二氧化碳驅油技術

(1) 國外研究現狀

前蘇聯最早從1953年開始對注二氧化碳提高採收率技術進行研究。1967年前蘇聯石油科學研究院在圖依馬津油田的亞歷山德羅夫區塊進行了工業性基礎試驗。儘管這些油藏的地質條件不同，但都取得了好的應用效果。

而美國是二氧化碳驅發展最快的國家，自20世紀80年代以來，美國的二氧化碳驅項目不斷增加，已成為繼蒸氣驅之後的第二大提高採收率技術。美國 正在實施的混二氧化碳相驅項目有64個。大部分油田驅替方案中，注入的體積二氧化碳約佔烴類孔隙體積的30%，提高採收率的幅度為7%-12%。

近年來，加拿大和土耳其對二氧化碳驅開採重油進行了大量的實驗研究。土耳其大規模的採用驅替二氧化碳重油，並獲得了很大的成功。加拿大也從實驗上證實二氧化碳一旦溶解在原油中就可使原油粘度降低，並且可以把粘度降低到用蒸氣驅替的水平。

(2) 國內研究現狀

我國東部主要產油區二氧化碳氣源較少，但注二氧化碳提高採收率技術的研究和現場先導試驗卻一直沒有停止。注二氧化碳技術在油田的應用越來越多，已在江蘇、中原、大慶、勝利等油田進行了現場試驗。

我國對二氧化碳驅油技術也進行了大量的前期研究，例如,大慶油田利用煉油廠加氫車間的副產品——高純度二氧化碳 96% 進行二氧化碳非混相驅礦場試驗。雖然該礦場試驗由於油藏的非均質性導致的氣竄影響了波及效率, 但總體上還是取得了降低含水率、提高原油採收率的效果。針對勝利油田特超稠油油藏黏度大、埋藏深 , 從 2005 年起勝利採油院與勝利石油開發中心合作 , 在鄭 411、T826等特超稠油區開始二氧化碳輔助蒸汽吞吐的試驗 , 首次把二氧化碳和水蒸氣結合起來應用於熱力採油 ,並據此展開更深入的理論研究 ,不斷提高熱採配套工藝技術水平。

2009年5月22日，在大慶油田公司榆樹林油田樹101二氧化碳驅油區塊和勘探開發研究院開發研究二室獲悉，二氧化碳驅油技術攻關試驗在這個油田外圍呈現良好發展態勢。 ^[1] 

根據大量的礦場試驗，總結出適應二氧化碳驅油油藏的基本條件是：油層的巖性可以是灰巖、白雲岩或砂岩等，二氧化碳溶於水後形成的碳酸可以溶蝕鈣鹽等，提高底層滲透率；二氧化碳驅油油藏一般埋深在600-3500米，油層温度一般低於120℃，油層厚度大於3米；油層的破裂壓力大於要求的注入壓力，防止地層的壓裂，影響驅油效果；油層具有大的空隙體積以便與二氧化碳接觸，滲透率一般大於5個毫達西。 ^[2] 

(1) 降粘作用

二氧化碳與原油有很好的互溶性，能顯著降低原油粘度，可降低到原粘度的1/10左右。原油初始粘度越高，降低後的粘度差越大，粘度降低後原油流動能力增大，提高原油產量，如圖1所示。 ^[3] 

(2) 改善原油與水的流度比

二氧化碳溶於原油和水，使其碳酸化。原油碳酸化後，其粘度隨之降低，同時也降低了水的流度，改善了油與水流度比，擴大了波及體積。

(3) 膨脹作用

二氧化碳注入油藏後，使原油體積大幅度膨脹，便可以增加地層的彈性能量，還有利於膨脹後的剩餘油脱離地層水以及岩石表面的束縛，變成可動油，是驅油效率升高，提高原油採收率。圖2為原油的膨脹係數與二氧化碳物質的量分數關係。從圖可以看到，原油中二氧化碳物質的量分數越高，原油的密度越高，相對分子質量越小，原油的膨脹係數越大。

(4) 萃取和汽化原油中的輕烴

在一定壓力下，二氧化碳混合物能萃取和汽化原油中不同組分的輕質烴，降低原油相對密度，從而提高採收率。二氧化碳首先萃取和汽化原油中的輕質烴，隨後較重質烴被汽化產出，最後達到穩定。

(5) 混相效應

混相效應是指兩種流體能相互溶解而不存在界面，消除了界面張力。二氧化碳與原油混合後，不僅能萃取和汽化原油中輕質烴，而且還能形成二氧化碳和輕質烴混合的油帶。油帶移動是最有效的驅油過程，可使採收率達到90%以上。

(6) 分子擴散作用

多數情況下，二氧化碳是通過分子的緩慢擴散作用溶於原油。分子的擴散過程很緩慢，特別是水相將油相與二氧化碳氣相隔開時，水相阻礙了二氧化碳分子向油相中的擴散並且完全抑制了輕質烴從油相釋放到二氧化碳中，因此，必須有足夠的時間，使二氧化碳分子充分擴散到油相中。

(7) 降低界面張力

二氧化碳混相驅中，二氧化碳抽提原油中的輕質組分或使其汽化，從而降低界面張力。

(8) 溶解氣驅作用

大量的二氧化碳溶於原油中具有溶解氣驅的作用。降壓採油機理與溶解氣驅相似，隨着壓力下降，二氧化碳從液體中逸出，液體內產生氣體驅動力，提高了驅油效果。另外，一些二氧化碳驅油後，佔據了一定的孔隙空間，成為束縛氣，也可使原油增產。

(9) 提高滲透率作用

二氧化碳溶於原油和水，使其碳酸化。碳酸水與油藏的碳酸鹽反應，生成碳酸氫鹽。碳酸氫鹽易溶於水，導致碳酸鹽尤其是井筒周圍的大量水和二氧化碳通過的碳酸岩滲透率提高，使地層滲透率得以改善，上述作用可使砂岩滲透率提高5%-15%，同時二氧化碳還有利於抑制粘土膨脹。另外，二氧化碳-水混合物由於酸化作用可以在一定程度上解出無機垢堵塞、疏通油流通道、恢復單井產能。

1、 連續注二氧化碳氣體

直接向已枯竭的地層中連續注入二氧化碳氣體，特點為：

（1）見效快，但二氧化碳消耗量大，一般為地層孔隙體積的幾倍；

（2）由於不利的流度比，容易發生早期氣竄，產氣量上升快，二氧化碳利用率低；

（3）不適於壓力過低的油藏，因為這類油藏一方面需要大量的二氧化碳氣體，另一方面，過低的壓力下二氧化碳氣體與原油混相困難，造成只有少量輕質烴採出，大量重質烴留在地下。

2、 注碳酸水

利用二氧化碳溶於水的性質，將水-二氧化碳溶液注入到地層後，水中的二氧化碳在分子擴散作用下與原油接觸並驅油。

（1） 改善流度比

由於水中二氧化碳更容易溶解在原油中，因此注水前緣後面地層中的二

氧化碳會轉移到殘餘油相中，降低原油粘度，提高油相滲透率，同時碳酸化水中的二氧化碳對水具有增粘作用，可以改善流度比，並使油水相界面處毛管力下降和岩石水潤視角減小。原來水不能波及到的地方，由於水中溶有二氧化碳而能被波及到，一般碳酸化波及係數要比普通的高出幾倍。

（2） 提高洗油效率

由於原油與二氧化碳要比水與二氧化碳在化學上有更深的“親緣”關係，因此在碳酸化水與石油接觸時，二氧化碳的分子發生擴散，從而使附在岩石骨架表面上的重質油膜“疏鬆”化，最終使這些油膜移動，提高了洗油效率。

（3） 吸附現象

由於二氧化碳也像其他溶劑一樣存在吸附作用，因而通常二氧化碳濃度前緣要遠遠落後於水驅前緣，相差1-7倍，但這種吸附與聚合物不同，不論在原油處吸附，還是岩石表面吸附，對原油開發均有利。

3、 水、二氧化碳氣體段賽交替注入

將二氧化碳和水以較小的段賽尺寸（一般小於5%HCPV）交替注入到油層中驅油。雖然注入的水可能造成水屏蔽和二氧化碳繞流原油，且存在潛力的重力分層作用，同時還可能造成注入能力下降等缺點。但由於改善了二氧化碳的流度，提高了二氧化碳的體積波及係數和利用率，因此，交替注入方式是經濟有效的提高採收率的工藝方法。

4、 二氧化碳和水同時注入

二氧化碳和水同時注入是利用雙注系統同時將水和二氧化碳注入油層的方法。可以看做WAG發的一種極端情況。此種注入方法的不利因素就是：當高壓注入二氧化碳和水的混合物時，注入井腐蝕嚴重；當兩相同時注入時，注入能力會降低。 ^[2] 

國外近年來大力開展了二氧化碳驅提高採收率（EOR）技術的研發和應用。這項技術不僅能滿足油田開發的需求，還可以解決二氧化碳的封存問題，保護大氣環境，抑制温室效應。該技術不僅適用於常規油藏，尤其對低滲、特低滲透油藏，可以明顯提高原油採收率。低滲透油藏, 可以明顯提高原油採收率。

在國外二氧化碳驅油的工業應用已趨於成熟，並佔補採原油量的第二位。使用二氧化碳驅的國家有美國、俄羅斯、匈牙利、羅馬尼亞、加拿大、法國、西德、葡萄牙等。美國有10個產油區的292個油田適用二氧化碳驅，一般提高採收率7%-15%，在克薩斯州二氧化碳驅是最主要的提高採收率方法，其效果也最好，提高採收率30%。

我國有93%以上的油田都是採用注水開發的，而水驅採收率只能達到40%左右。而且，長期的大量注水，使我國的主要老油田普遍進入了高含水階段，因此必須配合其它提高採收率方法。在我國的石油開採中，二氧化碳也有着巨大的應用潛力。自60年代以來，在大慶，勝利、任丘等油田先後開展二氧化碳驅試驗。大慶油田礦場試驗 早期拄碳酸水，比注清水提高採收率8.2%-10.5%，勝利油田室內試驗注12.3%PV二氧化碳，比注清水提高採收率7.3%-10.8%任丘油田室內試驗室12%PV二氧化碳，採收率達到50%-70%。 ^[2] 

二氧化碳驅油提高採收率和埋存技術已經成為經濟開發和環境保護上實現雙贏的有效辦法，實現温室氣體的資源化利用並提高油氣採收率前景可期。國內外大量的研究和現場應用已經證明，向油層中注入二氧化碳混相驅或非混相驅能夠大幅度提高採收率。據2010年《油氣雜誌》報道，美國利用二氧化碳驅技術已經採出了大約15億桶原油，根據美國能源部國家能源技術實驗室（NETL）的評價結果，美國利用二氧化碳驅的增油潛力達340億桶。

根據1998年《中國陸上已開發油田提高採收率第二次潛力評價及發展戰略研究》的結果，僅在參與評價的79.9億噸常規稀油油田儲量中，適合二氧化碳驅的原油儲量約為12.3億噸。另外我國現已探明的63.2億噸低滲透油藏儲量，尚有50%左右未動用。開發這些儲量，二氧化碳驅比水驅具有明顯的優勢。

此外，二氧化碳在提高稠油油藏採收率、提高煤層氣和天然氣採收率領域也具有很好的應用前景。“具體到我國，當前和今後一段時期，二氧化碳減排必須走高效利用之路，二氧化碳驅油提高採收率和埋存技術必定具有廣泛的應用前景。 ^[3]