中国石油二氧化碳捕集、驱油与埋存技术进展及展望

全面梳理中国二氧化碳捕集、驱油与埋存(CCUS-EOR)攻关探索、矿场试验、工业化应用3个阶段发展历程,系统阐述近年来在CO_(2)驱油机理和矿场实践等方面取得的突破性认识和相应的CCUS-EOR工程配套技术成果,指出未来发展前景。经过近60年的探索攻关,创新发展了适合中国陆相沉积油藏的CO_(2)驱油与埋存理论,提出C7—C15也是影响CO_(2)与原油混相的重要组分的新认识,在矿场试验中验证了CO_(2)快速恢复地层能量、大幅提高区块产能和采收率等机理。创建了陆相沉积油藏CCUS-EOR油藏工程设计技术,形成了以保持混相提高驱油效率、均匀驱替提高波及效率为重点的油藏工程参数设计及井网井距优化设计技术,初步形成了CO_(2)捕集、注采工艺、全系统防腐、埋存监测等全流程配套技术。为实现CO_(2)的高效利用和永久埋存,需将油水过渡带油藏统筹考虑,由单油藏升级到构造整体控制区域的规模化CO_(2)驱油与埋存,在构造高部位实施注CO_(2)稳定重力驱,利用CO_(2)开采油水过渡带油藏,超前进行微生物促使残余油、CO_(2)转甲烷等储备技术研究。

CO_(2)驱油与埋存技术新进展

碳达峰和碳中和发展战略以及社会经济发展对石油等能源需求量的持续增长,为CO_(2)驱油与埋存技术带来了巨大的发展机遇,也提出了前所未有的挑战。从目前中外CO_(2)驱油与埋存研究现状入手,通过CO_(2)驱油与埋存机理和影响因素分析,提出了CO_(2)驱油与埋存存在的问题和发展方向。结合实践将CO_(2)驱油与埋存研究内容总结为目标优选、相关机理实验研究、方法技术攻关、经济性评价、安全性评价和现场实践等6方面。CO_(2)驱油与埋存存在的问题主要包括:CO_(2)驱油与埋存应用的油藏类型还非常有限,CO_(2)气田分布特征及其与CO_(2)驱油与埋存目标油藏之间的时空匹配关系研究还未引起足够重视,CO_(2)驱油与埋存机理等研究还存在诸多问题,CO_(2)驱油与埋存方案设计有待优化,CO_(2)驱油与埋存经济有效性评价体系尚未建立,CO_(2)埋存安全性跟踪评价还存在一系列问题。对应的CO_(2)驱油与埋存技术研究未来发展方向包括:探索攻关CO_(2)驱油与埋存适用油藏类型和开发阶段,CO_(2)气田分布规律及其与适合CO_(2)驱油与埋存油藏之间的时空匹配关系研究,CO_(2)驱油与埋存机理研究持续攻关,CO_(2)驱油与埋存方案优化设计,CO_(2)驱油与埋存经济有效性评价和CO_(2)埋存安全性跟踪监测评价。

中国CO2驱油与埋存技术及实践

系统阐述近年来中国CO2驱油和埋存理论及技术的最新进展,并提出了下一步发展方向。基于陆相油藏地质特征,发展和形成了5个方面的理论和关键技术:①丰富了对陆相油藏CO2与原油间的组分传质特征、微观驱油和不同地质体埋存机理的认识;②形成了CO2驱油藏工程参数设计、注采调控、开发效果评价等油藏工程技术系列;③发展了CO2分层注气工艺、高效举升工艺、井筒腐蚀在线监测与防护等采油工程技术系列;④创新了CO2捕集、管道输送、地面注入、产出气循环注入等地面工程技术系列;⑤形成了CO2驱油藏监测、安全环保评价等配套技术系列。在此基础上提出了下一步技术发展方向:①突破低成本CO2捕集技术,提供廉价的CO2气源;②改善CO2与原油之间混相的技术,提高驱油效率;③研发提高CO2波及体积技术;④研制更高效举升工具和技术;⑤加强CO2埋存监测基础理论研究和关键技术的攻关。吉林油田的实践表明CO2驱油与埋存技术在中国具有广阔的应用前景。

CO_2驱油与埋存对低碳经济的意义

针对目前世界范围内发展低碳经济的趋势,分析指出,CO2驱油与埋存研究在提高原油采收率、保证国家能源安全的同时,可以有效降低CO2排放量,对促进我国低碳经济健康快速发展和保护生态环境都具有十分重要的意义。CO2驱油与埋存技术在低碳经济的发展过程中机遇与挑战并存。研究表明,目前CO2驱油提高采收率技术在国外发展已比较成熟,在国内处于矿场试验阶段。CO2埋存技术在国内外均处于起步探索阶段,还存在诸多没有解决的难题。相关行业应该加强技术攻关,同时国家应该加大投入,出台相应的优惠政策,降低成本,制定和协调相关的行业发展规划,促进产业结构调整,扩大宣传力度,提高公众认知度,使该项研究尽快形成产业规模,促进低碳经济健康发展。

低渗透油藏注CO_(2)混相驱及CO_(2)埋存评价

注CO_(2)开发低渗透油藏不仅能增加原油采收率,还能将CO_(2)埋存在地下,实现双赢。为了明确X低渗透油藏注CO_(2)混相驱油机理、CO_(2)在地层中的运移规律以及埋存机理,利用实验和数值模拟相结合的方法,从注CO_(2)混相特征、注CO_(2)参数优化和CO_(2)埋存评价3方面对X低渗透油藏进行研究。结果表明:地层原油注CO_(2)最小混相压力为26.03 MPa,CO_(2)有降低原油黏度和密度的作用;通过参数优化确定的推荐注采方案与衰竭开采相比,累计增油量为96.21×10^(4)t,主力开发层系X4⁃2、X4⁃3提高采收率分别为9.37百分点、6.02百分点;CO_(2)注入地层后,随着时间的推移,在平面上不断向四周扩散,在纵向上受重力分异的作用向上运移;评价区块注CO_(2)驱推荐方案预计CO_(2)埋存量为68.08×10^(4)t,其中构造埋存量、束缚埋存量、溶解埋存量和矿化埋存量分别为42.20×10^(4)、17.79×10^(4)、6.24×10^(4)和1.85×10^(4)t。研究成果为低渗透油藏注CO_(2)驱及CO_(2)埋存提供了实验和理论的借鉴意义。

终极埋存情景下二氧化碳驱油极限采收率探讨

基于国内外CO_(2)驱油矿场实践启示,探讨终极埋存情景下二氧化碳捕集、驱油利用与埋存(CCUS-EOR)开发方式的采收率问题。碳中和背景下,向地质体注入CO_(2)应追求永久埋存,CCUS-EOR成为一种终极开发方式,应追求采收率最大化,为此提出了CO_(2)驱油极限采收率概念,明确其与终极采收率、经济合理采收率概念的内涵区别,指出实现极限采收率已具备成熟配套的CCUS-EOR全流程技术基础。根据吉林油田黑79北小井距CO_(2)驱先导试验等国内外CO_(2)驱油项目生产实际数据,回归得到了混相气驱采收率与累计注入量的经验关系式;结合气驱增产倍数概念,建立了任意混相程度下CO_(2)驱提高采收率幅度计算的油藏工程方法。累计注气量为1.5倍烃类孔隙体积时,采出程度与极限采收率的相对偏差小于5%,绝对差值小于2.0个百分点。基于扩大波及体积技术的大孔隙体积倍数注入是逼近CCUS-EOR极限采收率的必要条件,需从大孔隙体积注入方案设计、提高混相程度和持续扩大波及体积3个方面入手实现。

吉林油田CCUS-EOR技术攻关与实践新进展

CO_(2)捕集、埋存与提高原油采收率(CCUS-EOR)技术可大幅度提高原油采收率并实现CO_(2)有效埋存,同时兼具减碳、增油两大功能,是落实“双碳”战略和保障能源安全的重要技术手段。中国石油高度关注CO_(2)资源化利用问题,在系统研究原始油藏、中高含水、高含水及特高含水油藏CO_(2)驱油机理与埋存潜力的基础上,研发了关键技术和工艺装备,形成了集CO_(2)捕集、输送、注入、采出、驱油、埋存、防腐等为主体的CCUS-EOR全产业链一体化技术体系,并率先在中国石油吉林油田开展了CO_(2)捕集埋存与提高采收率矿场实践。研究结果表明:①矿场试验证实CO_(2)驱油可提高采收率20%以上,现已累计注入CO_(2)达320×10^(4) t;②矿场实践系统揭示了陆相低渗透油藏CO_(2)驱油与埋存规律,验证了CO_(2)捕集输送、注入采出、驱油埋存与循环利用全流程技术的适应性,实现了CCUS-EOR减排增效一体化。结论认为:①吉林油田建成了国内首个全产业链、全流程CO_(2)捕集、驱油、埋存与循环利用示范工程,实现了陆相沉积低渗透油藏CO_(2)驱油采收率的大幅提高和CO_(2)的安全埋存;②系统总结了吉林油田近年来在CCUS-EOR方面的最新研究进展和矿场实践认识,指明了油气田CCUS-EOR应用前景,并提出了以新质生产力推动相关企业产业化发展的具体建议。

一种基于组分闪蒸运算的CO_(2)驱动态埋存潜力计算方法

CO_(2)驱油与埋存具有经济效应和环保作用,计算CO_(2)埋存潜力对油藏开发方案设计和安全封存意义重大。已有的潜力计算方法主要针对CO_(2)的静态埋存潜力进行粗略估算,不能考虑油田的生产实际。为此,提出了一种基于组分闪蒸运算的CO_(2)驱动态埋存潜力计算方法,方法基于组分闪蒸运算,考虑了油田的生产实际和CO_(2)驱的埋存机理,可以计算溶解CO_(2)、束缚CO_(2)、自由CO_(2)和总的CO_(2)埋存潜力。研究表明:随着埋存时间的增加,会有自由CO_(2)转变成束缚CO_(2)和溶解CO_(2);经历过水驱开发的油藏,地层水含量高,不能忽略CO_(2)在地层水中的溶解。基于组分闪蒸运算的CO_(2)驱动态埋存潜力计算方法可以计算不同种类油藏不同开发方式的动态埋存潜力,方法简单实用且符合生产实际。

油气藏注CO_(2)提高采收率技术研究进展

对不同CO_(2)驱替类型、注入方式、注CO_(2)驱提高采收率技术机理进行了归纳,指出现有CO_(2)驱亟待解决的问题主要包括气源、气窜、腐蚀、固相沉积以及最小混相压力过高等,并提出了相应解决措施。基于技术和经济方面,认为CO_(2)驱油与埋存的经济性评价技术、CO_(2)驱油与埋存安全性评价技术、CO_(2)混相调节技术、CO_(2)腐蚀与防护技术、CO_(2)流度控制技术及注CO_(2)驱用化学辅助添加剂的研发等是未来的研究重点。

大情字井油田CO_2驱试验进展及配套技术

以国家基础研究“973”、“863”、示范工程项目和中国石油配套项目为依托,在大情字井油田低渗透油藏开展了CO2驱油与埋存试验,见到了明显效果,试验区单井产量较水驱提高65%~200%,采收率较水驱提高10%~15%。在室内实验研究基础上,明确了陆相沉积油藏原油-CO2混相机理,认识了CO2驱机理与水驱机理的差别;围绕“保混相、控气窜、提效果”这一核心,形成了注采协调、水气交替、分层控制、剖面调整等提高驱替效果关键技术;针对地上地下腐蚀严重、举升难度大、集输处理和产出气循环注入矛盾突出等问题,发展完善了防腐、举升、注气、集输等注采-地面配套工艺技术;通过技术攻关、技术集成、技术善配套,建成了国内领先的CO2驱油与埋存示范区,实践了CCS-EOR全流程。

中国石化东部老油田提高采收率技术进展及攻关方向

针对中国石化东部老油田的油藏特点和开发矛盾,介绍了水驱、化学驱、稠油热采、CO_(2)驱等不同开发方式下提高采收率技术的主要进展和矿场应用效果。水驱调整以局部注-采关系完善为主,配套工艺采取智能分注分采技术,特低渗油藏开展了压驱注水试验;化学驱形成了无碱二元复合驱和非均相复合驱技术并已工业化推广应用,研发了耐温、耐盐、抗钙镁驱油剂和驱油体系;稠油油藏发展了低效稠油降粘复合驱技术、深层特超稠油HDCS技术、浅层超稠油HDNS技术和深层稠油化学蒸汽驱技术;CO_(2)驱针对中-高渗高含水油藏采取长效焖井+大段塞注入模式,针对低渗/特低渗油藏采取高压低速注入、异井水气交替注入模式,针对致密油藏采取异步周期注采模式。在上述技术进展分析的基础上,指出了不同类型油藏进一步提高采收率的攻关方向。

基于数字资源的化学剂与二氧化碳改变地层油性质综合实验设计

针对传统地层油性质测试实验教学存在的不足,结合新工科和双一流建设对提升实验课程广度与深度的需求,开展了双碳背景下化学剂与CO_(2)改变地层油性质综合实验设计。开发了“实验基础”“实验操作”和“实验安全”等数字教学资源,并以此为基础设计了方案制定、线下实操、结果分析等3个层次的实验内容。实践表明,学生能够在有限的学时内熟悉地层油性质测试全流程,开展CO_(2)改变原油性质规律探索,评价化学剂的作用效果。实验加深了学生对专业知识的理解,提升了学生解决复杂工程问题的实践能力,同时可以激发学生对CO_(2)利用和封存的研究兴趣,在高校碳中和人才培养体系构建中发挥积极作用。