新疆分社正文
中新网首页|安徽|北京|上海|重庆|福建|甘肃|贵州|广东|广西|海南|河北|河南|湖北|湖南|江苏|江西|吉林|辽宁|内蒙古|宁夏|青海|山东|山西|陕西|黑龙江|四川|香港|新疆|兵团|云南|浙江
我们的微信

披荆斩棘 浴火辉煌——新疆克拉玛依油田稠油开发历程综述

2020-10-14 17:12:50 来源:克拉玛依日报
字号:

  克拉玛依油田稠油开发的奋进历程系列报道之一

  披荆斩棘 浴火辉煌——克拉玛依油田稠油开发历程综述

  本报首席记者 高宇飞

  乌尔禾是克拉玛依市下辖的一个区。乌尔禾境内耸立着奇特的雅丹地貌,有“中国最美雅丹”之称。

  从乌尔禾城区往东北走,眼前除了间或出现的雅丹地貌,几乎是一片一望无际寸草不生的戈壁滩。

  但再往前走,一幅撼人心魄的画面突兀地出现在眼前:一座座数十米高的蓝色“钢铁战士”巍然矗立在茫茫天地间,显得十分奇幻。这些“钢铁战士”就是开采超稠油的专用抽油机。地面上,蜿蜒曲折、纵横交错的银色管道像一条条巨龙在这些抽油机之间游走。

  一座座数十米高的蓝色“钢铁战士”矗立在世界魔鬼城的边缘,这些“钢铁战士”就是开采超稠油的采油机。本报记者 戴旭虎 摄

  这片土地因为有奇特的雅丹地貌,被称为“世界魔鬼城”,又因为常年刮风,又被称为“风城”。

  不刮风的时候,这里无比宁静。

  但宁静的地表下,却是一片“热气腾腾”热闹非凡的景象——地下几百米处几乎呈固态的超稠油,正日夜不停地经受着高达两百多摄氏度的过热蒸汽的“煎熬”,然后融化成可以流动的液体,被抽到地面管道,源源不断地为我国贡献着世界上极其珍贵的资源,这就是优质环烷基稠油。

  这片奇幻的稠油开采区域,就是新疆油田公司下属的风城油田。

  环烷基稠油有石油中的“稀土”之美誉,是炼制国家紧缺的高端特种油品的主要原料。

  克拉玛依石化公司是我国最大的优质环烷基稠油生产基地。它生产的航空煤油等产品为国家能源安全、国家重大工程作出了巨大贡献。本报首席记者 闵勇 摄

  稠油,又叫重油,是一种密度大于每立方厘米0.943克、在未开采出地面时的地下黏度大于50厘泊的原油。黏度大于50厘泊小于1万厘泊的叫普通稠油,黏度在1万厘泊至5万厘泊的叫特稠油,黏度大于5万厘泊的叫超稠油。

  黏度5万厘泊是什么意思呢?常温下,水的黏度是0.5厘泊,蜂蜜的黏度是1万厘泊。

 

  在原重油公司稠油开发区块,老一辈石油工人正在井区开展技术交流(资料图)。(重油公司供图)

  在上世纪90年代至本世纪初,由于油藏条件极差、物性极差等原因,这片油区的商业开发被视为世界级难题,曾被加拿大石油公司、法国道达尔公司、美国雪佛龙公司这三大国际石油公司“判过死刑”。

  在广袤的准噶尔盆地西北缘,还有很多区域蕴藏着难以开采的稠油、超稠油资源,储量高达12亿吨。风城油田只是其中的一个油区。

  克拉玛依石油人对稠油的试验性开发始于六七十年前的上世纪50年代末,上世纪八九十年代也有过对普通稠油的成功开发。

  老一辈石油工人在原重油公司稠油区块奋战(资料图)。(重油公司供图)

  上世纪90年代后期,克拉玛依油田开始面临着两难境地,一是易采的普通稠油资源日益枯竭,二是国家经济高速发展对优质环烷基稠油需求量急剧增加。

  高黏稠油能否经济地开采出来,成为当时决定克拉玛依油田能否可持续发展的关键。

  面对国内开采技术的落后、国外技术的壁垒和水土不服等不利局面,为了攻克稠油开发难关,从1996年起,1600余名不愿服输的克拉玛依石油人,依托国家、中石油集团公司的相关科研项目,踏上一条充满荆棘、曲折艰难、艰苦卓绝的科研“长征”路。

  石油技术专家正在对稠油区块的滚动勘探、开发技术进行攻关(资料图)。(风城油田作业区供图)

  2019年6月9日,新疆油田公司宣布,通过二十多年的持续攻关,公司成功突破了核心技术瓶颈,自主研发形成了领先世界的新一代陆相非均质浅层高黏稠油开发成套技术及装备,累计产油超1亿吨,建成了我国最大的优质环烷基稠油生产基地,为国家能源安全、国家重大工程建设、新疆和克拉玛依地区社会稳定、长治久安和经济发展做出了巨大贡献。

  风城油田作业区的石油工人在严寒中奔赴井场(资料图)。本报通讯员 杨丽敏 摄

  在准噶尔盆地这片莽莽荒原,克拉玛依石油人创造了一个又一个惊天动地的奇迹。他们成功地开发出了新中国的第一个大油田,成功地探明了玛湖和吉木萨尔两个十亿吨级大油区,新一代陆相非均质浅层高黏稠油开发成套技术及装备的研发成功是克拉玛依石油人在准噶尔盆地的莽莽荒漠创造的又一奇迹!

  这个突破,堪称为世界稠油开发贡献了“中国智慧”和“中国力量”。

  蒸汽吞吐:打开大门

  上世纪50年代初,中苏石油公司在准噶尔盆地西北缘进行浅井钻探的过程中,就在黑油山、乌尔禾等地频繁地发现了稠油:露出地面的稠油有的像糖稀,有的则像沥青。

  1960年,新疆石油管理局科研人员通过模拟试验,开始认识通过向地下注入蒸汽开采稠油的原理。

  1965年,新疆石油管理局克拉玛依矿务局生产技术处处长张毅带着研究人员在现在的黑油山附近开辟了全国第一个稠油开发试验井组,对黑油山附近的浅井首次进行单井蒸汽吞吐试验。

  蒸汽吞吐是采用注蒸汽方式开采稠油的一种方法,又称循环注入蒸汽方法。具体做法是:把水加热成蒸汽,通过注汽锅炉周期性地向油井中注入一定量的蒸汽,然后关井焖一段时间,等到蒸汽热能向油层扩散,把稠油加热融化,增强它的流动性,再开井将原油采出的一种稠油生产方法。

  风城油田作业区二氧化碳吞吐措施作业现场(资料图)。(风城油田作业区供图)

  此后,蒸汽吞吐试验又有了进一步发展。但限于当时的技术条件和经济实力,稠油开采一直没有得到大的突破。

  1979年以来,伴随着改革开放的春风,科研人员对注采工艺进行了一系列改进。遗憾的是,当时没有与实施这项技术相匹配的注汽锅炉,锅炉注汽压力、汽量、蒸汽干度都不能满足要求,大大制约了注蒸汽采油工艺的发展。

  这种状况一直持续到1983年。此后,以新疆石油管理局油田工艺研究所副所长兼主任工程师彭顺龙为代表的科研人员接过了这副重担。

  “我们过去搞了十多年稠油开采技术研究,但没有重大突破。如果我们这些人在10到15年再搞不出来,就愧对党的培养,愧对子孙后代。”接下任务的彭顺龙同时也发出了铮铮誓言。

  就这样,在彭顺龙等一大批科研人员夜以继日的持续攻关下,蒸汽吞吐开发技术难题不断被攻克。

  为加大稠油开发力度,1986年11月24日,新疆石油管理局稠油开发公司成立,1988年更名为重油开发公司,这表明中国稠油开发技术逐渐走向成熟,稠油注采技术从探索迈入实施阶段。

  1989年,克拉玛依油田稠油产量已达107.5万吨,重油开发公司也成为我国西部最大的稠油生产基地、克拉玛依油田第三个百万吨采油厂。克拉玛依油田的稠油开发迈入新阶段。

 

  技术人员在风城油田作业区二氧化碳注入稠油试验现场研讨方案(资料图)。(风城油田作业区供图)

  但看似辉煌的成就下却潜藏着危机,让克拉玛依石油人如坐针毡——

  在可采收储量难以大幅增长的情况下,随着稠油黏度系数的增加,产量递减速度很快。1989年,重油开发公司产量虽然突破了百万吨大关,但日产原油已从三千余吨大幅降至两千余吨。

  科研人员当时预测,如果不立即采取新的有力措施,重油开发公司的稠油产量将快速递减,曾经预测的可有效开发10年的生命期很有可能达不到。

  由蒸汽吞吐为主要开发方式转为以蒸汽驱为主要开发方式,成为当时新疆石油管理局很多科研人员的主张。但由于蒸汽驱的4个先导试验井组效果有好有差,对蒸汽驱持反对意见的人也不少。

  蒸汽驱是采用井组的方式,由注入井连续不断地往油层中注入蒸汽,蒸汽不断地加热油层,将原油驱赶到生产井口周围,并被采到地面上来,注汽井连续注汽,生产井连续采出原油。

  风城作业区二号稠油联合处理站二期工程建设施工时候的场景(资料图)。(风城油田作业区供图)

  根据国际上已有的技术和理论,对于黏度在1万厘泊以下的稠油,一般先采用注蒸汽吞吐开采,待开发到第三轮或者第四轮的时候,随着采收率的降低和原油黏度的不断增大,转入蒸汽驱开发效果最好,可以把采收率从最高20%提高到40%。

  在很长一段时间里,要不要把“吞吐”转为“汽驱”,当时的新疆石油管理局上至主要领导下至普通员工对这一问题难以达成共识,甚至还产生了两个观点截然相反的“派别”——“吞吐派”和“汽驱派”,两派人讨论起来总是针锋相对,经常吵得脸红脖子粗。

  经过一两年的争论,随着蒸汽驱先导试验成果的不断显现,主管开发的新疆石油管理局副局长赵立春等领导,终于拍板决定必须转蒸汽驱开发。

  1991年9月,中国石油天然气总公司在克拉玛依召开稠油开发工作会议后,克拉玛依九区浅层稠油随即转入大面积蒸汽驱开发。

  复合汽驱:攻克难关

  上世纪90年代初的蒸汽驱技术,主要应用在克拉玛依油田一些条件较好的稠油油藏,最初几年,的确大大盘活了稠油资源,为稠油的可持续开发做出了重大贡献。

  但是,大面积转入汽驱后,仍有一部分油井增产效果不尽如人意。

  重油公司副经理兼总地质师陈荣灿想了许久找不到原因。突然有一天,一个问题强烈地跳出来,不断萦绕在他的脑海中:“蒸汽驱采油发挥得不如人意,是不是与井距有关?井距如果过大,蒸汽波及不到,当然影响增产效果。”

  在风城油田作业区小井距蒸汽驱施工现场,石油工人正在奋战(资料图)。(风城油田作业区供图)

  这个发现顿时启发了陈荣灿。他一头扎进资料堆里,果真发现了线索,立即向领导申请到国外有关油田进行考察。

  1995年,重油公司派人到国外油田实地考察发现,国外油田蒸汽驱两井间的有效半径仅有30至40米,而九1至九6区的井距是100×140米。

  考察回来后,陈荣灿提出:在蒸汽驱试验成功的基础上进一步加密井网。

  九1至九6区打加密井的方案很快获得批准。1998至1999年,该区加密井投产达到高峰,两年中分别投产加密井577口和636口,新增可采储量775万吨,建成产能76.5万吨,彻底改变了蒸汽驱采油效果好坏不均的状况。1999年,占总数不到1/3的汽驱井完成原油产量92.8万吨,接近当年重油公司原油总产量的一半。

  1998年,重油公司原油产量由上年的144.3万吨提高到156.2万吨,1999年又上升到了192万吨。重油公司一举成为新疆石油管理局首屈一指的产油大户。

  但这并不是一个一劳永逸的办法。

  石油工人在重油公司采油作业二区巡检。本报首席记者 闵勇 摄

  蒸汽驱能够经济地开采出来的油仍然只是油藏中的一部分,剩下更多的储量是低品位高黏稠油。这些油藏储层非均质性很强,物性很差,阻碍蒸汽波及和蒸汽腔发育的隔夹层很多,汽窜严重,大量蒸汽无效循环,在储层中的波及体积不足50%,严重影响开采效率,采收率不足30%。

  通俗地说,就是油藏储层里面的杂质多,有许多阻挡蒸汽向四周扩散加热油层的障碍物,并且大量类似于花盆里发生渗漏的大通道,使蒸汽通过这些通道时迅速逃逸,不能作用于油层。

  怎么解决这些问题呢?

  结合过去的研究成果,针对进入开发中后期暴露出的汽窜问题,为进一步探索蒸汽驱中后期提高采收率的对策,重油公司的霍进、黄伟强、郑爱萍等专家,带领他们的科研团队和其他单位的科研团队展开了联合攻关试验。

  他们对克拉玛依油田九区开发了近三十年的老油藏进行取芯再认识,发现在油层上部存在继承性窜流通道,而在韵律层有遮挡的部位,还有可观的剩余油,这就更坚定了大家的信心。如何再进一步把这些宝贵的资源拿出来?他们把目标聚焦到多介质复合蒸汽驱技术,开展多介质复合蒸汽驱机理研究,并开展蒸汽驱氮气泡沫驱、二氧化碳复合驱、碳酰氨复合驱等多项重点试验项目。

  技术人员不断改进风城油田作业区的地表窜汽治理技术(资料图)。(风城油田作业区供图)

  对每个正在开展的重大试验项目,科研人员结合地质资料和方案要求,对继承性窜流通道封堵,完成试验区封堵层位及射孔井段的优化,明确试验区监测资料录取方案,及时跟踪、分析、评价生产效果及存在问题;相关科室、作业区沟通协作,对试验区井组实施“特护”管理,开展油井查套找漏、井口改造、套损井大修、地面设备设施建设等工作,保证井况良好。

  经过多年探索和完善,新疆油田公司相继揭示“增能补压、颗粒封堵、乳化驱替”的气/液/固协同提高采收率机理,发明了低成本高温深部“调、驱”系列产品,建立强非均质稠油注蒸汽逐级调堵方法,创新多相协同扩大蒸汽波及体积技术,形成了特稠油多相协同注蒸汽全生命周期开发模式,有效解决了低压油藏增能保压和强非均质储层抑制蒸汽窜流两大难题,工业化应用采收率突破65%,比国内外同类油藏高出20个百分点。

  SAGD技术:开发革命

  位于白杨河大峡谷下游的乌尔禾,是东归的蒙古族土尔扈特人一部分后裔的居住之地。离这些牧民的毡房不太远,有一个被他们叫做“黑山”的地方。为什么叫做“黑山”呢?因为这里的沙石是发亮的黑色,浸润着黏稠的、油乎乎的东西。

  上世纪50年代,石油地质勘探队员来到这里发现了这里的稠油,牧民才知道,这些东西是油砂和天然沥青,是地下的石油冒出地面后与其他物质掺杂形成的。

  1958年9月10日,国家副主席朱德来克拉玛依视察。得知乌尔禾地区的发现成果后,他注视着准噶尔盆地西北缘勘探图纸,问道:“这个乌尔禾离这里(克拉玛依)有多远?”

  “一百多公里。”新疆石油管理局副局长秦峰回答说,“据中苏学者论断,乌尔禾以东地区是最好的探区,原油构造、含油情况都可能是很好的……”

  从1958年到1966年,新疆石油管理局在乌尔禾总共钻了23口2000米以上的深探井,试油35层,见油流的井就有8口。但只有乌5井、132井和249井三口井在克下组获得了低产工业性油流。

  SAGD技术的不断革新和进步,推动了风城作油田作业区等克拉玛依油田各稠油、超稠油区块勘探开发的步伐。本报记者 戴旭虎 摄

  出现这种状况,原因在于当时人们对乌尔禾地区的油藏并没有认识清楚。尤其是其中的稠油资源,受技术限制一直没能动用。

  从上世纪90年代初到2005年,新疆石油管理局多次组织科研人员对这里的超稠油资源进行小范围开发试验均以失败告终。在15年的时间里,新疆石油管理局还三次邀请国际三大石油公司加拿大石油公司、法国道达尔公司、美国雪佛龙公司前来谈合作开发,均被对方判“死刑”,它们认定这里为开发的“禁区”。

  2006年,由于克拉玛依油田稀油发现储量很有限,180万吨产能建设计划尚有30万吨缺口,虽然当年在风城油田重32井区黏度最低的、认定可以开发的区域部署了30万吨产能建设,但2007年采用蒸汽吞吐或蒸汽驱进行投产后,却发现根本无法经济动用。如果没有新的产量及时补充进来,克拉玛依油田就很难继续保持2002年就已达到的1000万吨年产量。

  风城超稠油资源的动用,势在必行。

  2007年,面对严峻的生产形势,代表着当时世界超稠油开采最新技术的SAGD正式进入新疆油田公司科研人员的视野。

  SAGD是“蒸汽辅助重力泄油技术”的英文简称,是一种将蒸汽从位于油藏底部附近的水平生产井上方的一口直井或一口水平井注入油藏,被加热的原油和蒸汽冷凝液利用重力作用,流向底部的水平井,然后从油藏底部的水平井被采出的采油方法。

  当时世界上的双水平井SAGD技术仅适应于海相均质油藏,陆相强非均质油藏并无工业化开发先例可循,而克拉玛依油田的稠油油藏是陆相强非均质油藏。国内的辽河油田已在进行中深层超稠油直平组合SAGD开发,但这种开采方式的启动时间长达8年、油层厚度下限40米,也不适用于克拉玛依。

  SAGD技术推动了稠油的开采,新式抽油机成为了油田一道新风景。本报首席记者 闵勇 摄

  2007年底,新疆油田公司勘探开发研究院开发所副所长孙新革在没有任何经验的情况下,通过苦苦摸索,历时半年时间,终于主持编写完成《风城超稠油SAGD开发先导试验方案》,并于2008年5月通过中石油股份公司评审。

  随后,新疆油田公司首座SAGD先导试验井区在风城油田重32井区启动建设,2009年1月7日正式投产,总共部署4个井组。

  为确保项目顺利进行,新疆油田公司还成立了SAGD先导试验项目部,由开发公司第三项目部、勘探开发研究院、采油工艺研究院为成员单位,宋渝新任经理、张建华任副经理、孙新革任副经理兼总地质师、王泽稼任副经理兼总工程师。承担现场试验重任的风城油田作业区为项目保驾护航,成立了以经理马国安为组长、副经理樊玉新为副组长的SAGD试验项目领导小组。

  投产后的一年多时间里,宋渝新、张建华、孙新革、王泽稼、樊玉新等人,几乎一直住在现场,随时监测各项数据、参数,随时指挥调控。

  2009年5月,重32井区SAGD试验区第一口生产井历经波折,终于产出了油。

  通过这个试验,风城油田超稠油的油藏条件、物性、黏度,开采理念、方法、配套工艺技术、现场操作方法、实施流程等问题,逐渐清晰起来。

  在重32井区SAGD先导试验取得一定成果的基础上,2009年8月,油田公司又在重37井区启动第二个更有代表性的先导试验。这次试验的方案更成熟,工艺更加合理,流程更加简单,同时实现了关键设施、设备从依靠外援到自主研发。

  2009年12月24日,重37井区SAGD先导试验举行了投产仪式。重37井区先导试验区部署7对半水平井井组,24口观察井、2口直井。

  通过不断地试验,风城油田稠油的油藏条件、物性、黏度及开发技术逐渐清晰起来,稠油的开采如今已是如火如荼。本报首席记者 闵勇 摄

  随着试验的不断推进,这两个项目在取得一系列成果的基础上,也陷入了瓶颈,一些悬而未决的问题一直得不到解决。

  2011年3月,风城油田作业区新一任经理霍进到任。面对几乎快进行不下去的SAGD先导试验项目,他通过调研摸清了情况,霍进向全体员工宣告:“SAGD项目一定能够成功。”

  他的信念坚定了大家继续干下去的决心和信心。

  随后,在霍进的主持下,风城油田作业区在油田公司的大力支持下,对SAGD先导试验进行了大刀阔斧的改革,先后成立SAGD重大开发试验领导小组、SAGD重大开发试验站,通过协调将归属采油一厂的供汽站、重油公司二区划归风城油田,研究制定了SAGD开发操作手册,推动自喷井转抽,到辽河油田深入学习SAGD技术……一系列庞杂艰巨的工作紧张而又高效地进行着,风城油田的日产量也开始逐渐上升。

  当年11月,桑林翔等科研人员通过大半年的艰苦探索,成功找到了SAGD井下汽液界面控制的方法与原理,阻碍产量的关键问题随之得以破解。

  2011年12月20日,随着新调控方法的推行,风城油田日产油量大幅提高,两个SAGD先导试验区日产油突破280吨大关,这是项目组最初提出的产量目标。

  风城油田作业区200万吨原油处理站改扩建工程推动稠油开发步伐(资料图)。(风城油田作业区供图)

  在这个过程中,霍进通过研究总结,提出了5点创新性理论认识:一是原油黏度不再是影响SAGD开发的主要因素, 二是油层内部发育的不连续隔夹层对蒸汽腔的最终形成影响不大,三是SAGD能否成功动态调控是核心,四是持续增汽提液扩腔的思路是正确的,五是SAGD采出液温度高达180℃是必然结果。

  而长期以来,SAGD的传统理论认为,原油黏度是影响SAGD开发的主要因素,油层内部发育的不连续隔夹层对蒸汽腔的最终形成影响很大,SAGD能否成功不存在动态调控一说,持续增汽提液扩腔的思路是错误的,SAGD采出液温度高达180℃是异常现象。

  显然,霍进提出的5点认识突破了SAGD的传统理论,解决了外界对风城SAGD先导试验长久以来的疑惑,也坚定了中石油集团公司对风城超稠油开发的信心和决心。从此,风城油田掀开了超稠油开发的崭新篇章。

  2012年,SAGD技术在风城超稠油油区大面积铺开,部署了四十多口井,生产效果良好。

  2012年6月28日,重32、重37井区SAGD井日产水平达到325吨。

  当日,霍进首次全面系统总结了SAGD先导试验形成的8大技术,即“双水平井设计”“双水平井钻、完井”“高压过热蒸汽锅炉应用”“机采系统优化”“循环预热与生产阶段注采井管柱设计”“水平井与观察井温压监测”“高温产出液集输处理”“动态调控”。

  2012年7月18日,风城油田一片欢腾,新疆油田公司总经理陈新发正式宣布:SAGD试验的阶段性突破,使风城稠油处于工业化开采状态,把几代石油人的愿望变成了现实。

  石油工人在风城油田作业区重18井区冒雪作业(资料图)。(风城作业区供图)

  此后,经过不断改进,双水平井SAGD的理论方法、井网布局、预热启动、汽液界面控制、高温带压保护作业等技术日臻完善,各项指标均优于国际先进水平,在风城油田实现了大规模商业推广应用,目前已建成100万吨产能,彻底盘活了新疆6亿吨的超稠油资源,预计2025年风城油田产能将达到200万吨以上。

  新疆油田公司所形成的非均质超稠油双水平井SAGD技术,打破了同类油藏SAGD技术开发的禁区,变不可能为现实。

  目前,新疆油田公司的SAGD技术已走出风城油田,走向国际,通过技术服务、技术咨询的方式在加拿大、委内瑞拉等国的油田推广应用。

  火烧地层:渐入佳境

  作为一种珍贵的资源,克拉玛依的环烷基稠油资源是有限的。能最大限度地把这些资源都开采出来,一直都是克拉玛依石油人的心愿。

  但是,一些稠油油藏经过多轮次深度开发后,进入高含水、物性差的阶段,产量递减,效益变差,采用蒸汽吞吐开采已经很不划算,也无法转为蒸汽驱和SAGD技术生产。可是,这些油藏平均采出程度一般只有20%左右,最多只有25%。

  这意味着,这些油藏还有75%乃至80%以上的稠油还深埋在地底!如果不想办法开采出来,实在太可惜。

  在遍寻“药方”的过程中,“火驱”二字的出现,在科研人员心头燃起了希望的火苗。

  火驱,也是一种开发稠油的方式。通俗一点说,火驱就是火烧油层,也就是往油层注入空气,通过点火让油层燃烧,利用燃烧产生的热量加热油层,使原油裂解、降黏、流动,然后把变软变稀了的稠油抽出来,从而实现开发。运用这种工艺,地层中的稠油可以最大限度被“吃干榨净”,是迄今为止能耗最小、温室气体排放最少、开发效果最好的一项稠油开采工艺。利用这种方式开采稠油,具有热效率高、采收率高、节能减排等优势,采收率最高可达70%到80%。

  这项技术起源于上世纪二三十年代。火驱技术虽然采收率高,但要使原油在地下燃烧,过程十分复杂,实施、控制、监测起来非常困难。欧美开展的火驱试验,多在原始的物性很好的油藏里进行。

  而新疆油田公司想要运用火驱技术解决的,是注蒸汽开采后的稠油尾矿。这种稠油尾矿,经过了多轮次的蒸汽吞吐,由蒸汽冷凝形成了大量的地下水,即所谓次生水体,并且形成了错综复杂的汽窜通道。

  在尾矿进行火驱开发,其难度显然要远远大于在原始油藏进行。

  老一辈石油技术专家正在分析研究原重油公司稠油区块底层的岩心(资料图)。(重油公司供图)

  其实,从上世纪50年代末开始,以张毅、彭顺龙为代表的克拉玛依油田老一辈专家早已组织开展过火驱试验。他们克服重重困难,用最原始的技术不断摸索,已经取得了一定成果。但由于各种原因,克拉玛依火烧油层试验在上世纪70年代中断了。

  进入“十二五”以来,随着燃料价格的逐年攀升,成本压力增大,注蒸汽开采稠油的开采方式也越来越跨不过经济效益这道坎。稠油老区转换开发方式已迫在眉睫,稠油的开发技术也需要不断突破和创新。

  这时,人们又开始把目光转向了被闲置已久的“火驱”。

  新疆油田公司总经理陈新发认为,这是突破原有稠油开采方式的一个重大机会,也是克拉玛依油田稳产的重大契机。他召集稠油领域的专家和骨干,决定在克拉玛依油田再搞一次试验。

  就这样,2008年11月,新疆油田公司启动了“红浅1井区火驱先导试验”,并在2009年初被中石油股份公司批准立项为“股份公司火驱重大试验项目”。

  位于克拉玛依市区南部方向约15公里的红浅1井区八道湾组砾砂岩油藏历经蒸汽吞吐和蒸汽驱开采后,因为没有经济效益,在1997年被废弃,采出程度仅达到28.9%。

  然而,在废弃的油藏上搞火驱试验,别说在国内,就是在全世界范围内,都没有先例。

  该项目的工程技术负责人、新疆油田公司副总工程师张学鲁将方案编制的重任交给了石油工程技术专业科研单位——工程技术研究院。工程技术研究院领导经过研究,决定让副院长潘竟军具体负责这项工作。

  “由于时间久远,能够找到的可供参考的资料几乎没有,而且国内外相关文献又少得可怜。”潘竟军说。

  一切得从零起步。没有资料,那就搜集资料。时间紧迫,那就加班加点。接到任务后,潘竟军带领一众得力干将——陈龙、蔡罡、余杰、陈莉娟等开始了攻坚战。

  由于火驱开采技术的复杂性和特殊性,需要结合地质油藏、采油工程、地面工程、安全环保等多学科开展联合攻关,这就要求方案编制人员了解各项专业技术。

  谁都不是天生的多面手。为了将方案编制得比较科学合理,项目组成员一边工作,一边学习,一边调研。

  为了使方案既论证充分又结合实际,具备较强的可操作性,项目组成员之间要反复交流,密切配合,高度衔接。陈莉娟编写出一部分后,先给蔡罡看,蔡罡看完陈龙再看,陈龙看完潘竟军再审……一环扣一环,确保了方案编写科学合理。

  在长达半年的时间里,他们舍弃了周末,舍弃了节假日,甚至舍弃了许多应该睡觉的时间,搜集查阅了世界范围内四十多个国家的火驱项目资料,借鉴了其中三百多个区块不同油藏特性的火驱实践经验,并深入分析了国内前期开展的火驱试验的经验、教训,重点针对红浅这类浅层稠油油藏展开了一系列的技术攻关研究。经过12个版本的修改完善,第一个火驱方案终于出炉了。

  当然,方案只是一张“施工图纸”,要真正实现“滚滚油流火中取”,最核心的是要有比较成熟的火驱注气点火工艺,才能让这把火在500米甚至更深的“地宫”成功烧起来。

  经过近一年的潜心研发,2009年秋,第一台电点火器诞生了!这是一个长12米、适用于7英寸套管的电点火器。经过十多次室内检测和试验后,2009年11月底,点火器开始进入试验现场。

  在滴水成冰的冬天,火驱先导试验却进行得热火朝天。12月1日,火驱项目注气站投产试运行;12月7日,红山嘴油田红浅1井区008井启动点火程序;12月9日,红山嘴油田红浅1井区010井启动点火程序。

  红山油田公司采油工在稠油区块巡井。本报首席记者 闵勇 摄

  2009年12月19日,新疆油田公司举行红浅1井区火驱先导试验项目投产仪式。

  “出油了,出油了!”两个月后的2010年2月25日,红山嘴油田红浅1井区火驱先导试验生产井2057A现场一片欢腾,火驱生产井第一口井出油了!同年6月5日,火驱先导试验区012井启动注气点火程序,6月25日点火成功。

  至此,新疆油田公司红浅1井区火驱先导试验项目首批3口注气点火井全部完成点火工作。2011年7月21日,根据方案,红浅二期工程实施的4口井也顺利点火。

  此后,围绕高效点火、生产过程监测、高气液比举升、安全井下作业等,新疆油田公司又相继组织开展了攻关,创新建立了火烧区带电阻率变化模型,攻克了火驱爆炸风险评价、井筒防腐、安全压井等关键技术,解决了高含水低含油储层火驱开发问题。红浅火驱生产运行十年来,实施了13个井组点火,成功率100%,点火时间由原来的15天缩短至3天,累计产油15万吨,将采收率提高了35个百分点,可以延长商业开发周期15年。一座废弃多年的油藏“浴火重生”!

  目前,火驱技术在克拉玛依油田可推广覆盖储量1.3亿吨,新增可采储量4680万吨。2018年,红浅火驱工业化项目投入现场实施,建成了“千井火驱三十万吨”生产规模。这对保障克拉玛依油田稠油老区持续稳产和可持续发展具有重大意义,那些注蒸汽开采后濒临废弃或已经废弃的油藏,即将迎来新生。

  更为重要的是,新疆油田公司历时10年攻关形成的满足稠油火驱生产需求、具有自主知识产权的配套火驱开采技术,破解了稠油尾矿绿色高效开发再利用的世界级难题,可进行规模化推广应用,将为国内乃至国外同类油藏进一步提高采收率做出贡献。

  水热利用:经济环保

  2009年,一些SAGD试验井相继进入生产,而采出液进入风城1号稠油联合站后,却出现了原油脱水困难的问题,给1号稠油联合站油水处理系统的平稳运行带来巨大困难。

  这是因为,SAGD采出液并不全是石油,而是油、水、泥、砂等多种物质混合形成的高温乳状液。

  “具有明显的胶体特征,静止30天以后,仍是这个状态,很难用当时的设备进行油水处理。”孙新革说。

  不对其进行特殊处理,就无法把油从这种乳状液中分离出来。

  伴随这个问题而来的是“SAGD采出液高温密闭脱水试验”,它是2009年中石油重大项目“风城超稠油开发地面工程配套技术研究”的6个课题之一。

  这个“大活”当时就落在了CPE新疆设计院油田工艺设计所工程师蒋旭身上。

  当时有人这样调侃道:“你要是能拿下这个项目,可算是为国争光呀!”

  初出茅庐的蒋旭清楚这句话的分量。原因不外乎这两点——一是这项技术当时仅有少数几个国家掌握,国内还没有成功案例;二是掌握此项技术的几个国家,对技术中的脱水工艺、核心设备及药剂配方,实施了技术封锁。

  蒋旭和他的团队开始展开技术攻关,组织对主要脱水设备进行自主研发、自主生产。

  3个月的项目立项,3个半月的SAGD高温采出液物性分析,3个月的SAGD高温采出液密闭集输工艺研究,8个月的SAGD高温采出液试验装置研究及现场试验,一年的施工图设计与现场施工……

  就这样,经历了无数个艰难的日夜之后,一项项关键技术被攻破,一套套核心设备被设计出来,国内首个超稠油高温密闭处理站在蒋旭和他的同事手中诞生,并产生了近十项创新研究成果。

  2012年12月,蒋旭主要负责设计的SAGD采出液高温密闭脱水试验站投产成功,生产出首批含水率在2%以下的合格油品,并超过设计指标。

  “处理效率比国内的兄弟油田高30倍,我们只需要4个小时,而兄弟油田处理同样黏度的稠油需要120小时。我们可以把采出液处理到含水量只有0.5%,而兄弟油田处理的油的含水量高达5%,是我们的10倍。两者之间不可同日而语。”孙新革评价说,取得这样领先的效果,是因为“我们的药剂好,方法得当,设备的参数选值合理”。

  可是,分离出来的污水又成了一个新问题。

  这些污水含有悬浮物、矿化物、盐等多重物质,成分复杂,不能随意排放。否则,既污染环境,又浪费水资源。

  开采稠油需要注入大量蒸汽,蒸汽的产生需要耗费大量的水资源,而克拉玛依水资源又很匮乏。

  新疆油田公司巧妙地利用了这两个矛盾,使它们互补,从而解决了问题。其奥妙就藏身于“过热锅炉”中。

  衡量湿饱和蒸汽中纯蒸汽含量的指标被称之为“干度”,干度越高,纯蒸汽含量越大,对稠油降黏的效果越好。

  2008年以前,国内稠油油田普遍使用的普通注汽锅炉生产的蒸汽干度为80%,这种蒸汽到达井底时干度往往已降至60%以下,但超稠油开采的井底蒸汽最低干度须达65%以上。因此,从2009年起,新疆油田公司着手在锅炉“过热度”上下功夫,研发能生产更高干度的锅炉。

  “过热度”是指蒸汽干度达100%后继续加热超过饱和温度的温度值。

  经过3年多的投用实验,2012年开始,分段蒸发式过热锅炉在风城油田进行规模化应用,不但使黏度超高的超稠油油藏得到有效动用,还使风城油田的采出程度提高5%,平均单井产量提高15%。

  风城油田规模化应用并逐步完善了过热锅炉4项核心技术,这在全国油田中都处于领先地位。这4项关键核心技术是指过热锅炉的高效汽水分离器、过热段、喷水减温器,以及高效大功率燃烧器。

  石油工人在流化床中控室监控注汽锅炉的生产运行情况(资料图)。(风城油田作业区供图)

  得益于这4项核心技术,风城油田过热锅炉的过程控制更为精确。同时,还获得了一个重要突破——100%回收利用85℃-120℃高温净化污水。

  2011年5月,风城油田作业区首创在过热锅炉上进行稠油高温净化污水回用试验,将原定清水与净化污水掺混回用到注汽锅炉改为过热注汽锅炉100%回用高温净化污水。3个多月后,国内首台过热注汽锅炉成功实现100%回用高温净化污水。

  这年9月,风城油田作业区又在另外11台过热注汽锅炉上大规模推广75℃—85℃净化污水作为锅炉给水应用。当年,风城率先在全国实现了12台过热注汽锅炉100%回用高温净化污水。

  2013年6月,风城油田作业区更是通过设备升级、工艺改造实现了85℃-120℃高温净化水100%回用锅炉的创举。

  截至目前,新疆油田公司发明的世界首创的分段蒸发式过热锅炉,给水矿化度限值由国际标准的5毫克/升拓宽到2000毫克/升,是国际标准的400倍,实现了高温污水直接回用的壮举,水、热资源利用率由传统75%提高到95%,年节能65万吨标煤,累计节约淡水4.2亿吨,相当于新疆油田公司5年用水量总和。目前,该技术已推广至国内的春风油田和加拿大多佛油田。

  综合效益:利国利民

  新疆油田公司稠油开发技术的突破,取得了累累硕果。

  新疆油田公司党委书记、总经理霍进说,从产量贡献上来看,克拉玛依的稠油开发贡献了上亿吨的稠油资源。尤其是从2012年以来,新疆油田公司稠油产量连续稳产在400万吨以上,2014年更是达到了创纪录的525.8万吨,年产量占中石油集团公司稠油千万吨和克拉玛依油田老区千万吨的“半壁江山”,对于新疆油田公司连续年产1000万吨具有重要的支撑作用。

  围绕克拉玛依油田的稠油资源,已经形成了一个勘探—开发—炼化乃至储运、销售等上中下游一体化的庞大产业,惠及了众多企业,解决了5万多人的就业,促进了克拉玛依第三产业的蓬勃发展,还为克拉玛依市贡献了数百亿的工业产值和数十亿的财税收入,有力地促进了克拉玛依市社会稳定和经济发展。

  依靠炼制稠油生产的各种高端特色产品,打破了国外对众多高端油品的垄断和禁运局面,彻底改变了上世纪国内80%的优质环烷基稠油依靠进口且开采技术受制于人的局面,有力地支撑了我国经济和国防建设。本报记者 戴旭虎 摄

  统计显示,从1996年至2018年,克拉玛依油田共产稠油8260万吨,生产总值1879亿元,上缴税费326亿元,实现利润617亿元。2017、2018这两年的净利润17.82亿元。

  同时,依靠炼制稠油生产的各种高端特色产品,打破了国外对众多高端油品的垄断和禁运局面,彻底改变了上世纪国内80%的优质环烷基稠油依靠进口且开采技术受制于人的局面,使我国航空煤油、高端润滑油、变压器油、冷冻机油等特种油品的对外依存度大幅下降,迫使这些昂贵的油品进口价格大幅降低,也为国家节约了大量资金,有力地支撑了我国经济和国防建设。

  在技术和设备方面,新疆油田公司在稠油开发上已形成4大开发技术系列、5类药剂配方、13项自主创新产品、105种新设备;授权国家发明专利30件,国家软件著作权10项,中石油集团公司技术秘密20项;制修订国家标准2项、行业标准8项 ;发表核心论文175篇,出版专著10部。

  而在中石油集团公司专家马德胜看来,拥有这些核心技术和设备,克拉玛依可以说从“石油城市”升级为“技术城市”,在“一带一路”建设中占领了技术的高地。

  目前,新疆油田公司的稠油相关技术已成功应用到春风、吉林等油田,推广到哈萨克斯坦、加拿大、委内瑞拉等国家。

  新疆油田公司新一代陆相非均质浅层高黏稠油开发成套技术及装备,必将在克拉玛依未来的发展进程中发挥更加重要的作用。

  而这一成套技术及装备长达几十年的研发过程,无疑是一曲披荆斩棘、攻坚克难、百折不挠、浴火辉煌的奋进壮歌,撼人心魄,催人奋发!

  相关说明

  1、从1955年10月29日克拉玛依一号井喷射出工业油流开始,克拉玛依油田就以新中国第一个大油田的身份名扬全国。后来,由于中石油重组,“新疆油田”又成为正式文件中对“克拉玛依油田”的称谓。为了不给读者造成困惑,本文统一采用“克拉玛依油田”这个名称来作为新疆石油管理局、新疆油田公司先后在准噶尔盆地开发的各个油田的总称。

  2、克拉玛依油田的开发主体由于中石油的重组,名称也在变化,以前主要是“新疆石油管理局”,现在为“新疆油田公司”。本文中,开发主体在所述年代叫什么名字就用什么名字。

  3、文中涉及到的人物的职务,所述新闻事实发生时是什么职务就写什么职务。

(编辑:王小军)
我们的微信、中国新闻周刊