二氧化碳驅油與封存技術和經濟性能綜述

董秀成

二氧化碳驅油與封存技術和經濟性能綜述

鮑玲1董秀成1張秋梅2

1中國石油大學（北京）工商管理學院2大慶油田創業騰飛建筑安裝工程有限公司

根據CO2驅油與封存機理，對國內外CO2驅油與封存技術和經濟性能的現狀進行分析。我國需對CO2驅油與封存進行深入的分析研究，技術性能方面包括對注入油層過程進行CO2性能分析、油藏性質分析，以及對防腐材料、涂層的研究，加強含雜質的CO2和可改變原油組分物質的性能分析，加強油藏地質結構、滲透率、油藏縱向非均質性，油藏流體飽和程度、油藏流體性質的性能分析研究。經濟性能方面包括建立CO2運輸及驅油管道優化設計性能分析，制定完備的法律政策。

CO2驅油；驅油機理；封存機理；技術性能；經濟性能

二氧化碳（CO2）驅油與封存是一個復雜的系統，涉及石油工程、能源經濟、環境工程等多個學科。我國的此項技術尚未成熟，有關其技術經濟性能的分析還不夠完善，對影響CO2驅油與封存項目的技術、經濟指標進行分析論證，可為項目的投資提供科學依據，具有重要的指導意義。本文根據CO2驅油與封存機理，對其技術、經濟性能的現狀進行分析，指出CO2驅油與封存亟待解決的問題，提出CO2驅油與封存技術和經濟性能分析的研究發展方向。

1 CO2驅油與封存機理

1.1 驅油機理

CO2驅油機理可分為CO2混相驅和CO2非混相驅。兩種方式的區別在于地層壓力是否達到最小混相壓力，當注入到地層壓力高于最小混相壓力時，實現混相驅油。當壓力達不到最小混相壓力時，實現非混相驅油。CO2驅提高原油采收率特點如下：①降低原油黏度；②原油體積膨脹；③改善油水流度比；④分子擴散作用；⑤混相效應；⑥萃取和汽化原油中的輕烴；⑦溶解氣驅。

對CO2驅提高采收率的特點進行研究，有利于在驅油過程中對CO2及油藏的技術性能進行分析，進一步提高驅油效率。

1.2 封存機理

在油田的開發過程中注入CO2，可以提高石油的采收率，同時部分CO2會溶解、分散在地層和原油中，也有部分CO2與巖石反應沉積在油藏中。具體來講，CO2在油藏中埋存主要通過束縛空間儲存、構造空間儲存、礦化儲存和溶解儲存等機理實現，其中最主要的儲存方式是束縛空間和構造空間儲存。

CO2封存機理是CO2封存效率的根本，對CO2在油藏中的埋存方式進行分析論證，有利于封存過程中CO2與存儲空間的性能分析，進一步提高CO2封存效率。

2 CO2驅油與封存性能分析

驅油與封存性能分析，包括技術性能分析和經濟性能分析，兩者緊密相連。CO2提高采收率（CO2—EOR）能夠提高原油采收率8%～15%，在注入CO2驅油的過程中，約60%的CO2留在油藏中，而40%的CO2同原油一起被采出。對CO2的驅油與封存進行各方面的性能分析，不僅有利于CO2驅油效率和封存率的提高，而且可以降低項目的投資。CO2—EOR經濟性能分析是項目論證和項目預算的依據，可降低項目投資風險，增加盈利概率。

2.1 技術性能

CO2驅油的技術性能分析包括封存潛力分析、安全性能分析、驅油產量分析等各種工程性能分析。文獻[1]提出了一種CO2封存潛力及安全性的性能分析方法，該方法綜合考慮了各方面地質特征，并結合了原來的分析經驗。文獻[2]針對吉林油田某區塊具體的油藏條件，運用數值模擬軟件，對不同韻律儲層驅油效果進行了研究。文獻[3]對影響低滲油藏CO2驅油混相條件的主要因素進行分析。文獻[4]以勝利大蘆湖油田樊124區稀油油藏為例，通過CO2對地層油的多次脫氣、膨脹降黏和多次接觸實驗，利用高溫高壓PVT物性分析儀，研究了用不同量CO2飽和的稀油相特性。

CO2—EOR技術性能分析方面的研究剛剛起步，多數文獻集中于模型特殊的技術問題，還未形成比較系統的理論。

孔壁巖體與鉆井液之間的化學反應或物理轉移的動態平衡。當孔壁巖石與鉆井液的水礦化度、活度或化學電位等不同時會導致水相轉移、泥頁巖吸水膨脹或軟化和溶解等，破壞孔壁應力平衡，給孔壁穩定產生嚴重影響。物化平衡的關鍵是防止孔壁巖石和鉆井液之間的水相轉移。

2.2 經濟性能

經濟分析包括各種經濟指標分析、法律政策制定、社會接受度調查等研究。文獻[5]在建立由5個模塊構成的模型基礎上，對中東地區的CO2—EOR工程進行了經濟性能分析。文獻[6]對美國CO2地質封存法律制定問題進行研究，指出應盡快建立統一的法律框架。文獻[7]對水平驅油井進行研究，對對CO2驅油的注入和封存進行經濟分析。

國內對于CO2—EOR經濟分析的研究還很少，主要原因是國內CO2—EOR項目建設少，缺乏大量的相關數據等信息。

CO2—EOR與封存是復雜的過程，從以上文獻可知，現有研究集中于技術或經濟單一方面的分析，如何綜合技術與經濟性能分析，是驅油封存技術需要解決的問題。因此，技術和經濟性能分析需要進一步研究。

3 待解決問題

雖然國內外CO2驅油與封存技術取得了很大的進展，但是由于地質、油藏屬性、國家政策等各方面的因素，我國關于CO2驅油與封存的性能研究，還存在一些問題。

3.1 技術性能方面

（1）腐蝕作用。CO2在注入油層的過程中，與水反應生成的碳酸，對設備、管線、井筒有較強的腐蝕性，而且腐蝕產物被注入流體帶入地層會堵塞儲層孔隙。如何加強對注入油層過程進行CO2性能分析、油藏性質的分析以及防腐材料、涂層的研究，是解決腐蝕問題的關鍵。

（2）最小混相壓力較高。CO2與原油的最小混相壓力不僅取決于油藏的溫度和CO2的純度，而且也取決于原油組分。因此，加強含雜質的CO2及可改變原油組分物質的性能分析，是解決混相壓力的關鍵。

（3）竄流嚴重。在驅油過程中，由于CO2黏度低及油層的非均質性，易出現黏性指進及竄流，造成不利的流度比，致使CO2過早突破含油帶，影響驅油效率。加強油藏地質結構、滲透率、油藏縱向非均質性、油藏流體飽和程度和油藏流體性質的性能分析研究，是解決CO2竄流問題的關鍵。

3.2 經濟性能方面

（1）優化設計性能。我國的CO2氣源不足，需要從電廠捕集CO2，經管道運輸到驅油現場，設備投資巨大。如何選擇封存場地，建立CO2運輸及驅油管道優化設計性能分析，是降低CO2驅油與封存經濟成本的關鍵。

（2）相關法律政策的制定。我國CO2驅油與封存技術還處于起步階段，相關法律政策制定不夠完善。加強社會調查制定完備的法律機制，能夠為封存的有效性和安全性提供保障。

4 結語

CO2驅油與封存技術是復雜的系統，涉及到多個學科。如何系統科學的對CO2驅油與封存進行技術、經濟的綜合性能分析，關系到CO2驅油與封存技術能否順利有效實施。雖然現有研究已取得了初步的成果，但在某些方面的研究還存在不足，需進一步深入的分析研究。技術性能方面包括：①對注入油層過程進行CO2性能分析、油藏性質分析，以及對防腐材料、涂層的研究；②加強含雜質的CO2的性能分析和可改變原油組分物質的性能分析；③加強油藏地質結構、滲透率、油藏縱向非均質性、油藏流體飽和程度、油藏流體性質的性能分析研究。經濟性能方面包括：①建立CO2運輸及驅油管道優化設計性能分析；②制定完備的法律政策。

我國CO2—EOR技術剛剛起步，由于地質條件、社會經濟的差異，國外技術和經濟性能分析方法不能直接應用于我國各大油氣田。隨著我國CO2—EOR技術的普及，其技術和經濟性能分析必將逐步完善，形成有我國特色的理論體系。

[1]U．S．Departmentof the Interior，U．S．Geological Survey．Developmentofa Probabilisticassessment Methodology for Evaluation of Carbon Dioxide Storage[R]．Virginia，USA，2009.

[2]鐘張起，薛宗安，劉鵬程，等．低滲韻律油藏CO2驅和水驅開發規律研究[J]．復雜油氣藏，2012，5（1）：58-62.

[3]劉玉章，陳興隆．低滲油藏CO2驅油混相條件的探討[J]．石油勘探與開發，2010，37（4）：466-470.

[4]李振泉．油藏條件下溶解CO2的稀油相特性實驗研究[J]．石油大學學報：自然科學版，2004，28（3）：43-48.

[5]Algharaib M，Al-Soof N A．Economical Evaluation of CO2—EOR Projects in theMiddle East[J]．Petroleum Science and Technology，2010，28（2）：198-217.

[6]M．F．Pollak，E．J．W ilson．Regulating Geologic Sequestration in the United States:Early Rules．Take Divergent Approaches[J]．Environmental Science Technology，2009，43（9）：3 035-3 041.

[7]GuiP．，Jia X．，Cunha J．C．，Cunha L．B．Economic Analysis for Enhanced CO2Injection and Sequestration Using Horizontal Wells[J]．Journal of Canadian Petroleum Technology，2008．47（11）：34-38.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.001