二氧化碳(CO2)与人们的生活息息相关,人类吸入氧气,呼出CO2,一呼一吸之间延续着生命。
CO2对所有绿色植物非常重要,是进行光合作用的主要原料,光合作用消耗CO2,释放氧气。
CO2是很重要的化工原料,可以合成许多性能优异的高分子材料。在人们的日常生活中,CO2也扮演着非常重要的角色,如用于食品冷冻保鲜、饮料啤酒开胃添加剂、灭火剂、优质钢材质量稳定剂、烟丝膨胀剂、CO2保护焊等。
在石油工业领域,CO2可以注入地下换取石油,CO2可以用作驱油剂提高原油采收率,也可以用作压裂液实现无水压裂。研究与实践证实:CO2驱油可以达到CO2埋存和提高原油采收率的双重目的,也就是现在的CCUS(CarbonCapture,UtilizationandStorage,二氧化碳捕集、利用与封存)。
石油工作者通过一套地面流程,把收集到的CO2注入地层。这些CO2在合适的压力、温度条件下和一定的原油组分就会产生一种“混相”的现象,形成单一液相,既然有新元素融入,那么原油性质自然而然地会发生改变,原油黏度降低,体积膨胀,原油流动起来比以前更容易了,比原先更有“力气”流动了。同时萃取和汽化原油中的轻烃组分,降低原油相对密度,这样注入的CO2就可以有效地将地层原油驱替到生产井,增加原油产量,提高原油采收率。这项技术不仅能满足油田开发的需求,还可以解决CO2的埋存问题,保护大气环境,抑制温室效应。该技术适用于常规油藏,对低渗透、特低渗透油藏,可以明显提高原油采收率。
不同的油藏,地质条件不同,CO2的注入方式也有所不同,增油效果也不同,石油工程师研究了以下三种注入方法。
(1)注CO2气体。直接向已枯竭的地层中连续注入CO2气体,该方法见效快,但CO2消耗量大,一般为地层孔隙体积的几倍,而且容易发生早期气窜,CO2利用率低。这种方法不适于压力过低的油藏,因为这类油藏一方面需要大量的CO2,另一方面过低的压力下CO2与原油混相困难,结果就是只有少量轻质烃采出,而大量重质烃留在地下。
(2)注碳酸水。利用CO2溶于水的性质,将水与CO2溶液注入地层后,水中的CO2在分子扩散作用下与原油接触并驱油。该方法结合了水驱和CO2驱的特点,原来水不能波及的地方,由于水中溶有CO2而能被波及,一般碳酸水波及系数要比普通水驱高出几倍。同时,由于原油与CO2要比水与CO2在化学上有更深的“亲缘”关系,因此在碳酸水与石油接触时,CO2的分子发生扩散,从而使附着在岩石骨架表面上的重质油膜“疏松”化,最终使这些油膜移动,提高了洗油效率。
(3)水、CO2气体段塞交替或同时注入。根据不同的油藏特点,采用不同的段塞尺寸将CO2和水交替注入油层中驱油。由于改善了CO2的流度,影响相对渗透率,提高CO2的体积波及系数和利用率,交替注入方式是经济有效地提高采收率的工艺方法。