淺析CO2提高石油采收率技術的應用與發展

楊健+楊林科+李宏飛

摘要：CO2排放引發的環境問題引起國際社會高度關注，國際大石油公司正在考慮實施環境友好的技術政策以刺激經濟。應用CO2提高采收率是實現枯竭油氣藏CO2埋存的有效途徑，CO2驅油包括混相驅、非混相驅，注入CO2可提高采收率8%—15%.CO2驅油實現提高采收率與埋存的有機結合，改善開發效果，必將為全球油氣資源的高水平、高效益開發和可持續發展做出積極貢獻。

關鍵詞：CO2提高油氣采收率；CO2-EOR；油田開發

全球氣候變化與CO2排放有關。伴隨著大氣層中CO2濃度的增加，全球氣溫正在升高。由于全球變暖，冰原融化以及海平面升高無法避免。埋存CO2是避免氣候變化的有效途徑，地下埋存主要的選擇是枯竭油氣藏、深部的鹽水儲層、不能開采的煤層及深海埋存等。

1. 國內外CO2提高采收率技術現狀

當前各大產油國中，加大新油藏的勘探開發是石油工作的重要方向；另外，提高已發現油田的采收率，是各國石油工業的焦點所在。中國適合注氣儲量為35*108t，增加可采儲量3.5*108t相當于新發現一個11*108t儲量的大油田。國內研究建立了適合中國地質特點的CO2，埋存評價體系，建立符合中國地質特點的CO2埋存基本地質理論，開展了CO2提高采收率、高效廉價CO2捕集、CO2儲運、腐蝕與結垢等相關課題研究。

據《油氣雜志》統計，全球實施CO2-EOR項目共94個，其中，美國82個，加拿大6個，特立尼達5個，土耳其1個。可以看出，CO2-EOR技術的應用主要集中在美國，其年產油量為1186*104t/a，占世界CO2-EOR總產量的94.2%。2005奶奶，美國實施注氣方法的年產量首次超過熱采年產量，而成為美國最主要的EOR方法，這主要是由于CO2-EOR的產量不斷增加的原因。

由于美國天然CO2氣資源豐富，所以自20世紀70年代以來，就開始了較大規模的CO2氣田的開發利用和管道鋪設，至今，CO2輸氣管線已達數千千米。目前在政府和企業的共同支持下，工業排放的CO2捕集技術逐漸得到發展，解決了許多地區無天然CO2氣源的問題，從而使CO2—EOR技術在更大范圍內推廣應用有了現實的可能。目前，CO2在美國已成為一種戰略資源。

受注入量、井網完善程度、重力超覆、黏性指進、竄流、混相程度低等因素影響，現有的CO2一EOR技術在應用中還存在一些問題，適應的油藏相對較少，提高采收率的幅度有限，從全美國來看，僅能使全美國整體原油采收率提高幾個百分點。因此，美國能源部從2003年開始資助研究新一代CO2一EOR技術，該技術有望大幅度提高原油采收率。模擬評價顯示，新一代CO2一EOR技術可將美國許多油田的采收率從目前的33%左右提高到60%以上，在一些地質條件適宜的油藏中，采收率甚至可達到80%以上。僅在美國加利福尼亞州、俄克拉何馬州、伊利諾伊州等六大油區，新一代CO2一EOR技術將使它們的技術可采儲量在現有基礎上再增加404×108bbl。如果將新一代技術推廣到美國所有的油田，有望使美國的石油技術可采儲量增加1600×108bbl。這將改變“游戲規則”，開創一個提高采收率的“全新”局面。

2. 國內CO2提高采收率存在問題

CO2提高采收率混相驅項目理論上采收率可達到90%以上，CO2非混相驅項目也可有較高采收率。但是項目運行過程中，CO2混相驅提高采收率8%-15%。目前CO2提高采收率項目存在問題如下：經濟性問題、流度難以控制問題、CO2注入量不足問題及其他問題等。

2.1CO2提高采收率經濟效益問題

當前技術水平條件下，EOR技術的經濟投入較大幅度高于常規的采油技術。CO2-EOR技術具有相當高的產油潛力，但同時，與當前油田普遍采用的技術相比，其資金投入要求較高，達到近50美元/桶，在這一定程度上制約著CO2-EOR的廣泛應用。

2.2流度控制難問題

地下儲層的沉積往往比較復雜，注入的CO2優先進入滲透率較高的巖層，而非殘余油飽和度高的巖層，導致殘余油飽和度較高的巖層不能得到有效的驅替。

2.3波及系數低問題

注入的CO2并不能充分地與油層進行接觸，主要原因有黏性指進和重力超覆。由于CO2的黏度比原油和水的黏度低很多，很容易造成CO2突進。而重力超覆導致注入的CO2：不能高效地發揮作用。通常采用加入增黏劑的辦法來加大CO2與油層的接觸面積，增強驅替效果。

2.4CO2注入量不足問題

由于CO2注入量低，使地層壓力下降，導致只有小部分完成混相驅油，驅油效果差。壓力下降，在井眼附近的氫氧化合物及瀝青就會沉淀，導致儲層滲透性發生變化。使CO2注入壓力升高，儲層注氣能力下降。因此必須通過提高附近注入井的CO2注入量，來提高地層壓力。CO2注入量的多少與波及系數和采收率密切相關。

2.5固相沉積問題

CO2能抽取原油分子中更高分子量的烴，使蠟質、瀝青質等有機固相物質從原油中沉積出來。因此在CO2驅油中比注氮氣和烴類氣體更容易形成石蠟、膠質、瀝青質的沉積，對儲層造成傷害。另外，CO2在油井井底流經炮眼進入井簡時，體積迅速膨脹、吸熱，油井井底的溫度降低，導致原油中的石蠟大量沉積。

3. CO2提高采收率技術展望

（1） “新一代”CO2-EOR技術將改進驅替設計和布井方案，有選擇性地加鉆復雜結構井并對現有井進行修井作業，確保CO2能夠接觸到以往波及較差的層位的殘余油。

（2） 在作業中添加增粘劑和混相劑，利用增粘劑改善對流度的控制效果，利用混相劑降低最小混相壓力；增加CO2的注入量，以期達到1.5HCPV（HCPV表示烴類占據的總烴體積）。

（3） 建立完備的技術隊伍，對驅替效果進行持續診斷和控制，采用設備完善的觀察井和傳感器來檢測CO2驅替過程，階段性地進行四維地震和逐層流動測試，來管理和控制CO2驅。

4. 結束語

埋存CO2是避免氣候變化的有效途徑之一。地下埋存主要選擇在枯竭的油氣藏、深部的鹽水儲層、不能開采的煤層和深海等場所。CO驅油可實現提高采收率與埋存的有機結合，改善開發效果，必將為全球油氣資源的高水平高效益開發和可持續發展做出積極貢獻。

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