張懌赫，盛家平，2，李情霞，宋 平，陳玉琨，覃建華

(1.中國石油大學(北京)非常規(guī)油氣科學技術研究院，北京 102249；2.Bob L.Herd Department of Petroleum Engineering，Texas Tech University，Lubbock TX，43111，USA；3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

CO2吞吐是目前重要的提高采收率技術之一，具有效果好、見效快、經(jīng)濟環(huán)保、適用性廣等優(yōu)點，被廣泛應用于低滲致密、裂縫性、碳酸鹽巖、頁巖、復雜斷塊等多種類型油藏中，在稠油油藏中也有大量應用[1-5]。近年來，吉林、蘇北、冀東、遼河、新疆、Eagle Ford、Bakken等油田都開展了CO2吞吐室內(nèi)研究和礦場試驗，并取得了良好的應用效果。隨著CO2吞吐技術的發(fā)展，其應用領域進一步拓展：單井CO2吞吐向井組整體協(xié)同吞吐發(fā)展；單一CO2吞吐模式向CO2復合吞吐模式發(fā)展；傳統(tǒng)CO2吞吐方式向超臨界CO2吞吐、納米顆粒輔助CO2吞吐等新技術發(fā)展。為促進CO2吞吐技術在油氣藏開采中的應用及發(fā)展，調研了國內(nèi)外文獻，介紹了CO2吞吐增產(chǎn)原理、CO2吞吐礦場實踐與應用技術，通過總結不同類型油藏CO2吞吐礦場實踐，分析了CO2吞吐技術在油氣藏開采中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

1 CO2 吞吐增產(chǎn)機理

CO2吞吐提高采收率的理念被提出后，國內(nèi)外眾多學者通過礦場應用及室內(nèi)實驗對其提高采收率機理開展了大量研究。Haskin等[6]對不同黏度原油開展了CO2吞吐室內(nèi)實驗研究，并對Texas州東部和南部12個油田28口井的礦場試驗進行了評估，認為原油膨脹和溶解降黏是提高原油采收率的重要機理。Miller等[7]分析了美國Kentucky州的CO2吞吐礦場試驗數(shù)據(jù)，指出油水相對滲透率的改變、水相流度的降低在增產(chǎn)機理中可能起到重要作用。South Louisiana油藏的CO2吞吐礦場試驗中[8]，當CO2在儲層中的黏度降低時，增產(chǎn)率提高，這表明黏性指進在CO2吞吐過程中具有積極作用，同時發(fā)現(xiàn)CO2能夠萃取原油中的輕烴組分，從而提高單井產(chǎn)量。Schenewerk等[9]發(fā)現(xiàn)CO2吞吐可以顯著改變井筒附近的含油飽和度分布并大幅降低采出液中的含水率。Wolcott等[10]研究了構造因素對CO2吞吐效果的影響，結果表明，不同的注氣部位會產(chǎn)生不同的重力分異作用，進而影響采收率。Wehner[11]分析了新墨西哥州油藏CO2吞吐試驗效果，發(fā)現(xiàn)原油膨脹與降黏機制對初始日產(chǎn)油峰值的產(chǎn)生有重要作用，但增油效果持續(xù)時間較短，而圈閉氣飽和度是導致輕質油藏CO2吞吐繼續(xù)增油的主要因素。楊勝來等[12]與王守嶺等[13]進行了CO2吞吐室內(nèi)實驗，結果表明，原油溶解CO2后可降低油水界面張力，并增加井筒附近地層壓力和能量，開井后形成溶解氣驅，從而增加單井產(chǎn)量。

上述礦場應用研究為后續(xù)的CO2吞吐技術發(fā)展奠定了良好基礎，也逐漸完善了對CO2吞吐增產(chǎn)機理的認知：①原油降黏與膨脹增能。原油中溶解CO2后會大幅降低黏度，提高其流動性，同時會使原油體積膨脹，增加地層的彈性能量，剩余油脫離或部分脫離地層的束縛變成可動油。②降低液面張力。油水界面張力降低大幅降低了CO2在驅替過程中受到的阻力，達到提高采收率的效果。③輕烴萃取。CO2可以氣化和萃取原油中的輕質成分，有利于殘余油產(chǎn)出，增加單井產(chǎn)量。④酸化解堵。CO2溶于水后的酸性作用可以消除堵塞，改善地層滲透率。⑤潤濕性改變。儲層由油濕向水濕轉變，從而降低殘余油飽和度，提高驅油效果。

一般來說，上述CO2吞吐增產(chǎn)機理在吞吐過程中是同時存在的，但目標油藏的地質特征決定了其中的某一種或幾種在驅油過程中起決定作用。對于稠油油藏，Welker[14]與Jha[15]發(fā)現(xiàn)，原油黏度降低和體積膨脹是其最主要的增產(chǎn)機理，黏度的降低使得稠油更易流動，體積膨脹后既增加了地層能量，又可以增加孔隙壓力，提升原油驅動力，使得殘余油更易被采出。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)：輕烴萃取與油水界面張力的降低同樣是稠油油藏CO2吞吐的重要采油機理；在致密油藏中，CO2吞吐技術主要作用機理為膨脹增能、原油降黏、改變裂縫周圍的儲層滲透率與酸化解堵等，增加并保持地層能量可以有效克服致密油藏在井網(wǎng)壓裂衰竭式開采后地層能量下降過快，導致產(chǎn)能遞減迅速的問題；在頁巖油藏中，注入CO2后的地層水呈弱酸性，可有效緩解黏土膨脹，保持儲層穩(wěn)定性；復雜斷塊油藏小范圍且邊界封閉的情況，更有利于在關井期間CO2與原油充分作用，減少氣竄，提高CO2利用率，CO2溶于原油通過體積膨脹達到增能的作用，改善了斷塊油藏因為非均質性強而帶來的長期地層能量不能及時補充，產(chǎn)能低的問題，同時根據(jù)斷塊油藏的具體情況，原油降黏、改變滲流能力、重力分異等機理同樣為其重要機理；對于裂縫性油藏，則利用了CO2吞吐技術具備的降黏改善流動性、膨脹增能改善非均質性、改變潤濕性的機理。

2 CO2吞吐礦場實踐

2.1 稠油油藏CO2吞吐礦場應用

稠油油藏具有原油黏度高、流動性差等特點，熱采技術是常規(guī)開采手段，但隨著開采難度的增加，傳統(tǒng)的單一開發(fā)模式已經(jīng)逐漸向多元化開發(fā)模式轉變。CO2吞吐技術的提出最初就是為了解決稠油的提高采收率問題。下面以國內(nèi)外油田為例，介紹CO2吞吐技術在普通稠油油藏、裂縫性石灰?guī)r稠油油藏、薄層強底水稠油油藏、高孔高滲稠油油藏、特稠油油藏中的應用情況，總結面對的問題與解決辦法。

Mohammed-Singh等[16]對Trinidad和Tobago的森林保護區(qū)油藏20 a的CO2吞吐生產(chǎn)資料進行了分析，總結了適合CO2吞吐技術的油藏選井標準，其中稠油油藏占了相當?shù)谋戎?。同時指出，提高采收率的效果主要集中在CO2吞吐前3個周期，且增產(chǎn)比與注入CO2的量存在相關性。

Ritchie油田位于美國南部Arkansas州，屬典型普通稠油油藏，滲透率為1 184 mD，孔隙度為31%，開展CO2吞吐礦場實踐后，單井日產(chǎn)油量由11.00 m3/d增至21.00 m3/d，提高10.00 m3/d，采收率增加12.5個百分點并持續(xù)見效，取得了較好的應用效果[17]。

Bati Raman油田位于土耳其東部，屬裂縫性石灰?guī)r稠油油藏，原油黏度高。經(jīng)過室內(nèi)研究與先導礦場試驗分析，確定利用CO2吞吐技術提高采收率。井區(qū)為五點式井網(wǎng)，注入7.77×1010m3CO2，實施CO2吞吐技術后，平均單井日產(chǎn)油從之前的3.50 t/d增至5.60 t/d，采收率提高了5.0個百分點，增產(chǎn)效果明顯。該研究同時證明了CO2在基質-裂縫間的擴散是裂縫性儲層CO2吞吐增產(chǎn)的重要機理[18]。

興北油田位于蘇北盆地，目標油藏為薄層強底水稠油油藏，儲層埋深在1 900 m左右，油層厚度為4.70～9.49 m，50 ℃地面脫氣原油黏度為14 089.19 mPa·s，于2015年采取降黏劑與CO2吞吐結合的方法開展了4口水平井礦場實踐，利用降低抽油泵排量的方法改善底水錐進。日產(chǎn)油量從試驗前的0.12～0.45 t/d升至試驗后的4.01～12.65 t/d，增幅達30倍；其中，興北3平2井CO2換油率達0.85，CO2換油率顯著提升。先注入的降黏劑既與CO2的降黏效果產(chǎn)生協(xié)同作用，又降低了CO2注入時瀝青沉淀對油層的傷害[19]。

冀東油田G區(qū)塊高孔高滲油藏屬于典型的邊底水稠油油藏，原油黏度為415.00 mPa·s，油層平均深度為1 924 m，厚度為6.30 m，開發(fā)模式為反九點井網(wǎng)滾動開發(fā)，井距為250 m，優(yōu)選7口水平井開展了CO2吞吐試驗。生產(chǎn)參數(shù)顯示：單井CO2注入量為1 192 t，5口井措施見效，CO2吞吐一周期后平均單井累計增油為360.04～1 224.84 t，CO2換油率為1.98～3.83，增油效果明顯。GP25井為GP11井的鄰井，與其形成了低構造水平井(GP11井)吞吐、高構造水平井(GP25井)受效的聯(lián)合吞吐模式，GP25井井底含油飽和度不斷提升，增油效果好于其他井。說明CO2吞吐在稠油油藏的應用中，稠油流動性的提升是其主要增產(chǎn)機理之一，井組聯(lián)合吞吐方式是提高開發(fā)效果的有效方式[20]。

大港油田于2018年至2019年在板橋地區(qū)及劉官莊地區(qū)共實施CO2吞吐12井次。板橋淺層B14-1區(qū)塊屬于高孔高滲常規(guī)稠油油藏，50 ℃地面脫氣原油黏度為2 598.00 mPa·s，油藏埋深為1 900～2 400 m，劉官莊地區(qū)CL101區(qū)塊屬于特稠油油藏，黏度高達16 800.00 mPa·s(50 ℃)，油藏埋深為1 200～1 400 m，在CO2吞吐的基礎上采用電加熱輔助降黏及水力泵排液工藝。2個區(qū)塊單井增油平均達到3.4倍，累計增油超過3 000.00 t，含水率降低超過50.0個百分點，其中，CL101H井累計注入847 t CO2，累計產(chǎn)油量為2 473.00 t，CO2吞吐礦場實施效果很好。大港油田礦場應用的成功為CO2吞吐在普通稠油油藏和特稠油藏推廣實施積累了經(jīng)驗[21]。

以上礦場實踐證明，CO2吞吐在普通稠油油藏、裂縫性石灰?guī)r稠油油藏、薄層強底水稠油油藏、高孔高滲稠油油藏、特稠油油藏中都有較好的應用。但同樣存在問題：有些井位于構造低部位靠近邊水且含油飽和度低而導致技術失效；因為蠟質、瀝青質的含量在稠油中較高，在CO2吞吐礦場實踐時很可能會發(fā)生固相沉積，對地層造成重復傷害；稠油流動性差，井筒周圍含油飽和度過低等。目前，CO2復合吞吐技術逐步得到應用，可有效彌補CO2吞吐技術在稠油油藏應用中的不足之處，擴展CO2吞吐在稠油油藏中的應用范圍。

2.2 低滲致密油藏CO2吞吐礦場應用

頁巖和致密油藏存在孔隙構造復雜、非均質性強等問題，能量不易補充且有效驅替系統(tǒng)難以形成，導致采收率較低(頁巖油采收率一般不到10%)，CO2吞吐技術可以增加并保持地層能量且能緩解黏土膨脹，改善儲層滲流效果，在提高該類油藏采收率方面擁有巨大潛力。

位于北美的Bakeen頁巖儲層是美國致密油藏的典型代表，Wei等[22]對Bakeen儲層30 a生產(chǎn)資料分析顯示，實施CO2吞吐后采收率提高了2.5～9.4個百分點，這充分說明在致密油藏實施該技術是完全可行的。同時通過數(shù)值模擬研究說明，CO2擴散系數(shù)和CO2注入速度是影響增產(chǎn)效果的重要因素。

蒲玉娥等[23]在三塘湖油田馬46井區(qū)優(yōu)選4口井進行CO2吞吐技術礦場試驗。50 ℃地面脫氣原油黏度為121.00～1 616.00 mPa·s，油藏埋深為760～1 580 m，油層厚度為7.00～13.00 m，試驗后湖220井和馬北103井由原來的無產(chǎn)能提高至日產(chǎn)油為1.00 m3/d和0.60 m3/d；馬46井和牛東101井平均日產(chǎn)油分別提高至0.74 m3/d和1.50 m3/d。CO2吞吐礦場試驗取得了一定效果，但日產(chǎn)油量并未達到預期。分析存在以下問題：儲層供給不足且物性差、原油黏度高；地層溫度偏低，導致CO2溶解量和原油流動性降低，且易使液態(tài)CO2汽化造成儲層冷傷害；CO2吞吐實施時間晚，錯過了其最佳實施時機，降低了吞吐效果。

大慶扶余特低滲透油藏的原油黏度為7.02 mPa·s，油藏埋深為1 700～2 500 m，油層厚度為4.00～12.00 m，在大規(guī)模水平井體積壓裂改造的前提下，優(yōu)選YP1-7井開展了水平井CO2吞吐礦場實踐，同時以室內(nèi)注氣溶脹實驗及定量表征人工裂縫數(shù)值模擬方法為依據(jù)，進行了CO2吞吐參數(shù)優(yōu)化。悶井40 d后開井，日產(chǎn)油量為6.30 t/d，CO2累計注入量為9 900 t，累計增油量為1 194.00 t，采收率提高了1.8個百分點。實驗結果同時證實，由于壓裂后裂縫情況復雜，無法達到CO2混相的程度，裂縫周圍的儲層滲透率改變是CO2吞吐增產(chǎn)的主要機理之一[24]。

七棵樹油田儲層低滲致密且原油黏度低，埋深平均為2 100 m，平均油層厚度為6.60 m。試驗井位于松遼盆地東南隆起區(qū)SW10區(qū)塊，井距小于200 m，投產(chǎn)方式為壓裂投產(chǎn)(壓裂6段)，2018年為提高采收率，開展單井CO2吞吐先導試驗。試驗一井CO2累計注入量為514 t，試驗二井CO2累計注入量為507 t，2口井均以80.00 t/d速度注入，試驗一井悶井17 d，試驗二井悶井20 d，開井后試驗一井日產(chǎn)油由CO2吞吐前的2.50 t/d增至6.20 t/d，接近初始值的2.5倍，截至2019年8月該井仍處于有效期，階段累計增油420.00 t，CO2換油率為0.82，吞吐效果較好。該礦場試驗在施工工藝上進行了優(yōu)化：提前注入表面活性劑段塞，降低表面張力，原油流動更加容易；CO2連續(xù)注入，防止壓力波動過大；通過熱洗防止儲層冷傷害。通過施工工藝優(yōu)化有效提升了CO2吞吐增油效果[25]。

以上室內(nèi)研究及礦場實踐表明，對于低滲致密油藏，CO2吞吐的確是一個行之有效的方法，但仍存在問題：中國大部分低滲致密油藏具有較強的非均質性，且部分儲層發(fā)育天然裂縫，而開采該類油藏又大多需要人工壓裂，提高了裂縫系統(tǒng)的復雜性，很容易造成CO2氣竄；對于中國大部分的低滲油藏，CO2最小混相壓力過高，CO2很難與地層原油進行混相，影響了增產(chǎn)效果。如何更好地解決上述問題是未來需要研究的方向(減少氣竄影響；非混相向混相、近混相方向發(fā)展)。

2.3 復雜斷塊油藏CO2吞吐礦場應用

復雜斷塊油藏具有構造復雜、斷裂系統(tǒng)發(fā)育、儲層非均質性強、原油性質差異大的特點，且斷塊與斷塊之間很難有效連通，邊界封閉，開采難度大。劉炳官[26]通過數(shù)值模擬優(yōu)化了CO2吞吐注入速度、注入量等參數(shù)，并進行了礦場試驗，證實CO2吞吐技術可以有效開發(fā)斷塊油藏。張國強等[27]通過對CO2吞吐時近井地帶壓力與油層飽和度的分析，闡述了CO2吞吐后含油飽和度上升的機理，為該技術的應用提供了理論依據(jù)。

CO2吞吐技術在冀東油田被廣泛應用。高尚堡、南堡、老爺廟等油田先后開展了CO2吞吐礦場試驗[28-29]。高尚堡淺層斷塊油藏位于南堡凹陷高尚堡構造北部，36口井進行CO2吞吐現(xiàn)場試驗，并采用FF-1緩蝕劑防腐措施和不動管柱操作流程，平均單井產(chǎn)油量由1.72 t/d增至4.88 t/d，漲幅近2倍，含水率由95.0%降至51.5%，控水效果顯著。

南堡油田為渤海灣盆地典型的復雜斷塊油藏，斷塊零碎且含油面積小，儲層具有高孔高滲、膠結疏松、生產(chǎn)過程中易出砂的特點，采取選擇性堵劑與CO2吞吐聯(lián)合工藝開采方式。高淺北區(qū)油藏原油黏度較高，埋深為1 700～1 900 m，實施水平井CO2吞吐84井次，主要集中于Ng6小層，油層厚度為6.00 m，單井平均增油量為598.00～734.00 t，單井平均有效期為151～286 d。在稠油小斷塊實施CO2吞吐14井次，單井平均有效期達到163 d，有效率為92.9%，平均增油量為673.00 t。

老爺廟油田淺層斷塊油藏為河流相沉積，原油黏度低，生產(chǎn)現(xiàn)狀呈現(xiàn)“兩低一高”特點，即地質儲量采油速度低、采出程度低、含水率高，調剖與動態(tài)調控效果不佳。為解決上述問題，進行CO2吞吐礦場試驗，共實施CO2吞吐54井次，有效48井次，有效率為90.0%，單井平均增油量為325.00 t[28]。其中，典型井M28-P4井油層厚度為8.00 m，設計CO2吞吐半徑為8 m，CO2注入量為270 t，首輪吞吐增油1 436.00 t。

蘇北復雜斷塊油田位于蘇北盆地，具有“碎、深、小、低、薄”的特點，儲層物性差、非均質性強，很難形成有效的開發(fā)井網(wǎng)。油田地質儲量豐度低且動用程度差，已開發(fā)的油田采出程度較低，僅為14.4%。蘇北地區(qū)擁有豐富的CO2資源，有利于開展CO2吞吐礦場試驗。針對以上情況，先后開展12井次的CO2吞吐試驗，累計增油10 724.00 t，平均CO2換油率為2.39，經(jīng)濟效益與增油效果具佳。蘇115井位于草舍油田草北斷塊，該斷塊屬于中高滲小斷塊油藏，油藏深度為2 700 m左右，油層厚度為9.40 m，地層原油黏度為16.98 mPa·s。實施CO2吞吐后，日產(chǎn)油為1.60 t/d，CO2換油率為3.98，累計增油量為2 753.00 t。祝2井采取壓裂加CO2復合吞吐工藝，且為了避免油藏污染未使用頂替液與前置液，開展現(xiàn)場試驗后，平均日產(chǎn)油為2.30 t/d，累計增油量為1 006.00 t，CO2換油率達2.07，效果良好[30]。

上述礦場試驗說明：在CO2吞吐實施過程中，應防止邊水突進過快，避免重力分異影響，盡量避開油層薄且水淹嚴重的區(qū)塊；選擇的目標井應遠離油水邊界，且位于構造的較高部位；同時還應研究新技術來解決斷塊油藏層間干擾嚴重的問題。

2.4 裂縫性油藏CO2吞吐礦場應用

碳酸鹽巖油藏天然裂縫發(fā)育且含有大量溶洞，油層非均質性強，生產(chǎn)中面臨初期產(chǎn)油遞減快、穩(wěn)產(chǎn)難度大、自然產(chǎn)能低、衰竭式開發(fā)采收率低的問題。利用CO2吞吐技術膨脹增能改善儲層非均質性、改變潤濕性的特點可以有效解決該類油藏面臨的問題。

Torabi[31]等利用裂縫性油藏巖心進行了CO2吞吐室內(nèi)研究，利用單裂縫-基質物理模型和數(shù)值模擬證實了該技術可有效提高采收率，且當注入的CO2達到近混相時，開發(fā)效果好。當注入壓力遠高于最小混相壓力時，開發(fā)效果并沒有明顯提升，應合理控制注入壓力。

黃琴等[32]對CO2吞吐技術在裂縫性油藏中的應用展開了研究，結果表明：在各個參數(shù)中，基質滲透率的影響較??；當混相時裂縫性輕質油藏的開發(fā)效果非常好，裂縫性高滲油藏CO2吞吐效果要好于低滲油藏。

新疆準噶爾盆地某油藏屬于石炭系火山巖油藏，油層中部埋深為3 062 m，50 ℃地面脫氣原油黏度為11.32 mPa·s，孔隙類型主要為溶蝕裂縫與溶蝕孔。2018年9月對2口油井實施CO2吞吐礦場試驗。a井為直井，CO2注入量為506 t，悶井40 d，措施后平均日產(chǎn)油為1.30 t/d，累計產(chǎn)油量為396.00 t，CO2換油率為0.78。b井為水平井，水平段長度為500 m，裸眼分隔器+壓裂完井，CO2注入量為701 t，悶井48 d，措施后日平均產(chǎn)油為3.30 t/d，累計產(chǎn)油量為944.00 t，CO2換油率為1.35。礦場試驗數(shù)據(jù)表明：井間干擾較小、裂縫平面連通性差的火山巖油藏CO2吞吐增產(chǎn)效果較好，可獲得較高的CO2換油率，且水平井的效果要優(yōu)于直井[33]。

由于裂縫性油藏的局限性，目前的技術還難以將CO2吞吐普適性地應用于該類油藏。通過系統(tǒng)研究CO2吞吐技術在裂縫性油藏中的增產(chǎn)機理與特征，了解不同裂縫狀態(tài)下的CO2擴散規(guī)律，是裂縫性油藏CO2吞吐技術下步研究方向。

3 發(fā)展方向

目前CO2吞吐技術發(fā)展呈現(xiàn)多元化趨勢，單井CO2吞吐向井組CO2吞吐發(fā)展；單一吞吐模式向復合吞吐模式發(fā)展；傳統(tǒng)方式向新技術發(fā)展。

3.1 CO2復合吞吐

3.1.1 CO2與N2復合吞吐

在CO2吞吐工藝長期應用過程中，井筒腐蝕等問題是不可避免的，CO2與N2復合吞吐是解決該問題的方法之一。N2來源廣、經(jīng)濟性高，且性能穩(wěn)定，是很好的增能介質。與CO2相比，其增能、助排和重力驅動等作用較為明顯，但膨脹降黏的能力較弱。為探明CO2與N2復合吞吐作用機理，眾多學者開展了CO2與N2復合氣體提高采收率的可行性實驗研究。

Seomoon[34]、Li等[35]對CO2與N2復合吞吐的影響因素與復合比例進行了研究，結果證實，CO2與N2具有很好的協(xié)同作用，可充分發(fā)揮N2的增能作用與CO2膨脹降黏的優(yōu)勢，并提高CO2的注入能力，但國外將上述研究大多應用于煤層氣，缺少油藏應用的案例。

近年來，中國學者對該技術在油藏中的應用展開了研究。蘇偉等[36]以塔河奧陶系海相碳酸鹽巖油田為研究目標進行了CO2與N2復合吞吐室內(nèi)實驗，實驗壓力設置為35 MPa，回壓為10 MPa，悶井2 d，吞吐周期為1周期。為模擬底水錐進，開井后恒定產(chǎn)液速度生產(chǎn)的同時以3 mL/min速度注入底水。當注入比為1∶1時，N2先于CO2注入的吞吐效果要好于先注CO2再注N2，這是因為CO2的注入會使近井地帶原油黏度降低，流動性增強，之后注入的N2很容易擴散至油藏深部，N2的增能特性無法充分發(fā)揮，造成氣頂能量減弱，降低了CO2與N2的協(xié)同效應。

冀東油田G區(qū)塊[37]為常規(guī)稠油油藏，進行了CO2與N2復合吞吐的物理模擬實驗，CO2與N2以2∶1比例注入時增油效果接近于純CO2吞吐。室內(nèi)實驗研究表明：雖然N2的存在降低了CO2的溶解降黏能力，但N2的增能作用可以實現(xiàn)對增油效果的補償，且具有更好的經(jīng)濟收益；CO2與N2復合吞吐可以有效利用氣體間的協(xié)同作用并提高換油率，N2應先于CO2注入，當復合氣體中N2所占比例過高時，會降低CO2的溶解降黏作用，且影響程度要高于N2本身的增能作用，導致CO2與N2復合吞吐整體增油效果變差。綜上所述，采取CO2與N2復合吞吐提高采收率時，應以溶解降黏作用為主增能作用為輔，充分發(fā)揮N2的增能作用和經(jīng)濟特性。

3.1.2 CO2與化學劑復合吞吐

CO2與降黏劑在原油降黏方面有很好的協(xié)同作用，其原因是降黏劑可以降低原油黏度，使CO2更易進入地層孔隙，CO2的攜帶作用可使降黏劑進入油層深處，擴大原油黏度的降低范圍。因此，CO2與降黏劑復合吞吐在補充地層壓力和降低原油黏度方面有較好的效果。

陶磊等[38]對鄭411稠油油田CO2與降黏劑復合吞吐礦場試驗進行了研究，發(fā)現(xiàn)當CO2與降黏劑復合應用時，不論是破乳能力還是降黏能力都要優(yōu)于二者單獨作用時的效果，原油的流動性大幅上升，提高了采收率，且降黏效果和原油的含水率成正比關系。

陳家莊油田373塊[39]為特稠油油藏，儲層物性好，前期采用蒸汽吞吐開發(fā)，隨蒸汽吞吐周期增加開發(fā)效果逐漸變差，決定采用CO2與降黏劑復合吞吐技術提高生產(chǎn)效果。表1對比了不同開發(fā)方式的生產(chǎn)效果，可以看出，蒸汽吞吐后轉CO2與降黏劑復合吞吐開發(fā)方式，4個周期后累計產(chǎn)油量達到1 922.00 t，產(chǎn)出投入比為1.64，生產(chǎn)效果要優(yōu)于蒸汽吞吐、化學吞吐和CO2吞吐。

表1 陳家莊油田373塊不同開發(fā)方式效果對比

上述研究結果表明：CO2與降黏劑復合吞吐技術在稠油油藏的應用效果較好；值得注意的是CO2與降黏劑復合吞吐的產(chǎn)出投入比為1.64，要略低于化學吞吐的1.91。因此，提高CO2與降黏劑復合吞吐的經(jīng)濟性是下步研究方向。

對于頁巖油藏，實驗研究證明，CO2與表面活性劑復合吞吐可以有效提高采收率[40-42]。Zhang等[43]在不同壓力下，利用完成CO2吞吐實驗的巖心進行表面活性劑自吸實驗。實驗結果表明：表面活性劑使Eagle Ford頁巖試樣的潤濕性由親油轉變?yōu)橛H水，界面張力從31 mN/m降至6 mN/m；實驗最終采收率為57.6%，其中，表面活性劑輔助自吸作用提高采收率8.6個百分點，且與CO2吞吐相比，采取復合吞吐開采效率大幅提升。分開注入CO2和表面活性劑可以更清楚區(qū)分兩者對于提高采收率的貢獻，實驗證實2種方法采出原油的組成是不同的，即表面活性劑與CO2提高采收率的機理不同，烴類中的較重組分是在表面活性劑的改變潤濕性與降低表面張力作用下采出的。

3.1.3 CO2與泡沫復合吞吐

泡沫通過封堵裂縫及高滲條帶，促使CO2進入低滲層，擴大CO2吞吐的波及體積，返排時由于地層壓力下降，CO2會形成泡沫水流改善流度，進而改善低滲透油田的開發(fā)效果。

1958年，Bond等[44]提出向油藏中注入CO2與泡沫體系以改善CO2注入過程中的氣竄和波及效率低的問題。Hoefner等[45]通過觀察CO2與泡沫體系在礦場實踐中的應用，證實了該體系的有效性。Ma等[46]通過油藏數(shù)值模擬與室內(nèi)實驗研究了影響泡沫穩(wěn)定性的因素，為礦場應用提供了技術支持。

于春濤等[47]利用人造貝雷巖心來模擬吉林油田低滲油藏情況，先以2.0 mL/min的速率水驅至巖心內(nèi)部原油不再產(chǎn)出，然后進行CO2吞吐實驗至巖心原油不再產(chǎn)出，最后將CO2與泡沫溶液以0.2 mL/min的速度注入進行復合吞吐，3次實驗的采收率結果分別為44.5%、57.1%、68.7%。實驗結果證實，泡沫具有良好的封堵能力，通過抑制氣竄和水淹可提高裂縫性低滲透巖心的采收率。通過室內(nèi)實驗篩選出YQY-1發(fā)泡體系，確定了最佳配方為1 t CO2與1 m3泡沫混合，并開展單周期CO2與泡沫復合吞吐礦場試驗。生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，CO2與泡沫復合吞吐與CO2吞吐對比，產(chǎn)液量大幅提升，采收率提高了11.6個百分點。說明對于低滲透高含水油田，CO2與泡沫復合吞吐具有更好的控水增產(chǎn)效果。

3.2 CO2協(xié)同吞吐

CO2協(xié)同吞吐即一口或多口井實施CO2吞吐、多口井受效的組合式CO2吞吐方法。通過整體注氣，可以擴大CO2在地層內(nèi)的波及面積并充分發(fā)揮協(xié)同作用，有效動用井間剩余油，從而改善開發(fā)效果。

冀東油田通過室內(nèi)實驗研究了CO2協(xié)同吞吐增產(chǎn)機理。實驗結果表明，CO2協(xié)同吞吐增產(chǎn)機理為膨脹增能、通過重力分離使部分氣體運移至高部位提高波及范圍等，大地層傾角和一定的非均質性是形成協(xié)同效應的有利條件。CO2協(xié)同吞吐既可以在構造低部位的井注入CO2，通過能量補充有效地控制邊水的侵入，也可選擇在構造低、高部位的井中同時注入CO2，來更好地動用高部位的剩余油，實現(xiàn)增油效果。冀東油田水平井組實驗中，低構造部位的井和高構造部位井CO2注入比為7∶1，可采出約997.8 t原油[48]。

蘇北盆地JN油田為低滲斷塊油藏，對J2-2HF井和J1-1HF井組實施CO2協(xié)同吞吐措施，措施后，有5口井見效，累計注入CO2為1 500 t，累計增油量為1 681.00 t，換油率為1.12。試驗證實在封閉的小斷塊油藏，利用CO2協(xié)同吞吐可以彌補裂縫帶來的氣竄影響[49]。

3.3 超臨界CO2吞吐

CO2的注入能力較差，很難在致密油藏中應用。超臨界CO2具有良好的擴散性能，表面張力近似為0，且對非極性有機物具有非常好的溶解性，是致密油藏提高采收率有效技術之一。

國內(nèi)外眾多學者通過室內(nèi)實驗研究了超臨界CO2吞吐提高采收率機理。Zhang等[50]發(fā)現(xiàn)超臨界CO2、鹽水和巖石的相互作用可以改善致密儲層的連通性，可以提高油藏采收率。Tang等[51]通過數(shù)值模擬研究證實：超臨界CO2從裂縫向基質的擴散是致密油藏增產(chǎn)的主導因素，擴散速率依賴于巖石基質的滲透率；當注入的CO2可以與原油相溶時，超臨界CO2吞吐是一種有效的致密儲層開采方法，且對輕質油效果最佳。張越琪等[52]以鄂爾多斯盆地致密油藏為研究對象，利用數(shù)值模擬方法對超臨界CO2吞吐影響參數(shù)進行了研究。結果表明：CO2注入相態(tài)對開發(fā)效果影響大；衰竭壓力是影響轉注時機的重要因素；N2輔助保壓可以提高超臨界CO2吞吐的采收率。上述室內(nèi)研究證實，超臨界CO2吞吐可以有效改善致密油藏的開發(fā)效果且具有巨大應用潛力。

3.4 納米顆粒輔助CO2吞吐

納米顆粒具有比表面積小的特點，低濃度的納米顆粒就能夠在儲層內(nèi)有效發(fā)揮降低界面張力等作用，近年來被應用于石油與天然氣領域。Zheng等[53]分析了納米顆粒、CO2注入量、浸泡時間等因素對提高CO2吞吐采收率的影響。結果表明：納米顆粒和CO2共同注入后，單井產(chǎn)油量增加一倍，增油效果持續(xù)時間明顯延長(大于526 d)，采收率顯著提高，含水率下降；納米顆粒能降低水與油的界面張力，使巖石潤濕性發(fā)生轉變，有利于采油，且納米顆粒和CO2注入量越大，浸泡時間適當延長，采收率越高。研究成果證實了納米顆粒輔助CO2吞吐的可行性。值得注意的是，納米顆粒在高溫高鹽和極端pH值環(huán)境中往往是不穩(wěn)定的，且大多數(shù)的有機介質較為昂貴，因此，納米顆粒的穩(wěn)定性與使用成本是必須考慮的因素。理想的納米顆粒應具有成本低、顆粒直徑小、性質穩(wěn)定的特點。對納米材料表面進行改性處理，以克服該技術在礦場應用時面臨的困難是下步研究方向。

4 結 論

(1) 總結了近年來CO2吞吐技術應用進展，對不同類型油藏的礦場應用案例進行了分析，并對比了各類CO2吞吐技術的優(yōu)缺點。

(2) 國內(nèi)外礦場試驗的回顧與分析表明，CO2吞吐技術是一種高效、經(jīng)濟、環(huán)保、適用性廣的提高采收率技術。目前大部分礦場試驗項目分布在稠油油藏、復雜斷塊油藏中，而在致密性、裂縫性油藏中應用較少，超臨界CO2吞吐技術為致密油藏提供了新的提高采收率思路。

(3) 除單一CO2吞吐模式外，復合吞吐是應用范圍最廣的CO2吞吐技術。N2的保壓增能，化學劑的降黏、改變潤濕性、降低界面張力等作用，都使得CO2吞吐更加高效。納米顆粒輔助CO2吞吐技術由于納米顆粒穩(wěn)定性和經(jīng)濟性問題，應用仍然存在一定的局限，需要進一步研究并通過礦場應用證實其實用性，這些將會是今后的發(fā)展趨勢和研究方向。