解稠油開采之愁

□ 李 娜

國家科技進(jìn)步一等獎“超深井超稠油高效化學(xué)降黏技術(shù)研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用”不僅為塔里木數(shù)十億噸稠油儲量的動用開辟了一條新途徑，也為國內(nèi)外同類油藏的開采提供了借簽。

1月9日，從北京傳來喜訊，西北油田“超深井超稠油高效化學(xué)降黏技術(shù)研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用”項目榮獲國家科技進(jìn)步一等獎。

消息傳開，茫茫戈壁沸騰了。

“在稠油開采領(lǐng)域，這可是一項重大突破啊。”西北油田分公司負(fù)責(zé)人說，“超深井超稠油高效化學(xué)降黏技術(shù)的研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用，不僅為塔里木數(shù)十億噸稠油儲量的動用開辟了一條新途徑，也為國內(nèi)外同類油藏的開采提供了借簽。”

□ 2014年7月28日，國家科技進(jìn)步獎項目考察組一行在塔河油田考察。李俊杰 攝

揭開超稠油致黏的“面紗”

西北油田的超深井，到底有多深？按照石油行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)，超過4000米深度的油井就被定義為超深井，西北油田最深的超稠油卻埋藏在7000米的地下。而東部油田的稠油油藏埋深一般都小于3000米，業(yè)內(nèi)甚至有專家認(rèn)為7000米深處的地下不可能有稠油油藏。

□ 崗位工人和技術(shù)人員緊盯摻稀異常井不放松。郝光燦 攝

西北油田的超稠油，到底有多稠？這里的超稠油在常溫狀態(tài)下是呈瀝青狀的，它的黏度是勝利、遼河、克拉瑪依等稠油油田，以及國外主要稠油油田黏度的數(shù)十倍到數(shù)百倍。生產(chǎn)過程中超稠油從地層流入井筒后，隨著溫度降低，黏度不斷增加，上升到地下3000米左右后，超稠油就變得像瀝青一樣，失去流動性，從而無法采出。

想要把瀝青一樣的稠油從地下開采出來，難度可想而知。再加上埋藏深、含鹽量高、含硫化氫量高等特性，此類超深層稠油開采被公認(rèn)為世界級難題。

然而，世界級難題并沒有成為西北油田專家和技術(shù)人員的攔路虎，反而更加激發(fā)了大家揭開稠油“神秘面紗”的動力。他們沒有因此退縮，而是迎難而上，在超深超稠油開采的道路上砥礪前行。

在項目組召開的“塔河油田超稠油致黏機(jī)理”研討大會上，來自石油化工科學(xué)研究院、中國石油大學(xué)（北京）、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、中科院廣州地球化學(xué)研究所等多個科研院所的10余位石油化學(xué)專家學(xué)者，展開了深入討論。

經(jīng)過討論，各方專家大致持兩種觀點(diǎn)，一是超稠油致黏機(jī)理與普通稠油一致，均由于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在；二是超稠油致黏機(jī)理有別于普通稠油。

理念的分歧，引來了更激烈的討論。技術(shù)團(tuán)隊依托各家優(yōu)勢，從稠油成因、成分組成、煉化認(rèn)識等多方面入手，通過綜合研究認(rèn)為：超稠油致黏機(jī)理確實是由于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在而導(dǎo)致，同時更是由于異常超高的金屬、非金屬元素促成的分子間更強(qiáng)的強(qiáng)黏彈性空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的存在。

這一成果，豐富了稠油膠體體系理論，奠定了超稠油高效化學(xué)降黏技術(shù)研發(fā)的理論基礎(chǔ)，填補(bǔ)了我國對高含瀝青質(zhì)超稠油基礎(chǔ)性質(zhì)系統(tǒng)研究的技術(shù)空白，為指導(dǎo)稠油降黏指明了攻關(guān)方向。超深超稠油的“面紗”被技術(shù)團(tuán)隊一層層揭開。從此，地下7000米的稠油不再“神秘”。

化學(xué)降黏，讓稠油不再“愁人”

2007年，塔河10區(qū)和12區(qū)勘探取得突破，試采過程出現(xiàn)井筒堵塞問題，常規(guī)稠油開采手段難以滿足生產(chǎn)需要，亟待科研團(tuán)隊進(jìn)行攻關(guān)，技術(shù)人員通過技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場試驗，最終將降黏方式鎖定為化學(xué)降黏。

“雖然確定了化學(xué)降黏的開采方式，但是把這個方法具體運(yùn)用到現(xiàn)場過程中的每一個細(xì)節(jié)，也并非一件容易的事。我們在這個過程中遇到了很多困難，這些困難一次次地挑戰(zhàn)著我們的智商極限。”項目組技術(shù)人員說道。

2009年10月，技術(shù)人員將研發(fā)的水溶性乳化降黏推廣至稠油黏度更大的10區(qū)、12區(qū)，先期試驗5口井。試驗進(jìn)行到第三天，TH10408、TH10319、TH12506、TH12129CH、TH12116這5口井相繼發(fā)生稠油上返，油井發(fā)生堵塞事故。

室內(nèi)效果明顯，現(xiàn)場試驗卻失敗了，對于技術(shù)團(tuán)隊來講，猶如當(dāng)頭一棒。難道水溶性降黏不適用于西北油田？

技術(shù)團(tuán)隊立即召開失敗原因分析會，經(jīng)過各節(jié)點(diǎn)分析討論，發(fā)現(xiàn)問題所在：室內(nèi)可以攪拌充分，現(xiàn)場舉升過程無法攪拌實現(xiàn)，導(dǎo)致藥劑與超稠油無法均勻混合形成水包油乳狀液。

項目組針對問題要害，通過半年技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了井下葉輪自動旋轉(zhuǎn)降黏器專用裝置和尾管懸掛專用裝置，解決了無法有效乳化的問題。

針對西北油田稠油黏度超高、地層水礦化度超高的問題，項目組通過查閱資料、認(rèn)真分析、多次試驗，研究開發(fā)了油溶性、水溶性和復(fù)合型三類降黏劑。

此外，技術(shù)團(tuán)隊還針對超深超稠油化學(xué)降黏加注工藝復(fù)雜、提效技術(shù)缺乏、舉升效率低、工業(yè)化轉(zhuǎn)化過程難度大等問題，針對不同稠油黏度、不同含水階段的差異，研究開發(fā)并確定了相應(yīng)的降黏劑種類、配方和加注配比，并根據(jù)各種降黏劑特點(diǎn)，開發(fā)了專用的舉升工藝及設(shè)備。

超稠油集輸處理，留住一片碧水藍(lán)天

既然是“兩超三高”的超稠油，自然不適用于常規(guī)的輸送方式。在原油輸送過程中，僅高含硫化氫這一項，就愁壞了技術(shù)人員。

硫化氫有很強(qiáng)的毒性，濃度達(dá)到2000ppm時，吸一口氣立即死亡，即出現(xiàn)所謂的“閃電樣”中毒。西北油田的超稠油硫化氫平均濃度是6667ppm。因此，這種超稠油的高效開發(fā)，就不能簡單地理解為把超稠油高效采出地面，還要保證超稠油能夠安全高效地集輸運(yùn)送到煉油廠。

此外，西北油田的主體區(qū)塊地處我國最長內(nèi)陸河——塔里木河兩岸國家一級重點(diǎn)原始胡楊林保護(hù)區(qū)。少數(shù)民族人口集中、生態(tài)環(huán)境脆弱，再加上油質(zhì)超稠，具有高含硫化氫、高礦化度的特點(diǎn)，油氣開發(fā)中哪怕有絲毫疏漏，都會對生態(tài)環(huán)境帶來不可逆轉(zhuǎn)的影響。

“超稠油在輸送過程中必須絕對密閉，處理中必須深度脫硫、高效脫水。”技術(shù)團(tuán)隊人員深感責(zé)任重大。

為解決集輸處理技術(shù)的難題，西北油田根據(jù)“綠色”開發(fā)和安全開發(fā)的要求，首次建立了超稠油水平管流數(shù)值模型，研發(fā)了基于模擬仿真技術(shù)的信息化、可視化、自動化技術(shù)集成，形成了高含硫化氫稠油智能化密閉集輸技術(shù)，實現(xiàn)了安全高效集輸，各項指標(biāo)國內(nèi)領(lǐng)先。

西北油田成功研發(fā)了超稠油高效脫水技術(shù)，解決了乳化稠油脫水的國際性難題。創(chuàng)新集成了抗鹽化學(xué)破乳劑、高溫沉降、超聲波復(fù)合脫水技術(shù)，將超稠油含水指標(biāo)控制在0.5%的優(yōu)質(zhì)原油指標(biāo)以內(nèi)。為避免對生態(tài)環(huán)境的污染，西北油田采用重力沉降、壓力聚結(jié)除油、多級過濾等產(chǎn)出水處理工藝，產(chǎn)出水處理后達(dá)到回注指標(biāo)，用于油井注水增壓增產(chǎn)，實現(xiàn)了油田污水零排放。

西北油田還自主創(chuàng)新了負(fù)壓氣提深度脫硫及自循環(huán)硫黃回收技術(shù)，解決了硫化氫在高黏超稠油中滯留的難題。超稠油中硫化氫殘留量小于10ppm，硫回收率99.95%，提高了原油品質(zhì)，保障了塔里木河流域脆弱的生態(tài)環(huán)境和人身安全。

開采出的超稠油經(jīng)過處理后，密度、水含量、有機(jī)氯含量、硫含量均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。塔河煉化、洛陽石化等下游用戶自檢結(jié)果表明，化學(xué)降黏生產(chǎn)的超稠油各項指標(biāo)均達(dá)到企業(yè)安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。