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克拉瑪依油田注蒸汽開採後稠油油藏高温火驅開發攻關紀實

2020-10-26 15:58:34 來源:克拉瑪依日報
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  百折不撓 浴火重生——克拉瑪依油田注蒸汽開採後稠油油藏高温火驅開發攻關紀實

  克拉瑪依油田稠油開發的奮進歷程 系列報道之八

  本報記者 劉奎 通訊員 高迎春

  早在1984年,克拉瑪依油田就拉開了規模開發稠油的序幕。在那以後的漫長歲月裏,克拉瑪依油田主要採用注蒸汽的方式開採稠油。到2008年,在這種開採方式下,克拉瑪依油田的主體開發區塊已進入開發的中後期。雖然稠油平均採出程度只有25%,但採出液中的含水率已超過了85%。

  採用注蒸汽開採方式開採稠油,就是把水加熱成蒸汽後,通過注汽鍋爐注入地層。經過幾天“燜井”,讓蒸汽擴散,稠油遇熱變軟變稀後開井抽油。但是經過一段時間後,稠油黏度又開始變大,逐漸恢復到原狀。於是新一輪的注汽—悶井—採油又開始了。從生產原理上看,經過多輪次的蒸汽吞吐開發後,稠油油藏進入高含水、多輪次深度開發階段,產量開始遞減,經濟效益變差。通俗一點説,當平均採出程度達到25%以後,再採用注蒸汽開發的方式開採剩餘的稠油,已經是投入多、產出少了,很不划算。

  但是,平均採出程度畢竟才25%啊!這意味着還有75%的稠油還深埋在地底啊!

  那麼,有沒有一項技術,能夠在經濟上划算的前提下繼續開發剩下的那75%呢?

  hotbuy集運油田公司領導以及相關的石油工程技術人員開始了不懈的求索。

  2018年7月23日,紅淺作業區火驅先導試驗區,油田公司應急搶險救援中心(原工程技術公司)作業人員和火驅點火車正在現場奮戰。本報通訊員 牙地克·買買提江 攝

  星星之火

  在遍尋“藥方”的過程中,“火驅”二字的出現,在他們心頭燃起了希望的火苗。

  火驅,也是一種開發稠油的方式。通俗一點説,火驅就是火燒油層,也就是往油層注入空氣,通過點火讓油層燃燒,利用燃燒產生的熱量加熱油層,使原油裂解、降黏、流動,然後把變軟變稀了的稠油抽出來,從而實現開發。運用這種工藝,地層中的稠油可以被“吃幹榨淨”,是迄今為止能耗最小、温室氣體排放最少、開發效果最好的一項稠油開採工藝。利用這種方式開採稠油,具有熱效率高、採收率高、節能減排等優勢,採收率最高可達70%到80%。

  這項技術起源於上世紀二三十年代,距今已有約100年的歷史。從理論上來説,這項技術是稠油開採技術中能耗最小、熱效率最高的技術,所以在學術界一直比較吃香。但從世界範圍的應用情況來看,火驅一直處於“叫好不叫座”的尷尬境地。原因就在於,火驅技術雖然採收率高,但要使原油在地下燃燒,過程十分複雜,實施、控制、監測起來非常困難。

  歐美開展的火驅試驗,多在原始油藏上進行。而hotbuy集運油田公司想要運用火驅技術解決的,是注蒸汽開採後的稠油尾礦。這種稠油尾礦,經過了多輪次的蒸汽吞吐,由蒸汽冷凝形成了大量的地下水,由於這部分油藏含水不是原來就有的,所以被稱為次生水體。與此同時,經過多次蒸汽吞吐後,稠油油藏形成了錯綜複雜的汽竄通道。在這種情況下進行火驅開發,需要搞清楚次生水體、汽竄通道和剩餘油分佈對火驅過程的影響。也就是説,在注蒸汽開採後的尾礦上進行火驅採油,開採難度要遠遠大於原始油藏。

  然而,難度再大,也要迎難而上,這是克拉瑪依一代代石油人的傳統。

  “放,放……送空氣……”1958年7月的一天,陽光炙烤着位於克拉瑪依市區東北兩千米處光禿禿的黑油山,一羣身穿紅色工作服的小夥子面對着井口、背對着太陽,但臉上卻感到更加灼熱。汗水滴在井口鋼製的套管頭上,“嗞”的一聲就化為氣體不見蹤影。因為從井口冒出的,既有來自一百多米深的地層裏的熱量,還有被大家點燃的“麻繩坨坨”湧上來的熱浪……

  他們是hotbuy集運石油局克拉瑪依礦務局生產技術處處長張毅組織起來的,正在黑油山地區進行“火燒油層”試驗。這也是新中國歷史上第一個“火燒油層”試驗!

  彭順龍就是他們中的一員。當年,他們在張毅的組織帶領下,開始了勇敢而艱難的探索。

  可以説,當時在國內搞火驅是一窮二白,只知道有“火燒油層”這項技術,但“知其然不知其所以然”,怎樣點火,怎樣監測,幾乎是一無所知、一無所有。

  就是在這樣艱苦的條件下,“彭順龍們”沒有半點猶豫和畏懼,因為他們清楚,國內的油氣產量,遠遠不能支撐新中國工業的發展,提高油氣產量是國家戰略的迫切需要。

  火燒油層能否成功,關鍵就在於點火技術。克拉瑪依人不瞭解世界上其他油田的點火技術,大家就用最原始的辦法——用鋼絲繫着點燃了的、浸透燃油的“麻繩坨坨”下到井底。同時,他們自己造了一台小型的空氣壓縮機,向井下吹送空氣。

  1958年7月初的一天,凌晨3點多,在牀上躺了幾個小時卻怎麼也睡不着的彭順龍拉了一下牀頭電燈的開關,偷偷起了牀。他抹了一把臉,帶上工具,關上燈“偷偷”出了門。順着準噶爾路往黑油山的方向走,一眼望去,所有居民住房的燈都已熄滅,他加快了腳步……到了黑油山,夥伴們早已在那裏等着他了。當時,基礎設施和各項保障條件非常簡陋,搞如此複雜的科研,難度可想而知。就連最基本的電力供應,也無法得到保障。在用大功率空壓機向油層吹注空氣時,由於克拉瑪依電廠發電量小,只要空壓機一啓動,就要全城停電。因此,他們只好選擇在夜深人靜時“偷偷”來搞這項試驗。

  接二連三的失敗,沒有將克拉瑪依人的信心壓垮。終於,經歷了近十天的煎熬,1958年7月16日,地下102米處的稠油被點燃了。雖然這把火只燃燒了6個小時就熄滅了,但卻足以載入中國石油工業的史冊。

  這之後,這羣最早的探路人又陸續進行了幾次試驗。他們從汽車引擎打火的技術受到啓發,採用“電火花打火法”自主設計製造了第一台“井下燃燒器”,並在1959年2月取得了初步成功。試驗組在黑油山16號井進行試驗時,周圍的4口井中連續發現了二氧化碳,這表明油層被規模化燃燒了。鄰近的生產井所產出的原油黏度明顯降低,產量明顯提高。

  此後幾年,hotbuy集運石油管理局又組織人力,先後進行了幾次技術攻關,並在一定程度上破解了點火、熱力驅動方式、送風方法、持續燃燒能力等一系列難題。1966年3月,黑油山4區火燒油層試驗取得了成功:“K—65型高效能井下汽油點火器”問世;有4口日產只有幾百公斤的稠油井的產量提高了50倍以上。

  2012年5月23日,風城油田作業區員工在重18井區火驅試驗井場巡檢設備。2011年11月25日,國內第一個超稠油火驅輔助重力泄油先導試驗在風城重18井區投產。(風城油田作業區供圖)

  火燒燎原

  由於各種原因,克拉瑪依“火燒油層”試驗中斷了,它重新出現在人們的視線中,已經是16年之後了。1982年,油田工藝研究所副總工程師郎順宗的論文《克拉瑪依油田露頭油層火燒法驅油模擬試驗》在北京國際石油工程會議上宣讀。從此,“火驅”的概念開始取代“火燒油層”的説法。

  然而,“火驅”真正被重新重視,是在又過了26年之後的2008年。

  進入“十二五”以來,中石油股份公司更加註重油田的開發效益和環境保護,特別是針對稠油油藏的開發,更注重經濟效益和環保。克拉瑪依油田稠油油藏的開發,相當長一個時期是以蒸汽驅為主。隨着燃料價格的逐年攀升,成本壓力增大,注蒸汽開採稠油也越來越跨不過經濟效益這道坎,稠油老區轉換開發方式已迫在眉睫,稠油的開發技術也需要不斷突破和創新。

  這時,人們又開始把目光轉向了被閒置已久的“火驅”。如果“火驅”能夠成功,它完全有可能成為一項在蒸汽驅開發後期,繼續大幅提高採收率的接替技術,為稠油老區帶來新希望。

  hotbuy集運油田公司總經理陳新發認為,這是突破原有稠油開採方式的一個重大機會,也是克拉瑪依油田穩產的難得契機。他召集稠油領域的專家和骨幹,決定在克拉瑪依油田再搞一次試驗。

  就這樣,2008年11月,hotbuy集運油田公司啓動了“紅淺1井區火驅先導試驗”,並在2009年初被中石油股份公司批准立項為“股份公司火驅重大試驗項目”。

  紅淺1井區八道灣組礫砂岩油藏曆經蒸汽吞吐和蒸汽驅開採後,因為沒有經濟效益,在1997年被廢棄,採出程度僅達到28.9%。

  “紅淺1井區火驅先導試驗”,就是要重新喚醒廢棄了十餘年的油藏,力爭將未開採出的部分“吃幹榨盡”。

  然而,在廢棄的油藏上搞火驅試驗,別説在國內,就是在全世界範圍內,都沒有先例。當時,世界範圍內兩個規模最大的火驅礦場試驗分別在羅馬尼亞和印度,但他們的火驅試驗是在原始油藏上進行的,油藏沒經歷過注蒸汽開採階段。而在國內,火驅技術尚屬新型工藝,克拉瑪依油田在注蒸汽後廢棄的油藏開展火驅試驗屬於首例,沒有可借鑑的成功實例,火驅試驗在基礎技術研究、火驅生產控制及礦場試驗、管理的難度都很大。

  一句話,在廢棄的礦場搞火驅試驗,究竟要怎麼搞,大家心裏都沒譜。

  萬事開頭難,開頭是方案。該項目的工程技術負責人、hotbuy集運油田公司副總工程師張學魯將方案編制的重任交給了石油工程技術專業科研單位——工程技術研究院。工程技術研究院領導經過研究,決定讓副院長潘竟軍具體負責這一工作。

  雖然在石油工程技術方面的經驗豐富,但這一次面臨的情況,與以前遇到的都不一樣,因為他們手裏掌握的資料幾乎為零。接到任務時,潘竟軍心裏就像十五隻吊桶打水——七上八下。

  但他畢竟是“久經沙場”的人,經歷了內心最開始的忐忑不安和沒着沒落後,潘竟軍迅速撫平心緒,開始整理思緒。

  沒有資料,那就蒐集資料。時間緊迫,那就加班加點。接到任務後,潘竟軍帶領一眾得力干將——陳龍、蔡罡、餘傑、陳莉娟等,開始了攻堅戰。

  “孩子,注意勞逸結合,爸爸先去忙了!”2009年5月15日,在電話中,蔡罡給女兒叮囑完這句話,狠心掛斷了電話,略一凝神,轉身走進了會議室。其實,蔡罡多麼希望自己此刻正在女兒身旁,陪她度過高考前的這段衝刺時光。還有,年邁的父親病重正在住院,他多麼希望飛回老家照顧他。想到這裏,他眼睛一熱,迎面撞上了餘傑……

  由於火驅開採技術的複雜性和特殊性,需要結合地質油藏、採油工程、地面工程、安全環保等多學科開展聯合攻關,這就要求方案編制人員瞭解各項專業技術,本身必須是一個多面手。

  但歸根結底,誰都不是天生的多面手。為了將方案編制得比較科學合理,項目組成員一邊工作,一邊學習,一邊調研。

  陳莉娟是2008年底進入火驅項目組的,按照分工,當時她主要側重於火驅項目的方案編制工作。對於她來説,這是從“零”開始的一份挑戰:沒有可借鑑的材料,要在很短的時間內瞭解各學科內容,還要與各個方面的負責人溝通,更要整合、總結、提煉。

  2009年的夏天格外炎熱,凌晨兩點,項目組辦公室的燈還亮着,那是他們還在為方案的一個細節、某個關鍵點在反覆討論、反覆修改。沒有“蟲聲新透綠窗紗”,只有蚊子不斷鑽進未安裝窗紗的窗户,叮咬着穿着短袖的項目組成員。第二天上班,當看到各自胳膊上被蚊子叮咬出的“大包小包”時,大家不約而同地笑了。

  為了使方案既論證充分又結合實際,具備較強的可操作性,項目組成員之間要反覆交流,密切配合,高度銜接。陳莉娟編寫出一部分後,先給蔡罡看,蔡罡看完陳龍再看,陳龍看完潘竟軍再審……一環扣一環,確保了方案編寫科學合理。

  在長達半年的時間裏,他們捨棄了週末,捨棄了節假日,甚至捨棄了許多應該睡覺的時間,深入分析了國內前期開展的火驅試驗的經驗、教訓,重點針對紅淺這類淺層稠油油藏展開了一系列的技術攻關研究,經過12個版本的修改完善,第一個火驅方案終於出爐了。

  2018年8月9日,油田公司應急搶險救援中心(原工程技術公司)員工在火驅點火集中控制枱前控制液壓系統。本報通訊員 牙地克·買買提江 攝

  火中取油

  當然,方案只是一張“施工圖紙”,要真正實現“滾滾油流火中取”,最核心的是要有比較成熟的火驅注氣點火工藝,才能讓這把火在500米甚至更深的“地宮”成功燒起來。

  而其中,點火器及配套設備研發是注氣點火工藝的技術難點,可供借鑑的經驗和資料很少。雖然像彭順龍這樣的“火驅”前輩曾經在黑油山搞過火燒油層試驗,但當時設計的簡陋設備早已不能滿足火驅工藝要求。

  這項攻堅克難的工作,落在了工程技術研究院火驅工藝室主任蔡罡的身上。雖然他已是管理地面油氣井方面的資深專家,但研製火驅點火系統,對他來説依然是一個全新的領域。

  蔡罡與團隊成員陳莉娟、餘傑等人通過查閲資料發現,克拉瑪依油田、勝利油田、遼河油田等開展火驅項目較早的地方,在點火過程中都先後遭遇過不同程度的燒壞電纜及加熱器的情況。加熱器究竟要怎麼做?到哪裏找合適性能的電纜才能避免出現這種情況?他們一頭霧水。

  當時,點火器還沒有現成的生產廠家,他們決定從點火器相關產品——加熱器生產廠家找起。

  順着這個思路,幾經周折,他們最終在內地找到了一家合適的設備生產廠家,向廠家提出了點火器的結構設計、適應工況、關鍵技術、性能參數等相關工藝要求,並與廠家一起開展協同攻關。

  2009年10月15日,在hotbuy集運油田公司,經過近一年的潛心研發,第一台電點火器誕生了!看着眼前那個長12米、適用於7英寸套管的電點火器,蔡罡的眼神像一位父親看着自己剛出生的孩子一般温柔。他趕緊招呼團隊成員,與這個“寶貝”親密合影。

  經過十多次室內檢測和試驗後,2009年11月底,點火器開始進入試驗現場。此時的紅山嘴油田紅淺1井區,光禿禿的戈壁已經是白茫茫一片。

  往油井裏下點火器之前,要進行設備連接、檢測工作。零下二十多攝氏度的氣温為現場施工增添了難度。在地上連接設備線路的人員手指伸出來不到兩分鐘就會被凍僵,無法伸直。

  現場實施人員中不知誰説了一句:要不拿電吹風試試吧。工作人員立即找來電吹風,接線前,先用電吹風吹一會兒,把手吹暖和了再去接線。過幾分鐘,手又凍僵了,就又拿電吹風吹上一陣子。這樣反反覆覆多次,設備線路連接終於完成了。

  受低温影響的,還有數字檢測儀表。一旦温度下降到零下二十多攝氏度,檢測儀表就開始“罷工”,無法顯示。陳龍二話不説,直接把電子儀表揣到懷裏,用自己的體温和厚厚的棉衣來保温,等到要用的時候才小心翼翼地拿出來,一測完數據,又像對待寶貝一樣趕緊揣到懷裏。

  在滴水成冰的冬天,火驅先導試驗卻進行得熱火朝天。12月1日,火驅項目注氣站投產試運行;12月7日,紅山嘴油田紅淺1井區008井啓動點火程序;12月9日,紅山嘴油田紅淺1井區010井啓動點火程序。

  從點火的第一天起,潘竟軍、陳龍、蔡罡、餘傑等人就開始日夜輪流堅守在現場,密切檢測記錄點火參數及產出物中的二氧化碳、硫化氫和氧氣等組分變化,判斷地層的燃燒狀況。

  出師不利!

  在點火預注氣階段,他們從生產井監測到了大量氧氣,這説明地下油層沒有被點燃,或是點燃了但燃燒很不充分。

  寒冬臘月,火驅實施現場紅山嘴出現了大霧,大霧在各個井場迅速瀰漫……這場大霧,就像此刻項目組成員的心情。

  2017年11月29日,風城油田作業區員工在火驅注氣設備前巡檢。(風城油田作業區供圖)

  浴火重生

  但這點挫折,打擊不了項目組繼續攻關的信心,更撼動不了項目組向火中取油的決心。蔡罡和項目組成員一起,每天蹲守在點火井周圍的生產井旁,實時檢測生產井產出的氣體組分。

  一天、兩天、三天……漸漸地,氧氣消失了,一氧化碳減少了,二氧化碳升高了。這是燃燒的信號!“二氧化碳已經達到10%以上,氧氣接近零,説明油層被點着了!”電話裏,蔡罡激動地向院領導報告了這一喜訊。

  2009年12月19日,hotbuy集運油田公司舉行紅淺1井區火驅項目投產儀式。

  “出油了!出油了!”兩個月後的2010年2月25日,紅山嘴油田紅淺1井區火驅先導試驗生產井2057A現場一片歡騰,火驅生產井第一口井出油了!潘竟軍高興地看着從井口取樣口取出的黑色泡沫狀油品,一邊在電話中興奮地向院領導和油田公司領導彙報這一喜訊,一邊招呼現場人員對樣品進行分析比對。大家一致認為,這些黑色泡沫狀的樣品,就是原油經過火驅燃燒改質後出現乳化現象的油品。

  同年6月5日,火驅先導試驗區012井啓動注氣點火程序,6月25日點火成功。

  至此,hotbuy集運油田公司紅淺1井區火驅先導試驗項目首批3口注氣點火井全部完成點火工作。2011年7月21日,根據方案,紅淺二期工程實施的4口井也順利點火。

  圍繞高效點火、生產過程監測、高氣液比舉升、安全井下作業等,hotbuy集運油田公司又相繼組織開展了攻關,創新建立了火燒區帶電阻率變化模型,攻克了火驅爆炸風險評價、井筒防腐、安全壓井等關鍵技術,解決了高含水低含油儲層火驅開發問題。紅淺火驅生產運行十年來,實施了13個井組點火,成功率100%,累計產油15萬噸,將採收率提高了35個百分點,一座廢棄多年的油藏“浴火重生”!

  目前,火驅技術在克拉瑪依油田可推廣覆蓋儲量1.3億噸,新增可採儲量4680萬噸。2018年,紅淺火驅工業化項目已投入現場實施,建成了“千井火驅三十萬噸”生產規模,這對保障克拉瑪依油田稠油老區持續穩產和可持續發展具有重大意義,那些注蒸汽開採後瀕臨廢棄或已經廢棄的油藏,即將迎來新生。

  更為重要的是,hotbuy集運油田公司歷時十年攻關形成的滿足稠油火驅生產需求、具有自主知識產權的配套火驅開採技術,可進行規模化推廣應用,將為國內乃至國外同類油藏進一步提高採收率做出貢獻。

  能做這樣的貢獻,是克拉瑪依石油人的驕傲,是hotbuy集運油田公司的驕傲!

(編輯:王小軍)
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