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克拉玛依油田注蒸汽开采后稠油油藏高温火驱开发攻关纪实

2020-10-26 15:58:34 来源:克拉玛依日报
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  百折不挠 浴火重生——克拉玛依油田注蒸汽开采后稠油油藏高温火驱开发攻关纪实

  克拉玛依油田稠油开发的奋进历程 系列报道之八

  本报记者 刘奎 通讯员 高迎春

  早在1984年,克拉玛依油田就拉开了规模开发稠油的序幕。在那以后的漫长岁月里,克拉玛依油田主要采用注蒸汽的方式开采稠油。到2008年,在这种开采方式下,克拉玛依油田的主体开发区块已进入开发的中后期。虽然稠油平均采出程度只有25%,但采出液中的含水率已超过了85%。

  采用注蒸汽开采方式开采稠油,就是把水加热成蒸汽后,通过注汽锅炉注入地层。经过几天“焖井”,让蒸汽扩散,稠油遇热变软变稀后开井抽油。但是经过一段时间后,稠油黏度又开始变大,逐渐恢复到原状。于是新一轮的注汽—闷井—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,稠油油藏进入高含水、多轮次深度开发阶段,产量开始递减,经济效益变差。通俗一点说,当平均采出程度达到25%以后,再采用注蒸汽开发的方式开采剩余的稠油,已经是投入多、产出少了,很不划算。

  但是,平均采出程度毕竟才25%啊!这意味着还有75%的稠油还深埋在地底啊!

  那么,有没有一项技术,能够在经济上划算的前提下继续开发剩下的那75%呢?

  新疆油田公司领导以及相关的石油工程技术人员开始了不懈的求索。

  2018年7月23日,红浅作业区火驱先导试验区,油田公司应急抢险救援中心(原工程技术公司)作业人员和火驱点火车正在现场奋战。本报通讯员 牙地克·买买提江 摄

  星星之火

  在遍寻“药方”的过程中,“火驱”二字的出现,在他们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,距今已有约100年的历史。从理论上来说,这项技术是稠油开采技术中能耗最小、热效率最高的技术,所以在学术界一直比较吃香。但从世界范围的应用情况来看,火驱一直处于“叫好不叫座”的尴尬境地。原因就在于,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,多在原始油藏上进行。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,由于这部分油藏含水不是原来就有的,所以被称为次生水体。与此同时,经过多次蒸汽吞吐后,稠油油藏形成了错综复杂的汽窜通道。在这种情况下进行火驱开发,需要搞清楚次生水体、汽窜通道和剩余油分布对火驱过程的影响。也就是说,在注蒸汽开采后的尾矿上进行火驱采油,开采难度要远远大于原始油藏。

  然而,难度再大,也要迎难而上,这是克拉玛依一代代石油人的传统。

  “放,放……送空气……”1958年7月的一天,阳光炙烤着位于克拉玛依市区东北两千米处光秃秃的黑油山,一群身穿红色工作服的小伙子面对着井口、背对着太阳,但脸上却感到更加灼热。汗水滴在井口钢制的套管头上,“嗞”的一声就化为气体不见踪影。因为从井口冒出的,既有来自一百多米深的地层里的热量,还有被大家点燃的“麻绳坨坨”涌上来的热浪……

  他们是新疆石油局克拉玛依矿务局生产技术处处长张毅组织起来的,正在黑油山地区进行“火烧油层”试验。这也是新中国历史上第一个“火烧油层”试验!

  彭顺龙就是他们中的一员。当年,他们在张毅的组织带领下,开始了勇敢而艰难的探索。

  可以说,当时在国内搞火驱是一穷二白,只知道有“火烧油层”这项技术,但“知其然不知其所以然”,怎样点火,怎样监测,几乎是一无所知、一无所有。

  就是在这样艰苦的条件下,“彭顺龙们”没有半点犹豫和畏惧,因为他们清楚,国内的油气产量,远远不能支撑新中国工业的发展,提高油气产量是国家战略的迫切需要。

  火烧油层能否成功,关键就在于点火技术。克拉玛依人不了解世界上其他油田的点火技术,大家就用最原始的办法——用钢丝系着点燃了的、浸透燃油的“麻绳坨坨”下到井底。同时,他们自己造了一台小型的空气压缩机,向井下吹送空气。

  1958年7月初的一天,凌晨3点多,在床上躺了几个小时却怎么也睡不着的彭顺龙拉了一下床头电灯的开关,偷偷起了床。他抹了一把脸,带上工具,关上灯“偷偷”出了门。顺着准噶尔路往黑油山的方向走,一眼望去,所有居民住房的灯都已熄灭,他加快了脚步……到了黑油山,伙伴们早已在那里等着他了。当时,基础设施和各项保障条件非常简陋,搞如此复杂的科研,难度可想而知。就连最基本的电力供应,也无法得到保障。在用大功率空压机向油层吹注空气时,由于克拉玛依电厂发电量小,只要空压机一启动,就要全城停电。因此,他们只好选择在夜深人静时“偷偷”来搞这项试验。

  接二连三的失败,没有将克拉玛依人的信心压垮。终于,经历了近十天的煎熬,1958年7月16日,地下102米处的稠油被点燃了。虽然这把火只燃烧了6个小时就熄灭了,但却足以载入中国石油工业的史册。

  这之后,这群最早的探路人又陆续进行了几次试验。他们从汽车引擎打火的技术受到启发,采用“电火花打火法”自主设计制造了第一台“井下燃烧器”,并在1959年2月取得了初步成功。试验组在黑油山16号井进行试验时,周围的4口井中连续发现了二氧化碳,这表明油层被规模化燃烧了。邻近的生产井所产出的原油黏度明显降低,产量明显提高。

  此后几年,新疆石油管理局又组织人力,先后进行了几次技术攻关,并在一定程度上破解了点火、热力驱动方式、送风方法、持续燃烧能力等一系列难题。1966年3月,黑油山4区火烧油层试验取得了成功:“K—65型高效能井下汽油点火器”问世;有4口日产只有几百公斤的稠油井的产量提高了50倍以上。

  2012年5月23日,风城油田作业区员工在重18井区火驱试验井场巡检设备。2011年11月25日,国内第一个超稠油火驱辅助重力泄油先导试验在风城重18井区投产。(风城油田作业区供图)

  火烧燎原

  由于各种原因,克拉玛依“火烧油层”试验中断了,它重新出现在人们的视线中,已经是16年之后了。1982年,油田工艺研究所副总工程师郎顺宗的论文《克拉玛依油田露头油层火烧法驱油模拟试验》在北京国际石油工程会议上宣读。从此,“火驱”的概念开始取代“火烧油层”的说法。

  然而,“火驱”真正被重新重视,是在又过了26年之后的2008年。

  进入“十二五”以来,中石油股份公司更加注重油田的开发效益和环境保护,特别是针对稠油油藏的开发,更注重经济效益和环保。克拉玛依油田稠油油藏的开发,相当长一个时期是以蒸汽驱为主。随着燃料价格的逐年攀升,成本压力增大,注蒸汽开采稠油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”。如果“火驱”能够成功,它完全有可能成为一项在蒸汽驱开发后期,继续大幅提高采收率的接替技术,为稠油老区带来新希望。

  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难得契机。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”。

  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%。

  “红浅1井区火驱先导试验”,就是要重新唤醒废弃了十余年的油藏,力争将未开采出的部分“吃干榨尽”。

  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。当时,世界范围内两个规模最大的火驱矿场试验分别在罗马尼亚和印度,但他们的火驱试验是在原始油藏上进行的,油藏没经历过注蒸汽开采阶段。而在国内,火驱技术尚属新型工艺,克拉玛依油田在注蒸汽后废弃的油藏开展火驱试验属于首例,没有可借鉴的成功实例,火驱试验在基础技术研究、火驱生产控制及矿场试验、管理的难度都很大。

  一句话,在废弃的矿场搞火驱试验,究竟要怎么搞,大家心里都没谱。

  万事开头难,开头是方案。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一工作。

  虽然在石油工程技术方面的经验丰富,但这一次面临的情况,与以前遇到的都不一样,因为他们手里掌握的资料几乎为零。接到任务时,潘竟军心里就像十五只吊桶打水——七上八下。

  但他毕竟是“久经沙场”的人,经历了内心最开始的忐忑不安和没着没落后,潘竟军迅速抚平心绪,开始整理思绪。

  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。

  “孩子,注意劳逸结合,爸爸先去忙了!”2009年5月15日,在电话中,蔡罡给女儿叮嘱完这句话,狠心挂断了电话,略一凝神,转身走进了会议室。其实,蔡罡多么希望自己此刻正在女儿身旁,陪她度过高考前的这段冲刺时光。还有,年迈的父亲病重正在住院,他多么希望飞回老家照顾他。想到这里,他眼睛一热,迎面撞上了余杰……

  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,本身必须是一个多面手。

  但归根结底,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。

  陈莉娟是2008年底进入火驱项目组的,按照分工,当时她主要侧重于火驱项目的方案编制工作。对于她来说,这是从“零”开始的一份挑战:没有可借鉴的材料,要在很短的时间内了解各学科内容,还要与各个方面的负责人沟通,更要整合、总结、提炼。

  2009年的夏天格外炎热,凌晨两点,项目组办公室的灯还亮着,那是他们还在为方案的一个细节、某个关键点在反复讨论、反复修改。没有“虫声新透绿窗纱”,只有蚊子不断钻进未安装窗纱的窗户,叮咬着穿着短袖的项目组成员。第二天上班,当看到各自胳膊上被蚊子叮咬出的“大包小包”时,大家不约而同地笑了。

  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,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。

  2018年8月9日,油田公司应急抢险救援中心(原工程技术公司)员工在火驱点火集中控制台前控制液压系统。本报通讯员 牙地克·买买提江 摄

  火中取油

  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。

  而其中,点火器及配套设备研发是注气点火工艺的技术难点,可供借鉴的经验和资料很少。虽然像彭顺龙这样的“火驱”前辈曾经在黑油山搞过火烧油层试验,但当时设计的简陋设备早已不能满足火驱工艺要求。

  这项攻坚克难的工作,落在了工程技术研究院火驱工艺室主任蔡罡的身上。虽然他已是管理地面油气井方面的资深专家,但研制火驱点火系统,对他来说依然是一个全新的领域。

  蔡罡与团队成员陈莉娟、余杰等人通过查阅资料发现,克拉玛依油田、胜利油田、辽河油田等开展火驱项目较早的地方,在点火过程中都先后遭遇过不同程度的烧坏电缆及加热器的情况。加热器究竟要怎么做?到哪里找合适性能的电缆才能避免出现这种情况?他们一头雾水。

  当时,点火器还没有现成的生产厂家,他们决定从点火器相关产品——加热器生产厂家找起。

  顺着这个思路,几经周折,他们最终在内地找到了一家合适的设备生产厂家,向厂家提出了点火器的结构设计、适应工况、关键技术、性能参数等相关工艺要求,并与厂家一起开展协同攻关。

  2009年10月15日,在新疆油田公司,经过近一年的潜心研发,第一台电点火器诞生了!看着眼前那个长12米、适用于7英寸套管的电点火器,蔡罡的眼神像一位父亲看着自己刚出生的孩子一般温柔。他赶紧招呼团队成员,与这个“宝贝”亲密合影。

  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。此时的红山嘴油田红浅1井区,光秃秃的戈壁已经是白茫茫一片。

  往油井里下点火器之前,要进行设备连接、检测工作。零下二十多摄氏度的气温为现场施工增添了难度。在地上连接设备线路的人员手指伸出来不到两分钟就会被冻僵,无法伸直。

  现场实施人员中不知谁说了一句:要不拿电吹风试试吧。工作人员立即找来电吹风,接线前,先用电吹风吹一会儿,把手吹暖和了再去接线。过几分钟,手又冻僵了,就又拿电吹风吹上一阵子。这样反反复复多次,设备线路连接终于完成了。

  受低温影响的,还有数字检测仪表。一旦温度下降到零下二十多摄氏度,检测仪表就开始“罢工”,无法显示。陈龙二话不说,直接把电子仪表揣到怀里,用自己的体温和厚厚的棉衣来保温,等到要用的时候才小心翼翼地拿出来,一测完数据,又像对待宝贝一样赶紧揣到怀里。

  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。

  从点火的第一天起,潘竟军、陈龙、蔡罡、余杰等人就开始日夜轮流坚守在现场,密切检测记录点火参数及产出物中的二氧化碳、硫化氢和氧气等组分变化,判断地层的燃烧状况。

  出师不利!

  在点火预注气阶段,他们从生产井监测到了大量氧气,这说明地下油层没有被点燃,或是点燃了但燃烧很不充分。

  寒冬腊月,火驱实施现场红山嘴出现了大雾,大雾在各个井场迅速弥漫……这场大雾,就像此刻项目组成员的心情。

  2017年11月29日,风城油田作业区员工在火驱注气设备前巡检。(风城油田作业区供图)

  浴火重生

  但这点挫折,打击不了项目组继续攻关的信心,更撼动不了项目组向火中取油的决心。蔡罡和项目组成员一起,每天蹲守在点火井周围的生产井旁,实时检测生产井产出的气体组分。

  一天、两天、三天……渐渐地,氧气消失了,一氧化碳减少了,二氧化碳升高了。这是燃烧的信号!“二氧化碳已经达到10%以上,氧气接近零,说明油层被点着了!”电话里,蔡罡激动地向院领导报告了这一喜讯。

  2009年12月19日,新疆油田公司举行红浅1井区火驱项目投产仪式。

  “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!潘竟军高兴地看着从井口取样口取出的黑色泡沫状油品,一边在电话中兴奋地向院领导和油田公司领导汇报这一喜讯,一边招呼现场人员对样品进行分析比对。大家一致认为,这些黑色泡沫状的样品,就是原油经过火驱燃烧改质后出现乳化现象的油品。

  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。

  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%,累计产油15万吨,将采收率提高了35个百分点,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已投入现场实施,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,新疆油田公司历时十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,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。

  能做这样的贡献,是克拉玛依石油人的骄傲,是新疆油田公司的骄傲!

(编辑:王小军)
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