二氧化碳驅油技術的現狀和發展
目前，世界上大部分油田仍采用注水開發， 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油提高采收率技術的研發和應用。 這項技術
不僅能滿足油田開發的需求， 還可以解決二氧化碳的封存問題， 保護大氣環境。該技術不僅
適用于常規油藏，尤其對低滲、特低滲透油藏，可以明顯提高原油采收率。
一、二氧化碳驅油技術：
二氧化碳驅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。 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，
二氧化碳的性質發生變化：形態近于液體，黏度近于氣體，擴散系數為液體的 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接觸， 它就能夠有選擇性地把該物質中所含的極性、 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，可以從許多種物質中提取其有效成分。
二氧化碳驅油一般可提高原油采收率 7%~15%延長油井生產壽命 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
地層原油驅替到生產井。
應用混相驅油提高石油采收率的一個關鍵性參數是氣體與原油的最小混相壓力 (MMP，MMP
是確定氣驅最佳工作壓力的基礎。 一般情況下，因為混相驅油比非混相驅油能采出更多的原 油，所以希望在等于或略高于 MMPF進行氣驅。如果壓力遠高于 MMP就容易造成地層破裂， 無法保障生產過程的安全性，其結果是不僅不能大幅度提高原油產量，還會降低經濟效益。
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
混相的二氧化碳驅油手段。非混相二氧化碳驅油機理，主要是降低原油黏度和使原油體積膨 脹，所以非混相的驅油效率不如混相驅油。
二、碳收集技術：
目前，比較成熟的處理技術是在距地面 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?35C /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，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。
二氧化碳可從工業設施如發電廠、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，既可實現溫室氣體的減排，又可達到增產油氣的目的。 目前，碳捕集和封存兩項
技術的發展還不太均衡。建立合作平臺二氧化碳捕集與封存密不可分， 因此建立石油行業內
部、石油行業與煤電行業之間的相互協作對于二氧化碳驅油技術的發展和推廣非常重要。 這
樣的協作可以通過兩條途徑來進行。一是加強煤電企業與石油企業的協作。
我國煤電企業掌握二氧化碳的捕集技術， 石油公司掌握二氧化碳的運送、重新注入和地下封
存技術，煤電企業與石油企業存在合作空間， 若能整合上述資源， 建立行業之間的廣泛聯系
和跨行業協作平臺，形成技術配套“一條龍”，就能夠在很大程度上實現行業之間二氧化碳
捕集和封存，優化資源配置。二是石油公司本身也是碳排放的主要作業者。 制度的變遷使得
石油公司上下游企業的聯系更加緊密，下游將為上游輸送更多的二氧化碳。
有關資料顯示，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，產生二氧化碳大部分排放到大氣中去， 造成了資源浪費和環境污染。 新的 節能減排制度出臺后，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、美國二氧化碳驅油技術現狀：
二氧化碳驅油技術美國是應用二氧化碳驅油研究試驗最早、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模的商用二氧化碳項目。 美能源部啟動二氧化碳儲存與驅油實地試
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”的石油增產方法，在提高石油采收
率的同時評價地質構造中的碳封存潛力。 項目：平原CO2減排合作計劃是美國能源部區域碳
封存合作項目中的一項， 合作方是Eagle運營公司，任務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（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油井，
產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CO2將被注入
到
一定深度，然后與殘余的石油相混合。經過兩周的“浸泡”然后進行回采。三個月內油井產
量會翻一番，從每天的 1.5桶基準率增加到3-7STB。產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儲存結合石油增采外，還要確定兩種斯倫貝謝技術一一即儲層飽
和度工具（rervoirsaturationtool , RST 和垂直地震剖面（verticalismicprofiling ，
VSP ――在檢測和監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 PCORt劃許多地方的應用以及全球范圍內類似的應用。
CO2-EOF實施的儲層地質條件：
1） 儲層的深度范圍在 1000?3000m范圍內；
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-EOF混相驅油 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，CO2采用錐形注入方式效果好。由于經濟和技術
的原因，不是所有的儲層都適合于 CO2-EOF混相驅油。以CO2-EOR勺實踐和研究為依據， 關
于CO2-EOR項目的一般規律如下：
1） 儲層可以達到最小混相壓力 （MMP）,可以實現混相驅油并最小消耗 CO2
2） 儲層經過注水開發以后，原油飽和度在 35%?40%范圍內；
3） 儲層的連通性好，儲層縱向非均質性較低， 具有中或高等級的滲透率， 滲透率應大于100Md;
4） 原油比重應高于 350API（低于0.85）,粘度在1?2cp范圍內；雖然很多報告指出成功的水
驅是CO2-EOR項目實施的基礎。 爭論在于水驅后，儲層中剩余大量的水需要 CO2推動，由于
C02溶解在水中會損失大量的 C02影響驅油效果。C02-E0F混相驅油存在一些問題，導致
項目實施失敗，問題如下：
1） 在項目開始之前研究不足， 如對儲層的地質的、 巖石物理的性質知道得少。 低采收率原因
如下，一是由于儲層嚴重的非均質性導致 C02驅油效率低；二是C02注入量低增油效果不明
顯；注入的C02沿高滲透通道早期突破（如在斷層部位），原因是儲層地質描述工作不細。 所
以在項目開始之前需要大量的監測工作，并且對儲層地質特征進行細致的研究。
2） 由于C02注入量低，使地層壓力下降， 導致只有小部分完成混相驅油，驅油效果差。 壓力
下降，在井眼附近的氫氧化合物、瀝青就會沉淀， 導致儲層滲透性發生變化。使 C02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 C02的注入量，來提高地層壓力；
3） C02-E0R項目規模受注水管線及油水井數的影響。 C02會使儲層中地層水 PH值下降。從石
灰巖或儲層中膠結的礦物中溶解 Ca。鈣質鹽在儲層中富集，壓力的下降導致鈣質鹽的沉淀，
影響項目效果；
4） C02驅油項目存在設備腐蝕問題， C02溶解在水中形成碳酸鹽腐蝕鐵質設備及管線。
C02-E0R非混相驅油實踐與 C02-E0F混相驅油項目相比， C02-E0F非混相驅油項目較少。一 個大型的C02-E0F非混相驅油項目在實施。儲層中的原油為重油，比重為 9?150API。傳統
采油方式只是采出1.5%的原始地質儲量。1986年注入C02原油產量為6000b/d。預測使 用C02-E0R由田的采收率為 6.5%。
C02-E0F非混相驅油機理是，大量 C0溶解在原油中（13m3/b），使原油膨脹，使原油粘度
下降10個級數。項目開始以來 C02注入量約1700t /d, 16%- 60%的 C02循環注入。C02埋 存的主要原理是 C02溶解在儲層中的流體中。 適合C02-E0F非混相驅油的條件如下： 儲層縱 向滲透率高；儲層中大量的原油形成油柱； 儲層具有可以形成氣頂的圈閉構造，
儲層連通性
好;儲層中沒有導致驅油效率降低的斷層和斷裂。 應用C02提高采收率工作目前有幾個問題
需要進一步研究。
1） 是C02注入過程中最小損失量；
2） 是C02注入后儲層的監測；
3） 是非混相如何最大提高產量；
4） 是注入氣體中雜質對開發效果的影響；
