注二氧化碳采油技术应用及前景-陈俊名

注二氧化碳采油技术应用及前景陈俊名摘要二氧化碳采油技术是国外应用最广的三次采油方法,而且在国外取得了巨大的经济利益, 由于国外利用二氧化碳提高采收率的技术发展较早，固有借鉴之处，但国内的情况有所不同，各种情况导致我国的油田不可全套搬用国外的技术，必须具体问题具体分析，因此采用二氧化碳采油技术增加石油的采收率还需要进一步的论证与试验方可付诸实施。

我国油藏主要为陆相沉积，且生物源复杂这使得采用该技术需面对不同于国外的各种技术难题，如二氧化碳与原油的混相压力高，注入二氧化碳过程中串流严重，有机物的沉淀问题，结垢问题，腐蚀问题等等，这些问题都将增加这一技术在国内施用的成本，因此，需要做系统的分析和考证，节约成本，使该技术为我国所用，即可解决温室气体主要是二氧化碳的排放，又可以增加原油采收率。

关键词二氧化碳提高采收率低渗透油藏三次采油一．引言全球气候变暖与石油能源危机成为了全球关心的主要问题，全球气候变暖主要与温室气体主要是二氧化碳的排放有关，石油能源危机主要通过寻找新能源或者是提高石油的采收率来解决，而在国外广泛使用的二氧化碳驱油技术既能减少温室气体的排放，还可以增加原油的采收率，是值得我国借鉴的，因此具有广阔的前景。

二．国外二氧化碳驱发展现状在世界石油产量中，提高原油采收率（EOR）所产原油所占比例继续呈上升趋势。

目前，世界石油约3%来自EOR，美国的EOR产量在1992年达到高峰。

注蒸汽仍然是最主要的EOR方法，但只有二氧化碳注入，石油产量才能一直呈增长趋势。

国外二氧化碳驱油的工业应用已趋成熟，并占补采原油量的第二位。

美国的二氧化碳混相驱实验室和现场试验研究开始于40年代末和50年代初，有关二氧化碳驱油的室内研究开始于50年代，并持续到60年代，在1952年发表的一篇专利文献中曾提到可将二氧化碳用于提高原油采收工艺。

此项成果中，有关气体组成对原油采收率影响的研究结果发表于1956年，而对工艺的基本机理在1958年菜进行了概括，直至1959年菜发表了关于总结影响混相驱替采油效率的因素的一篇重要资料。

到60年代后期和70年代还未出现现场情况的评价文章。

70年代以来，由于美国西部发现了大量高纯度二氧化碳气藏，二氧化碳驱替技术逐渐得到了重视，特别是80年代穿过西德克萨斯二氧化碳输气管线路的铺设成功，使得二氧化碳驱替项目得到了迅猛的发展。

到1992年，美国已经在60多个油田实施了二氧化碳驱技术，估计可以增加开采31*108 t 原油。

美国利用二氧化碳驱油技术在1996年的原油产量已达800多万吨。

美国在过去的20年中，混相驱项目增长了200%-300%，尤其是进入90年代以来，美国对60年代注水开采的二叠盆地实施了二氧化碳驱。

二叠盆地还有50多个适于注二氧化碳的经济油藏，这些油藏增加的原油储量在6.85*107—1.37*108t之间，如此大的储量相当于发现了一个大的世界级含油气盆地。

表2.1美国注CO2驱油藏有关数据从上表可以看出注入CO2不仅适合于白云岩和砂岩油藏,也适合于硅藻岩，石灰岩以及混合岩性类型油藏。

表2.2美国注入CO2驱油含油饱和度统计分析从上表可以看出该技术可以使含有饱和度降低20%以上，因此具有很高的效率。

三、二氧化碳驱采油原理3．1 二氧化碳的作用：(1) 降低原油粘度CO2溶于原油后，降低了原油粘度，原油粘度越高，粘度降低程度越大。

原油粘度降低时，原油流动能力增加，从而提高了原油产量。

但是在原油饱和二氧化碳之后，如果再增加压力，压缩作用将导致原油粘度的增加。

图3-1-1。

原油粘度降低与二氧化碳饱和压力的关系（50℃）原油粘度；溶有CO2的原油粘度(2) 改善原油与水的流度比大量的CO2溶于原油和水，将使原油和水碳酸化。

原油碳酸化后，其粘度随之降低，大庆勘探开发研究院在45℃和12.7MPa的条件下进行了有关试验，试验表明，CO2在油田注入水中的溶解度为5 %（质量），而在原油中的溶解度为15%（质量）；由于大量CO2溶于原油中，使原油粘度由9.8mPa?s降到2.9mPa?s，使原油体积增加了17.2%，同时也增加了原油的流度。

水碳酸化后，水的粘度将提高20%以上，同时也降低了水的流度。

因为碳酸化后，油和水的流度趋向靠近，所以改善了油与水流度比，扩大了波及体积。

(3) 使原油体积膨胀CO2大量溶于原油中，可使原油体积膨胀，原油体积膨胀的大小，不但取决于原油分子量的大小，而且也取决于CO2的溶解量。

CO2溶于原油，使原油体积膨胀，也增加了液体内的动能，从而提高了驱油效率。

(4) 使原油中轻烃萃取和汽化当压力超过一定值时，CO2混合物能使原油中不同组分的轻质烃萃取和汽化，降低原油相对密度，从而提高采收率。

萃取和汽化现象是CO2混相驱油的重要机理。

在试验中还发现，当压力超过10.3MPa 时，CO2才使原油中轻质烃萃取和汽化；当压力超过7.85MPa时，采收率就相当高，可以高达90%。

(5) 混相效应混相的最小压力称为最小混相压力（MMP）。

最小混相压力取决于CO2的纯度、原油组分和油藏温度。

最小混相压力随着油藏温度的增加而提高；最小混相压力随着原油中C5以上组分分子量的增加而提高；最小混相压力受CO2纯度（杂质）的影响，如果杂质的临界温度低于CO2的临界温度，最小混相压力减小，反之，如果杂质的临界温度高于CO2的临界温度，最小混相压力增大。

CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带（oil banking）。

油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。

(6) 分子扩散作用非混相CO2驱油机理主要建立在CO2溶于油引起油特性改变的基础上。

为了最大限度地降低油的粘度和增加油的体积，以便获得最佳驱油效率，必须在油藏温度和压力条件下，要有足够的时间使CO2饱和原油。

但是，地层基岩是复杂的，注入的CO2也很难与油藏中原油完全混合好。

而多数情况下，CO2是通过分子的缓慢扩散作用溶于原油的。

(7) 降低界面张力残余油饱和度随着油水界面张力的减小而降低；多数油藏的油水界面张力为10~20mN/m，要想使残余油饱和度趋向于零，必须使油水界面张力降低到0.001mN/m或更低。

界面张力降到0.04mN/m 以下，采收率便会明显地提高。

CO2驱油的主要作用是使原油中轻质烃萃取和汽化，大量的烃与CO2混合，大大降低了油水界面张力，也大大降低了残余油饱和度，从而提高了原油采收率。

(8) 溶解气驱作用大量的CO2溶于原油中，具有溶解气驱作用。

降压采油机理与溶解气驱相似，随着压力下降，CO2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CO2驱替原油后，占据了一定的孔隙空间，成为束缚气，也可使原油增产。

(9) 提高渗透率碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘土膨胀。

CO2溶于水后显弱酸性，能与油藏的碳酸盐反应，使注入井周围的渗透率提高。

可见碳酸盐岩油藏更有利于CO2驱油。

3.2 适合二氧化碳混相驱油藏的筛选原则由于经济和技术方便的原因，并不是所有的油藏都适合二氧化碳驱技术，自二氧化碳采油技术在现场实施以来，许多学者以油藏和原油的固有特性为基础开展了注CO2混相驱、非混相驱和吞吐的筛选标准研究。

1998年，Thomas指出注气筛选油藏的6个重要参数分别是①相态特征②界面张力③流度效应④孔隙大小分布⑤相对密度⑥湿润性。

目前的筛选因素较多，综合经济因素普遍的筛选标准见下表。

图3-2 CO2驱油筛选方案研究流程图同时还应该考虑如下条件：（1）二氧化碳起源，廉价的重组二氧化碳气源是二氧化碳驱不可缺少的条件，固该油气藏最好在二氧化碳气源方便运输的地带。

（2）开采压力不应超过岩石围压，否则二氧化碳通过张开裂缝可能迅速突破采油井，或从开采区冲出。

（3）油层不应有大量的裂隙，否则会造成气串，降低波及效率。

（4）油藏不应有大量的断层，否则注入二氧化碳会漏失。

（5）对于水平油层，垂直渗透率越小越好。

（6）裂缝性储集岩层中，可用二氧化碳垂向驱油。

（7）均质油层优先，薄油层优先（3-9M），倾斜油层有利于垂向驱替。

连续分布的油层效果好，透镜状油层效果差。

（8）不应有边底水，油层的含气饱和度越低越有利。

（9）不适合带游离气顶气的油藏。

（10）不适合沥青质含量高的低渗油藏。

四、我国注入CO2技术所面临的挑战与世界上的其他国家不同，我国的地形地貌以及油气藏有其特殊性，不能完全照搬世界上其他国家正在施用的EOR技术，因此了解我国在该技术的施用上所面临的困难将极为重要，这些技术难题或挑战如下：1．CO2与原油混相压力较高，而我国大部分油层的破裂压力均小于CO2与原油的混相压力。

2．由于我国大部分油藏为非均质油藏，且天然裂隙，人工裂隙较多，注CO2过程中若控制不当很容易出现串流现象，导致采收率下降，成本提高，甚至出现事故。

3．我国油藏中中蜡，沥青质和胶质含量较高，驱油过程中，二氧化碳会抽提原油中较高分子量的烃（蜡质，沥青质等）从原油中沉淀出来，并且在二氧化碳流经炮眼进入井筒时，体积膨胀吸热，导致周围温度降低，使重烃物质大量沉积堵塞孔隙吼道。

4．按照现有的CO2驱油藏适应性评价标准，目前国外CO2技术主要应用于原油粘度较低、注入性良好、均质性较好、无裂缝、厚度较大的油层。

我国完全符合上述条件的油层较少。

以上是我国实现该技术所要面对的特定问题，下面是常见问题1．结垢问题大庆油田曾于六十年代进行过二氧化碳水驱油矿场试验，当含水达80%以后，在水套加热炉之后的一段管线全部被垢堵塞，只好停止试验。

2．腐蚀问题3．井口冻结问题4．储物性变化问题注CO2前岩心扫描电镜图注CO2后岩心扫描电镜图两张图的对比可以发现诸如CO2之后改变了岩石的连通性有差到好，粒间孔隙也加大。

这样有利也有弊利：如果两种效应发生在注入井附近或低渗层位，储层孔隙增大，可以明显的改善注入性。

弊：如果油藏的非均质性较强，甚至存在串流通道，注入的CO2主要在高渗层或串流通道中发生溶蚀反应，则将加剧储层的非均质性和串流程度五、二氧化碳驱油技术工艺流程1．CO2采集和运移系统:①CO2的储存由于CO2液化后的体积仅为气体的1/500，CO2的运输通常以液体形式进行，液体的CO2储运方式可分为常温高压气瓶和低温低压气瓶两种。

目前国外主要采用低温储运技术，温度范围-20℃到-30℃，压力范围1.5-2.5MPa。

②CO2的运输液态CO2以CO2罐车拉运为主。

气态CO2可用管线输送。

压力高于临界压力的情况下CO2作为超临界体输送。

图4-1-1 CO2的相图2．CO2注入系统在注CO2驱油时，CO2注入注入储层的方式主要：连续注入、水气交替注入（W AG）、CO2吞吐、重力稳定驱、水和CO2同时分开注入（SSWG），其中水气交替注入和CO2吞吐为最常用的2种注入方式。