浅谈CO2驱替技术的研究及发展

孔德慧

（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

浅谈CO2驱替技术的研究及发展

孔德慧

（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

如何协调好环境保护与化石能源利用的关系，不仅是世界共同面临的问题更是石油工业的自我革新的出路所在。CO2是全球变暖的主要因素，CO2驱替技术即将 CO2收集起来并输送回地下换取更多的石油，这样的模式不仅控制了大气中的CO2含量，还能带来可观的经济效益。因此对此技术的发展现状进行分析研究并展望。

环境保护 ；CO2；驱替技术 ；经济效益

苏联最早从1952年开始就对 CO2提高采收率技术进行了研究，进行了广泛的矿场实验，20世纪60年代在图依马津油田进行工业实验并 推广[1]。美国在 1958 年在 Permain 盆地第一次进行了混相驱替的矿场实验，并于70年代开始商业化应用，随后推动了 CO2驱的快速发展，建立了完整的驱替理论，使之成为继蒸汽驱后第二大提高采收率的技术。我国的CO2驱替技术起步较晚，大庆最早对这一技术展开研究，随后进行了大量的先导试验。1996年江苏富民油田进行的气 -水交替注入也取得较好的增产效果。对于国内低渗油藏地层能量不足，注水开发效果较差，从 CO2驱替技术的发展趋势来看，有着很大的潜力。当前的技术水平下，注入的 CO2体积可以占据储层孔隙体积的30%，埋存量可观，原油的采收率也可以再提高7%～22%。

1 CO2驱替技术基本原理

1.1 CO2非混相驱

非混相驱作为一种二次采油方式，采取重力稳定注入的方式、CO2在油藏中不发生混相作用的。对于黏度相对较大、沥青质含量高的稠油，CO2非混相驱更为适用，可帮助注水开发效果不佳的常规油气藏提高采收率。根据气体的注入部位及注入方式，非混相驱可分为以下几种方式：①注入油藏顶部的 CO2非混相驱。②注入油藏底部的 CO2非混相驱。③ CO2吞吐技术。

1.2 CO2混相驱

CO2混相驱相比上述的非混相驱技术方法有着更高的采油效率，其驱替原理也更为复杂。通过气 -水交替注入（WAG）技术实现地层中气、水、油的混相。CO2在自然界中具有不同的存在形式（相态）。除了气体、固体、液体三个相态外，在高温高压下 CO2还会呈现出一种特殊的“超临界状态”。在超临界状态下，CO2的流动性接近气态而溶解性接近液态，可以成为很好的溶剂，CO2本身又可以萃取原油中的轻质烃。更重要的是，相比水、氮气等其他流体，CO2的临界条件并不苛刻。当温度、压力超过临界点 T=304K，p=7.48MPa，CO2就能进入超临界状态。

所谓混相，简单说就是原油中的轻质烃类溶解在 CO2中，使得被驱动的油气与驱替物（CO2/水）间界面张力消失，原本有明显界面分隔的油、气、水相互混合在一起。之所以CO2可以形成混相，是因为它在超临界状态下，密度类似液体，且具有较低的黏度的特殊性质。油、水、二氧化碳形成混相带后，CO2将原油中的轻质烃充分提取，形成富含烃类的混相，而沥青质、石蜡从原油中析出，残留在原地，混相带就像肥皂液一样，将孔隙所有的油冲洗下来并带走。混相的驱油效率很高，在理想条件下，CO2可以与原油无限互溶，100% 的采出，同时原油自身黏度也大幅下降，使原油更顺利地在地层中流动。由注入端到采出端，依次可分三个区域如图所示：CO2区、混相带、原油区。气体注入，混相带向前推进，卷走残留在孔隙中的原油，同时推动原油向采出端运动。CO2混相驱采用CO2与水交替注入的办法，主要分为连续注入、简单注入、锥形注入等实施过程中首先注入 CO2气体，随后注入水。气体注入的波及面积小而水的波及系数低，气、水结合的注入方式能避免这些缺陷而使驱替更加有效。

2 CO2驱替的机理优势

1）降低原油黏度：由于 CO2与原油都是 C、O 元素的化合物，分子结构相似，“相似相溶”使得 CO2与原油有很好的互溶性。

2）改善流体的流度比及储层渗透性：CO2溶于水后会形成碳酸，碳酸化后的原油流动性有所增强而且碳酸化后的水流动性会相对减弱，二者流度均一化减少了流度比，可以抑制黏性指进的作用，提高注水波及系数。同时，形成的碳酸会对储层进行酸化，溶解地层中的胶结物及孔喉中的颗粒，提高储层的渗透率。

3）使原油体积膨胀：CO2与原油互溶后，可使原油体积增加10%～100%，原油密度越高，分子质量越小，膨胀程度越大。原本稠密的原油经蓬松后体积膨大，有利于剩余油膨胀从小孔隙中流出，同时增加了地层内的弹性能量，提高了压力传导效率，有利驱替。

4）萃取、气化原油中的轻烃：二氧化碳首先会萃取、气化原油中的轻质烃，降低原油相对密度。这也是二氧化碳混相驱的重要机理。同时，这种萃取会降低油水界面张力，同时也会降低残余油的饱和度，提高原油采收率。

5）混相效应：二氧化碳与原油混相后，不仅能萃取和气化原油中的轻质，还能形成二氧化碳与轻质烃混合带，清洗出残留在孔隙中的原油。

3 结束语

CO2驱替技术不仅有效减少大气中 CO2含量，还对提高原油采收率有着显著的作用，这是一种双赢的技术。我国有大量的未动用的低渗原油储量，适合使用 CO2驱替技术进行开采。但现在 CO2驱替技术在我国油田的应用还非常少，我国对此技术掌握还不够成熟，还需要对其进行研究并应用。

[1] 高慧梅，何应付，周锡生.注二氧化碳提高原油采收率技术研究进展[J].特种油气藏，2009，（1）.

Research and Development of CO2Displacement Technology

Kong De-hui

How to coordinate the relationship between environmental protection and fossil energy use is not only the common problem facing the world，but also the way of self-innovation of the oil industry.CO2is a major factor in global warming，CO2flooding technology is to collect CO2and transported back to the ground in exchange for more oil，this model not only controls the atmospheric CO2content，but also brings considerable economic benefits.This paper analyzes and prospects the development of this technology.

Environmental protection；CO2；flooding technology；Economic benefits

TE665.3

A

1003-6490（2017）06-0074-01

201-05-06

孔德慧（1993—），女，山东济南人，在读硕士研究生，主要研究方向为复杂流体流动与数值模拟。