全球首個(gè)海上大規(guī)模超稠油熱采開發(fā)油田投產(chǎn)

撬動(dòng)海底“黑琥珀”

能源，人類社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。

渤海東北部，遼東灣海域。世界首個(gè)海上超稠油儲(chǔ)量規(guī)?；_發(fā)油田——旅大5-2北油田的生產(chǎn)平臺(tái)傲然挺立于此。

9噸、60噸、109噸……投產(chǎn)近一個(gè)月，該油田首口超稠油蒸汽吞吐井日產(chǎn)油量逐步攀升，基本達(dá)到開發(fā)方案設(shè)計(jì)高峰產(chǎn)量。該模式的成功應(yīng)用，將撬動(dòng)渤海灣盆地上億噸宛如“黑琥珀”一般的特超稠油資源開發(fā)，對(duì)于保障國(guó)家能源安全意義重大。

什么是稠油、超稠油?我國(guó)稠油開發(fā)現(xiàn)狀如何?令人“愁上加愁”的超稠油開發(fā)到底難在哪兒?全球首個(gè)海上大規(guī)模超稠油熱采開發(fā)油田投產(chǎn)背后有何技術(shù)突破?記者近日采訪了中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司有關(guān)負(fù)責(zé)同志。

喚醒沉睡的“海底黃金”

變規(guī)模儲(chǔ)量為產(chǎn)量

潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂，交通建筑行業(yè)所用的各類型瀝青，工業(yè)及發(fā)電廠用燃料油……未來(lái)，市面銷售使用的這些產(chǎn)品中，或許有不少將源自渤海灣盆地的超稠油。

據(jù)中國(guó)海油有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，4月23日一期投產(chǎn)的旅大5-2北油田項(xiàng)目，完全投產(chǎn)后預(yù)計(jì)可累產(chǎn)原油超650萬(wàn)噸，全部煉化成瀝青可鋪設(shè)5000余公里的4車道高速公路，相當(dāng)于北京到三亞的直線往返距離。與我國(guó)其他海上油田不同，旅大5-2北油田屬于非常規(guī)稠油，地層原油黏度大多超過(guò)50000毫帕秒，是渤海已開發(fā)最稠原油的20倍以上。

這是一個(gè)什么概念?“常溫下接近固體瀝青，根本無(wú)法流動(dòng)。”中國(guó)海油天津分公司渤海石油研究院油藏總師劉英憲給記者舉了兩個(gè)例子，“我們平時(shí)吃的蜂蜜黏度通常是3000毫帕秒左右，而使用的面霜黏度通常在10000毫帕秒左右。”

記者了解到，開采后未經(jīng)任何加工的石油，被稱作原油，是一種復(fù)雜的混合物，主要包含各種烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等。不同油田中，受油層埋藏深度、蓋層狀況及運(yùn)移距離等因素影響，產(chǎn)出原油的顏色、組分、黏度或密度等都存在差異。

“黏度超過(guò)50毫帕秒的原油就屬于稠油，被視為‘地下黃金’。”劉英憲解釋道，50毫帕秒相當(dāng)于常溫下奶油的黏度。在此基礎(chǔ)上，以10000毫帕秒、50000毫帕秒為分界點(diǎn)，又可以將稠油分為普通稠油、特稠油和超稠油。

數(shù)據(jù)顯示，在世界剩余石油資源中，約有70%都是稠油。持續(xù)、有效、經(jīng)濟(jì)的稠油開發(fā)成為各國(guó)石油增產(chǎn)的主攻方向。

作為世界四大稠油生產(chǎn)國(guó)之一，我國(guó)稠油資源量約有198.7億噸，現(xiàn)已探明35.5億噸，開發(fā)潛力巨大。僅在渤海海域，稠油儲(chǔ)量就占了原油總探明儲(chǔ)量的近一半。喚醒這部分沉睡的“海底黃金”，變規(guī)模儲(chǔ)量為產(chǎn)量，對(duì)我國(guó)能源安全的重要性不言而喻。

然而，稠油開采并不容易。

專家介紹，猶如“黑琥珀”一般的稠油在行業(yè)中還有一個(gè)名字——“愁油”。因?yàn)轲ざ却?、流?dòng)性差，其開采難度大、成本高，多年來(lái)一直是人類“可望而不可即”的黑色寶藏。尤其是海上油田不能像陸地油田那樣布置密集的井網(wǎng)，想要將稠油從海底地層提升到地面再完成輸送，對(duì)采油技術(shù)、流程處理、海管外輸?shù)榷继岢隽藰O高的要求，是公認(rèn)的世界級(jí)開采難題。海上超稠油的開采更是令人“愁上加愁”。

如何有效撬動(dòng)這些稠油儲(chǔ)量，找到適合海上高效開發(fā)的“良方”，成為我國(guó)科研攻關(guān)的重要內(nèi)容。

從方案設(shè)計(jì)到機(jī)理表征，從效果評(píng)價(jià)到接替技術(shù)……一系列研究與技術(shù)攻關(guān)，讓我國(guó)海上稠油開發(fā)接連取得重要突破。2010年，綏中36-1油田一期綜合調(diào)整項(xiàng)目投產(chǎn)，打破了常規(guī)稠油水驅(qū)開發(fā)采收率不超過(guò)20%的預(yù)言;2020年，我國(guó)海上首座大型稠油熱采開發(fā)平臺(tái)——旅大21-2平臺(tái)順利投產(chǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)海上油田稠油規(guī)模化熱采的技術(shù)空白。今年4月，旅大5-2北超稠油油田的投產(chǎn)，則標(biāo)志著我國(guó)海上稠油開發(fā)進(jìn)入新的階段。

給海底油層“蒸桑拿”

精準(zhǔn)確定拐點(diǎn)溫度讓稠油變稀油

稠油雖然頑固，但也有弱點(diǎn)——怕熱。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，溫度每升高10攝氏度，稠油黏度就會(huì)降低一半左右。

因此，與常規(guī)原油“冷采”的開發(fā)模式不同，稠油通常是采用“熱采”模式。即向地層注入熱水或高溫高壓蒸汽，以提高地層中原油的溫度，從而降低原油黏度，讓其變成流動(dòng)性很好的“稀油”，然后趁熱將這些“稀油”開采出來(lái)。

業(yè)內(nèi)專家介紹，目前常用的稠油“熱采”模式有兩種。一種是“蒸汽驅(qū)”模式，就是向井中持續(xù)注入高溫高壓蒸汽，通過(guò)蒸汽將地下原油加熱，然后“你推我搡”，將鄰近變稀的原油驅(qū)向采油井采出。另一種則是“蒸汽吞吐”模式，就是先將高溫高壓的蒸汽注入油層，對(duì)油井周圍油層加熱降黏，燜井換熱后再開井采油。旅大5-2北油田采用的是“蒸汽吞吐”模式。

注汽、燜井、開采……劉英憲形象地給記者打了個(gè)比方，“這就像是給海底油層‘蒸桑拿’”。

不過(guò)，給稠油“蒸桑拿”不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工程。

要達(dá)到多高的溫度才能讓稠油變稀、蒸汽注入如何才能更加均勻、變稀的原油怎么才能順利采出……這都是要攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

準(zhǔn)確確定稠油變稀的拐點(diǎn)溫度，是旅大5-2北油田能否順利開發(fā)的關(guān)鍵。“只有確保注熱后，地層、井筒和地面管線中原油的溫度都高于這個(gè)拐點(diǎn)溫度，稠油才能被順利采出。”劉英憲告訴記者，而這也是困擾行業(yè)多年的難題。

“并非稠油黏度越大拐點(diǎn)溫度越高，即便是黏度相近，不同油田的原油拐點(diǎn)溫度也可能相差很大。”有關(guān)科研人員介紹，通過(guò)大量試驗(yàn)，他們摸索出一套定量計(jì)算拐點(diǎn)溫度的方法，并發(fā)現(xiàn)旅大5-2北油田原油雖然黏度超過(guò)50000毫帕秒，但是拐點(diǎn)溫度卻與已開發(fā)油田普通稠油的拐點(diǎn)溫度相近。

“很高興，這說(shuō)明旅大5-2北油田超稠油走‘蒸汽吞吐’開發(fā)這條路可行!”劉英憲說(shuō)，為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的可靠性，科研人員還精心設(shè)計(jì)了驗(yàn)證方案，最后通過(guò)幾百組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，證實(shí)了旅大5-2北油田原油的拐點(diǎn)溫度約為90℃。

“‘蒸桑拿’用的水十分講究，要使用經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理的純凈水。”中國(guó)海油天津分公司副總工程師劉義剛告訴記者。

然而，對(duì)于海上作業(yè)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，淡水資源匱乏，只能從海水或地層水中做出選擇。專家介紹，海水與地層水各有優(yōu)劣：海水淡化能提供的水量更大，但處理流程較長(zhǎng)且較復(fù)雜;地層水處理流程相對(duì)簡(jiǎn)便，但其中若含油，會(huì)導(dǎo)致水處理流程中的膜組件失效，無(wú)法生產(chǎn)出合格的鍋爐供水。如何在降本增效的前提下規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)?

研究人員反復(fù)論證，最終研發(fā)出首套海上雙水源鍋爐水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以使用地層水為水源作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在生產(chǎn)過(guò)程中，一旦監(jiān)測(cè)到地層水中含油不再適合作為鍋爐供水水源，便可通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備更換和管線連接切換為海水水源。如此一來(lái)，投資成本較傳統(tǒng)海水淡化系統(tǒng)可降低約30%。

與此同時(shí)，由于蒸汽的波及范圍有限，且離注汽井越遠(yuǎn)，熱能就會(huì)不斷遞減。為提高注入蒸汽的熱利用率和經(jīng)濟(jì)效益，研究人員還創(chuàng)新形成了注蒸汽波及范圍定量預(yù)測(cè)技術(shù)，建立了厚層稠油油藏注蒸汽波及范圍預(yù)測(cè)模型，可對(duì)不同原油黏度和油層厚度下注入蒸汽垂向波及系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果動(dòng)態(tài)適時(shí)調(diào)整參數(shù)，控制蒸汽注入速度和注入量。

創(chuàng)新實(shí)行注采一體化

注熱與生產(chǎn)高效銜接

產(chǎn)油量、含水量、設(shè)備壓力值……5月12日，記者電話連線中國(guó)海油天津分公司渤海石油研究院采油工藝研究所工程師王弘宇時(shí)，她正根據(jù)旅大5-2北油田作業(yè)平臺(tái)反饋的首口超稠油井作業(yè)參數(shù)，分析射流泵生產(chǎn)運(yùn)行情況，為后續(xù)熱采井投產(chǎn)提供技術(shù)支持。

射流泵注采一體化工藝，是從地層經(jīng)濟(jì)高效地將原油舉升上來(lái)的核心工藝，也是稠油熱采領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新。

“我們采用的射流泵注采一體化工藝，就是注熱過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程共同使用一套井筒管柱，實(shí)現(xiàn)了注熱與生產(chǎn)的高效銜接。”劉義剛介紹。

由于海上油田作業(yè)平臺(tái)面積有限、油井軌跡復(fù)雜等，不能采用陸地上超稠油生產(chǎn)常用的有桿式抽油機(jī)，而常規(guī)的注采兩趟管柱是注蒸汽時(shí)下入注熱管柱，開采時(shí)提出注熱管柱再下入生產(chǎn)管柱，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間和作業(yè)成本?？蒲腥藛T經(jīng)反復(fù)比對(duì)論證，創(chuàng)新采用射流泵注采一體化管柱技術(shù)，將注熱管柱與生產(chǎn)管柱合二為一，極大降低了修井時(shí)間，節(jié)省修井作業(yè)成本達(dá)30%以上。據(jù)測(cè)算，26口井8個(gè)輪次作業(yè)累計(jì)可節(jié)約操作費(fèi)用超過(guò)2億元，大幅提高超稠油熱采規(guī)模開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。

“旅大5-2北油田作業(yè)平臺(tái)分為井口平臺(tái)和生產(chǎn)支持平臺(tái)，兩個(gè)平臺(tái)通過(guò)棧橋連接，投影面積加起來(lái)還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大。而對(duì)于熱采平臺(tái)來(lái)講，無(wú)論是工序、工藝，還是配套設(shè)施，都更為復(fù)雜。”劉義剛告訴記者。

以注入程序?yàn)槔?。?duì)于常規(guī)冷采平臺(tái)而言，配套注水設(shè)備即可。而熱采平臺(tái)不僅需要增加專門的水處理設(shè)備，還需要增加適用于規(guī)模化熱采的大排量鍋爐及相關(guān)配套設(shè)施。因此在設(shè)計(jì)伊始，科研人員就將這些因素考慮在內(nèi)，相關(guān)配套設(shè)施盡可能小型化、輕量化。據(jù)了解，項(xiàng)目創(chuàng)新形成的規(guī)?；療岵纱笈帕空羝仩t設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)4井同注，具備過(guò)熱功能，而且極大降低了占地面積。同時(shí)應(yīng)用靜電聚集分離器+旋流除砂分離器，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)階段超稠油、水、砂的高效分離。

不僅如此，設(shè)備的抗高壓高溫能力、保溫效果、注熱安全等也是科研人員的重要考量。

一方面科研人員對(duì)注熱管柱開展深入研究，攻關(guān)形成全密閉無(wú)熱點(diǎn)的高干注汽管柱工藝，極大降低井筒的熱損失，保障了注熱效果。另一方面創(chuàng)新形成包含高溫井下安全閥、高溫?zé)岵煞飧羝鞯汝P(guān)鍵工具的高溫井下安全控制系統(tǒng)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為旅大5-2北油田開發(fā)筑牢安全屏障。

高溫井下安全控制、射流泵注采一體化、海上小型多功能熱采裝備、物模數(shù)模一體化設(shè)計(jì)……一系列技術(shù)攻關(guān)，讓我國(guó)實(shí)現(xiàn)超稠油規(guī)模化、經(jīng)濟(jì)開發(fā)的突破。