CO₂含量大于90%时,选择直接回注方案。工艺优选结果表明,变压吸附工艺具有分离能耗低、产品气纯度高和处理CO₂浓度范围广的特点,优选作为CO₂驱伴生气分离工艺。优选的13X分子筛CO₂变压吸附材料,在20℃、2.5MPa、原始气体中CO₂含量50%条件下,对CO₂-CH₄混合气体的吸附量为3.5mol/kg,分离系数为25;10%含水及10%含油条件下,吸附总量分别下降32%和78%,分离系数分别下降48%和78%,表明油水的存在对吸附剂的分离性能影响较大。经济评价结果表明,采用变压吸附捕集回注方案,CO₂捕集成本为167元/吨,CO₂捕集及回注成本为243元/吨;采用直接/掺和回注方案,CO₂的回注成本为138元/吨。