二氧化碳驱油与封存技术和经济性能综述

董秀成

二氧化碳驱油与封存技术和经济性能综述

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1中国石油大学（北京）工商管理学院2大庆油田创业腾飞建筑安装工程有限公司

根据CO2驱油与封存机理，对国内外CO2驱油与封存技术和经济性能的现状进行分析。我国需对CO2驱油与封存进行深入的分析研究，技术性能方面包括对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质分析，以及对防腐材料、涂层的研究，加强含杂质的CO2和可改变原油组分物质的性能分析，加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵向非均质性，油藏流体饱和程度、油藏流体性质的性能分析研究。经济性能方面包括建立CO2运输及驱油管道优化设计性能分析，制定完备的法律政策。

CO2驱油；驱油机理；封存机理；技术性能；经济性能

二氧化碳（CO2）驱油与封存是一个复杂的系统，涉及石油工程、能源经济、环境工程等多个学科。我国的此项技术尚未成熟，有关其技术经济性能的分析还不够完善，对影响CO2驱油与封存项目的技术、经济指标进行分析论证，可为项目的投资提供科学依据，具有重要的指导意义。本文根据CO2驱油与封存机理，对其技术、经济性能的现状进行分析，指出CO2驱油与封存亟待解决的问题，提出CO2驱油与封存技术和经济性能分析的研究发展方向。

1 CO2驱油与封存机理

1.1 驱油机理

CO2驱油机理可分为CO2混相驱和CO2非混相驱。两种方式的区别在于地层压力是否达到最小混相压力，当注入到地层压力高于最小混相压力时，实现混相驱油。当压力达不到最小混相压力时，实现非混相驱油。CO2驱提高原油采收率特点如下：①降低原油黏度；②原油体积膨胀；③改善油水流度比；④分子扩散作用；⑤混相效应；⑥萃取和汽化原油中的轻烃；⑦溶解气驱。

对CO2驱提高采收率的特点进行研究，有利于在驱油过程中对CO2及油藏的技术性能进行分析，进一步提高驱油效率。

1.2 封存机理

在油田的开发过程中注入CO2，可以提高石油的采收率，同时部分CO2会溶解、分散在地层和原油中，也有部分CO2与岩石反应沉积在油藏中。具体来讲，CO2在油藏中埋存主要通过束缚空间储存、构造空间储存、矿化储存和溶解储存等机理实现，其中最主要的储存方式是束缚空间和构造空间储存。

CO2封存机理是CO2封存效率的根本，对CO2在油藏中的埋存方式进行分析论证，有利于封存过程中CO2与存储空间的性能分析，进一步提高CO2封存效率。

2 CO2驱油与封存性能分析

驱油与封存性能分析，包括技术性能分析和经济性能分析，两者紧密相连。CO2提高采收率（CO2—EOR）能够提高原油采收率8%～15%，在注入CO2驱油的过程中，约60%的CO2留在油藏中，而40%的CO2同原油一起被采出。对CO2的驱油与封存进行各方面的性能分析，不仅有利于CO2驱油效率和封存率的提高，而且可以降低项目的投资。CO2—EOR经济性能分析是项目论证和项目预算的依据，可降低项目投资风险，增加盈利概率。

2.1 技术性能

CO2驱油的技术性能分析包括封存潜力分析、安全性能分析、驱油产量分析等各种工程性能分析。文献[1]提出了一种CO2封存潜力及安全性的性能分析方法，该方法综合考虑了各方面地质特征，并结合了原来的分析经验。文献[2]针对吉林油田某区块具体的油藏条件，运用数值模拟软件，对不同韵律储层驱油效果进行了研究。文献[3]对影响低渗油藏CO2驱油混相条件的主要因素进行分析。文献[4]以胜利大芦湖油田樊124区稀油油藏为例，通过CO2对地层油的多次脱气、膨胀降黏和多次接触实验，利用高温高压PVT物性分析仪，研究了用不同量CO2饱和的稀油相特性。

CO2—EOR技术性能分析方面的研究刚刚起步，多数文献集中于模型特殊的技术问题，还未形成比较系统的理论。

孔壁岩体与钻井液之间的化学反应或物理转移的动态平衡。当孔壁岩石与钻井液的水矿化度、活度或化学电位等不同时会导致水相转移、泥页岩吸水膨胀或软化和溶解等，破坏孔壁应力平衡，给孔壁稳定产生严重影响。物化平衡的关键是防止孔壁岩石和钻井液之间的水相转移。

2.2 经济性能

经济分析包括各种经济指标分析、法律政策制定、社会接受度调查等研究。文献[5]在建立由5个模块构成的模型基础上，对中东地区的CO2—EOR工程进行了经济性能分析。文献[6]对美国CO2地质封存法律制定问题进行研究，指出应尽快建立统一的法律框架。文献[7]对水平驱油井进行研究，对对CO2驱油的注入和封存进行经济分析。

国内对于CO2—EOR经济分析的研究还很少，主要原因是国内CO2—EOR项目建设少，缺乏大量的相关数据等信息。

CO2—EOR与封存是复杂的过程，从以上文献可知，现有研究集中于技术或经济单一方面的分析，如何综合技术与经济性能分析，是驱油封存技术需要解决的问题。因此，技术和经济性能分析需要进一步研究。

3 待解决问题

虽然国内外CO2驱油与封存技术取得了很大的进展，但是由于地质、油藏属性、国家政策等各方面的因素，我国关于CO2驱油与封存的性能研究，还存在一些问题。

3.1 技术性能方面

（1）腐蚀作用。CO2在注入油层的过程中，与水反应生成的碳酸，对设备、管线、井筒有较强的腐蚀性，而且腐蚀产物被注入流体带入地层会堵塞储层孔隙。如何加强对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质的分析以及防腐材料、涂层的研究，是解决腐蚀问题的关键。

（2）最小混相压力较高。CO2与原油的最小混相压力不仅取决于油藏的温度和CO2的纯度，而且也取决于原油组分。因此，加强含杂质的CO2及可改变原油组分物质的性能分析，是解决混相压力的关键。

（3）窜流严重。在驱油过程中，由于CO2黏度低及油层的非均质性，易出现黏性指进及窜流，造成不利的流度比，致使CO2过早突破含油带，影响驱油效率。加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵向非均质性、油藏流体饱和程度和油藏流体性质的性能分析研究，是解决CO2窜流问题的关键。

3.2 经济性能方面

（1）优化设计性能。我国的CO2气源不足，需要从电厂捕集CO2，经管道运输到驱油现场，设备投资巨大。如何选择封存场地，建立CO2运输及驱油管道优化设计性能分析，是降低CO2驱油与封存经济成本的关键。

（2）相关法律政策的制定。我国CO2驱油与封存技术还处于起步阶段，相关法律政策制定不够完善。加强社会调查制定完备的法律机制，能够为封存的有效性和安全性提供保障。

4 结语

CO2驱油与封存技术是复杂的系统，涉及到多个学科。如何系统科学的对CO2驱油与封存进行技术、经济的综合性能分析，关系到CO2驱油与封存技术能否顺利有效实施。虽然现有研究已取得了初步的成果，但在某些方面的研究还存在不足，需进一步深入的分析研究。技术性能方面包括：①对注入油层过程进行CO2性能分析、油藏性质分析，以及对防腐材料、涂层的研究；②加强含杂质的CO2的性能分析和可改变原油组分物质的性能分析；③加强油藏地质结构、渗透率、油藏纵向非均质性、油藏流体饱和程度、油藏流体性质的性能分析研究。经济性能方面包括：①建立CO2运输及驱油管道优化设计性能分析；②制定完备的法律政策。

我国CO2—EOR技术刚刚起步，由于地质条件、社会经济的差异，国外技术和经济性能分析方法不能直接应用于我国各大油气田。随着我国CO2—EOR技术的普及，其技术和经济性能分析必将逐步完善，形成有我国特色的理论体系。

[1]U．S．Departmentof the Interior，U．S．Geological Survey．Developmentofa Probabilisticassessment Methodology for Evaluation of Carbon Dioxide Storage[R]．Virginia，USA，2009.

[2]钟张起，薛宗安，刘鹏程，等．低渗韵律油藏CO2驱和水驱开发规律研究[J]．复杂油气藏，2012，5（1）：58-62.

[3]刘玉章，陈兴隆．低渗油藏CO2驱油混相条件的探讨[J]．石油勘探与开发，2010，37（4）：466-470.

[4]李振泉．油藏条件下溶解CO2的稀油相特性实验研究[J]．石油大学学报：自然科学版，2004，28（3）：43-48.

[5]Algharaib M，Al-Soof N A．Economical Evaluation of CO2—EOR Projects in theMiddle East[J]．Petroleum Science and Technology，2010，28（2）：198-217.

[6]M．F．Pollak，E．J．W ilson．Regulating Geologic Sequestration in the United States:Early Rules．Take Divergent Approaches[J]．Environmental Science Technology，2009，43（9）：3 035-3 041.

[7]GuiP．，Jia X．，Cunha J．C．，Cunha L．B．Economic Analysis for Enhanced CO2Injection and Sequestration Using Horizontal Wells[J]．Journal of Canadian Petroleum Technology，2008．47（11）：34-38.

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.001