胜利油田CO2驱地面配套技术交流

中石化石油工程设计有限公司
一、基本概念
1、二氧化碳基础物性
CO2处于超临界状态时，流体的密度和液态密度相同，但粘度和气态粘度 相同，是进行CO2驱油的理想状态。密相和超临界状态是CO2管道运输最有效 的状态。
纯CO2密度、粘度随压力、温度的变化曲线 中石化石油工程设计有限公司
一、基本概念
2、危害性
43.9%
37
129
99
33.7% CO2驱 蒸汽驱 烃类驱 火烧油层 化学驱 氮气驱 热水驱 其它气体
油田名称
Weyburn Ford Geraldine
Twofreds Wertz Garber
Little Greek North
Colesleves West Sussex
国外CO2-EOR效果统计表（北美）
二、地面工程配套技术
电厂烟气CO2捕集纯化
1、CO2捕集纯化
燃煤电厂烟气具有流量大、CO2分压低、含有SOX、NOX酸性气体等特 点，一般采用醇胺法捕集工艺，选用适用于低CO2分压的复合胺溶剂。
捕集纯化
MSA化学 吸收工艺
捕集率：80% 纯度：99.5%
压缩
干燥
往复式 三级压缩
硅胶吸附
出口压力：2.5MPa 水露点
相对比于美国等国家的CCS，CCUS首先由中国结合国情提出，两者不同 之处在于CCUS更加强调CO2的资源化利用和产业链的构建，以便充分提高碳 捕集、输送与封存产业的经济效益和推动动力。
在众多利用方式中， CO2-EOR是现阶段规模化CO2利用封存的有效途径
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一、基本概念
3、CO2-EOR技术简介
岩性
油藏深 度m
油藏 温度 ℃
孔隙度%
渗透率 md
相对 密度
砂岩 2200
59
17
15
-
砂岩 817 28.3
23.0
64
0.825
砂岩 1469 40.0
20.3
33
0.845
砂岩 1890 73.9
10.7
16
0.849
砂岩 594
35
17
57
0.784
砂岩 3170 120
23.4
75
0.828
3、CO2-EOR技术简介
国内外CO2-EOR现状与趋势
CO2驱油技术在国外已经得到广泛应用，现场采收率可提高7～20%；有 大约40-60%的CO2被封存与地下；根据工程实践，3-5吨CO2增产1吨油（绿 色石油）。多以低渗、低粘度油藏混相驱为主。CO2驱油技术在驱油的过程中 实现了CO2的有效封存。
头晕，嗜睡，严重的肌肉抽搐，神志不清 神志不清，接近昏迷
头痛，心率增加，头晕气短，出汗，呼吸急促
听力和视力障碍 头痛，呼吸困难
震颤
4-5
几分钟之内 头痛，头晕，血压升高，呼吸不畅（等同于人体呼出的浓度）
3 2 0.5-1
1小时 几小时 8小时
轻度头痛，出汗，平静时呼吸困难 头痛，轻度劳累后呼吸困难 可接受的职业危险水平
国标审查会
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二、地面工程配套技术 1、CO2捕集纯化
高浓度CO2捕集 与电厂烟气相比，炼厂装置尾气具有CO2含量高、杂质含量少的特点，
为满足EOR驱油对CO2纯度的要求，开发形成了低温液化分离技术，具有捕 集能耗低、适应性强的优点。
原料气中CO2含量要求：≥70%
CO2捕集率：≈95%
二、地面工程配套技术 1、CO2捕集纯化
CO2气源主要包括： 燃煤电厂烟气等低分压CO2气源（3%~20%） CO2气藏、炼厂废气等高浓度CO2气源（70%~95%） 燃煤电厂烟气排放
01 电厂烟气CO2捕集纯化技术
捕集 技术
02 高浓度CO2捕集纯化技术
炼化装置尾气
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国内外CO2-EOR现状与趋势
对CO2-EOR的研究，国外始于19世纪50年代；国内起步较晚，20世纪50 年代才开展先导性试验。目前CO2-EOR在油田驱替中的应用越来越多，在北美 地区已成为一项重要而且较为成熟的提高采收率方法。
4.1% 2.7% 1.4%1.4%0.3%
12.6%
12 8 4 4 1
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一、基本概念
国内外CO2-EOR现状与趋势
3、CO2-EOR技术简介
随着我国越来越多的低渗透、特低渗透油藏的出现和枯竭油藏的增多， CO2驱油将是提高我国低渗透油藏采收率最有前景的方法之一。
中国《能源技术创新“十三五”规划》明确提出2017~2025年期间将结 合CCUS加大对CO2-EOR的支持力度。今后伴随国家碳减排的目标要求和碳资 源化利用需求，以及国内低渗透油藏的开发需求，CO2-EOR发展前景可观。
1562kg/m-3 571.1kJ/kg-1
56.5bar 1032kg/m-3 99μN.s/m2
2.814kg/m3 1.976kg/m3 0.506m3/kg 0.0364kJ(mol-1·K-1) 0.0278kJ(mol-1·K-1) 13.72μN.s/m2 14.65mW(mK-1) 1.716vol·vol-1 21.34kJ/mol-1 117.2Jmol·K-1 213.8Jmol·K-1
气体密度 在标准温度和压力下的密度 比容 在标准压力和温度下的恒容热容Cv 在标准压力和温度下的恒压热容Cp 在标准温度和压力下的粘度 在标准温度和压力下的导热系数 在标准温度和压力下水中的溶解度 在标准温度和压力下焓值 在标准温度和压力下熵值 形成熵
CO2物性参数表
44.01 31.1℃ 73.9bar 467kg/m3 -56.5℃ 5.18bar -78.5℃
2）需采用耐CO2、耐腐蚀的注气/采油井口和管柱，以及特殊设计的抽油泵；
3）集输系统需考虑井口采出液中CO2的携带，进行采出气回收回注处理，同时做 好集输系统的腐蚀防护和脱碳控制；
4）需做好注入CO2油藏地层内CO2扩散羽的跟踪和土壤、水系、地面CO2的长期 预警监控，防止出现泄漏。
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中短距离、小容量的运输，其运输相对灵活 分为公路罐车和铁路罐车两种
大容量、超远距离，靠近海洋或江河的运输 国际上有4艘大容量轮船投入运行，用于食品加 工领域。 国内华扬液碳拥有3艘槽船。
大容量、长距离、负荷稳定的定向输送 管道运输是目前应用最广泛的大规模运输方式
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二、地面工程配套技术
CO2输送方式
2、CO2输送
从CO2的不同运输方式对比来看，管道输送适应于大规模、长距离的 CO2输送。
据美国能源部统计，北美地区CO2的运输方式主要为管道和槽车，其中 管道输送占比95%以上，年输送总量达1.5亿吨，已建CO2管道7000余 公里。
我国目前CO2运输主要以槽车、槽船等小规模运输方式为主，受CO2市 场需求规模小（食品加工、冶炼工业生产、CO2-EOR小规模先导试验等 ）制约，尚未建成长距离的输送管道。
1）运行压力较低，管道需要保冷，投资费用高 2）适用于输量50万吨以内、距离低于20km的油田集输管道，介质为液相的工况。
CO2的主要危害：浓度达到一定限值后形成窒息危害，泄压时产生低温 冻伤（1atm,-78.5℃）。
空气中CO2浓度（％V / V）
暴露时间
对人体的影响
17-30 10-15 7-10
6
1分钟内
1到几分钟 几分钟
1.5分钟到1小时
1-2分钟 <16分钟 几小时
行为失控或不自觉，神志不清，抽搐，昏迷，死亡
出口温度：40℃
≤－40℃
源自文库
液化
储存装车
R-22氟利 昂制冷剂
真空绝热 储罐
液化温度：-20℃ 储存压力：2.2MPa 储存温度：-20℃
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二、地面工程配套技术 1、CO2捕集纯化
电厂烟气CO2捕集纯化---《烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准》 针对低分压电厂烟气CO2，我公司主编了国家标准《烟气二氧化碳捕集纯化 工程设计标准》，该标准是我国首个关于二氧化碳工程设计的国家标准，填补 了碳捕集领域规范的空白，使得碳捕集装置的设计有据可依。
纯CO2相图与相态划分
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一、基本概念
1、二氧化碳基础物性
物性
固相 液相 气相
分子量 临界温度 临界压力 临界密度 三相点温度 三相点压力 沸点（升华点）1.013bar
CO2在凝固点的密度 汽化潜热（升华点时1.013bar）
在20℃下的蒸汽压 在-20℃和19.7bar下的液态密度 在标准温度和压力下的粘度
砂岩 2804 112.8 15.0
9
0.845
砂岩 914 40.0
19.5
29
0.829
粘度 mPa.s
4.7 1.4 1.4 1.3 2.1 0.4
0.5
1.4
CO2-EOR提 高采收率 OOIP/%
15 17.0 15.6 10 14 21.0
15.0
12.9
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一、基本概念
据地质封存潜力评估调查，国内适合CO2-EOR的油藏储量约130亿吨，实 施驱油后增加可采储量约19.2亿吨，地下埋存CO2 50~60亿吨。
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一、基本概念
3、CO2-EOR技术简介
对于实施CO2-EOR的油田采油来说，与常规采油的不同之处主要在于以下 几个方面：
1）需建设地面注入工程，根据油藏开发方案进行CO2的注入或CO2与水的交替注 入，包含CO2配注站、井口注入阀组及其配套管线等；
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一、基本概念
3、CO2-EOR技术简介
二氧化碳捕集、利用与封存（CO2 Capture Utilization and Storage，简 称CCUS）产业是21世纪一项新兴的、极具大规模推广发展潜力的、温室气体 减排领域最重要的环保产业。
CCUS主要包括CO2捕集、输送、利用、封存四个方面。捕集是将CO2自 燃煤燃气电厂、工业生产排放气体中分离、净化、提纯；输送技术是实现CO2 源汇匹配的途径，主要是管道输送；利用的目的在于实现CO2的资源化，是产 业效益的最终体现；封存技术在于将CO2安全的封存在地质储层中。
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二、地面工程配套技术
2、CO2输送
CO2管道输送技术
结合室内环道实验，通过技术攻关，形成了CO2管道多种输送工艺技术。
输送方式 气相输送 一般液体输送 超临界/密相输送
适用性
1）运行压力较低，操作安全性高； 2）适用于输量50万吨以内、距离低于100km的长输管道，介质来源属于气相的工 况、且与超临界相比更适合于人口密集区域。
胜利油田CO2驱 地面工程配套技术
中石化石油工程设计有限公司 二零一七年十二月
01
基本概念
02 地面工程配套技术
03
工程实践
04
面临的挑战
一、基本概念
1、二氧化碳基础物性
二氧化碳，分子式：CO2；是由两个氧原子和一个碳原子通过共价键连接 (O=C=O)形成的非极性化合物。分子形状为直线形，偶极矩为零。二氧化碳 在空气中通常含量为0.038％（体积）。高纯度的二氧化碳也存在于地质构造 中。环境条件下CO2（气态）的密度大于空气。
01
基本概念
02 地面工程配套技术
03
工程实践
04
面临的挑战
二、地面工程配套技术
CCUS地面全流程系列技术
CCUS地面全流程系列技术主要包括碳捕集纯化、输送、注入、集输、采出 气回收利用、腐蚀控制等。
CO2捕集纯化技术 CO2管输技术
CO2注入技术
集输技术
采出气回收利用技术
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目前，以美国为主的北美地区，所生产或捕集的CO2中超过90%用于油田 EOR驱油，美国CO2-EOR驱油占原油总产量的4%。
根 据 美 国 能 源 部 国 家 能 源 实 验 室 （ NETL ） 预 测 ， 在 美 国 未 来 将 有 部 分 CO2仍将用于驱油和封存，预计2030年美国CO2-EOR驱油占比全国原油产量 提升至10%，2040年达到16%以上。
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一、基本概念
1、二氧化碳基础物性
纯 CO2 是 无 色 、 无 味 、 不可燃的物质，自然中以固 态、液态、气态、密相、超 临界状态存在。对应三相点 （固液气三相共存点） 5.18bar 、 -56.5 ℃ ， 临 界 压 力73.9bar、临界温度31.1℃ 、临界密度467kg/m3，标准 大气压下对应沸点（升华点 ）-78.5℃。
低温液化分离工艺示意图
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二、地面工程配套技术
2、CO2输送
CO2输送方式
CO2的输送状态可以是气态、超临界状态、液态、固态，但是从大规模运输的可 行性来看，流体态（气态、超临界状态和液态） CO2更便于大规模的运输。
目前已经实践的输送方式主要有罐车输送、轮船输送和管道输送。