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驯化蒸汽 突出重围——克拉玛依油田稠油油藏注蒸汽开发技术攻关纪实

2020-10-21 22:15:53 来源:克拉玛依日报
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  克拉玛依油田稠油开发的奋进历程系列报道之五

  驯化蒸汽 突出重围——克拉玛依油田稠油油藏注蒸汽开发技术攻关纪实

  本报记者 蔡晓青

  2017年9月11日,风城油田作业区稠油生产区块开展了多介质辅助蒸汽吞吐试验。注汽开发技术在克拉玛依油田的不断完善和成熟,推动了稠油的规模开发。(风城油田作业区供图)

  准噶尔盆地稠油资源丰富,在已探明的稠油油藏储量中,盆地西北缘浅层稠油油藏的储量占到了97%,主要分布在狭义的克拉玛依油田的一区至九区和红山嘴、百口泉、风城等油田的浅层,埋深小于650米。这一区域绵延长达150公里。

  按我国石油行业标准,稠油油藏,是指原油在油层条件下黏度大于50厘泊,密度大于每立方厘米0.92克的油藏。通俗些说,大于50厘泊的原油就像泥巴甚至像胶泥一样以固态或者半固态形式存在于地下,使用开采稀油的开发手段无法将其开采出来。

  面对稠油开采难题,克拉玛依石油人自上世纪50年代就开始了漫长的求索,他们尝试了各种各样的稠油开发手段,注蒸汽开发是其中使用时间最长、使用面积最大、产量贡献最多的一种方式。

  2012年5月15日,风城油田作业区一座循环流化床燃煤注汽站,工作人员正在控制室查看设备运行情况。(风城油田作业区供图)

  从1983年克拉玛依油田九浅1井注蒸汽开发普通稠油首获成功算起,克拉玛依石油人在这条稠油油藏注蒸汽开发技术攻关之路上,已走过了37个春夏秋冬。

  从最早最传统的蒸汽吞吐开发,到大面积转汽驱,再到如今可大幅度提升采收率的多相协同复合蒸汽驱技术……一个个难题被攻克,新的难题又冒出来,再一个个攻克……通过一路的过关斩将,注蒸汽开发技术在克拉玛依油田不断完善和成熟,甚至实现了多次飞跃式的技术创新。

  如今,随着注蒸汽开发技术的不断成熟,克拉玛依油田稠油油藏的平均采出率已达到45%,一些区块甚至突破了65%!这个成绩,不仅比国内其他油田稠油开发水平高出近二十个百分点,而且比国外同类油藏的最高开发水平还高出5个百分点。

  2012年5月16日,石油工人在风城油田作业区1#稠油处理站作业。该站合理利用高温净化水,大大降低注汽锅炉的天然气能耗。(风城油田作业区供图)

  初 识 蒸 汽

  克拉玛依油田1955年被发现后,大规模的油田详探在全油区展开,通过10条钻井大剖面和相关的地球物理成果,证实了克拉玛依至乌尔禾断裂的上盘边缘地带存在浅层稠油带。

  1956年至1958年,在乌尔禾—风城地区钻探的48口构造浅井的油沙也显示,这一地区地下也蕴含丰富的稠油资源。

  对注蒸汽稠油开发技术最早的探索是发现这些浅层稠油而开展火烧油层试验后的两年。火烧油层试验因种种原因搁浅,新疆石油管理局又开始开展浅层稠油注蒸汽开采室内模拟实验研究。

  1960年,新疆石油管理局科研人员用磷酸铝胶结石英砂制成人工岩心,注入蒸汽5至8倍孔隙体积后,蒸汽带出大量原油。通过模拟试验,克拉玛依石油人开始认识注蒸汽采油机理。

  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。

  1967年,他们又开始进行面积汽驱试验。经统计,到1971年,各类小型试验累计产油1442吨。

  但令人遗憾的是,限于当时的技术条件和经济实力,尽管注蒸汽开采试验在技术上取得了一些成绩,但始终未形成工业生产能力,一直只停留在试验阶段。这种状况,也限制了人们对稠油油藏更深入的勘探。

  2018年2月16日,克拉玛依红山油田有限责任公司(原红浅作业区001井区),石油工人对稠油开采区块进行注汽作业。本报首席记者 闵勇 摄

  然而,这并未让科研人员停止探索的脚步。

  1976年,新疆石油管理局又在克拉玛依油田六东区进一步开展矿场试验,共有注汽井19口、采油井49口、测温井5口,采用了吞吐、压裂等措施。

  1979年以来,科研人员还从国外引进先进技术,并与外地高等院校、研究院所广泛开展协作攻关,对注采工艺进行了一系列改进。由于当时没有满足实施该项技术所需要的注汽锅炉,锅炉注汽压力、汽量、蒸汽干度都不能达到要求,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。

  风城油田作业区二号供汽联合站员工在检查注汽锅炉柱塞泵运行情况(资料图)。(风城油田作业区供图)

  柳 暗 花 明

  进入上世纪80年代,注蒸汽开采稠油已被发达国家公认为有效的开采手段,并在一些油田成功应用。在国内,辽河油田也已开始进行蒸汽吞吐试验,并积累了一定的通过注蒸汽开采稠油的经验。

  1982年年初,石油工业部在北京召开的厂矿长会议上介绍了辽河油田引进国外先进技术开发稠油油藏的经验,这引起了新疆石油管理局参加会议的副局长宋汉良的特别注意。

  会后,宋汉良马上打电话到勘探开发研究院,让勘探室的夏明生尽快拿出一个乌尔禾—风城地区浅层稠油的勘探部署意见。夏明生及勘探室的研究人员不辱使命,于1982年9月与吴致中等人拿出了21口稠油评价井的部署意见。

  1983年1月,位于克拉玛依市区七十多公里外的风城地区的重1评价井完钻,在白垩系和侏罗系连续取出饱含稠油的岩心。4月28日,新疆石油管理局从美国引进的2台高温、高压注汽锅炉安装调试后,重1井开始蒸汽吞吐试验。3轮注汽后,累计采油1023吨。

  但由于重1井采出的原油黏度高达50万厘泊,属于超稠油,之后的蒸汽吞吐开发效果并不理想,这表明乌尔禾—风城地区的浅层超稠油油藏开发技术还需另辟蹊径。

  柳暗花明又一村。

  与此同时,新疆石油管理局在克拉玛依油田九区发现了大面积普通稠油。1983年5月,预探井九浅1井获得日产0.846吨的工业油流,克拉玛依油田六区、一区、九区丰富的浅层稠油资源被发现,且这一地区的原油黏度比风城地区低得多。

  2018年1月27日,克拉玛依油田百里油区观景台北侧,重油公司采油作业二区17号供热站、克拉玛依新科澳公司2号流化床等多台注汽锅炉向冰雪覆盖下的稠油开采区块源源不断地注汽。本报首席记者 闵勇 摄

  当年11月,在九浅1井进行的蒸汽单井吞吐试验收获成功,单井日产高达18吨,证明了这个区块特别适合蒸汽驱开采。

  在油田当时难以找到大的产能接替区的情况下,这一发现和单井蒸汽吞吐试验的成功鼓舞了所有克拉玛依人。油研、钻井、油建和热采队伍一起开进九区,稠油开采的先导性试验拉开了序幕。

  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,就是把水加热成蒸汽后,通过注汽锅炉周期性地向油井中注入一定量的蒸汽,关井一段时间,待蒸汽热能向油层扩散把稠油软化液化后,再开井生产的一种稠油生产方法。

  这项技术既然在国外油田和辽河油田都有使用的先例,那么这些经验和技术能否直接应用到准噶尔盆地西北缘浅层稠油的开发中呢?

  当然不行。

  准噶尔盆地西北缘浅层稠油油藏地质条件复杂,是典型的陆相强非均质油藏,地层压力低,埋藏浅,渗透率低,九区稠油的原油黏度较风城低,但也达到了6千至3万厘泊。

  针对这一油藏的特性,注入的蒸汽量如何确定、如何计算油藏压力变化和受热范围……难解的未知数还有很多。

  2017年3月14日,重油公司采油作业二区,巡井工人在稠油开采区检查油井注汽运行情况。本报首席记者 闵勇 摄

  大 放 光 彩

  九浅1井收获成功后,彭顺龙和他的攻关队伍承担起了稠油工业化开采技术工艺研究的重任。

  彭顺龙是新疆石油管理局油田工艺研究所副所长兼主任工程师。这之前,彭顺龙已经在油田工艺研究领域里求索了二十多年,是克拉玛依油田开采工艺研究的开拓者之一,可谓此刻主持稠油开采研究大局的不二人选。

  这支攻关队伍是由地质油藏工程、钻井完井工艺、注汽采油工艺、地面集输工程等多个“军种”构成的技术“集团军”。直接参加这个攻关的有局内外13个单位的两百多名技术人员和工人,国家投资近两千万元,整个研究过程简直就是一场“大决战”。

  沿着前人的脚步,上世纪50年代以来能找到的国内外有关稠油开采的资料都被搬了出来。二十多年的资料等于身高,数以千计的各种数据密如蛛网,彭顺龙带着几个人一头扎进这张无形的巨网中,起早贪黑,废寝忘食……

  “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年的时间内再搞不出来,就愧对党的培养,愧对子孙后代。”接下任务的彭顺龙立下了铮铮誓言。

  彭顺龙像一台不知疲倦的机器超负荷地运转着。制定课题总体攻关规划,起草外协合同,讨论每个子课题的技术细节,审核每一份设计图纸。究竟加了多少个班,熬了多少个夜,没有人能够算出来。

  然而,身为副所长,他不得不兼顾繁琐的日常行政管理工作,这也让他深感矛盾和痛苦,如果不集中精力攻关稠油开采工艺技术,他立下的铮铮誓言能实现吗?

  经过慎重的权衡和深思熟虑,他最终决定,向组织递交了辞去副所长的辞呈。

  为了找到稠油高效开发之匙,彭顺龙不在乎自己的职务高低。同样,为了进一步探寻稠油开采的“迷宫”,彭顺龙也从来不害怕踏足未知的领域。

  随着科学技术的发展,计算机编程在石油开采中的作用也越来越大。但对1958年毕业的彭顺龙来说,这是他还从未涉足的学科。将这项任务交给刚刚毕业的相关专业的大学生,是一件顺理成章的事情。

  “彭总,实在对不起,我看不懂,这个课题我没有能力完成。”手拿《误差理论》的青年大学生面露难色地向彭顺龙汇报。

  为了解决热采中饱和水蒸汽计量的问题,他决定亲自试一试。他接过书,废寝忘食钻研琢磨,只用了半个月时间就将其“啃完”,并编出了《饱和水蒸汽分井计量》实用计算程序。后来该程序迅速投入生产,并在克拉玛依油田广泛推广应用。

  就是这样如抽丝剥茧般,难题被一点点攻克,蒸汽吞吐开发技术在九区大放光彩。

  1985年冬季,九区稠油产量突破了10万吨大关。1986年,新疆石油管理局成立专门开采稠油的稠油开发公司(1998年更名为重油开发公司),当年主力稠油油藏九区已形成30万吨产能,重油公司的热采大队发展到1200人。

  在克拉玛依油田这片沃土上,稠油第一次实现了工业化开采。九区,作为开发准噶尔盆地稠油资源的发祥地,注定将在新疆石油工业发展史上,留下浓墨重彩的一笔!

  随着工艺的不断成熟,除了九区,新疆石油管理局又成功开发六区、红山嘴等稠油油田,稠油年产量由1984年的0.5万吨上升到1989年的104.5万吨,克拉玛依油田由此成为我国西部最大的稠油生产基地。

  2018年10月23日,克拉玛依油田百里油区,新科澳公司员工在2号流化床中控室监控重油公司采油二区稠油注汽开采运行情况。本报首席记者 闵勇 摄

  锅 炉 革 命

  就在彭顺龙带领团队啃下一块块硬骨头的同时,一场关于稠油热采最不可或缺的硬件——锅炉方面的技术革新也拉开序幕。

  稠油没有自喷能力,使用蒸汽吞吐开采时,必须用高压注汽锅炉把280摄氏度的高温蒸汽注进油层,使油变稀,然后再用抽油机把油抽到地面。

  生产高达280摄氏度蒸汽,普通锅炉显然做不到。当时,用国产锅炉产生的蒸汽注进油层后,一口井每天只能采出不到1吨的稠油。

  锅炉是稠油开发的命脉,国产锅炉小,温度压力低,一度严重阻碍了稠油开发技术研究的进展,也是当初制约九区原油上产的主要因素。

  1983年,彭顺龙带人到国外考察高干度锅炉。他们在美国订购的锅炉产出的蒸汽干度达到了60至70%,是国产锅炉的两倍多,一小时注蒸汽量可达9吨。蒸汽干度提高一个百分点,稠油产量就会提高一个百分点。

  考察热采稠油效率的最主要指标是油汽比:注入的蒸汽越少,采出的稠油越多,效率就越高。用国产锅炉热采的油汽比不到0.1,而美国锅炉可以使油汽比达到0.2——超出了一倍多。用这样的设备,才可以实现有经济效益的稠油工业化开采。

  适合的锅炉设备找到了,随着九区投产步伐的加快,新疆石油管理局在美国订购了一批十多台锅炉。然而,进口锅炉是买回来了,要把它用好却是一个难题。当时,美国生产的锅炉,别说调试,大家见都是第一次见。那锅炉控制盘上密密麻麻、纵横交错的线路,高深莫测的微机电脑,让人望而生畏。

  这批锅炉陆续运抵九区,锅炉必须尽快调试好,油区才能早日投入生产。重油公司副总工程师任印堂全面负责稠油热采注汽锅炉的技术工作,为了调试好锅炉,他干脆和大伙整天泡在工地上,吃住在现场。

  锅炉调试阶段,外商派来了两位专家,待了15天后,扔下一大堆问题走了,任印堂看到这种状况急了:“这叫什么专家?”他跑到有关部门要求尽快派人来。

  在外商第二次派专家来时,他干脆亲自跟着干,一来可以快些熟悉工艺,二来可以严格把关。在此后的七十多个日子里,他没有休息过一天,跟着外国专家一个部位一个部位地调试、整改。然而,外国专家不相信他们的技术能力,以为可以在设备调试中蒙混过关。当他们向外国专家提出各种技术问题时,外国专家总是不以为然,甚至不让他们看调试。就是在这样的情况下,任印堂带着工程技术人员硬是靠蚂蚁啃骨头的精神,趁着外国专家不在现场时一点一点地分析各种部件的工作原理和操作方法,逐渐改变了调试中的被动局面。

  后来,外国专家解决不了的一些问题,通过他们的努力也迎刃而解了,外国专家对他们的态度也改变了。于是,他们抓住有利时机,向外国专家提出了179个问题,外国专家无法解决这些问题,外商不得不再次更换一批调试人员,并给新疆石油管理局赔偿了十几万元的损失。

  外国专家走后,仍有一些问题没有解决。任印堂不信自己干不了这洋玩意儿。他领着几个年轻人开始对之后新进口的二十多台锅炉进行边调试、边运行、边整改工作。他利用自己所学的高等数学、物理、电学、自动化、热工等知识,在实践中大胆探索应用。有时为了一个部位的正常运转,竟一连三十多个小时不合眼。

  有人看到任印堂没日没夜连家都不顾,整天在九区生产一线围着锅炉转,心有疑惑:他能搞出个啥名堂?

  “一个土技术员,难道还能胜过专家教授?”听到这样的话,任印堂不以为然。因为他相信只要努力,土技术员也能当专家。

  果不其然。半年多时间后,这批锅炉便在任印堂和几个年轻人的摆弄下,都运转起来。而任印堂通过这之后12年的不懈钻研,攻克了专用锅炉湿蒸汽质量的监测与自控这一课题,他通过热平衡的方法解决了国外测量蒸汽干度的传统方法的所有缺点,填补了这一领域的空白。

  克拉玛依人在锅炉上的革新还有很多——

  1989年年末,重油公司锅炉管理科工程师张宝泉作为美方调试人员的助手调试3台休斯顿锅炉。当时生产形势非常紧张,偏偏锅炉控制系统出现问题,美方束手无策。张宝泉挑起这副担子,连续奋战了一个星期,第一台锅炉点火烘炉成功,从此开启了中国人调试外国热采高压注汽设备的先河。

  张宝泉最初是因为对无线电技术的痴迷而涉足微机理论研究的,这个从克拉玛依电大毕业的工程师,正是从这次调试开始,看到了自己的价值和奋斗方向,从此一发不可收拾,边学边干,逐渐成为热采锅炉微机控制系统的技术尖子。

  重油公司锅炉中心注汽一队队长武占发现,由于缺乏教材,职工只能凭借经验操作锅炉;由于缺乏专业理论知识,职工技术水平偏低。强烈的责任心使他决心改变这种状况,开始编写职工技术培训教材:在闷热的充满刺耳噪音的锅炉房,看到的是他认真钻研的情景;在宁静夜晚办公室的灯光下,留下了他伏案疾书的身影;资料室、图书馆成了他的第二个家,笔记做了十几万字……1989年,他编著的《油田高压注汽锅炉培训教材》问世,成为技工学校热工专业的教材。

  此后的二十多年里,一系列科技成果应用于注汽锅炉的生产,如高压机冷却水的回收利用、锅炉余热回收利用改造、高压锅炉蒸汽干度检测与自控技术的应用……科技成果转化为巨大的生产力,为稠油开发增强了活力。

  2017年3月24日,克拉玛依红山油田有限责任公司稠油生产区块,巡井工正在检查注汽设备运行情况。本报首席记者 闵勇 摄

  十 字 路 口

  在稠油开发初期,有专家预言,按照稠油开发规律,克拉玛依的稠油开发期只有10年时间。

  六、九区稠油油藏是克拉玛依油田最早开发也是规模最大的稠油油区,主要采取注汽吞吐采油。1987年投入开发后,产量很快突破100万吨,但仍面临开采程度低、能耗大的问题,随后采取了一系列新技术、新工艺,并扩大了生产规模,上世纪90年代后期产量接近300万吨。

  但是,蒸汽吞吐开采的弊端也在这个过程中慢慢暴露出来:一是成本高,能源消耗大,二是单井产量低,递减快,采收率低。照这样下去,稠油开发很快就将无法进行。

  怎么办?

  一场争论开始了。

  保守一些的专家认为,蒸汽吞吐的开发效果是前期经过实践证实的,应该围绕蒸汽吞吐解决目前采收率低的问题。

  但另一部分专家却认为,油田开发到现在,暴露出的这些问题已经无法用改进蒸汽吞吐方式的办法解决,应该探索一种新的稠油开采方式。而这个新的开采方式就是蒸汽驱。

  蒸汽吞吐和蒸汽驱都是注蒸汽开发技术,只不过二者的注蒸汽方法截然不同。蒸汽吞吐工艺施工简单,收效快,是单井作业,在同一口井上注汽、采油,对各类稠油油藏地质条件的适用范围较蒸汽驱广,经济上的风险也比蒸汽驱小。

  但蒸汽吞吐注入油层的蒸汽数量极为有限,只能使井筒附近一定范围的油层加热,一般半径只有10至30米,最大不超过50米。经过一段时间后,稠油黏度又开始变大,逐渐恢复到原状,于是新一轮的注汽—“焖井”—采油又开始了。从生产原理上看,经过多轮次的蒸汽吞吐开发后,稠油油藏就会进入高含水阶段,产量递减快,最终的采收率一般只有15至20%。

  提出探索蒸汽驱开发手段的这部分专家认为,蒸汽吞吐技术是降压开采过程,产量是逐轮降低的,在同一口井上高轮次生产后,产量必然递减,油汽比降低,开发效益逼近经济极限,但此时仍有80%的稠油储量滞留地下,有效动用这部分剩余油,只能尝试蒸汽驱。

  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。这部分专家认为,只有通过蒸汽驱开采才能将稠油采收率提高到40%以上。

  2017年3月4日,重油公司采油作业二区稠油生产现场,远处正在运行的注汽锅炉与密密麻麻的抽油机正在繁忙作业。本报首席记者 闵勇 摄

  当时,蒸汽驱是除蒸汽吞吐外,另一个有效的稠油开发手段。虽然国内没有任何蒸汽驱的成功经验,但国外的美国克恩河油田用蒸汽驱开采已取得了很好的效果。

  只不过遗憾的是,美国克恩河油田的油藏条件为海相沉积,油层厚度为25米,渗透率3个达西,黏度为5000厘泊,而克拉玛依油田稠油油藏为陆相强非均质油藏,油层厚度不足15米,渗透率1.5个达西,黏度为6000至30000厘泊。

  也就是说,克拉玛依油田的稠油油藏埋藏浅,油层薄,渗透率低,黏度却更高,开发难度远远大于美国克恩河油田,美国克恩河油田在蒸汽驱上的经验也无法直接借鉴。

  争论还在继续。

  在很长一段时间里,新疆石油管理局上至主要领导下至普通员工之间形成了两个观点截然相反的“派别”——“吞吐派”和“汽驱派”。两派人员针锋相对、互不相让,经常争论得脸红脖子粗。

  1989年,稠油产量上了百万吨,但看似辉煌的成就下却潜藏着危机——

  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,重油开发公司日产原油已从三千余吨大幅降至两千余吨。如果不立即采取新的有力措施,稠油产量将快速递减,有人曾经预测的10年稠油开发时间都有可能达不到。

  最终,新疆石油管理局高层领导决定,先在六、九区进行开采试验,再决定是否大面积搞蒸汽驱。

  关 键 抉 择

  1989年的夏天,重油公司一帮科研人员几乎住在了办公室。这帮人在干一件“大事”——一项国内首创的蒸汽驱开发试验。

  他们对蒸汽驱开采技术的研究倾注了大量心血。由于国内外没有现成的经验可以借鉴,他们犹如在茫茫的黑夜中找寻光亮。

  在积累了一定的技术储备后,蒸汽驱开采试验终于在六、九区展开,但是结果却出人意料,一些投入蒸汽驱开发的区块不但没有增产,而且还不如吞吐开采。

  他们陷入了深深的苦恼中,从理论上讲,蒸汽驱开采应该大幅度提高采收率,但结果却如此令人尴尬,问题究竟出在了哪里呢?

  由于采用蒸汽驱的4个井组先导试验产生的效果有好有差,一时间,搞不搞蒸汽驱的争论再次被掀起。

  这些科研人员没有气馁,他们坚信蒸汽驱开采是当时最有效的开采方式。于是,他们对整个汽驱开采过程进行跟踪研究,反复论证,终于找出了影响蒸汽驱开采效率的原因:井与井之间的距离太大;蒸汽在地层中乱窜逃逸……

  最终,在彭顺龙等专家的持续努力下,稠油热采技术奥秘的层层大门终于打开。

  蒸汽驱先导试验成果的不断显现,给大面积汽驱提供了技术支撑,以赵立春为首的新疆石油管理局主管开发的领导最终拍板决定:必须转蒸汽驱开发。

  1990年8月13日至16日,中国石油天然气总公司专家鉴定组在克拉玛依对蒸汽驱技术全面鉴定后得出结论——

  国家“七五”期间重点科技项目、我国第一个现代蒸汽驱技术——克拉玛依九区蒸汽驱开采技术的先导试验,取得了较好的开发效果,对我国浅层稠油油藏的蒸汽驱开发具有重要的指导意义。

  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。

  运用这套技术开发九区,1989至1991年,重油公司新井产能每年以30万吨的速度增长,1991年达到158.16万吨。

  2013年3月14日,重油公司采油二区,一名采油女工正现场查看油井注汽运行情况。本报首席记者 闵勇 摄

  汽 驱 战 役

  深夜,一轮明月高挂天空,万籁寂静,人们早已进入了梦乡。

  重油公司研究所动态室里却灯火通明,不时传来一阵阵激烈的争论声,这里正在进行一场别开生面的讨论会。

  重油公司总地质师康德激动地说:“九1区重油大面积转汽驱在全国是先列,这次总公司把九1区汽驱阵地仗列为总公司级重点科研项目,是对我们的信任。大家谈谈想法和困难,看如何打好这一仗。”

  动态室主任蒋福修接着说:“这次大面积转汽驱确实存在不少困难,首先我们的锅炉日产汽能力有限,其次是注采井井筒附近油藏存在大量冷凝水……”

  “汽窜现象也是令人头疼的问题,也许我们可以借鉴一些先进工艺进行封堵。”有人补充说。

  大家你一言我一语,纷纷想办法找对策,争论十分激烈。这帮人中,有一个叫霍进的年轻技术员,他当时年仅24岁,刚参加工作1年,从此与稠油开发结下了不解之缘。

  这一天是1991年8月7日。从这一天开始,1984年最早投入蒸汽吞吐开发的稠油区块——位于准噶尔盆地西北缘的九1区,在全国各个稠油油区中第一个率先进入面积蒸汽驱开采新阶段。

  一场蒸汽驱阵地仗拉开帷幕。

  然而,虽然先导试验取得了成功,但稠油蒸汽吞吐转入蒸汽面积驱的工艺技术仍十分复杂,各种难题摆在科研人员面前,在国内又没有可借鉴的经验,他们唯有一个个自主攻克——

  重油公司研究所工艺二室主任、高级工程师谢济浓年近六旬,带领全室5名同志日夜奋战。从方案编制到现场调查,从工艺流程改造到蒸汽计量装置的调试安装,谢济农都身先士卒,不顾年高体弱,每天冒着四十多摄氏度的高温,在井场奔波十几个小时搞试验,终于摸清了从锅炉房到计量站到油井的各种工艺流程、管汇分布情况,为转蒸汽面积驱打下了基础。

  蒋福修于1991年6月刚刚走马上任动态室主任,日常繁忙的研究工作之余,为了提高研究人员的工作能力,更好地对油藏进行动态分析,他在科室搞起了劳动竞赛,定期组织动态分析,带领全室人员开展“你讲我听、我讲你听”的经验交流活动。

  重油公司研究所科研人员霍进和他的同事们利用非凝结气体增能隔热的特性反复试验比对,终于找到了针对不同黏度级别油井的系列产品配方。通过加强油井差异化的管理,他们把油井蒸汽吞吐周期延长5轮以上,加热半径由20米扩展至35米。他们研制出“聚能增压”系列产品,为蒸汽吞吐转蒸汽驱创造了条件。

  ……

  一转眼3年过去了,这3年里,这些科研人员的每天大部分时间都是在这样的攻关中度过的。

  功夫不负有心人,通过3年的努力,克拉玛依油田在浅层稠油蒸汽驱开采特征、影响汽驱效果因素、蒸汽吞吐开采后转汽驱的时机、汽驱合理的井网井距、注采参数优化以及改善汽驱开发效果的技术措施等方面形成了一套比较完整的技术和经验。从吞吐到汽驱两大课题共完成26个攻关专题,取得了39个研究成果,其中有5项达到国际水平,有10项达到国内先进水平。

  2013年7月31日,风城油田作业区稠油生产区块正在开展多介质辅助蒸汽吞吐试验。(风城油田作业区供图)

  再 遇 挫 折

  但新的问题又接踵而至:大面积转入汽驱后,仍有一部分油井增产效果不如人意。这是什么原因呢?

  重油公司副经理兼总地质师陈荣灿想了许久找不到原因,他在脑海里细细过滤了一遍生产井的情况,突然,一个问题冒了出来,挥之不去萦绕在他的脑海中:吞吐法采油是在同一口井上注汽,同一口井出油,而蒸汽驱则是注汽、采油各司其职,蒸汽驱采油效果不如人意,是不是与井距有关?

  “对啊,井距如果过大的话,蒸汽波及不到,当然影响增产效果。”这个想法的出现,让陈荣灿有恍然大悟之感。他一头扎进资料堆里,在国内外相关信息中搜寻有关井距对蒸汽驱开采效果的影响的案例,果真发现了线索。他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,国外油田蒸汽驱有效半径仅为30至40米,而克拉玛依油田九1至九6区的井距是100至140米。虽然在进行先导试验期间,研究人员已经考虑过井距大的问题,但九区的井距还是比国外大了3至4倍。

  考察回来后,陈荣灿心里有底了:在蒸汽驱试验成功的基础上,进一步加密井网,有望提升蒸汽驱的开发效果。

  九1至九6区打加密井的方案很快获得批准。进入现场实施阶段后,陈荣灿干脆吃住在了九区生产现场,一住就是三百多天,有时忙起来,他一个多月不回家是常事,而他的家就在离九区只有十多公里的克拉玛依市区。

  1998至1999年,九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。打加密井最终还使躲在死角的资源得以开发利用。仅这一项挖潜措施,就使该区新增可采储量775万吨,建成产能76.5万吨。

  加密井方案的实施彻底改变了蒸汽驱采油效果不太理想的状况,1999年,占总数不到三分之一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。

  大井距与蒸汽驱有效半径的矛盾得以解决,这些区块的采油速度很快就由1995年的1.2%提高到了2000年的2.14%;油量综合递减也由1995年的5.5%降低到1999年负的3.4%。这一正一负,正好相当于该区增加了8.9%的原油产量,净增原油十万多吨。

  汽驱采油还使热能得以充分利用,1995年,在九区每吨蒸汽仅能换来0.12吨原油;到了1998年,每吨蒸汽可以换来0.23吨原油,几乎增产一倍。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年则又上升到了192万吨。

  重油公司靠打加密井这个挖潜措施就使原油年产量连上三个台阶,一举成了新疆石油管理局首屈一指的产油大户。

  毗邻乌尔禾区“世界魔鬼城”景区的风城油田作业区稠油生产基地呈现出勃勃生机。(风城油田作业区供图)

  综 合 治 理

  油田开发到一定阶段,必然会迎来产量递减,稠油开采更是如此。

  1992年至1996年,重油公司每年的原油产量在上升,但油田生产已逐步步入递减阶段,虽然油井井数由1991年的1925口增加到1996年的2972口,但是新井产量已不足以弥补老井的综合递减。

  于是,为进一步提升开发效果,克拉玛依石油人通过持续的科技攻关开始对实施蒸汽驱的油藏进行综合治理。1997年,针对存在的问题,重油公司成立了浅层稠油蒸汽驱配套技术攻关项目组,总地质师陈荣灿、副总地质师霍进负责项目攻关。

  刚刚工作4年、已成长为技术骨干的黄伟强是攻关项目组的一员。废寝忘食、加班加点对每一个一线地质研究工作者来说,早已成为家常便饭。

  重油公司机关所在地在克拉玛依市区友谊路的最北面,黄伟强的家在市区南面,距离单位有点远,但即使是大风天,他也会骑着自行车去单位加班。

  怀里总是抱着一堆图纸,是他给人留下的最深的印象。

  攻关项目组成员从如何提高油藏动用程度这个问题入手,紧紧围绕优化生产方案、吞吐中后期增产增效、蒸汽驱综合治理、提高经济可采储量等关键因素,在稠油开发关键技术上取得一个又一个突破。

  通过两年连续实施的蒸汽驱综合治理方案,克拉玛依油田的重油生产区油量综合递减被控制在7%以下,比全国同类老牌油田——辽河油田还低3个百分点。

  结合前期的研究,这一时期的技术研究取得了丰硕成果——

  摸索制定出了一套稠油油藏注蒸汽开发动态监测技术规定和国家行业标准,形成了浅层稠油、超稠油油藏较成熟的蒸汽驱综合治理、管理模式及开发配套工艺技术,达到国内领先水平。

  这些科技成果体现在生产上则是——

  到2000年,六、九区蒸汽驱开发规模已达到605个井组2072口采油井,汽驱年产量达92.8万吨,真正实现了大规模工业化蒸汽驱开采,成为国内第一家且最大规模成功实现蒸汽驱开采稠油的油田。

  2000年以来,重油公司共实施蒸汽驱综合治理909个井组,累计增油3.5万吨,节约蒸汽291.4万吨,创产值1.63亿元,汽驱年油汽比保持在0.2以上,取得了显著的经济效益。

  2001年,蒸汽驱开采技术在中石油股份公司油气田技术座谈会上发表。由霍进主持的《六、九区重油油藏蒸汽驱开采技术》项目,经专家评审,其技术和开发水平已达到国内领先、国际先进水平,六、九区被集团公司评为高效开发油田。

  2002年,重油公司在没有新井投产的情况下,超额完成全年120.9万吨生产任务。也是在这一年,黄伟强顺利取得西南石油学院石油与天然专业工程硕士学位。

  此后相当长的一个时期,蒸汽驱成为克拉玛依油田稠油油藏开发的主要技术手段。

  2018年1月27日,我市新科澳公司锅炉工正在百里油区检查注汽锅炉的设备运行情况。本报首席记者 闵勇 摄

  矛 盾 再 现

  克拉玛依油田稠油油藏注蒸汽开发技术进行到蒸汽驱阶段,是否一劳永逸了呢?当然不是。

  到了2008年,克拉玛依油田稠油主体开发区块进入高含水、高采出程度的开发中后期。2011年,进入中后期的油田递减进一步加大、含水进一步上升,重油公司原油年产量跌破100万吨。

  中后期是稠油开采矛盾最突出的时候,平均采出程度只有25%,采出液中的含水率超过了85%。也就是说,利用蒸汽驱技术只开采出了地下已探明稠油的25%,而采出液中又有85%是水。

  这是什么原因造成的呢?这得从克拉玛依油田稠油油藏的“先天不足”说起。

  克拉玛依油田稠油油藏属于砂砾岩特稠油,为多重孔隙结构,与国内外其他油田相比,非均质性更强、原油黏度更高,地下油藏缝隙更多,到了开发中后期,就容易发生蒸汽窜流问题,大量蒸汽无效循环,导致蒸汽在储层中的波及体积不足50%,进而影响采收率。

  因此,蒸汽驱开发技术再次面临“升级”的需要,传统汽液两相驱替的模式,已无法解决克拉玛依油田这种高黏稠油的窜流问题。

  此时,多相协同复合蒸汽驱开发技术被提上了试验研究日程。

  何为多相协同复合蒸汽驱技术?

  我们知道常规的蒸汽驱技术是“两相”,即液相(采出液)、汽相(蒸汽),而多相协同复合蒸汽驱技术是在蒸汽中增加介质,除了液相和汽相,还要加入固相的物质用于调剖,防止汽窜;增加如氮气等气相物质,帮助扩大蒸汽波及面积。这些介质进入地下油藏后各司其职,让蒸汽的热能在地下发挥最大的作用,从而达到提高采收率的目的。

  做一个通俗些的比喻——

  厨师炒一道菜,只放盐这一种佐料的做法,与加入花椒粉、耗油、酱油、醋、白砂糖等多种佐料的做法相比,哪一种方法做出来的菜更香呢?

  2020年9月27日,重油公司采油作业二区十七号供热站,巡检员正在锅炉间巡检。本报首席记者 闵勇 摄

  走 向 塔 尖

  看着从注汽井注入的蒸汽,又在采油井很快被采出来,霍进心里十分着急:这都是成本啊!

  其实早在1996年,科研人员已经在为稠油油藏中后期开发做技术储备——多相复合蒸汽驱技术在那时已迈出攻关步伐。如何控制汽窜、提升驱油效果是主要的攻关方向。科研人员尝试使用了氮气+泡沫剂、尿素+泡沫剂等多相复合介质驱油。

  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。从2011开始,黄伟强、郑爱萍等专家带领他们的科研团队和其他单位团队展开了联合攻关试验。

  他们对九区开发了近三十年的老油藏进行取心再认识,开展多介质复合蒸汽驱机理研究,并开展蒸汽驱氮气泡沫调驱、二氧化碳复合驱等多项重大试验项目。

  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,对油层上部高渗层封堵,完成试验区油层封堵及射孔井段的优化,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;相关科室部门、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。

  通过几年的不懈努力,到2016年,多相协同蒸汽驱技术逐渐趋于成熟,被大面积推广使用。

  据现任重油公司党委书记、经理黄伟强介绍,这项技术是位于注蒸汽开发技术这座“金字塔”塔尖的一项技术,克拉玛依已达到国际领先水平。目前,在这项技术上,克拉玛依油田主要取得了两个方面的核心成果:

  一是自主研制了系列配套的实验设备,建立了蒸汽窜流的识别模型,形成了蒸汽流场与地层剩余油分布的快速智能化识别技术。

  也就是说,这一成果是“发现问题”:地下蒸汽流窜到哪里,地层剩余原油分布在哪里,我们都能通过相关技术识别出来。

  二是自主研发出了高温调堵防窜产品和多介质复合驱系列产品,解决了蒸汽流窜通道的封堵和蒸汽波及面积的增大两大难题,创建出了多元多相逐级有序的储层改造方法。

  也就是说,这一成果是“解决问题”:地下油藏储层孔隙多,蒸汽易通过孔隙到处流窜,使用以炼钢废渣为原料的高温调堵防窜产品,彻底解决了大孔道、超大孔道窜流严重、封堵成本高的问题;多介质复合驱系列产品,与单一蒸汽介质相比,波及体积由40%提高到85%,驱油效率提高19.2%;多元多相逐级有序的改造方法,则能够将两相蒸汽驱后剩余在多孔介质中的绕流油和滞留油开采出来。

  上述技术的应用,改写了稠油开采生命周期的行业标准:突破了转蒸汽驱油藏的上限,修订了浅层稠油蒸汽驱的筛选标准,拓展了蒸汽驱的开发领域。

  上述技术的应用,使地质情况十分复杂的准噶尔盆地西北缘浅层稠油采收率达到了65%,比国内同类油藏高出20个百分点。

  2012年5月15日,风城油田作业区员工检查注汽锅炉水处理系统。风城1#稠油处理站开展了注汽锅炉水处理系统、管输系统、水汽系统耐高温、防垢机理研究和技术攻关,并通过3年的现场试验和推广应用,形成了高温净化污水回用锅炉系列技术。(风城油田作业区供图)

  试验成功的那一刻,看着那些原来只出汽出水的油井井口产出来“黑金”般的原油,现场的采油工们欢呼雀跃,他们脸上露出的笑容和对科研工作者们充满信任的目光,让霍进一直铭刻于心。

  是持续的科技创新,让准噶尔盆地广阔的稠油开采区域不断焕发着生机!

  而这持续不断的科技创新,一直在围绕着“蒸汽”这个稠油开采的灵魂进行。

  成亦蒸汽,败也蒸汽;败亦蒸汽,成亦蒸汽!

  正是在与蒸汽的缠斗中,克拉玛依的石油科技人员最终驯化、掌握了“蒸汽”这一法宝,突破了一个又一个难关,使克拉玛依油田的浅层稠油开发不断迈入新境界!

(编辑:王小军)
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