二氧化碳驱经济可行性评价-毕业设计.doc

中文摘要

毕业设计（论文）

题 目 二氧化碳驱经济可行性评价

摘 要
二氧化碳(CO2)是导致全球气候变暖的主要原因，然而由于人类活动的影响，地球大气中二氧化碳的含量正在逐步增加。专家们建议，必须尽快采取一系列措施来减少进入大气的二氧化碳量。二氧化碳驱可提高原油采收率，将工业生产过程中捕集的二氧化碳用于二氧化碳驱即可提高采收率，还可减小环境污染。
本文介绍了二氧化碳的主要捕集方法与技术。二氧化碳封存方法，从而对二氧化碳的成本进行分析。对二氧化碳驱的成本进行分析，二氧化碳驱的成本主要包括C02采购成本、C02处理和回注成本、油井施工成本、设备投资包括压缩机、分离装置、油井改造和除硫化氢成本等。通过对二氧化碳驱成本计算，再根据近年原油价格计算出二氧化碳驱其利润，计算结果表明，二氧化碳驱在经济上是可行的。
关键词：二氧化碳驱 捕集方法 封存方法 成本计算

III
英文摘要

Abstract
Carbon dioxide (CO2) is the main cause of global warming, but because the impact of human activities, atmospheric carbon dioxide content of the Earth is gradually increasing. The experts recommended a series of measures to be taken as soon as possible to reduce the amount of carbon dioxide into the atmosphere. Carbon dioxide flooding can increase oil recovery, the industrial production of carbon dioxide capture process can be used to drive carbon dioxide enhanced oil recovery, but also reduce environmental pollution.
This article describes the capture of carbon dioxide the main methods and techniques. Carbon dioxide sequestration methods to analyze the cost of carbon dioxide. Drive the cost of carbon dioxide analysis, carbon dioxide, the main cost of displacement, including purchase cost CO2, CO2 treatment and reinjection costs, well construction costs, investment in equipment, including compressors, separation equipment, oil upgrading and addition of hydrogen sulfide costs. Cost of carbon dioxide by flooding, then crude oil prices in recent years carbon dioxide flooding of its profits, the results show that carbon dioxide flooding in the economically feasible.
Key words: Carbon dioxide flooding; Capture Method; Storage method;Cost;

目录
目录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 研究的目的及意义 1
1.2 二氧化碳驱研究历史及现状分析 1
1.2.1 二氧化碳驱研究历史 1
1.2.2 二氧化碳驱研究现状 2
2二氧化碳驱油技术及工艺 3
2.1二氧化碳驱驱油原理 3
2.1.1 降低油水界面张力，减少驱替阻力 3
2.1.2 降低原油粘度 3
2.1.3 使原油体积膨胀 3
2.1.4 压力下降造成溶解气驱 3
2.1.5 改善原油与水的流度比 3
2.1.6 酸化解堵作用，提高注入能力 3
2.1.7 萃取和汽化原油中的轻质烃 4
2.1.8 混相效应 4
2.1.9 提高渗透率 4
2.2二氧化碳驱油适用条件 4
2.3二氧化碳提高采收率的实验室研究 5
2.3.1二氧化碳与原油混相压力研究 5
2.3.2二氧化碳对原油降粘、体积膨胀及萃取实验 6
2.3.3沥青沉淀实验 7
2.3.4岩心驱替实验 7
2.4二氧化碳驱驱油工艺 7
3二氧化碳封存技术及工艺 8
3.1 二氧化碳来源及其净化处理 8
3.1.1 二氧化碳可以从以下几个途径中得到 8
3.1.2 二氧化碳气体分离技术 9
3.2 二氧化碳回收方法 16
3.3二氧化碳封存方法 17
3.3.1 C02捕集和封存的现状 17
3.3.2 封存方法 18
4二氧化碳驱经济可行性评价 22
4.1二氧化碳成本 22
4.2工程的成本计算 22
4.3二氧化碳驱效益计算 23
5结论与建议 24
致 谢 25
参考文献 26

参考文献
1 绪论
1.1 研究的目的及意义
油藏经过二次开采后，仍有大量的原油存留于地下，剩余油以小油滴孤立存在于储层的孔隙中，或以薄膜形式存在于岩石颗粒表面。二次采油结束后，储层的含油饱和度降为20％～35％，三次采油的空间仍旧很大。提高采收率技术(EOR)是将分散的、小油滴形式的剩余油驱至生产井，注人CO2可以驱动被束缚的剩余油。实践证明，在不能进行一次或者二次采油的油藏，注入CO2是一种行之有效的方法，同时有研究表明，将CO2注入到煤层的沼气井或枯竭气藏对于提高天然气的采收率也有很大的潜力；而且CO2驱作为一种提高采收率的三次采油技术。
二氧化碳(CO2)是导致全球气候变暖的主要原因，然而由于人类活动的影响，地球大气中二氧化碳的含量正在逐步增加。专家们建议，必须尽快采取一系列措施来减少进入大气的二氧化碳量。二氧化碳驱可提高原油采收率，将工业生产过程中捕集的二氧化碳用于二氧化碳驱即可提高采收率，还可减小环境污染。
二氧化碳捕集与封存需采用相应的技术及装置，二氧化碳把捕集与封存产生一定费用。通过二氧化碳驱成本计算与当前原油价格比较，可分析出二氧化碳驱经济效益。

1.2 二氧化碳驱研究历史及现状分析
1.2.1 二氧化碳驱研究历史
利用CO2驱提高采收率的历史可以追溯到上世纪5O年代。1952年whorton等人获得了第一项采用CO2采油的专利权。当时CO2是用作原油的溶剂，或形成碳酸水驱。早期的研究结果表明，在一般的油藏压力下，CO2不能直接与大多数原油混相，但是CO2能够抽提原油中的轻质组分。五六十年代，CO2作为混相驱替液应用，但同时研究者也看到了CO2混相驱的种种局限性：
原油中要求含有大量中间组分；达到混相要求高压；储层深度要求大于1000m。这些局限性促使研究者开始注意CO2非混相驱。70年代CO2驱技术有了很大的发展，美国和前苏联等国家都进行了大量的CO2驱工业性试验，并取得了明显的经济效益，采收率可以提高15%～25%。随着更多的CO2气藏的发现和原油价格的攀升。
9O年代的CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目，其中55%采用的是烃类气体，42%采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3%。目前，国外采用二氧化碳驱油的主要国家有：美国、前苏联、匈亚利、加拿大、法国、西德等。其中美国有十个产油区的292个油田适用CO2驱，一般提高采收率7%～15%，在西得克萨斯州，CO2是最主要EOR方法，一般可提高采收率3O%左右。
60年代以来，我国在大庆、胜利、任丘、江苏等油田先后开展了二氧化碳驱油实验。由于我国天然的二氧化碳资源比较缺乏，至今尚未发现较为型的二氧化碳气藏，因此这方面的技术起步较晚，但是，随着小型二氧化碳气藏的发现，二氧化碳驱的作业项目越来越多，而且取得了明显的效果，并且己经证明对于水驱效果不好的透油藏和小段块油藏，二氧化碳驱可以取得很好的效果[1]。
1.2.2 二氧化碳驱研究现状
美国是CO2驱发展最快的国家。自2O世纪8O年代以来，美国的CO2驱项目不断增加，已成为继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术。地下埋存主要的选择是枯竭的油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层以及深海埋存等方式。美国油田开发应用表明，假设可以达到最小混相压力，应用CO2提高采收率项目提高采收率的最大值为9%，最小值为4%。在北海油田，最有效的CO2用量与最大提高原油产量的关系为：使用0.33t的CO2可提高0.133t原油产量。原始原油地质储量(OOIP)在应用CO2混相驱油过程中提高采收率范围为4%～9%。利用海洋碳储层封存二氧化碳的方法至少有两种：1)从大规模工业点源捕集二氧化碳并把二氧化碳直接注入深海；2)通过添加营养素使海洋肥化来增强大气二氧化碳的提取。尽管上述两种方法的原理存在较大差异，但是，利用这两种方法均能提高海洋储层封存碳的速率，从而减少大气储层所承受的负荷.
若CO2排放量减少则每吨CO2捕集成本会提高。利用现有的或新研发的技术，燃料在燃烧前或燃烧后都可以实现CO2的捕集。传统过程是CO2从燃烧后的烟气中捕集。也可以将碳氢化合物转化为CO2和氢气，从气体蒸汽中除去CO2燃烧剩余的富氢气体。物理吸附CO2是燃烧前捕集最有效的方法。燃烧后捕集可选择的技术包括化学吸附或者氧燃料。如果氧气用于燃烧过程，则几乎会产生纯的CO2，不需进一步分离。长远看来，气体膜分离及其他新技术可以用于燃烧前或燃烧后捕集。捕集CO2必须加压到100bar或更高的压力来运输藏。这种压力增加了捕集的能源消耗。国内的用于封存二氧化碳的最好岩层是枯竭油气田和深盐水层，枯竭油气藏埋存是通过使用CO2提高采收率来实现的，目前在世界范围内已被广泛应用。CO2的埋存量决定于储层的性质和应用CO2提高的采收率数值，根据CO2的用量设计成两种方式：①CO2的最小用量；②CO2的最大埋存量[1]。

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2二氧化碳驱油技术及工艺
2.1二氧化碳驱驱油原理
CO2比一般烃类气体易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，CO2可以从水溶液中转溶于原油中。CO2驱作为气驱的一种驱替方式，因CO2本身易溶于油和水的物理化学特性，具有一些特殊的驱替机理。
2.1.1 降低油水界面张力，减少驱替阻力
残余油饱和度随油水界面张力的降低而减小。CO2极易溶解于油，其在油中溶解度比在水中的溶解度大3～9倍。在驱油过程中，大量的CO2与轻烃混合，可大幅度的降低油水界面张力，减少残余油饱和度，从而提高原油采收率。CO2摩尔含量越大时，界面张力就越小，在20.4MPa的压力下，当CO2摩尔含量为37.61% 时，界面张力降至未注CO2时的31.66%。
2.1.2 降低原油粘度
当CO2溶解于原油时，原油粘度显著下降，下降幅度取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高，在碳酸作用下粘度降低的百分数也越高。也就是说，CO2驱对中质油和重质油的降粘作用更为明显。温度较高时，因CO2溶解度降低，降粘作用反而下降，在同一温度条件下，压力升高时，CO2溶解度升高，降粘作用随之提高。但是，压力过高超过饱和压力时，粘度反而上升。
2.1.3 使原油体积膨胀
大量室内和现场试验表明，原油中充分溶解CO2后，可使原油体积膨胀10%～40%，其结果不仅增加了原油的内动能，而且也大大减少了原油流动过程中的毛管阻力和流动阻力，从而提高了原油的流动能力。
2.1.4 压力下降造成溶解气驱
CO2进入油层后，占据一定的孔隙空间，增加了油层的压力，使原油增产。生产过程中随压力的下降，溶于原油的CO2逸出，具有溶解气驱的作用。在液体内产生气体驱动力，提高驱油效果。据统计，用CO2溶解气驱可采出地下油量的18.6%，对油气采收率的提高具有非常重要的意义。
2.1.5 改善原油与水的流度比
CO2在原油中溶解后使原油的粘度降低，因此流度增加；CO2在水中溶解后使水碳酸化，粘度增加，流度下降；综合作用的结果，使原油和水的流度趋于接近，使水的驱油能力提高，同时也进一步扩大了水驱的波及面积，提高了扫油效率。
2.1.6 酸化解堵作用，提高注入能力
由化学反应式CO2+H2O→H2CO3可知，溶解了CO2的水溶液略显酸性。在CO2驱替、吞吐注入及浸泡过程中，溶解了CO2的地层水可与地层基质相互反应。在页岩中，由于地层水pH 值降低，可以抑制储层的粘土膨胀，因此CO2水对粘土有稳定作用。在碳酸岩和砂岩中，CO2水与储层矿物发生反应，部分溶解油层中的碳酸盐，生成易溶于水的碳酸氢盐，从而提高了储层的渗透性。由于注入CO2气体的酸化作用导致油层的渗透性提高，在一定压差下，一部分游离气对油层的堵塞物具有较强的冲刷作用，可有效地疏通因二次污染造成的地层堵塞。
2.1.7 萃取和汽化原油中的轻质烃
在地层条件下，未被地层油溶解的CO2气相密度较高，CO2驱替和吞吐浸泡期间，当压力超过一定值时(此值与原油性质及温度有关)，能气化或萃取原油中的轻质成分。特别是部分经膨胀仍然未能脱离地层水束缚的残余油，与CO2气相发生相间传质，束缚油的轻质成分与CO2气体形成CO2—富气相，在CO2吞吐过程中产出，增加单井产量。
2.1.8 混相效应
CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中的轻质烃，而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带。油带移动是最有效的驱油过程，可以使原油的采收率达到90%以上。
2.1.9 提高渗透率
碳酸化的原油和水，不仅改善了原油和水的流度比，而且还有利于抑制粘土膨胀。CO2溶于水后显弱酸性，能与油藏的碳酸盐反应，使注入井周围的油层渗透率提高。可见碳酸盐岩油藏更有利于CO2驱油。
上面论述的各种机理，在注CO2采油过程中是同时存在的，但每种机理所起作用的大小各不相同，受油藏岩性、流体性质及开发方式决定[2]。

2.2二氧化碳驱油适用条件
根据国外的CO2驱应用情况，总结出CO2驱适合的油藏地质条件如下：
①储集层具水动力学封闭性，可形成注入圈闭；②没有大的天然裂缝；⑧油藏温度一般低于120℃；④油层厚度在2.5～180m，油层非均质性不太严重，层间干扰小；⑤油藏深度600～4000m储层流体条件(仅对混相驱)；⑥原油粘度低15MPa·S，密度小于0.876 g/cm3；⑦油层剩余油饱和度大于35%；⑧原油富含C2～C6组分，石蜡、沥青质含量少。
CO2驱油可分为非混相驱和混相驱两种驱动类型：非混相驱适应的油藏类型主要包括：压力衰蝎的低渗透油藏，高倾角、垂向渗透率高的油藏，重油或高粘油油藏。CO2混相驱在浅层、深层、致密层、高渗透层、碳酸盐层、砂岩中都有过应用的实例。CO2混相驱适合开采的油藏主要有水驱效果差的低渗透油藏，水驱枯竭的砂岩油藏，接近开采经济极限的深层、轻质油藏，多盐丘油藏[3]。

2.3二氧化碳提高采收率的实验室研究
从1950年起，石油工业不仅在实验室而且在现场对利用二氧化碳提高采收率进行了相当规模的试验研究。据国外资料报道，二氧化碳驱油提高采收率目前已成为世界三大采油方法（热采、聚合物和二氧化碳驱）之一。在美国，由于存在丰富的二氧化碳气源，所以二氧化碳驱得到广泛的应用，并被认为是最有潜力的油田开采方法。
1985年大庆油田决定在萨南东部过渡带开展二氧化碳驱三次采油先导性矿场试验，以探索在高含水后期采用二氧化碳驱油提高采收率的可行性。为此，开展了二氧化碳驱油实验室研究。下面仅就实验室研究结果予以简要介绍。
2.3.1二氧化碳与原油混相压力研究
二氧化碳与原油混相压力研究，目的是测定最小混相压力（MMP）。最小混相压力是在油藏温度下，注入流体中所含有的二氧化碳能与油藏中原油形成混相状态所需要的最小压力值。该值（MMP）是确定开展二氧化碳驱油的油田必不可少的首要参数，用它可判明选定油田的二氧化碳驱替类型。若测定的MMP接近油藏压力，则该油田可应用二氧化碳混相驱，否则只能应用二氧化碳非混相驱。二氧化碳混相驱可比二氧化碳非混相驱更多的提高采收率。
为确定“MMP”值，实验室采用了3种实验方法。
① 细管模型驱油实验
实验装置为细管模型，长1292.81cm，直径1.4572cm。管内充填80-200目石英砂，渗透率7.44um2，孔隙度39.8%。实验用油为油田地层油，饱和压力为7.6Mpa，粘度为10.6mPa.s，密度为0.798g/cm3，气油比为39.1m/t，驱替剂用纯度为99.5%的二氧化碳气。选用了4种驱替压力，分别为11.046Mpa，15.947Mpa，18.715Mpa，27.90Mpa，驱替速度0.17ml/min，模型出口压力差0.2-0.8Mpa。二氧化碳注入量为1.2PV，实验温度为油层温度（49度）。
实验方法是用上述规定的每一驱替压力，分别向细管模型中注入1.2PV的二氧化碳进行驱油实验，计量二氧化碳突破时的产油量和最终产油量。实验结果表明当驱替压力达25.4Mpa时，其驱油效率为90%；根据孟刚、Holm等人研究结论：二氧化碳最终驱油效率达到90%为混相驱，这时的驱替压力为最小混相压力。
②充砂模型驱替实验
实验采用长2m、直径1.2cm，内充岩心砂的非胶结模型，模型垂直放置。油样用萨南开发区的合成油。密度为0.8818g/cm3（15度），泡点压力为11.7Mpa，气油比为40m3/m3;在油层条件（12.5Mpa，45度）下，粘度为13.8mPa.s，体积系数为1.12.驱替剂为纯二氧化碳。实验温度48度。驱替压力分别为11.5Mpa，16.5Mpa，22Mpa，30Mpa。
实验过程是在实验压力下，注入大约2PV甲苯清洗模型；在30m3/h的流速下注入油藏油把甲苯驱出，当气油比达到给定值时停止注入；在恒定速度下注入二氧化碳，在模型出口计量油、气的体积；大约注入2PV二氧化碳时，计算出油的采收率。
④“PVT”实验
实验装置为“PVT”仪及取样器等。实验温度48℃，压力27Mpa。油样为地层油，饱和压力为8.8Mpa，粘度10.2mPa.s，密度为0.799 g/cm3。二氧化碳气纯度为96.86%。
实验方法为二氧化碳与原油以2.5：1的比例，在PVT筒中混合，很合污经过24小时平衡接触后，取其平衡气、油样进行油、气组分分析。第一次接触后，将PVT筒中原油转出，重新转入新鲜地层油，然后再把第一次接触获得的平衡气全部转入（气油比例为2.5：1），进行第二次接触实验。以此类推，共进行了8次接触实验，做出了三组分组图。根据图得不能混相的压力[4]。
2.3.2二氧化碳对原油降粘、体积膨胀及萃取实验
该项实验是衡量二氧化碳非混相驱油效果最为重要的参数，均可在PVT仪上的侧取。
① 降粘和体积膨胀实验
实验方法是首先按一定比例把二氧化碳和原油装入PVT筒中，通过打入汞来改变筒内流体的体积，把一系列对应的体积和压力值绘于坐标纸上，曲线拐点处所对应的压力为该二氧化碳含量下的饱和压力。之后，改变筒内二氧化碳含量，再测出新的二氧化碳含量下的饱和压力，这样就获得了不同二氧化碳含量下的饱和压力曲线；对不同二氧化碳含量的原油混合物分别在饱和压力之上测定其粘度、密度及体积，整理出它们随压力的变化曲线，就描述了二氧化碳使原油降粘与体积膨胀的情况。
在PVT筒中，分别测定了4种混合物的饱和压力及每一饱和压力以上的混合物的粘度、密度及体积。从表中可以看出，二氧化碳在油中的溶解量随压力提高而增加，因而导致原油粘度随压力提高而降低，体积系数随压力提高而增大。而油中溶解二氧化碳量一定时，随压力提高，其粘度变大，体积系数变小。
② 萃取实验
实验方法为在PVT筒中，分别将萨南开发区合成油与二氧化碳的第三和第四个混合物在油层条件下平衡，则混合物产生两个平衡相，一个为富二氧化碳气相，一个为富油的液相，然后分别测定该两平衡相的组成。
从表中可以看出，在油层条件（12.5MPa,45℃）下，二氧化碳对原油有一定萃取，但萃取深度不大，仅有1左右的轻烃汽化进入二氧化碳相。
2.3.3沥青沉淀实验
实验方法为萨南开发区合成油与二氧化碳混合物装入四周均可观察到流体状态的小室中，控制温度45℃，将压力一直降到在小室壁上观察到固体出现时为止，共做了5种混合实验。
在表中可看到，混合物总是在呈两相状态时出现类似固体的石蜡沉淀。混合物中二氧化碳的含量越高，固体开始沉淀时的压力越高；这是因为，混合物中二氧化碳含量越高，抽提轻组分的现象就越强烈，固体沉淀也就越易产生。在油层条件下，没有沥青质沉淀物产生。
2.3.4岩心驱替实验
实验方法为首先饱和地层水，再用原油驱替地层水、束缚水，之后再水驱获得一定的残余油饱和度，而后进行二氧化碳驱油实验。
在表表中可以看出，二氧化碳用于三次采油，不管哪一种驱替方式，均可提高采收率9%-10%；而二氧化碳用于二次采油，对萨南开发区而言没有什么效果[4]。

2.4二氧化碳驱驱油工艺
人们通过大量的室内和现场试验，都证明了二氧化碳是一种有效的驱油剂，并相继提出了许多注入方案。包括：连续注二氧化碳气体；注碳酸水法；注二氧化碳气体或液体段塞后紧接着注水；注二氧化碳气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体；同时注二氧化碳气体和水。连续注二氧化碳驱替油层时，由于不利的流度比及密度差，宏观波及系数很低，二氧化碳用量比较大，实施起来不够经济，用价廉的顶替液驱动二氧化碳段塞在经济上更有吸引力。用碳酸水驱油实质是利用注入的水忽然二氧化碳溶液与地层油接触后，从其中扩散出来的二氧化碳来驱油，但此扩散过程较慢，与注入纯二氧化碳段塞相比，达到的采收率比较低[5]。

3二氧化碳封存技术及工艺
3.1 二氧化碳来源及其净化处理
3.1.1 二氧化碳可以从以下几个途径中得到
① 天然的二氧化碳矿藏
二氧化碳有时以接近纯CO2的形式或与氮气、烃气一起储集在地层中。在美国某些地区的井就产出接近纯的二氧化碳或具有高二氧化碳浓度的气体。美国可能含有天然二氧化碳矿藏的地区一般集中在西部和西南部的州及密西西比比中部。由于这些地区具有丰富的二氧化碳资源，二氧化碳混相驱发展的特别快，而且还被认为是最有潜力的驱替方法。

② 天然气处理厂
在许多天然气气田，二氧化碳属于杂质，在气体销售前须先在处理厂脱除，这部分二氧化碳气体可用浓郁二氧化碳驱工程。
③ 氨气
天然气合成氨的副产品—二氧化碳中的二氧化碳浓度大约可达98.%这种高质量的二氧化碳不需要进一步精制，经压缩、脱水和输送到油田之后就可直接用于混相驱。氨厂提供的二氧化碳只有0-0.1MPa的压力，并饱和有水。
单个氨厂只能为混相驱提供有限耳朵二氧化碳，常不到3×104m3/d，但有的也可达到1.4×106-1.7×104m3/d.氨厂的位置离混相驱油田越近，对油田混相驱工程的实验越有利。这部分二氧化碳是油田进行先导性试验或小型混相驱试验最有价值的来源
④ 电厂烟道气
电厂烟道气是分布最广的单个二氧化碳气源。它含有CO2的浓度（6%---16%），这主要看电厂是烧气还是烧油或烧煤。如果电厂烧的是煤，气中还含有其他成分，除飞灰和氧化硫外，还包括氮气和氧气，烟道气的压力基本上只有0.1MPa的气压，为提供油田作为混相驱使用，还必须随其进行精制、脱水并输送到油田。
⑤ 其它气源
在混相驱过程中产出的CO2可以回注，但必须经过净化处理，这也是CO2很有价值的来源。其它气源的供气量可能很小，除非离候选油田很近，否则很可能是不经济的。位于炼油厂的制氢厂副产品，其含二氧化碳额浓度足以满足油田应用要求，除需要脱水和压缩外，不需要进一步精制。在酸气分离厂，分离出的气体含CO2的浓度可能很高，但也可能被硫化氢污染。水泥厂和石灰煅烧厂的烟道气，与电厂的烟道气一样，喊低浓度的CO2，需要对其进行分离。作为环氧乙烷和丙烯腈厂副产品的CO2浓度也低，在用于混相驱前也需要进行精制[2]。
3.1.2 二氧化碳气体分离技术
前面介绍的几种二氧化碳来源都需要净化处理，这里着重介绍二氧化碳驱工程伴生气中CO2的分离技术。
由于初始注气所使用的二氧化碳是外购的，这项费用是二氧化碳驱工程中很大的一项成本开支。因此，在二氧化碳通过油层产出后，就必须加以净化和保存以备再注入，从而避免超量购买CO2并造成不允许的大气污染。
二氧化碳驱工程伴生气的分离方法很多。主要有如下分类：化学溶剂法；物理溶剂法；薄膜分离法及低温分馏法。
① 化学溶剂法
该工艺工程是将原料气体和某种化学溶剂接触使其发生化学反应，酸气成分CO2（和硫化氢）被吸收在溶剂中，然后从富含CO2的溶液中汽提出CO2，达到分离的目的。
这类化学溶剂可以是各种醇胺类溶液或碱盐溶液。醇胺溶液主要有：一乙醇胺（MEA）、乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二甘醇按（DGA）、二异丙醇胺（DIPA）及甲基二乙醇胺（MDEA）等，而碱盐溶液则以碳酸钾最为典型。
图3.1所示为醇胺类脱除CO2的工艺流程简图。原料气自下而上通过吸收塔，溶剂则从塔顶喷下，两者逆流相接触发生化学反应，CO2被吸收在溶剂中由吸收塔底部排出到汽提塔进行汽提释放出CO2。

图3.1 醇胺法脱除二氧化碳的流程简图

图3.1所示为使用碳酸钾溶液脱除酸气成分的本菲尔方法流程图。在吸收塔中原料气在一定压力下（0.7-14MPa表压）与含本菲尔添加剂的碳酸钾溶液相接触，酸性组分（二氧化碳和硫化氢）被吸收。富液压力下降到接近常压，并在再生塔中汽提以释放出被吸收的酸性气体。

图3.2 苯菲尔法工艺流程
化学溶剂法的特点是：熔解热高，需要很高的再生能量；选择性差，对酸气的溶解能力低；溶剂循环率高，需要较多的吸收装置，因此投资及运行费用较大。
② 物理溶剂法
物理溶剂法是在一定压力下用溶剂对酸性气体进行物理吸收来脱除酸性气体成分，并不发生化学反应。溶剂的再生则通过降压来实现。典型的物理溶剂法有Shell公司的环丁（Sulfinol）工艺和Norton公司的聚乙二醇二甲醚（Selexol）工艺。三乙醇胺也可作为物理溶剂使用。
聚乙二醇二甲醚工艺流程包括一个吸收塔和一套闪蒸和/或汽提的解析装置。原料气进入吸收塔底部，被自上而下的再生过的溶液所洗涤。净化气由塔顶引出，塔底的富液通过减压闪蒸得以再生。通常经过两级或三级闪蒸，最终压力为常压或低于常压。从最高压力闪蒸级出来的气体大部分是溶解的非酸性气体，通常被再压缩并返回到吸收塔。离开最后闪蒸级的溶液可送入汽提塔用空气或惰性气体解析掉残余的酸性气，再生过的溶剂送往吸收塔顶部（见3.3）。

图3.3 聚乙二醇二甲醚法工艺流程
物理溶剂法荣既然负荷较化学溶剂法高，溶剂的在生能力主要靠压力的降低，因此从这些溶剂中回收二氧化碳并使之再生所需要的能量相当少。如果伴生气是在较高的压力下采得，那么物理溶剂法是较好的选择。若班生气压力低，二氧化碳的分压也低，这时要对原料加压才能进行气体吸收。通常要加压到2.1-4.2Mpa(表)，这样费用就昂贵了。
③ 薄膜分离法
某些聚合材料制成的薄膜可用来分离气体。70年代初出现了高通量不对称薄膜后，薄膜气体分离法在经济上的竞争力开始显示出来。研制工业用的气体分离薄膜还是70年代的事情，因此，薄膜分离法对提高石油采收率工程来说是一种较新的气体处理技术。薄膜分离气体的基本原理是：由某些聚合材料如醋酸纤维。聚酰亚胺等制成的薄膜对不同的气体显示不同的渗透率，即不同的气体能以不同的速率透过薄膜，以二氧化碳和甲烷为例，二氧化碳通过薄膜的速率比甲烷快25倍之多。压力是薄膜渗透的驱动力，当薄膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分中，大部分气体以很高的速率透过薄膜，聚集在薄膜的一侧（称为渗透率侧即低压侧）形成渗透气流，而渗透率低的气体组分中绝大部分则留在薄膜的进气侧（即高压侧）形成残留气流。两股气流分别引出而达到气体分离的目的。
薄膜分离系统的主要性能取决于：
1）原料气体成分和状态（压力和温度）；
2）渗透气中二氧化碳的纯度要求；
3）残留气体允许的二氧化碳浓度；
4）要求回收的二氧化碳总量。
薄膜分离的驱动力是分压差，故二氧化碳驱提高石油采收率工程的伴生气在进入薄膜装置处理之前，应先加压到2.1-4.1Mpa（表压）或更高。而得到的二氧化碳渗透气压通常在0.14-0.17Mpa（表压）。薄膜法从烃类气流中脱除二氧化碳的量是很灵活的。例如，单级薄膜可分离出含95%二氧化碳的渗透流用于在注气，并使烃类中的二氧化碳从70%-90%下降到15%-50%而不会丢失过多的甲烷和乙烷。另外，还可以使用两级或多级薄膜使烃气中的二氧化碳下降到15%左右（图3.4）。但是要在级间产生循环流动所需要的再压缩功率消耗很大。所以最好是把薄膜作为基本部分的消除级，而后再加较经济的吸收级（如MEA、DEA、和Selexol）以最后脱除二氧化碳。
薄膜系统中的主要问题是：
1）.薄膜组件的使用寿命和结构的进一步完善；
2）气体中固体粒子和表面碎屑对薄膜面的堵塞；
3)气体收集系统中的液体所产生的阻滞作用。
进到薄膜装置的CO2-EOR伴生气的温度应在其露点以上，以保证不会有液滴。这可能要求对原料气进行预处理，主要是过滤、捕获液滴和露点的控制。
薄膜的主要应用范围应是从二氧化碳含量高（40%-50%）的EOR伴生气中对二氧化碳作大容量粗脱除。二氧化碳含量和伴生气压力越高，薄膜的竞争力越大。比较好的方案应是薄膜分离系统后有其它形式的二氧化碳脱除级以达到最后的净化。

图3.4 二级薄膜分离工艺

④ 低温分馏法
在低温下分馏可将EOR工程伴生气分离成甲烷流、二氧化碳流和液态天然气气流。可用于EOR工程伴生气的最典型的低温分馏法是美国Koch Prncess(KPS)公司的Ryan-Holms工艺。该工艺主要涉及到三个主要的分离工程，即甲烷和二氧化碳的分离、二氧化碳和乙烷的分离及二氧化碳和硫化氢的分离过程，在这三个过程中使用了添加剂以解决各自遇到的问题。
在甲烷和二氧化碳分离过程中，甲烷和二氧化碳的相对挥发度不同，通常在典型的甲烷脱除塔条件下，两者挥发度约为5：1，因此通过分馏把它们分离开来是容易的。但是在甲烷脱除塔的条件下，若原料气中二氧化碳的浓度较高，则在塔的某一部分分馏将无法进行下去。这可以由图3.1.5看出。
图3.5是在3.5、4.2、5Mpa的分馏压力下分馏纯二元甲烷或二氧化碳原料气时，塔盘上液体组分的分布图。中间斜线表示二氧化碳的溶解度极限。该线左上方的阴影区即为二氧化碳形成固态的区域，当压力为3.5Mpa时，二氧化碳固体区存在于约含6%-7%二氧化碳液体和约含80%二氧化碳液体的范围内，对于4.2Mpa的压力，则在9%-65%范围内，而这两个范围在50%二氧化碳或50%甲烷二元系统的低温分馏工程中是会遇到的，因此会生成固态二氧化碳。除非压力升高到5Mpa以上，但这样高的压力以接近于塔顶混合物的临界压力，这限制了能达到的分离纯度，而且塔的设计和运行也相当困难。

图3.5 甲烷/二氧化碳二元系统分馏分布示意图

为此，Ryan/Holms工艺采用在分馏塔或冷凝器中加入其他烃的简单混合物作添加剂的方法以防止形成固体二氧化碳，将这种添加剂加入分馏系统后，可以显著提高二氧化碳的溶解度，降低冷凝温度，使图3.5中塔盘盘液分布曲线向右移动，从而使系统能避开冻结区而正常运行。
在二氧化碳和乙烷的分离过程中，二氧化碳和乙烷会形成共沸物，该共沸物的特点是其气体成分和液体成分相同，这样就无法用传统的分馏方法使两者加以分离。加入适当的添加剂可以消除乙烷-二氧化碳共沸物，Ryan/Holms工艺中使用丁烷和其它重烃作为添加剂。
Ryan/Holms工艺中涉及的第三个分离过程是把二氧化碳和硫化氢分离出来。典型的二氧化碳产品的技术指标要求硫化氢含量小于100ppm。但由于这个两种物质的相对挥发度很小，故分馏很困难。Ryan/Holms工艺采用正丁烷作为添加剂加到系统里可以提高二氧化碳和乙烷的相对挥发度，大大改善了分离效果。
以上三个主要分离过程所用的添加剂都是以液态天然气为主的混合物，这可以从Ryan/Holms工艺过程本身得到，因而很方便。
用于EOR工程的Ryan/Holms工艺流程有不同的方案：三塔方案、四塔方案分别见图3.6和3.7。

图3.6 Ryan/Holms工艺三塔方案

图3.7 Ryan/Holms工艺四塔方案
三塔流程和四塔流程主要区别在于处理二氧化碳的顺序。三塔流程中，原料气中的二氧化碳先被压缩、冷却液化后进入甲烷脱除塔，并以液态形式离开甲烷脱除塔而进入乙烷回化塔，在乙烷回收塔中降压成为气态二氧化碳的塔顶流，然后再次对该气态二氧化碳压缩以用于再注。而四塔方案避免了二氧化碳液化和再次汽化，二氧化碳的压力是逐渐增加的，避免了压力能的损失，而且再次压缩是对二氧化碳回收塔塔顶的液态二氧化碳用泵加压实现的，因而压缩费用较节省。另外，四塔流程中，添加剂用量较少，再沸器温度也比三塔流程低，因此，四塔流程无论从消耗总功率，加热能量的消耗及添加剂用量对哦偶比三塔少，有利于增加运行效益及降低成本，对于二氧化碳浓度高的EOR工程伴生气的处理来说，四塔方案更为优越。
研究表明，常用的胺法和热碳酸钾溶液吸收法处理含二氧化碳高的气流时，耗能大而且费用高，物理溶剂吸收法尽管从较贫气流中脱二氧化碳更有吸引力，但由于溶剂沾染C3和重烃而使处理过程复杂化，所以也不使用于三次采油工程中从生产井产生的二氧化碳含量高的伴生气的范例，比较有希望的是低温分馏法。三乙醇胺法、薄膜分离法。
二氧化碳的净化设施，特别是二氧化碳驱的伴生气处理设施，通常比传统的气体处理设备更复杂，费用也更贵。因此，选择气体处理方案时应结合油田的具体情况，考虑多方面的因素，如原料气成分、二氧化碳产品质量要求。烃类回收。脱硫及投资和运行成本等，以确定出一种最合适的、费用最节省的处理方案[2]。

3.2 二氧化碳回收方法
3.2.1 溶剂吸收法
使用溶剂对C02进行吸收和解吸，C02浓度可达98％以上。该法只适合于从低浓度C02废气中回收C02，且流程复杂，操作成本高。溶剂吸收法包括物理和化学吸收法，利用一种对二氧化碳起作用的溶剂，吧二氧化碳从低浓度混合气中溶解分离在利用特殊方法吸出二氧化碳，直接达到工业级二氧化碳产品标准。再净化后达到食品级标准。该方法在气源中二氧化碳浓度低于30％时使用。
3.2.2 变压吸附法
采用固体吸附剂吸附混合气中的C02，浓度可达60％以上。该法只适合于从化肥厂变换气中脱除C02，且C02浓度太低不能作为产品使用。变压吸附（PSA）法脱除二氧化碳由于工艺过程简单、操作简便、能耗低且无腐蚀和污染，已经初步实现工业化，但一直存在吸附剂选择性和产品气回收率不高的问题。因此变压吸附法脱碳的关键在于高效脱碳吸附剂的开发和选择，以及合理的工艺流程的设计，以实现脱碳过程的高选择性和产品气的高回收率。该方法适用于二氧化碳浓度在20％-