廖阔
中石化新疆新春石油开发有限责任公司 257000
摘要：二次开采以后油藏中仍然会有大量的原油存留，储层的含油饱和度仍有20%到35%，再次开采利用的空间很大。同时，随着温室效应的日益显著，埋存二氧化碳已经成为避免气候变化的重要途径之一，地质封存被认为是未来主要的埋存方式，而开采中或者枯竭的油田具有很大的存储潜力。因此，注入二氧化碳提高原油采收率成为一举两得的事情，减轻温室效应的同时提高油藏的利用率，得到世界各国的重视和应用。文章在介绍注CO2采油机理和注CO2采油两种方式的基础上，详细分析了注CO2提高原油采收率技术所面临的一些问题，进一步介绍目前面对这些问题已经应用或者正在探究的解决措施。
关键词：CO2；采油机理；采油方式；研究趋势
注二氧化碳提高原油采收率的方法研究早在几十年前便有记载，1958年美国Permain盆地开展的二氧化碳混相驱替项目是最早的现场应用，注入二氧化碳后，二氧化碳与储油层和原油发生各种物理和化学反应，从而提高驱油和采收率。近几年来，随着原油资源的日益稀缺和环境保护的迫切需要，注二氧化碳提高原油采收率的技术研究更加受到关注和重视，很多国家针对该方法做了诸多实验和研究。
一、CO2采油的机理分析
相比一般烃类气体CO2更易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，因为其易溶于水和油的物理化学特性，CO2具有以下一些驱替机理：
（1）降低油水界面张力，减少驱替阻力。CO2极易溶于油，它在油中的溶解度比在水中溶解度大3到9倍。在驱油的过程中，大量的CO2与轻烃混合，能大幅度降低油水界面张力，减少残余油饱和度，从而提高原油采收率。
（2）降低原油粘度。当原油中溶解CO2时，原油粘度会明显下降，下降幅度主要取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高，下降幅度越明显；温度较高时，CO2溶解度降低导致降粘作用下降；同一温度，压力上升CO2溶解度上升，降粘效果相应增强，但是超过饱和压力后粘度却会增加。
（3）使原油体积膨胀。实验显示，CO2充分溶解于原油中可使原油体积膨胀10%到40%，从而增加了原油的内动能，并且大幅减少毛管阻力和流动阻力，因此提高原油流动能力。
（4）溶解气驱作用。CO2在油层中占据一定的空隙，增加了油层的压力，使原油增产。生产过程中压力下降使原油中溶解的CO2逸出，具有溶解气驱的作用，提高驱油效果。除了上述作用，注入二氧化碳还具有酸化解堵等作用，这些机理同时作用，提高原油采收率。
二、CO2采油的主要方式
（1）CO2混相驱替
在混相驱替过程中，CO2萃取或者气化原油中的轻质成分，实现混相等作用，是注二氧化碳提高原油采收率最重要的机理。混相作用的实现受地层条件的影响，大量试验表明，混相驱替适用于API重度比较高的轻质油藏。
（2）CO2非混相驱替
CO2非混相驱替的主要机理是降低原油粘度，使原油体积膨胀，减小界面张力。当油藏受地层和流体性质限制不能采用混相驱替时，利用CO2非混相驱替也能提高原油采收率。目前注二氧化碳混相驱替是最主流的提高原油采收率的方法，非混相驱替的使用相对较少。
三、注二氧化碳采油存在的问题及研究趋势
通过前期的文献梳理和系统分析可以知道，注二氧化碳采油的机理简单易行，因此受到广泛的重视和应用，但是仍然存在某些问题需要得到改进和完善，注二氧化碳采油存在的问题主要包括以下几个方面。
（1）管材的腐蚀问题。
二氧化碳溶于水之后导致水溶液呈现酸性，因此对采油管材有着一定的腐蚀作用。实验表明，在同样的PH值下，二氧化碳水溶液的腐蚀性甚至高于盐酸。针对管材腐蚀问题，世界各国在实践中已经探究出较为丰富的防腐措施，积累了丰富的防腐蚀经验，其主要包括使用耐腐的材料（例如非金属材料）制作油气井管材、注入缓蚀剂等。
（2）过早气窜和波及系数较小。
二氧化碳的粘度与原油粘度之间存在的较大差异会引起流度比不理想，又会进一步导致气体的过早突破和波及系数过小，这种情况非常不利于注二氧化碳采油。当前，怎样保持合适的流度比，控制二氧化碳的突破时间，扩大二氧化碳的波及系数已经是注二氧化碳提高原油采收率技术面临的最主要的问题。
针对这些问题，国外开展了众多探究和试验，主要包括以下几个方面：一是与其他提高原油采收率方法相结合，例如在注入二氧化碳的同时加入表面活性剂形成泡沫，从而能够降低气体流度以及减小储层非均质性的影响，提升注入二氧化碳的波及效果；二是开发新型注气方式，Malcolm·D在2001年提出了SAG注入法，该注入方法的重点是在两个注入周期中间增加一个关井浸泡期，即注入一个周期的二氧化碳后关闭油井浸泡一段时间，二氧化碳溶解到原油中，使原油的体积增大，粘度降低，之后开井再次注入。二氧化碳提高原油采收率(CO2-EOR)技术已广泛应用于美国、加拿大、北海、安哥拉、特立尼达、土耳其等国家和地区。美国是目前利用CO2-EOR技术最多的国家，到2008年美国利用CO2-EOR技术的原油产量已近1243.9×104t/a，占世界的87.75%，项目数为105个，占世界的88.2%。美国新一代CO2-EOR技术具有大幅度提高CO2注入量等特点；或通过改进布井方案和驱油方式，增加打水平井等，提高波及程度；或改善流度比，控制CO2的黏性，提高驱替效率。应用新一代技术美国许多油田的采收率有望从目前的33%提高到60%以上。我国非常重视CO2-EOR的理论与技术研究，已制定了相关对策，开展了一系列CO2-EOR研究与示范工作。目前在CO2-EOR技术筛选标准、潜力评价、CO2驱替过程中多相多组分相态理论、CO2驱替过程中多相多组分非线性渗流机理和规律研究及其现场应用方面都取得了突出成果。总体来说，我国的相关研究工作与国际前沿差距不大，只要抓住有利时机，企业、大学和研究所精诚合作，并尽快开展有关应用基础和技术研究，我国完全可在该领域内跻身世界前列。
（3）最小混相压力的降低。
目前主流的注二氧化碳采油方法基本上都是采用混相驱替法，然而最小混相压力主要与油藏的温度、压力以及流体的性质有关，受这些条件限制，某些油藏使用混相驱替方法比较困难，而如果采用非混相驱替法采收效果又会小很多。降低最小混相压力、实现动态混相驱替已经成为急需解决的问题。针对这一问题，研究者的试验表明，当CO2中加入C5+后，最小混相压力可以得到有效降低。
（4）气源问题。
目前注二氧化碳提高原油采收率的方法使用的气源有两种，一是天然气源，另外是工业企业废气，受限于二氧化碳的收集和储存技术，目前对于废气的利用仍然较少，然而随着科学技术的发展，注气采油法在利用工业废气方面将会有更多进展。
4结束语
二氧化碳具有很强的驱油作用，注二氧化碳提高原油采收率法在全球范围内得到广泛重视和应用，尽管该方法存在一些局限和问题，但是研究者在不断地探究和寻找更好的解决和改进方法，注二氧化碳仍然是提高原油采收率的重要方法。
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