高博翔高聯(lián)益

（1.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司北京分公司；2.中國(guó)石油天然氣股份公司華北油田分公司）

華北潛山油藏地?zé)崮茉u(píng)價(jià)及綜合利用實(shí)踐

高博翔1高聯(lián)益2

（1.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司北京分公司；2.中國(guó)石油天然氣股份公司華北油田分公司）

為合理評(píng)估油藏中蘊(yùn)含的地?zé)崮?、高效率地將熱能轉(zhuǎn)化為電能、提高地?zé)崮艿睦眯б?，開展了華北潛山油藏地?zé)崮茉u(píng)價(jià)及綜合利用研究。研究主要內(nèi)容包括熱儲(chǔ)資源量評(píng)價(jià)、地?zé)崮馨l(fā)電及直接利用狀況、大排量提液及降低能耗試驗(yàn)研究。通過(guò)上述研究，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了華北潛山油藏的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量，改進(jìn)了熱儲(chǔ)體積法的計(jì)算公式，優(yōu)化了發(fā)電系統(tǒng)與直接利用系統(tǒng)的流程，提高了進(jìn)站地?zé)崃黧w溫度和原油采收率，降低了新型提液裝置的能耗。通過(guò)對(duì)地?zé)崮艿睦茫商娲加?479 t，CO2排放量減少1673×104kg、SO2排放量減少5.42×104kg。

潛山油藏；地?zé)崮?；資源評(píng)價(jià)；綜合利用

在油田開發(fā)中后期，有大量的油井可以轉(zhuǎn)為地?zé)崴甗1]，這些地?zé)崴刑N(yùn)藏著豐富的地?zé)崮?。在油田已有的基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)技術(shù)、儲(chǔ)層資料等條件下，可對(duì)地?zé)崮苓M(jìn)行開發(fā)利用，從而替代傳統(tǒng)燃料。由于地?zé)豳Y源種類繁多，不同種類地?zé)豳Y源利用方式不同[2]。在進(jìn)行地?zé)崽镩_發(fā)時(shí)，通常對(duì)地?zé)豳Y源利用價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)具體的地?zé)豳Y源提出具體的利用方案。華北油田公司對(duì)其探區(qū)內(nèi)的熱儲(chǔ)資源量進(jìn)行了計(jì)算，并提出了綜合利用方式。

1 熱儲(chǔ)資源量評(píng)價(jià)

1.1 熱儲(chǔ)體積法

根據(jù)GB/T 11615—2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘察規(guī)范》[3]中的熱儲(chǔ)法計(jì)算公式計(jì)算潛山熱田的熱儲(chǔ)量和熱水量。計(jì)算公式為

式中：Q——地?zé)崴袃?chǔ)存的熱量，J；

A——熱儲(chǔ)面積，m2；

tr——熱儲(chǔ)平均溫度，℃；

t0——基準(zhǔn)溫度，℃；

h——熱儲(chǔ)厚度，m；

φ——孔隙度，無(wú)量綱；

cr——巖石比熱容，J/（kg·℃）；

ρr——巖石密度，kg/m3；

ρw——熱水密度，kg/m3；

cw——熱水比熱容，J/（kg·℃）；

C——計(jì)算系數(shù)，J/（m3·℃）；

S——彈性釋水系數(shù)，無(wú)量綱；

H——自熱儲(chǔ)頂板算起的水頭高度，m；

W——地?zé)崴Y源量，m3。

經(jīng)計(jì)算得出華北留北潛山油藏地?zé)峥傎Y源量16.66×1018J，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤5.68×108t。其中，一次性熱水資源總量35.8×108m3。按15%的可開采率，則一次性可開采地?zé)豳Y源量2.50×1018J，一次性可開采熱水資源量5.37×108m3。

1.2 考慮油氣水飽和度變化的熱儲(chǔ)評(píng)價(jià)法

由于是油藏地?zé)崴?，故?duì)熱儲(chǔ)體積法做了改進(jìn)，增加了油、氣在液體中所占的比例項(xiàng)，改進(jìn)后的計(jì)算公式為

式中：Sw——含水飽和度，無(wú)量綱；

So——含油飽和度，無(wú)量綱；

Sg——含氣飽和度，無(wú)量綱。

留北潛山油藏開采初期含油飽和度0.7，原油密度860.6 kg/m3，原油比熱容2 040.2 J/（kg·℃），根據(jù)式4、式5計(jì)算得出熱儲(chǔ)資源量16.07×1018J。伴隨著油田生產(chǎn)，綜合含水逐漸升高，含油飽和度減小，含水飽和度增加，熱儲(chǔ)資源量隨之增大；當(dāng)綜合含水率為100%時(shí)，此方法的評(píng)價(jià)結(jié)論和熱儲(chǔ)體積法一致，均為16.66×1018J。

2 地?zé)崮馨l(fā)電與直接利用狀況

2.1 雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

經(jīng)地質(zhì)和地溫勘測(cè)，該地?zé)崽飳儆谥械蜏匦偷責(zé)豳Y源。對(duì)于此類低品位熱能，使用雙工質(zhì)循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)將低品位熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺浑娔?，從而提高系統(tǒng)總體的熱效率[4-5]。發(fā)電系統(tǒng)流程如圖1。

該地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)由2個(gè)循環(huán)系統(tǒng)組成，即中間水循環(huán)系統(tǒng)和有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。中間水循環(huán)系統(tǒng)使用水作為循環(huán)工質(zhì)。對(duì)于有機(jī)朗肯循環(huán)的工質(zhì)，要具備一定的特征。在該有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，目前使用R245（五氟丙烷）代替初期使用的R123（三氟二氯乙烷），具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率[6]。

在中間水循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)兩相分離除氣后的地?zé)崃黧w在中間換熱器I、II、III中與工質(zhì)水進(jìn)行換熱。在有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，低壓液態(tài)工質(zhì)R245經(jīng)工質(zhì)泵加壓后進(jìn)入預(yù)熱器與工質(zhì)水換熱升溫；經(jīng)加壓升溫后的R245進(jìn)入蒸發(fā)器，與高溫的工質(zhì)水進(jìn)行換熱，R245變?yōu)楦邏焊邷氐恼魵猓桓邷馗邏旱腞245蒸氣進(jìn)入透平機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電；由透平機(jī)出來(lái)的低壓蒸氣進(jìn)入冷凝器與冷卻水換熱降溫；由冷凝器出來(lái)的低壓液態(tài)工質(zhì)R245進(jìn)入儲(chǔ)液罐，一次循環(huán)結(jié)束。在該循環(huán)系統(tǒng)下發(fā)電，每噸地?zé)崴l(fā)電量為1.22～1.47 kWh。

2.2 地?zé)崃黧w綜合利用

為提高地?zé)崮芾眯б妗⒔档烷_發(fā)整體能耗，在基本不影響正常發(fā)電工藝的情況下，新增油管廠清洗油管流程、污油池化油流程和維溫伴熱流程。地?zé)崃黧w綜合利用示意如圖2所示。

為減少單井輸送造成的溫度損失，在原有集輸管線的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化布局，把相近采出井產(chǎn)出的流體匯集到一處，然后合并輸送。通過(guò)該優(yōu)化設(shè)計(jì)后，經(jīng)實(shí)際測(cè)量：地面集輸管道每千米的溫度損失在1℃以下（0.5℃左右）。

為了有效保持地層能量，實(shí)現(xiàn)地?zé)崴难h(huán)利用，沉降罐中的余熱水（溫度50～60℃）需要通過(guò)注水井及時(shí)回注到地層?；刈⒕匆韵略瓌t進(jìn)行選?。夯刈⒕c排液井井距為300 m以上，降低注入的低溫水對(duì)地層溫度的影響范圍；選擇回注井段在采出井段之下的井，利用注入水的重力向下作用，減小對(duì)采出井的溫度影響；選擇地面情況相對(duì)較好的井，降低恢復(fù)難度，降低成本。

圖1 雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)流程圖

圖2 地?zé)崃黧w綜合利用示意圖

3 大排量提液及降低能耗試驗(yàn)

3.1 大排量提液試驗(yàn)

在該雙工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)中，進(jìn)入中間水循環(huán)系統(tǒng)的地?zé)崃黧w溫度越高，電能轉(zhuǎn)換效率越高；回注地層的流體溫度越高，開采出的流體溫度也越高。使用大排量提液可以減少井筒和集輸過(guò)程的溫度損失，將地?zé)崮苡糜诎l(fā)電，并降低地?zé)崽镩_發(fā)的整體熱能損失；使用大排量提液還可以提高原油采收率，實(shí)現(xiàn)提液增油的效果，降低熱田開發(fā)的成本。

因此，在留北潛山選擇3口提液井和1口回注井，開展了礦場(chǎng)大排量提液和回注試驗(yàn)，檢驗(yàn)單井提液和回注能力以及提液升溫效果：采用排量600 m3/d的電潛泵，下泵深度794.52 m，提液后日產(chǎn)液量由49.0 t上升到821.6 t，進(jìn)站溫度由77℃上升到110℃。

3.2 新型提液裝置降低能耗試驗(yàn)

大排量滿足了提液要求，但是提液裝置潛油泵具有如下缺陷：耗電量大、使用周期短、維修頻繁、費(fèi)用昂貴。因此，研制了低能耗提液裝置無(wú)游梁式抽水（油）機(jī)和抽水泵，并進(jìn)行了70 m和3200 m井深試驗(yàn)。

將無(wú)游梁式抽水機(jī)安裝于70 m深的井上，抽水泵下泵深度45 m。經(jīng)過(guò)60天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：當(dāng)日提液量384 m3時(shí)，提液每方的耗電量0.156 k Wh/m3；當(dāng)日提液量增加到500 m3，提液耗電量?jī)H僅增加了0.005 kWh/m3。隨后，選取了留北潛山的留32井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該井井深3295 m，下泵深度700 m。經(jīng)過(guò)28天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)得出：總產(chǎn)液量4 029.29 m3，總耗電量2 445.1 k Wh，液耗電量為0.580 k Wh/m3；且隨著產(chǎn)液量增加單位耗電量減小。根據(jù)低能耗提液裝置的70 m和3200 m試驗(yàn)，提液耗電僅有0.186～0.580 kWh/m3，而潛油泵提液耗電3～5 k Wh/m3，降耗效果明顯。

4 結(jié)論與建議

1）地?zé)崮茉u(píng)價(jià)。留北潛山油藏一次性可開采地?zé)豳Y源量2.50×1018J，一次性可開采熱水資源量為5.37×108m3；由于巖石和地?zé)崃黧w壓縮系數(shù)很小，導(dǎo)致彈性熱水儲(chǔ)存量的計(jì)算值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于容積熱水儲(chǔ)存量的計(jì)算值，在計(jì)算熱儲(chǔ)量時(shí)該項(xiàng)的值可忽略不計(jì)。

2）流程優(yōu)化。使用雙工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)利用地?zé)崮馨l(fā)電，噸地?zé)崴l(fā)電量為1.22～1.47 kWh。除利用地?zé)崮馨l(fā)電外，新增油管廠清洗油管、污油池化油和維溫伴熱，提高了地?zé)崮芾寐剩档土税l(fā)電成本。將相近采出井產(chǎn)出的流體匯集到一處合并輸送，可減少單井輸送造成的溫度損失；選擇回注井時(shí)，減少對(duì)采出井地溫的影響。

3）設(shè)備改進(jìn)。使用無(wú)游梁式抽水機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的潛油泵，降低流體開采和回注時(shí)的耗電量。

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[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范：GB/T 11615-2010[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.013

2017-04-01

（編輯 王古月）

高博翔，2015年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)），從事工藝與管道方面的設(shè)計(jì)工作，E-mail：gaoboxiang@cpebj.com，地址：北京市海淀區(qū)上地信息路8號(hào)，100085。