大庆油田CO2驱油经济效益评价方法研究
一.研究的目的与意义
众所周知二氧化碳是导致地球温室效应的主要气体，工业生产的尾气排放是造成二氧化碳量急剧增长的根源，同时工业生产的尾气还会排放各类有毒有害气体，所以为了保护我们的地球必须要对这些尾气进行收集净化。
1952年沃顿(whorton)等人获得第一项利用 CO2采油的专利，人们意识到二氧化碳是可以为采油带来经济效益的，在随后的研究中发现二氧化碳具有（1）使原油膨胀、（2）降低原油粘度、（3）改变原油密度、（4）对岩石起酸化作用、（5）可以将原有中的轻质馏分汽化和抽取、（6）压力降低造成溶解气驱、（7）降低油水界面张力。
从20世纪 70年代起，CO2一EOR作为三次采油的一项重要手段，已在实验室和现场进行了相当规模的研究和应用，其中应用较多的主要是美国、前苏联、加拿大、英国等国家。目前，CO2一E0R已成为美国提高石油采收率的主导技术，2004年美国CO2一EOR增加的原油产量占全国提高采收率项目总产量的31％。
近几年来，CO2一EOR技术发展迅速。研究表明，将CO2注入油层，不仅能大幅提高采收率，而且可达到CO2减排的目的，满足环保和油藏高效开发的双重要求。由于技术的进步和温室效应的存在CO2一EOR越来越受到重视，包括我国在内的很多国家都开展了矿场实验 。
所以为了以最小的二氧化碳投入换来最大的经济效益回报，我们需要对二氧化碳驱油进行系统的经济效益评价。而大庆油田是高含水油田，平均含水率达到80%以上，利用CO2可以进一步提高原油采收率。
自1963年,大庆油田首先进行二氧化碳驱研究并开展了小规模的先导性试验，时至今日大庆油田在二氧化碳驱油方面技术较为成熟，驱油面积较广，所以对大庆油田的二氧化碳驱进行经济效益评价具有较强的代表性及广泛的生产应用意义。
研究现状
2.1国外CO2驱油经济效益评价方法的研究现状
在二氧化碳EOR技术逐渐从实验室转入矿场试验阶段，人们逐渐开始了对其驱油的经济效益的研究，美国优先开始了对二氧化碳驱油经济效益的研究，并在墨西哥湾沿岸地带开发出了一片用于进行二氧化碳驱油经济效益评价的实验田。
2004年，Kovscek和Cakici[1]发表了筛查二氧化碳储存条件油藏一文，并推出了一个与目标函数相结合的无量纲石油采收率和油层利用率。
其中，N*P是石油净产量，w1、w2为权重值，VRCO2皆为储存于油藏中的二氧化碳量，OIP是注入二氧化碳之前的油体积，VR是储层的孔隙体积。如果主要目的是最大化产量，w1取值 1，而如果目标是最大化 CO2 封存，w2 作为 1。
由于CO 2的体积是动态参数，并较依赖于其本身的物态（液态和气态体积差距较大），或溶解在压力和储层的温度不同的情况下另一种流体，第二项不能用于贮存利用率的良好表示二氧化碳。而不是定义的二氧化碳储存在油层的体积比。
因此，2010年Jahangiri 和Dongxiao Zhang[2]推出了存储系数通过使用二氧化碳储存在油层总容量的质量，并设立新目标函数及改进公式。
2011年，Hamid Reza Jahangiri和Dongxiao Zhang[3]发表了论文“关于存放二氧化碳和提高石油采收率的净现值最优化方案的研究”，其中提出了用于评价二氧化碳驱净成本值的公式。
2.2国际CCS项目现状
自2000年五月开始的加拿大的韦本项目，是目前世界上最大的碳封存项目之一。该项目位于萨斯喀彻温省东南，占地53000多英亩，该地区经历了长足的发展，尤其是水驱法和多支线水平钻井。加拿大能源公司Cenovus利用从美国北达科他州一座煤气化工输出的二氧化碳给一老油田加压，提高石油产量。近年来，该公司又为石油生产和二氧化碳注入安装了额外的注入井、生产井和管道，而且通过压缩以增加可循环的二氧化碳的体积。此项目永久封存2000万吨二氧化碳，并使油田增产1.22亿桶石油。
2007年2月，道达尔公司每年把15万吨二氧化碳注入法国西南部衰竭的ROUSSE气田，以提高采收率，并减少温室气体排放。
2010年阿联酋计划投资20亿-30亿美元建设碳捕集合封存网络，减少排放和提高阿联酋的石油产量。
2010年起，美国将逐步开启10个CCS项目，至2016年预计至少开启6个。
2.2国内CO2驱油经济效益评估方法的研究现状
2010年3月，王友启、赵峰华[4]在炼油厂排放二氧化碳用于驱油埋存的可行性评价一文中，通过CO2 利用系数建立了CO2 驱油埋存的净成本计算公式
在二氧化碳在油藏中埋存量计算方法一文中，沈平平[5]模拟出了CO2在构造空间中埋存机理的示意图：
油藏中二氧化碳埋存机理示意图
沈平平等系统研究了CO2 在油藏中的理论埋存量和有效埋存量计算方法,可用于中国油田CO2 埋存潜力评价,在通过实例分析确定利用系数的前提下,应用类比法可以得到更准确的CO2 埋存量。
类比法采用基于矿场统计的CO2 利用系数和由于CO2注入增加的产油量估算CO2 在油藏中的有效埋存量。为便于矿场应用,将原公式中的单位和数量级进行适当修改。
为便于评价,王友启、赵峰华等定义等效CO2利用系数为与聚合物驱等效时的CO2 利用系数;CO2 等效成本上限为与聚合物驱等效时CO2 驱油埋存的成本上限;CO2经济极限成本为不同油价下极限吨聚增油对应的CO2 驱油埋存的极限成本;极限供气距离为经济上可行的炼油厂与油田的最大距离。推导建立了等效CO2 利用系数、CO2 等效成本上限、CO2 经济极限成本和极限供气距离的计算公式。
主要研究内容
CO2驱油的经济评价指标选择
因为大庆油田高含水油田，平均油田含水量达到80%以上，所以在经济评估中要考虑CO2与水混溶的问题，故此我做出了以下经济指标：
从炼油厂发电厂尾气提取二氧化碳的收集Cc和提纯Cr成本，从二氧化碳源运送至油田所需的运费Ctr,二氧化碳注入到油田内的成本Cic及收集溢出二氧化碳再注入的收集成本Crc及注入成本Cri。
2.CO2驱油的经济评价模型的建立
Hal R.Varian[6]在如何构建经济模型一文中曾指出：经济模型是用来描述与所研究的经济现象有关的经济变量之间的依存关系的理论结构。
据此，利用上文提及的各类经济评价指标我建立了简易的经济模型：
Pco2=Mo×R×B－（Cc+Cr+CTr+Cic+Cri+Crc+Cco）－Tco2
其中，Mo表示注入CO2后油藏产出油的量，104t；
R表示国际每桶原油价格；B表示美元与人民币的汇率；
Cc表示从发电厂或炼化厂收集CO2的成本；
Cr表示提纯CO2所需的成本；
CTr表示CO2运输过程中的成本；
Cic表示将CO2注入井下的成本；
Crc表示将采油过程中采出的CO2再收集的成本；
Cri表示将再收集的CO2重注入井下的成本；
Cco表示器械腐蚀折旧成本；
Tco2表示国家设立的碳税。
而要计算CO2从采集至注入全过程中的总成本，就首先要明确某区块所需要的有效CO2埋存量是多少。
CO2有效埋存量的计算在此处借用沈平平在二氧化碳地质埋存与提高采收率技术一文中提出的有效埋存量计算公式：
Me=C。Mt=Cm×Cb×Ch×Cw×Ca×Mt
其中，Me——油藏中二氧化碳有效埋存量，106t；
C。——各因素综合影响的有效埋存系数，f；
Mt——二氧化碳在油藏中的理论埋存量，106t；
Cm——流度不同造成影响的有效埋存系数，f；
Cb——浮力作用造成影响的有效埋存系数，f；
Ch——油藏非均质性造成影响的有效埋存系数，f；
Cw——含水饱和度造成影响的有效埋存系数，f；
Ca——地下水体造成影响的有效埋存系数，f。
因原油粘度比CO2的粘度高得多，所以容易造成CO2窜流、指进和突破，Bachu S[7]等人以美国的经验数据为基础建立了CO2突破以前与突破以后的二氧化碳在油藏中的理论埋存量计算方法，后沈平平考虑了注入水与采出水问题及二氧化碳在油藏流体中的溶解问题后，重新建立计算方法。所以Mt的新计算公式分为两种情况：
二氧化碳突破之前：
Mt= eq \f(ρr,109)[ERbAhΦ(1－Swi)－Viw＋Vpw＋Cws×(AhΦSwi＋Viw-Vpw)＋Cos(1－ERb)AhΦ(1－Swi)]
二氧化碳突破之后：
Mt= eq \f(ρr,109)[(0.4ERb＋0.6ERh)AhΦ(1－Swi)－Viw＋Vpw＋Cws×(AhΦSwi＋Viw-Vpw)＋Cos(1－0.4ERb－0.6ERh)AhΦ(1－Swi)]
式中 ERb——二氧化碳突破之前原油的采收率，f；
ERh——注入某一体积二氧化碳时原油的采收率，f。
ERb——二氧化碳在油藏中的理论埋存量，106 t；
ρr——二氧化碳在油藏条件下的密度，kg／m3；
A——油藏面积，m2；
h——油藏厚度，m；
Φ——油藏孔隙度，f；109
Swi——油藏束缚水饱和度，f；
Viw——注入油藏的水量，m3；
Vpw——从油藏产出水量，m3；
Cws——二氧化碳在水中溶解系数，f；
Cos——二氧化碳在油中溶解系数，f。
以上各式计算中，确定原油采收率是关键，可通过油藏数值模拟或经验公式获得。
3.大庆油田CO2驱油的经济效益评价
考虑到大庆油田原油相对密度低（0.8227—0.85550），粘度低（0.074—0.238Pa·s），含蜡量高（17.8%—28.1%），凝固点高（26—34.5℃），且大庆油田油层含水比平均达到80%以上，极为适合进行CO2驱油。
研究方案
1.研究思路
本着净收益=总收入－总成本的最基础想法，大量CO2驱油方法及CO2经济评估方法的文献为材料，找出经济评估指标参数，建立经济评估模型，利用已知的所有已知参数值计算出大庆油田CO2驱油的经济效益。在此基础上，继续研究国内外CO2采油技术及油田生产相关资料，挖掘尚未列出的评估指标参数，最终完善模型。
技术路线图
研究进展
时间安排
翻译论文、编写文献综述及开题报告
3月1日3月12日
毕业论文开题报告
3月15日4月30日
毕业论文的写作
5月1日5月22日
毕业论文的修改和完善
5月23日6月
毕业论文答辩
六.预期成果
1.完成从采集二氧化碳至将二氧化碳注入地层全过程中，影响经济评估的指标参数的设立。
2.以中外研究文献经验数据及大庆油田实际开采数据为代入模型数据，计算并得出最终结果。
3.分析并优化现有二氧化碳驱油经济评估手段及方法
4.按时编写合格本科毕业论文，顺利进行答辩。
七．参考文献
[1]Kovscek, A.R. & Cakici； M.D. Geologic Storage of Carbon Dioxide and Enhanced Recovery. II. Cooptimization of Storage and Recovery.
[2]Jahangiri ,Dongxiao Zhang,Peking University,Beijing University of Southern California；Collaborative Research on Carbon Sequestration in Saline Aquifers in China ,
[3]Hamid Reza Jahangiri和Dongxiao Zhang；
[4]王友启 1 , 赵峰华 1 , 刘柏林 2 , 李顺明；炼油厂排放二氧化碳用于驱油埋存的可行性评价。
[5]沈平平1，廖新维2，刘庆杰1；二氧化碳在油藏中埋存量计算方法。
[6]Hal R.Varian；在如何构建经济模型。
[7]Bachu S，Shaw J，Robert M．Estimation of oil recovery and CO2 storage capacity
In CO2 EOR incorporating the effect of underlying aquifers[A]．SPE 89340，2004．