注二氧化碳提高原油采收率技術研究進展

李劉鵬 張志軍

摘 要：文章在介紹注CO2采油機理和注CO2采油兩種方式的基礎上，詳細分析了注CO2提高原油采收率技術所面臨的一些問題，進一步介紹目前面對這些問題已經應用或者正在探究的解決措施。

關鍵詞：CO2；采油機理；采油方式；研究趨勢

引言

二次開采以后油藏中仍然會有大量的原油存留，儲層的含油飽和度仍有20%到35%，再次開采利用的空間很大。同時，隨著溫室效應的日益顯著，埋存二氧化碳已經成為避免氣候變化的重要途徑之一，地質封存被認為是未來主要的埋存方式，而開采中或者枯竭的油田具有很大的存儲潛力。因此，注入二氧化碳提高原油采收率成為一舉兩得的事情，減輕溫室效應的同時提高油藏的利用率，得到世界各國的重視和應用。

注二氧化碳提高原油采收率的方法研究早在幾十年前便有記載，1958年美國Permain盆地開展的二氧化碳混相驅替項目是最早的現場應用，注入二氧化碳后，二氧化碳與儲油層和原油發生各種物理和化學反應，從而提高驅油和采收率。近幾年來，隨著原油資源的日益稀缺和環境保護的迫切需要，注二氧化碳提高原油采收率的技術研究更加受到關注和重視，很多國家針對改方法做了諸多實驗和研究。

1 注CO2采油的機理

相比一般烴類氣體CO2更易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，因為其易溶于水和油的物理化學特性，CO2具有以下一些驅替機理：

（1）降低油水界面張力，減少驅替阻力。CO2極易溶于油，它在油中的溶解度比在水中溶解度大3到9倍。在驅油的過程中，大量的CO2與輕烴混合，能大幅度降低油水界面張力，減少殘余油飽和度，從而提高原油采收率。

（2）降低原油粘度。當原油中溶解CO2時，原油粘度會明顯下降，下降幅度主要取決于壓力、溫度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高，下降幅度越明顯；溫度較高時，CO2溶解度降低導致降粘作用下降；同一溫度，壓力上升CO2溶解度上升，降粘效果相應增強，但是超過飽和壓力后粘度卻會增加。

（3）使原油體積膨脹。實驗顯示，CO2充分溶解于原油中可使原油體積膨脹10%到40%，從而增加了原油的內動能，并且大幅減少毛管阻力和流動阻力，因此提高原油流動能力。

（4）溶解氣驅作用。CO2在油層中占據一定的空隙，增加了油層的壓力，使原油增產。生產過程中壓力下降使原油中溶解的CO2逸出，具有溶解氣驅的作用，提高驅油效果。

除了上述作用，注入二氧化碳還具有酸化解堵等作用，這些機理同時作用，提高原油采收率。

2 注CO2采油的主要方式

（1）CO2混相驅替。在混相驅替過程中，CO2萃取或者氣化原油中的輕質成分，實現混相等作用，是注二氧化碳提高原油采收率最重要的機理。混相作用的實現受地層條件的影響，大量試驗表明，混相驅替適用于API重度比較高的輕質油藏。

（2）CO2非混相驅替。CO2非混相驅替的主要機理是降低原油粘度，使原油體積膨脹，減小界面張力。當油藏受地層和流體性質限制不能采用混相驅替時，利用CO2非混相驅替也能提高原油采收率。

目前注二氧化碳混相驅替是最主流的提高原油采收率的方法，非混相驅替的使用相對較少。

3 注二氧化碳采油存在的問題及研究趨勢

通過前期的文獻梳理和系統分析可以知道，注二氧化碳采油的機理簡單易行，因此受到廣泛的重視和應用，但是仍然存在某些問題需要得到改進和完善，注二氧化碳采油存在的問題主要包括以下幾個方面。

（1）管材的腐蝕問題。二氧化碳溶于水之后導致水溶液呈現酸性，因此對采油管材有著一定的腐蝕作用。實驗表明，在同樣的PH值下，二氧化碳水溶液的腐蝕性甚至高于鹽酸。針對管材腐蝕問題，世界各國在實踐中已經探究出較為豐富的防腐措施，積累了豐富的防腐蝕經驗，其主要包括使用耐腐的材料（例如非金屬材料）制作油氣井管材、注入緩蝕劑等。

（2）過早氣竄和波及系數較小。二氧化碳的粘度與原油粘度之間存在的較大差異會引起流度比不理想，又會進一步導致氣體的過早突破和波及系數過小，這種情況非常不利于注二氧化碳采油。當前，怎樣保持合適的流度比，控制二氧化碳的突破時間，擴大二氧化碳的波及系數已經是注二氧化碳提高原油采收率技術面臨的最主要的問題。針對這些問題，國外開展了眾多探究和試驗，主要包括以下幾個方面：一是與其他提高原油采收率方法相結合，例如在注入二氧化碳的同時加入表面活性劑形成泡沫，從而能夠降低氣體流度以及減小儲層非均質性的影響，提升注入二氧化碳的波及效果；二是開發新型注氣方式，Malcolm·D在2001年提出了SAG注入法，該注入方法的重點是在兩個注入周期中間增加一個關井浸泡期，即注入一個周期的二氧化碳后關閉油井浸泡一段時間，二氧化碳溶解到原油中，使原油的體積增大，粘度降低，之后開井再次注入。

（3）最小混相壓力的降低。目前主流的注二氧化碳采油方法基本上都是采用混相驅替法，然而最小混相壓力主要與油藏的溫度、壓力以及流體的性質有關，受這些條件限制，某些油藏使用混相驅替方法比較困難，而如果采用非混相驅替法采收效果又會小很多。降低最小混相壓力、實現動態混相驅替已經成為急需解決的問題。針對這一問題，研究者的試驗表明，當CO2中加入C5+后，最小混相壓力可以得到有效降低。

（4）氣源問題。目前注二氧化碳提高原油采收率的方法使用的氣源有兩種，一是天然氣源，另外是工業企業廢氣，受限于二氧化碳的收集和儲存技術，目前對于廢氣的利用仍然較少，然而隨著科學技術的發展，注氣采油法在利用工業廢氣方面將會有更多進展。

4 結束語

二氧化碳具有很強的驅油作用，注二氧化碳提高原油采收率法在全球范圍內得到廣泛重視和應用，盡管該方法存在一些局限和問題，但是研究者在不斷地探究和尋找更好的解決和改進方法，注二氧化碳仍然是提高原油采收率的重要方法。

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