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美国二氧化碳驱油发展启示

2022-07-01 14:44来源:中国石油新闻中心作者:赵海宁关键词:二氧化碳驱油碳捕集CCUS收藏点赞

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美国是较早尝试和实践二氧化碳气驱强化采油(CO2-EOR)技术的国家。自1972年在美国得克萨斯州Scurry县的二氧化碳注入项目(SACROC)开始,二氧化碳驱油技术首先在西得克萨斯州和新墨西哥州东部的二叠纪产油区得到成功应用,后来逐渐扩展到堪萨斯、密西西比、怀俄明、俄克拉荷马、科罗拉多、犹他、蒙大拿、阿拉斯加以及宾夕法尼亚等州。

美国二氧化碳驱油项目发展迅速与以下因素密不可分。首先,在上世纪70年代二氧化碳驱油技术实践之前,美国已从50年代起积累了大量烃气驱油技术和配套工程经验。其次,在产油密集的西得克萨斯区域周围,如科罗拉多州南部、洛基山脉南部地区以及密西西比州,分布了约10余个产量较大的天然二氧化碳气藏,保障了二氧化碳驱油所需的气源。再次,美国国内能源政策法规的激励以及国际油价为二氧化碳气驱强化采油技术探索提供了利润空间。最后,对二氧化碳混相驱油机理的认识和相关理论的完善,有效支撑了气驱工程设计方案,科学合理的项目实施进一步提升了气驱项目的利润空间。

据美国AdvancedResourcesInternational公司统计,截至2020年,美国活跃的二氧化碳气驱强化采油项目约为142个,共23家运营商参与其中,年二氧化碳气驱强化采油量接近1亿桶(约1343万吨),主要由以下4个区域贡献:二叠纪产区(贡献约68%)、墨西哥湾东南部产区(贡献约14%)、中部产区(贡献约4%)、洛基山脉沿线各州(贡献约14%)。与此同时,二氧化碳气驱强化采油项目的气源也愈发多样化。二氧化碳捕集技术的进步使从工业站场(天然气处理站、化肥厂、乙醇加工厂、氢燃料制备厂等)以较低成本获得二氧化碳气源成为可能。目前,全美二氧化碳年注入量约为2989万吨,其中约2429万吨来自天然二氧化碳气藏,约561万吨来自工业捕集的二氧化碳。

实践中二氧化碳驱油增产效果显著

美国二氧化碳气驱强化采油项目自1970年后迅速增长。分析美国二氧化碳气驱强化采油技术发展早期的项目情况可以看出,多数驱油项目设计的二氧化碳注入体积为30%含烃孔隙体积(HCPV)。但项目实施过程中,原油产量对注入二氧化碳有良好的响应时,二氧化碳注入量会更多,采收率提升大约在7%—23%的范围内。各项目显示的二氧化碳换油率大致处于0.9—4的范围内,平均值约为2.3(二氧化碳换油率可以理解为获得1吨地面储罐原油需要注入的二氧化碳量,注入二氧化碳的质量为新鲜管输气和循环回注气的总和)。

分析美国典型的二氧化碳气驱强化采油项目,可以看出二氧化碳驱油增产效果显著。以壳牌公司运行的Wasson油田Denver注入站为例,该项目位于西得克萨斯州,于1983年启动二氧化碳注入。该注入站的油藏主力产层SanAndres埋深约为1433至1585米之间。Wasson油田在1945年左右达到一次采油产量峰值,随后呈现出递减趋势;1965年左右,开始注水保持油藏压力,油藏的产量随注水量的陡增迅速提升。当水驱突破后,产水量在上世纪70年代迅速上升,直至1982年底进入高含水阶段,此时注水量和产出水量已经显著高于产油量。1983年,该油田开始注入二氧化碳,产量下降趋势很快由于注入二氧化碳得到遏制并保持稳产。

截至2008年,Wasson油田Denver区块产量为3.15万桶/日(4308吨/日),相较不采用二氧化碳气驱强化采油技术时的产能递减规律,二氧化碳注入贡献了约2.685万桶/日(3672吨/日)的产量。此外,该油田原始地质储量约为20亿桶(2.7亿吨),自1983年采用二氧化碳气驱强化采油技术以来,到2008年底已累计增产原油1.2亿桶(约合1620万吨)。

未来二氧化碳驱油发展前景广阔

鉴于二氧化碳驱油技术在推动油井增产方面的优势,应用二氧化碳驱油技术开发边际油藏将是未来石油行业的重要发展方向之一。但二氧化碳驱油技术在发展中仍存在一定技术瓶颈亟待突破。

美国的工程技术人员在二氧化碳气驱强化采油技术的早期,就注意到二氧化碳即使在密度很大的情况下,黏度比原油仍小很多。因此,二氧化碳驱油的流度和波及控制一直是二氧化碳气驱强化采油项目在油藏工程方面实践的难点。气水交替(WAT)注入则是获得现场认可的注入方案,能够显著改善二氧化碳驱油的流度控制。

目前,针对二氧化碳气驱强化采油项目的流度和波及控制,由美国国家能源技术实验室(NETL)牵头,联合工业界和高校进行研究的领域主要集中在以下几个方面。一是采用SPI凝胶(SilicaPolymerInitiatorGel)阻挡二氧化碳高渗通道或二氧化碳已波及区域,同时改善流度和波及控制;二是采用纳米颗粒稳定的二氧化碳泡沫改善波及效率;三是非常规油气的二氧化碳气驱强化采油技术;四是下一代二氧化碳气驱强化采油技术增加注入体积,同时实现二氧化碳有效封存;五是二氧化碳气驱强化采油及二氧化碳埋存的数值模拟软件。

我国在碳中和背景下面临巨大的减排压力,而碳捕集结合二氧化碳驱油技术能够有效减少二氧化碳的排放,助力我国加速迈向碳中和。目前,二氧化碳气驱强化采油技术在我国已取得显著突破,且在多个油田进行了先导性实验和现场实施。但在二氧化碳气源、成本以及输气管道基础设施方面存在的问题仍是制约我国二氧化碳气驱强化采油技术推广应用的重要因素。除此之外,CCUS在我国的有效推进仍需要政府、企业、科研院所做好跨行业跨地域的集成联合攻关。


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