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披荊斬棘 浴火輝煌——新疆克拉瑪依油田稠油開發歷程綜述

2020-10-14 17:12:50 來源:克拉瑪依日報
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  克拉瑪依油田稠油開發的奮進歷程系列報道之一

  披荊斬棘 浴火輝煌——克拉瑪依油田稠油開發歷程綜述

  本報首席記者 高宇飛

  烏爾禾是克拉瑪依市下轄的一個區。烏爾禾境內聳立着奇特的雅丹地貌,有“中國最美雅丹”之稱。

  從烏爾禾城區往東北走,眼前除了間或出現的雅丹地貌,幾乎是一片一望無際寸草不生的戈壁灘。

  但再往前走,一幅撼人心魄的畫面突兀地出現在眼前:一座座數十米高的藍色“鋼鐵戰士”巍然矗立在茫茫天地間,顯得十分奇幻。這些“鋼鐵戰士”就是開採超稠油的專用抽油機。地面上,蜿蜒曲折、縱橫交錯的銀色管道像一條條巨龍在這些抽油機之間遊走。

  一座座數十米高的藍色“鋼鐵戰士”矗立在世界魔鬼城的邊緣,這些“鋼鐵戰士”就是開採超稠油的採油機。本報記者 戴旭虎 攝

  這片土地因為有奇特的雅丹地貌,被稱為“世界魔鬼城”,又因為常年颳風,又被稱為“風城”。

  不颳風的時候,這裏無比寧靜。

  但寧靜的地表下,卻是一片“熱氣騰騰”熱鬧非凡的景象——地下幾百米處幾乎呈固態的超稠油,正日夜不停地經受着高達兩百多攝氏度的過熱蒸汽的“煎熬”,然後融化成可以流動的液體,被抽到地面管道,源源不斷地為我國貢獻着世界上極其珍貴的資源,這就是優質環烷基稠油。

  這片奇幻的稠油開採區域,就是新疆油田公司下屬的風城油田。

  環烷基稠油有石油中的“稀土”之美譽,是煉製國家緊缺的高端特種油品的主要原料。

  克拉瑪依石化公司是我國最大的優質環烷基稠油生產基地。它生產的航空煤油等產品為國家能源安全、國家重大工程作出了巨大貢獻。本報首席記者 閔勇 攝

  稠油,又叫重油,是一種密度大於每立方厘米0.943克、在未開採出地面時的地下黏度大於50釐泊的原油。黏度大於50釐泊小於1萬釐泊的叫普通稠油,黏度在1萬釐泊至5萬釐泊的叫特稠油,黏度大於5萬釐泊的叫超稠油。

  黏度5萬釐泊是什麼意思呢?常温下,水的黏度是0.5釐泊,蜂蜜的黏度是1萬釐泊。

 

  在原重油公司稠油開發區塊,老一輩石油工人正在井區開展技術交流(資料圖)。(重油公司供圖)

  在上世紀90年代至本世紀初,由於油藏條件極差、物性極差等原因,這片油區的商業開發被視為世界級難題,曾被加拿大石油公司、法國道達爾公司、美國雪佛龍公司這三大國際石油公司“判過死刑”。

  在廣袤的準噶爾盆地西北緣,還有很多區域藴藏着難以開採的稠油、超稠油資源,儲量高達12億噸。風城油田只是其中的一個油區。

  克拉瑪依石油人對稠油的試驗性開發始於六七十年前的上世紀50年代末,上世紀八九十年代也有過對普通稠油的成功開發。

  老一輩石油工人在原重油公司稠油區塊奮戰(資料圖)。(重油公司供圖)

  上世紀90年代後期,克拉瑪依油田開始面臨着兩難境地,一是易採的普通稠油資源日益枯竭,二是國家經濟高速發展對優質環烷基稠油需求量急劇增加。

  高黏稠油能否經濟地開採出來,成為當時決定克拉瑪依油田能否可持續發展的關鍵。

  面對國內開採技術的落後、國外技術的壁壘和水土不服等不利局面,為了攻克稠油開發難關,從1996年起,1600餘名不願服輸的克拉瑪依石油人,依託國家、中石油集團公司的相關科研項目,踏上一條充滿荊棘、曲折艱難、艱苦卓絕的科研“長征”路。

  石油技術專家正在對稠油區塊的滾動勘探、開發技術進行攻關(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  2019年6月9日,新疆油田公司宣佈,通過二十多年的持續攻關,公司成功突破了核心技術瓶頸,自主研發形成了領先世界的新一代陸相非均質淺層高黏稠油開發成套技術及裝備,累計產油超1億噸,建成了我國最大的優質環烷基稠油生產基地,為國家能源安全、國家重大工程建設、新疆和克拉瑪依地區社會穩定、長治久安和經濟發展做出了巨大貢獻。

  風城油田作業區的石油工人在嚴寒中奔赴井場(資料圖)。本報通訊員 楊麗敏 攝

  在準噶爾盆地這片莽莽荒原,克拉瑪依石油人創造了一個又一個驚天動地的奇蹟。他們成功地開發出了新中國的第一個大油田,成功地探明瞭瑪湖和吉木薩爾兩個十億噸級大油區,新一代陸相非均質淺層高黏稠油開發成套技術及裝備的研發成功是克拉瑪依石油人在準噶爾盆地的莽莽荒漠創造的又一奇蹟!

  這個突破,堪稱為世界稠油開發貢獻了“中國智慧”和“中國力量”。

  蒸汽吞吐:打開大門

  上世紀50年代初,中蘇石油公司在準噶爾盆地西北緣進行淺井鑽探的過程中,就在黑油山、烏爾禾等地頻繁地發現了稠油:露出地面的稠油有的像糖稀,有的則像瀝青。

  1960年,新疆石油管理局科研人員通過模擬試驗,開始認識通過向地下注入蒸汽開採稠油的原理。

  1965年,新疆石油管理局克拉瑪依礦務局生產技術處處長張毅帶着研究人員在現在的黑油山附近開闢了全國第一個稠油開發試驗井組,對黑油山附近的淺井首次進行單井蒸汽吞吐試驗。

  蒸汽吞吐是採用注蒸汽方式開採稠油的一種方法,又稱循環注入蒸汽方法。具體做法是:把水加熱成蒸汽,通過注汽鍋爐週期性地向油井中注入一定量的蒸汽,然後關井燜一段時間,等到蒸汽熱能向油層擴散,把稠油加熱融化,增強它的流動性,再開井將原油採出的一種稠油生產方法。

  風城油田作業區二氧化碳吞吐措施作業現場(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  此後,蒸汽吞吐試驗又有了進一步發展。但限於當時的技術條件和經濟實力,稠油開採一直沒有得到大的突破。

  1979年以來,伴隨着改革開放的春風,科研人員對注採工藝進行了一系列改進。遺憾的是,當時沒有與實施這項技術相匹配的注汽鍋爐,鍋爐注汽壓力、汽量、蒸汽幹度都不能滿足要求,大大制約了注蒸汽採油工藝的發展。

  這種狀況一直持續到1983年。此後,以新疆石油管理局油田工藝研究所副所長兼主任工程師彭順龍為代表的科研人員接過了這副重擔。

  “我們過去搞了十多年稠油開採技術研究,但沒有重大突破。如果我們這些人在10到15年再搞不出來,就愧對黨的培養,愧對子孫後代。”接下任務的彭順龍同時也發出了錚錚誓言。

  就這樣,在彭順龍等一大批科研人員夜以繼日的持續攻關下,蒸汽吞吐開發技術難題不斷被攻克。

  為加大稠油開發力度,1986年11月24日,新疆石油管理局稠油開發公司成立,1988年更名為重油開發公司,這表明中國稠油開發技術逐漸走向成熟,稠油注採技術從探索邁入實施階段。

  1989年,克拉瑪依油田稠油產量已達107.5萬噸,重油開發公司也成為我國西部最大的稠油生產基地、克拉瑪依油田第三個百萬噸採油廠。克拉瑪依油田的稠油開發邁入新階段。

 

  技術人員在風城油田作業區二氧化碳注入稠油試驗現場研討方案(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  但看似輝煌的成就下卻潛藏着危機,讓克拉瑪依石油人如坐鍼氈——

  在可採收儲量難以大幅增長的情況下,隨着稠油黏度係數的增加,產量遞減速度很快。1989年,重油開發公司產量雖然突破了百萬噸大關,但日產原油已從三千餘噸大幅降至兩千餘噸。

  科研人員當時預測,如果不立即採取新的有力措施,重油開發公司的稠油產量將快速遞減,曾經預測的可有效開發10年的生命期很有可能達不到。

  由蒸汽吞吐為主要開發方式轉為以蒸汽驅為主要開發方式,成為當時新疆石油管理局很多科研人員的主張。但由於蒸汽驅的4個先導試驗井組效果有好有差,對蒸汽驅持反對意見的人也不少。

  蒸汽驅是採用井組的方式,由注入井連續不斷地往油層中注入蒸汽,蒸汽不斷地加熱油層,將原油驅趕到生產井口周圍,並被採到地面上來,注汽井連續注汽,生產井連續採出原油。

  風城作業區二號稠油聯合處理站二期工程建設施工時候的場景(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  根據國際上已有的技術和理論,對於黏度在1萬釐泊以下的稠油,一般先採用注蒸汽吞吐開採,待開發到第三輪或者第四輪的時候,隨着採收率的降低和原油黏度的不斷增大,轉入蒸汽驅開發效果最好,可以把採收率從最高20%提高到40%。

  在很長一段時間裏,要不要把“吞吐”轉為“汽驅”,當時的新疆石油管理局上至主要領導下至普通員工對這一問題難以達成共識,甚至還產生了兩個觀點截然相反的“派別”——“吞吐派”和“汽驅派”,兩派人討論起來總是針鋒相對,經常吵得臉紅脖子粗。

  經過一兩年的爭論,隨着蒸汽驅先導試驗成果的不斷顯現,主管開發的新疆石油管理局副局長趙立春等領導,終於拍板決定必須轉蒸汽驅開發。

  1991年9月,中國石油天然氣總公司在克拉瑪依召開稠油開發工作會議後,克拉瑪依九區淺層稠油隨即轉入大面積蒸汽驅開發。

  複合汽驅:攻克難關

  上世紀90年代初的蒸汽驅技術,主要應用在克拉瑪依油田一些條件較好的稠油油藏,最初幾年,的確大大盤活了稠油資源,為稠油的可持續開發做出了重大貢獻。

  但是,大面積轉入汽驅後,仍有一部分油井增產效果不盡如人意。

  重油公司副經理兼總地質師陳榮燦想了許久找不到原因。突然有一天,一個問題強烈地跳出來,不斷縈繞在他的腦海中:“蒸汽驅採油發揮得不如人意,是不是與井距有關?井距如果過大,蒸汽波及不到,當然影響增產效果。”

  在風城油田作業區小井距蒸汽驅施工現場,石油工人正在奮戰(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  這個發現頓時啓發了陳榮燦。他一頭扎進資料堆裏,果真發現了線索,立即向領導申請到國外有關油田進行考察。

  1995年,重油公司派人到國外油田實地考察發現,國外油田蒸汽驅兩井間的有效半徑僅有30至40米,而九1至九6區的井距是100×140米。

  考察回來後,陳榮燦提出:在蒸汽驅試驗成功的基礎上進一步加密井網。

  九1至九6區打加密井的方案很快獲得批准。1998至1999年,該區加密井投產達到高峯,兩年中分別投產加密井577口和636口,新增可採儲量775萬噸,建成產能76.5萬噸,徹底改變了蒸汽驅採油效果好壞不均的狀況。1999年,佔總數不到1/3的汽驅井完成原油產量92.8萬噸,接近當年重油公司原油總產量的一半。

  1998年,重油公司原油產量由上年的144.3萬噸提高到156.2萬噸,1999年又上升到了192萬噸。重油公司一舉成為新疆石油管理局首屈一指的產油大户。

  但這並不是一個一勞永逸的辦法。

  石油工人在重油公司採油作業二區巡檢。本報首席記者 閔勇 攝

  蒸汽驅能夠經濟地開採出來的油仍然只是油藏中的一部分,剩下更多的儲量是低品位高黏稠油。這些油藏儲層非均質性很強,物性很差,阻礙蒸汽波及和蒸汽腔發育的隔夾層很多,汽竄嚴重,大量蒸汽無效循環,在儲層中的波及體積不足50%,嚴重影響開採效率,採收率不足30%。

  通俗地説,就是油藏儲層裏面的雜質多,有許多阻擋蒸汽向四周擴散加熱油層的障礙物,並且大量類似於花盆裏發生滲漏的大通道,使蒸汽通過這些通道時迅速逃逸,不能作用於油層。

  怎麼解決這些問題呢?

  結合過去的研究成果,針對進入開發中後期暴露出的汽竄問題,為進一步探索蒸汽驅中後期提高採收率的對策,重油公司的霍進、黃偉強、鄭愛萍等專家,帶領他們的科研團隊和其他單位的科研團隊展開了聯合攻關試驗。

  他們對克拉瑪依油田九區開發了近三十年的老油藏進行取芯再認識,發現在油層上部存在繼承性竄流通道,而在韻律層有遮擋的部位,還有可觀的剩餘油,這就更堅定了大家的信心。如何再進一步把這些寶貴的資源拿出來?他們把目標聚焦到多介質複合蒸汽驅技術,開展多介質複合蒸汽驅機理研究,並開展蒸汽驅氮氣泡沫驅、二氧化碳複合驅、碳酰氨複合驅等多項重點試驗項目。

  技術人員不斷改進風城油田作業區的地表竄汽治理技術(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  對每個正在開展的重大試驗項目,科研人員結合地質資料和方案要求,對繼承性竄流通道封堵,完成試驗區封堵層位及射孔井段的優化,明確試驗區監測資料錄取方案,及時跟蹤、分析、評價生產效果及存在問題;相關科室、作業區溝通協作,對試驗區井組實施“特護”管理,開展油井查套找漏、井口改造、套損井大修、地面設備設施建設等工作,保證井況良好。

  經過多年探索和完善,新疆油田公司相繼揭示“增能補壓、顆粒封堵、乳化驅替”的氣/液/固協同提高採收率機理,發明了低成本高温深部“調、驅”系列產品,建立強非均質稠油注蒸汽逐級調堵方法,創新多相協同擴大蒸汽波及體積技術,形成了特稠油多相協同注蒸汽全生命週期開發模式,有效解決了低壓油藏增能保壓和強非均質儲層抑制蒸汽竄流兩大難題,工業化應用採收率突破65%,比國內外同類油藏高出20個百分點。

  SAGD技術:開發革命

  位於白楊河大峽谷下游的烏爾禾,是東歸的蒙古族土爾扈特人一部分後裔的居住之地。離這些牧民的氈房不太遠,有一個被他們叫做“黑山”的地方。為什麼叫做“黑山”呢?因為這裏的沙石是發亮的黑色,浸潤着黏稠的、油乎乎的東西。

  上世紀50年代,石油地質勘探隊員來到這裏發現了這裏的稠油,牧民才知道,這些東西是油砂和天然瀝青,是地下的石油冒出地面後與其他物質摻雜形成的。

  1958年9月10日,國家副主席朱德來克拉瑪依視察。得知烏爾禾地區的發現成果後,他注視着準噶爾盆地西北緣勘探圖紙,問道:“這個烏爾禾離這裏(克拉瑪依)有多遠?”

  “一百多公里。”新疆石油管理局副局長秦峯迴答説,“據中蘇學者論斷,烏爾禾以東地區是最好的探區,原油構造、含油情況都可能是很好的……”

  從1958年到1966年,新疆石油管理局在烏爾禾總共鑽了23口2000米以上的深探井,試油35層,見油流的井就有8口。但只有烏5井、132井和249井三口井在克下組獲得了低產工業性油流。

  SAGD技術的不斷革新和進步,推動了風城作油田作業區等克拉瑪依油田各稠油、超稠油區塊勘探開發的步伐。本報記者 戴旭虎 攝

  出現這種狀況,原因在於當時人們對烏爾禾地區的油藏並沒有認識清楚。尤其是其中的稠油資源,受技術限制一直沒能動用。

  從上世紀90年代初到2005年,新疆石油管理局多次組織科研人員對這裏的超稠油資源進行小範圍開發試驗均以失敗告終。在15年的時間裏,新疆石油管理局還三次邀請國際三大石油公司加拿大石油公司、法國道達爾公司、美國雪佛龍公司前來談合作開發,均被對方判“死刑”,它們認定這裏為開發的“禁區”。

  2006年,由於克拉瑪依油田稀油發現儲量很有限,180萬噸產能建設計劃尚有30萬噸缺口,雖然當年在風城油田重32井區黏度最低的、認定可以開發的區域部署了30萬噸產能建設,但2007年採用蒸汽吞吐或蒸汽驅進行投產後,卻發現根本無法經濟動用。如果沒有新的產量及時補充進來,克拉瑪依油田就很難繼續保持2002年就已達到的1000萬噸年產量。

  風城超稠油資源的動用,勢在必行。

  2007年,面對嚴峻的生產形勢,代表着當時世界超稠油開採最新技術的SAGD正式進入新疆油田公司科研人員的視野。

  SAGD是“蒸汽輔助重力泄油技術”的英文簡稱,是一種將蒸汽從位於油藏底部附近的水平生產井上方的一口直井或一口水平井注入油藏,被加熱的原油和蒸汽冷凝液利用重力作用,流向底部的水平井,然後從油藏底部的水平井被採出的採油方法。

  當時世界上的雙水平井SAGD技術僅適應於海相均質油藏,陸相強非均質油藏並無工業化開發先例可循,而克拉瑪依油田的稠油油藏是陸相強非均質油藏。國內的遼河油田已在進行中深層超稠油直平組合SAGD開發,但這種開採方式的啓動時間長達8年、油層厚度下限40米,也不適用於克拉瑪依。

  SAGD技術推動了稠油的開採,新式抽油機成為了油田一道新風景。本報首席記者 閔勇 攝

  2007年底,新疆油田公司勘探開發研究院開發所副所長孫新革在沒有任何經驗的情況下,通過苦苦摸索,歷時半年時間,終於主持編寫完成《風城超稠油SAGD開發先導試驗方案》,並於2008年5月通過中石油股份公司評審。

  隨後,新疆油田公司首座SAGD先導試驗井區在風城油田重32井區啓動建設,2009年1月7日正式投產,總共部署4個井組。

  為確保項目順利進行,新疆油田公司還成立了SAGD先導試驗項目部,由開發公司第三項目部、勘探開發研究院、採油工藝研究院為成員單位,宋渝新任經理、張建華任副經理、孫新革任副經理兼總地質師、王澤稼任副經理兼總工程師。承擔現場試驗重任的風城油田作業區為項目保駕護航,成立了以經理馬國安為組長、副經理樊玉新為副組長的SAGD試驗項目領導小組。

  投產後的一年多時間裏,宋渝新、張建華、孫新革、王澤稼、樊玉新等人,幾乎一直住在現場,隨時監測各項數據、參數,隨時指揮調控。

  2009年5月,重32井區SAGD試驗區第一口生產井歷經波折,終於產出了油。

  通過這個試驗,風城油田超稠油的油藏條件、物性、黏度,開採理念、方法、配套工藝技術、現場操作方法、實施流程等問題,逐漸清晰起來。

  在重32井區SAGD先導試驗取得一定成果的基礎上,2009年8月,油田公司又在重37井區啓動第二個更有代表性的先導試驗。這次試驗的方案更成熟,工藝更加合理,流程更加簡單,同時實現了關鍵設施、設備從依靠外援到自主研發。

  2009年12月24日,重37井區SAGD先導試驗舉行了投產儀式。重37井區先導試驗區部署7對半水平井井組,24口觀察井、2口直井。

  通過不斷地試驗,風城油田稠油的油藏條件、物性、黏度及開發技術逐漸清晰起來,稠油的開採如今已是如火如荼。本報首席記者 閔勇 攝

  隨着試驗的不斷推進,這兩個項目在取得一系列成果的基礎上,也陷入了瓶頸,一些懸而未決的問題一直得不到解決。

  2011年3月,風城油田作業區新一任經理霍進到任。面對幾乎快進行不下去的SAGD先導試驗項目,他通過調研摸清了情況,霍進向全體員工宣告:“SAGD項目一定能夠成功。”

  他的信念堅定了大家繼續幹下去的決心和信心。

  隨後,在霍進的主持下,風城油田作業區在油田公司的大力支持下,對SAGD先導試驗進行了大刀闊斧的改革,先後成立SAGD重大開發試驗領導小組、SAGD重大開發試驗站,通過協調將歸屬採油一廠的供汽站、重油公司二區劃歸風城油田,研究制定了SAGD開發操作手冊,推動自噴井轉抽,到遼河油田深入學習SAGD技術……一系列龐雜艱鉅的工作緊張而又高效地進行着,風城油田的日產量也開始逐漸上升。

  當年11月,桑林翔等科研人員通過大半年的艱苦探索,成功找到了SAGD井下汽液界面控制的方法與原理,阻礙產量的關鍵問題隨之得以破解。

  2011年12月20日,隨着新調控方法的推行,風城油田日產油量大幅提高,兩個SAGD先導試驗區日產油突破280噸大關,這是項目組最初提出的產量目標。

  風城油田作業區200萬噸原油處理站改擴建工程推動稠油開發步伐(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  在這個過程中,霍進通過研究總結,提出了5點創新性理論認識:一是原油黏度不再是影響SAGD開發的主要因素, 二是油層內部發育的不連續隔夾層對蒸汽腔的最終形成影響不大,三是SAGD能否成功動態調控是核心,四是持續增汽提液擴腔的思路是正確的,五是SAGD採出液温度高達180℃是必然結果。

  而長期以來,SAGD的傳統理論認為,原油黏度是影響SAGD開發的主要因素,油層內部發育的不連續隔夾層對蒸汽腔的最終形成影響很大,SAGD能否成功不存在動態調控一説,持續增汽提液擴腔的思路是錯誤的,SAGD採出液温度高達180℃是異常現象。

  顯然,霍進提出的5點認識突破了SAGD的傳統理論,解決了外界對風城SAGD先導試驗長久以來的疑惑,也堅定了中石油集團公司對風城超稠油開發的信心和決心。從此,風城油田掀開了超稠油開發的嶄新篇章。

  2012年,SAGD技術在風城超稠油油區大面積鋪開,部署了四十多口井,生產效果良好。

  2012年6月28日,重32、重37井區SAGD井日產水平達到325噸。

  當日,霍進首次全面系統總結了SAGD先導試驗形成的8大技術,即“雙水平井設計”“雙水平井鑽、完井”“高壓過熱蒸汽鍋爐應用”“機採系統優化”“循環預熱與生產階段注採井管柱設計”“水平井與觀察井温壓監測”“高温產出液集輸處理”“動態調控”。

  2012年7月18日,風城油田一片歡騰,新疆油田公司總經理陳新發正式宣佈:SAGD試驗的階段性突破,使風城稠油處於工業化開採狀態,把幾代石油人的願望變成了現實。

  石油工人在風城油田作業區重18井區冒雪作業(資料圖)。(風城作業區供圖)

  此後,經過不斷改進,雙水平井SAGD的理論方法、井網布局、預熱啓動、汽液界面控制、高温帶壓保護作業等技術日臻完善,各項指標均優於國際先進水平,在風城油田實現了大規模商業推廣應用,目前已建成100萬噸產能,徹底盤活了新疆6億噸的超稠油資源,預計2025年風城油田產能將達到200萬噸以上。

  新疆油田公司所形成的非均質超稠油雙水平井SAGD技術,打破了同類油藏SAGD技術開發的禁區,變不可能為現實。

  目前,新疆油田公司的SAGD技術已走出風城油田,走向國際,通過技術服務、技術諮詢的方式在加拿大、委內瑞拉等國的油田推廣應用。

  火燒地層:漸入佳境

  作為一種珍貴的資源,克拉瑪依的環烷基稠油資源是有限的。能最大限度地把這些資源都開採出來,一直都是克拉瑪依石油人的心願。

  但是,一些稠油油藏經過多輪次深度開發後,進入高含水、物性差的階段,產量遞減,效益變差,採用蒸汽吞吐開採已經很不划算,也無法轉為蒸汽驅和SAGD技術生產。可是,這些油藏平均採出程度一般只有20%左右,最多隻有25%。

  這意味着,這些油藏還有75%乃至80%以上的稠油還深埋在地底!如果不想辦法開採出來,實在太可惜。

  在遍尋“藥方”的過程中,“火驅”二字的出現,在科研人員心頭燃起了希望的火苗。

  火驅,也是一種開發稠油的方式。通俗一點説,火驅就是火燒油層,也就是往油層注入空氣,通過點火讓油層燃燒,利用燃燒產生的熱量加熱油層,使原油裂解、降黏、流動,然後把變軟變稀了的稠油抽出來,從而實現開發。運用這種工藝,地層中的稠油可以最大限度被“吃幹榨淨”,是迄今為止能耗最小、温室氣體排放最少、開發效果最好的一項稠油開採工藝。利用這種方式開採稠油,具有熱效率高、採收率高、節能減排等優勢,採收率最高可達70%到80%。

  這項技術起源於上世紀二三十年代。火驅技術雖然採收率高,但要使原油在地下燃燒,過程十分複雜,實施、控制、監測起來非常困難。歐美開展的火驅試驗,多在原始的物性很好的油藏裏進行。

  而新疆油田公司想要運用火驅技術解決的,是注蒸汽開採後的稠油尾礦。這種稠油尾礦,經過了多輪次的蒸汽吞吐,由蒸汽冷凝形成了大量的地下水,即所謂次生水體,並且形成了錯綜複雜的汽竄通道。

  在尾礦進行火驅開發,其難度顯然要遠遠大於在原始油藏進行。

  老一輩石油技術專家正在分析研究原重油公司稠油區塊底層的岩心(資料圖)。(重油公司供圖)

  其實,從上世紀50年代末開始,以張毅、彭順龍為代表的克拉瑪依油田老一輩專家早已組織開展過火驅試驗。他們克服重重困難,用最原始的技術不斷摸索,已經取得了一定成果。但由於各種原因,克拉瑪依火燒油層試驗在上世紀70年代中斷了。

  進入“十二五”以來,隨着燃料價格的逐年攀升,成本壓力增大,注蒸汽開採稠油的開採方式也越來越跨不過經濟效益這道坎。稠油老區轉換開發方式已迫在眉睫,稠油的開發技術也需要不斷突破和創新。

  這時,人們又開始把目光轉向了被閒置已久的“火驅”。

  新疆油田公司總經理陳新發認為,這是突破原有稠油開採方式的一個重大機會,也是克拉瑪依油田穩產的重大契機。他召集稠油領域的專家和骨幹,決定在克拉瑪依油田再搞一次試驗。

  就這樣,2008年11月,新疆油田公司啓動了“紅淺1井區火驅先導試驗”,並在2009年初被中石油股份公司批准立項為“股份公司火驅重大試驗項目”。

  位於克拉瑪依市區南部方向約15公里的紅淺1井區八道灣組礫砂岩油藏曆經蒸汽吞吐和蒸汽驅開採後,因為沒有經濟效益,在1997年被廢棄,採出程度僅達到28.9%。

  然而,在廢棄的油藏上搞火驅試驗,別説在國內,就是在全世界範圍內,都沒有先例。

  該項目的工程技術負責人、新疆油田公司副總工程師張學魯將方案編制的重任交給了石油工程技術專業科研單位——工程技術研究院。工程技術研究院領導經過研究,決定讓副院長潘竟軍具體負責這項工作。

  “由於時間久遠,能夠找到的可供參考的資料幾乎沒有,而且國內外相關文獻又少得可憐。”潘竟軍説。

  一切得從零起步。沒有資料,那就蒐集資料。時間緊迫,那就加班加點。接到任務後,潘竟軍帶領一眾得力干將——陳龍、蔡罡、餘傑、陳莉娟等開始了攻堅戰。

  由於火驅開採技術的複雜性和特殊性,需要結合地質油藏、採油工程、地面工程、安全環保等多學科開展聯合攻關,這就要求方案編制人員瞭解各項專業技術。

  誰都不是天生的多面手。為了將方案編制得比較科學合理,項目組成員一邊工作,一邊學習,一邊調研。

  為了使方案既論證充分又結合實際,具備較強的可操作性,項目組成員之間要反覆交流,密切配合,高度銜接。陳莉娟編寫出一部分後,先給蔡罡看,蔡罡看完陳龍再看,陳龍看完潘竟軍再審……一環扣一環,確保了方案編寫科學合理。

  在長達半年的時間裏,他們捨棄了週末,捨棄了節假日,甚至捨棄了許多應該睡覺的時間,蒐集查閲了世界範圍內四十多個國家的火驅項目資料,借鑑了其中三百多個區塊不同油藏特性的火驅實踐經驗,並深入分析了國內前期開展的火驅試驗的經驗、教訓,重點針對紅淺這類淺層稠油油藏展開了一系列的技術攻關研究。經過12個版本的修改完善,第一個火驅方案終於出爐了。

  當然,方案只是一張“施工圖紙”,要真正實現“滾滾油流火中取”,最核心的是要有比較成熟的火驅注氣點火工藝,才能讓這把火在500米甚至更深的“地宮”成功燒起來。

  經過近一年的潛心研發,2009年秋,第一台電點火器誕生了!這是一個長12米、適用於7英寸套管的電點火器。經過十多次室內檢測和試驗後,2009年11月底,點火器開始進入試驗現場。

  在滴水成冰的冬天,火驅先導試驗卻進行得熱火朝天。12月1日,火驅項目注氣站投產試運行;12月7日,紅山嘴油田紅淺1井區008井啓動點火程序;12月9日,紅山嘴油田紅淺1井區010井啓動點火程序。

  紅山油田公司採油工在稠油區塊巡井。本報首席記者 閔勇 攝

  2009年12月19日,新疆油田公司舉行紅淺1井區火驅先導試驗項目投產儀式。

  “出油了,出油了!”兩個月後的2010年2月25日,紅山嘴油田紅淺1井區火驅先導試驗生產井2057A現場一片歡騰,火驅生產井第一口井出油了!同年6月5日,火驅先導試驗區012井啓動注氣點火程序,6月25日點火成功。

  至此,新疆油田公司紅淺1井區火驅先導試驗項目首批3口注氣點火井全部完成點火工作。2011年7月21日,根據方案,紅淺二期工程實施的4口井也順利點火。

  此後,圍繞高效點火、生產過程監測、高氣液比舉升、安全井下作業等,新疆油田公司又相繼組織開展了攻關,創新建立了火燒區帶電阻率變化模型,攻克了火驅爆炸風險評價、井筒防腐、安全壓井等關鍵技術,解決了高含水低含油儲層火驅開發問題。紅淺火驅生產運行十年來,實施了13個井組點火,成功率100%,點火時間由原來的15天縮短至3天,累計產油15萬噸,將採收率提高了35個百分點,可以延長商業開發週期15年。一座廢棄多年的油藏“浴火重生”!

  目前,火驅技術在克拉瑪依油田可推廣覆蓋儲量1.3億噸,新增可採儲量4680萬噸。2018年,紅淺火驅工業化項目投入現場實施,建成了“千井火驅三十萬噸”生產規模。這對保障克拉瑪依油田稠油老區持續穩產和可持續發展具有重大意義,那些注蒸汽開採後瀕臨廢棄或已經廢棄的油藏,即將迎來新生。

  更為重要的是,新疆油田公司歷時10年攻關形成的滿足稠油火驅生產需求、具有自主知識產權的配套火驅開採技術,破解了稠油尾礦綠色高效開發再利用的世界級難題,可進行規模化推廣應用,將為國內乃至國外同類油藏進一步提高採收率做出貢獻。

  水熱利用:經濟環保

  2009年,一些SAGD試驗井相繼進入生產,而採出液進入風城1號稠油聯合站後,卻出現了原油脱水困難的問題,給1號稠油聯合站油水處理系統的平穩運行帶來巨大困難。

  這是因為,SAGD採出液並不全是石油,而是油、水、泥、砂等多種物質混合形成的高温乳狀液。

  “具有明顯的膠體特徵,靜止30天以後,仍是這個狀態,很難用當時的設備進行油水處理。”孫新革説。

  不對其進行特殊處理,就無法把油從這種乳狀液中分離出來。

  伴隨這個問題而來的是“SAGD採出液高温密閉脱水試驗”,它是2009年中石油重大項目“風城超稠油開發地面工程配套技術研究”的6個課題之一。

  這個“大活”當時就落在了CPE新疆設計院油田工藝設計所工程師蔣旭身上。

  當時有人這樣調侃道:“你要是能拿下這個項目,可算是為國爭光呀!”

  初出茅廬的蔣旭清楚這句話的分量。原因不外乎這兩點——一是這項技術當時僅有少數幾個國家掌握,國內還沒有成功案例;二是掌握此項技術的幾個國家,對技術中的脱水工藝、核心設備及藥劑配方,實施了技術封鎖。

  蔣旭和他的團隊開始展開技術攻關,組織對主要脱水設備進行自主研發、自主生產。

  3個月的項目立項,3個半月的SAGD高温採出液物性分析,3個月的SAGD高温採出液密閉集輸工藝研究,8個月的SAGD高温採出液試驗裝置研究及現場試驗,一年的施工圖設計與現場施工……

  就這樣,經歷了無數個艱難的日夜之後,一項項關鍵技術被攻破,一套套核心設備被設計出來,國內首個超稠油高温密閉處理站在蔣旭和他的同事手中誕生,併產生了近十項創新研究成果。

  2012年12月,蔣旭主要負責設計的SAGD採出液高温密閉脱水試驗站投產成功,生產出首批含水率在2%以下的合格油品,並超過設計指標。

  “處理效率比國內的兄弟油田高30倍,我們只需要4個小時,而兄弟油田處理同樣黏度的稠油需要120小時。我們可以把採出液處理到含水量只有0.5%,而兄弟油田處理的油的含水量高達5%,是我們的10倍。兩者之間不可同日而語。”孫新革評價説,取得這樣領先的效果,是因為“我們的藥劑好,方法得當,設備的參數選值合理”。

  可是,分離出來的污水又成了一個新問題。

  這些污水含有懸浮物、礦化物、鹽等多重物質,成分複雜,不能隨意排放。否則,既污染環境,又浪費水資源。

  開採稠油需要注入大量蒸汽,蒸汽的產生需要耗費大量的水資源,而克拉瑪依水資源又很匱乏。

  新疆油田公司巧妙地利用了這兩個矛盾,使它們互補,從而解決了問題。其奧妙就藏身於“過熱鍋爐”中。

  衡量濕飽和蒸汽中純蒸汽含量的指標被稱之為“幹度”,幹度越高,純蒸汽含量越大,對稠油降黏的效果越好。

  2008年以前,國內稠油油田普遍使用的普通注汽鍋爐生產的蒸汽幹度為80%,這種蒸汽到達井底時幹度往往已降至60%以下,但超稠油開採的井底蒸汽最低幹度須達65%以上。因此,從2009年起,新疆油田公司着手在鍋爐“過熱度”上下功夫,研發能生產更高幹度的鍋爐。

  “過熱度”是指蒸汽幹度達100%後繼續加熱超過飽和温度的温度值。

  經過3年多的投用實驗,2012年開始,分段蒸發式過熱鍋爐在風城油田進行規模化應用,不但使黏度超高的超稠油油藏得到有效動用,還使風城油田的採出程度提高5%,平均單井產量提高15%。

  風城油田規模化應用並逐步完善了過熱鍋爐4項核心技術,這在全國油田中都處於領先地位。這4項關鍵核心技術是指過熱鍋爐的高效汽水分離器、過熱段、噴水減温器,以及高效大功率燃燒器。

  石油工人在流化牀中控室監控注汽鍋爐的生產運行情況(資料圖)。(風城油田作業區供圖)

  得益於這4項核心技術,風城油田過熱鍋爐的過程控制更為精確。同時,還獲得了一個重要突破——100%回收利用85℃-120℃高温淨化污水。

  2011年5月,風城油田作業區首創在過熱鍋爐上進行稠油高温淨化污水回用試驗,將原定清水與淨化污水摻混回用到注汽鍋爐改為過熱注汽鍋爐100%回用高温淨化污水。3個多月後,國內首台過熱注汽鍋爐成功實現100%回用高温淨化污水。

  這年9月,風城油田作業區又在另外11台過熱注汽鍋爐上大規模推廣75℃—85℃淨化污水作為鍋爐給水應用。當年,風城率先在全國實現了12台過熱注汽鍋爐100%回用高温淨化污水。

  2013年6月,風城油田作業區更是通過設備升級、工藝改造實現了85℃-120℃高温淨化水100%回用鍋爐的創舉。

  截至目前,新疆油田公司發明的世界首創的分段蒸發式過熱鍋爐,給水礦化度限值由國際標準的5毫克/升拓寬到2000毫克/升,是國際標準的400倍,實現了高温污水直接回用的壯舉,水、熱資源利用率由傳統75%提高到95%,年節能65萬噸標煤,累計節約淡水4.2億噸,相當於新疆油田公司5年用水量總和。目前,該技術已推廣至國內的春風油田和加拿大多佛油田。

  綜合效益:利國利民

  新疆油田公司稠油開發技術的突破,取得了累累碩果。

  新疆油田公司黨委書記、總經理霍進説,從產量貢獻上來看,克拉瑪依的稠油開發貢獻了上億噸的稠油資源。尤其是從2012年以來,新疆油田公司稠油產量連續穩產在400萬噸以上,2014年更是達到了創紀錄的525.8萬噸,年產量佔中石油集團公司稠油千萬噸和克拉瑪依油田老區千萬噸的“半壁江山”,對於新疆油田公司連續年產1000萬噸具有重要的支撐作用。

  圍繞克拉瑪依油田的稠油資源,已經形成了一個勘探—開發—煉化乃至儲運、銷售等上中下游一體化的龐大產業,惠及了眾多企業,解決了5萬多人的就業,促進了克拉瑪依第三產業的蓬勃發展,還為克拉瑪依市貢獻了數百億的工業產值和數十億的財税收入,有力地促進了克拉瑪依市社會穩定和經濟發展。

  依靠煉製稠油生產的各種高端特色產品,打破了國外對眾多高端油品的壟斷和禁運局面,徹底改變了上世紀國內80%的優質環烷基稠油依靠進口且開採技術受制於人的局面,有力地支撐了我國經濟和國防建設。本報記者 戴旭虎 攝

  統計顯示,從1996年至2018年,克拉瑪依油田共產稠油8260萬噸,生產總值1879億元,上繳税費326億元,實現利潤617億元。2017、2018這兩年的淨利潤17.82億元。

  同時,依靠煉製稠油生產的各種高端特色產品,打破了國外對眾多高端油品的壟斷和禁運局面,徹底改變了上世紀國內80%的優質環烷基稠油依靠進口且開採技術受制於人的局面,使我國航空煤油、高端潤滑油、變壓器油、冷凍機油等特種油品的對外依存度大幅下降,迫使這些昂貴的油品進口價格大幅降低,也為國家節約了大量資金,有力地支撐了我國經濟和國防建設。

  在技術和設備方面,新疆油田公司在稠油開發上已形成4大開發技術系列、5類藥劑配方、13項自主創新產品、105種新設備;授權國家發明專利30件,國家軟件著作權10項,中石油集團公司技術祕密20項;制修訂國家標準2項、行業標準8項 ;發表核心論文175篇,出版專著10部。

  而在中石油集團公司專家馬德勝看來,擁有這些核心技術和設備,克拉瑪依可以説從“石油城市”升級為“技術城市”,在“一帶一路”建設中佔領了技術的高地。

  目前,新疆油田公司的稠油相關技術已成功應用到春風、吉林等油田,推廣到哈薩克斯坦、加拿大、委內瑞拉等國家。

  新疆油田公司新一代陸相非均質淺層高黏稠油開發成套技術及裝備,必將在克拉瑪依未來的發展進程中發揮更加重要的作用。

  而這一成套技術及裝備長達幾十年的研發過程,無疑是一曲披荊斬棘、攻堅克難、百折不撓、浴火輝煌的奮進壯歌,撼人心魄,催人奮發!

  相關説明

  1、從1955年10月29日克拉瑪依一號井噴射出工業油流開始,克拉瑪依油田就以新中國第一個大油田的身份名揚全國。後來,由於中石油重組,“新疆油田”又成為正式文件中對“克拉瑪依油田”的稱謂。為了不給讀者造成困惑,本文統一採用“克拉瑪依油田”這個名稱來作為新疆石油管理局、新疆油田公司先後在準噶爾盆地開發的各個油田的總稱。

  2、克拉瑪依油田的開發主體由於中石油的重組,名稱也在變化,以前主要是“新疆石油管理局”,現在為“新疆油田公司”。本文中,開發主體在所述年代叫什麼名字就用什麼名字。

  3、文中涉及到的人物的職務,所述新聞事實發生時是什麼職務就寫什麼職務。

(編輯:王小軍)
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