用二氧化碳把石油“赶”出来
编者按 技术进步是推动经济内生性增长的重要力量，一些关键环节的重大技术突破对行业未来发展具有战略性、先导性的重要意义。为捕捉、发现能源行业正在进行的、可能形成规模、具有产业化前景的重大技术变革，本版推出系列报道“寻找能源行业新机遇”，希望借此推动重大技术的完善和产业化运用，促进能源行业节能减排和经济发展方式的进一步转变。
提高油田产量，试试二氧化碳
二氧化碳有着独特的性能，原油溶有二氧化碳时，流动性、流变性及油藏性质会得到改善。
在中国石化胜利油田发电厂，高高的烟囱旁边新近安装了几个并不起眼的装置。这些装置有着一个特殊的使命———捕集烟囱中排放的二氧化碳，并进行相应的纯化处理。
“这是油田的自备电厂，我们目前正在建设的是年回收4万吨二氧化碳的工程，所有技术和药剂均为中国石化专用技术，达到了国际先进水平。”胜利油田采油工程首席高级专家王增林说。
他介绍说，火电厂脱硫、脱酸后的烟道气进入吸收塔后，烟道气中的二氧化碳将和MEA药剂融合，形成氨盐并溶于水中，之后注入再生塔，随着温度的提升使二氧化碳纯度达到99.5％。随后通过制冷使之变成液体后送到注气站中注入油田。
为什么选择二氧化碳驱油？这是由于二氧化碳有着独特的性能，易于达到超临界状态。处于超临界状态时，其性质会发生变化，其密度近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有较大的溶解能力。原油溶有二氧化碳时，原油流动性、流变性及油藏性质会得到改善。
“现在通常采用的补充采油后地层能量递减的方法为水驱和化学驱，就是把水或化学成分注入油田中，补充地层能量损失。但是，目前我们很大一部分油藏田为低渗透油藏，这种油藏很难开发，油田沉睡在细密的岩石里，水很难流入，被称为‘注不进水、采不出油’。二氧化碳的特殊性质非常适合于低渗透油藏开发。”中国石化集团科技开发部副主任张永刚表示。
在胜利油田纯梁注气站里，记者看到庞大的二氧化碳罐连接着复杂的管道。在这里，每天都有100吨的二氧化碳注入4口注入井中。
据介绍，2008年1月这里开始二氧化碳单井试注，2009年7月开始，4口注入井全部开始试注，现已经累计注气4.1万吨。
王增林表示，2007年中国石化确定在高89—1块进行二氧化碳驱油的先导性试验，这里属于胜利油区大型特低渗透油田之一，无法进行注水开发。二氧化碳的注入使对应的5口生产井产量上升，井组日产油由31.6吨上升至42.1吨，累计增油7500吨。其中高89—9井产量由注入前的每日4.5吨，上升到目前的9吨，上升了一倍。
他介绍说，二氧化碳被注入后，约有50％至60％被永久封存于地下，剩余的40％至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。
二氧化碳驱油意义重大
在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能将成为优质储量。
“我国一次能源以煤炭为主，这是我们的现实国情，短期内不可能有较大改变。这决定了我国电力以煤电为主的装机结构，占整个发电装机的70％以上，提供了我国80％的发电量。”国网能源研究院副院长胡兆光表示。
不容忽视的是，以煤电为主的电力结构带来了相当大的环保压力。相关测算表明，燃烧一吨标煤将平均排放2.6吨二氧化碳。
“火力发电厂是二氧化碳排放大户，排放量占总量相当大的比例。”南化集团研究院副总工程师毛松柏介绍。
“因此，将烟道气中的二氧化碳捕集纯化后注入地下用于油田驱油，既能降低二氧化碳排放，又能提高了原油采收率，经济效益和社会效益都非常显著。研究与实践表明，二氧化碳驱油可以提高油田采收率10％至20％。”张永刚表示。
随着陆上油田勘探开发力度的加大，低渗透油藏已成为我国油田的重要增储阵地。“在传统的意义下，很多低渗透油气藏是难动用储量，但如果采用二氧化碳驱油的方法，可能成为优质储量。”中国石化科技开发部油田处副处长胡凤涛说。
数据显示，我国低渗透油气藏约63.2亿吨，尚有50％左右未动用。而已动用的低渗透资源，由于技术水平的制约，平均采收率仅为23.3％。
胡凤涛介绍，对于中高渗水驱油藏，也可通过注入二氧化碳进一步提高采收率，中原油田濮城水驱废弃油藏就通过试验二氧化碳驱油再获新生。
据了解，中原油田濮城水驱废弃油藏已连续14年综合含水达到98％以上，水驱开发已无经济价值。2008年6月开始进行二氧化碳驱油试验，井组日产油由0.6吨最高上升到15.9吨。截至今年3月，累计注入二氧化碳1.23万吨，累计增油3272.7吨，预计实施二氧化碳驱油后井组采收率可提高7.9％。
他表示，如二氧化碳驱油在中原油田高含水油藏中推广应用的话，将覆盖地质储量3亿吨，预计可增加可采储量2000万至3000万吨。
王增林认为，利用火电厂烟道气捕集纯化驱油技术属于二氧化碳捕集、利用和封存技术（CCUS），与二氧化碳捕集和封存技术（CCS）相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。
未来产业化前景广阔
目前不少发达国家二氧化碳驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量第二位。
“在能源紧缺和节能减排的背景下，二氧化碳驱油有着非常广阔的推广利用前景，有关部门应适时出台相应的政策扶持措施，加快这一技术的推广应用。”毛松柏表示。
他表示，二氧化碳驱油不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。根据油田地质情况的不同，每增产1吨原油约需1至4.2吨二氧化碳，可增产油田总储量约10％的原油。
胜利油田勘察设计研究院副院长张建表示，仅胜利油田而言，适合二氧化碳驱油的油藏储量就非常可观。根据初步油藏评价研究结果，仅胜利电厂附近适合二氧化碳驱油的低渗透油田储量就达2亿多吨，若全部采用二氧化碳驱油开发，每年可能消耗二氧化碳300万吨，可提高油田采收率10％至15％。如规模应用二氧化碳驱油，胜利油区低渗透油藏预计新增可采储量3300万吨至4700万吨，二氧化碳注入需求将达1亿吨以上。
据了解，目前不少发达国家二氧化碳驱油的工业应用已趋于成熟，并占补采原油量的第二位。美国有10个产油区的292个油田适用二氧化碳驱油，一般提高采收率7％至15％。
为加快该技术的推广，南化研究院目前正开展胜利电厂100万吨／年烟道气二氧化碳捕集纯化工艺技术研究，预计年底可完成工艺包设计。项目建成后，将成为全球最大的火电厂二氧化碳捕集、利用封存项目。
经过初步测算，该装置投资约2亿元，投产后每年从烟道气中捕集纯化二氧化碳100万吨，成本约230元／吨，能满足8000万吨储量规模油藏二氧化碳驱油开发需要。
有关专家表示，二氧化碳驱油的关键问题之一是经济实惠充足的二氧化碳源。用于驱油的二氧化碳来自天然的二氧化碳气，也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捕集。今后大规模产业化运用需建立相应机制，加强行业之间的合作。
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国际经验
目前国际上主要有4座中等规模的烟道气脱碳技术示范电厂，用于二氧化碳捕集与地质封存研究，均采用化学吸收法，分别为加拿大国际二氧化碳捕集研究中心的Boundary Dam煤电厂，产量为4至8吨／日；日本三菱集团Nagasaki煤电厂，产量为10吨／日；还有丹麦EU Castor电厂，产量为25吨／日；美国Warrior Run电站，每天捕集生产150吨食品级二氧化碳。
20世纪80年代以后，二氧化碳驱油技术得到广泛的应用，美国是应用二氧化碳驱油研究试验最早、最广泛的国家，已成为油田提高采收率的主导技术之一。截至2008年，全世界二氧化碳驱油项目达到124个，年耗二氧化碳量2500万吨，每天产油27.4万桶，其中美国实施二氧化碳驱油项目108个，每天产油25万桶。通过大量的矿场开发和应用，二氧化碳驱油机理已经基本明确，并已形成了以二氧化碳混相驱／非混相驱和气水交替驱等为主导的二氧化碳驱油技术。
重新认识二氧化碳
经济日报2010年6月29日讯（张建） 应该用辩证的眼光来看待二氧化碳，一方面，要加大节能环保力度，大幅降低二氧化碳排放；另一方面，应尝试将二氧化碳资源化，把二氧化碳对人类有益的作用尽可能地发挥出来。
二氧化碳是空气中常见的化合物，其分子式为CO2,常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，能溶于水，并生成碳酸。液态二氧化碳蒸发时吸收大量的热而凝成固体二氧化碳，俗称干冰。
自工业革命以来，化石燃料煤、石油和天然气的大规模应用，为人类的生产与生活带来了极大的便利，推动了人类文明的发展。但是，随着人类排放二氧化碳的日益增多，温室效应大大增强，以气候变化为核心的全球环境问题日益严重。据统计，全球每年因化石原料燃烧向大气中排放的二氧化碳达200亿吨左右。二氧化碳减排成为各国关注的主题。
但是，随着科学的发展，二氧化碳越来越多的特性被发掘出来，利用其特性，可将其大规模应用在人们的生产与生活当中，如作为化学试剂、作为制冷剂、作为压力源等，其用途非常广泛。因此，我们应用辩证的眼光来看待二氧化碳，一方面，应加大节能环保力度，大幅降低二氧化碳排放，另一方面，应尝试把二氧化碳资源化，将二氧化碳对人类有益的作用尽可能地发挥出来。比如，一般条件下，二氧化碳不支持燃烧且比空气重，将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面，可使物体跟空气隔绝而停止燃烧，因此二氧化碳可用于灭火，是常用的灭火剂。
作为一种廉价的原料，二氧化碳可用于蔬菜、瓜果的保鲜贮藏。目前，二氧化碳气调冷藏已在欧美、日本、澳大利亚等国家和地区用于苹果、梨、柑橘和一些热带水果的贮藏。二氧化碳也能用于粮食的贮藏。把二氧化碳引入蔬菜温室，能增加蔬菜的生长速度，缩短其生长周期，提高温室的经济效益。用飞机将干冰撒入云层施行人工降雨，能解决久旱无雨，庄稼失收的问题。
超临界二氧化碳流体，因为具有与液体相近的密度，而黏度只有液体的l％，扩散系数是液体的100倍，所以它的萃取能力远远超过有机溶剂。超临界二氧化碳萃取目前已在大规模生产装置中获得应用的有：从酒花中提取有效成分；从咖啡中脱除咖啡因；从石油残渣油中回收各种油品；从油料种子中萃取油脂等。
使用二氧化碳膨化处理的香烟烟丝蓬松度和柔软度更加均匀，膨化过程中又能有效带出烟油及尼古丁等有害物质，从而提高烟丝的质量，节约卷烟过程中烟丝用量，并能改善香烟口感。膨化1万箱香烟所需的烟丝，需消耗二氧化碳约300吨。
此外，二氧化碳适于制作可降解饮食餐具，在工业应用上都具有很大优势。二氧化碳保护焊接是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的焊接方法。具有变形小、油锈敏感性低、抗裂、致密性好等优点。日本等部分发达国家二氧化碳保护焊接法焊接量已占总焊接量的40％以上。目前我国二氧化碳气体保护焊接仅占全部焊接的5％，低于全球平均水平。以二氧化碳为原料可以制造众多的有机化工产品，如可以用其生产尿素、水杨酸、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、甲醇、甲酸、甲烷等。
特别值得一提的是，近年来国内外相继兴起的二氧化碳驱油技术，通过在油井中注入二氧化碳改善原油特性以提高采油率。经测定二氧化碳驱油与常规的注水驱油相比，采收率可提高10％～20％。从矿物燃料（煤、石油）燃烧后的烟道气中捕集二氧化碳即可提供经济便捷驱油气源，又能减少温室气体排放量。从技术和经济的角度来看，二氧化碳驱油大有前景。
（作者为胜利油田勘察设计研究院副院长）
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