眭純?nèi)A 厲華 畢新忠 (勝利油田孤東采油廠地質(zhì)所)

世界三次采油現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

眭純?nèi)A 厲華 畢新忠 (勝利油田孤東采油廠地質(zhì)所)

三次采油技術(shù)是一項(xiàng)能夠利用物理、化學(xué)和生物等新技術(shù)提高原油采收率的重要油田開發(fā)技術(shù)。在過去數(shù)十年內(nèi),美國、加拿大和委內(nèi)瑞拉等石油大國都把如何提高原油采油率作為研究工作的重點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長,我國對(duì)油氣需求量也不斷增加。因此,運(yùn)用三次采油技術(shù)來提高原油采收率,是減緩我國多數(shù)油田產(chǎn)量遞減速度、維持原油穩(wěn)產(chǎn)的戰(zhàn)略需要。

三次采油 化學(xué)驅(qū) 注氣驅(qū)熱力驅(qū) 生物驅(qū)

1 世界三次采油發(fā)展現(xiàn)狀

目前,世界上已形成三次采油的四大技術(shù)系列,即化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)、熱力驅(qū)和微生物驅(qū)。其中化學(xué)驅(qū)包括聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、堿驅(qū)及其復(fù)配的二元、三元復(fù)合驅(qū)、泡沫驅(qū)等;氣驅(qū)包括CO2混相/非混相驅(qū)、氮?dú)怛?qū)、烴類氣驅(qū)和煙道氣驅(qū)等;熱力驅(qū)包括蒸汽吞吐、熱水驅(qū)、蒸汽驅(qū)和火燒油層等;微生物驅(qū)包括微生物調(diào)剖或微生物驅(qū)油等。四大三次采油技術(shù)中,有的已形成工業(yè)化應(yīng)用,有的正在開展先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn),有的還處于理論研究之中[1]。

運(yùn)用三次采油技術(shù)來提高原油采收率(EOR),是減緩我國多數(shù)油田產(chǎn)量遞減速度、保持原油穩(wěn)產(chǎn)的戰(zhàn)略需要。

1.1 化學(xué)驅(qū)

自20世紀(jì)80年代美國化學(xué)驅(qū)達(dá)到高峰以后的近20多年內(nèi),化學(xué)驅(qū)在美國運(yùn)用越來越少,但在中國卻得到了成功應(yīng)用。中國化學(xué)驅(qū)技術(shù)已代表世界先進(jìn)水平,其中聚合物驅(qū)技術(shù)于1996年形成工業(yè)化應(yīng)用;“十五”期間大慶油田形成了以烷基苯磺酸鹽為主劑的“堿+聚合物+表面活性劑”三元復(fù)合驅(qū)技術(shù),勝利油田形成“聚合物+表面活性劑”的無堿二元復(fù)合驅(qū)技術(shù);目前,已開展“堿+聚合物+表面活性劑+天然氣”泡沫復(fù)合驅(qū)室內(nèi)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)。

1.2 熱力驅(qū)

最早于20世紀(jì)50年代運(yùn)用于委內(nèi)瑞拉稠油開采的熱力驅(qū)技術(shù)為蒸汽吞吐,因蒸汽吞吐效果逐漸降低,蒸汽驅(qū)和火燒油層成為主要接替方法。目前蒸汽驅(qū)技術(shù)已成為世界上大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的熱采技術(shù)[2]。為了提高熱效應(yīng),國外近年來開發(fā)的稠油開采先進(jìn)技術(shù)有水平井蒸汽輔助重力泄油(SAGD)和電磁波熱采技術(shù)。SAGD已成為國際開發(fā)超稠油的一項(xiàng)成熟技術(shù),而電磁波熱采技術(shù)被認(rèn)為是未進(jìn)行蒸汽驅(qū)油區(qū)的最好替代方法,但在巴西試驗(yàn)的效果不如注蒸汽。

1.3 注氣驅(qū)

20世紀(jì)70年代,注烴類氣驅(qū)主要在加拿大獲成功應(yīng)用。到80年代,CO2混相驅(qū)成為美國最重要的三次采油方法。氮?dú)饣驘煹罋饧夹g(shù)應(yīng)用較少[3]。

1.4 微生物驅(qū)

國外微生物驅(qū)基本處于室內(nèi)研究和先導(dǎo)試驗(yàn)階段。經(jīng)過多年的發(fā)展,微生物清蠟和降低稠油黏度、微生物選擇性封堵地層、微生物吞吐及微生物強(qiáng)化驅(qū)等已成為成熟的EOR技術(shù)。微生物驅(qū)油已成為繼傳統(tǒng)的熱采、化學(xué)驅(qū)、氣驅(qū)之后第四大類EOR方法。微生物驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展主要有三個(gè)方向:微生物增效水驅(qū)、激活油藏微生物驅(qū)、微生物調(diào)剖驅(qū)油。

2007年底世界三次采油項(xiàng)目數(shù)和產(chǎn)量所占比例見圖1和圖2。

圖1 2007年度EOR項(xiàng)目數(shù)分類百分比

由圖1看出,2007年世界范圍內(nèi) EOR項(xiàng)目中,項(xiàng)目數(shù)排第一位的是蒸汽驅(qū),占總項(xiàng)目數(shù)39.3%;第二位是 CO2混相驅(qū),占29.9%;第三位是烴混相/非混相驅(qū),占10.5%。

從圖2看出,2007年底世界EOR產(chǎn)量約182×104bbl/d(1 bbl/d=0.159 m3),產(chǎn)量主要來自蒸汽驅(qū)、烴混相/非混相驅(qū)和CO2混相驅(qū),這3項(xiàng)產(chǎn)量和約為 172×104bbl/d,占總 EOR產(chǎn)量94.7%。其中,產(chǎn)量排第一位的是蒸汽驅(qū),占EOR總產(chǎn)量65.6%;第二位是烴混相/非混相驅(qū),占14.9%,第三位CO2混相驅(qū),占14.2%。

圖2 2007年底世界EOR產(chǎn)量分類百分比

至2007年底,在世界范圍內(nèi)計(jì)劃的EOR項(xiàng)目共有32個(gè),其中CO2混相項(xiàng)目數(shù)12個(gè),CO2非混相4個(gè),這類項(xiàng)目基本都在美國;蒸汽驅(qū)7個(gè),火燒油層1個(gè);聚合物驅(qū)6個(gè),表面活性劑-聚合物驅(qū)2個(gè)。與2005年底計(jì)劃的EOR項(xiàng)目數(shù)相比,聚合物驅(qū)數(shù)有明顯增加,由2個(gè)增加到6個(gè),計(jì)劃實(shí)施聚合物驅(qū)的新增國家有巴西、阿根廷和德國,它們分別計(jì)劃于2008年、2009年以及2010年開始實(shí)施聚合物驅(qū)。從計(jì)劃項(xiàng)目的經(jīng)營公司和技術(shù)類型可見,美國仍然是未來 EOR項(xiàng)目的積極倡導(dǎo)者和實(shí)施者。未來最具有發(fā)展前景的EOR項(xiàng)目是CO2混相/非混相驅(qū),占計(jì)劃 EOR項(xiàng)目的50%。隨著油價(jià)高位運(yùn)行,化學(xué)驅(qū)呈現(xiàn)較好發(fā)展前景[4]。

2 世界主要國家三次采油基本情況

2.1 美國

美國是世界上三次采油技術(shù)發(fā)展最快的國家。在美國,任何三次采油技術(shù)推廣使用的時(shí)機(jī)是由油價(jià)、政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)以及美國國家政策和稅率決定的。美國三次采油技術(shù)最早可追溯到20世紀(jì)初期,但最初發(fā)展并不快。其從研究到試驗(yàn)真正受到重視是從1973年阿拉伯石油禁運(yùn)開始的,把通過三次采油來提高采收率作為美國能源政策的一部分,并對(duì)三次采油項(xiàng)目給予特殊的優(yōu)惠政策,使三次采油技術(shù)的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展[5]。

美國三次采油技術(shù)實(shí)施過程中,政府采取的政策和激勵(lì)措施主要有:①采取各種聯(lián)邦或州政府可選擇的消除風(fēng)險(xiǎn)措施,即降低與三次采油相關(guān)的金融和投資障礙;②積極開展研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),降低三次采油地質(zhì)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn);③鼓勵(lì)天然CO2資源開發(fā)及工業(yè)排放CO2捕集回收利用,以及增加三次采油用CO2的供應(yīng)量;④提倡綜合能源體系,減少與重油生產(chǎn)相關(guān)的能耗;⑤增加技術(shù)開發(fā)、轉(zhuǎn)讓的投資,提高國內(nèi)三次采油技術(shù)采收率。

1986年以來,美國各種三次采油技術(shù)實(shí)施項(xiàng)目都在減少,只有CO2混相驅(qū)項(xiàng)目數(shù)一直在穩(wěn)定增加。這一方面是由于美國有十分豐富的天然CO2氣源,并在高油價(jià)下修建了3條輸送CO2管道,可以把CO2從產(chǎn)地直接輸送到CO2用地得克薩斯州;另一方面是由于CO2驅(qū)技術(shù)得到很快的發(fā)展,其成本大幅度下降,使一些較小的項(xiàng)目也有利可圖,從而促進(jìn)了CO2驅(qū)的發(fā)展。到2008年,CO2混相驅(qū)項(xiàng)目數(shù)由1986年的38個(gè)增至100個(gè),占三次采油總項(xiàng)目數(shù)的54%。

化學(xué)驅(qū)項(xiàng)目數(shù)在1986年達(dá)到高峰后處于快速下降階段,到2006年項(xiàng)目數(shù)減至0。隨著近年油價(jià)高速增長,美國又分別于2006年6月和2007年12月實(shí)施2個(gè)化學(xué)驅(qū)項(xiàng)目,只是目前沒有產(chǎn)量報(bào)道。

蒸汽驅(qū)項(xiàng)目數(shù)在1986年以前一直平穩(wěn)增加,在1986年達(dá)到高峰 (181個(gè))后緩慢下降?；馃蛯禹?xiàng)目發(fā)展一直很緩慢。

上世紀(jì)70年代和80年代美國三次采油產(chǎn)量均呈加速發(fā)展趨勢(shì),到1992年達(dá)到高峰 (760 907 bbl/d)。近幾年有所下降,這主要是加州蒸汽產(chǎn)量減少的緣故。雖然EOR產(chǎn)量有所減少,但與項(xiàng)目數(shù)的明顯下降相比要平緩得多,說明單一項(xiàng)目的產(chǎn)量已大幅提高。

2008年調(diào)查的美國EOR項(xiàng)目數(shù)和產(chǎn)量均排世界第一。與2006年調(diào)查結(jié)果相比,項(xiàng)目數(shù)由154個(gè)增加到184個(gè),增加的項(xiàng)目數(shù)主要是蒸汽驅(qū) (由40個(gè)增加到45個(gè))和CO2混相氣驅(qū) (由80個(gè)增加到100個(gè))。而產(chǎn)量則由649 322 bbl/d減少到646 111 bbl/d,減少3 211 bbl/d,產(chǎn)量減少主要是由于蒸汽驅(qū)和烴混相/非混相驅(qū)產(chǎn)量減少。

2.2 加拿大

加拿大以重油開采為主,現(xiàn)擁有國際一流的重油開采技術(shù),如蒸汽輔助重力泄油 (SAGD)、溶劑泄油 (VAPEX)、火燒油藏 (Insitu Combustion)等。應(yīng)用數(shù)量最多的是SAGD項(xiàng)目,大都用于油砂開采中。對(duì)于輕油主要采用注烴混相驅(qū)或非混相驅(qū),主要是因?yàn)榧幽么髶碛胸S富的天然氣資源,其原油性質(zhì)又適合混相驅(qū)之故。Encana公司在Weybum油田進(jìn)行的CO2混相驅(qū)被認(rèn)為是世界上最大、最成功的減少CO2排放并提高采收率的項(xiàng)目。Talisman能源公司在 Turner Valley油田進(jìn)行的氮?dú)馊尾捎晚?xiàng)目,計(jì)劃投資1.5億美元進(jìn)行3年的先導(dǎo)性試驗(yàn),以證明用注氮?dú)忾_采15%地質(zhì)儲(chǔ)量的可能性。

2007年底,加拿大 EOR項(xiàng)目數(shù)和產(chǎn)量均排世界第二。與2006年調(diào)查結(jié)果相比,項(xiàng)目數(shù)由45個(gè)增加到49個(gè),增加的項(xiàng)目數(shù)主要是蒸汽驅(qū) (由12個(gè)升至14個(gè))、CO2混相氣驅(qū) (由6個(gè)升至7個(gè))和化學(xué)驅(qū) (由0個(gè)升至1個(gè))。產(chǎn)量由200 354 bbl/d增加到405 722 bb/d,上升205 368 bbl/d,增加的產(chǎn)量主要來自于蒸汽驅(qū)、化學(xué)驅(qū)和CO2混相驅(qū)產(chǎn)量的增加。其中,CNRL公司于2006年在 Pelican Lake油田實(shí)施的聚合物驅(qū)產(chǎn)量達(dá)20 000 bbl/d。

2.3 委內(nèi)瑞拉

2006年底,委內(nèi)瑞拉石油探明儲(chǔ)量800×108bbl,其中約有70%是重質(zhì)原油,重油中約70%儲(chǔ)量是1935年前后在奧利科諾地區(qū)發(fā)現(xiàn)的。委內(nèi)瑞拉對(duì)于提高這部分高黏度重質(zhì)原油采收率的方法主要是注蒸汽熱采,對(duì)于低黏度原油的主要方法則是采取交替注水和注烴類氣體。

2007年底,委內(nèi)瑞拉EOR項(xiàng)目數(shù)和產(chǎn)量均列世界第三,與2006年調(diào)查結(jié)果相比變化不大。項(xiàng)目數(shù)41個(gè),產(chǎn)量365 578 bbl/d。其中,蒸汽驅(qū)38個(gè),產(chǎn)量199 578 bbl/d;烴混相驅(qū) 3個(gè),產(chǎn)量16.6×104bbl/d。可見,烴混相驅(qū)項(xiàng)目數(shù)雖然少,但產(chǎn)量卻很高。主要原因是委內(nèi)瑞拉國家石油勘探開發(fā)公司于1996—1998年開始在Maturi Campo Mulata油田實(shí)施的注烴氣混相驅(qū)均獲得高產(chǎn)。

2.4 印度尼西亞

2007年底,印尼EOR產(chǎn)量列世界第四,為19×104bbl/d,約占該國石油總量的22.6%。但項(xiàng)目數(shù)只有2個(gè),均為杜里油田的注蒸汽項(xiàng)目,其中一個(gè)項(xiàng)目的產(chǎn)量就達(dá)19×104bbl/d。

印尼杜里油田是世界上最大采用蒸汽驅(qū)動(dòng)開發(fā)的油田。雪佛龍石油公司旗下加德士公司在杜里油田的作業(yè)中進(jìn)行了熱采管理項(xiàng)目,在維持凈產(chǎn)量的同時(shí),降低了燃料油的消耗和蒸汽注入量,并使用了地震數(shù)據(jù)確定蒸汽移動(dòng)情況,進(jìn)一步提高了儲(chǔ)層管理效率和采收率。

3 世界三次采油發(fā)展趨勢(shì)

國際能源署對(duì)2030年前世界EOR產(chǎn)量所做預(yù)測(cè)見圖3。2005—2030年,世界 EOR產(chǎn)量占石油總產(chǎn)量的比例不斷增加。通過 EOR技術(shù)的不斷發(fā)展,EOR產(chǎn)量占石油總產(chǎn)量的比例將由目前的不足3%(產(chǎn)量主要來自熱采和混相氣驅(qū))增加到2030年的15%～20%。

圖3 世界三次采油發(fā)展趨勢(shì)

目前EOR產(chǎn)量對(duì)美國石油總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)是12%,對(duì)世界石油總產(chǎn)量不到4%。未來在原油價(jià)格保持相對(duì)較高且非常穩(wěn)定的情況下,將來 EOR產(chǎn)量占美國或全球其他任何國家的原油總產(chǎn)量的比例最高為18%。據(jù)預(yù)測(cè),世界范圍內(nèi)的EOR產(chǎn)量高峰很可能在全球石油總產(chǎn)量開始遞減30～35年之后出現(xiàn),或在21世紀(jì)60年代出現(xiàn)。

在預(yù)測(cè)未來幾十年內(nèi) EOR產(chǎn)量占世界石油總產(chǎn)量比例持續(xù)增加情況下,有關(guān)專家在討論 EOR發(fā)展以及美國和加拿大未來EOR發(fā)展?jié)摿r(shí)得出結(jié)論:世界豐富稠油資源決定了以蒸汽驅(qū)為主的熱采仍將是未來EOR的主要發(fā)展方向,注氣混相驅(qū)(美國的CO2和加拿大的烴類氣)要比其他 EOR方法增長得更快。

通過對(duì)世界三次采油技術(shù)的前期發(fā)展、現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)的分析可以看出:世界范圍內(nèi),以注蒸汽為主體的熱采是三次采油的主要方法;注聚合物方法的使用在急劇減少,近年隨油價(jià)升高而有所增加;注CO2方法的使用則在擴(kuò)大。根據(jù)我國油藏特征和注入流體適應(yīng)性,在把化學(xué)驅(qū)定為我國東部油田提高采收率技術(shù)研究主攻方向的同時(shí),還要縱觀全局、綜合考慮,借鑒國外先進(jìn)成熟技術(shù),發(fā)展我國除化學(xué)驅(qū)之外的三次采油技術(shù),如加拿大和委內(nèi)瑞拉的蒸汽驅(qū)和SAGD技術(shù)、美國的CO2混相驅(qū)技術(shù),使其成為常規(guī)聚合物驅(qū)或復(fù)合驅(qū)的重要互補(bǔ)技術(shù),以用于那些不能適用聚合物驅(qū)或復(fù)合驅(qū)的油藏提高原油采收率[6]。

我國非常重視三次采油技術(shù)的發(fā)展。1979年,我國將三次采油列為油田開發(fā)十大科學(xué)技術(shù)之一,揭開了我國三次采油發(fā)展的序幕。隨后的“七五”、“八五”和“九五”期間,國家對(duì)三次采油技術(shù)不僅重視室內(nèi)研究,還安排許多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),使得我國部分三次采油技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。由于缺乏足夠的氣源和我國油藏具體特征,我國主要發(fā)展了化學(xué)驅(qū)和熱力采油,氣驅(qū)和微生物驅(qū)基本處于室內(nèi)研究和先導(dǎo)試驗(yàn)階段。

我國在化學(xué)驅(qū)一些領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平。如聚合物驅(qū)油已形成完整的配套技術(shù),并已在大慶、勝利等油田工業(yè)性推廣;復(fù)合驅(qū)油技術(shù)獲得重大突破,先導(dǎo)性試驗(yàn)獲得成功[7]。

20世紀(jì)80年代至90年代,我國熱力驅(qū)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了蒸汽吞吐試驗(yàn)階段、蒸汽吞吐推廣和蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)階段以及蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)工業(yè)應(yīng)用3個(gè)階段。目前蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)已成為我國稠油開采的主要方法。全國稠油產(chǎn)量主要來自遼河、新疆、勝利及河南4個(gè)油田。

另外,由于氣源問題,我國氣驅(qū)研究相對(duì)較晚,與國外相比還有很大差距。在微生物驅(qū)油技術(shù)方面,主要開展室內(nèi)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn)。

自1996年起,我國原油三次采油產(chǎn)量上升很快。1996年為359×104t,2000年達(dá)到1 050×104t。此后,產(chǎn)量連續(xù)7年保持在1 000×104t以上。近年來,中國石化三次采油產(chǎn)量也穩(wěn)步上升,2000—2007年,熱力驅(qū)增油量由165×104t增至364×104t,化學(xué)驅(qū)增油量由147×104t增至179×104t。

我國在三次采油提高采收率技術(shù)方面急需解決的問題是:

◇加強(qiáng)提高采收率新技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。主要課題包括改善注水采油技術(shù)提高采收率機(jī)理研究、化學(xué)驅(qū)油技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)研究、油氣藏流體變組分及變相態(tài)開發(fā)原理研究、稠油開采新技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)研究、微生物驅(qū)油技術(shù)科學(xué)原理研究。

◇開發(fā)新型提高采收率驅(qū)替劑。目前剩余儲(chǔ)量大都集中在高含水、低滲透、稠油、高溫高鹽油藏,非均質(zhì)極強(qiáng)的碳酸鹽巖縫洞油藏等開采難度較大的地方,現(xiàn)有驅(qū)替劑已無法滿足進(jìn)一步提高采收率需求。

◇針對(duì)復(fù)雜的油藏開發(fā)高效提高采收率的集成技術(shù),每一項(xiàng)提高采收率技術(shù)都有其應(yīng)用的局限性,結(jié)合不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì),研究高效集成技術(shù),是提高采收率又一個(gè)新的發(fā)展方向。

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1980—2030年世界石油需求和供應(yīng)預(yù)測(cè) 單位:106bbl/d

趙平供稿

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.12.005

2010-03-28)