CO2驱油法提高油气采收率(CO2―EOR)技术综述

一、概述

石油和天然气是不可再生资源，而随着世界油气能源日益枯竭，国家能源安全形势日益严峻，提高油气采收率（Enhance Oil Recovery， EOR）已成为解决能源问题的重中之重。注气驱油是提高原油采收率的重要技术。其中，CO2是一种十分有效的气体驱油剂，已在全球范围内得到广泛关注。同时，从环保的角度来看，CO2是国际公认的主要温室气体之一，约占温室气体总量的65%。CO2的排放引起的全球变暖问题，始终困扰着各国政府和环保人士的神经。

而从我国国情来看，首先，我国石油资源有限，石油资源主要依靠进口，国家能源安全形势十分严峻。其次，我国是继美国之后的世界第二大CO2排放国，CO2减排责任重大。2009年，中国政府在联合国气候大会上承诺，到2020年中国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%，该指标已经被纳入国民经济和社会发展的中长期规划。CO2驱油技术能够处理CO2排放量，并提高原油采收率，为我国经济、政治、军事以及社会等各方面带来效益。

二、国内外研究现状

1952年，美国人Wharton取得了第一个利用CO2采油的专利，其中CO2 是用作原油的溶剂，或形成碳酸水驱。早期的研究结果表明，在一般的油藏压力下，CO2不能直接与大多数原油混相，但是CO2能够抽提原油中的轻质组分。五六十年代CO2 作为混相驱替液应用，但同时研究者也看到了CO2混相驱的局限性：原油中要求含有大量中间组分；达到混相要求高压；储层深度要求大于1000m。这些局限性促使研究者开始注意CO2 非混相驱。70年代CO2驱技术有了很大的发展，美国和前苏联等国家都进行了大量的CO2 驱工业性试验，并取得了明显的经济效益，采收率可以提高15%～25%。90年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年《油气杂志》的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55%采用的是烃类气体，42%采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3%。目前，国外采用CO2驱油的主要国家有：美国、前苏联、匈亚利、加拿大、法国、西德等。

美国因其油气资源丰富，CO2混相驱已成为一项成熟的提高采收率的方法，在美国油田广泛应用。2005年，美国实施注气方法的原油产量首次超过热采产量，成为最主要的EOR方法。另据《油气杂志》2006年统计，全球实施CO2-EOR项目共94个，其中美国占了82个，其年产量占世界CO2-EOR总产量的94.2%。

2.1 国外CO2驱项目情况

美国是CO2驱发展最快的国家。自20世纪80年代以来，美国的CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。到2009年美国正在实施的CO2混相驱项目有64个。最大的也是最早使用CO2驱的是始于1972年的SACROC油田。其余半数以上的大型气驱方案是于1984～1986年间开始实施的，目前其增产油量仍呈继续上升的趋势。大部分油田驱替方案中，注入的CO2 体积约占烃类空隙体积的30%，提高采收率的幅度为7%～22%。

2.1.1小油田CO2混相驱的应用与研究

过去CO2混相驱一般是大油田提高原油采收率的方法。大油田由于生育储量多，剩余开采期长，经济效益好，而小油田CO2驱一般不具有这些优点。近年来许多小油田实施了CO2 混相驱提高原油采收率方案，同样获得了良好的经济效益。如位于美国密西西比州的Creek油田就是一个小油田成功实施CO2驱的实例。该油田于1996年被JP石油公司收购时的原油产量只有143 m3/d，因油田实施了CO2驱技术，使该油田的原油采收率大大提高，其原油产量在1998年达到了209 m3/d，比1996年增加了46% 。

2.1.2 重油CO2 非混相驱的研究与应用

CO2驱开采重油一般是在不适合注蒸汽开采的油田进行。这类油田的油藏地质条件是：油层薄，或埋藏太深，或渗透率太低，或含油饱和度太低等。注CO2 可有效提高这类油藏的采收率。大规模使用CO2非混相驱开发重油油田的国家是土尔其。土尔其有许多重油藏不适合热采方法。1986年土尔其石油公司在几个油田实施了CO2非混相驱，取得了成功。其中Raman油田大规模CO2非混相驱较为典型。加拿大也有许多重油油藏被认为不适合进行热力开采，加拿大对CO2驱开采重油进行了大量的研究。试验得出，轻油黏度在30饱和压力下从大约从1.4降到20，降低了15倍。另外，在不同温度下重油 黏度测量发现，温度达到275℃左右才能降粘，而CO2 一旦溶解在原油中就可使原油黏度降低，并且可以把黏度降低到用蒸汽驱替的水平。

2.2 国内研究现状

国内对CO2驱油研究起步较晚，与国外尚有一定差距，但近年来随着稠油和低渗油藏的开车，CO2驱油呈快速发展趋势。

我国关于CO2驱油的技术主要以中国石油化工股份有限公司以及中国石油天然气股份有限公司。在CNABS中输入“（二氧化碳 or CO2）s（驱油 or 驱替）”得到102篇结果，对其申请人进行频率排序后发现，中国石油化工股份有限公司占据了将近30篇专利申请，而中国石油天然气公司占据了将近20篇专利申请。可见，中石化和中石油是国内关于CO2驱油技术的研发的先导力量。

目前CO2驱油在国内主要进行矿场先导试验，以及对相关机理进行室内物理模拟试验。在矿场先导试验方面，注CO2技术已在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了现场试验。1996年江苏富民油田48井进行了CO2 吞吐试验，并已开展了CO2驱试验。江苏油田富14断块在保持最低混相压力的状态下，于1998年末开始了CO2水交替（WAG）注入试验，注入6周期后水气比由0.86：1升至2：1，见到了明显的增油降水效果。

除了现场试验，CO2驱替的物理模拟试验以及与CO2驱替过程中界面张力、扩散系数、渗透率等相关机理的实验也是目前国内CO2驱油相关研究的重点，也是国内相关专利申请的主要技术内容。公开号为CN102590045A的专利申请“多孔介质中的油气界面张力测试方法”公开了一种在多孔介质中进行驱替试验，并进而获得多孔介质中油气界面张力的方法，用于反映油藏条件下，油气界面相互作用规律，为油藏工程方案设计和优化提供界面张力数据。公开号为CN102721739A的专利申请“CO2岩心驱替实验装置”，可模拟岩心中CO2驱油过程，并进而实现岩心物理性质变化规律的测定。又例如，公开号为CN202102631U的实用新型专利申请“一种地质埋存条件下CO2迁移物理模拟平台”，通过模拟试验对CO2地质埋存过程进行模拟，研究岩样液体渗透率和渗透系数，从而定量研究在地层条件下，液态流体在岩心中的渗透性。

三、总结

通过对该技术的综述和梳理，不难发现，目前国内关于CO2驱油的相关技术专利申请主要侧重于模拟试验研究，而国外相关专利申请则侧重于工业应用方面，模拟试验相关技术内容主要以非专利文献的形式发表。因此，针对国内关于CO2驱油的申请，尤其是涉及模拟试验的申请，应重视国外相关的非专利文献库，例如《Energy & Fuel》和《Oil & Gas》。当然，国外CO2驱油技术相关的非专利期刊，尤其是美国期刊，还有很多，本文中所列举的上述两个期刊并非穷举，也并非在统计分析工作的基础上得出的结果。而关于哪些期刊数据库侧重于CO2驱油模拟试验技术，还有待于进一步的考证和研究。