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  • 中國智慧 舉世驚艷
    ——克拉瑪依油田稠油開發的技術創新分析
    姜晶華

    本報記者 江池 攝 2012年5月16日,在克拉瑪依油田最大的超稠油開發區塊——風城油田,一位巡井工正在巡查新式抽油機的運行狀況。新式抽油機與傳統抽油機相比,節能達到70%,為油田大規模實施節能改造項目和打造智能化油田奠定了良好基礎。

    ????經過二十多年的不懈探索,克拉瑪依石油人研發形成的稠油開發系列技術,有不少獨特的創新處于世界領先地位。這些技術創新不僅“解放”了億萬年來深埋于克拉瑪依地下的稠油,對油田、對城市、對國家作出了獨特而重大的貢獻,而且在業界贏得了世界性聲譽,為全世界的稠油開發提供了“中國樣本”和“中國智慧”。

    ????形成支撐新疆淺層稠油上產技術

    ????2018年12月23日,《新疆淺層稠油開發關鍵技術及工業化應用》成果鑒定會在北京召開。會議認為,該成果整體技術達到國際先進水平,其中陸相淺層砂礫巖稠油注蒸汽開采后期轉火驅提高采收率和淺薄層稠油注蒸汽開采技術處于國際領先水平,一致同意通過成果鑒定。

    ????2018年10月,在“第三屆重油提高采收率”國際會議上,國際知名稠油專家K.C.yang、Ian Gates等評價:新疆油田公司的稠油開發技術將傳統稠油開發技術提升到一個新的水平,引領著稠油提高采收率的方向,推廣潛力很大。

    ????經過二十多年的努力,新疆油田公司在淺層稠油開發關鍵技術及工業化應用上取得重要突破,并取得4個方面的創新成果,形成了支撐克拉瑪依油田淺層稠油500萬噸上產穩產的新一代技術——

    ????形成了淺層稠油、超稠油高效開發成套技術。

    ????形成了淺層稠油開發技術系列,研發105種新裝備,有力支撐了油田高效開采,引領了稠油熱采技術的發展方向。

    ????這標志著稠油熱采理論技術轉型升級取得成功。該套技術在2010年、2013年、2015年分獲“中國石油科技十大進展”。

    ????二十多年來,隨著技術攻關和創新,新疆油田公司淺層稠油開發的多項技術打破了國外壟斷,讓中國石油人在稠油開發,特別是超稠油開發領域挺直了腰桿,并將“中國智慧”帶到了其他國家和地區。

    本報通訊員 金鑫 攝 2014年11月21日,風城油田作業區新建產能區塊,一部部鉆機在鉆井施工現場通宵達旦作業。經過數十年努力,克拉瑪依油田淺層稠油開發在關鍵技術及工業化應用上不斷突破,為稠油、超稠油的經濟有效動用、產能建設、規模開采提供了強大的技術支撐。

    ????SAGD項目突破諸多禁區

    ????世界著名稠油開發技術研究機構——加拿大阿爾伯達省創新技術研究院評價:新疆風城油田SAGD項目突破諸多禁區,是低品位超稠油唯一工業化成功的實例,應用前景廣闊。

    ????這個評價從一個側面體現了該套技術的創新的“世界水平”——

    2020年9月21日,風城油田作業區二號稠油聯合站員工正在對新稠油處理裝置進行巡檢作業。本報首席記者 閔勇 攝

    ????創新強非均質超稠油雙水平井SAGD技術,建成風城超稠油一百萬噸基地;

    ????創建了多滲流屏障條件下蒸汽輔助重力泄油理論方法;

    ????創新雙層交錯組合、直—平點線組合和平—平線線組合等3類立體井網和兩種多分支井型,儲量動用程度提高12%,采油速度提高20%—40%;

    ????發明雙水平井間高效預熱啟動、雙水平井SAGD高溫汽液界面調控、高溫帶壓汽腔保護作業等9項關鍵技術,單項和綜合指標均優于國際先進水平。

    ????發明和創建了淺層辮狀河強非均質超稠油SAGD開發技術體系,破解了多滲流屏障與蒸汽腔融合高效泄油的世界級難題。被國外三大石油公司判為開發“禁區”的數億噸超稠油資源的開發難關終被攻克,2018年產油102萬噸,預計2025年產油200萬噸以上。

    2018年12月20日,風城油田作業區采油二站員工正準備對油井進行注汽。 本報通訊員 吳小川攝

    ????首創注蒸汽尾礦高溫火燒驅油理論技術

    ????2018年5月,13位院士、專家堅定認為:陸相淺薄層砂礫巖稠油注蒸汽開采技術和陸相淺層砂礫巖稠油注蒸汽開采尾礦轉火驅提高采收率技術達到國際領先水平。

    ????新疆油田公司首創注蒸汽尾礦高溫火燒驅油理論技術,在紅淺油區,提高采收率36個百分點。形成了注蒸汽后尾礦“原位改質—前緣剝離—通道攜帶”的高溫火驅戰略接替技術,可以延長油藏的商業開發周期15年,提高采收率36個百分點,建成年產30萬噸生產能力,新增可采儲量4680萬噸。噸油能耗和CO2排放分別下降91%和38%,破解了尾礦綠色高效開發再利用的世界級難題。

    ????這項“世界首創”的成果來自一個久遠的發展背景——

    ????1984年,克拉瑪依油田拉開了稠油規模開發的序幕。二十多年過去了,到2008年,新疆稠油主體區塊已進入開發中后期,平均采出程度達到了25%左右,含水率超過85%。

    ????克拉瑪依油田稠油開發的現狀,只是中國稠油開發現狀的一個縮影。同期的中國稠油已開發的區,普遍進入了注蒸汽開發中后期,面臨著采出程度低、油汽比低、噸油操作成本高等問題。

    ????此時,采用原有的稠油開發方式——注蒸汽開發,已經難以實現中后期稠油的有效開發??死斠莱碛湍酥林袊碛偷拈_發,亟需新的接替技術。

    ????為了提高注蒸汽開采后稠油油區開發的采收率,新疆油田公司組織精兵強將,決定開展專項技術攻關。于是,“新疆稠油直井火驅重大開發試驗關鍵技術研發及工業化應用”項目應運而生。

    2020年4月22日,風城油田高含鹽污水深度處理工程正在緊張施工。(克拉瑪依市三達公司供圖)

    ????火驅技術是指通過注汽井連續注入空氣,點燃油層中的油加熱油層,使稠油變軟變稀增加流動性,然后將原油推向生產井被開采出來的一種稠油熱采技術,具有熱效率高、采收率高、節能減排等優勢。利用火驅技術,稠油油藏采收率最高可達70%至80%。

    ????火驅技術雖然采收率高,但面臨在地層中原油燃燒過程復雜等諸多問題。與此同時,國外火驅礦場試驗均在原始油藏開展,注蒸汽開采后轉火驅開采沒有先例可循,且火驅機理復雜,礦場試驗關鍵技術缺乏。

    ????面對火驅全新的開采方式和技術挑戰,克拉瑪依的石油科研人員上下齊心、不畏艱難、苦干巧干實干,通過創新室內實驗手段,突破了原始油藏火驅驅油理論的認識,揭示了原油火燒機理,攻克了井下功率電點火、火線前緣調控等重大技術難題,使直井火驅技術在現場得到了工業化應用,實現了稠油油區開采中后期的高效開發和效益建產。

    ????首先,突破了原始油藏火驅驅油理論認識,創建了注蒸汽后稠油火驅驅油理論;其次,構建了高滲通道控制下砂礫巖儲層直井火驅動用模式,提出了基于不同模式的差異化調控對策;再次,攻克了點火、火線前緣監測等重大技術難題,形成了注蒸汽后轉火驅開發配套關鍵技術。

    ????2015年,該成果被評為“中石油七大勘探開發新技術”之一,并在同年被評為“中國石油十大科技進展”之一。2019年1月,在科技部查新報告中,該成果的查新結果顯示:國內外未見報道,具有新穎性和創新性。

    ????該成果取得的榮譽和對該成果的鑒定結果,是對直井火驅技術的充分肯定和高度認可。

    ????目前,火驅技術已在紅淺1井區火驅工業化“30萬噸產能建設”中應用,動用儲量一千五百多萬噸,使注蒸汽開采后的稠油油藏重新煥發青春,實現了高效開發,取得了可觀的經濟效益和社會效益。

    ????該成果的技術和理論突破,開辟了稠油注蒸汽開發尾礦再利用的新領域,為大幅度提高稠油采收率提供了戰略性接替技術,為新疆油田公司持續穩產做出了重要貢獻。

    2013年9月3日,風城油田作業區員工在新投用的注汽鍋爐現場進行巡檢作業。(風城作業區供圖)

    ????研制世界第一臺回用含鹽污水的過熱鍋爐

    ????在稠油開發過程的廢水余熱資源利用中,新疆油田公司取得了一系列創新成果——

    ????研制出世界第一臺回用含鹽污水的過熱鍋爐。這種鍋爐在風城油田的廣泛運用,累計回用污水4.2億噸,相當克拉瑪依油田5年用水量的總和,并已推廣至勝利油田所屬春風油田、加拿大多佛油田。

    ????發明稠油熱采分布式無動力密閉集輸工藝,創新多相采出液非穩態高效換熱技術,熱能利用率由傳統的75%提高到95%。發明采出液高效處理及資源化利用技術,噸油單耗降低21.4%。

    ????發明“破膠失穩—破乳脫水”油水高效分離技術,處理原油黏度是國外的5倍,脫水效率是國內同類技術的30倍。

    ????通過上述技術的應用,形成了以“高干度注汽、高溫集輸、高效脫水、低成本污水回用”為特點的稠油地面工藝模式,在風城油田建成國內首個稠油物聯網示范基地,人力資源配置減少75%。

    ????可以說,這些創新成果從一個側面體現了“綠水青山就是金山銀山”的發展理念,也展現了新疆油田公司在稠油開發中始終如一的“綠色引領”的發展宗旨。

    ????先說高溫密閉脫水技術,即高溫復雜采出液高效脫水技術:針對復雜采出液脫水難的問題,創新“破膠失穩—破乳脫水”油水分離機理,發明耐高溫(220℃)有機化學劑產品,建立基于仰角脫水裝備的強制對流脫水工藝,脫水時間由120小時縮短至4小時,凈化油含水從5%降低到0.5%。

    ????據介紹,由于SAGD采出液具有高溫、高壓、乳化嚴重的特點,因此,如果不對其進行特殊處理,就很難發生油水分離。

    ????而設計人員蔣旭等人所要做的就是動用各種技術和手段,設計出合適的裝置,讓SAGD采出液通過這些裝置后,將其中的原油分離出來。

    ????他們的這些裝置組合起來形成了一個共有的名稱——風城油田SAGD采出液高溫密閉脫水試驗站。

    ????作為這個站的主要設計者,蔣旭知道,當風城油田SAGD井達到一定數量,這個試驗站處理的采出液也將達到飽和狀態。而這對他來說,則意味著他晚上加班的次數增多了。

    ????2009年,蔣旭工作才一年,便接到一個“大活”。這個“大活”便是“SAGD采出液高溫密閉脫水試驗”,它是中石油重大項目“風城超稠油開發地面工程配套技術研究”的6個課題之一。

    ????這個“大活”還有一個嚴峻的現實背景。

    2018年8月8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技術人員正在現場奮戰。本報通訊員 牙地克·買買提江 攝

    ????當時,一些SAGD試驗井相繼進入生產,而采出液進入風城1號稠油聯合站后,原油脫水困難,給1號稠油聯合站油水處理系統的平穩運行帶來困擾。

    ????蔣旭還記得有人這樣調侃道:你要是能拿下這個項目,可算是為國爭光呀!

    ????初出茅廬的蔣旭清楚這句話的分量。原因不外乎這兩點——

    ????一是這項技術當時僅有少數幾個國家掌握,國內還沒有成功案例。

    ????二是掌握此項技術的幾個國家,對技術中的脫水工藝、核心設備及藥劑配方,實施了技術封鎖。

    ????其實,SAGD采出液之所以難處理,無外乎在于它高溫、高壓、乳化嚴重的特點。

    ????蔣旭和他的團隊開始展開技術攻關,組織對主要脫水設備進行自主研發、自主生產。

    ????經歷了幾個月的項目立項、幾個月的SAGD高溫采出液物性分析、幾個月的SAGD高溫采出液密閉集輸工藝研究、幾個月的SAGD高溫采出液試驗裝置研究及現場試驗、一年的施工圖設計與現場施工……

    ????如今,高溫密閉脫水技術達到了國際領先水平。

    ????再說循環流化床鍋爐:發明世界第一臺分段蒸發式過熱鍋爐,給水礦化度限值由國際標準的5mg/L拓寬到2000mg/L,實現了高溫污水直接回用,水、熱資源利用率由傳統的75%提高到95%。

    ????我國首臺可回用油田污水生產高干度蒸汽進行稠油開采的大噸位流化床燃煤鍋爐,簡稱之循環流化床燃煤鍋爐。這臺鍋爐于2012年3月投產,每小時產汽量達130噸。

    ????與電站循環流化床鍋爐需使用純水不同,這臺燃煤鍋爐使用的水,不僅可以是普通清水軟化水,也可以是經過處理回收的油田采出污水,這么做可以大幅度提高污水利用率。

    ????還有一個重要試驗與燃煤注汽鍋爐相關,它是風城高含鹽水處理回用中試試驗工程。這項工程與“油泥與煤混燒的試驗”相同,均屬于一個研究項目,這個項目名為“熱采節能節水關鍵技術研究”,該研究是中國石油低碳關鍵技術研究的課題之一。

    ????“中國石油低碳關鍵技術研究”是中石油重大科技專項。

    ????說到高含鹽水利用工程,它的核心是一套工藝。這套工藝與相關的裝置組合在一起,只為解決一個問題——對燃煤注汽鍋爐產生的高含鹽廢水進行分離,并讓分離出來的水回用鍋爐,其他成分也能有效利用。

    ????從2012年年初起,設計人員周京都和同事就為解決這個問題而展開研究。那時,他們最大的難題是“國內外無經驗可循”。

    ????周京都等設計者在查閱大量資料后發現:盡管國內也有類似的蒸發處理工藝,然而,這類工藝均應用于藥品、食品、制鹽等領域。也就是說,將高含鹽水蒸發處理工藝應用于油田生產,尚屬首次。

    ????這些高含鹽污水中,主要來自風城油田稠油開采日益增加的燃煤注汽鍋爐,還有少量則來自軟化水處理過程。

    ????隨后,設計者們開始研究適合的工藝,并與國內相關技術領域中的技術專家和科研院所展開合作。他們先后前往廣西、四川的氧化鋁行業和制鹽行業進行調研,希望能為工程的成功提供借鑒。

    ????2012年4月,該試驗的設計方案通過中石油股份公司審查。通過該工藝可回收98%的無鹽水回用注汽鍋爐,鹽最終以固態形式回收,以期達到“零排放”。

    ????2012年8月10日,高含鹽水利用試驗站建設動工,該站設計規模為240立方米/天。

    ????…………

    ????這一系列的技術創新,構成了淺層稠油開發的技術體系,在稠油開發領域展現了中國人的聰明才智,提升了克拉瑪依石油人、新疆油田公司乃至中石油在全世界的良好形象。

    ????明日請關注克拉瑪依油田稠油開發的奮進歷程系列報道之十二:《走向世界揚威海外——克拉瑪依油田稠油開發技術推廣應用情況掃描》

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    時間:2020-10-27    來源:克拉瑪依日報
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