1、中国石油大学远程教育学院专科毕业论文设计题 目： 二氧化碳埋存中的石油工程技术班 级： 12级（春季）石油工程姓 名： 张 军 指导教师： 王 华 摘 要提高采收率( EOR 或IOR) 研究是油气田开发永恒的主题之一。近几年由于油价高涨,化学驱应用效益下降,而注气驱应用范围则连续增加，技术不断提高。中国油田的储层属陆相沉积,非均质严重,原油粘度又比较高,上升很快,水驱采收率比较低,约33%。近期发现的石油储量又多属低渗透及高粘度等难采储量,发展提高采收率技术已成为我国陆上石油工业继续发展的一项迫切战略任务。同时随着人类社会的不断发展和进步，由于温室气体大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻
2、。然而，在中短期内，没有其它合适的大规模能源能够替代烃类能源，一种可行的方法是将CO2隔离在地下，如注入气藏中，应用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径。CO2驱油过程中的物理化学与渗流力学原理。研究CO2在油藏中的相态理论、CO2驱油过程中的界面化学、CO2和混合气体驱油过程中的化学物理化学力学耦合问题及综合效应、CO2和复杂混合体系在油藏中的渗流规律；混相驱与拟混相驱的基本条件与控制方法；油藏条件下CO2水的混合物形成的碳酸与油层岩石的反应及其对储层渗透率的影响机理与规律；注入气体中的氧、硫等与原油的化学反应和生物作用对油藏物性及驱油效果的影响机理与规律。 提高原油采收率所需要的二氧化碳
3、通常不可能就地解决，需要用长距离管线输送。与输送天然气的管线相比，输运二氧化碳的管线更容易破裂。因此，高效安全的CO2长距离储运技术是研究是非常重要的。从技术原理和目前的研究进展可以预测，注CO2提高原油采收率是实现温室气体资源化利用与地下储存的最佳途径之一。关键词：CO2 混相 、 石油工程、 提高采收率、 发展前景目 录1绪论1.1 论文研究的目的和意义1.2 注CO2气体开发的适应性2 注CO2提高采收率的基本理论2.1 注CO2提高采收率的机理2.2 流体相态的研究2.2.1 油气藏流体相态常规分析2.2.2 油气藏流体取样2.3 CO2的混相驱替研究2.3.1 注气提高采收率的机理2
4、.3.2 一次接触混相过程2.3.3 多级接触混相驱替过程2.4 CO2的非混相驱替研究2.4.1 CO2非混相驱的机理3 CO2地下储存的可行性 - -4 CO2埋存在石油工程中的发展前景 - -5 结论参考文献1 绪论1.1 论文研究的目的和意义 随着人类社会的不断发展和进步，由于温室气体大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻,必须采取积极有效的措施。减少CO2的排放量，控制空气中CO2的含量已经成为保护人类生存环境的重要方面。然而，在中短期内，没有其它合适的大规模能源能够替代烃类能源，一种可行的方法是将CO2隔离在地下，如注入气藏中，应用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径。用CO2
5、作为油藏提高采收率的驱油剂己研究多年，室内和现场试验都曾表明CO2是一种有效的驱油剂。但注CO2非混相驱在解决低渗透油藏开发方面是否可行还有待于进一步研究。因此，探索和发展与现场相适应的各种注气驱提高剩余油采收率的机理和应用技术具有重要的现实意义。随着各种极端气候现象在世界各地频频出现，由CO2等温室气体造成的全球气候变化的威胁与日俱增，共同推进温室气体减排已成为全球性共识。然而据国际能源署（IEA）预测，2010年全球CO2排放总量将达到创纪录的300.6亿吨，其中44%来自于煤炭和石油燃烧；与此同时，为防止全球变暖造成灾难性后果，本世纪内全球须减排CO2的量将达到几千亿到几万亿吨，而现有的
6、减排技术暂时还难以达到减排目标。面对艰巨的减排任务，政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2005年特别推荐了碳捕捉与封存技术（Carbon dioxide Capture andStorage, CCS），以期实现温室气体的大幅减排。由于CCS与现有能源系统基础构造一致，受资源条件限制较小，一经提出便受到工业化国家的广泛关注与重视：2007年世界自然基金会（WWF）明确将CCS作为应对全球气候变化的六种途径之一；2010年的坎昆全球气候大会将CCS纳入清洁发展机制（CDM）；美国、加拿大、欧盟等已将CCS作为未来能源战略和碳减排战略的重要组成部分，制定了相应的技术研究规划并开展了相应的研发和
7、项目示范。我国尽管新能源发展势头良好，但一次能源以煤炭为主，二次能源以煤电为主的基本能源结构短期内难有根本性转变。随着我国经济高速发展，对能源特别是化石燃料的需求迅猛增长，我国已经成为CO2排放大国。可以预见，随着中国成为全球第二大经济体，减排压力日趋增大，极有可能在2013年后承担具体减排义务，减排形势日趋严峻。由于我国拥有丰富的煤炭资源和巨大的CO2地质封存潜力，许多学者认为CCS在我国的发展前景十分广阔，政府也对CCS项目给予了高度重视和支持。然而，CCS毕竟发还处于前期研发阶段，其大规模实施还存有较大争议。因此，如何从我国实际国情出发，构建合理的CCS早期实施方案，并运用科学的方法对C
8、CS的各个实施方案进行系统、准确的评价，为我国“后京都时代”减排战略的选择提供科学的决策依据，这将具有十分重要的理论和现实意义。本文学习、借鉴国内外的相关研究经验和技术成果，综合矿产普查、能源经济、石油工程、环境工程等多学科的理论和方法，对CCS的早期实施方案构建及评价进行了系统研究。首先，全面总结了CCS评价研究的国内外研究现状与发展趋势，运用SWOT分析方法，对我国大规模发展CCS的优势、劣势、机遇和潜在障碍进行分析和阐述，对CCS在我国的应用前景进行总结；然后，结合我国实际情况和CCS相关技术成熟度构建了我国CCS大规模实施的早期方案，运用系统动力学的基本原理和方法对CCS链进行建模，构
9、建了CCS链运行的系统动力学模型，并通过计算机仿真研究了各条CCS链的运行状况和主要指标参数；再次，构建了动态MAUT优选模型和CVaR投资组合模型，从单个方案排序和多方案投资组合优化的角度挑选出了我们应该优先考虑的实施方案和实施方案组合；最后，依据仿真及评价结果，提出我国健康发展CCS的对策建议。论文取得的进步是：（1）从技术成熟度和我国实际情况出发，深入剖析CCS各环节备选技术的优势和不足，构建了最有可能成为中国CCS大规模实施的早期方案。（2）以生命周期评价思想为指导，充分考虑CCS系统产生的CO2二次排放和能源消耗等问题，构建了CCS链运行的系统动力学模型，理清了CSS系统要素之间的相
10、互影响关系和反馈机制，为实现各CCS链的系统科学评价打下了基础。（3）考虑到决策者的偏好和权重对排序结果的影响，构建了基于动态MAUT的CCS实施方案优选模型，帮助决策者系统、动态的科学决策。（4）考虑到不确定性因素对CCS投资组合的影响和各方案间的相互联系，构建了基于CVaR的CCS投资组合模型，对传统的“方差均值”模型进行了改进，有助于决策者更好地了解投资组合的潜在风险，实现整体投资的风险收益均衡，从而实现稳定的减排效果和经济收益。2 注CO2提高采收率的基本理论2.1 注CO2提高采收率的机理 将CO2作为油藏提高采收率的驱油剂已研究多年，在油田开发后期，注入CO2，能使原油膨胀，降低原
11、油粘度，减少残余油饱和度，从而提高原油采收率，增加原油产量。 CO2能够提高原油采收率的原因有： CO2溶于原油能使原油体积膨胀，从而促使充满油的空隙体积也增大，这为油在空隙介质中提供了条件。若随后底层注水，还可使油藏中的残余油量减少。 CO2溶于原油可使原油粘度降低，促使原油流动性提高，其结果是用少量的驱油剂就可达到一定的驱油效率。 CO2溶于原油能使毛细管的吸渗作用得到改善，从而使油层扫油范围扩大，使水、油的流动性保持平衡。 CO2溶于水使水的粘度有所增加，当注入粘度较高的水时，由于水的流动性降低，从而使水油粘度比例随着油的流动性增大而减少。 CO2水溶液能与岩石的碳酸岩成分发生反应，并使
12、其溶解，从而提高储集层的渗透率性能，使注入井的吸收能力增强。 CO2溶于水可降低油水界面的表面张力，从而提高驱油效率。 CO2可促使原油中的轻质烃类（C2C3）被抽提出来，从而使残余油饱和度明显降低。在不同原油的成分、温度和压力条件下，二氧化碳具有无限制地与原油混相的能力，实际上可以达到很好的驱油目的。 CO2在油水中的扩散系数较高，其扩散作用可使二氧化碳本身重新分配并使相系统平衡状态稳定。2.2 流体相态的研究2.2.1 油气藏流体相态常规分析 常规流体相态分析技术已经成熟，并在全世界得到广泛应用。天然气和原油组成分析是为确定地层流体的井流物组成而设定的，当然还有一些如密度和其它常压下的分析
13、内容未列出。表中列出了在相关的测试标准中主要烃类油气藏流体，即原油、挥发油、凝析干气四大类型的详细的取样方法、测试规程等。2.2.2 油气藏流体取样 流体相态分析的对象是流体，取得有代表性的流体是最关键的一步。目前已有取样的分析标准。根据前人多年研究和分析的经验，对一些特殊流体在取样上还应注意一些因素，以保证流体取样的代表性。样井的选择（1）可把井底压力调整到高于预计的原始泡（露）点压力一下进行生产的油气井；（2）不产水或产水率不超过5%的油气井；（3）气油比及地面原油相对密度在周围井中有代表性的油气井；（4）采油气指数在周围井中相对较高的井；（5）油气流稳定、没有间歇现象的油气井；（6）井口
14、量油测气设备齐全可靠，符合要求的油气井；（7）水泥封固井段层间物串槽的油气井；（8）最好为自喷井。流体取样的代表性流体取样代表性评价是实验前后的认定过程。一般来讲，一个油气藏会取很多的样品进行测试，关于流体特征的纵向及横向分布，流体性质的矛盾及一致性等均应当详细分析，应结合取样样品操作规程、分析数据、生产动态、取样位置等进行综合分析才能确定，最后选择有代表性的流体样品来进行评价。对取样来讲，一下几点值得考虑：（1） 饱和油气藏无法取得有代表性的原始样品；（2） 对原油来讲，井下取样井底流压比该处温度下泡点压力高，并不等于就是合格的；（3） 饱和压力越低，则更可能取得有代表性的流体。2.3 CO
15、2的混相驱替研究2.3.1 注气提高采收率的机理 混相(Miscible)的定义是:当两种或更多种流体按任何比例混合都没有流体间的相界面形成，所有的混合物都保持单一均质相时，则称这些流体是混相的。反之，若有流体相存在，则认为这些流体是不混相的。混相驱替(Miscible displacement)是提高石油采收率的重要方法之一，它的基本机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面，使多孔介质中的毛细管力降至零，从而降低因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，原则上可以使微观驱油效率达到百分之百. 温室气体二氧化碳的大量排放给全球气候和环境带来的巨大影响已经引
16、起了全世界的广泛关注。实现二氧化碳的深度减排是人类可持续发展的必由之路。人为的将二氧化碳封存到地层中和利用二氧化碳驱油提高采收率是实现二氧化碳深度减排的两个可选途径。在成熟的技术方案和合理的封存场地得到保证的前提下,二氧化碳地下封存是封存储量最大、前景最好的二氧化碳减排方案。而利用二氧化碳驱油提高采收率不但可以封存二氧化碳还能够提高石油可采储量,是一种实现社会效益和经济效益双赢的二氧化碳减排方案。本文以开发二氧化碳长期、安全封存技术为研究背景,在实验室内模拟二氧化碳封存的沉积层环境,研究海底沉积层中二氧化碳水合物封存、二氧化碳咸水层封存和二氧化碳驱油提高采收率过程中的基础问题,获得相关的实验数
17、据和规律,为阐明二氧化碳封存中的相关机理提供支持。首先开发了一套模拟海洋沉积层环境的填砂水合物相平衡实验系统,系统具有较高的测量精度和易操作性。该系统可以通过填砂方式模拟海洋沉积层,通过改变填砂粒径尺寸来改变沉积层的孔隙尺寸,还可以模拟含盐分的海水进行相关实验研究。应用填砂水合物相平衡实验系统开展了多孔介质的孔隙尺寸、孔隙水盐度和二氧化碳混合氮气对二氧化碳水合物相平衡的影响特性研究。通过研究发现随着孔隙尺寸减小、孔隙水盐度增大和混入氮气百分比的增加,二氧化碳水合物相平衡向高压、低温方向移动。与在纯水中相比在海洋沉积层中二氧化碳水合物需要更高的压力和更低的温度保持其稳定性。通过对水合物生成过程中
18、多孔介质渗透率的测量,发现渗透率随水合物饱和度成指数下降趋势。基于磁共振成像仪(MRI)开发了沉积层中二氧化碳水合物可视化实验系统和二氧化碳-水-油多相流动的可视化实验系统。系统以一台400MHz磁共振成像仪为主体,周边设备采用通用设备组合的方式来满足多种实验需求。应用MRI对多孔介质中水合物生成过程的诱导时间、饱和度等参数以及水合物生长模式进行了定量测量和可视化分析。实验结果表明水合物生成诱导时间随过冷度增大和压力升高而大大降低,而水合物生成的饱和度和过冷度、压力成正比关系。通过对水合物生长模式的研究发现在玻璃砂堆积多孔介质中水合物主要以胶结模式生成。对填砂多孔介质的孔隙度进行了MRI平均亮
19、度法分析,与传统的孔隙度测量方法获得的孔隙度吻合较好,并且得到了多孔介质的局部孔隙度。在进行模拟沉积层中超临界二氧化碳驱水实验研究时发现,由于浮升力的作用二氧化碳在含孔隙水多孔介质中有明显的窜流和指进现象,特别是某些局部渗透率较大的通道是二氧化碳在咸水层封存中产生流动“惰性”的主要因素。通过MRI相位迁移速度成像法可以准确测量多孔介质中水的流速分布,通过MRI饱和度分析和达西渗透理论结合能够获得二氧化碳在多孔介质中的流速分布。采用MRI图像亮度分析可以准确判断二氧化碳与油的混相状态,并且通过对压力与图像亮度的拟合可以定量获得最小混相压力。在简单通道内水驱油的实验结果表明,润湿特性对水驱效果有较
20、大影响,在并联孔隙中容易产生孤立油珠,被圈闭在孔隙中的油珠是残余油形成的一个主要因素。对二氧化碳非混相气驱与超临界二氧化碳混相驱进行了对比研究,发现超临界二氧化碳混相驱形成活塞状的驱替前缘可以提高扫掠效率、延长突破时间,是混相驱效率优于非混相驱的一个重要原因。二氧化碳混相驱最终的驱替效率要远远高于非混相驱。我国深部咸水层分布面积广、厚度大，封存容量大，是最具有潜力的二氧化碳地质封存场所。如图1.4所示，尤其是东部平原、长江三角洲、西北内陆盆地和四川盆地等地区都有良好的咸水层封存条件128，20。深部咸水层封存是实现我国二氧化碳深度减排的一个重要途径。厂熊份丈获图1.4我国二氧化碳.封存的潜在场
21、地分布图根据不同注入气体及其与原油系统的特性，混相驱可分为:一次接触混相(FCM )、多级接触混相(MCM)。CO2在油藏中的化学与生物学问题。研究CO2与储层岩石组分和地下流体的化学反应及成岩作用，了解CO2在地下长期储存期间的状态及运移和捕集规律；研究CO2储存对地下微生物的影响；研究CO2在油藏长期储存过程中，通过化学和/或生物方法转化成甲烷的可能性和基本条件。 CO2驱油过程中的物理化学与渗流力学原理。研究CO2在油藏中的相态理论、CO2驱油过程中的界面化学、CO2和混合气体驱油过程中的化学物理化学力学耦合问题及综合效应、CO2和复杂混合体系在油藏中的渗流规律；混相驱与拟混相驱的基本条
22、件与控制方法；油藏条件下CO2水的混合物形成的碳酸与油层岩石的反应及其对储层渗透率的影响机理与规律；注入气体中的氧、硫等与原油的化学反应和生物作用对油藏物性及驱油效果的影响机理与规律。在我国近期探明的原油地质储量中,低渗透油藏储量所占的比例越来越大；在已经探明的储量和累积探明而未动用储量中,低渗透储量都占主要部分。通常认为平均渗透率在10-50md的的油藏为一般低渗透油藏；渗透率在1-10md的为特低渗油藏；而渗透率小于lmd的为超低渗油藏。目前,注气作为一种有效的提高采收率方法,在世界范围内得到广泛应用。在美国和加拿大注气技术极为成熟。在美国,注气项目中以二氧化碳混相驱为主,而加拿大以注入烃
23、类溶剂混相驱为主导。我国注气技术发展速度比较慢,但最近几十年也开展了大量的气驱的室内实验研究和矿场先导试验。上世纪90年代美国就有十个产油区的292个油田采用CO2驱,平均提高采收率为7%-15%,证明CO2驱是三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。70到80年代CO2驱技术有了很大的发展,美国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%。利用工业排放的二氧化碳提高原油采收率是一种极具前景的设想。本文主要进行黄场潜43油组注C02提高采收率研究,研究潜43油藏的地质特征、沉积特征和地层流体的相态特征、以及注入气与地层流体的混相压力,在此基础上结合
24、油藏数值模拟研究潜43油田的后期开发方案。黄场油田位于潜江凹陷东斜坡区域性砂岩尖灭带上,潜43油组构造简单,由长期发育的古单斜构造组成,东缓西陡,走向接近南北向,地层由西往东抬高,砂岩沿抬高方向尖灭。构造南部被车挡断层切割,区内黄40井附近还分布一条小断层,与车挡断层基本平行；构造北部与代河油田相接,断层复杂,构造破碎,主要为岩性和构造岩性油藏。黄场油田纵向上含油层系较多,自上而下有潜31、潜41、潜41下、潜40中、潜42、潜43油组,其中潜43油组纵向上埋藏最深,分布面积最广,储量最大,储量占全油田的52.8%。本文主要研究如下：首先,在黄场潜43油田油藏资料的基础上,对油藏地质特征、沉积
25、特征、地层物性、储层物性及流体性质进行分析评价；其次,基于油藏流体的PVT实验资料,应用PVTi相态模拟软件对油藏流体饱和压力和单次闪蒸实验、恒组成膨胀实验、微分脱气实验进行相态拟合,针对拟合结果分析流体的相态特征,同时也为后续开展注C02数值模拟研究以及开发方案的制定提供流体物性数据。在油藏流体相态拟合的基础上,采用经验公式法、细管实验模拟法研究其与油藏流体的最小混相压力；在这些研究的基础上对黄场潜43油组进行注C02气后期开发方案研究,最终设计出最适合黄场潜43油组的推荐方案。主要得到以下结论：1、黄场潜43油组油层薄、物性差、原油性质好、天然能量不足、地饱压差大,地层水矿化度高是油田主要
26、的油藏特征,属低渗透岩性和构造岩性油藏。2、综合国内外研究以及潜43油组参数,油组的开发应采取水气交替相结合的开发方式以提高原油采收率。3、对油藏流体进行组分归并,原油物性的拟组合,为后续开展注气驱油藏数值模拟研究以及开发方案的制定提供了流体的物性参数。4、通过最小混相压力的研究,可以发现潜43油组在注入C02的情况下,油藏的最小混相压力在17.608MPa左右达到混相或近混相状态。5、对注C02主要技术参数,包括注入量、注入浓度、最优注采井距、压力水平、焖井时间等的确定。6、在注入速度的选择上,当C02注入速度大于60t/d,二氧化碳气水交替驱井组原油采出程度相对于“水驱”增量逐渐减缓,同时
27、考虑供应能力,综合考虑选择注气速度为60t/d。7、当“注入气水比为1：11.25：1较好,考虑油藏整体恢复压力的需要选择选择气水比为1.25：1。8、从结果可以看出,CO2气水交替注入过程中,随着“注入周期”的增加,累计产油量和井组采出程度先增加后降低,换油率随之下降。注入周期为40天最好,所以选择注入周期为40天。9、潜43油组注气推荐实施方案为：C02注入速度为60t/d；注入气水比为1.25：1；注入周期为40天。2.3.2 一次接触混相过程 达到混相驱替最简单和最直接的方法，是注入按任何比例都能与原油完全混合的溶剂，以便使所有的混合物为单相。中等分子量烃，如丙烷、丁烷或液化天然气，是
28、常用来进行一次接触混相驱的注入溶剂。图2-11说明一次接触混相的相态要求。这个三元图上的液化天然气溶剂用拟组分C2-C6代表。所有的液化天然气和原油的混合物，在这一图上全都位于单相区。为在溶剂与原油之间达到一次接触混相，驱替压力必须位于P-X图临界凝析压力之上，因为溶剂一原油混合物在这一压力之上为单相。实际上，在三角相图中，只要注入溶剂和原油之间的连线没有经过两相区，都认为在该温度和压力条件下是一次接触混相的。图2-11 溶剂段塞的一次接触混相 液化天然气是与油藏流体发生初接触混相的溶剂，如果连续注入，费用太高，代替的办法是注入一定体积的液化天然气溶剂，或溶剂段塞，其体积只有油藏孔隙体积的一小
29、部分，并用费用较低的流体如天然气或烟道气混相驱替溶剂段塞。在理想情况下，采用这样的混相驱方案时，溶剂混相地驱替油藏原油，而驱动气混相地驱替溶剂，推动小的溶剂段塞通过油藏。当溶剂段塞通过油藏时，它在段塞前缘与原油混合，并在尾部与驱动气混合。只要段塞中部的溶剂保持不稀释，由原油通过段塞到驱动气的组成剖面就类似于图2-11的虚线a。最终，段塞中部被稀释到它的原始浓度以下，结果组成剖面类似于虚曲线b。随着继续通过油藏，小段塞可能被稀释到组成剖面类似于曲线c，这条曲线刚好与两相区相交。在这一点上出某些沥青。沉淀的趋势随着烃溶剂分子量的增加而减弱。混相驱替消失，因为随后的混合稀释使段塞进入两相区，如曲线d
30、所示。两相区的大小和形状是受温度、压力和流体组成支配的，决定着溶剂段塞在失去混相性以前可被混合稀释的程度。 对于一次接触混相驱来说，中间分子量的烃注入溶剂将会从沥青基原油中沉淀严重的沥青沉淀可降低渗透率，并影响井的注入能力和产能。它还可以在生产井中引起堵塞。2.3.3 多级接触混相驱替过程 在注入气体后，油藏原油与注入气之间出现就地的组分传质作用，形成一个驱替相过渡带，其流体组成由原油组成变化过渡为注入流体的组成，这种原油与注入流体在流动过程中重复接触而靠组分的就地传质作用达到混相的过程，称为多级触混相或动态混相。 在多级接触混相驱中，常用到两个概念:即向前接触和向后接触。向前接触是指平衡的气
31、相与新鲜的原油相接触，通过蒸发或抽提作用进行相间传质。而向后接触是指平衡液相与新鲜注入气之间的不断进行的相间传质。这两种驱替过程是同时但在地层中不同地点发生。向前接触发生在前缘，而向后接触发生在后缘。 多次接触混相根据传质方式不同分为凝析气驱(富气驱)及汽化气驱(贫气驱)。2.4 CO2的非混相驱替研究2.4.1 CO2非混相驱的机理 CO2非混相开采的机理是：原油体积膨胀，降低原油黏度，汽化和萃取原油轻质组分，酸化解堵作用和溶解气驱作用。由于CO2在原油中的溶解度大，因此在一定得温度和压力下，当原油与CO2接触时，原油体积就会增加，粘度就会降低，CO2在原油中的溶解还可以降低界面张力及形成酸
32、性乳化液。CO2在原油中的溶解度随压力的增加而增加，当压力降低时，饱和了CO2的原油中的CO2就会溢出，形成溶解气驱。与CO2驱相关的另一个开采机理是由CO2形成的自由气饱和度可以部分替代油藏中的残余油。（1）原油体积膨胀CO2在原油中具有很高的溶解能力。CO2的注入量越大,原油体积膨胀越大。宾夕法尼亚州Bradford油田以及加拿大Mannuville油田室内实验结果表明,在一定压力条件下将CO2注入原油,可使原油体积膨胀28%50%。CO2使地层孔隙中的残余油体积膨胀,原油饱和度增加,易于流动。（2）降低原油黏度地层原油溶解CO2后,黏度将会大大降低。江苏油田富48井注入37.161% (
33、摩尔分率) CO2后,原油黏度降低了60.173%；Maini和Sayegh研究发现,在61.55MPa下,稠油饱和CO2之后,其黏度从6822MPas降低到了226 MPas。而原油黏度越高, CO2注入量越大,黏度降低效果就越明显。当原油黏度降低时,原油的流动能力增强,可以提高单井原油产量。（3）汽化和萃取原油轻质组分CO2吞吐浸泡期间, CO2能够萃取和汽化原油中的轻质组分,加富CO2气相,形成CO2富气相,从而减小注入气与原油之间的界面张力,减小原油的流动阻力,使油更易于流动,提高波及效率。（4）酸化解堵作用大量CO2溶于地层水,水溶液显弱酸性。在CO2吞吐注入及浸泡期间,地层水溶解了
34、CO2之后可与岩石基质发生反应。在页岩中,由于地层水ph值降低,可以抑制储层的粘土膨胀,可见, CO2对粘土有一定的稳定作用;在碳酸岩和砂岩中,碳酸水会与储层矿物发生反应,溶解部分油层孔隙矿物质,起到疏通原油流动通道的作用,从而大大改善储层渗透性。（5）溶解气驱作用CO2在原油中的溶解度是温度、压力及地层水离子浓度的函数。随着注入压力的增加,原油溶解CO2量越来越大。当CO2吞吐过程开井生产,地层压力降低, CO2就会从原油中分离出来,为溶解气驱提供能量,形成类似天然气驱的溶解气驱过程,可以提高原油采出量,从而达到提高原油采收率的目的。随着全球气候变暖效应的加剧,如何降低大气中二氧化碳含量成为
35、一个焦点问题,二氧化碳的地质封存及资源化利用成为可选的有效途径。目前,二氧化碳封存及二氧化碳提高石油采收率的项目已遍布世界各地,但是其存在的环境风险不容忽视。本文从二氧化碳的封存原理出发,具体分析了二氧化碳地质封存的风险来源及其可能对环境、人体、生态等造成的危害,同时结合二氧化碳提高石油采收率工程的特殊性进行了风险分析,并鉴于我国目前并没有相应的风险评价导则,提出了下一步需要根据相应的风险类型制定出一套适合我国二氧化碳地质封存的风险评价体系的建议。3 CO2地下储存的可行性 地下储存CO2的温度为35，压力为11MPa。从普通电厂排放、未经处理的烟道气仅含大约3%-16%的CO2，可压缩性比纯
36、的CO2小得多。从燃煤电厂出来经过压缩的烟道气中CO2含量为15%，在这样的条件下储存1吨CO2大约需要68m3储存空间。如果能将烟道气里的CO2分离，并且经过压缩，在35和11MPa的条件下为一种超临界的流体，每吨大约只需要1.34 m3的储存空间。所以，和压缩的烟气相比，处理纯的CO2所需的储存空间大约只有烟气的1/50。因此，将CO2从烟气里分离出来，可以充分有效埋藏于地下孔隙空间中。 目前，比较成熟的处理技术是储存在距地面800m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CO2将处于超临界状态，它的浓度变化范围为440-740kg/ m3。因此，在
37、可渗透的多孔岩层中，不需要特别的压力条件就可以储藏CO2。 通常，在地层的温度和压力条件下，分离的CO2没有像水那样稠密。为了防止CO2在自身的弹力作用下返回地表或者向其他层位迁移，需要密封整个储存空间，时间跨度至少为数千年甚至上万年。利用常规地质圈闭构造和非常规地质圈闭构造来储存都是有效的方法。常规圈闭构造包括气田、油田和不含烃的储气层（含水层）三种。对于前面两种，由于熟悉已开采油气田的构造和地质条件，所以利用它们来储存CO2比较合适。利用含水层有两个优点：一是含水层的圈闭比油田和气田更加普遍；二是在含水层中可能有一些适合于储存CO2的巨大的储气构造。此外，还可将CO2埋藏于地下深部煤层，同
38、时增加煤层气产量。 地下储存CO2的过程是CO2的溶解、转化的过程。处于超临界状态下的CO2相对不活泼，不会与煤层气的岩石反应，因此不会被固定成碳酸盐矿物。但是如果在富钙地层水的环境下，由于增加了CO2的含量，就可能形成方解石和其他碳酸盐岩的沉淀。这样的化学反应为我们提供了一种在地下固定CO2，实现永久储存的途径。 CO2的地下储存技术已受到发达国家政府、科技和产业界越来越多的关注和重视。从1996年开始，在挪威北海的Sleipner油田每年把100 万吨CO2注入到900m深处的盐水饱和沙层中。加拿大从2000年10月开始，每天通过管道把大约5000吨CO2从美国North Dakota州的
39、火力发电厂输送到位于Williston Bsain盆地的Weyburn油田，并灌注到早石炭世碳酸盐岩储层中，用以提高石油采收率，同时又使部分CO2被永久地储存于地下。这些实例表明， CO2的地下储存是减少CO2排放极具潜力、并能在经济开发与环境保护上实现双赢的有效办法。 4 CO2 埋存在石油工程中的发展前景 二氧化碳注入站，被错综复杂的管线连接成一条湍急的暗流，流淌在其中的并不是水，而是从天然气中分离出来的二氧化碳。中国石油天然气集团公司在中国东北地区率先突破二氧化碳埋存与驱油技术并实现规模化应用，在驱油增产的同时，通过循环注入系统实现“零排放”，最终实现二氧化碳的全部埋存。温室气体减排作为
40、一个国际共同关注的问题，中国一直给予高度重视，年月哥本哈根全球气候变化大会上，中国承诺到年，单位国内生产总值排放二氧化碳要比年下降。二氧化碳捕集与埋存是解决全球气候变暖最具发展前景的解决方案之一，中国从上世纪年代开始，先后开展了多项关于二氧化碳捕集、埋存与提高采收率（）的国家重大科技专项、示范工程等，到如今技术已日趋完善和成熟，形成了从二氧化碳捕集到二氧化碳驱油与埋存系列技术。二氧化碳驱油是近年来发展应用的一项提高原油采收率技术，该技术在高含水和低渗、特低渗透油藏提高采收率方面具有明显优势。主要是通过二氧化碳溶于原油后体积膨胀、降黏，与原油在一定条件下混相降低界面张力，提高驱油效率等机理提高采
41、收率，同时可以使大量的二氧化碳埋存地下，起到减排温室气体作用。年以来，中国石油配套投入资金亿元，率先开展了二氧化碳埋存与驱油提高采收率先导试验。年，吉林油田建成投产了大情字井油田二氧化碳驱油与埋存先导示范区。年，建成了中国第一座试验站，每年捕集二氧化碳可达万吨，保证了二氧化碳驱油与埋存技术的工业化推广，目前已建成年驱油能力万吨的示范区，预计到年，年驱油能力达到万吨，二氧化碳年埋存万吨以上，相当于燃烧近万吨煤所产生的二氧化碳。中国石油二氧化碳驱油与埋存配套技术研究与应用，获得国家能源局年度“国家能源科技进步一等奖”。同时中国石油二氧化碳捕集与埋存技术在吉林油田的规模化生产，也在全国产生了示范效应
42、，长庆、吐哈、新疆、胜利等油田相继开展了二氧化碳驱油与埋存技术产业链技术可行性评价及矿场实验。在全球积极应对气候变化、各国减排压力增大的背景下，建成的天然气开采、二氧化碳捕集、埋存和驱油一体化技术示范区，实现了埋存二氧化碳减排和提高原油采收率增效的双重目的，对临近国内其它油田的工业二氧化碳排放源效益减排具有很好的借鉴意义，也为其他发展中国家低碳可持续发展起到了积极的示范作用。 利用各种物理、化学溶剂吸收、吸附的方法以及膜分离方法将CO2从混合烟气中有效的分离是一项重要的研究工作。基于吸收、吸附方法的CO2分离技术的关键是降低运行费用。膜分离法是基于CO2与其它气体透过膜材料的速率不同，即膜材料
43、对CO2有选择透过性而实现CO2与其它气体的分离。因此，膜材料的发展对该技术的应用非常关键，而膜材料的开发涉及多学科的交叉，具有挑战性。 提高原油采收率所需要的二氧化碳通常不可能就地解决，需要用长距离管线输送。与输送天然气的管线相比，输运二氧化碳的管线更容易破裂。因此，高效安全的CO2长距离储运技术是研究是非常重要的。 综上所述，由于经济发展所伴随的温室气体排放量急剧增长，我国正面临着履行温室气体减排承诺的巨大压力。我国必须面对这一严峻形势，尽快开展有关研究工作，攻克相关的技术难点，提出解决问题的途径和战略。一旦国际形势发展使我国必须采取相应的措施时，能有足够的基础理论和技术储备。从技术原理和
44、目前的研究进展可以预测，注CO2提高原油采收率是实现温室气体资源化利用与地下储存的最佳途径之一。5 结论（1） CO2是目前国外混相驱中十分重要的提高采收率技术，它是比天然气更经济更有效的驱替剂。（2）注CO2提高采收率的主要影响因素有最小混相压力（MMP），界面张力，油层压力，原油物性等。（3）注CO2提高采收率的主要方式有混相驱与非混相驱。（4）二氧化碳粘度低, 类似于烃类混相溶剂的粘度, 象烃类混相驱那样, 波及体积受粘度比的影响。二氧化碳油层条件下的密度接近于某些地层油的密度, 可以减弱二氧化碳与原油的重力分异。由于二氧化碳混相所需的工作压力低, 在许多油藏都可形成动力混相。另外二氧化
45、碳的来源和成本比烃类溶剂更有优势, 可以从地层和电厂获得, 是可以充分利用的资源。二氧化碳气层气纯度高、易管输, 是进行混相驱的理想溶剂, 可用作特低渗透油藏采油。（5）利用CO2提高原油采收率是一种有效的提高原油采收率的方法，它一直受到科研人员的重视。特别是现在温室效应的存在，为注CO2开发油气田提供了一个更有利的环境。我国注CO2技术也日趋成熟，不少CO2气源被发现，实施合理的方案充分利用这些气体将是我们面临的主要难题。（6）根据国外（以美国和加拿大为主）气驱混相驱经验以及我国第二次三次潜力分析评价结果得出，我国东部油区一些有条件的油田侧重发展CO2和N2驱，必要时也可发展注烃混相驱。在西
46、部天然气资源较为丰富的油区，应侧重发展烃类混相驱。（7）应用CO2提高采收率广泛应用，实现最大CO2埋存和提高原油产量有机结合，必将为全球生态保护, 石油资源的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。 （8）通过文献调研和以上的分析可以看出, 注CO2采油适用于多种无法注水开发的油藏以及注水开发后枯竭的油气藏。注CO2采油技术正越来越受到世界各国的重视, 虽然其技术上遇到一定的问题, 但是都逐渐得到解决, 再考虑到注CO2采油具有很多环境保护上的优点, 不仅可以取得丰富的经济效益, 而且具备社会效益, 因而其必将在油田的应用越来越广泛。环境保护受到高度关注,由于温室气体大量排放而引起
47、的全球气候变暖问题日趋严峻,必须采取积极有效措施。应用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径,美国拥有应用二氧化碳提高采收率的成熟技术。CO2提高采收率包括混相驱油和非混相驱油2种方式,实现了最大CO2的埋存和提高原油产量有机结合,改善开发效果。北美提高采收率的机理和应用思路研究,必将为全球生态保护,石油资源的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。参考文献1 黄斌，刘练波，许世森，二氧化碳的捕获和封存技术进展J，中国电力，2007年03期2高振环，油田注气开采技术M，石油工业出版社，1994.33 赵轩，何顺利，我国CO_2埋存及提高采收率SWOT分析J;重庆科技学院学报(自然科学版)，2010年06期4何秋轩，王志伟.低渗透油田注气开发的探讨M.油气地质与采收率.2002,9(6):38-415 沈平平，廖新维，二氧化碳地质埋存与提高石油采收率技术，ISB9787502170578，石油工业出版社。6郭平，李士伦，杜志敏等.低渗透油藏注气提高采收率评价M
