基于线性规划技术构建炼化企业CO2排放预测模型

中国二氧化碳排放(CO₂)力争于2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和。炼化企业作为碳排放大户,面临前所未有的发展压力。从长远看,需要从工艺路线改进、流程优化、碳捕获、清洁能源利用、设备节能改造、能源有效利用等多方面着手才能从根本上解决这一问题。从短期看,有一个投入少且行之有效的方法,即通过线性规划技术构建CO₂排放预测模型,并和炼化企业计划优化模型相结合,计算最少碳排放下的原油采购方案及生产加工方案。介绍了利用线性规划技术构建炼化企业CO₂排放预测模型的方法,借助该方法可预测出特定的生产方案或原料方案下的CO₂排放量,将CO₂排放量作为优化目标或约束目标,求解出较少CO₂排放量下的生产加工方案、原油采购方案,助力炼化企业的低碳发展。     

川东北气田伴生CO2注入川中油田EOR可行性分析——以普光气田伴生CO2注入桂花油田为例

四川盆地普光气田CO₂含量为8％～10%,每年高空燃烧排放的CO₂量约为6.9×10⁸ m³。为了实现低碳油气开发,挖掘资源潜力,建议将CO₂气从天然气中分离后注入川中侏罗系油藏,以提高这些低渗透致密油藏的采收率。在分析了川中桂花油田的开发历史后,绘制出桂花油田开采预测曲线,如采用大型压裂酸化、钻水平井、成像测井、三维地震储层预测技术,加上CO₂混相驱油提高采收率等,预计桂花油田的年产油量将在2015年恢复到4×10⁴ t,2020年达到7×10⁴ t,2025年达到10×10⁴ t。同时,经济分析的计算结果也支持这一建议,如把碳税和碳交易收入作为考虑因素,则该项目的可行性将更充分。随着川东北早三叠世-晚二叠世酸性大气田的陆续投产,比如同属于中国石油天然气股份公司的龙岗气田将有更多的CO₂需要加以埋藏,届时亦可将莲池油田、金华镇油田、公山庙油田和中台山油田等纳入CO₂混相驱油提高采收率试验区。     

鄂尔多斯盆地红河油田长8储层致密砂岩油藏注CO2提高采收率

鄂尔多斯盆地红河油田地层压力系数低,天然能量开发递减较快、采收率低,难以实现有效开发。而长8储层裂缝较发育,注水补充能量开发存在油井水窜严重、见效低等问题。为了解决补充能量的问题,进行红河油田长8储层注CO₂提高采收率的可行性实验研究,室内开展了PVT实验、最小混相压力实验和裂缝岩心CO₂驱油实验,并评价了CO₂吞吐的开发效果。实验结果表明：红河油田原油注入CO₂后体积增大,具有较强的膨胀能力。而且随着混合体系压力逐渐增大,原油与CO₂能产生明显的相互扩散传质作用。长细管混相仪法测得红河油田原油与CO₂的混相压力为17.34 MPa,低于红河油田原始地层压力,注CO₂驱油能达到混相条件。通过多轮次CO₂吞吐实验,在弹性开发采收率4.04%的基础上可提高采收率3.14%。综合室内可行性评价实验结果看,红河油田长8储层注CO₂补充能量开发具有可行性。     

二氧化碳驱化学封窜材料与方法研究进展及应用

碳捕集、利用与埋存技术(CCUS)是目前能源领域在双碳目标下实现油气高效开采的重要手段。将CO₂注入油藏中可提高采收率,但其流度与原油差异大且与油水存在明显的分异作用,导致波及效率有限。急需研发高效的CO₂封窜材料及相应的控窜技术,以提高油藏采收率和CO₂封存效率。介绍了CO₂驱过程中的窜逸特征,综述了目前常用的CO₂封窜材料与方法。展示了各项CO₂封窜技术在国内外油田的应用现状,并展望了在新疆油田CO₂提高采收率与储存过程中可能的应用前景。本研究对当前国内外油田CO₂驱过程中的封窜材料研发有一定的启示,指出了新疆油田CO₂封窜技术的发展方向。     

超临界氧化碳混相驱油机理实验研究

根据大庆榆树林油田原油组分变化、CO₂与原油界面张力关系及CO₂超临界性质,对CO₂混相驱地层情况进行了模拟研究,建立了CO₂混相驱驱替模型和方程。研究结果表明,超临界状态的CO₂可以降低所波及油水的界面张力;混相时混相带原油含碳组分中C₂₀以下的含量达到了最高值;水气交替注入时,水对混相有不利的影响。     

注入伴生CO2以提高北部湾油田采收率

分析北部湾油田的地质情况后认为注入CO₂气体可提高原油采收率。通过筛选论证,将东方1-1气田在海南岛陆上终端分离出的CO₂注入北部湾的C油田,CO₂日分离量1 000 t 时,正好能满足油田驱油需要的注入量,可实现20年的稳定注入。虽然180 km 的管线费用较大,但是驱油提高的采收率产生的效益更大,不仅能覆盖前期所有的投入,还能有不少获利,如果计算碳税或者碳交易的一些收入,CO₂驱油的前景更加光明,具有很好的经济、环保及社会效益。     

低渗透砂砾岩油藏二氧化碳驱提高采收率

焉耆盆地本布图油田低渗透砂砾岩油藏早期采用注水开发,储集层伤害严重,注水困难,采出程度低,亟需开展转换注驱研究,进一步提高采收率。为确定本布图油田低渗透砂砾岩油藏注CO₂提高采收率的可行性,开展了室内实验研究。结果表明,研究区地层原油膨胀性好,易降黏,易混相;最小混相压力为25 MPa,在目前地层压力下可达到近混相驱,驱油效率较高,具有大幅提高采收率的潜力。利用数值模拟对CO₂驱开发技术进行优化设计,采用五点法井网,连续注气开发,预计提高采收率13.37%,CO₂换油率0.330 t/t,为下一步矿场试验提供了理论依据。     

油田伴生气中CO2和轻烃的纯膜分离新技术

在油田开发过程中,大量用于驱油并伴随原油采出的CO₂和轻烃(C₂～C₅)被直接排放,不仅浪费资源,还污染环境,不符合CO₂驱油环保理念,回收CO₂和高附加值的轻烃势在必行。为此,通过分析某CO₂捕集、利用与封存(CCUS)示范区建成后伴生气组分的变化,优选聚乙烯胺膜、聚二甲基硅氧烷膜针对伴生气中的CO₂和轻烃开展室内分离试验,采用PROⅡ软件对伴生气分离整体流程进行了模拟仿真、开展了流程优化设计和装置试制,确定了膜技术分离油田伴生气中CO₂和轻烃的适用性,并开展了现场试验。研究结果表明：(1)随着CCUS示范区CO₂的注入,CO₂对地层中的轻烃组分具有一定的萃取作用,并导致其含量逐渐上升,需要回收被采出至地面的CO₂和高附加值的轻烃;(2)聚乙烯胺膜对CO₂具有强促进传递作用,CO₂浓度、温度、湿度为主要...     

可再生能源在油田地面工程中的应用

我国目前开采的原油多属于“三高”原油,在油田地面集输过程中需消耗大量热量用于加热原油.可再生能源作为一种对环境影响小,具有自我恢复及可持续利用的新型能源,在油田地面集输过程中具有很大的应用潜力.中国石化江苏油田根据自身地面集输过程的特点,将太阳能和风能应用于集输站,可替代集输工艺用能分别约为22%和44%,并将空气源热泵应用于井口采出原油加热,可减少电耗约87%;但太阳能、风能及空气源热泵均存在受自然因素影响显著、连续性和稳定性差的缺点.如果将太阳能、风能、热泵技术相互耦合并配以储热技术,将可实现为地面集输过程提供持续、稳定和经济的热量.     

低渗透油藏注CO2混相驱及CO2埋存评价

注CO₂开发低渗透油藏不仅能增加原油采收率，还能将CO₂埋存在地下，实现双赢。为了明确X低渗透油藏注CO₂混相驱油机理、CO₂在地层中的运移规律以及埋存机理，利用实验和数值模拟相结合的方法，从注CO₂混相特征、注CO₂参数优化和CO₂埋存评价3方面对X低渗透油藏进行研究。结果表明：地层原油注CO₂最小混相压力为26.03 MPa,CO₂有降低原油黏度和密度的作用；通过参数优化确定的推荐注采方案与衰竭开采相比，累计增油量为96.21×10⁴ t，主力开发层系X4-2、X4-3提高采收率分别为9.37百分点、6.02百分点；CO₂注入地层后，随着时间的推移，在平面上不断向四周扩散，在纵向上受重力分异的作用向上运移；评价区块注CO₂驱推荐方案预计CO₂埋存量为68.08×10⁴ t，其中构...     

电气化甲烷重整技术研究进展

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO₂排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO₂排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。     

高压悬滴法测定 CO 2 -原油最小混相压力

CO ₂ - 原油体系的最小混相压力是 CO ₂ 驱油技术研究中的一个重要参数。 采用高压悬滴法测定了延长油田特低渗油藏原油在 44 ℃ 油藏温度下 CO ₂ - 原油体系界面张力随压力的变化。 实验结果表明： CO ₂ -原油两相间的界面张力随体系压力的升高而呈近线性下降趋势。 根据外推法得出两相体系界面张力为0 时的最小混相压力为 23.56 MPa 。 利用该方法既可以较精确地得到 CO ₂ - 原油体系最小混相压力数据,又可以直接地观察到 CO ₂ - 原油混相互溶时的状态。 实验操作时间较短,且简单易行,对同类实验的测定方法具有一定的参考价值。     

油藏CO2驱过程中最小混相压力的动态变化及其影响因素分析

为了进一步研究CO₂驱过程中最小混相压力(MMP)的动态变化,为油气CO₂驱产出伴生气回注提供理论依据,针对吉林油田CO₂驱示范区的油藏工况,利用经验模型法和PVT方法分析计算MMP,进行了CO₂驱过程中油气组分及MMP变化的动态分析,研究了MMP的变化规律及其影响因素。结果表明,2种方法所得MMP差值为4%～8%,与实验值的误差为5.36%。在油藏CO₂驱生产过程中,由于CO₂的抽提作用使原油中的中轻质组分(C₂～C₆)减少,导致MMP增大。注入气的组分对MMP也有较大影响,纯CO₂中加入C₂H₆等轻质组分会降低MMP。CO₂驱油藏产出气中含有CO₂,CH₄和(C₂～C₄)等轻质组分,可以将其与纯CO₂混合后回注,当...     

二氧化碳混相压裂吞吐实验

针对南堡凹陷高5断块V油组常规水力压裂开发效果不佳的问题,通过开展PVT和岩心混相吞吐实验,明确CO₂混相压裂吞吐提高采收率作用机理,并利用矿场试验进一步验证技术有效性。研究结果表明：在目前地层压力(33.00 MPa)下,CO₂与原油可实现混相,且注入摩尔分数为60%的CO₂后原油体积膨胀41.01%,黏度降低33.08%,密度增加7.28%,表明CO₂对原油具有较好的增溶、膨胀、降黏作用;CO₂混相压裂吞吐采出程度可达到60%以上。试验井CO₂混相压裂吞吐后稳定生产26个月,累计增油2 200 t,原油重质组分得到了有效动用。该研究为低渗及致密油藏效益开发提供了有效技术途径。     

盐间页岩油CO2-纯水吞吐开发机理实验及开采特征

潜江凹陷页岩油储层储量丰富,其孔隙中富含多种可溶性矿物,采用CO₂-纯水吞吐进行开发,不仅能利用CO₂的超临界特性驱油,而且有利于提高CO₂在目的储层中的埋存,有效减少CO₂排放。但CO₂-纯水体系能否进入页岩微纳米孔隙,并有效动用孔隙中的原油是该方法能否实施的关键。通过设计CO₂、CO₂-纯水和CO₂-地层水的吞吐实验,基于核磁共振方法,明确了注CO₂、注CO₂-纯水和注CO₂-地层水组合的吞吐特征,总结了不同孔隙的原油动用规律和作用机理。实验结果表明:注CO₂-纯水体系比纯CO₂吞吐效率高8.62个百分点,比CO₂-地层水组合高12.66个百分点,CO₂-纯水组合形成的酸性流体会溶蚀孔隙表面的可溶性矿物,改善孔隙连通性,提高储层渗流能力,并且能有效提高小于0.01 μm、0.01~0.10 μm孔隙中的原油动用程度。多周期吞吐后,产出液中的离子物质的量浓度明显下降,表明后续注入纯水并未扩大波及体积,只是提高原油动用效率。该研究证实注CO₂-纯水体系可以有效提高页岩油藏采收率,为陆相页岩油有效开发提供新思路。     

二氧化碳驱提高石油采收率数值模拟研究

人类大量排放的CO₂温室气体使全球气候变暖，其幅度已经超出了地球本身自然变动的范围，对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。CO₂的地质处置最有效的方式就是注入油气田，不但封存了二氧化碳，而且还可提高油气田的采收率。针对这一问题，应用Eclipse软件对某油田注入CO₂进行水气交替驱等6套开发调整方案进行了数值模拟对比研究。结果表明，该方法可提高石油采收率5%～10%，相当于增加了20亿美元的经济效益；地质储存CO₂共计55×10⁴t，相当于一个500万人口的大城市一年排出的温室气体总量，其环境保护的意义是巨大的。研究结果还表明，水平井水气交替驱是地质储存CO₂、提高石油采收率的最优方法，该方法累计产油量最大，储集的CO₂也最多。这一结论为其他类似油田三次采油提供了技术参考，也可为我国在2012年后执行京都议定书减排CO₂提供依据。     

鄂尔多斯盆地油沟区长4+51低渗透油藏二氧化碳驱先导试验

鄂尔多斯盆地低渗透油藏储量丰富,但注水驱油效果不佳且陕北地区水资源匮乏,亟需新的驱油技术降本增效。为此,基于吴起油沟油区长4+51油藏特征,利用20 m细管在60 ℃下进行了CO₂驱替模拟实验,在此基础上,结合油藏特征设计了施工参数,并选取了5个井组进行CO₂驱先导试验,通过注CO₂前后地层压力对比、CO₂驱油效果、实施区CO₂泄露监测对现场施工情况进行了分析。研究表明:长4+51低渗透油藏满足CO₂混相驱的要求,井口压力8 MPa、流速0.6 t/h的施工参数可保障其混相,CO₂可在储层中均匀推进,地层压力稳步回升,注气2年同比注水驱油增产原油2 935.6 t,其换油比为3.03∶1,且在试验区土壤中未监测到CO₂泄漏。该研究可为碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在鄂尔多斯盆地的安全推广提供技术支持,为保障延长油田稳产及陕北地方经济可持续发展提供技术参考。     

CO2管输也要公平开放

<正>我国应以经济与法治手段为抓手,制定CO₂管道运输相关政策与法律。中国正在减少碳排放并推动碳中和,力求实现CO₂的净零排放。要实现这一目标,除大规模实施可再生能源替代以及挖掘可再生能源制氢等节能降碳技术潜力外,还需要在碳捕获与碳封存(CCS)上下功夫。2022年4月,中国石油工程建设有限公司西南公司申报的《二氧化碳管道输送工程设计规范》成功立项,标志着我国自主研发CO₂管道运输技术上的成熟。     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO2吞吐提高采收率机理

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO₂提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏为例,开展了一系列注CO₂实验并结合流体注入能力和油气组分传质评价实验,揭示了注CO₂吞吐提高采收率的机理,并明确了注CO₂吞吐的埋存形式、埋存效率与其生产动态之间的耦合关系。研究结果表明：(1) CO₂的注入能力是水的7.77倍、N₂的1.18倍;增加注入压力,促进CO₂与原油之间的相互作用,能有效提高CO₂的注入能力。(2) CO₂对原油物性的改善能力显著强于N₂,在CO₂—原油组分传质的协同作用下,注CO₂吞吐的采收率比N₂高6.84%。(3)原油膨胀和黏度降低是注C...     

不同注气介质驱替致密油藏微观孔隙动用特征研究

为了明确不同注气介质对致密油藏的微观驱油机理,基于核磁共振T₂谱测试原理,开展了注N₂/CO₂岩心驱替试验,从微观孔隙尺度研究了注N₂非混相驱和注CO₂混相驱的微观驱油机理,评价了驱替过程中不同孔径孔隙原油的动用程度。试验结果显示,N₂非混相驱和CO₂混相驱的最终采出程度相差很小;N₂驱替过程可划分为未突破期、突破初期和突破中后期3个阶段,小孔隙中的原油动用程度高于大孔隙;CO₂混相驱时大孔隙中原油的动用程度大幅增加,小孔隙中的原油动用程度相对较低。岩心微观孔隙结构分布是造成N₂/CO₂驱替过程中大、小孔隙中原油动用程度存在差异的主要原因。研究结果表明,与CO₂驱相比,致密油藏N₂驱的开发效果更好,这为安塞油田采用注N₂驱开发长6储层提供了理论依据。