[01233489]二氧化碳管道输送与驱油集输关键技术及工程应用

CO2利用与封存是最有潜力、最有效的解决温室效应的方法之一。CO2驱油提高采收率技术（CO2-EOR）作为CO2利用与封存技术,既能封存大量CO2,又能增产石油,具有保障国家能源安全和保护生态环境的双重意义。但如何将CO2从捕获地通过管道安全高效输送到目标油田或埋存地成为制约该技术发展的关键。 目前CO2管道输送多借鉴石油天然气管道设计及输送经验,缺乏标准和规范,然而由于CO2的相特性复杂,其输送与天然气输送存在较大差别,易出现物性参数突变,影响管道安全运行;CO2输送过程放空或泄漏,由于CO2具有强节流效应,管道局部低温可能产生干冰、诱发管道脆性断裂,泄压时在管道内产生减压波也可能引发管道裂纹扩展,加大对管道的破坏程度,目前尚无CO2安全放空技术和管道安全止裂方法;CO2驱油采出液集输过程中易出现冻堵、段塞流、原油发泡等工程问题,目前尚不明确防止CO2驱多相混输系统冻堵及段塞流的安全运行技术边界。这些难题严重限制了CO2-EOR技术的发展。 该项目在国家科技支撑计划、国家油气重大专项、国家自然科学基金等项目支持下,历经十二年产学研联合攻关,形成了CO2输送及CO2驱油采出液集输技术,研究成果为CO2输送管道设计标准的编制提供了技术支持,主要创新成果如下： （1）形成了CO2管道设计理论与高效输送技术。建立了不同相态特别是超临界态CO2管道输送水力热力模型,模型计算精度与实际运行数据的相对误差小于±10%;提出了CO2准临界性质判据,确定了CO2管输杂质限制浓度和技术边界,解决了CO2管道设计及运行的关键问题。 （2）形成了CO2管道泄放与安全控制技术。提出了CO2不同相态节流特性、CO2饱和含水率算法及放空节流模型,形成了“多级节流,分级加热”超临界CO2安全放空技术,指导了CO2输送管道工程设计。 （3）提出了CO2管道减压波预测模型与安全止裂方法。建立了CO2管道减压波传播特性计算模型,模型计算误差与实际相比在±10%以内,实现了泄漏引起的管道裂纹扩展的准确预测,给出了超临界CO2管道安全止裂条件及钢材的止裂要求。 （4）形成了CO2驱采出液安全集输技术。建立了CO2驱井口多相节流特性算法模型和CO2多相节流过程固体颗粒沉降预测模型,构建了防止CO2驱多相混输系统冻堵及段塞流的安全运行技术边界,解决了CO2驱采出液集输过程的冻堵、段塞和发泡问题。 该项目申请发明专利20件,其中PCT申请1件;授权发明专利7件;授权实用新型专利6件;登记软件著作权1件;发表论文37篇,其中SCI、EI收录13篇;主持起草石油行业标准《二氧化碳输送管道工程设计规范》（报批待颁布）,引领了CO2管道输送与CO2-EOR集输技术的创新与发展。 专家鉴定认为,该成果“创新性强,整体达到国际先进水平,其中超临界CO2管道输送水力热力计算模型和CO2不同相态节流特性研究成果达到国际领先水平。” 该项目成果已在大庆、胜利、吉林等的CO2驱油配套CO2管道设计建设、地面集输系统安全运行中得到推广应用,确保了CO2的安全输送和高效注入,解决了集输过程的冻堵、段塞流等难题,近三年新增利润约1.37亿元,取得了显著的经济、社会与环境效益。 本研究在国际上属于前沿学科,可借鉴的成果较少,目前国内仅有的少数CO2管道以气态输送为主,缺乏大规模超临界态CO2输送现场数据,后续应根据我国CO2管道发展情况,开展大规模CO2管道超临界输送试验,进一步扩大成果的应用范围,完善计算模型适应性,推动CO2超临界输送技术的现场实施。CO2驱油集输防止冻堵和段塞流的临界气液比需要结合更多油田实际生产应用进行扩充,以得到更为完善的气液比界限预测模板。