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升级SAGD“革命”超稠油——克拉玛依油田研究新一代SAGD技术开发超稠油纪实

2020-10-21 19:00:50 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六

  升级SAGD“革命”超稠油——克拉玛依油田研究新一代SAGD技术开发超稠油纪实

  本报首席记者 高宇飞

  乌尔禾是克拉玛依市下辖的一个区。乌尔禾境内有举世闻名的雅丹地貌——“世界魔鬼城”。这些奇形怪状的“魔鬼城堡”的土丘是亿万年来被狂风雕琢而成的,所以“魔鬼城”又叫风城。

  在乌尔禾荒凉的地貌下面,蕴藏着大量的稠油。这里的稠油黏度极高,所以叫超稠油。在这里开发稠油的油田,就是归于“克拉玛依油田”这个广义概念下的风城油田。

  2020年9月21日,风城油田作业区重1井区,一座座高大的新式抽油机,矗立在高低起伏的雅丹地貌之上。目前,SAGD新技术已在风城油田规模投用。本报记者 戴旭虎 摄

  开发建设风城油田的,是新疆油田公司下属的风城油田作业区。

  风城油田的超稠油资源开发,曾困扰了克拉玛依石油人很多年。

  因为这里的超稠油油藏地质条件和物性都很差:黏度超高、渗透率极低、丰度极低、油藏非均质性极强、埋藏很浅。

  通俗来讲,那里地下的稠油像红糖一样,几乎是固态的,渗透性很差,油层里杂质很多,单位内含油量也很低。

  几乎所有不利于效益开发的缺点,风城超稠油油藏都具备了!要想利用在克拉玛依油田其他区域采用的蒸汽驱开采方式来开发风城超稠油,难度极大。

  2020年9月21日,风城油田作业区重32井区,一名石油工人正在SAGD先导试验区生产区块进行巡井作业。本报首席记者 闵勇 摄

  从上世纪90年代初以后的15年时间里,这里的超稠油开发被加拿大石油公司、法国道达尔公司、美国雪佛龙公司这三大国际石油公司相继判了“死刑”,被列为“禁区”。

  但是,克拉玛依石油人却不信这个邪。2008年起,经过4年的艰苦奋斗,他们创新性地探索出了双水平井蒸汽辅助重力泄油技术,简称双水平井SAGD技术,为风城油田3.6亿吨超稠油开发找到了“金钥匙”,破解了超稠油开发的世界级难题。

  在新疆油田公司之前,世界上类似条件的油藏从未有过商业开发成功的先例。即使是现在,新疆油田公司也是唯一成功的。

  2017年2月15日,风城油田作业区部分新建产能区块已经投入采油作业。SAGD技术的不断攻关和先导试验区屡获突破,使得稠油乃至超稠油实现了规模性开发。本报通讯员 吴小川 摄

  五上五下,“稠油”开发使人愁

  风城油田的超稠油早在1958年就被发现了。但在20世纪中叶技术条件有限的情况下,这种基本上为固体的不流动的油,根本无法开采。

  直到1989年,新疆石油管理局为了取得风城稠油的黏度、产量等基础相关资料,曾在这里打过一口直井进行试验,发现日产油只有一两吨,而且,一口井开井还没抽两天油,抽油杆就被凝固在井里面无法动弹了。

  风城超稠油开发第一次被迫放弃。

  1990年,新疆石油管理局的决策层想请外援再试,邀请了加拿大石油公司的专家来风城商谈合作开发事宜。但是,对方测量了风城的超稠油油藏后使劲儿摇头:“油太稠了,物性也很差,动用不了。”

  意思就是,以他们的技术来衡量,风城超稠油资源开采不了,没有任何开采的经济价值。

  风城超稠油开发被国外大石油公司第一次判“死刑”。

  其实,这很好理解。

  风城稠油是陆相油藏,物性和储藏条件都很差。而加拿大的稠油以海相油藏为主,物性和储藏条件都很好。

  “用道路来比喻,加拿大的稠油油藏就像是高速公路,风城超稠油的油藏就像是山间小道,开发就像在这两条道路上跑车,差距就是这么大,一点都不夸张。”中石油集团公司高级技术稠油专家、新疆油田公司勘探开发研究院企业技术专家孙新革说。

  也就在1990年,孙新革大学毕业被分配到新疆石油管理局勘探开发研究院,从事稠油开发研究工作。4年后,也就是1994年,不甘心的克拉玛依石油人又把风城超稠油区块的研究捡了起来,再次进行了评估。该项目的方案《风城超稠油水平井FHW001油藏工程方案》正是孙新革独立完成的。

  他们用直井和水平井组合方式来进行注蒸汽开采——横着钻穿油层,可以比直井数倍、数十倍地增加采油面积。这是中国陆上第一口斜直水平井。

  果不其然,这口井日产量是直井的5倍以上。但这口井采了6000吨油之后就停了。因为井眼是斜的,所以修井作业和维护设备、零件、工艺也得使用配套的装备和技术,新疆石油管理局根本扛不起这样的生产成本!

  虽然无法实现经济开采,但是通过这口井,孙新革他们也有了很大收获:“至少证明了水平井注汽吞吐是可行的,是有希望的,并且我们也取得了许多宝贵的试验资料。”

  这一停,长达7年。

  2001年,随着克拉玛依油田产量即将突破1000万吨,新疆油田公司又对风城超稠油开发产生了兴趣。这一次,他们邀请了法国的道达尔公司前来商谈合作开发事宜。

  经过评估,道达尔公司给出的结论和7年前的加拿大石油公司一模一样。

  风城超稠油开发被国外大石油公司判“死刑”,这是第二次。

  又隔了4年,2005年,新疆油田公司又邀请了美国的雪佛龙公司前来商谈合作开发事宜,结论依然如故。

  风城超稠油开发被国外大石油公司判“死刑”,这是第三次。

  二十年多年时间,风城超稠油开发五上五下,命运多舛。

  孙新革说,在新疆石油管理局开发历史上,这种情况是前所未有的,在中国石油开发历史上也是极其罕见的。

  但这也确凿无疑地证明了一个最重要的结论:风城浅层超稠油开发是世界级难题。

  2012年5月15日,风城油田作业区稠油生产基地上产区块,作业区负责人和技术专家正在现场研究稠油开采技术和产能布局。(风城油田作业区供图)

  别无选择,SAGD进入视野

  2006年底,勘探开发研究院开发研究所副所长孙新革如往年一样,早早完成了下一年各种稠油的开发方案制定。

  以往,每年稠油的新建产能大概70万吨,就能保证稠油年产400万吨持续稳产。但这一年,因为稀油发现的储量很有限,新疆油田公司180万吨产能计划尚有30万吨缺口。

  为此,孙新革带领同事们选择了风城油田超稠油区块,在黏度较低、大家都认为可以开发的重32井区部署了30万吨产能建设,并主持完成《风城油田超稠油整体评价》方案。

  当时,有的井打的是直井,有的井打的是水平井,采用蒸汽吞吐或蒸汽驱的方式进行开采。2007年初,重32井区投产初期,产量不断提高。但没过几天就出问题了,要么抽油杆承受不住断裂,要么抽油泵被堵塞,导致大面积停产。

  技术人员只好采取加重抽油杆、提高蒸汽干度等方法,终于把问题暂时解决了。

  孙新革他们很快意识到,这种开采方式很难行得通,因为能量消耗太大,效益很差。

  但是,新疆油田公司的生产形势开始发生恶化。按照老区产量递减趋势,如果新的产量不能及时补充进来,就很难继续保持1000万吨年产量。对新疆油田公司和克拉玛依市来说,石油产量一旦持续进入下滑通道,谁都明白意味着什么。

  新疆油田公司决策层再次将目光转到了风城超稠油上面。

  2007年7月17日,油田公司副总经理杨学文召集油田公司工程技术处、开发处、评价处、勘探开发研究院、采油工艺研究院等单位相关负责人刘明高、钱根葆、张学鲁、周红灯等讨论稠油产能建设问题。

  杨学文说:“目前,我们新疆油田公司稠油年产量400万吨左右,风城油田超稠油资源再不开发动用,按现在油田公司已动用稠油开发资源的递减速度,两三年后,稠油产量将逐渐下降到200万吨以下。所以,我们必须要有忧患意识……”

  400万吨稠油产量不保,新疆油田公司将难以稳产千万吨。

  这番话让在座人员感受到了巨大压力。

  在场的孙新革建议:“要想有效开发超稠油资源,只有启动 SAGD!”

  什么是SAGD呢?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,被加热液化的稠油和蒸汽冷凝液利用重力作用流到油藏底部的水平井,然后被采出的采油方法。

  早在上个世纪70年代末,加拿大石油专家就研究试验并推出了SAGD技术。1998年,“国际第十届重油及油砂大会”上,加拿大与会专家利用多媒体介绍并宣称,“利用SAGD技术,可以将超稠油采收率提高到50%以上。”这个信息让孙新革感到不可思议,因为采用传统的注蒸汽热采技术,超稠油采收率均在20%左右。

  后来,孙新革密切关注并不断收集有关SAGD技术的信息和发展动向。他了解到,2005年,在中石油股份公司的支持下,辽河油田从加拿大引进SAGD技术进行先导试验,获得成功。

  孙新革关于“采用SAGD”的建议,让杨学文兴奋不已,他说:“SAGD代表着当今世界超稠油开采的最新技术。既然这条路早晚都要走,我看,早走比晚走要好。”

  由此,SAGD技术正式开始被新疆油田公司纳入重要的攻关议程。

  2019年9月21日,风城油田重1井区,一名采油工正在井口产出液取样器下取样。SAGD技术的不断进步,也促进了采油工艺改变。本报首席记者 闵勇 摄

  从零起步,先导试验正式启动

  2007年底,新疆油田公司开始着手SAGD先导试验的准备,试验区域就选在风城油田的重32井区。

  作为长期从事稠油研究,并对风城超稠油资源油藏各方面非常熟悉的孙新革,毫无悬念地被选中承担起编制《新疆风城油田超稠油SAGD开发先导试验方案》的重任。这一次,他们是和中石油勘探开发研究院合作。

  但是,SAGD的核心技术是什么?方案编制该如何入手?不要说其他科研人员,就是孙新革,也仅仅进行过很浅显的摸索研究。

  山大的压力没有让孙新革和同事们退缩。他们查阅一切可以找到的国外文献和论文,可是,却没有查到任何有关SAGD核心技术的内容,只有油藏深度、厚度、黏度等寥寥几项最基础的概念。

  孙新革等人傻眼了:“数模都没做过,只能看着别人最简陋的示意图依葫芦画瓢,也就这种水平。”

  2008年2月28日,新疆油田公司召开了一年一度的“油田开发工作会议”,更把孙新革他们的工作提到了一个新的高度。

  会议在介绍2008年生产任务必须面对的困难时是这样说的:评价动用风城超稠油资源,是新疆油田公司持续发展的需要,也是产业下游企业——炼油厂生存与发展的需要。目前,我们的稠油年产量400万吨左右,如果不开发动用风城超稠油资源,两三年以后,产量将逐渐递减到300万吨以下。400万吨炼油厂的处理装置不能满负荷生产,企业经济效益将受到影响。所以,风城超稠油开发试验迫在眉睫,此项工作意义重大。

  无数个日日夜夜,孙新革和同事们几乎没有休息日和业余生活,一头扎进探索SAGD的工作中。

  2008年5月,经过半年艰苦的思索与准备,新疆油田公司和以中石油集团公司高级技术专家马德胜为首的集团公司勘探开发科学研究院团队联合编制的《新疆风城油田超稠油SAGD开发先导试验方案》终于完成。

  5月12日,汶川大地震发生,孙新革一辈子都不会忘记这个日子。当天上午,在北京中石油总部,在油田公司副总经理杨学文等领导的带领下,孙新革代表新疆油田公司向二十多位专家整整汇报了4个小时。方案最终顺利通过。

  2008年7月31日,在中石油集团公司重大开发试验工作会议上,《新疆风城油田超稠油SAGD开发先导试验方案》被评为重大开发试验项目优秀设计方案一等奖。风城油田浅层超稠油SAGD先导试验列为股份公司十大开发项目之一。

  随着风城油田超稠油SAGD开发先导试验项目的正式启动,新疆油田公司将SAGD先导试验方案的采油工程部分交给采油工艺研究院负责。

  根据先导试验方案,首座先导试验井区——重32井区内将部署4个SAGD井组,观察井13口,采用双水平井开采方式,水平井水平段长400米,在同一纵向剖面上垂直间距5米布一对平行水平井,形成一个SAGD注采井组。

  接下来,科研人员加班加点调研国内外相关资料、编制采油工程方案,参与设计工艺、制造配套工具、外协技术谈判等诸多工作。他们还将方案设计与油藏、钻井、地面等各专业有机衔接,确保了采油工程总体高效、有序进行。

  2008年10月,重32先导试验区完工,2009年1月7日正式投产。

  2020年9月27日,重油公司采油作业二区,一名技术人员对抽油机进行恢复生产作业。本报首席记者 闵勇 摄

  全员驻守,“争吵”中摸索前进

  为确保项目顺利运行,从新疆油田公司到风城油田作业区,纷纷成立相关机构,力争打好这场攻坚战。

  2008年10月初,新疆油田公司成立“风城油田重32井区SAGD开发试验小组”,下设地质、工艺、现场三个专业项目组。

  在SAGD开发试验小组下,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。

  只是,他们谁也没想到,这一试验过程竟然长达4年之久,各种不可预知的问题和困难几乎每天都在上演。

  在投产后的一年多时间里,孙新革、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1月21日20时,SAGD先导试验区4组水平井全部进入循环预热阶段,也就是将蒸汽注入油层进行充分加热。这个阶段完成后,就可以正式采油。按照加拿大的经验,这一阶段需要3个月时间。

  期间,各项参数控制十分严格,稍有偏差,将无法达到先导试验的要求标准。

  运行不到一个月,温度、井口压力、锅炉注汽等问题层出不穷,犹如“按下葫芦浮起瓢”。

  在定期组织的SAGD先导试验技术研讨会上,开发公司、勘探开发研究院、采油工艺研究院、风城SAGD领导小组的专家、技术人员,将试验过程中不同环节出现的不同问题带到会上,共同切磋研讨。

  大家各抒己见,都试图从各自的角度去寻找合理的解释。然而,因为当时谁都不了解这项技术,谁都说服不了谁,结果,探讨变成了激烈的“争吵”。

  “争吵”归“争吵”,但这种“头脑风暴”,也使大家对SAGD技术不断取得新认识。

  在一次次碰撞中,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。

  不知不觉,到了2009年3月底,双水平井循环预热将满3个月。参照加拿大的SAGD开发经验,此时差不多就到了采油阶段。

  当大家满怀信心地将试验井转入生产采油阶段,并等待见油的时候,结果却让人大跌眼镜——采出液都是“泥汤汤”,哪有半点油的影子?

  把“泥汤汤”处理后,大家发现含油量很低。

  连续一周都是如此,大家的心再次沉到谷底。

  此时专家们开始怀疑,相距5米的上下井之间的油层还没有完全加热。用专业的话来说就是:双水平井的上下井之间并没有充分连通,依靠重力泄油的通道还没有建立起来。

  于是,这口井又重新被加热了将近两个月,一直到2009年5月,重32井区SAGD试验区第一口生产井才自喷产出了油。

  这件事让孙新革意识到,参照加拿大开发海相均质稠油油藏的SAGD经验设计的方案,并不适用于风城的陆相非均质超稠油油藏,也说明他们对风城超稠油油藏认识还不深入。

  2020年9月21日,风城油田作业区二号抽油联合处理站,技术人员正在对稠油采出液进行含水率检测。本报首席记者 闵勇 摄

  试验升级,先导试验再次启动

  由于重32井区先导试验不断出现问题,新疆油田公司决策层经过研究讨论,决定在更有代表性的重37井区做双水平井SAGD先导试验。

  相较于重32井区,重37井区先导试验区的油藏深度更深一些,物性条件更差一些,油层厚度更薄一些,黏度更大一些。

  2009年8月14日,新疆油田公司启动风城油田重37井区SAGD重大开发试验。

  有了重32井区的试验经验,重37井区开发试验方案工艺更加合理,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。

  按照《重37井区SAGD先导试验方案》,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。

  为解决油井套管下入困难、采油泵沉没度不够等问题,重37井区先导试验在两对水平井中采用了“双水平井+直井”的开采方案,水平井与直井联通,直井采油定向对穿。在国内,这也是开先河的超稠油开采技术。

  从2009年8月14日开钻至12月中旬建成投产,重37井区SAGD先导试验区的建产周期仅仅用了122天。

  2009年12月24日,风城重37井区SAGD先导试验举行了投产仪式。

  然而,虽然项目组已经做足了准备,但面对时间紧、零经验的现实,他们还是遇到了重重困难。

  认识不到位就开展基础地质研究和储层建模分析;井组连通状况不好就更换生产管柱结构;为防止过多的热能被损耗,就进行高低压交替注汽……同时,大家严格遵守现场操作指令,规范录取各项资料,跟踪分析生产动态,生产调控规范到位,加强现场管理水平。

  在SAGD开发试验过程中,克拉玛依石油人深深体会到,必须根据油藏自身的具体特征研究适合自己的操作模式,决不能盲目照搬国外成功模式。

  针对双水平井SAGD采油工程难题,新疆油田公司勘探开发研究院、采油研究院、风城油田作业区、CPE新疆设计院和中石油公司勘探开发研究院等单位的科研人员,在重32、重37SAGD试验区积极开展技术攻关,开展循环预热工艺、均匀注汽工艺、SAGD大排量举升工艺、SAGD配套井口工艺、SAGD注采控制工艺、SAGD井下温压监测工艺等技术研究与试验,不断取得新突破。

  他们在与时间赛跑,因为每一天的时间都是宝贵的。

  2020年9月21日,风城油田作业区稠油生产基地,一名采油工正在井区巡检。本报首席记者 闵勇 摄

  试验遇阻,新团队再迎挑战

  2011年3月,春寒料峭、乍暖还寒,风城油田作业区迎来了新一任经理霍进、新一任党委书记周光华,这对陆梁油田的老搭档又一起相聚在风城这片热土上。

  对于稠油开发,霍进再熟悉不过了,他本身就是资深的稠油开发专家。从1990年大学毕业进入重油开发公司到2007年5月以重油开发公司副经理兼总地质师的身份离任,他把最美好的17年青春年华都献给了克拉玛依油田的稠油开发事业。

  然而,风城SAGD先导试验的形势,让新上任的霍进心情很沉重。

  虽然经过两年多的先导试验,重32、重37两个试验区的多项关键技术都取得了突破,但依然存在着致命的问题:一是油层蒸汽腔发育缓慢,产量增长缓慢;二是油层水平段的动用程度差异很大,精细调控技术亟待进一步优化。

  多数时候,这两个试验区11对半井的日产量都维持在一百一二十吨,离设计日产280吨的规模开发效益相距甚远。

  SAGD项目要不要继续搞?不管是油田公司的领导和专家,还是现场项目组的人员,大家都感到很疑惑。

  然而,根据新疆油田公司规划,2012年,风城油田必须大规模上产SAGD技术,否则400万吨产能就要落空了。

  “风城SAGD试验不成功,400万吨产能就不可能实现,当时我非常愁,压力非常大。”霍进说。

  把风城油田作业区各个单位调研了一遍之后,霍进对SAGD先导试验项目作出了3个重要决策:

  一是告诉员工必须要坚定信念,相信SAGD项目一定能成功;

  二是风城超稠油开发必须用SAGD技术,否则坚决不新建产能;

  三是立即成立由霍进担任组长的作业区SAGD重大开发试验领导小组,同时组建SAGD重大开发试验站。

  与霍进前后脚进入风城油田的是魏新春、桑林翔,他们两人此前分别在重油开发公司从事过23年、12年稠油开发相关工作,调到风城油田后分别担任重大开发试验领导小组办公室主任、副主任。

  SAGD重大开发试验站成立后,魏新春又担任站长。桑林翔担任作业区地质研究所副所长、开发总监。但对于SAGD技术,他们也不知道是怎么回事,完全“两眼一抹黑”。

  要想继续做好SAGD先导试验工作,必须先学习和熟悉SAGD技术。在霍进的要求和指导下,一群年轻的技术人员开始专职大量收集国外有关SAGD的文献资料,并进行翻译和整理,然后融会贯通加以消化吸收。

  他们夜以继日地工作,经过几个月的努力,终于将SAGD的技术、参数、工艺等资料翻译成厚厚的三大册。同时,他们还把SAGD的技术规程、操作规程、管理制度等从无到有全部制定了出来,形成另一个完整的SAGD开发操作手册,为SAGD后期开发奠定了坚实的理论和制度基础。

  但是,多头管理、队伍薄弱、稠油开发经验缺乏等问题仍没有解决。

  作为当时的SAGD重大开发试验站站长,魏新春遇到的一大难题就是蒸汽保障不足的问题。因为当时为SAGD试验项目生产蒸汽的供热站并不归风城油田作业区管理,而是归另一个采油厂管理。

  “蒸汽锅炉一天能停10次,根本无法保证蒸汽质量。一旦锅炉停汽,就需要通过各种方式去协调,特别麻烦。”魏新春说。

  同时,当时SAGD试验站的人手也不足,但是干事业又需要人手。

  为了解决这些难题,霍进向新疆油田公司申请,将供汽站和重油公司二区整体划转到风城油田管理。这个建议很快得到了批准。2011年7月,这两支队伍正式划归风城油田作业区。

  这两个单位划归完毕后,风城油田作业区立即人强马壮,总人数由六七百人一下子增长到上千人。

  蒸汽质量有了保障,生产经验也有了提高,SAGD井产量也有了一定的增长,但日总产量依然只有一百四五十吨,距离试验目标差距依然很大。

  2020年9月21日,风城油田作业区SAGD一号采油站稠油生产现场,一座座竖式抽油机高高耸立。本报首席记者 闵勇 摄

  认识模糊,低产谜团难破解

  2011年5月,桑林翔又担任SAGD重大试验项目攻关小组组长,他带着杨果、刘名两名年轻的技术员组成了SAGD技术三人攻关组。

  此前桑林翔向霍进汇报工作的时候,霍进说了这么一番让他至今心潮澎湃的话:“我们既然来风城了,而风城产量也要上去,那关键技术就不能只依赖别人,风城人必须要掌握风城开发的关键技术。”

  这句话让桑林翔等人倍感压力,但也劲头十足。

  桑林翔带着杨果、刘名两人边干边学,边学边干,夜以继日地学习SAGD项目部历年来做的各种方案,研究SAGD技术理论、生产规律和现场的生产历史等海量的资料,又带领攻关组建立了两个试验区精细三维地质模型,从而加深了储层的认识。

  按照SAGD技术理论曲线,油井上产初期产量不断上升,然后有一个很长的稳产期,最后进入减产期。

  但桑林翔查阅所有试验井的单井生产曲线时却发现,这些井的产量全都是起起落落、上下起伏,很不稳定。他们还发现这些井的调控都特别频繁,一天调整好多次。为什么会这样呢?桑林翔始终找不到头绪。

  参加项目组的讨论会时,魏新春、桑林翔和一些去过加拿大的专家闲聊时对方提到,加拿大一个年产几十万吨的采油厂,一个SAGD采油站只有十几个人。

  这让桑林翔一下子感觉快要抓住问题的“命门”了,他当时就断定:像风城SAGD井这种调控频率,在加拿大无论如何也做不到,而且这么麻烦的事情“老外”肯定也不可能这么干,“一定是我们哪里做错了。”

  2011年7月的一天,重37先导试验区106井突然出现“异常”情况:生产井井口温度突然下降,产油量突然明显上升。

  项目组人员开会讨论后,依然沿用以前的方法进行调控:井口温度下降,调大油嘴,提高采液量;井口温度升高,调小油嘴,降低采液量,使井口温度保持在一个可控范围内。

  但提液后产量反而降下来了。于是,106井再次回到了低产的老路上。

  “为什么出现这种现象?”桑林翔询问其他专家时,对方答复:“这种现象以前就有,可能是泄油不均匀。一股子冷油下来了,采完就没有了。”

  对于这样的解释,桑林翔当时认为是正确的。

  4个多月后,桑林翔才恍然大悟:他们错过了一次摸清楚生产调控原理的绝佳机会。否则,风城油田的SAGD先导试验就可能提前几个月宣告成功。

  2020年9月27日,重油公司采油作业二区原油生产现场,SAGD技术已经开始在老区稠油的新建产能区块推广开来。本报首席记者 闵勇 摄

  自喷存疑,SAGD全井转抽

  在SAGD项目各项工作推进的过程中,霍进很快又发现了另一个令他不能理解的现象:两个先导试验区的11对半井组,只有2个井组是机抽井,剩下的都是自喷井。

  魏新春和桑林翔也注意到了这个问题。一前一后有两位外国专家在查看现场的时候,也对此持否定态度。

  一位说:“我在国外没见过SAGD自喷井,这不叫SAGD。”

  另一位也说:“这不是SAGD,转抽才叫SAGD,必须转抽。”

  机抽和不机抽到底有什么差别?原因是什么,国外的专家也没有说。但大家当时都有一个感觉,这可能是提高产量的一个关键点。

  但是霍进心里却很清楚:“自喷井靠压差,消耗的就是注入油层汽腔的能量。如果用抽油机抽,把汽腔的能量节省出来,就可以把更多的能量用来采油。”

  在这个过程中,魏新春、桑林翔等人通过研究生产情况,也发现了自喷井和机抽井的规律:在一定范围内对自喷井提压是可以提高产量的,超过一定压力,注再多的蒸汽都提高不了油量,但是采用机抽就比较稳定可控,产量更高。

  于是,霍进果断作出了一个重大决定:SAGD先导试验区的油井全部转抽。

  这个决定得到了新疆油田公司决策层和专家的认可。

  然而,看似一句简单的“转抽”,所需要做的工作量却是巨大的。

  由于当时还处于先导试验阶段,SAGD井的很多指标、参数都无法确定,需要的抽油机、管柱、井口等关键设备的型号、规格、性能也无法确定,而市场上的产品种类也都不一样。

  开会讨论、论证、请示、确定……这又是一个多月时间。经过紧张的准备,这些基础而又重要的工作终于准备就绪。

  此时,已到了2011年的9月底,SAGD自喷井转抽工作正式开始。10月初的一天,经过一个星期的施工,第一口转抽井完成排液工作,第二天进入转抽,眼看着就要大功告成。

  可是,看着天色已晚,又有些冷,很多技术人员嚷嚷着第二天再干,魏新春也没坚持,大家就收工回去了。

  第二天早晨大家来到井上时全都傻眼了:井凉了,几十米的管柱全被稠油凝固住了,设备无法启动,转抽无法继续。

  “如果昨天连续施工干完就好了。”看着这种情况,大家很后悔,但是已经晚了,大家只好重新返工。

  又经过一星期的施工,这口井的转抽工作才算结束。

  通过这次教训,魏新春他们也总结出了经验:要转抽,必须连续施工,什么时候都不能停。

  到11月初,所有SAGD井的转抽工作结束。

  而转抽的效果也比较明显,两个试验井区日产油逐渐上升到一百七八吨。

  2020年4月15日,风城油田作业区稠油生产基地,我市地方油服企业——地质工程公司20008钻井队正在钻井平台上作业。本报首席记者 闵勇 摄

  背水一战,不解“密码”誓不还

  转抽为SAGD井的生产打下了良好基础,但低产的问题还没有从根本上得到解决。

  根据新疆油田公司的规划,2012年风城油田就要大规模推广SAGD技术。

  时间一点点临近,大家的心就一点点揪起来,越来越焦躁不安。

  在SAGD调控技术陷入困境之时,霍进一次次鼓励大家:“我们是在进行世界级先进技术的攻关。这项技术,加拿大搞了15年。辽河油田两下三上12年。可以说,我们风城油田才刚刚开始。超稠油开采是世界级难题,攻关过程中遇到这样那样的问题在所难免。我相信,SAGD技术在国外能够成功,在中国也能够成功。辽河能够成功,风城就一定能够突破!”

  为尽快揭开提高产量的“密码”,承担地质研究重任的桑林翔和杨果、刘名三人几乎把除了睡觉、吃饭的所有时间投入在了工作上,每天工作时长达16个小时以上。

  桑林翔早已豁出去了,他跟刘名和杨果说:“搞不成我就不回市区了,你们两个人每周轮流回市区,留下一个人陪着我就行。”

  事情就是那么不凑巧。2011年9月到12月,桑林翔的妻子到南京市挂职,5岁的女儿只能放到岳父岳母家照顾。此后4个月多时间,桑林翔只和女儿见过3次面。说是见面,也仅仅是看一眼。

  有一天,桑林翔白天加完班,晚上去看女儿,可是女儿瞅了他一眼就迅速跑开了,连一声“爸爸”都没喊!

  那一刻,桑林翔心里很不是滋味儿。

  有一次,新疆油田公司机关一个部门让桑林翔回机关汇报工作,被桑林翔果断拒绝:“我不回,我死也要死在上面。”

  2017年4月30日,风城油田作业区稠油生产基地原有的老式抽油机和新建的新式抽油机正在采油作业。SGAD技术的攻关、试验和应用,加快了稠油生产老区和上产新区的开发进程。本报首席记者 闵勇 摄

  异常再现,坚持己见找“密钥”

  它山之石,可以攻玉。

  为了SAGD先导试验的突破,2011年10月23日,霍进率领魏新春、桑林翔、蒋能记等22位技术人员前往辽河油田考察,对方毫无保留地传授与讲解,给了他们很多启示。

  此后,霍进把大部分时间和精力都投入到SAGD先导试验技术攻关中。他与专家、技术人员不断探讨,到SAGD先导试验区与攻关小组的技术人员共同研究实验中出现的问题。

  辽河油田之行,桑林翔也意识到两地调控技术上的差异,并坚定了他破局的信心。

  2011年11月中旬,106井再次出现井口温度下降、产量提高的“异常”情况,日产油量从十来吨上升到二十多吨。

  桑林翔不太敢相信:“我们认为要么是数据异常,要么是设备原因,可能只是一个很短暂的时间。”

  也有人告诉他,这种情况以前见过,“坚持不了多久。”

  戏剧性的是,此时105井刚转抽完,井下的测温装置出现故障,桑林翔就让井焖了几天,才把测试管重新下到井底。

  再抽油的时候,神奇的一幕再次出现:105井和106井的状态一模一样——井口温度下降、含油量大幅上升,也就是所谓的“一股子冷油下来了”的现象。

  “不对!”桑林翔和杨果、刘名一起讨论的时候兴奋地说:“这里面肯定有门道。每次油井生产效果变好了我们就按照以前的认识提液,一个星期就恢复原样了。这么好的效果,我们认识不清楚还不如不动,看看是什么样子,看看它到底能坚持多久。”

  直觉告诉桑林翔,这次很可能就能找到突破口。他决意不进行任何操作上的调整:“失败的回头路不能再走了!”

  没有采取任何调整措施的105井,一下子坚持稳定生产了十几天。

  这种现象让桑林翔喜出望外,在讨论的时候他提出:“也许不调整才是正常的生产状态。提液了以后会不会没有了subcool?”

  subcool是指生产井井底流压对应的饱和蒸汽温度与流体实际温度的差值。SAGD生产阶段操作参数的核心就是汽液界面控制,而汽液界面控制采用的是subcool控制方法。

  这时候,桑林翔带领小组人员就开始着手计算、推算。通过对井下操作压力、温度等参数进行比对,他们自己总结了一套计算subcool的观点——以汽腔供液能力为核心控制产液量。

  也就是说,在生产井上面和注汽井下面要形成一个油水混合物的池子,这个池子要达到一定的深度,能堵住所有蒸汽向生产井窜流的通道,建立合适的井下汽液界面,提高整体采油效果。

  但要想验证这种认识,就必须再进行推广验证。

  桑林翔他们最终决定再把这种方法运用到104井进行验证。

  当时,104井日产液量90吨左右,但含油量只有8吨到10吨。按照桑林翔的方法判断,这口井发生了严重的汽窜,但也有其他专家认为这是正常的。

  因此,桑林翔就按照自己的想法制定了一个建立汽液界面的方法,主要是先逐步降低注汽井的蒸汽量,再控制生产井的采出液量,监测井下温度变化。

  霍进等领导对这种方法很支持。

  日采液量是试探性地缓慢控制降低的。90吨、80吨、70吨……眼看着多日的调整见不到效果,桑林翔面临的压力越来越大。

  但霍进没有任何责怪,反而鼓励说:“如果找到门道,觉得对,就大胆去试、去调、去干就行。”

  当将日采出液降到40吨以下的时候,过了一两天,期待已久的变化终于发生了:生产井口温度开始下降,采出液含水量也跟着下降,油量不断上升。

  再通过调整,等日产液量提高到60吨的时候,产油量上升到15吨,比最初产液量90吨的时候还高。

  这意味着,井下汽液界面真正建立起来了!

  那一刻,桑林翔他们的心终于放松下来了,几个月来的阴霾心情一扫而空。

  2020年4月15日,风城油田作业区稠油产能建设区块,我市地方钻井企业正在钻井平台上奋战。本报首席记者 闵勇 摄

  五点认识,SAGD扬名国内

  先导试验的关键难题不断被攻克,霍进的心里也越来越有底气。

  结合SAGD先导试验取得的一系列成果和开发特点,霍进总结提出了5点创新性理论认识,对SAGD后来的开发起到了至关重要的作用:

  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。

  这5点认识就像“拨开迷雾见月明”,突破了对SAGD的传统理论认识,解决了外界对风城SAGD先导试验长久以来的疑惑,掀开了风城超稠油开发的崭新篇章。

  2011年11月,中石油股份公司副总经理赵政璋来到风城油田考察。当霍进把这5点通俗易懂的认识向赵政璋等领导汇报完毕,他们很震惊:“你们这个认识太好了,水平太高了。”

  “这5点认识,也让集团公司领导坚定了开发风城超稠油的信心和决心,否则,风城超稠油开发很有可能就停止了。”霍进说。

  一个月后的2011年12月20日,随着新调控方法的推行,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。

  SAGD技术取得阶段性突破,使新疆油田公司有了为SAGD大规模工业推广的决心。

  2012年,SAGD技术开始大规模应用于风城超稠油开发。风城油田作业区以春季上产大会战为契机,在重32井区、重1井区、重18井区3个SAGD开发区计划建产能13.5万吨,开启了新一轮产能建设的大幕。

  2012年6月28日,重32、重37井区SAGD井日产水平达到325吨,且重32井区SAGD平均单井组日产攀升至45吨,油气比0.48,超过设计指标。当天下午,风城油田作业区召开SAGD攻关技术总结会。

  在这次会议上,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15日,标志着风城油田重1井区开启产能建设大幕的SAGD试验区首口生产水平井开钻。重1井区完钻控制直井19口,正钻生产水平井FHW310P一口。重18井区部署的8对SAGD双水平井及6口控制井已完成交接。这一天,重32井区SAGD已完钻42口,其中观察直井19口,水平井23口,正钻水平井6口。

  2012年7月18日,这是一个参与风城SAGD先导试验的克拉玛依油田人永远无法忘记的日子。

  为庆祝SAGD开发试验重大突破,新疆油田公司总经理陈新发带领三十多位领导、专家来到风城油田作业区,将这个年度的首个总经理嘉奖令给了风城油田作业区,奖金额也是历次总经理嘉奖中最高的。

  总经理嘉奖令写到:“今年以来,风城油田作业区紧紧围绕超稠油开发的核心技术,深入研究、精心调控,SAGD开采技术及应用取得重大突破,形成了双水平井设计、高压过热蒸汽锅炉应用等8大主体技术、发明了21项专利,自主研制了SAGD双管井口、井口防喷密封装置等11种设备……充分证明了SAGD技术已具备规模化工业推广应用条件,为风城400万吨超稠油生产基地建设提供了技术与管理保障……”

  陈新发进行了热情洋溢的讲话:“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。”

  从2012年秋天开始,SAGD先导试验捷报频传:

  9月11日,重18井区薄层SAGD试验井组10口水平井胜利完钻;

  11月1日,完成连续油管、测试管柱入井作业,试验区地面建设工程告成,投产前的一切准备工作就绪;

  11月13日,作业区当年SAGD产能建设最后一口试验井——FHW3089I完井;

  11月21日,自动化升级改造实现突破,SAGD先导试验区进入了“无线时代”,在重32井区建立的无线通讯基站,实现了重32 井区SAGD数据的统一便捷管理——风城油田即将进入200万吨年产的新时代!

  2018年9月10日,风城油田作业区稠油生产区块产能建设如火如荼。本报通讯员 吴小川 摄

  难题又至,循环预热再攻关

  2012年,SAGD技术在风城进入工业化推广阶段。但是,很多影响产量和效益的因素仍然存在。

  其中,循环预热启动周期长达3个多月甚至半年的时间以及能耗大的问题,是开发方案中重点提到的。

  作为SAGD项目部的技术员,工程技术研究院的年轻科研人员陈森把注意力放在了国外的一家油田。通过查阅相关文献资料他发现,这个国家有一些SAGD开发项目也存在循环预热时间过长的问题,且对方正在从事这方面的研究,希望把3个月的循环预热时间缩短到1个月甚至20天。

  在其中一篇文献中,一位专家留下了邮箱。陈森通过邮件联系上这位专家,得知他们曾于2010年做了两个井的试验,取得了成功,效果不错。

  通过陈森不断联系沟通,新疆油田公司最终把这位专家邀请了过来。经过交流,大家认为这位专家的方法可以解决风城SAGD技术中循环预热过长的难题。

  新疆油田公司决定和对方进行联合研究,由对方提供技术服务。

  2012年6月起,由陈森主持的SAGD开发快速预热试验进行了延伸试验、模拟试验和直井测试。

  这口井,让陈森和同事们吃了很多苦头。

  虽然戈壁滩上白天最高温度达四十多摄氏度,但为了精确测量数据,在取岩心的时候,陈森一直在现场盯着。一块块岩心取出来的时候,他像拿到宝贝一样,小心翼翼地将每一块都包好,并且详细标记。

  由于施工不分昼夜,为了确保测试准备阶段不出现问题,陈森像采油工一样,周一到现场上班,周末才回到市区的家里。

  由于住的板房里有缝隙,现场经常刮大风,他的耳朵、头发里面满是沙子,但他也管不了那么多。

  终于,当年12月初,第一口快速启动现场试验井在风城重1井区进行试验,其原理是:往井里注蒸汽前先注水,通过水的冲击力把储层里面的小通道打开,改善油藏的孔隙度、渗透性。如此一来,随后注入的蒸汽就更容易在油层里面扩散波及。

  这种方法不但会大幅缩短SAGD井的循环预热时间,还能提高蒸汽的波及速度、扩大波及体积,并且能加快泄油速度,提高采收率。

  然而,四五天之后,现场试验反映出来的特征、现象、数据和施工的曲线与在国外稠油油藏的差异很大。

  那位外国专家也认为,这种方法可能确实不适用。

  但是陈森不死心:“风城的超稠油油藏条件我们自己最清楚。虽然油藏条件影响确实很大,但我们还是有办法克服。”

  随后,陈森和项目组的同事们抓紧时间分析研究,逐渐找到了影响试验效果的因素,有针对性地对方案进行了调整和优化,修改了施工方案。

  试验项目再次施工。1个月后,也就是2013年元旦过后,陈森和项目组成员通过压力、温度等数据进行分析判定,两井间已连通,试验确如预料的一样达到了预期目标。

  他们宣布,第一口井快速预热试验获得成功——以往需要6个月循环预热才能实现井下连通,现在只需要1个月。

  接下来,陈森带领项目组又在3092井和3094井进行扩大试验。此时已是2013年的6月份。

  但这次试验喜忧参半——3092井成功,3094井失败。

  让陈森没想到的是,3094井的失败几乎断送了整个快速预热项目。

  当时,很多人认为,这个快速预热技术有重大缺陷。

  鉴于此次试验的不确定性,新疆油田公司决策层对此后的试验按了“暂停键”,要求重点观察两口快速预热成功的油井生产情况和快速预热试验失败井注蒸汽后的生产情况,等解释清楚失败的原因后再做决定。

  2020年9月27日,重油公司采油作业二区稠油老区,立起了一架架新式采油设备。本报记者 戴旭虎 摄

  机缘巧合,试验重启终成功

  对于公司的决定,陈森虽心有不甘,但也能理解:“毕竟,一次试验的成本、代价都非常大。在有较大不确定性的情况下,贸然继续试验,是有很大风险的。”

  如果不是接下来一个机缘巧合的机会,SAGD井快速预热技术可能就真消亡了,今天可能仍使用过去的老办法。

  陈森和团队成员一直在找出路。

  新疆金戈壁油砂矿开发有限责任公司(以下简称“金戈壁公司”)由中石油集团公司和我市一家地方企业合资组建。

  在3094井试验失败之前,已经一年多没有打油井的金戈壁公司突然决定要打3对井,而方案也正是陈森他们参与设计的。什么时候打井、什么时候投产,他们都知道。

  这让陈森重新看到了希望,他抱着试一试的态度和金戈壁公司的领导层谈了重启快速预热试验的想法和意图。没想到,对方很爽快地就同意了:“反正都要试,那就试一试吧。”

  2013年10月到11月,陈森带着项目组成员在金戈壁公司对第一口井重启了快速预热试验,2014年3月份启动第二口井的试验。

  结果,进展十分顺利,全部达到预期效果!

  陈森他们十分激动,迅速将试验情况向新疆油田公司领导汇报。领导一听,也非常高兴,对他们说:“做了5口井的试验,成功了4口井,成功率也达到了80%。按照这样的成功率,是值得去做的。因为节约的蒸汽成本完全可以弥补20%失败的损失。极个别试验失败的井,对大局没有影响。这是个好事,值得去推广。”

  这一锤定音,让陈森的心彻底放下来了。

  由此,风城稠油SAGD井快速预热试验重新恢复启动。

  2014年,陈森带着团队成员在风城对8口井做了快速预热试验,全部成功。

  此时,他们已经完全实现了技术自主和设备自主,不再依赖外国专家。

  从此,快速预热启动技术在风城油田全面铺开。

  2012年5月23日,风城油田作业区,石油工人在SAGD试验区作业。(风城油田作业区供图)

  日渐成熟,SAGD技术建新功

  风城的双水平井SAGD技术,一直在向前不断突破。

  尤其是2012年到2017年,先导试验成功后,不断放大到工业化阶段,通过一边建设一边完善,技术基本定型。

  这5年,在风城油田作业区担任总地质师的孙新革参与了全部过程。

  随着采出程度的不断提高,一些物性较好的区块逐渐减少,孙新革带领风城油田的科研人员开始打破SAGD技术的应用界限,逐步向物性、油藏条件更差的区域推广。

  在这个过程中,他们也对SAGD技术不断进行优化。起初,他们采用蒸汽腔扩容的方式提高采收率,接着又采用直井辅助、水平井辅助、一级分支井、二级分支井等等方式,井网技术、控制技术等都在不断优化。

  目前,风城超稠油已经实现了SAGD管理智能化。通过建立全区精细地质模型、轨迹数据库、动态数据库和生产预警系统,将油藏搬到桌面上,实现了SAGD管理重大变革。

  在水热循环方面解决了复杂乳液脱水、水质净化、污水回用问题,脱水效率同比提高30倍,首次实现了回用稠油采出水产生过热蒸汽,油田水热资源综合利用率由75%提高到90%以上,保障了SAGD年产量100万吨。

  针对稠油生产高温高压等特殊安全生产环境,风城油田作业区率先在国内建成了首个稠油物联网示范基地,改善了工作环境,提高生产效率效益,大幅减少了一线值守人数,减少用工75%以上。

  据了解,2017年,风城油田作业区利用SAGD技术开采的超稠油已达到101万吨,2018年达到102万吨。预计2025年,将达到200万吨以上。

  与此同时,SAGD也开始逐步走出风城油田。后来,孙新革又主持了一个转化开采方式的产能建设规划,规划建产100万吨,向新疆油田公司重油开发公司所辖的九7区、九8区、九6区和红浅1区等老区逐步推广SAGD技术,通过打水平井加密,把采收率再提高20个百分点。

  “通过不懈的攻关,我们掌握、升级了SAGD,解放了风城3.6亿吨的超稠油资源,变不可能为可能。”霍进说。

  升级SAGD,形成自主研发的核心技术体系,这对克拉玛依油田超稠油的开发,无异于一场科技革命。

  值得克拉玛依石油人自豪的是,这场“革命”是由他们迎难而上、百折不挠、独立自主完成的。

(编辑:王小军)
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