论文部分内容阅读
[摘 要] 温室气体CO2使全球气候变暖，对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。国外近年来大力开展CO2驱油提高原油采收率技术的研发和应用。把CO2注入油层转化为石油开采的驱动力。不但封存了CO2而且还可提高油田的采收率。让它由过去的“上天为害”变为现在的“入地为宝”。国外很多油田已成功地进行大规模CO2驱并取得较好的效果，证明CO2驱是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。文章对国内外CO2驱油开发概况、驱油机理、方式等进行了介绍。
[关键词] CO2 提高采收率 驱油机理 三次采油
随着经济持续快速增长，我国对油气的需求将不断增加。工信部近日披露数据显示，今年前5个月，中国原油对外依存度达55.2%，已超过美国（53.5%）。保障经济较快增长所需的油气供给与能源安全，已成为我国社会和国民经济可持续发展的重大战略问题。而通过注入CO2大幅度提高原油采收率是满足目前对原油需求的有效方法之一。CO2驱提高采收率（EOR）技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决CO2的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。
1.国内外CO2驱油开发概况
国外很多油田已成功地进行大规模CO2驱并取得较好的效果，证明CO2驱具有成功率高、风险性低的特点，以技术指标和经济指标双重标准来衡量，CO2驱是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。CO2纯度在90%以上即可用于提高采油率，其驱油一般可提高原油采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20年。CO2可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。据估计，全球范围内枯竭油气田封存CO2的能力大约相当于目前全世界电厂125年内燃烧释放的CO2排放总量。因此，利用CO2提高原油采收率是永久封存CO2的最佳方法，不仅具有巨大的经济效益，而且有着巨大的环境效益。
1.1国外研究现状
目前，在国外CO2驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量的第二位。使用CO2驱的国家有美国、俄罗斯、匈牙利、罗马尼亚、加拿大、法国、西德、葡萄牙等。而美国是CO2驱发展最快的国家，自20世纪80年代以来，美国的CO2驱项目不断增加，已成为继蒸气驱之后的第二大提高采收率技术。美国有10个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7%-15%，在克萨斯州CO2驱是最主要的提高采收率方法，其效果也最好，提高采收率30%。目前，美国每年注入油藏的CO2量约为2000万吨至3000万吨，其中有300万吨CO2来源于煤气化厂和化肥厂的尾气。
1.2国内研究现状
CO2在我国油气开采中也同样有着巨大的应用潜力。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”数据显示：仅在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合CO2驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用CO2驱可增加可采储量约1.6亿吨。
我国东部主要产油区CO2气源较少，但注CO2提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注CO2技术在油田的应用越来越多，已在大庆、胜利、中原、江苏等多个油田进行了现场试验。江苏油田针对其复杂小断块油藏特点，于1996年2月在富民油田富46断块F48井进行了CO2单井吞吐矿场试验，也取得了理想效果。
2.CO2驱油机理
(1)降粘作用
CO2与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可使原油粘度下降到原粘度的1/10～1/100。一般来说，原油粘度越高，CO2可使原油粘度下降的幅度越大，粘度降低后原油流动能力增大，原油产量提高。
(2)膨胀作用
CO2溶解于原油后来，与油藏原始状态的原油相比，其体积系数大大增加，溶解了CO2的原油体积可以增加10%~100%，原油体积膨胀倍数取决于压力、温度及原油的组分。原油体积大幅度膨胀，既可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，使驱油效率升高，提高原油采收率。
(3)改善油水流度比
CO2溶于原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，同时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。
(4)提高渗透率作用
CO2溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水可以溶解油藏中的钙质胶结物或白云岩，提高岩石渗透率，同时CO2还有利于抑制粘土膨胀。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除无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。
(5)分子扩散作用
多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩散过程很缓慢，特别是水相将油相与CO2气相隔开时，水相阻碍了CO2分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到CO2中，因此，必须有足够的时间，使CO2分子充分扩散到油相中。
3.CO2驱油方式
3.1 CO2混相驱驱油
CO2提高采收率混相驱油项目数量不断增加，使CO2提高采收率应用规模扩大，提供了研究CO2提高采收率驱油物理化学机理的条件。CO2混相驱油的主要机理是二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而实现混相以及降低界面张力。根据应用经验，相对密度小于0.9042的原油宜采用二氧化碳混相驱。CO2提高采收率混相驱实施的储层地质条件为：①储层的深度范围在1000—3000m范围内；②致密和高渗透率储层；③原油黏度为低或中等级别；④储层为砂岩或碳酸盐岩。
3.2 CO2非混相驱驱油
CO2提高采收率非混相驱油机理是大量CO2溶解在原油中(13m3／桶)，使原油膨胀，使原油黏度下降10个级数，同时，减小界面张力，抽提和汽化原油中的轻烃。适合CO2提高采收率非混相驱油的条件如下：
1)储层纵向上渗透率高。
2)储层中大量的原油形成油柱。
3)储层具有可以形成气顶的圈闭构造，储层连通性好。
4)储层中没有导致驱油效率降低的断层和断裂。
3.3 CO2非混相单井吞吐开采技术
CO2吞吐开采技术相对来说具有投资低，返本快的特点，其开采机理主要是使原油体积膨胀、降低原油粘度、抽提轻烃和相对渗透率效应。这种方法近似于常规稠油开采的蒸汽吞吐工艺。但是，这种周期注入CO2的方案，不仅适合于常规稠油，而且也适用于开采较轻质原油。当残余油饱和度很低，油井处于或接近经济极限，再采用大面积的提高采收率方法已不适宜和不经济时，该方法尤其具有吸引力。
4.CO2驱油藏条件
根据大量的矿场试验，总结出适应CO2驱油油藏的基本条件是：油层的岩性可以是灰岩、白云岩或砂岩等，CO2溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高地层渗透率；油藏一般埋深在600-3500米，油层温度一般低于120℃，油层厚度大于3米；油层的破裂压力大于要求的注入压力，防止地层的压裂，影响驱油效果；油层具有大的空隙体积以便与CO2接触，渗透率一般大于5个毫达西。李士伦于2000年给出适于CO2驱地层的筛选原则（见表1）。从表中可以看出，稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。
5.结论
1)国内外大量的研究和现场应用已经证明，向油层中注入CO2混相驱或非混相驱能够大幅度提高原油采收率。
2)利用CO2提高原油采收率是永久封存CO2的最佳方法，不仅具有巨大的经济效益，而且有着巨大的环境效益。
3)CO2驱油技术在中国尚未成为研究和应用的主导技术，国内应加大该技术的研究和矿场应用推广工作。
4)目前也还存在着一些不利因素制约着CO2驱技术的发展，如经济性问题、流度难以控制问题、CO2注入量不足问题及腐蚀、结垢、沥青和石蜡沉淀等。
参 考 文 献
[1]李士伦.张正卿.冉新权著.注气提高石油采收率技术.四川科学技术出版社.2001.11
[2]杨帆.李治平.油田绿色开采技术——CO2驱油.内蒙古石油化工.2007年第2期:131-133
[3]钱伯章.朱建芳.世界封存CO2驱油的现状与前景.能源环境保护.2008.22(1):1-4
[4]陈铁龙.三次采油概论.石油工业出版社.2000.10
[关键词] CO2 提高采收率 驱油机理 三次采油
随着经济持续快速增长，我国对油气的需求将不断增加。工信部近日披露数据显示，今年前5个月，中国原油对外依存度达55.2%，已超过美国（53.5%）。保障经济较快增长所需的油气供给与能源安全，已成为我国社会和国民经济可持续发展的重大战略问题。而通过注入CO2大幅度提高原油采收率是满足目前对原油需求的有效方法之一。CO2驱提高采收率（EOR）技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决CO2的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。
1.国内外CO2驱油开发概况
国外很多油田已成功地进行大规模CO2驱并取得较好的效果，证明CO2驱具有成功率高、风险性低的特点，以技术指标和经济指标双重标准来衡量，CO2驱是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。CO2纯度在90%以上即可用于提高采油率，其驱油一般可提高原油采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20年。CO2可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。据估计，全球范围内枯竭油气田封存CO2的能力大约相当于目前全世界电厂125年内燃烧释放的CO2排放总量。因此，利用CO2提高原油采收率是永久封存CO2的最佳方法，不仅具有巨大的经济效益，而且有着巨大的环境效益。
1.1国外研究现状
目前，在国外CO2驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量的第二位。使用CO2驱的国家有美国、俄罗斯、匈牙利、罗马尼亚、加拿大、法国、西德、葡萄牙等。而美国是CO2驱发展最快的国家，自20世纪80年代以来，美国的CO2驱项目不断增加，已成为继蒸气驱之后的第二大提高采收率技术。美国有10个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7%-15%，在克萨斯州CO2驱是最主要的提高采收率方法，其效果也最好，提高采收率30%。目前，美国每年注入油藏的CO2量约为2000万吨至3000万吨，其中有300万吨CO2来源于煤气化厂和化肥厂的尾气。
1.2国内研究现状
CO2在我国油气开采中也同样有着巨大的应用潜力。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”数据显示：仅在参与本次评价的101.36亿吨常规稀油油田的储量中，适合CO2驱的原油储量约为12.3亿吨，预计利用CO2驱可增加可采储量约1.6亿吨。
我国东部主要产油区CO2气源较少，但注CO2提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注CO2技术在油田的应用越来越多，已在大庆、胜利、中原、江苏等多个油田进行了现场试验。江苏油田针对其复杂小断块油藏特点，于1996年2月在富民油田富46断块F48井进行了CO2单井吞吐矿场试验，也取得了理想效果。
2.CO2驱油机理
(1)降粘作用
CO2与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可使原油粘度下降到原粘度的1/10～1/100。一般来说，原油粘度越高，CO2可使原油粘度下降的幅度越大，粘度降低后原油流动能力增大，原油产量提高。
(2)膨胀作用
CO2溶解于原油后来，与油藏原始状态的原油相比，其体积系数大大增加，溶解了CO2的原油体积可以增加10%~100%，原油体积膨胀倍数取决于压力、温度及原油的组分。原油体积大幅度膨胀，既可以增加地层的弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离地层水以及岩石表面的束缚，变成可动油，使驱油效率升高，提高原油采收率。
(3)改善油水流度比
CO2溶于原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化后，其粘度随之降低，同时也降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积。
(4)提高渗透率作用
CO2溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水可以溶解油藏中的钙质胶结物或白云岩，提高岩石渗透率，同时CO2还有利于抑制粘土膨胀。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除无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。
(5)分子扩散作用
多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油。分子的扩散过程很缓慢，特别是水相将油相与CO2气相隔开时，水相阻碍了CO2分子向油相中的扩散并且完全抑制了轻质烃从油相释放到CO2中，因此，必须有足够的时间，使CO2分子充分扩散到油相中。
3.CO2驱油方式
3.1 CO2混相驱驱油
CO2提高采收率混相驱油项目数量不断增加，使CO2提高采收率应用规模扩大，提供了研究CO2提高采收率驱油物理化学机理的条件。CO2混相驱油的主要机理是二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而实现混相以及降低界面张力。根据应用经验，相对密度小于0.9042的原油宜采用二氧化碳混相驱。CO2提高采收率混相驱实施的储层地质条件为：①储层的深度范围在1000—3000m范围内；②致密和高渗透率储层；③原油黏度为低或中等级别；④储层为砂岩或碳酸盐岩。
3.2 CO2非混相驱驱油
CO2提高采收率非混相驱油机理是大量CO2溶解在原油中(13m3／桶)，使原油膨胀，使原油黏度下降10个级数，同时，减小界面张力，抽提和汽化原油中的轻烃。适合CO2提高采收率非混相驱油的条件如下：
1)储层纵向上渗透率高。
2)储层中大量的原油形成油柱。
3)储层具有可以形成气顶的圈闭构造，储层连通性好。
4)储层中没有导致驱油效率降低的断层和断裂。
3.3 CO2非混相单井吞吐开采技术
CO2吞吐开采技术相对来说具有投资低，返本快的特点，其开采机理主要是使原油体积膨胀、降低原油粘度、抽提轻烃和相对渗透率效应。这种方法近似于常规稠油开采的蒸汽吞吐工艺。但是，这种周期注入CO2的方案，不仅适合于常规稠油，而且也适用于开采较轻质原油。当残余油饱和度很低，油井处于或接近经济极限，再采用大面积的提高采收率方法已不适宜和不经济时，该方法尤其具有吸引力。
4.CO2驱油藏条件
根据大量的矿场试验，总结出适应CO2驱油油藏的基本条件是：油层的岩性可以是灰岩、白云岩或砂岩等，CO2溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高地层渗透率；油藏一般埋深在600-3500米，油层温度一般低于120℃，油层厚度大于3米；油层的破裂压力大于要求的注入压力，防止地层的压裂，影响驱油效果；油层具有大的空隙体积以便与CO2接触，渗透率一般大于5个毫达西。李士伦于2000年给出适于CO2驱地层的筛选原则（见表1）。从表中可以看出，稀油油藏主要采用CO2混相驱，而稠油油藏主要采用CO2非混相驱。
5.结论
1)国内外大量的研究和现场应用已经证明，向油层中注入CO2混相驱或非混相驱能够大幅度提高原油采收率。
2)利用CO2提高原油采收率是永久封存CO2的最佳方法，不仅具有巨大的经济效益，而且有着巨大的环境效益。
3)CO2驱油技术在中国尚未成为研究和应用的主导技术，国内应加大该技术的研究和矿场应用推广工作。
4)目前也还存在着一些不利因素制约着CO2驱技术的发展，如经济性问题、流度难以控制问题、CO2注入量不足问题及腐蚀、结垢、沥青和石蜡沉淀等。
参 考 文 献
[1]李士伦.张正卿.冉新权著.注气提高石油采收率技术.四川科学技术出版社.2001.11
[2]杨帆.李治平.油田绿色开采技术——CO2驱油.内蒙古石油化工.2007年第2期:131-133
[3]钱伯章.朱建芳.世界封存CO2驱油的现状与前景.能源环境保护.2008.22(1):1-4
[4]陈铁龙.三次采油概论.石油工业出版社.2000.10