进入正文哥伦比亚大学校长毕业赠言2015年11月在巴黎召开的第21届联合国气候变化大会拟定：本世纪下半叶实现碳的零排放，节能减排矛头直指以石油为代表的化石燃料。

石油中碳元素约占质量的83％～87％，全世界每天燃烧约1500万吨石油，将排放4500万吨的CO2。

△全球CO2排放量分布

△近百年世界CO2排放量变化趋势

△CO2会加剧温室效应，全球气温不断上升 为控制温室气体，各国都在倡导减少使用化石燃料，以控制CO2的排放量

石油是全球工业的血液，社会的正常运作离不开它。如何协调好环境保护与化石能源利用的关系，不仅是世界各国共同面临的问题，更是石油工业自我革新的出路所在。

△如何在保证化石燃料正常使用的同时减少CO2排放是当前能源行业面临的难题

由于CO2性质独特，研究人员想到可以利用CO2作为驱替介质，提高油气采收率。既可以控制大气中CO2的量，又可以带来经济效益。有了CO2驱这一绿色技术，温室效应不再有，生活高开高走！翻滚吧！变暖君！ CO2驱是什么？

< CO2驱的定义 >

 

CO2驱替就是向地层中注入CO2来驱替油气的过程。

△与传统水驱相比，CO2驱替机理更复杂，驱替效率更高，一般可提高采收率15%-30%

< CO2驱油机理 >

CO2的性质随温度、压力的变化而变化，因此不同地层条件下的CO2驱油机理也不同。

1.低压（<0.007MPa）当油层压力低于0.007MPa（Ⅰ区）时，CO2驱油机理为：膨胀原油，降低原油粘度，改善流体流度比，提高储层渗透性和溶解气驱作用。

A.膨胀原油CO2溶于原油后，可使原油体积增加10%-40%。原油密度越高，其膨胀程度越大。

△原油体积膨胀，不仅有利于剩余油从小孔隙中流出，还可增加地层内的弹性能量，提高压力传导效率，有利于驱替

B.降低原油粘度原油在地下粘度越低，越容易被采出。由于CO2与原油分子结构相似，使得CO2易溶于原油。CO2溶于原油后，原油粘度降低约90%。

△原油粘度降低，流动性增强，有利于提高采收率

C.改善流体的流度比油和水流动性差异大时，水容易突破原油，不能均匀推进，发生指进现象

△指进现象

CO2溶于水后，使水的流动性降低；CO2溶于原油后，使原油流动性增强。这样油水的流动性差异变小，改善了油水流度比，从而抑制指进。

D.提高储层渗透性CO2溶于水形成的碳酸可以对储层进行酸化，溶解岩石颗粒之间的胶结物及孔喉中的颗粒，提高储层的渗透性。

△CO2溶于水生成碳酸

△碳酸改造储层主要针对胶结物及孔喉中的颗粒

E.溶解气驱作用生产中，随着地层压力下降，溶解于原油中的CO2逸出，气体体积膨胀，产生气体驱动力，推动原油进入生产井。

△溶解气驱作用

2.中压（0.07MPa < P < 13.6MPa）随地层压力升高，CO2驱油机理不仅包括低压时的5种驱油机理，还表现出了萃取机理。 当压力大于0.07MPa时，CO2开始萃取原油轻质组分。压力越大，CO2萃取的原油越多。△CO2可萃取原油轻质组分

在相同的压力下，温度不同，驱油机理也有所不同。 中压、高温范围内（>50℃），原油会不断蒸发。加之CO2萃取、气化了原油中的轻组分，形成CO2-富气相。

△原油轻质组分，即短碳链化合物

中压、低温范围内（<50℃），CO2不能气化原油，只能萃取原油的轻组分，形成CO2-富液混合物。

△在中压高温条件下，CO2的密度（0.25~0.42g/cm3）小于充分萃取所要求的溶剂密度（0.429g/cm3），所以此时CO2萃取不充分，最终采收率也不理想

3.高压（>13.6MPa）当油层压力大于13.6MPa（Ⅳ区）时，CO2 萃取、气化原油能力大幅提高，在较短的时间内、距井眼较近的地方即出现混相。

△二氧化碳与原油多点接触混相 同中压类似，CO2在高压高温条件与原油形成富气相，在高压低温条件下形成富液相。

△CO2与原油多次接触混相

< CO2驱分类>

CO2驱可分为CO2驱油、CO2驱替煤层气和CO2开采可燃冰。

一、CO2驱油

CO2驱油，即向油层注入CO2驱替原油的过程，一般分为CO2混相驱和CO2非混相驱。

1、CO2混相驱CO2混相驱是指因CO2对原油的萃取、气化作用，形成了CO2-富气相，最终CO2与原油间界面消失，形成混相的过程。

△两相界面消失即达到混相 在通常情况下，CO2混相驱中，从注入端到采出端会依次形成：CO2带、混相前缘带、原始油带。

△由注入端到采出端，依次可分三个区域如图所示：CO2带、混相前缘带、原始油带

△混相驱微观变化

2、CO2非混相驱非混相驱是指油气两相界面始终存在，依靠注入气推动原油向生产井移动的过程。

△非混相驱替中，CO2与原油两相界面始终存在 CO2非混相驱时，CO2可以从顶部注入，也可以从底部注入。 从油藏顶部注入CO2后，气体推动原油向圈闭两边的生产井移动。

△顶部注入CO2适用于有典型圈闭形态的油藏，在重力分异作用下，气、油、水自上而下分布

从油藏底部注入CO2是利用气体上行的特点，驱替孔隙中的剩余油。

△适用于高粘度的重质油藏、压力衰竭的低渗透油藏以及高倾角垂向渗透率高的油藏

3、CO2注入方式CO2驱油过程中，由于油气流动性差异，CO2易发生气窜，导致注气驱油提前结束，因此，通常采用水气同注、水气交替注入或CO2泡沫驱等方式抑制气窜。

△CO2注入设备

A.水气同注

△水气从一口井同时注入

△水气从两口井同时注入（水平井注气、直井注水）

△水气交替注入

C．CO2泡沫驱

△CO2泡沫驱可以减弱气体的流动性，抑制气窜，从而提高波及系数。特别是对于非均质油藏，这种方法比纯CO2驱动优势更大

二、CO2开采煤层气

CO2开采煤层气是利用CO2气体在煤层中的吸附性大于CH4这一特点，促进煤层气解吸附，从而提高其采收率。

△CO2驱替煤层气

△CO2占据甲烷在煤层的吸附位置，促进甲烷解吸附

三、CO2开采可燃冰

可燃冰开采技术详见石油课堂013期文章：从百慕大“杀手”到未来能源之星——可燃冰

△CO2与水合物有更强的结合能力，可以将可燃冰中的甲烷置换出来，应用于可燃冰的开采

一、国外CO2驱发展状况

国外CO2驱研究起步较早，在1920年已有文献记载。前苏联于19世纪60年代进行了CO2驱工业试验并进行推广；美国则于1958年进行了CO2混相驱矿场实验，并很快投入商业化应用。

目前，CO2驱替技术已广泛应用于美国、加拿大、英国、土耳其等国家和地区。

△CO2驱技术已在世界范围广泛应用

1、美国美国在八十年代推动了CO2驱的快速发展，建立了完整的驱替理论，使之成为继蒸汽驱后第二大提高采收率的技术。

△美国目前的CO2-EOR项目

△美国CO2管线十分发达，这也是其CO2驱高速发展的重要原因之一

2、加拿大和土耳其

△加拿大阿尔伯塔的CO2-EOR分布

△加拿大Weyburn油田CO2-EOR项目

△土耳其最大的Batiraman稠油油田成功应用CO2吞吐技术

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补充 | 知识

CO2吞吐技术，一般针对无法部署注采井网的小断块油藏、裂缝性油藏和大底水油藏。

△裂缝性油藏

△CO2吞吐生产时，按照“注入CO2（吞）-关井焖井-开井生产（吐）”的顺序进行。这种单井开采的技术不依赖于井间地层的流动性。相比热蒸汽吞吐，CO2吞吐成本更低且吞吐周期短、次数更多

二、我国CO2驱发展现状

我国的CO2驱替技术起步较晚，但近年来发展情况不错。△大庆油田历时13年研究应用二氧化碳驱油技术。至2008年年底，已有6个采油厂建起二氧化碳驱油试验区，累计增油超过4000吨

△吉林油田自1995年开始进行CO2单井吞吐试验，已累积增产1429吨

△胜利油田于1998年开始对稠油油藏进行CO2吞吐作业，提高采收率效果明显

< CO2驱面临的难题及前景展望 >

目前，CO2驱油仍面临很多技术难题。

1、CO2气源问题CO2来源主要分为两个途径：分离提纯空气中CO2，工业废气中CO2分离提纯。

△空气中CO2含量很低（约0.038%），大量获取纯净的CO2成本太高，经济效益低

现在发展前景较好的是改造传统污染源大厂，直接从工厂废气中捕集提纯CO2。

△LNG发生器CO2捕集技术

2、管线腐蚀问题CO2遇水生成碳酸，会严重腐蚀油田的设备和管线，而且腐蚀生成的颗粒会污染地层。

△管线腐蚀

△管线防腐技术是降低驱替成本的关键

CO2驱发展前景CO2驱替技术未来可与CO2捕集-埋存技术（CCS）相结合，进一步减少大气中CO2的量。

△CO2捕集-运输-注采-储存的一体化系统

△虽然前期的投入高，但形成规模后便能实现低成本的运行

△完善的CO2管道运输网络是必不可少的基础

与传统注水开发油田的方式相比，二氧化碳驱替不仅能够满足油田开发需要，提高采收率，还可以解决二氧化碳封存问题，保护大气环境。

目前受气源和开发技术的限制， CO2驱替成本仍然较高。但在能源紧缺和节能减排的大背景下，CO2驱替这一绿色开发技术前景广阔。相信随着技术的不断发展，CO2驱替技术将会不断发挥其优势，造福于人类。