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二氧化碳 在石油开采中的应用

发布时间: 2016/11/25 15:24:41

二氧化碳(CO2)是大气中 的主要温室气体,现在通常 被认为是导致全球气候变暖、洪水、严重的热带风暴、沙漠化和 热带地区扩大等生态问题的重要因素之一。

大气中的 二氧化碳主要是由燃烧煤和化石燃料产生的,这让石油 化工的生产运营不得不面临严峻的生态环保考验。

封存二氧化碳

目前降低 二氧化碳的方法包括能源的合理使用,使用煤和 石化燃料的替代品,通过热带 雨林或农场等陆地封存,以及海洋处置、矿物封存、地质封存等。其中,减少二氧 化碳排放最有效的方式是节能,其次是使用新能源,如天然气、风能、太阳能和核能等,减少化石能源的使用,此外还应 发展二氧化碳收集、封存及再利用等技术。

二氧化碳 地质封存是将二氧化碳注入地下并长期封存于1000~3000米深的地层中,用地层的 孔隙空间储存二氧化碳,还可分为咸水层封存、枯竭油田和气田封存。全球都可 能存在适合二氧化碳封存的沉积盆地,包括沿海地区。

二氧化碳 从封存的地点泄漏到大气中,有可能引 发显著的气候变化。因此要求 封存用的地层之上必须有透水层作为盖层,以封存注 入的二氧化碳,防止泄漏。但二氧化 碳同样不可以泄漏到地层深处,否则也会给人类、生态系统 和地下水造成灾害。此外,对地质封 存二氧化碳效果进行的测试发现,注入地层 深处的二氧化碳对贮藏带的矿物质有一定影响。

利用二氧化碳

对全球变暖而言,二氧化碳是场灾难;但对石油开采而言,二氧化碳 或许就是一个利器。

在油田开采最初,一部分石 油在巨大的压力下,可以自己喷射出来,但是慢慢的,有些岩层 孔隙中的石油就失去了自喷能力。后来科学 家们相继发明了注水驱油、化学驱油、蒸汽驱油等采油技术。而在这其中,利用二氧 化碳开采石油,不仅能把 孔隙中的石油开采出来,同时还能 把二氧化碳埋存在地下,可以说是一举两得。

这归结于 二氧化碳的化学特性。二氧化碳 是一种在油和水中溶解度都很高的气体,当它大量 溶解于原油中时,可以使原油体积膨胀、黏度下降(黏度降低30%~80%),还可以降 低油水间的界面张力、改变原油密度,有助于在 储层形成较有利的原油流动条件,有利于原 油中轻质馏分的汽化和抽取。

纯度在90%以上的二 氧化碳即可用于提高采油率。在石油采钻业中,通常的做 法是用钻孔机将二氧化碳注入地层,二氧化碳 在地层内溶于石油。一般可提 高原油采收率7%~15%,延长油井生产寿命15~20年。所用二氧 化碳可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加 工厂等排放物中回收,既可实现 温室气体的减排,又可达到 增产油气的目的。

与其他驱油技术相比,二氧化碳 驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提 高显著等优点。据国际能源机构评估,全世界适 合二氧化碳驱油开发的资源约为3000~6000亿桶。

目前,世界上大 部分油田仍采用注水开发,面临着需 要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。近年来,国内外大 力开展的二氧化碳驱油提高采收率(EOR)技术的研发和应用,不仅能满 足油田开发的需求,还可以解 决二氧化碳的封存问题,保护大气环境。

挑剔的二氧化碳

开采和封存石油时,用的二氧 化碳并不是气体,而是一种 介于气体和液体之间的状态,这样可以 封存尽可能多的二氧化碳。但因为有 的油田因条件所限,可能会使 用二氧化碳和水交替注入的方式采油。

二氧化碳 驱提高石油采收率方法适用于油田开发晚期,通过CO2-EOR技术(混相驱),原油采收 率比注水方法约提高30%~40%;对于重质油藏,非混相驱 技术一次开采采收率可达原始地质储量的20%以上。根据油田 地质和沉积类型的不同以及认识程度的差异,其增产幅 度可以提高到25%~100%。我国低渗 透和稠油资源非常丰富,在这些油 藏中利用二氧化碳提高采收率的潜力巨大

由于经济和技术原因,不是所有 的储层都适合于CO2-EOR混相驱油,具体油田 进行二氧化碳驱提高石油采收率需要与当地条件进行紧密结合。

二氧化碳 驱提高石油采收率实施的储层地质条件为:储层的深度范围在1000~3000米范围内;致密和高渗透率储层;原油黏度 为低或中等级别;储层为砂 岩或碳酸盐岩。目前,较成功的CO2-EOR技术是在距地面800米或更深的地方,地热梯度为25~35℃/km,压力梯度为10.5MPa/km,分离的二 氧化碳将处于超临界状态,它的深度变化范围为440~740kg/m3。

前景广阔的CCUS

近年来,我国在CCS(CarbonCaptureandStorage,碳捕获与封存)的研究上 做了很多的工作,包括“973计划”、“863计划”在内的国 家重大课题都对CCS的研究进行了立项,并取得了重大进展。一些企业 还在实践上进行了尝试。2008年7月16日中国首 个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京 热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产,并成功捕集出纯度为99.99%的二氧化碳。

CCUS(CarbonCapture,UtilizationandStorage,碳捕获、利用与封存)技术是CCS技术新的发展趋势,即把生产 过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入 到新的生产过程中,可以循环再利用,而不是简单地封存。与CCS相比,CCUS将二氧化碳资源化,能产生经济效益,更具有现实操作性。

二氧化碳 的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、超临界二氧化碳萃取、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、合成可降解塑料、培养海藻、油田驱油等。其中合成 可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。胜利油田电厂已启动CCUS的示范项目。

胜利油田 胜利发电厂是燃煤电厂,每年排放二氧化碳415万吨。从1998年底开始,胜利油田 便展开二氧化碳捕集研究。2010年,“胜利燃煤 电厂烟气二氧化碳捕集纯化工程”正式开工建设。2012年,大规模燃 煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油及封 存技术开发及应用示范项目启动。在实际应用中,二氧化碳 被注入地下后,约有50%~60%被永久封存于地下,剩余的40%~50%则随着油 田伴生气返回地面,通过原油 伴生气二氧化碳捕集纯化,可将伴生 气中的二氧化碳回收,就地回注驱油,进一步降 低了二氧化碳驱油成本。而电厂烟 气捕集所得的二氧化碳在注入地下后,可有效实现碳封存。

沉积盆地 是可以封存二氧化碳的地质构造,国内适宜 进行石油勘探的沉积盆地总面积约为550万平方公里。东部火力 发电厂较为集中,油气田为数甚多,是国内实 施二氧化碳地质封存的有利条件。可以预测,随着技术 的发展和应用范围的扩大,二氧化碳 将成为中国改善油田开发效果、提高原油 采收率的重要资源。

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