在一个新的残余油藏区域中，对石油回收和二氧化碳（CO?）封存效果进行了性能分析：美国德克萨斯州西部二叠纪盆地塔尔科顿油田（Tall Cotton Field）的二氧化碳驱油（CO?-EOR）项目

《Carbon Trends》：Performance analysis of oil recovery and CO 2 retention in a greenfield residual oil zone: CO 2-EOR in Tall Cotton Field (Permian Basin, West Texas, USA)

残余油带（ROZ）的CO?驱油与封存潜力分析——以得克萨斯州Tall Cotton Field为例，采用分配井模式和孔隙体积替换比（VRR）评估两阶段开发（PH1和PH2）的油 recovery因子（4-10%）及CO?封存量（PH1均7135 MMscf，PH2均3677 MMscf），对比成熟产层（MPZ）和褐场ROZs，证实绿场ROZs通过优化井网（如倒五 spot）可实现与褐场相当的封存和采收率，且PH2阶段因更密集井网设计采收率提升至13%。

　　### 油田残余油区（ROZ）与二氧化碳驱油（CO?-EOR）及碳封存的潜力分析

在油气田开发中，残余油区（Residual Oil Zones, ROZ）因其含油饱和度较低而常被认为商业价值不高，尤其是在传统的主产层（Main Pay Zone, MPZ）或褐田区（Brownfield）中。然而，随着增强型油回收技术（Enhanced Oil Recovery, EOR）的发展，特别是二氧化碳驱油（CO?-EOR）技术的应用，ROZ开始展现出重要的开发潜力。CO?-EOR不仅能够提高油田的采收率，还能在注入过程中实现二氧化碳的地下封存，从而对碳减排具有积极作用。尤其是在注入的二氧化碳为人为排放的情况下，这种封存能力更是成为关注的焦点。

在得克萨斯州西部的塔尔棉花油田（Tall Cotton Field），该油田属于二叠纪盆地的圣安德烈斯灰岩层（San Andres Limestone），自2015年开始进行第一阶段（Phase 1）的开发，随后在2017年扩展为第二阶段（Phase 2）。该油田被认为是美国首个专门用于CO?-EOR开发的绿田区（Greenfield）ROZ。不同于传统的褐田区ROZ，绿田区ROZ通常不与MPZ相关联，因此在CO?-EOR开发方面较为少见。然而，塔尔棉花油田的开发成果表明，绿田区ROZ在EOR和碳封存方面同样具有显著潜力。

#### 塔尔棉花油田的开发背景

塔尔棉花油田位于得克萨斯州加因斯县，靠近塞米诺尔油田（Seminole Field）和瓦森油田（Wasson Field）。该油田的ROZ主要由圣安德烈斯灰岩层构成，该层在二叠纪盆地的多个油田中都有广泛的研究。尽管如此，ROZ的开发一直受到多种因素的限制，如残余油饱和度接近极限、高含水率以及缺乏足够的经济激励等。因此，许多油田并未将ROZ纳入开发计划。

然而，随着CO?-EOR在不同油田中取得成功，ROZ的开发逐渐受到重视。特别是在二叠纪盆地，一些研究指出，ROZ中的原油储量可能超过上覆MPZ的两倍。这为ROZ的开发提供了新的视角。此外，CO?-EOR不仅可以提高采收率，还能通过注入二氧化碳实现碳封存，为实现碳中和目标提供了一种可行的路径。

#### CO?-EOR在绿田区ROZ中的应用

塔尔棉花油田的开发采用了倒置的五点井网（inverted 5-spot pattern）模式，这是CO?-EOR常用的一种井网布局。该模式在Phase 1中包括9个20英亩的单元，而在Phase 2中则扩展为3个20英亩和16个10英亩的单元。这种布局旨在提高油藏的连通性，从而提升EOR效率和碳封存潜力。Phase 1于2014年开始，2015年3月完成钻井和完井作业，而Phase 2则于2016年11月启动，旨在进一步扩大开发规模。

在Phase 1中，CO?的注入量平均为每天35百万标准立方英尺（MMscf），而油产量在2017年3月达到每天约1600桶（bbl），即每个井每天约100桶。随着注入的结束，油产量逐渐下降，但二氧化碳的生产量增加，这表明注入的CO?正在被回收。Phase 2的注入量更高，平均为每天60 MMscf，而油产量在2019年1月达到每天约2400桶，即每个井约100桶。注入结束后，油产量下降，但二氧化碳的封存效果依然显著。

#### CO?-EOR性能分析方法

本研究基于塔尔棉花油田的28个倒置五点井网模式，分析其CO?-EOR的性能。研究采用了分配的注入和生产数据，通过历史和预测的油回收率分析，以及CO?封存效果的评估，对各井网的性能进行了深入探讨。通过比值趋势分析（ratio-trend decline analysis）等方法，研究人员能够从历史数据中提取关键性能指标，并将其应用于预测阶段的分析。

研究还关注了注入的CO?与生产的油和水之间的关系，通过计算“空隙体积替代比”（Voidage Replacement Ratio, VRR）来评估油藏的能量状态。VRR是注入体积与生产体积的比值，其值接近1表明油藏能量保持稳定，而值大于1则表明油藏能量在增加，小于1则表明能量在减少。此外，CO?的封存量、利用效率（CO? utilization）和保留率（CO? retention）等指标也被用于评估ROZ的碳封存潜力。

#### 油田开发阶段的对比分析

Phase 1和Phase 2的开发模式存在显著差异。Phase 1主要由9个20英亩的倒置五点井网组成，而Phase 2则扩展为3个20英亩和16个10英亩的井网。这种扩展不仅增加了开发面积，还提高了油藏的连通性，从而提升了EOR效率和CO?封存能力。

在Phase 1中，油的采收率在注入结束时达到约7.5%，而在预测阶段增加至约12%。相比之下，Phase 2的油采收率在注入结束时为约8.5%，并在预测阶段增加至约12.9%。这表明Phase 2的开发策略在提高油采收率方面更为有效。然而，在CO?封存方面，Phase 1的平均封存量为约7130 MMscf，而Phase 2的平均封存量为约3700 MMscf。这可能是因为Phase 1的井网面积更大，CO?的注入量和封存能力也更高。

#### 绿田区ROZ的潜力

塔尔棉花油田的开发结果表明，绿田区ROZ在CO?-EOR应用中具有重要的潜力。尽管绿田区ROZ通常不与MPZ相连，但其在EOR和碳封存方面的表现与褐田区ROZ和成熟MPZ相当。这一发现为未来绿田区ROZ的开发提供了重要的参考依据。

此外，研究还指出，绿田区ROZ在碳封存方面具有更高的潜力。CO?的封存量和利用效率在注入结束后仍然保持较高水平，这表明即使在没有持续注入的情况下，绿田区ROZ仍能有效封存CO?。这种能力对于实现碳中和目标具有重要意义。

#### CO?-EOR与碳封存的协同效应

CO?-EOR不仅提高了油采收率，还实现了二氧化碳的地下封存。这种协同效应在绿田区ROZ中尤为明显。研究显示，注入的CO?在油藏中能够有效封存，且封存量与注入的体积和井网面积密切相关。通过比值趋势分析，研究人员能够预测不同阶段的CO?封存效果，并评估其对油采收率的影响。

#### 结论与展望

塔尔棉花油田的开发为绿田区ROZ的CO?-EOR应用提供了重要的案例。研究表明，绿田区ROZ在EOR和碳封存方面具有显著潜力，甚至可能优于褐田区ROZ和成熟MPZ。这些发现不仅有助于理解ROZ的开发潜力，还为未来的碳封存项目提供了参考。

未来的研究可以进一步探讨油藏的异质性及其对分配比和CO?-EOR性能参数的影响。通过精确的油藏模拟和历史匹配，可以更全面地评估ROZ的开发潜力，并优化开发策略。此外，随着全球对碳减排的关注增加，绿田区ROZ的开发可能成为实现可持续能源生产的重要途径。