[科普中国]-二氧化碳驱油技术

国内外研究现状

(1) 国外研究现状

前苏联最早从1953年开始对注二氧化碳提高采收率技术进行研究。1967年前苏联石油科学研究院在图依马津油田的亚历山德罗夫区块进行了工业性基础试验。尽管这些油藏的地质条件不同，但都取得了好的应用效果。

而美国是二氧化碳驱发展最快的国家，自20世纪80年代以来，美国的二氧化碳驱项目不断增加，已成为继蒸气驱之后的第二大提高采收率技术。美国目前 正在实施的混二氧化碳相驱项目有64个。大部分油田驱替方案中，注入的体积二氧化碳约占烃类孔隙体积的30%，提高采收率的幅度为7%-12%。

近年来，加拿大和土耳其对二氧化碳驱开采重油进行了大量的实验研究。土耳其大规模的采用驱替二氧化碳重油，并获得了很大的成功。加拿大也从实验上证实二氧化碳一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，并且可以把粘度降低到用蒸气驱替的水平。

(2) 国内研究现状

我国东部主要产油区二氧化碳气源较少，但注二氧化碳提高采收率技术的研究和现场先导试验却一直没有停止。注二氧化碳技术在油田的应用越来越多，已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。

我国对二氧化碳驱油技术也进行了大量的前期研究，例如,大庆油田利用炼油厂加氢车间的副产品——高纯度二氧化碳 96% 进行二氧化碳非混相驱矿场试验。虽然该矿场试验由于油藏的非均质性导致的气窜影响了波及效率, 但总体上还是取得了降低含水率、提高原油采收率的效果。针对胜利油田特超稠油油藏黏度大、埋藏深 , 从 2005 年起胜利采油院与胜利石油开发中心合作 , 在郑 411、T826等特超稠油区开始二氧化碳辅助蒸汽吞吐的试验 , 首次把二氧化碳和水蒸气结合起来应用于热力采油 ,并据此展开更深入的理论研究 ,不断提高热采配套工艺技术水平。

2009年5月22日，在大庆油田公司榆树林油田树101二氧化碳驱油区块和勘探开发研究院开发研究二室获悉，二氧化碳驱油技术攻关试验在这个油田外围呈现良好发展态势。1

适合二氧化碳驱油的油藏条件根据大量的矿场试验，总结出适应二氧化碳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，二氧化碳溶于水后形成的碳酸可以溶蚀钙盐等，提高底层渗透率；二氧化碳你驱油油藏一般埋深在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二氧化碳接触，渗透率一般大于5个毫达西。2

驱油机理(1) 降粘作用

二氧化碳与原油有很好的互溶性，能显著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。原油初始粘度越高，降低后的粘度差越大，粘度降低后原油流动能力增大，提高原油产量，如图所示。3

(2) 改善原油与水的流度比

二氧化碳溶于原油和水，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。

(3) 膨胀作用

二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，便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，是驱油效率升高，提高原油采收率。图为原油的膨胀系数与二氧化碳物质的量分数关系。从图可以看到，原油中二氧化碳物质的量分数越高，原油的密度越高，相对分子质量越小，原油的膨胀系数越大。

(4) 萃取和汽化原油中的轻烃

在一定压力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同组分的轻质烃，降低原油相对密度，从而提高采收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的轻质烃，随后较重质烃被汽化产出，最后达到稳定。

(5) 混相效应

混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消除了界面张力。二氧化碳与原油混合后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。

(6) 分子扩散作用

多数情况下，二氧化碳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二氧化碳气相隔开时，水相阻碍了二氧化碳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二氧化碳中，因此，必须有足够的时间，使二氧化碳分子充分扩散到油相中。

(7) 降低界面张力

二氧化碳混相驱中，二氧化碳抽提原油中的轻质组分或使其汽化，从而降低界面张力。

(8) 溶解气驱作用

大量的二氧化碳溶于原油中具有溶解气驱的作用。降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降，二氧化碳从液体中逸出，液体内产生气体驱动力，提高了驱油效果。另外，一些二氧化碳驱油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

(9) 提高渗透率作用

二氧化碳溶于原油和水，使其碳酸化。碳酸水与油藏的碳酸盐反应，生成碳酸氢盐。碳酸氢盐易溶于水，导致碳酸盐尤其是井筒周围的大量水和二氧化碳通过的碳酸岩渗透率提高，使地层渗透率得以改善，上述作用可使砂岩渗透率提高5%-15%，同时二氧化碳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出无机垢堵塞、疏通油流通道、恢复单井产能。

注入二氧化碳方式1、 连续注二氧化碳气体

直接向已枯竭的地层中连续注入二氧化碳气体，特点为：

（1）见效快，但二氧化碳消耗量大，一般为地层孔隙体积的几倍；

（2）由于不利的流度比，容易发生早期气窜，产气量上升快，二氧化碳利用率低；

（3）不适于压力过低的油藏，因为这类油藏一方面需要大量的二氧化碳气体，另一方面，过低的压力下二氧化碳气体与原油混相困难，造成只有少量轻质烃采出，大量重质烃留在地下。

2、 注碳酸水

利用二氧化碳溶于水的性质，将水-二氧化碳溶液注入到地层后，水中的二氧化碳在分子扩散作用下与原油接触并驱油。

（1） 改善流度比

由于水中二氧化碳更容易溶解在原油中，因此注水前缘后面地层中的二

氧化碳会转移到残余油相中，降低原油粘度，提高油相渗透率，同时碳酸化水中的二氧化碳对水具有增粘作用，可以改善流度比，并使油水相界面处毛管力下降和岩石水润视角减小。原来水不能波及到的地方，由于水中溶有二氧化碳而能被波及到，一般碳酸化波及系数要比普通的高出几倍。

（2） 提高洗油效率

由于原油与二氧化碳要比水与二氧化碳在化学上有更深的“亲缘”关系，因此在碳酸化水与石油接触时，二氧化碳的分子发生扩散，从而使附在岩石骨架表面上的重质油膜“疏松”化，最终使这些油膜移动，提高了洗油效率。

（3） 吸附现象

由于二氧化碳也像其他溶剂一样存在吸附作用，因而通常二氧化碳浓度前缘要远远落后于水驱前缘，相差1-7倍，但这种吸附与聚合物不同，不论在原油处吸附，还是岩石表面吸附，对原油开发均有利。

3、 水、二氧化碳气体段赛交替注入

将二氧化碳和水以较小的段赛尺寸（一般小于5%HCPV）交替注入到油层中驱油。虽然注入的水可能造成水屏蔽和二氧化碳绕流原油，且存在潜力的重力分层作用，同时还可能造成注入能力下降等缺点。但由于改善了二氧化碳的流度，提高了二氧化碳的体积波及系数和利用率，因此，交替注入方式是经济有效的提高采收率的工艺方法。

4、 二氧化碳和水同时注入

二氧化碳和水同时注入是利用双注系统同时将水和二氧化碳注入油层的方法。可以看做WAG发的一种极端情况。此种注入方法的不利因素就是：当高压注入二氧化碳和水的混合物时，注入井腐蚀严重；当两相同时注入时，注入能力会降低。2

意义国外近年来大力开展了二氧化碳驱提高采收率（EOR）技术的研发和应用。这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境，抑制温室效应。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。低渗透油藏, 可以明显提高原油采收率。

目前，在国外二氧化碳驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量的第二位。使用二氧化碳驱的国家有美国、俄罗斯、匈牙利、罗马尼亚、加拿大、法国、西德、葡萄牙等。美国有10个产油区的292个油田适用二氧化碳驱，一般提高采收率7%-15%，在克萨斯州二氧化碳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%。

我国有93%以上的油田都是采用注水开发的，而水驱采收率只能达到40%左右。而且，长期的大量注水，使我国的主要老油田普遍进入了高含水阶段，因此必须配合其它提高采收率方法。在我国的石油开采中，二氧化碳也有着巨大的应用潜力。自60年代以来，在大庆，胜利、任丘等油田先后开展二氧化碳驱试验。大庆油田矿场试验 早期拄碳酸水，比注清水提高采收率8.2%-10.5%，胜利油田室内试验注12.3%PV二氧化碳，比注清水提高采收率7.3%-10.8%任丘油田室内试验室12%PV二氧化碳，采收率达到50%-70%。2

前景二氧化碳驱油提高采收率和埋存技术已经成为经济开发和环境保护上实现双赢的有效办法，实现温室气体的资源化利用并提高油气采收率前景可期。国内外大量的研究和现场应用已经证明，向油层中注入二氧化碳混相驱或非混相驱能够大幅度提高采收率。据2010年《油气杂志》报道，美国利用二氧化碳驱技术已经采出了大约15亿桶原油，根据美国能源部国家能源技术实验室（NETL）的评价结果，美国利用二氧化碳驱的增油潜力达340亿桶。

根据1998年《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》的结果，仅在参与评价的79.9亿吨常规稀油油田储量中，适合二氧化碳驱的原油储量约为12.3亿吨。另外我国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏储量，尚有50%左右未动用。开发这些储量，二氧化碳驱比水驱具有明显的优势。

此外，二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤层气和天然气采收率领域也具有很好的应用前景。“具体到我国，当前和今后一段时期，二氧化碳减排必须走高效利用之路，二氧化碳驱油提高采收率和埋存技术必定具有广泛的应用前景。3