2016年签署的气候变化协定（巴黎协定）生效后，如何落实CO2减排已列为各国政府的地球温暖化对策的重要议题。在众多CO2减排技术中，有效利用从化石燃料源头分离的CO2提高石油采收率（CO2-EOR，或CO2 Enhanced Oil Recovery）尤为瞩目。CO2注入储油层后，在合适的压力、温度和原油组分的条件下，接触储油层孔隙内的原油后，降低了原油的粘度，改善了原油的流动性，从而增加了原油的产量。此外，在驱油后大约40%~60%的CO2滞留在地层，间接地达到了CO2减排的目的，因此称通过注入CO2后采集的石油为绿色石油。
借鉴国外经验 CO2驱油战略起步
世界上一些发达国家在CO2驱油技术领域已经有所发展，并取得了不俗的成绩。例如，从20世纪70年代起，美国和加拿大已在实验室和现场对CO2驱油技术进行了相当规模的研究与应用。美国是目前利用CO2提高石油采收率项目最多的国家。美国已经有约5790千米CO2输运管线，每年输送约5000万吨CO2用于提高采收率，每天增产超过28万桶原油。在过去25年，美国的CO2-EOR项目产出了约15亿桶石油，并且仍有至少480亿桶CO2驱油的潜力。除美国本土以外，位于北达科他州的煤制天然气工厂从2000年开始通过长达315千米的CO2输运管线，将每年300万吨CO2运输到加拿大萨斯喀彻温省的Weyburn油田用于提高采收率。
中国约90%的油田为陆相储层油藏，具有地质结构复杂、储层非均质性强、渗透率低的特点。在已探明的储量中，低渗透油藏储量的比例很高，高达全国储量的2/3，开发潜力巨大。而低渗透油藏单井产能低下，增加了开发的难度。因此，做好低渗透油气田的开采工作对我国油气开发具有重要意义。
中国拥有丰富的工业CO2资源，相当数量的油藏地质条件为CO2-EOR提供了充足的应用空间。近年来，国内油气公司对此领域已经着手尝试。2017年11月，新疆油田与壳牌公司签署了关于筛选两个CO2-EOR联合研究油田的合作协议，希望通过合作尽快实现适合新疆油田的CO2驱油技术。此协议为新疆油田持续稳产和CO2减排在油气开发领域的应用和普及奠定了基础。2017年7月，长庆油田的CO2驱油先导实验工程的第一口注气井成功注气。这个CO2驱油先导实验工程进展顺利，现已完成五口井的注气（总共有九口）。此外，作为能源战略的一部分，大庆油田、吉林油田等积极开展了注入CO2提高采收率的示范试验，CO2驱油已有所建树。
微气泡技术助力提高石油采收率
尽管国内在CO2驱油方面已经有所进展，然而，如何解决CO2气源和降低成本是应用和普及CO2-EOR，提高低渗透油田采收率的当务之急。储油层的地质条件、地层流体性质以及注气方式都会影响CO2驱油效果。注入的气泡直径越大，浮力作用越明显，气体突破的时间（CO2从注入井到达生产井所需时间）就越短，CO2波及面积大大下降，导致采收率就大幅下降。因此，可利用微气泡（直径约10~50um的气泡）浮力小、移动速度小的特性来延长气体突破的时间，从而加大CO2波及面积来提高原油采收率。
上世纪90年代，微气泡生成技术得到突破。研究人员发现微气泡具有许多独特的物理特性：一是单位体积比表面积大。直径10um的微气泡与1mm的大气泡相比较，其单位体积比表面积是后者的100倍，在与原油接触时，接触面积增加了100倍。二是内压大。在流体中微气泡的内部压力大于流体压力，促进气泡在上升过程中收缩且有增压效应，同时促进微气泡快速溶解，这保证了在驱油过程中CO2能快速溶于原油。三是上浮速度小。通常，气泡直径越小，上浮速度越小，滞留时间越长，这使得CO2能与原油保持长时间的接触。四是稳定性强。微气泡表面带有负电荷，负电荷间的同性相斥作用能防止微气泡结合成大气泡，有利于维持气泡稳定性。
日本地球环境产业技术研究机构（RITE）自2007年起着手CO2微气泡技术的开发和应用。现有设备主要在常温和低压条件下生成微气泡，而RITE成功开发了适合地下深部高温高压条件、耐腐蚀、易保修的微气泡专利技术，并首次提出了利用CO2微气泡提高石油采收率的新概念。利用带有微孔的筛片产生CO2微气泡，根据储油层的孔隙大小及分布状况优化微孔的直径，即产生最适合储油层孔径的微气泡，以最终增加原油产量。RITE研究人员利用油田的低渗透（约1md）岩芯，在模拟地下深部的温度压力条件下，定量地评估了通常的CO2注气与注入CO2微气泡时的模拟石油采收率的差异。实验结果显示，注入CO2微气泡时的采收率提高了16%，充分证明了CO2微气泡驱油的有效性。研究人员还通过比较实验过程中的X线CT图像，探寻采收率提高的原理，结果发现：对于低渗透领域，微气泡通过进入微小孔隙，驱替小孔隙内的原油而增加石油采收率，驱替能力大约是通常CO2注气的2倍。研究人员还利用高渗透率的Berea砂岩证明了注入CO2微气泡能延迟CO2的突破时间，这个结果和泡沫阻塞作用共同减缓了CO2向生产井的推进。RITE研究人员已经完成了设置在井内产生CO2微气泡的装置，并通过一系列的现场试验成功地验证了实用化方案。下一步的工作是寻找能提供油田现场的合作伙伴，共同完善CO2微气泡驱油技术，推进该技术的商业化。
大量的实验结果证实了注入CO2微气泡提高石油采收率的能力，也显示了CO2微气泡驱油技术实用化的应用前景。CO2微气泡驱油技术不仅能为高效开发低渗透油田生产更多的绿色石油，也能为实现CO2减排做出重要贡献。针对中国的渗透率低、非均质性强、开发难度大的油田，分析、总结、吸收北美先进技术，采用CO2微气泡驱油提高原油采收率大有可为。