世界三次采油現狀及發展趨勢

眭純華 厲華 畢新忠 (勝利油田孤東采油廠地質所)

世界三次采油現狀及發展趨勢

眭純華 厲華 畢新忠 (勝利油田孤東采油廠地質所)

三次采油技術是一項能夠利用物理、化學和生物等新技術提高原油采收率的重要油田開發技術。在過去數十年內,美國、加拿大和委內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。隨著社會經濟持續快速增長,我國對油氣需求量也不斷增加。因此,運用三次采油技術來提高原油采收率,是減緩我國多數油田產量遞減速度、維持原油穩產的戰略需要。

三次采油 化學驅 注氣驅熱力驅 生物驅

1 世界三次采油發展現狀

目前,世界上已形成三次采油的四大技術系列,即化學驅、氣驅、熱力驅和微生物驅。其中化學驅包括聚合物驅、表面活性劑驅、堿驅及其復配的二元、三元復合驅、泡沫驅等;氣驅包括CO2混相/非混相驅、氮氣驅、烴類氣驅和煙道氣驅等;熱力驅包括蒸汽吞吐、熱水驅、蒸汽驅和火燒油層等;微生物驅包括微生物調剖或微生物驅油等。四大三次采油技術中,有的已形成工業化應用,有的正在開展先導性礦場試驗,有的還處于理論研究之中[1]。

運用三次采油技術來提高原油采收率(EOR),是減緩我國多數油田產量遞減速度、保持原油穩產的戰略需要。

1.1 化學驅

自20世紀80年代美國化學驅達到高峰以后的近20多年內,化學驅在美國運用越來越少,但在中國卻得到了成功應用。中國化學驅技術已代表世界先進水平,其中聚合物驅技術于1996年形成工業化應用;“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”三元復合驅技術,勝利油田形成“聚合物+表面活性劑”的無堿二元復合驅技術;目前,已開展“堿+聚合物+表面活性劑+天然氣”泡沫復合驅室內研究和礦場試驗。

1.2 熱力驅

最早于20世紀50年代運用于委內瑞拉稠油開采的熱力驅技術為蒸汽吞吐,因蒸汽吞吐效果逐漸降低,蒸汽驅和火燒油層成為主要接替方法。目前蒸汽驅技術已成為世界上大規模工業化應用的熱采技術[2]。為了提高熱效應,國外近年來開發的稠油開采先進技術有水平井蒸汽輔助重力泄油(SAGD)和電磁波熱采技術。SAGD已成為國際開發超稠油的一項成熟技術,而電磁波熱采技術被認為是未進行蒸汽驅油區的最好替代方法,但在巴西試驗的效果不如注蒸汽。

1.3 注氣驅

20世紀70年代,注烴類氣驅主要在加拿大獲成功應用。到80年代,CO2混相驅成為美國最重要的三次采油方法。氮氣或煙道氣技術應用較少[3]。

1.4 微生物驅

國外微生物驅基本處于室內研究和先導試驗階段。經過多年的發展,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化驅等已成為成熟的EOR技術。微生物驅油已成為繼傳統的熱采、化學驅、氣驅之后第四大類EOR方法。微生物驅油技術的發展主要有三個方向:微生物增效水驅、激活油藏微生物驅、微生物調剖驅油。

2007年底世界三次采油項目數和產量所占比例見圖1和圖2。

圖1 2007年度EOR項目數分類百分比

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

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

圖2 2007年底世界EOR產量分類百分比

至2007年底,在世界范圍內計劃的EOR項目共有32個,其中CO2混相項目數12個,CO2非混相4個,這類項目基本都在美國;蒸汽驅7個,火燒油層1個;聚合物驅6個,表面活性劑-聚合物驅2個。與2005年底計劃的EOR項目數相比,聚合物驅數有明顯增加,由2個增加到6個,計劃實施聚合物驅的新增國家有巴西、阿根廷和德國,它們分別計劃于2008年、2009年以及2010年開始實施聚合物驅。從計劃項目的經營公司和技術類型可見,美國仍然是未來 EOR項目的積極倡導者和實施者。未來最具有發展前景的EOR項目是CO2混相/非混相驅,占計劃 EOR項目的50%。隨著油價高位運行,化學驅呈現較好發展前景[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發展最快的國家。在美國,任何三次采油技術推廣使用的時機是由油價、政治經濟形勢以及美國國家政策和稅率決定的。美國三次采油技術最早可追溯到20世紀初期,但最初發展并不快。其從研究到試驗真正受到重視是從1973年阿拉伯石油禁運開始的,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,并對三次采油項目給予特殊的優惠政策,使三次采油技術的研究和應用得到迅速發展[5]。

美國三次采油技術實施過程中,政府采取的政策和激勵措施主要有:①采取各種聯邦或州政府可選擇的消除風險措施,即降低與三次采油相關的金融和投資障礙;②積極開展研究和現場試驗,降低三次采油地質和技術風險;③鼓勵天然CO2資源開發及工業排放CO2捕集回收利用,以及增加三次采油用CO2的供應量;④提倡綜合能源體系,減少與重油生產相關的能耗;⑤增加技術開發、轉讓的投資,提高國內三次采油技術采收率。

1986年以來,美國各種三次采油技術實施項目都在減少,只有CO2混相驅項目數一直在穩定增加。這一方面是由于美國有十分豐富的天然CO2氣源,并在高油價下修建了3條輸送CO2管道,可以把CO2從產地直接輸送到CO2用地得克薩斯州;另一方面是由于CO2驅技術得到很快的發展,其成本大幅度下降,使一些較小的項目也有利可圖,從而促進了CO2驅的發展。到2008年,CO2混相驅項目數由1986年的38個增至100個,占三次采油總項目數的54%。

化學驅項目數在1986年達到高峰后處于快速下降階段,到2006年項目數減至0。隨著近年油價高速增長,美國又分別于2006年6月和2007年12月實施2個化學驅項目,只是目前沒有產量報道。

蒸汽驅項目數在1986年以前一直平穩增加,在1986年達到高峰 (181個)后緩慢下降。火燒油層項目發展一直很緩慢。

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

2008年調查的美國EOR項目數和產量均排世界第一。與2006年調查結果相比,項目數由154個增加到184個,增加的項目數主要是蒸汽驅 (由40個增加到45個)和CO2混相氣驅 (由80個增加到100個)。而產量則由649 322 bbl/d減少到646 111 bbl/d,減少3 211 bbl/d,產量減少主要是由于蒸汽驅和烴混相/非混相驅產量減少。

2.2 加拿大

加拿大以重油開采為主,現擁有國際一流的重油開采技術,如蒸汽輔助重力泄油 (SAGD)、溶劑泄油 (VAPEX)、火燒油藏 (Insitu Combustion)等。應用數量最多的是SAGD項目,大都用于油砂開采中。對于輕油主要采用注烴混相驅或非混相驅,主要是因為加拿大擁有豐富的天然氣資源,其原油性質又適合混相驅之故。Encana公司在Weybum油田進行的CO2混相驅被認為是世界上最大、最成功的減少CO2排放并提高采收率的項目。Talisman能源公司在 Turner Valley油田進行的氮氣三次采油項目,計劃投資1.5億美元進行3年的先導性試驗,以證明用注氮氣開采15%地質儲量的可能性。

2007年底,加拿大 EOR項目數和產量均排世界第二。與2006年調查結果相比,項目數由45個增加到49個,增加的項目數主要是蒸汽驅 (由12個升至14個)、CO2混相氣驅 (由6個升至7個)和化學驅 (由0個升至1個)。產量由200 354 bbl/d增加到405 722 bb/d,上升205 368 bbl/d,增加的產量主要來自于蒸汽驅、化學驅和CO2混相驅產量的增加。其中,CNRL公司于2006年在 Pelican Lake油田實施的聚合物驅產量達20 000 bbl/d。

2.3 委內瑞拉

2006年底,委內瑞拉石油探明儲量800×108bbl,其中約有70%是重質原油,重油中約70%儲量是1935年前后在奧利科諾地區發現的。委內瑞拉對于提高這部分高黏度重質原油采收率的方法主要是注蒸汽熱采,對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,委內瑞拉EOR項目數和產量均列世界第三,與2006年調查結果相比變化不大。項目數41個,產量365 578 bbl/d。其中,蒸汽驅38個,產量199 578 bbl/d;烴混相驅 3個,產量16.6×104bbl/d。可見,烴混相驅項目數雖然少,但產量卻很高。主要原因是委內瑞拉國家石油勘探開發公司于1996—1998年開始在Maturi Campo Mulata油田實施的注烴氣混相驅均獲得高產。

2.4 印度尼西亞

2007年底,印尼EOR產量列世界第四,為19×104bbl/d,約占該國石油總量的22.6%。但項目數只有2個,均為杜里油田的注蒸汽項目,其中一個項目的產量就達19×104bbl/d。

印尼杜里油田是世界上最大采用蒸汽驅動開發的油田。雪佛龍石油公司旗下加德士公司在杜里油田的作業中進行了熱采管理項目,在維持凈產量的同時,降低了燃料油的消耗和蒸汽注入量,并使用了地震數據確定蒸汽移動情況,進一步提高了儲層管理效率和采收率。

3 世界三次采油發展趨勢

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

圖3 世界三次采油發展趨勢

目前EOR產量對美國石油總產量的貢獻是12%,對世界石油總產量不到4%。未來在原油價格保持相對較高且非常穩定的情況下,將來 EOR產量占美國或全球其他任何國家的原油總產量的比例最高為18%。據預測,世界范圍內的EOR產量高峰很可能在全球石油總產量開始遞減30～35年之后出現,或在21世紀60年代出現。

在預測未來幾十年內 EOR產量占世界石油總產量比例持續增加情況下,有關專家在討論 EOR發展以及美國和加拿大未來EOR發展潛力時得出結論:世界豐富稠油資源決定了以蒸汽驅為主的熱采仍將是未來EOR的主要發展方向,注氣混相驅(美國的CO2和加拿大的烴類氣)要比其他 EOR方法增長得更快。

通過對世界三次采油技術的前期發展、現狀和未來發展趨勢的分析可以看出:世界范圍內,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,近年隨油價升高而有所增加;注CO2方法的使用則在擴大。根據我國油藏特征和注入流體適應性,在把化學驅定為我國東部油田提高采收率技術研究主攻方向的同時,還要縱觀全局、綜合考慮,借鑒國外先進成熟技術,發展我國除化學驅之外的三次采油技術,如加拿大和委內瑞拉的蒸汽驅和SAGD技術、美國的CO2混相驅技術,使其成為常規聚合物驅或復合驅的重要互補技術,以用于那些不能適用聚合物驅或復合驅的油藏提高原油采收率[6]。

我國非常重視三次采油技術的發展。1979年,我國將三次采油列為油田開發十大科學技術之一,揭開了我國三次采油發展的序幕。隨后的“七五”、“八五”和“九五”期間,國家對三次采油技術不僅重視室內研究,還安排許多現場試驗,使得我國部分三次采油技術達到了世界領先水平。由于缺乏足夠的氣源和我國油藏具體特征,我國主要發展了化學驅和熱力采油,氣驅和微生物驅基本處于室內研究和先導試驗階段。

我國在化學驅一些領域已達到國際先進水平。如聚合物驅油已形成完整的配套技術,并已在大慶、勝利等油田工業性推廣;復合驅油技術獲得重大突破,先導性試驗獲得成功[7]。

20世紀80年代至90年代,我國熱力驅技術發展經歷了蒸汽吞吐試驗階段、蒸汽吞吐推廣和蒸汽驅先導試驗階段以及蒸汽吞吐和蒸汽驅工業應用3個階段。目前蒸汽吞吐和蒸汽驅已成為我國稠油開采的主要方法。全國稠油產量主要來自遼河、新疆、勝利及河南4個油田。

另外,由于氣源問題,我國氣驅研究相對較晚,與國外相比還有很大差距。在微生物驅油技術方面,主要開展室內研究和礦場試驗。

自1996年起,我國原油三次采油產量上升很快。1996年為359×104t,2000年達到1 050×104t。此后,產量連續7年保持在1 000×104t以上。近年來,中國石化三次采油產量也穩步上升,2000—2007年,熱力驅增油量由165×104t增至364×104t,化學驅增油量由147×104t增至179×104t。

我國在三次采油提高采收率技術方面急需解決的問題是:

◇加強提高采收率新技術的基礎理論研究。主要課題包括改善注水采油技術提高采收率機理研究、化學驅油技術科學基礎研究、油氣藏流體變組分及變相態開發原理研究、稠油開采新技術科學基礎研究、微生物驅油技術科學原理研究。

◇開發新型提高采收率驅替劑。目前剩余儲量大都集中在高含水、低滲透、稠油、高溫高鹽油藏,非均質極強的碳酸鹽巖縫洞油藏等開采難度較大的地方,現有驅替劑已無法滿足進一步提高采收率需求。

◇針對復雜的油藏開發高效提高采收率的集成技術,每一項提高采收率技術都有其應用的局限性,結合不同技術的優勢,研究高效集成技術,是提高采收率又一個新的發展方向。

[1]徐艷梅.水驅-聚驅后氣水交替提高采收率研究.碩士學位論文[D].西南石油學院,2005.

[2]王學忠,王建勇.孤東油田地熱采油可行性研究[J].斷塊油氣藏,2008,15(1):126-127.

[3]林波,蒲萬芬,趙金洲,等.利用就地 CO2技術提高原油采收率[J].石油學報,2007,28(2):98-100.

[4]楊帆,李治平.油田綠色開采技術CO2驅油[J].內蒙古石油化工,2007(2):31-133.

[5]李永太,劉易非,唐長久.提高石油采收率原理和方法[J].西安石油大學,2007.

[6]焦正杰,李杰訓,魏立新.三元復合驅采出液的乳化與化學破乳[J].油氣田地面工程,2008,27(3):41.

[7]唐鋼.三元復合驅驅油效率影響因素研完[D].碩士學位論文.西南石油大學,2005.

1980—2030年世界石油需求和供應預測 單位:106bbl/d

趙平供稿

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

2010-03-28)