浅析CO2提高石油采收率技术的应用与发展

杨健+杨林科+李宏飞

摘要：CO2排放引发的环境问题引起国际社会高度关注，国际大石油公司正在考虑实施环境友好的技术政策以刺激经济。应用CO2提高采收率是实现枯竭油气藏CO2埋存的有效途径，CO2驱油包括混相驱、非混相驱，注入CO2可提高采收率8%—15%.CO2驱油实现提高采收率与埋存的有机结合，改善开发效果，必将为全球油气资源的高水平、高效益开发和可持续发展做出积极贡献。

关键词：CO2提高油气采收率；CO2-EOR；油田开发

全球气候变化与CO2排放有关。伴随着大气层中CO2浓度的增加，全球气温正在升高。由于全球变暖，冰原融化以及海平面升高无法避免。埋存CO2是避免气候变化的有效途径，地下埋存主要的选择是枯竭油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层及深海埋存等。

1. 国内外CO2提高采收率技术现状

当前各大产油国中，加大新油藏的勘探开发是石油工作的重要方向；另外，提高已发现油田的采收率，是各国石油工业的焦点所在。中国适合注气储量为35*108t，增加可采储量3.5*108t相当于新发现一个11*108t储量的大油田。国内研究建立了适合中国地质特点的CO2，埋存评价体系，建立符合中国地质特点的CO2埋存基本地质理论，开展了CO2提高采收率、高效廉价CO2捕集、CO2储运、腐蚀与结垢等相关课题研究。

据《油气杂志》统计，全球实施CO2-EOR项目共94个，其中，美国82个，加拿大6个，特立尼达5个，土耳其1个。可以看出，CO2-EOR技术的应用主要集中在美国，其年产油量为1186*104t/a，占世界CO2-EOR总产量的94.2%。2005奶奶，美国实施注气方法的年产量首次超过热采年产量，而成为美国最主要的EOR方法，这主要是由于CO2-EOR的产量不断增加的原因。

由于美国天然CO2气资源丰富，所以自20世纪70年代以来，就开始了较大规模的CO2气田的开发利用和管道铺设，至今，CO2输气管线已达数千千米。目前在政府和企业的共同支持下，工业排放的CO2捕集技术逐渐得到发展，解决了许多地区无天然CO2气源的问题，从而使CO2—EOR技术在更大范围内推广应用有了现实的可能。目前，CO2在美国已成为一种战略资源。

受注入量、井网完善程度、重力超覆、黏性指进、窜流、混相程度低等因素影响，现有的CO2一EOR技术在应用中还存在一些问题，适应的油藏相对较少，提高采收率的幅度有限，从全美国来看，仅能使全美国整体原油采收率提高几个百分点。因此，美国能源部从2003年开始资助研究新一代CO2一EOR技术，该技术有望大幅度提高原油采收率。模拟评价显示，新一代CO2一EOR技术可将美国许多油田的采收率从目前的33%左右提高到60%以上，在一些地质条件适宜的油藏中，采收率甚至可达到80%以上。仅在美国加利福尼亚州、俄克拉何马州、伊利诺伊州等六大油区，新一代CO2一EOR技术将使它们的技术可采储量在现有基础上再增加404×108bbl。如果将新一代技术推广到美国所有的油田，有望使美国的石油技术可采储量增加1600×108bbl。这将改变“游戏规则”，开创一个提高采收率的“全新”局面。

2. 国内CO2提高采收率存在问题

CO2提高采收率混相驱项目理论上采收率可达到90%以上，CO2非混相驱项目也可有较高采收率。但是项目运行过程中，CO2混相驱提高采收率8%-15%。目前CO2提高采收率项目存在问题如下：经济性问题、流度难以控制问题、CO2注入量不足问题及其他问题等。

2.1CO2提高采收率经济效益问题

当前技术水平条件下，EOR技术的经济投入较大幅度高于常规的采油技术。CO2-EOR技术具有相当高的产油潜力，但同时，与当前油田普遍采用的技术相比，其资金投入要求较高，达到近50美元/桶，在这一定程度上制约着CO2-EOR的广泛应用。

2.2流度控制难问题

地下储层的沉积往往比较复杂，注入的CO2优先进入渗透率较高的岩层，而非残余油饱和度高的岩层，导致残余油饱和度较高的岩层不能得到有效的驱替。

2.3波及系数低问题

注入的CO2并不能充分地与油层进行接触，主要原因有黏性指进和重力超覆。由于CO2的黏度比原油和水的黏度低很多，很容易造成CO2突进。而重力超覆导致注入的CO2：不能高效地发挥作用。通常采用加入增黏剂的办法来加大CO2与油层的接触面积，增强驱替效果。

2.4CO2注入量不足问题

由于CO2注入量低，使地层压力下降，导致只有小部分完成混相驱油，驱油效果差。压力下降，在井眼附近的氢氧化合物及沥青就会沉淀，导致储层渗透性发生变化。使CO2注入压力升高，储层注气能力下降。因此必须通过提高附近注入井的CO2注入量，来提高地层压力。CO2注入量的多少与波及系数和采收率密切相关。

2.5固相沉积问题

CO2能抽取原油分子中更高分子量的烃，使蜡质、沥青质等有机固相物质从原油中沉积出来。因此在CO2驱油中比注氮气和烃类气体更容易形成石蜡、胶质、沥青质的沉积，对储层造成伤害。另外，CO2在油井井底流经炮眼进入井简时，体积迅速膨胀、吸热，油井井底的温度降低，导致原油中的石蜡大量沉积。

3. CO2提高采收率技术展望

（1） “新一代”CO2-EOR技术将改进驱替设计和布井方案，有选择性地加钻复杂结构井并对现有井进行修井作业，确保CO2能够接触到以往波及较差的层位的残余油。

（2） 在作业中添加增粘剂和混相剂，利用增粘剂改善对流度的控制效果，利用混相剂降低最小混相压力；增加CO2的注入量，以期达到1.5HCPV（HCPV表示烃类占据的总烃体积）。

（3） 建立完备的技术队伍，对驱替效果进行持续诊断和控制，采用设备完善的观察井和传感器来检测CO2驱替过程，阶段性地进行四维地震和逐层流动测试，来管理和控制CO2驱。

4. 结束语

埋存CO2是避免氣候变化的有效途径之一。地下埋存主要选择在枯竭的油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层和深海等场所。CO驱油可实现提高采收率与埋存的有机结合，改善开发效果，必将为全球油气资源的高水平高效益开发和可持续发展做出积极贡献。

参考文献：

[1]龚蔚，蒲万芬，曹建.就地生成二氧化碳提高采收率研究[J].特种油气藏，2008.

[2]江怀友.世界二氧化碳埋存及利用方式研究[J].国际石油经济，2007.

[3]张婷婷.注CO2提高煤层气采收率项目的环境效益评价研究，吉林大学，发表时间：2007.

[4]孙娇鹏，郭炜，崔璐，胡忠亚.CO2煤层注入埋藏意义及原理分析，科技创新导报，2009.endprint