二氧化碳驱油与地质封存技术

提要：二氧化碳驱油技术最早应用于低渗透油藏开发，由于在驱油增产的同时可实现CO2埋藏与封存，成为目前经济技术条件下一种有效的温室气体减排路径。二氧化碳驱油与封存技术已在北美实现商业化、规模化应用，我国部分石油企业也已建成示范工程并逐步开展推广应用。

二氧化碳捕集与封存（CCS）是将工业及能源相关产业排放出的二氧化碳，捕集、输送并封存在特定的地质构造中，使其实现与大气长期隔绝的过程。作为CCS技术的发展方向，二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）在CCS的基础上增加了二氧化碳利用环节，包括化学利用、生物利用、地质利用等。其中，地质利用又包括强化石油开采（CO2-EOR）、强化煤层气开采（CO2-ECBM）、强化地热开采（CO2-EGS）和强化深部咸水开采（CO2-EWR）等。就目前全球石油开采实践来看，CO2-EOR技术成熟且已达到商业化应用规模，可在有效助力碳减排的同时实现油气井增产的“双赢”，在世界范围内得到了越来越广泛的关注。

一、二氧化碳驱油机理与发展历程

我国低渗透油藏储量约占总资源量的一半，经济有效地开发低渗透石油资源对我国国民经济发展、缓解石油对外依存度意义重大。理想条件下，注入油藏中的CO2与原油多次接触后融为一体，形成混相带，溶解了CO2的原油体积膨胀，黏度降低，界面张力减小，流动性增强，原先被束缚在地层水和岩石孔隙表面不具备开采条件的原油变为可流动原油，从而显著提高驱油效率。在这一过程中，能否有效提升驱油效率的关键是CO2是否能与原油混相。

CO2-EOR技术研究最早始于20世纪50年代初的美国。20世纪80年代，美国大规模开发天然CO2气田并铺设输气管道，为油田开展工业化CO2驱油提供了稳定的气源，多个低渗透特低渗透区块注入CO2开发成为提高采收率的主要手段。我国的CO2-EOR技术探索始于上世纪60年代。在室内实验机理研究的基础上，大庆油田、胜利油田、江苏油田等进行了先导性实验，取得了一定进展。

近年来，随着全球气候变暖，如何减少以CO2为主的温室气体排放成为人类社会的严重关切。全球碳减排计划的实施使CO2-EOR技术在CCUS工程中展现出新的价值：在CO2注入油层提高石油采收率的同时，通过多次回收循环注入随石油采出的CO2，可最终实现CO2的净零排放和永久地质封存。

二、二氧化碳驱油与地质封存发展现状

全球碳捕集与封存研究院最新数据显示，国外正在运行的商业化CCS项目有26个，其中16个用于提高石油采收率。从区域分布上来看，国外用于提高原油采收率的CCS项目主要分布在美国（10个）、加拿大（3个）、巴西（1个）、阿联酋（1个）和沙特阿拉伯（1个）。封存的CO2主要来源于化肥生产厂和天然气处理厂，部分来自乙醇生产、制氢、发电和钢铁制造等行业。这16个CCS项目的CO2捕集能力可达2745万吨/年，其中CO2封存量排名前三的项目为美国的舒特克里特（Shute Creek）项目、美国的世纪（Century）项目、巴西的Pre-Salt油田。美国是世界上利用CO2驱油技术最成熟、项目最多、驱油效果最好的国家。为了提高石油产量，美国至今已注入CO2超过10亿吨，CO2注入能力可达6800万吨/年，可有效实现原油增产约1500万吨/年。

截至2020年，我国11个CCUS项目的CO2封存规模近200万吨/年，以CO2-EOR技术封存为主（约120万吨/年），但各项目封存规模相对较小（低于30万吨/年）。目前，部分石油企业已建成CO2驱油与封存示范工程并逐步开展商业化应用。公开数据显示，中石油吉林油田CO2-EOR先导试验区是我国第一个CO2-EOR项目示范区，也是我国第一个全流程CCUS项目，年埋存CO2能力可达30万吨，已累计注气212万吨、封存192万吨，累计增油20余万吨。中石化胜利油田自2008年以来，应用CO2-EOR技术累计注气43万吨、封存40万吨，累计增油10万吨，CO2埋存率接近93%。陕西延长石油靖边和吴起驱油与封存示范工程累计增油19.1万吨，封存CO2 18.2万吨。

三、面临的挑战与建议

我国大部分陆相低渗透油藏储层条件复杂且原油性质特殊，实施CO2驱油工艺技术复杂、难度大。对于已实施的CO2-EOR项目，CO2气源单一、捕集成本高且供给不足，CO2以陆路罐车运输为主，效率低且成本高等因素，在一定程度上限制了驱油与封存规模。由于缺乏CO2地下空间开发利用审批与管理法规，封存区安全监测运行主体不明确。此外，技术指南、减排补偿和投资等相关配套政策不完备也在一定程度上降低了相关企业开展CO2驱油与封存的积极性。

尽管目前我国二氧化碳驱油与地质封存技术实施难度大、规模小、产业化程度低，但在“双碳”目标驱动下，仍有良好的发展前景。初步研究表明，我国约有130亿吨石油地质储量适合CO2-EOR技术开采，估计可增加可采储量19.2亿吨，同时封存约50亿~60亿吨CO2。下一步，应当加强对驱油与CO2封存区域地质条件调查，结合我国实际情况进行CO2-EOR理论与埋存工程技术体系创新，依托示范工程逐步建立和扩大完整的产业链工程，强化CO2地质封存环境风险监控。同时，应当建立健全多部门协调的政策法规标准体系，不断完善碳市场管理与碳税政策新机制，使二氧化碳驱油与地质封存技术在我国实现碳达峰和碳中和的目标中发挥更积极的作用。

（作者单位：中国地质调查局地学文献中心）