CO2驅(qū)注采工藝的應(yīng)用與發(fā)展

張紹輝王凱王玲張曉輝王帥

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2.中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中海油研究總院

CO2驅(qū)注采工藝的應(yīng)用與發(fā)展

張紹輝1王凱1王玲2張曉輝1王帥3

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2.中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；3.中海油研究總院

CO2驅(qū)是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)提高原油采收率和地質(zhì)埋存雙重目的、綠色環(huán)保的驅(qū)油技術(shù)，注采工程是其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。為了進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)推廣及應(yīng)用，從注氣工藝、采油工藝、防腐工藝、安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)等方面總結(jié)了CO2驅(qū)注采工藝的技術(shù)特點(diǎn)，指出了注采工藝主要問(wèn)題是氣竄和層間矛盾突出、高氣油比條件下舉升效率低、復(fù)雜條件下多因素影響腐蝕控制難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等。通過(guò)分析，認(rèn)為提高注采開(kāi)發(fā)效果、降低注采工藝成本、保障注采生產(chǎn)安全是CO2驅(qū)注采工藝的發(fā)展趨勢(shì)，并提出了完善分層注氣工藝、試驗(yàn)評(píng)價(jià)新型舉升工藝、優(yōu)化選緩蝕劑配方和加藥工藝、建立CO2驅(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系的建議。

CO2驅(qū)；分層注氣；人工舉升；防腐；風(fēng)險(xiǎn)控制

CO2驅(qū)油可以實(shí)現(xiàn)提高原油采收率和地質(zhì)埋存的雙重目的，兼具經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益，是一項(xiàng)綠色環(huán)保的驅(qū)油技術(shù)，已受到國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、能源界的廣泛關(guān)注。CO2驅(qū)油提高采收率技術(shù)在國(guó)外發(fā)展較為成熟，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用［1］。截至2014年，全球共開(kāi)展152個(gè)CO2驅(qū)油項(xiàng)目，年EOR產(chǎn)量已達(dá)到147×105t［2］。我國(guó)通過(guò)近十年來(lái)的集中攻關(guān)與試驗(yàn)，取得顯著進(jìn)展，目前進(jìn)入工業(yè)試驗(yàn)階段，處于大規(guī)模推廣前的關(guān)鍵期。在當(dāng)前低國(guó)際油價(jià)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，降低CO2驅(qū)油開(kāi)發(fā)成本、提高油田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益是該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。

注采工程是CO2驅(qū)油技術(shù)的關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)，起著承上啟下的重要作用，是完成油藏方案提出開(kāi)發(fā)指標(biāo)的保證，也是地面工程建設(shè)的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)CO2驅(qū)注氣工藝、采油工藝、防腐工藝、安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)等方面做了大量研究，并取得了許多的成果，極大地推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。本文針對(duì)CO2驅(qū)主要注采工藝的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并分析存在的主要問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)，為CO2驅(qū)在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 CO2驅(qū)注采工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

Application status of CO2flooding technology

1.1 注氣工藝

CO2flooding technology

目前，CO2驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)較多采用籠統(tǒng)注氣工藝。對(duì)于吸氣剖面比較均勻的儲(chǔ)層，籠統(tǒng)注氣能夠滿足多段油層有效驅(qū)替需要。傳統(tǒng)的注入管柱采用整體式管柱設(shè)計(jì)，暴露出許多問(wèn)題：封隔器密封效果不太理想、套壓上升速度快、短時(shí)間油套壓力平衡等。注入井需要作業(yè)時(shí)，放氣作業(yè)會(huì)破壞地層壓力系統(tǒng)，增加成本，壓井作業(yè)污染油層，帶壓作業(yè)費(fèi)用高。張瑞霞、劉建新等人根據(jù)CO2驅(qū)注氣需求，研究了分體式丟手免壓井注氣工藝管柱，可以實(shí)現(xiàn)錨定、反洗、分體式丟手、免壓井作業(yè)等功能，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的管柱配套工具［3-4］。

對(duì)于層間差異較大的多段儲(chǔ)層，由于CO2與原油的黏度差導(dǎo)致的氣體竄逸、流度控制問(wèn)題是注CO2開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。氣竄將會(huì)導(dǎo)致注入的CO2形成無(wú)效循環(huán)，大大降低了CO2波及體積和CO2驅(qū)提高采收率的幅度，同時(shí)氣竄后的CO2將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。利用水與CO2交替注入的開(kāi)采方式能夠?qū)崿F(xiàn)注CO2提高微觀驅(qū)油效率和注水提高宏觀波及系數(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以防止黏性指進(jìn)及延緩氣體的早期突破［5-7］。鐘張起、葉恒、呂廣中等人利用數(shù)值模擬方法優(yōu)選了水氣交替注入技術(shù)方案［8-11］。研究發(fā)現(xiàn)，在一定井底控制壓力下，最佳氣水段塞比是變化的，對(duì)滲透率的變化比較敏感，注氣速度次之，井底控制壓力再次。CO2泡沫封竄技術(shù)已在國(guó)外多個(gè)油藏成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)目前處于試驗(yàn)階段［12-13］。王慶、楊昌華等人針對(duì)中原油田實(shí)驗(yàn)區(qū)氣竄嚴(yán)重的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)了耐溫、抗鹽CY-1型CO2泡沫封竄體系。超臨界CO2泡沫具有較強(qiáng)的氣泡和穩(wěn)泡能力，最長(zhǎng)穩(wěn)泡時(shí)間達(dá)3 144.3 min，起到了很好的封竄效果［14］。

針對(duì)籠統(tǒng)注氣時(shí)由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性產(chǎn)生的氣竄問(wèn)題，分層注氣更有助于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的均勻動(dòng)用。常用分層注氣工藝包括單管分層注氣工藝和同心雙管分層注氣工藝。對(duì)于單管分層注氣工藝，利用封隔器完成分注層段分隔，每個(gè)注入層對(duì)應(yīng)一個(gè)配注器，通過(guò)打開(kāi)關(guān)閉各層配注器，實(shí)現(xiàn)各個(gè)注入層的輪換注氣；通過(guò)調(diào)節(jié)配注器節(jié)氣嘴，實(shí)現(xiàn)井下分層注入量控制（圖1）。目前，CO2驅(qū)單管分層注氣工藝存著的問(wèn)題主要包括：井下分層注氣工具和工藝設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步優(yōu)化；由于注入井存著瀝青質(zhì)沉淀，分層注氣氣嘴尺寸較小，易發(fā)生堵塞；CO2井下超臨界狀態(tài)計(jì)量難，嘴流特性復(fù)雜，使分層注氣測(cè)調(diào)試難度大，CO2注入壓力高，測(cè)試安全風(fēng)險(xiǎn)大。對(duì)于同心雙管分層注氣工藝，通過(guò)外油管和中心管環(huán)空對(duì)上部油層注氣，中心管對(duì)下部油層注氣（圖2）。CO2驅(qū)同心雙管分層注氣工藝受老井套管尺寸的限制，采用同心雙油管進(jìn)行注氣時(shí)易發(fā)生油管堵塞，在后期需要起管作業(yè)時(shí)，雙管工藝作業(yè)困難、費(fèi)用高。目前，分層注氣工藝還處在研發(fā)與試驗(yàn)階段，需要進(jìn)一步研究和完善。

圖1 單管分層注氣工藝Fig.1 CO2flooding in different layers using singular pipe string

在CO2驅(qū)注氣過(guò)程中，注氣參數(shù)動(dòng)態(tài)計(jì)算和預(yù)測(cè)、注采方案優(yōu)化設(shè)計(jì)是進(jìn)行注采井工程設(shè)計(jì)和采油工程方案編制的理論基礎(chǔ)。純CO2在不同的溫度、壓力條件下會(huì)出現(xiàn)氣、液、固及超臨界狀態(tài)。注氣過(guò)程中CO2的相態(tài)會(huì)發(fā)生變化，其黏度、密度等物性參數(shù)也會(huì)發(fā)生較大變化。因此，注氣參數(shù)的計(jì)算和優(yōu)化較為復(fù)雜。吳曉東、王慶、張昭等人通過(guò)分析對(duì)比EXP-RK、SRK、PR、PT狀態(tài)方程，給出了EXPRK和PR狀態(tài)方程相結(jié)合的PR-EXP方法，建立了考慮相態(tài)變化的CO2注入井井筒溫度壓力耦合計(jì)算模型，能夠?qū)O2在井筒中的壓力、溫度分布進(jìn)行求解［15-19］。文星、劉月田等人針對(duì)大慶外圍某低滲透油藏，應(yīng)用數(shù)值模擬軟件組分模擬器，結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化CO2驅(qū)周期注氣的注采參數(shù)，確定了最優(yōu)的注采參數(shù)組合方案［20］。李蒲智、黃全華等人通過(guò)建立注氣井垂直管流流入和地層滲流流出動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)分析數(shù)學(xué)模型，利用節(jié)點(diǎn)分析法開(kāi)展了分層注氣井工作制度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了不同井口注氣壓力下的最佳分層注氣量［21］。隨著CO2驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高注氣效果和保證高腐蝕、變相態(tài)條件下安全注氣是CO2驅(qū)注氣工藝發(fā)展面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

圖2 同心雙管分層注氣工藝Fig.2 CO2flooding in different layers using two concentric pipe strings

1.2 采油工藝

Oil production technology

國(guó)內(nèi)CO2驅(qū)試驗(yàn)區(qū)塊采油工藝主要依靠常規(guī)機(jī)抽采油工藝。隨著礦場(chǎng)試驗(yàn)的進(jìn)行，采油井陸續(xù)出現(xiàn)套壓升高、氣油比升高、泵效低、間歇出氣等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響采油井泵效和產(chǎn)量。由于CO2驅(qū)試驗(yàn)區(qū)屬于低滲透油田，具有滲透率低、產(chǎn)量低的特點(diǎn)，氣液分離難度大。常規(guī)舉升方式在油氣比大的油井中使用，泵液充滿程度差，泵效低，還往往出現(xiàn)“氣鎖”，使抽油泵無(wú)法正常工作，無(wú)法有效保持和發(fā)揮CO2驅(qū)油效果，還會(huì)發(fā)生“液面沖擊”，加速抽油桿柱、閥桿、閥罩、泵閥、油管等井下設(shè)備的損壞［22-24］。

針對(duì)套壓升高的現(xiàn)象，為充分利用套管氣體能量來(lái)幫助有桿泵舉升流體，將有桿泵采油和氣舉采油技術(shù)相結(jié)合，在井下一定深度安裝氣舉閥，幫助有桿泵舉升液體。在抽油過(guò)程中，當(dāng)環(huán)空套壓上升至高于氣舉閥打開(kāi)壓力時(shí)，氣體通過(guò)氣舉閥進(jìn)入油管，降低油管內(nèi)流體的密度，實(shí)現(xiàn)攜液舉升；當(dāng)環(huán)空套壓低于氣舉閥打開(kāi)壓力時(shí)，氣舉閥關(guān)閉。通過(guò)安裝氣舉閥，可使突破的CO2氣能量得到有效利用，又能將套壓合理自動(dòng)控制在較低的范圍內(nèi)，使系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。

針對(duì)氣油比高的現(xiàn)象，可以通過(guò)控制井底流壓，提高入泵壓力，同時(shí)在泵下安裝氣液分離器。井下氣液分離器的工作原理是：當(dāng)油層產(chǎn)出液進(jìn)入井筒，由于重力作用氣體向上流動(dòng)，液體則向下流動(dòng)進(jìn)入油管管柱實(shí)現(xiàn)初步分離；當(dāng)經(jīng)過(guò)重力分離后的液體進(jìn)入氣液分離器，這時(shí)的液體為油液氣砂混合液，混合液從下端進(jìn)液口進(jìn)入，沿螺旋面下行，在離心力作用下密度較大的砂粒沿螺旋外側(cè)下行，進(jìn)入沉沙尾管；氣液沿內(nèi)側(cè)下行，從下端的進(jìn)液管進(jìn)入內(nèi)管上行，然后進(jìn)入螺旋氣液分離器，在螺旋氣液分離器內(nèi)液體沿外側(cè)螺旋上行，經(jīng)排液篩管排出，進(jìn)入抽油泵篩管，氣體沿內(nèi)側(cè)上行進(jìn)入集氣罩由放氣閥排出，進(jìn)入油套環(huán)空。隨著采出井氣液比升高，當(dāng)氣體影響舉升時(shí)，可考慮利用氣錨和防氣抽油泵以達(dá)到更好的舉升效果。防氣抽油泵通過(guò)設(shè)置中空管為泵內(nèi)氣體提供了通道，增加了工作筒內(nèi)液體的充滿系數(shù)，降低了泵內(nèi)的氣油比，排除了氣體的干擾，能夠防止氣鎖、有效提高泵效［25］。

吉林油田結(jié)合現(xiàn)有舉升工藝，集成應(yīng)用防氣抽油泵、氣舉閥和井下氣液分離器工藝，形成了一種新型防氣高效舉升工藝（圖3）。該工藝具有減少氣鎖和提高泵效的雙重作用，可以防止停抽時(shí)卡泵現(xiàn)象的發(fā)生，并能夠有效控制油井套壓，提高采收率。進(jìn)一步提高高氣油比條件下油井的生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)高腐蝕條件下油井安全生產(chǎn)是CO2驅(qū)采油工藝發(fā)展面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

圖3 防氣高效舉升工藝Fig.3 High-efficiency lifting processes

1.3 防腐工藝

Corrosion protection technology

隨著CO2驅(qū)的深入開(kāi)展，CO2逐步突破進(jìn)入采油井。干燥的CO2氣體沒(méi)有腐蝕性。當(dāng)CO2溶解在水中時(shí)，極易引起碳鋼的嚴(yán)重腐蝕。CO2腐蝕的典型特征是局部點(diǎn)蝕、蘚狀腐蝕和臺(tái)面狀腐蝕，常常造成注采管柱穿孔、斷落、氣體泄漏、井口損壞等事故，影響正常生產(chǎn)［26］。

由于CO2驅(qū)的注氣井和采油井大部分都是老井，井筒按常規(guī)油井設(shè)計(jì)實(shí)施，套管使用J55、N80、P110組合的碳鋼套管，油套管嚴(yán)重腐蝕。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)防腐需求，研究學(xué)者利用室內(nèi)高溫高壓反應(yīng)釜模擬現(xiàn)場(chǎng)含CO2環(huán)境，分析和評(píng)價(jià)了管材、CO2分壓、溫度、流速、溶液礦化度、pH值等因素對(duì)腐蝕的影響。結(jié)果表明13Cr材質(zhì)腐蝕速率低，基本上0.01 mm/a左右，普通碳鋼材質(zhì)腐蝕速率高達(dá)5～7 mm/a，必須采取防腐措施。結(jié)合CO2試驗(yàn)區(qū)注采工藝的特點(diǎn)，一般采取優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)、選用耐腐蝕材料、注緩蝕劑等方法來(lái)防止或延緩CO2對(duì)管材的腐蝕。

對(duì)于注入井，在封隔器以上環(huán)空加注油基環(huán)空保護(hù)液，消除應(yīng)力腐蝕環(huán)境，避免對(duì)碳鋼套管及油管腐蝕。當(dāng)注入井實(shí)施水氣交替時(shí)，為防止CO2和水接觸，注氣井水氣交替前必須加注緩蝕劑段塞。對(duì)于采油井，以采油井工藝特點(diǎn)為基礎(chǔ)、結(jié)合腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究成果，局部選用耐腐蝕材料和注緩蝕劑組合方法來(lái)防止或延緩CO2對(duì)管材腐蝕的措施。采油井口常采用CC級(jí)防腐采油井口，油管選用涂層或內(nèi)襯油管，抽油桿、抽油泵、柱塞、凡爾、球座等部件需抗CO2腐蝕。對(duì)于不使用封隔器的井從油套環(huán)空加注緩蝕劑；使用封隔器的井，在封隔器以上環(huán)空加緩蝕劑。如果井下工具使用耐腐蝕材料并且油管使用涂層或內(nèi)襯油管，環(huán)空套管的保護(hù)也需要填加緩蝕劑。在代表性的部位安裝腐蝕測(cè)試掛片或腐蝕測(cè)試掛環(huán)，定期監(jiān)測(cè)井內(nèi)油管腐蝕情況，優(yōu)化調(diào)整防腐方案［27］。

在注緩蝕劑防腐措施中，緩蝕劑配方的選擇極為關(guān)鍵，由最初的咪唑啉類CO2緩蝕劑逐步發(fā)展為阻垢、殺菌、防腐一體化藥劑體系，能夠有效抑制SRB細(xì)菌腐蝕和結(jié)垢。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，還需要結(jié)合試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層條件開(kāi)展緩蝕劑配方評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)緩蝕劑配方。同時(shí)，緩蝕劑加藥濃度、加藥方式、加藥周期是影響腐蝕防護(hù)效果的主要因素。馬鋒等人通過(guò)室內(nèi)研究和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，制定了吉林大情字油田合理的CO2驅(qū)礦場(chǎng)緩蝕劑加藥制度。優(yōu)選出吸附弱成膜性緩蝕劑，當(dāng)濃度達(dá)到100 mg/L時(shí)就能達(dá)到防腐效果，并確定礦場(chǎng)加藥濃度為100～150 mg/L、加藥周期為5 d較為合理。在保證防腐效果的同時(shí)，提高了藥劑的利用率，有效降低了應(yīng)用成本［28］。

目前，對(duì)于CO2腐蝕機(jī)理上的研究已經(jīng)比較深入，防腐措施也取得了一定效果。存在的關(guān)鍵問(wèn)題是如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜影響因素采取最簡(jiǎn)單、最有效、最經(jīng)濟(jì)的防腐措施。

1.4 安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)

Security risk control

CO2驅(qū)注采施工涵蓋范圍廣、種類多、專業(yè)性強(qiáng)、施工環(huán)境復(fù)雜，存在的主要風(fēng)險(xiǎn)包括設(shè)備損壞、腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、井控風(fēng)險(xiǎn)、低溫風(fēng)險(xiǎn)、CO2窒息、高壓傷害、機(jī)械傷害、環(huán)境污染等，現(xiàn)場(chǎng)安全辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)控制難度大［29-30］。

在二氧化碳驅(qū)油過(guò)程中，應(yīng)引入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，系統(tǒng)地分析二氧化碳驅(qū)油開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的危害因素，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，明確重點(diǎn)控制部位，制定有效的控制措施，降低生產(chǎn)事故發(fā)生的概率，杜絕安全生產(chǎn)責(zé)任事故。李清、曲作明等人分析了指數(shù)法、指標(biāo)法、概率風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法（PSA）、危險(xiǎn)可操作性分析法（HAZOP）、安全檢查表法、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法（LEC）等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)用于評(píng)價(jià)CO2驅(qū)油的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用HAZOP、安全檢查表、LEC方法進(jìn)行辨識(shí)和分析，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果確定了CO2驅(qū)油過(guò)程中涉及的重點(diǎn)危險(xiǎn)源，并提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)削減和控制措施［31］。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將安全風(fēng)險(xiǎn)管理與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)展了安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與控制信息化技術(shù)研究。張虎平、王喜東等人應(yīng)用現(xiàn)代工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，研制了常規(guī)采油作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件系統(tǒng)，建立了一套科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)思維方式和評(píng)估方法，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地識(shí)別施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)因素，制定有效的監(jiān)測(cè)、控制措施，達(dá)到削減和規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)的目的［32］。目前尚未見(jiàn)研究學(xué)者開(kāi)展CO2驅(qū)注采施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、削減和控制管理平臺(tái)的研究。

隨著CO2驅(qū)油技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的安全問(wèn)題暴露出來(lái)。與此同時(shí)，人們的安全意識(shí)日益增強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)可接受水平不斷下降。CO2驅(qū)注采施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)包括：分析和控制手段落后、缺乏及時(shí)有效的信息共享、管理理念落后、安全文化建設(shè)落后、管理體系不完整等。

1.5 其他配套工藝

Other supplementary processes

在CO2驅(qū)生產(chǎn)過(guò)程中，由于溫度與壓力的改變、原油中溶解氣的損失等原因，導(dǎo)致瀝青、石蠟溶解性顯著降低而分離出來(lái)，形成沉淀或聚集的固相。當(dāng)沉淀發(fā)生在地層深處時(shí)，嚴(yán)重降低地層滲透率，造成儲(chǔ)層傷害，降低開(kāi)發(fā)效果；當(dāng)沉淀發(fā)生在井筒附近或井筒內(nèi)時(shí)，將導(dǎo)致采油設(shè)備工作效率的下降。瀝青質(zhì)沉淀造成的危害是不可逆的，通過(guò)對(duì)發(fā)生瀝青質(zhì)沉淀的壓力、溫度、CO2注入量等因素進(jìn)行研究，避免瀝青質(zhì)沉淀的發(fā)生［33］。對(duì)于發(fā)生瀝青質(zhì)沉淀的注采井，及時(shí)做好瀝青質(zhì)沉淀清除作業(yè)［34］。

在CO2驅(qū)生產(chǎn)中也存在著結(jié)垢問(wèn)題，主要是無(wú)機(jī)化合物的二次沉淀。垢質(zhì)容易附著在采出管線管道壁和地面設(shè)備上，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。生產(chǎn)中一般采用磁法和阻垢劑預(yù)防結(jié)垢［35］。

2 CO2驅(qū)注采工藝發(fā)展趨勢(shì)

Trend in development of CO2flooding

2.1 提高注采開(kāi)發(fā)效果

Enhance production performances

針對(duì)CO2驅(qū)注氣井氣竄、層間矛盾突出和采油井氣油比高、套壓高、泵效低等問(wèn)題，應(yīng)從理論計(jì)算、工具研發(fā)與試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面開(kāi)展研究。

在理論計(jì)算方面，加強(qiáng)變相態(tài)條件下CO2流動(dòng)規(guī)律研究、CO2井下嘴流特性研究、含CO2多相流井筒流動(dòng)規(guī)律研究等。通過(guò)研究，優(yōu)化注氣參數(shù)和舉升參數(shù)，提高注氣效果和舉升效率。在工具研發(fā)與試驗(yàn)方面，研發(fā)和完善分層注氣井下工具，開(kāi)展分層注氣工藝研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；研發(fā)高氣油比高腐蝕條件下新型防氣舉升工具，試驗(yàn)評(píng)價(jià)新型舉升工藝。在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，加強(qiáng)CO2驅(qū)氣竄監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注采參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整注采參數(shù)，提高開(kāi)發(fā)效果。

2.2 降低注采工藝成本

Minimize operational cost

在低國(guó)際油價(jià)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，應(yīng)進(jìn)一步降低CO2驅(qū)注采工程技術(shù)成本。在保障注采安全的前提下，優(yōu)化和簡(jiǎn)化注采井口、注采管柱、井下工具等；加強(qiáng)注采工具設(shè)計(jì)與研發(fā)，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)工具國(guó)產(chǎn)化。CO2驅(qū)過(guò)程中套管腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)成本增加。應(yīng)開(kāi)展復(fù)雜環(huán)境下多因素影響的腐蝕規(guī)律分析，研發(fā)針對(duì)性的緩蝕劑與防垢配方體系，優(yōu)化加藥工藝和制度，創(chuàng)新防腐工藝，降低防腐成本。加強(qiáng)注采井的腐蝕監(jiān)測(cè)，便于根據(jù)腐蝕狀況調(diào)整現(xiàn)有措施，減少腐蝕帶來(lái)的損失。

2.3 保障注采施工安全

Ensure operational safety

在新“兩法”實(shí)施后，國(guó)家不斷加大對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度，人們的安全環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，CO2驅(qū)注采施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。應(yīng)加強(qiáng)注采施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理，以注采井筒為核心，保持注采井筒的完整性和安全可控，建立注采施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，研發(fā)注采施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和控制工具，完善注采施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，保障注采安全施工與生產(chǎn)。

3 結(jié)論及建議

Conclusions and proposals

（1）受儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響，CO2驅(qū)氣竄嚴(yán)重，層間矛盾突出。應(yīng)進(jìn)一步完善氣竄監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)，優(yōu)化注氣管柱和注氣參數(shù)；研發(fā)分層注氣工具，加快開(kāi)展分層注氣工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

（2）當(dāng)CO2突破后，采油井氣油比升高、套壓升高、泵效降低，低產(chǎn)油井氣液分離難度大。應(yīng)優(yōu)化采油管柱和舉升參數(shù)；研發(fā)高氣油比高腐蝕條件下新型防氣舉升工具，試驗(yàn)評(píng)價(jià)新型舉升工藝。

（3）CO2驅(qū)注采井筒和工具存在著嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。應(yīng)加強(qiáng)注采井的腐蝕監(jiān)測(cè)，研發(fā)復(fù)雜環(huán)境多因素影響條件下經(jīng)濟(jì)、有效的緩蝕劑與防垢配方體系，優(yōu)化加藥工藝和制度，創(chuàng)新防腐工藝。

（4）CO2驅(qū)注采施工環(huán)境復(fù)雜，存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和控制難度大。應(yīng)加強(qiáng)CO2驅(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)研究，建立完善的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系。

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（修改稿收到日期 2016-09-10）

〔編輯 李春燕〕

Development and application of CO2flooding

ZHANG Shaohui1,WANG Kai1,WANG Ling2,ZHANG Xiaohui1,WANG Shuai3
1.CNPC Research Institute of Petroleum Exploration and Deνelopment,Beijing 100083,China;
2.Exploration and Deνelopment Research Institute of PetroChina Liaohe Oilfield Company,Panjin 124010,Liaoning,China;
3.CNOOC Research Center,Beijing 100028,China

As an environment-friendly EOR technology,CO2flooding can effectively enhance oil recovery and recoverable geologic reserve,during which injection and production are key processes.To further promote on-site application of CO2flooding,technical features of CO2flooding have been summarized with regard to gas injection,oil production,corrosion protection,risk control and other aspects.Gas channeling,severe inter-layer interferences,low lifting efficiencies under high GOR,difficulties in corrosion protection under complicated conditions and high risks in operation safety have been identified as major challenges in CO2flooding operations.Research results show improvement of production performances,reduction of operation costs and control of operation risks are key points and developing trends in the process of CO2flooding.In addition,advices have been proposed related to enhancement of separate-layer gas flooding,innovative lifting technologies,optimization of additive systems and processes and construction of risk control system for CO2flooding operations.

CO2flooding;separate-layer gas flooding;artificial lift;corrosion protection;risk control

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國(guó)家科技重大專項(xiàng)“CO2捕集、驅(qū)油與埋存關(guān)鍵技術(shù)及規(guī)模應(yīng)用”（編號(hào)：2016ZX05016）。

張紹輝（1984-），2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)從事注采工程技術(shù)及安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)督管理研究，工程師。通訊地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院。電話：010-83598664。 E-mail:shaohuizhang@petrochina.com.cn