二氧化碳的物理化学性质

二氧化碳的物理和化学特性

二氧化碳的物理化学性质

二氧化碳在油田上应用于采油，是基于它的临界温度和临界压力低，有类似于丙烷的物理性质，易于压缩，可以超临界态或液态输送，较其它气体如氮气、甲烷易于膨胀、降粘、萃取石油，从而获得较高的石油采收率，因而得到油田上的广泛应用。

1、二氧化碳的一般性质

在常温常压下，二氧化碳为无色无嗅的气体，分子量为44.01，其比重约为空气的1.53倍，偏心因子为0.225。二氧化碳的临界温度为31.06℃，临界压力为7.35MPa，临界点密度为0.4678g/mL，临界点粘度为0.03335mPa.s，临界压缩因子为0.275，临界比容为2.135L/kg。在压力为1atm、温度为0℃时，二氧化碳的密度为1.98kg/m3；导热系数为0.0126千卡/米·时·度；动力粘度系数为138×10-6泊。在不同条件下，二氧化碳也可以气、液、固三种状态存在，固态二氧化碳也叫干冰。二氧化碳化学性质不活泼，既不可燃，也不助燃，无毒，但具有腐蚀性。它与强碱有强烈的作用，能生成碳酸盐，在一定条件及催化剂作用下，二氧化碳还能参加很多化学反应，表现出良好的化学活性。

2、二氧化碳与驱油有关的特性

（1）二氧化碳的密度随压力的升高而增加，随温度的升高而降低。在许多油藏条件下，二氧化碳的密度与油藏原油相似，视特定的温度、压力或石油组成的不同，二氧化碳的密度可高于或低于油藏原油，但通常高于气顶气。

（2）二氧化碳的粘度随压力的升高而增加，随温度的升高而降低。二氧化碳的粘度比油藏原油的粘度要低。

（3）二氧化碳的压缩因子随温度的升高而增加，当压力较低时，随压力的升高而降低，而当压力较高时，则随压力的升高而增加。

（4）从二氧化碳的P-T相图得到：二氧化碳的蒸汽压曲线始于气-液-固三相点，终于临界点。三相点上，温度为-56.42℃，压力为0.519MPa，气-液-固三相呈平衡状态。临界点对应的温度为31.16℃，压力为7.16MPa；在临界点附近，气液两相形成连续的流体相区，它既不同于一般的液相，也不同于一般的气相。

（5）二氧化碳可溶于水，它在水中的溶解度随压力升高而增加，随温度

的升高而降低。水中的含盐量也会影响二氧化碳的溶解度，含盐量愈高，溶解度愈低。

二氧化碳很容易溶于原油中，且其溶解性随压力的增加而增强，但当压力降低时，又会从原油中脱出。二氧化碳溶于原油中，会引起原油膨胀，粘度降低，密度改变，同时降低界面张力。

（6）二氧化碳的化学性质

二氧化碳与水混合形成碳酸: H

2O + CO

2

= H

2

CO

3

其混合液的稳定PH值在3.2-3.7，当二氧化碳的浓度从0增大到4.3m3/m3时，水溶液的PH值从7降到3.2，即使二氧化碳浓度非常高，PH值仍保持在3.2。其腐蚀性不大，如碳酸对软钢的腐蚀率约等于加有缓蚀剂的15%盐酸腐蚀率的1/10，所以二氧化碳的一般油水井作业，无需使用缓蚀剂；但若长期使用，如在二氧化碳驱的管道输送和注入中，则需进行二氧化碳脱水处理，或对注入井、采油井管阀件进行防腐处理。

另一方面，亦可利用它的酸性，提高储层的渗透率，用碳酸水对地层增产增注，如16 m3的碳酸水可溶解165kg碳酸镁和91kg硅酸盐。另外，碳酸水可阻止铁、铝氢氧化物胶凝沉淀，控制低渗流率储油层的粘土膨胀，起到增注和保护储层的作用。但含二氧化碳的油、水从油井产出时，由于压力降低，导致二氧化碳溢出，可能出现温度降低、碳酸盐沉淀，因此必须注意采取油井防冻、防结蜡、防结垢等有效措施。

表一 二氧化碳在不同温度条件下的密度值（g/cm3）

表一 二氧化碳在不同温度条件下的密度值（g/cm3）

续表 1

表一 二氧化碳在不同温度条件下的密度值（g/cm3）

续表 2