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走进稠油开采的春天 |
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——访中国石油勘探开发研究院热力采油研究所 |
■褚晓光
以前克拉玛依的春天都是在风中开始的，所以这里才有了壮美的“风蚀城堡”——风城。而今年，克拉玛依的春天却是从隆隆的机器声中开始的：在远离城市100公里的风城油田，正在建设我国西部规模最大的稠油联合站。
稠油，又被称为“流不动的油”。它粘度大，状如“油饼”，即使一个成年人站在上面，也不会发生变形。这样的原油，用常规的方法是不容易采出的。
据探测，风城油田的稠油储量达3.6亿吨，是我国目前发现的最大整装稠油油藏。稠油在化工产品、塑料制造、药品、航空、国防等行业均有着特殊的地位，其作用是常规原油所不能替代的。
安全高效地把稠油采出来，一直以来都是国际性的难题。中国石油勘探开发研究院热力采油研究所（以下简称热采所）是我国稠油开采技术的专业研究机构，风城油田在建的稠油联合站用到的正是他们多年来科研攻关的成果。
“就是这一个技术的突破，将使风城油田稠油的年产量到2015年达到400万吨。”热采所所长王红庄说。
这是怎样的一个技术？王红庄说，首先要从什么是稠油热采说起。
解密稠油热采
“稠油热采，关键在于一个‘热’字。”王红庄说，“稠油在常温下是采不出来的，常用的方法是加热，向地下注入蒸汽，或者用其他方法把地下油层加热到二三百度，这时黏度很高的稠油变稀变软，变成可流动的油，就容易采出来了。”
以前，蒸汽吞吐是稠油热采的主要方式，即把水加热成蒸汽后，通过注汽锅炉注入地层。经过几天“闷井”，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。目前，我国的稠油开采大都面临这样的状况。
“我国已成熟的稠油蒸汽吞吐技术，已不能满足老油田大幅度提高采收率的需要。”干了20多年提高石油采收率工作的王红庄，三句话不离本行。“同时，新油田提高储量动用率和海外稠油经济高效开发的需要，也迫使我们研究新的稠油热采方式。”
SAGD、火烧油层就是最具潜力的稠油高效开发技术，热采所围绕这两个方向，集中力量开展稠油开发瓶颈技术的攻关，并且强化现场试验的跟踪调整，在风城油田、辽河油田的现场实施中都取得了很好的效果。
蒸汽辅助重力泄油（Steam Assisted Gravity Drainage，简称SAGD）是一种注蒸汽开发的新方法。从位于油藏底部附近的水平生产井上方的直井或水平井注入蒸汽，被加热的原油和蒸汽冷凝液便从油藏底部的水平井产出了。这种方法具有高采油能力、高油汽比、高最终采收率及降低井间干扰，避免过早井间窜通的优点。
热采所的“双水平井SAGD技术”已经成为新疆风城油田上产的关键主体技术。
风城油田超稠油储量规模大，但常规热采方式无法有效开发动用，为此，热采所开展了双水平井SAGD重大开发试验项目，在国内首次开创性地提出了浅层超稠油SAGD注采系统设计方法，集成创新了SAGD核心技术——汽液界面控制方法。
目前，这种方法已经在中石油重大开发试验项目——“新疆风城超稠油双水平井SAGD重大开发试验方案”中成功应用，在新疆风城超稠油实施了12个双水平井SAGD井组。
截至2012年底，重32井区SAGD试验区累计注汽41.7万吨，累计产油12.3万吨，累计油汽比0.3；日产油从前期的74t/d提高到159t/d，油汽比从0.2提高到0.47，综合含水从82%下降到56%。
“正是双水平井SAGD技术的试验成功，为风城油田上产400万吨提供了技术保障。”王红庄说。
科技驱动“新疆大庆”
2009年12月23日，中央电视台《新闻联播》以《稠油开采新工艺在新疆克拉玛依投产》为题报道了新疆红浅1井区火驱矿场先导试验。报道中说：“一项稠油开采新工艺在新疆克拉玛依油田成功投产。这项工艺可将稠油中无法被开采利用的少量成分就地燃烧，产生热能和动能驱动其余约75%可以被利用的成分到达能够开采的位置。”
报道中所说的新工艺便是火烧油层关键技术，是除SAGD外，大幅度提高稠油采收率的主体接替技术。
火烧油层又叫火驱，是一种注空气的开发方法。利用就地燃烧重质组分产生的热量加热油层，使原油裂解、降粘、流动，产生轻质组分，油层燃烧产生的气体降粘并由注入空气驱扫开采原油。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。
针对油田注蒸汽开发稠油油藏开发中后期油汽比低、含水率高、经济效益低下的现状，热采所以新疆油田一个注蒸汽后已废弃十多年的油藏为研究对象，在注蒸汽后火驱机理研究方面取得重大突破。这是首例在废弃油藏上进行的火驱试验，受到了国内外广泛关注。
在实验研究过程中遇到了很多困难，与国外开展的原始油藏火驱开发不同，油藏注蒸汽后火驱面临着更多的挑战。热采所依托国家重大科技专项“稠油/超稠油开发关键技术”，以室内基础实验、油藏数值模拟与矿场试验相结合的方式，对各个问题一一展开针对性的攻关，攻克了低含油饱和度油藏点火、火驱油藏工程设计、火线前缘预测与调控等核心技术。成功编制了中石油第一个火驱重大先导试验——新疆红浅1井区火驱试验方案并付诸实施。
截至2012年底，试验区产量达到50t/d，已累计增产原油23000多吨。平均单井日产油量2.5～3.1 t/d，比注蒸汽期间平均峰值产量高出50%以上，吨油操作成本降低50%以上，预测最终采收率可达65%，采收率在注蒸汽基础上提高35个百分点。
无论是室内研究还是矿场试验都表明，火驱技术极有可能成为稠油注蒸汽之后继续大幅度提高采收率的战略性接替技术。技术覆盖地质储量3.9亿吨，技术推广后预期增加可采储量1.1亿吨以上。按目前稠油平均开采水平计算，相当于新增探明储量4亿多吨。
中石油提出，到“十二五”末期新疆三大油田油气当量要达到年产5000万吨，要高质量、高水平、高效益地建设“新疆大庆”。无疑，火驱技术的试验成功对中国稠油稳产、上产具有里程碑意义，对“新疆大庆”建设目标的实现具有驱动作用。
做好“三个中心”的工作
“把稠油技术攻下来才算大学毕业。”我国稠油热采的开拓者之一刘文章教授回忆道，“这是上世纪70年代末石油勘探开发研究院的老领导交给技术人员的任务。”当时流行的一句顺口溜：“油稠，人愁，油不流”，充分说明了稠油开采的难度。
中国对稠油热采技术的探索，可追溯到1978年的那个春天。随着辽河、胜利等一大批新油田的发现，石油工业进入了发展新时期。1978年3月，石油勘探研究院召开的油田勘探开发技术座谈会上，有人汇报不仅在胜利油田发现原油很稠，很难开采，而且在辽河油田也发现了储量很大的高升油田，原油粘度很高，人可以从地面油池走过去。而当老乡的一匹马掉入油池被黏住出不来，得用吊车才能吊出来的。
当时，在原石油部领导的支持下，中国石油勘探开发研究院建立了稠油热采研究室，即是如今热采所的前身。从那时起，热采所对中国稠油热采技术的引进、集成、实践再创新就发挥了先驱作用。
但是也应该看到，与国外相比，我国在稠油热采领域起步晚，基础研究薄弱，关键技术及装备被国外垄断，面临许多挑战性的应用基础问题和关键技术瓶颈，总体差距较大。
“我们认为解决上述问题的关键是加强研究。研制能够满足新技术研究的实验装置，建立室内实验新方法，通过揭示SAGD、火烧驱油的开采机理，指导关键技术研发，实现新技术攻关取得突破。”王红庄说。在此基础上，热采所和油田紧密结合，实现“产—学—研”体系内的“直通车式”的快速检验、往复验证，大大加快新技术现场应用步伐和技术配套完善的节奏。
“同时，要加强人才培养，建设一支稠油热采方面的专业人才队伍。”王红庄说，只有这样，才能不断地为科研输入技术力量。如今在热采所，年轻人发挥了很重要的作用。最近几年更是加快了招兵买马的进程，引进了一批以硕博士为主的高学历专业人才。用好人才也很关键，要把人才放在合适的岗位上。“最近我们承担的国家项目比较多，有‘863’项目、国家重大科技专项等，年轻人都担负着比较重大的责任，这对他们的成长是非常有利的。”
“经过30多年的发展，我们研究所的定位可归纳为三个中心：技术研发中心、人才培养中心、稠油开发决策参谋中心。”作为一所之长，王红庄对热采所的责任和使命有着清醒的认识。
“石油在将来很长一段时间内还将是全球的主要能源，稠油更将成为世界的战略接替能源之一。而目前，石油行业已经由以资源为主的阶段进入到以技术为主的阶段，石油工业对技术的依附性越来越强。”所以，“做好‘三个中心’的工作，最终提高石油采收率，是我们的目标。”王红庄说。
王红庄让我们有理由相信，稠油热采技术已经迎来了它的春天。
安全高效地把稠油采出来，一直以来都是国际性的难题。中国石油勘探开发研究院热力采油研究所是我国稠油开采技术的专业研究机构，风城油田在建的稠油联合站用到的正是他们多年来科研攻关的成果。
《中国科学报》 (2013-05-17 第8版 学人)
