封存利用，再创价值——二氧化碳在石油开采中的应用

■ 陆 鸣

二氧化碳（CO2）是大气中的主要温室气体，现在通常被认为是导致全球气候变暖、洪水、严重的热带风暴、沙漠化和热带地区扩大等生态问题的重要因素之一。

大气中的二氧化碳主要是由燃烧煤和化石燃料产生的，这让石油化工的生产运营不得不面临严峻的生态环保考验。

封存二氧化碳

目前降低二氧化碳的方法包括能源的合理使用，使用煤和石化燃料的替代品，通过热带雨林或农场等陆地封存，以及海洋处置、矿物封存、地质封存等。其中，减少二氧化碳排放最有效的方式是节能，其次是使用新能源，如天然气、风能、太阳能和核能等，减少化石能源的使用，此外还应发展二氧化碳收集、封存及再利用等技术。

二氧化碳地质封存是将二氧化碳注入地下并长期封存于1000～3000米深的地层中，用地层的孔隙空间储存二氧化碳，还可分为咸水层封存、枯竭油田和气田封存。全球都可能存在适合二氧化碳封存的沉积盆地，包括沿海地区。

二氧化碳从封存的地点泄漏到大气中，有可能引发显著的气候变化。因此要求封存用的地层之上必须有透水层作为盖层，以封存注入的二氧化碳，防止泄漏。但二氧化碳同样不可以泄漏到地层深处，否则也会给人类、生态系统和地下水造成灾害。此外，对地质封存二氧化碳效果进行的测试发现，注入地层深处的二氧化碳对贮藏带的矿物质有一定影响。

利用二氧化碳

对全球变暖而言，二氧化碳是场灾难；但对石油开采而言，二氧化碳或许就是一个利器。

在油田开采最初，一部分石油在巨大的压力下，可以自己喷射出来，但是慢慢的，有些岩层孔隙中的石油就失去了自喷能力。后来科学家们相继发明了注水驱油、化学驱油、蒸汽驱油等采油技术。而在这其中，利用二氧化碳开采石油，不仅能把孔隙中的石油开采出来，同时还能把二氧化碳埋存在地下，可以说是一举两得。

这归结于二氧化碳的化学特性。二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀、黏度下降（黏度降低30%～80%），还可以降低油水间的界面张力、改变原油密度，有助于在储层形成较有利的原油流动条件，有利于原油中轻质馏分的汽化和抽取。

纯度在90%以上的二氧化碳即可用于提高采油率。在石油采钻业中，通常的做法是用钻孔机将二氧化碳注入地层，二氧化碳在地层内溶于石油。一般可提高原油采收率7%～15%，延长油井生产寿命15～20年。所用二氧化碳可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既可实现温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。

与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。据国际能源机构评估，全世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000～6000亿桶。

目前，世界上大部分油田仍采用注水开发，面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。近年来，国内外大力开展的二氧化碳驱油提高采收率（EOR）技术的研发和应用，不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。

挑剔的二氧化碳

开采和封存石油时，用的二氧化碳并不是气体，而是一种介于气体和液体之间的状态，这样可以封存尽可能多的二氧化碳。但因为有的油田因条件所限，可能会使用二氧化碳和水交替注入的方式采油。

二氧化碳驱提高石油采收率方法适用于油田开发晚期，通过CO2-EOR技术(混相驱)，原油采收率比注水方法约提高30%～40%；对于重质油藏，非混相驱技术一次开采采收率可达原始地质储量的20%以上。根据油田地质和沉积类型的不同以及认识程度的差异，其增产幅度可以提高到25%～100%。我国低渗透和稠油资源非常丰富，在这些油藏中利用二氧化碳提高采收率的潜力巨大

由于经济和技术原因，不是所有的储层都适合于CO2-EOR混相驱油，具体油田进行二氧化碳驱提高石油采收率需要与当地条件进行紧密结合。

二氧化碳驱提高石油采收率实施的储层地质条件为：储层的深度范围在1000～3000米范围内；致密和高渗透率储层；原油黏度为低或中等级别；储层为砂岩或碳酸盐岩。目前，较成功的CO2-EOR技术是在距地面800米或更深的地方，地热梯度为25～35℃/km，压力梯度为10.5MPa/km，分离的二氧化碳将处于超临界状态，它的深度变化范围为440～740kg/m3。

前景广阔的CCUS

近年来，我国在CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）的研究上做了很多的工作，包括“973计划”、“863计划”在内的国家重大课题都对CCS的研究进行了立项，并取得了重大进展。一些企业还在实践上进行了尝试。2008年7月16日中国首个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产，并成功捕集出纯度为99.99%的二氧化碳。

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕获、利用与封存）技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，CCUS将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。

二氧化碳的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、超临界二氧化碳萃取、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、合成可降解塑料、培养海藻、油田驱油等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。胜利油田电厂已启动CCUS的示范项目。

胜利油田胜利发电厂是燃煤电厂，每年排放二氧化碳415万吨。从1998年底开始，胜利油田便展开二氧化碳捕集研究。2010年，“胜利燃煤电厂烟气二氧化碳捕集纯化工程”正式开工建设。2012年，大规模燃煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油及封存技术开发及应用示范项目启动。在实际应用中，二氧化碳被注入地下后，约有50%～60%被永久封存于地下，剩余的40%～50%则随着油田伴生气返回地面，通过原油伴生气二氧化碳捕集纯化，可将伴生气中的二氧化碳回收，就地回注驱油，进一步降低了二氧化碳驱油成本。而电厂烟气捕集所得的二氧化碳在注入地下后，可有效实现碳封存。

沉积盆地是可以封存二氧化碳的地质构造，国内适宜进行石油勘探的沉积盆地总面积约为550×104平方公里。东部火力发电厂较为集中，油气田为数甚多，是国内实施二氧化碳地质封存的有利条件。可以预测，随着技术的发展和应用范围的扩大，二氧化碳将成为中国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。