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大庆油田:三问三元复合驱

时间:2013-06-26 08:43:21

  2014年,大庆油田将实施三元复合驱规模化工业推广,为“稳四上五”添油助力。

  据悉,三元复合驱可在水驱基础上为大庆油田新增可采储量2.4亿吨以上,比聚合物驱增加1亿多吨,相当于发现一个10亿吨的大油田。

  目前,三元复合驱技术发展到什么程度?应用后效果如何?用化学剂驱油能否符合环保要求?6月20日,我们来一探究竟。

 

  技术含量高,是否适用大庆?

  截至目前,大庆油田已经在4个工业性试验区和6个工业区运行三元复合驱,动用地质储量3959万吨。特别是近4年来,经过攻关提速,三元复合驱年产油量均保持100万吨以上,累计产油937万吨。

  从上世纪80年代外国专家断定大庆不适宜开展三元复合驱,到三元复合驱从储备技术发展成为接替技术,大庆油田圆梦三元复合驱耗时近30年。

  据介绍,我国二次提高采收率潜力预测表明,适合复合驱的地质储量达83亿吨,仅大庆油田适合复合驱的储量就有10多亿吨,由此增加的可采储量及技术输出,对大庆油田的可持续发展和国家能源战略安全意义重大。

  经过自喷式采油、水驱、聚驱之后,大庆油田还有50%至60%的原油留在地下。与聚合物驱相比,三元复合驱可以多提高采收率5至8个百分点。

  面对原油4000万吨持续稳产到2020年的目标,大庆油田2010年在三元复合驱攻关上“超常规、快节奏、强推进”,成立复合驱项目经理部,集中方向、集中队伍、集中投入、集中精力、集中攻关,三元复合驱开发效果渐入佳境。随着技术日臻成熟,大庆油田规划2014年至2015年将推广8个区块,动用地质储量7751万吨,复合驱年产油量将在2015年达到300万吨以上。

  大庆油田三元复合驱攻关经历了室内研究、先导性试验、工业性试验,目前已进入工业示范阶段。据权威油气杂志——美国《OIL&GAS JOURNAL》的EOR调查表明,截至2012年,国外三元复合驱仍处于先导性试验阶段,大庆油田是世界上首个实现三元复合驱工业化推广的油田。

  大庆油田历年复合驱产油量 根据各区块产量衔接情况,预计2013年大庆油田全年复合驱产油量达117万吨。

 

  增油效果好,是否经济可行?

  多年来,困扰科研人员的三元复合驱技术难题大多与经济效益有关:进口表面活性剂价格贵,吨油生产成本高,不掌握核心技术,无法在国内实现工业化生产,制约规模化应用。

  表面活性剂是制约复合驱发展的技术瓶颈之一。两年多来,复合驱项目部开展各种性能评价5.3万次,让复合驱驱油机理实现了“三个量化”。表面活性剂这一曾经制约复合驱的核心难题,被剖析清楚并应用自如。随之,组分可控、结构固定、稳定高效的烷基苯磺酸盐产品被研制出来,强碱和弱碱都适合,实现了工业生产并投入使用。

  三元复合驱油井结垢是世界级难题。由于碱的存在,机采井结垢严重。结垢高峰期,机采井检泵周期达几十天,频繁的卡泵和断杆让生产无法正常进行,导致生产时率降低,生产成本上升。

  大庆油田复合驱项目经理部调兵遣将,组织采油工程研究院和相关采油厂,开展“强碱三元复合驱机采井结垢规律及清防垢技术攻关”,配套形成“物理化学结合、清垢防垢结合”的防垢举升工艺技术。目前,强碱全过程检泵周期由原来不足100天延至343天。如果在结垢高峰期换用智能提捞抽油机,全过程检泵周期可达400天以上。

  大庆油田对复合驱经历全过程开发的4个工业性试验区块进行全成本分析,以平均生产成本为参照,选择典型区块模拟水驱、聚合物驱、三元复合驱三种驱替方式,进行经济效益评价。结果表明,三元复合驱的经济效益好于聚合物驱,在目前国际油价水平下,三元复合驱“有利可图”。

 

  应用化学剂,是否污染环境?

  三元复合驱实现大规模工业化推广需要大量应用化学剂,不能不让人担心会影响环境。

  由于三元复合驱采出液中含有碱、聚合物和表面活性剂,成分和性质比水驱和聚驱复杂。油水分离难、气液分离难、悬浮固体去除难,这些“难”,都属于世界级难题。

  含油污水处理,事关能否给子孙后代留下天蓝水绿的环境。如何让回注到地下的含油污水达标?经过多年攻关,大庆油田确定了工业化应用的“两级沉降+两级过滤”的三元污水处理工艺。但随着三元返出浓度的增加,采出水分离效率越来越低,分离时间越来越长,采出水处理加药量越来越大,又产生了处理成本居高不下的难题。

  科研人员在困境中跋涉多年,直到2012年,水质稳定剂被成功研发。

  目前,大庆油田依靠自主研制的水质稳定剂和破乳剂,结合游离水脱除装置、电脱水装置等新型处理工艺设备,实现油水顺利分离,让三元复合驱驱油产生的含油污水回注达标。

 

  三元复合驱在国外

  国外油田提高采收率技术以美国发展最快。这主要与美国石油需求量大而最近几十年新发现地质储量少有关。在原油价格暴涨的上世纪70年代,美国能源部对国家研究机构和有关大学给予经济支持,并分担石油公司实行矿场试验的成本。这些政策有力地推动了提高采收率技术的发展。1977年,美国公开报道了三元复合驱这种三次采油方法。

  20世纪80年代,复合驱驱油技术在国外发展很快,不仅进行了详细的室内研究工作,而且开展了多处矿场试验,其中以美国Surtek公司和壳牌的矿场试验最具代表性。West Kiehl油田于1987年9月首次开展了三元复合驱油先导性矿场试验,试验区最终采出程度达63.9%OOIP,提高采收率幅度达30%OOIP。另外,美国德士古公司、雪佛龙公司和壳牌,先后开展了不同规模的三元复合驱油试验。

  20世纪90年代,随着石油价格急剧回落,美国政府认为可以从中东获得稳定且价格低廉的原油,从而减少对提高采收率技术研究和试验的经济支持,国外主要石油公司停止了化学驱矿场试验,复合驱发展受到冲击。

  2000年以后,世界石油价格大幅回升,美国等国家政府又开始投资和支持此项技术的研究开发,但仅限于基础理论研究和驱油用表面活性剂及聚合物的开发研制等方面。其他国家对于三元复合驱的研究基本处于停滞状态,关于规模应用的消息未见报道。

 

  技术展台

  针对三元复合驱在研究应用中暴露出的系列问题,大庆油田开展攻关,取得一系列创新成果。

 

  低酸值原油三元复合驱油体系

  大庆油田通过理论和技术创新,研发出适合于大庆低酸值原油的三元复合驱油体系,突破了国际公认的原油酸值技术界限,拓展了复合驱的应用领域和范围。

 

  烷基苯磺酸盐表面活性剂

  通过研究建立表面活性剂与低酸值原油的匹配关系,研制出的烷基苯磺酸盐表面活性剂具有自主知识产权,且结构明确、组分可控,并配套4项工业生产技术。

 

  油藏工程方案设计技术

  通过建立聚合物分子量、油层性质、井网井距和驱油效果的定量关系,确定井网井距、层系组合、化学驱注入参数及注入方式,形成了具有三元复合驱特点的方案设计技术。

 

  动态跟踪调整技术

  研究认识了三元复合驱动态开发规律,明确了分注、调剖和压裂等措施在复合驱各开发阶段的适用条件和时机,建立了设计方法,制定了技术标准。

 

  配注工艺

  三元复合驱由三种化学剂组成,原有的水、聚驱配注工艺无法满足要求。大庆油田确定“低压三元~高压二元”工艺。这项工艺降低投资30%,三种化学剂浓度误差小于5%,黏度、界面张力合格率均在96%以上,注入时率达98%。

 

  防垢举升工艺

  认识了机采井结垢规律,建立了结垢预测方法,确定了长柱塞短泵筒抽油泵和小过盈螺杆泵为防垢泵,发明了系列清防垢剂并配套加药工艺。

 

  采出液处理工艺

  研究揭示了采出液乳化和悬浮物悬浮的稳定机制,开发了以游离水脱除器和电脱水器为主的原油脱水工艺,以两级沉降两级过滤为主的污水处理工艺。

 

  专家视点:

 

  效果可观影响深远

  郭尚平 中国科学院院士

  目前,我国陆上油田大部分已进入高含水开发阶段。在勘探费用大幅攀升,新增储量开采难度越来越大的情况下,最关键的举措就是研发大幅提高老油田采收率的新技术,进一步提高油田的最终采收率。

  国际权威专家曾断言大庆油田不适宜开展三元复合驱。大庆人从上世纪80年代开始三元复合驱油技术攻关。通过整整一代人的艰苦奋斗,终于成功跨越室内研究、先导性矿场试验、工业性矿场试验几个阶段,在世界上首次实现三元复合驱工业化应用。

  目前,大庆油田的三元复合驱技术整体达到世界领先水平。大庆油田科研人员发明的三元复合体系配方,打破了传统的低酸值原油无法形成超低界面张力的论断。他们量化的表面活性剂结构与低酸值原油的关系,可从分子设计水平指导其他类似油田筛选、研发和生产表面活性剂。他们建立的三元复合驱油藏工程设计原则和动态跟踪调整方法,填补了国际空白。

  此外,大庆油田还建立了三元复合驱配注、举升、采出液处理等配套工艺系列及三元复合驱技术体系评价标准和方法。他们的发明创造在应用中取得了巨大的技术效果和经济效益。

  三元复合驱确保在含水达到98%的条件下,采收率再提高20个百分点。这对于立志实现“4000万吨硬稳产、油气重上5000万”的大庆油田而言,真是一项特大喜讯。同时,这项新技术的推广应用还可为我国其他高含水老油田的深度挖潜提供科学技术支持。这对于提高我国原油产量,以技术换资源、拓市场,维护国家能源战略安全具有重要意义。

 

  节奏要加快程序不能越

  王红庄  中国石油勘探开发研究院热力采油研究所所长

  近年来,大庆油田不断加大技术攻关力度,以三元复合驱等为代表的三次采油技术水平位居世界前列。

  大庆油田经过30多年的攻关试验,积累了丰富经验。这些经验可以被各个油田借鉴,但不能照搬。各油田要根据自身条件和实际情况,有针对性地选择最适合自己的驱油体系,改进技术,优化方案。

  三元复合驱大致分为三个发展阶段。一是强碱三元复合驱。这是最早进行攻关的三元复合驱技术。驱油效果好,但是会带来工艺技术不配套、地层伤害等问题。通过持续攻关与创新,工艺基本配套和地层伤害已得到有效解决。如今,强碱三元复合驱已经是成熟技术,但受原料产量有限的制约,发展规模受限。二是弱碱三元复合驱。弱碱三元复合体系与油田二类油层配伍性好,体系界面活性范围宽、稳定性好,结垢轻于强碱三元复合驱,采出液处理易于强碱三元复合驱。弱碱三元复合驱是目前大庆油田主要的推广技术,将逐步替代聚合物驱。三是目前正在攻关的无碱二元复合驱。碱对于油层来说是一把双刃剑,虽然能有效提高采收率,但会带来一些负担。目前,油田的攻关方向是去掉碱却能达到有碱的驱油水平。部分油田已经开始先导试验,但要形成工业化规模,还需5年至10年的时间。

  随着高含水开发阶段的到来,各油田必须加快节奏进行攻关和应用三次采油技术。发展脚步可以加快,尤其是现场先导试验阶段,但是发展程序不能逾越。不管是哪个油田,都要遵循现场试验—扩大现场试验—工业化这一系列程序,只有这样才能延续油田的生命力。