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论油田开发革命性的创新方向  

2014-08-05 12:04:52|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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论油田开发革命性的创新方向

油田开发的重大创新,应该是具有革命意义的。寻求这样的创新方向,应该考虑到它必须对油田开发的设计、油田开发过程的管理产生重要的影响,它必须引起油田开发过程中,油藏系统内部物质、能量、信息的运动发生重大的变化,它还必须使油田开发的全过程效率更高,资源利用更为合理,从而获得更大的经济效益。油田开发的重大创新,由于生产的社会化,不容易表现为个人行为,而应该是组织行为的结果。但是从重大创新方面的寻找,到整个实践过程,油田开发工作者可以充分发挥自己的作用,做出突出的贡献。

1        历史的回顾

    自从1859年现代石油工业的兴起,到20世纪末,一百多年以来,油田开发在技术上由于多次重大的创新活动,发生了革命性的变化。在19世纪和20世纪初,油田开发曾长时期处在衰竭开采方法的水平上。所谓衰竭开采方法,就是在开发过程中“靠天吃饭”,也就是人们利用天然能量,使原油从地层中流到井筒中,然后采出地面。当天然能量衰竭时,地层中的原油无法流到井筒中,于是开发宣告结束。这种开采方式通常也称为一次采油。一次采油的采收率为5%40%,绝大多数油田一般在8%12%[ 1]

    上个世纪的40年代,由于污水回注,导致了注水开发方式的产生,注水开发方式很快在世界范围内成为普遍工业性应用的主导开发方式。正是这一历史性变革使油田开发地质学趋于成熟,成为一个独立的学科[2]

注水开发方式,由于给地层补充了能量,使原油流到井筒中的能力大大加强,这种能力甚至经常影响到原油从井下上升到地面的能力,即“举升能力”。这种能力具有“驱动力”的作用,所以,注水开发方式往往被称为“水压驱动”。水压驱动的另外一层意义在于,注入水在很大程度上,在油层中取代了原油的位置,而在整个孔隙空间中,注入水取代原油的程度,或者说是原油被“驱出”的程度,则被称为驱油效率。

注水开发方式又被称为二次采油,对于一次采油来说,它是具有革命意义的重大创新,它在一次采油的基础上,往往可以使原油采收率提高20%30%,使最终采收率达到30%40%

在二次采油中,注入水又被称为“驱替介质”。而水作为驱替介质,它的驱油效率并不是最理想的。水在油层中流动,有驱油的一面,也有“洗油”的一面。而原油在孔隙壁(岩石颗粒表面)上往往由于分子力的作用而形成一层附着力很强的薄膜,这层薄膜常常不能为水所“洗掉”。油层中岩石颗粒表面或曰孔隙壁表面,从总体上看,展开以后的面积是惊人的,因此,油膜的总量折算成体积或质量,也是非常惊人的。 这就是驱油效率以及采收率不是很高,让人不能满意的重要原因。在日常生活中,把衣服浸在原油中,然后用常温下的清水(冷水)去清洗,其结果肯定是不能令人满意的。这个实例可以帮我们理解,为什么注水开发采收率仍然不够理想。

要提高驱油效率,是否可以从改变驱替介质的物理、化学性质方面着手呢?回答是肯定的。而正是遵循这个思路,人们做了多方面的实验和实践,形成了一系列创新的开发方法,并在油田开发实践中取得了成功。这就是被人们称为三次采油的开发方式。三次采油是油田开发技术上的又一具有革命意义的重大创新。

三次采油包括热力驱、化学驱和气驱三大类方法,20世纪末又兴起了微生物采油。三次采油和二次采油最本质的不同,就是驱替介质在理化性质上,完全不同于常规的注入水,以蒸汽驱为例,它使水的温度的提高,是提高驱油效率的最重要原因;至于火烧油层(层内燃烧),则利用燃烧中产生的各类气体(也包括水蒸汽)作为驱替介质,自然和常规注入水有极明显的质的不同。

三次采油方式往往同时兼顾了二次采油中注入水的波及程度问题。由于油层结构(宏观的与微观的)和油层中天然流体性质的非均质性,注入水并不能波及到油层中所有含油的部位,这就是说,注入水的波及程度不能达到100%。在二次采油中,通过开发管理、钻加密井以及对油水井进行某些工艺措施,可以使注入水的波及程度得到提高。但是改变驱替介质的性质,也同样可以在很大程度上,达到这样的目的。

2        我国在油田开发方面的重大创新

20世纪50年代末和60年代初,随着克拉玛依油田,尤其是大庆油田的投入开发,我国石油地质界提出了两个非常著名的口号,一是“我们的工作岗位在地下,斗争对象是油层”,二是在油田开发工作中“压力是灵魂”。前一个口号,把人们引导到对油层性质、流体性质的认识方面,让人们注意到对油藏结构和性质以及天然流体的性质与分布的研究,是非常关键的问题。后一个口号,则是对衰竭注采方式的批判,使人们注意到整个油藏直至井筒内压力分布的重要意义,明确提出了油田开发的“驱动力”问题,实际上这也是关系到如何提高开采效率的问题。

为了使油藏中的油气水,尤其是油的运动充满活力,在对“压力是灵魂”重要性认识的基础上,我国又提出了“保持压力开采”的开发方针。国外对油田开发应该不应该保持压力以及应该保持在什么压力水平上,众说纷纭,有的国外专家认为油层压力可以保持在很低的水平(相当于饱和压力的50%),还有国外专家根本不同意保持压力的提法,坚持主张采用衰竭法采油:先不花什么大力气,把油拿到手里再说。

    我国的油田工作者不主张衰竭式的采油方式,经过研究认为,衰竭式的开采,并不能充分利用天然能量,反而导致能量的浪费。而保持油层压力却可以保证天然能量充分发挥作用。我国提出,油层压力应根据油层结构与性质以及流体分布与性质,保持在一定水平上。定量研究的结果,认为大多数油藏应该保持在饱和压力附近。

    我国20世纪60年代开发的油藏,一般埋藏较浅,许多油藏属于高饱和油藏,也就是说,油层压力与饱和压力非常接近或者相等。而要将压力保持在饱和压力附近(或还要高一些),就须在油田开发初期即行注水。于是,我国又提出了油田开发“早期注水”的方针。

    油田开发的“早期注水”,是一项具有革命意义的创新,是我国对油田开发理论与实践具有革命意义的贡献。油田开发的“早期注水”的革命意义在于:这种开发方式,使二次采油在很大程度上(或是在整体意义上),取代了一次采油。我们也可以把这种开发方式理解为二次采油方式向一次采油方式的渗透、代替。用二次采油部分地或全部地取代一次采油,不简单地是程序上的调整和超越,还是油藏驱动方式的重大变革。

油田开发的“早期注水”,由于调整了整个开发过程的驱动方式,使我们获得了总体上较高的采油速度。在现代的开采业中,强化开采是一种重要的发展趋势。强化开采特别着眼于开采的速度,如果开采的速度提高了,假如原定于二十年内可以采完的量,能够在十年内采完,那么经济上总投入量的降低,以及全过程经济效益的提高,都将是十分巨大的。二次采油和一次采油的“同时进行”无疑大大缩短了油田开发全过程的时间,而一切的节约,归根到底无不表现为时间的节约。

    由于开发全过程时间的缩短,提高了油井的利用效率。一般地,生产井都有一定的寿命,当生产井的寿命结束时,钻更新井将是难以避免的。如果一次采油完毕,再进行二次采油,由于时间拖长,工程报废井的大量出现,将会使钻更新井的数量和费用大大提高。但是,油田开发的“早期注水”会使这类问题得以避免。

    油田开发的“早期注水”,在油田开发初期将会发生一次采油不存在的有关注水系统建设的投入,但是这种投入就是在一次采油和二次采油分开进行时,也是要发生的,只不过发生的晚一些而已。重要的是,油田开发的“早期注水”,在开发方案的设计上,是将一次采油和二次采油的井网以及地面油田建设综合考虑的,这样反而可以做到尽量节约钻井的以及油田地面建设的费用,并且避免了重复投资。

    油田开发的“早期注水”,对我国石油工业的发展起了积极作用,广泛地为我国各油区、各油田所采用,使我们获得了巨大的经济效益,保证了我们对石油的高速高效开发,并且对我国石油产量的稳步增长做出了贡献。

3 今后油田开发革命性的创新方向是早期开展三次采油

    油田开发伊始,就采用三次采油方式的实例,是很多的。例如很多稠油油藏,开发伊始就采用了热力驱,先是进行蒸汽吞吐,然后转入正常的蒸汽驱采油。在国外,有的油藏,开发伊始就采用火烧油层(层内燃烧)的开采方式[4]。但是这些情况大都是由于油藏的天然能量不足以驱动原油从油层流入到井筒,一次采油的条件根本不具备。对于二次采油来说,二次采油补充提供的能量,同样不能很好地满足对于原油的驱动。这是“不得以而为之”的一种情况,应属于特例。

    就一般常规黑油油藏的开发来说,早期开展三次采油,例如在油田投入注水开发的一、二年或是三年以内启动三次采油(这时一般油藏的采出程度将小于5%,最大也不超过8%),也将不是简单地开发程序上的调整和超越,而是最佳驱油机理的早期运用。它的革命性意义类似二次采油对一次采油的取代。但实际情况是它的意义在很大程度上要超过二次采油对一次采油的取代。这是因为:二次采油的后期,油藏上暴露出的问题和矛盾太尖锐、太复杂,而这些尖锐复杂的矛盾常导致对三次采油的经济效益上的否定。

    我国注水开发的老油田,大部分都经历了20年甚至30年以上的开发历程,有些进入注水开发后期的油藏,生产井数不及总井数的三分之一,因为长期的工作,使生产井大批报废,而且以工程报废为主。油藏上目前尚能坚持生产的井,有的濒临报废边缘,有的“带病”生产,几乎完全不能满足三次采油的需要。面对许多注水开发后期的老油藏,若欲开展三次采油,再钻一套三次采油井网几乎是不可避免的,这部分钻井费用以及地面为适应三次采油而进行的油田建设费用将是巨大的和惊人的。尽管三次采油可以使采收率再提高8%20%,但考虑到投入的巨大,任何决策者都会决心难下,止步不前。

    我国绝大多数注水开发即将结束的老油田,都并没有开展三次采油,这是为什么?是因为这在经济上不合算,也许,数量可观的注水开发油藏,注水开发结束之时,也就是油藏“寿终正寝”之时。原本地下通过三次采油方式可以采出的那部分剩余油,也只好变成水中月,镜中花,在那里永远剩余下去了。

    早期开展三次采油,在最大程度地提高油井利用效率,最大程度地提高采油速度,最大程度地提高自然资源的合理利用程度,最大程度地缩短整体开发年限,最大程度地节约投资等等方面,显然比“早期注水”,更为迫切和重要。

    根据多方面的研究和矿场资料证明,三次采油开始得越早,其效果也就越好,这里所说的效果包括两方面,一是单位时间内取得增产最大,二是能获得更为理想的原油采收率。具体的实例很多,这里就不一一列举了[5]。总之,实验室内的实验和矿场实践无不强有力地支持早期开展三次采油的提法和观点。现在甚至可以说,早期开展三次采油的道理和好处,已谈不上复杂,但在真正把它作为油田开发革命的创新方向方面,则并没有达成共识。这一点,最令人深切地感到遗憾。

早期开展三次采油,作为油田开发革命性的创新方向和创新活动,只有依靠社会生产组织的力量才能开展和完成。尽管它对注水开发接近完毕的油田已经没有更大的意义了,但对大多数注水开发时间不长的油田,尤其是刚投入开发以及即将投入开发的油田,意义重大。

早期开展三次采油,在技术上有更多更严格的要求,难度是比较大的,这也许也是令人不敢把它确定为创新方向的原因,它的技术要求主要有以下各点。

首先,早期开展三次采油的油藏,必须从探井和评价井中获取适量的岩心,以供室内大量的实验取用。所谓适量的岩心,可能比满足一般注水开发设计所需的数量更大。

其次,对油藏描述的要求,仅满足给出油藏系统内储集层物性参数的分布是远远不够的,还必须在投入开发之前的有限时间内,对储集层的敏感性(酸敏、碱敏、水敏、有关其他化学剂的敏感性问题)进行充分细致的研究和评价。

第三,在开发方案产生之前的较短时间内,实验室必须进行大量的不同驱替介质、不同驱替方式(及其组合)的实验,根据油层与流体的性质,确定驱替介质类型、配方,提出驱替段塞的尺寸与组合。

第四,要在较短时间内完成注水开发的数值模拟,同时还要完成化学驱、气驱或热力驱等有关的数值模拟,以便给开发方案的制定提供依据。

第五,编制开发方案的立足点,已不能为注水开发所限制,必须将二次采油与三次采油加以综合考虑。这无论在井网部署上,在驱替介质选择上,在开发过程注入段塞的安排上,在动态监测方案的编制上,在地面工程建设上,在开发过程的油田管理上,都提出了更新、更高、更严的要求。

早期开展三次采油,不仅在技术上更加复杂,在研究的要求上更为严格,而且要求大量的工作要在很短的时间内完成,否则将影响开发方案的编制,延迟油田投入开发的时间。这一切都将是这种创新的难点和关键所在。也许,就难点来说,还远不止以上提到的这些。但是,所有这些难点,在新的世纪里都将被解决和克服,我们有理由相信,作为油田开发革命性的创新活动,我国还能走在世界的前列。在这个新的世纪里,我们有可能使早期开展三次采油成为普遍工业性应用的主导的开发方式,这样我国就将做出在石油工业发展史上更为突出、更为辉煌的贡献。

参考文献

[1]   . 21世纪的油田开发[J]. 新疆石油地质,1997182):184-188.

[2]   . 发展三次采油的战略意义及决策要求[J]. 油气采收率技术,199744):1-6.

[3]   . 三次采油在石油工业发展中的战略地位[J]. 中国能源,1997,(9):17-19.

[4]   .准噶尔盆地西北缘火烧油层技术的发展和应用前景[J]. 新疆石油地质,1995164):362-367.

[5] 马世煜. 聚合物驱实用工程方法[M]. 北京:石油工业出版社,1995.41-44.

 

                             2001-02-27

 

 

 

 

 

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