二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
目前，世界上大部分油田仍采用注水開發(fā)，這就面臨著需要進一步提高采收率和水資源缺乏的問題。對此，國外近年來大力開展二氧化碳驅(qū)油提高采收率技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。這項技術(shù)不僅能滿足油田開發(fā)的需求，還可以解決二氧化碳的封存問題，保護大氣環(huán)境。該技術(shù)不僅適用于常規(guī)油藏，尤其對低滲、特低滲透油藏，可以明顯提高原油采收率。
一、二氧化碳驅(qū)油技術(shù)：
二氧化碳驅(qū)油是一種把二氧化碳注入油層中以提高油田采收率的技術(shù)。標準狀況下，二氧化碳是一種無色、無味、比空氣重的氣體，密度是1.977克/升。當溫度壓力高于臨界點時，二氧化碳的性質(zhì)發(fā)生變化：形態(tài)近于液體，黏度近于氣體，擴散系數(shù)為液體的100倍。這時的二氧化碳是一種很好的溶劑，其溶解性、穿透性均超過水、乙醇、乙醚等有機溶劑。如果將二氧化碳流體與待分離的物質(zhì)接觸，它就能夠有選擇性地把該物質(zhì)中所含的極性、沸點和分子量不同的成分依次萃取出來。萃取出來的混合物在壓力下降或溫度升高時，其中的超臨界流體變成普通的二氧化碳氣體，而被萃取的物質(zhì)則完全或基本析出，二氧化碳與萃取物就迅速分離為兩相，這樣，可以從許多種物質(zhì)中提取其有效成分。
二氧化碳驅(qū)油一般可提高原油采收率7%~15%，延長油井生產(chǎn)壽命15~20年。在二氧化碳與地層原油初次接觸時并不能形成混相，但在合適的壓力、溫度和原油組分的條件下，二氧化碳可以形成混相前緣。超臨界流體將從原油中萃取出較重的碳氫化合物，并不斷使驅(qū)替前緣的氣體濃縮。于是，二氧化碳和原油就變成混相的液體，形成單一液相，從而可以有效地將地層原油驅(qū)替到生產(chǎn)井。
應(yīng)用混相驅(qū)油提高石油采收率的一個關(guān)鍵性參數(shù)是氣體與原油的最小混相壓力（MMP），MMP是確定氣驅(qū)最佳工作壓力的基礎(chǔ)。一般情況下，因為混相驅(qū)油比非混相驅(qū)油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下進行氣驅(qū)。如果壓力遠高于MMP，就容易造成地層破裂，無法保障生產(chǎn)過程的安全性，其結(jié)果是不僅不能大幅度提高原油產(chǎn)量，還會降低經(jīng)濟效益。如果二氧化碳與原油的最低混相壓力大于油層的破裂壓力，為防止地層破裂，就只能進行非混相的二氧化碳驅(qū)油手段。非混相二氧化碳驅(qū)油機理，主要是降低原油黏度和使原油體積膨脹，所以非混相的驅(qū)油效率不如混相驅(qū)油。
二、碳收集技術(shù)：
目前，比較成熟的處理技術(shù)是在距地面800米以及更深處儲存二氧化碳。因在800米或更深
的地方，地熱梯度為25～35℃/公里，壓力梯度為10.5兆帕/公里，游離的二氧化碳將處于超臨界狀態(tài)，它的密度變化范圍為440～740千克/米3。因此，在多孔和可滲透的儲存巖層中，不需要特別的壓力條件就可以儲藏二氧化碳。
二氧化碳可從工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠、化肥廠、水泥廠、化工廠、煉油廠、天然氣加工廠等排放物中回收，既可實現(xiàn)溫室氣體的減排，又可達到增產(chǎn)油氣的目的。目前，碳捕集和封存兩項技術(shù)的發(fā)展還不太均衡。建立合作平臺二氧化碳捕集與封存密不可分，因此建立石油行業(yè)內(nèi)部、石油行業(yè)與煤電行業(yè)之間的相互協(xié)作對于二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展和推廣非常重要。這樣的協(xié)作可以通過兩條途徑來進行。一是加強煤電企業(yè)與石油企業(yè)的協(xié)作。
我國煤電企業(yè)掌握二氧化碳的捕集技術(shù)，石油公司掌握二氧化碳的運送、重新注入和地下封存技術(shù)，煤電企業(yè)與石油企業(yè)存在合作空間，若能整合上述資源，建立行業(yè)之間的廣泛聯(lián)系和跨行業(yè)協(xié)作平臺，形成技術(shù)配套“一條龍”，就能夠在很大程度上實現(xiàn)行業(yè)之間二氧化碳捕集和封存，優(yōu)化資源配置。二是石油公司本身也是碳排放的主要作業(yè)者。制度的變遷使得石油公司上下游企業(yè)的聯(lián)系更加緊密，下游將為上游輸送更多的二氧化碳。
有關(guān)資料顯示，煉油廠加工1噸原油，大約排放0.2噸二氧化碳。由于之前沒有約束力的二
氧化碳減排指標，產(chǎn)生二氧化碳大部分排放到大氣中去，造成了資源浪費和環(huán)境污染。新的節(jié)能減排制度出臺后，二氧化碳捕集將成為硬性指標，二氧化碳排放將受到更多約束。
三、美國二氧化碳驅(qū)油技術(shù)現(xiàn)狀：
二氧化碳驅(qū)油技術(shù)美國是應(yīng)用二氧化碳驅(qū)油研究試驗最早、最廣泛的國家,從1970年開始，美國就在得克薩斯州把二氧化碳注入油田作為提高石油采收率(EOR)的一種技術(shù)手段，2006年已有70多個類似的項目,每年注入二氧化碳總量達2000萬～至3000萬噸,其中大約有300萬噸二氧化碳來源于煤氣化廠和化肥廠的尾氣，大部分從天然的二氧化碳氣藏采集。到2010年2月止，注入二氧化碳已幫助一些成熟油田回收了近15億桶石油，且至今還在使用。美國現(xiàn)在有3個大型項目：得克薩斯州的薩克（Sacroc）與瓦遜-丹佛（Wasson-Denver）油田，以及科羅拉多州的蘭奇利（Rangely）油田。
薩克是世界上第一個大規(guī)模的商用二氧化碳項目。美能源部啟動二氧化碳儲存與驅(qū)油實地試驗項目2010年6月28日，美國能源部啟動一項在碳酸鹽巖儲集層進行CO2儲存并提高石油采收率的實地試驗項目，目的是通過利用一種“吞-吐”的石油增產(chǎn)方法，在提高石油采收率的同時評價地質(zhì)構(gòu)造中的碳封存潛力。項目：平原CO2減排合作計劃是美國能源部區(qū)域
碳封存合作項目中的一項，合作方是Eagle運營公司，任務(wù)是在北達科他州威廉斯縣McGregor油田西北部完成實地測試。提高石油采收率的“吞-吐”方法包括三個階段：注入（即吞入階段）；接著是“浸泡”一段時期；生產(chǎn)（即吐出階段）。和其他“吞-吐”方法相比，PCOR合作計劃的不同之處在于以下幾個原因：
1)深度（大約8050英尺）達到最大。
2)壓力（每平方英寸3000磅）和溫度（180華氏溫度）達到最高。
3)儲集層是碳酸鹽巖儲集層，而不是碎屑巖儲集層。這次測試是利用美國西部的一個產(chǎn)油井，產(chǎn)油層是密西西比河時期Madison組碳酸鹽巖儲層。測試期間，440噸液態(tài)CO2將被注入到一定深度，然后與殘余的石油相混合。經(jīng)過兩周的“浸泡”然后進行回采。三個月內(nèi)油井產(chǎn)量會翻一番，從每天的1.5桶基準率增加到3-7STB。產(chǎn)出流體中石油的比例（通常被稱為“油浸”）也加倍，從不到3個百分點增至6個百分點。該項目除了要示范深度超過8000英尺的碳酸鹽巖儲層中CO2儲存結(jié)合石油增采外，還要確定兩種斯倫貝謝技術(shù)——即儲層飽和度工具（rervoirsaturationtool，RST）和垂直地震剖面（verticalismicprofiling，VSP）——在檢測和監(jiān)控深部碳酸鹽巖儲集層中小范圍CO2羽流的有效性，以確保安全和
永久封存。該項目成果可適用于PCOR計劃許多地方的應(yīng)用以及全球范圍內(nèi)類似的應(yīng)用。CO2-EOR實施的儲層地質(zhì)條件：
1)儲層的深度范圍在1000～3000m范圍內(nèi)；
2)致密和高滲透率儲層；
3)原油粘度為低的或中等級別；
4)儲層為砂巖或碳酸巖。在美國大量的CO2-EOR項目的實踐及研究表明，CO2-EOR混相驅(qū)油提高采收率范圍在4%～12%之間，而純凈CO2注入儲層，占儲層中流體體積的10%～45%。高采收率與水與氣交替注入方法(WAG)有關(guān)，CO2采用錐形注入方式效果好。由于經(jīng)濟和技術(shù)的原因，不是所有的儲層都適合于CO2-EOR混相驅(qū)油。以CO2-EOR的實踐和研究為依據(jù)，關(guān)于CO2-EOR項目的一般規(guī)律如下：
1)儲層可以達到最小混相壓力(MMP)，可以實現(xiàn)混相驅(qū)油并最小消耗CO2；
2)儲層經(jīng)過注水開發(fā)以后，原油飽和度在35%～40%范圍內(nèi)；
3)儲層的連通性好，儲層縱向非均質(zhì)性較低，具有中或高等級的滲透率，滲透率應(yīng)大于100Md；
4)原油比重應(yīng)高于350API(低于0.85)，粘度在1～2cp范圍內(nèi)；雖然很多報告指出成功的水驅(qū)是CO2-EOR項目實施的基礎(chǔ)。爭論在于水驅(qū)后，儲層中剩余大量的水需要CO2推動，由于CO2溶解在水中會損失大量的CO2，影響驅(qū)油效果。CO2-EOR混相驅(qū)油存在一些問題，導致項目實施失敗，問題如下：
1)在項目開始之前研究不足，如對儲層的地質(zhì)的、巖石物理的性質(zhì)知道得少。低采收率原因如下，一是由于儲層嚴重的非均質(zhì)性導致CO2驅(qū)油效率低；二是CO2注入量低增油效果不明顯；注入的CO2沿高滲透通道早期突破(如在斷層部位)，原因是儲層地質(zhì)描述工作不細。所以在項目開始之前需要大量的監(jiān)測工作，并且對儲層地質(zhì)特征進行細致的研究。
2)由于CO2注入量低，使地層壓力下降，導致只有小部分完成混相驅(qū)油，驅(qū)油效果差。壓力下降，在井眼附近的氫氧化合物、瀝青就會沉淀，導致儲層滲透性發(fā)生變化。使CO2注入壓力升高，儲層注氣能力下降。必須通過提高附近注入井CO2的注入量，來提高地層壓力；
3)CO2-EOR項目規(guī)模受注水管線及油水井數(shù)的影響。CO2會使儲層中地層水PH值下降。從石灰?guī)r或儲層中膠結(jié)的礦物中溶解Ca。鈣質(zhì)鹽在儲層中富集，壓力的下降導致鈣質(zhì)鹽的沉淀，影響項目效果；
