世界三次采油现状及发展趋势

眭纯华 厉华 毕新忠 (胜利油田孤东采油厂地质所)

世界三次采油现状及发展趋势

眭纯华 厉华 毕新忠 (胜利油田孤东采油厂地质所)

三次采油技术是一项能够利用物理、化学和生物等新技术提高原油采收率的重要油田开发技术。在过去数十年内,美国、加拿大和委内瑞拉等石油大国都把如何提高原油采油率作为研究工作的重点。随着社会经济持续快速增长,我国对油气需求量也不断增加。因此,运用三次采油技术来提高原油采收率,是减缓我国多数油田产量递减速度、维持原油稳产的战略需要。

三次采油 化学驱 注气驱热力驱 生物驱

1 世界三次采油发展现状

目前,世界上已形成三次采油的四大技术系列,即化学驱、气驱、热力驱和微生物驱。其中化学驱包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱及其复配的二元、三元复合驱、泡沫驱等;气驱包括CO2混相/非混相驱、氮气驱、烃类气驱和烟道气驱等;热力驱包括蒸汽吞吐、热水驱、蒸汽驱和火烧油层等;微生物驱包括微生物调剖或微生物驱油等。四大三次采油技术中,有的已形成工业化应用,有的正在开展先导性矿场试验,有的还处于理论研究之中[1]。

运用三次采油技术来提高原油采收率(EOR),是减缓我国多数油田产量递减速度、保持原油稳产的战略需要。

1.1 化学驱

自20世纪80年代美国化学驱达到高峰以后的近20多年内,化学驱在美国运用越来越少,但在中国却得到了成功应用。中国化学驱技术已代表世界先进水平,其中聚合物驱技术于1996年形成工业化应用;“十五”期间大庆油田形成了以烷基苯磺酸盐为主剂的“碱+聚合物+表面活性剂”三元复合驱技术,胜利油田形成“聚合物+表面活性剂”的无碱二元复合驱技术;目前,已开展“碱+聚合物+表面活性剂+天然气”泡沫复合驱室内研究和矿场试验。

1.2 热力驱

最早于20世纪50年代运用于委内瑞拉稠油开采的热力驱技术为蒸汽吞吐,因蒸汽吞吐效果逐渐降低,蒸汽驱和火烧油层成为主要接替方法。目前蒸汽驱技术已成为世界上大规模工业化应用的热采技术[2]。为了提高热效应,国外近年来开发的稠油开采先进技术有水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)和电磁波热采技术。SAGD已成为国际开发超稠油的一项成熟技术,而电磁波热采技术被认为是未进行蒸汽驱油区的最好替代方法,但在巴西试验的效果不如注蒸汽。

1.3 注气驱

20世纪70年代,注烃类气驱主要在加拿大获成功应用。到80年代,CO2混相驱成为美国最重要的三次采油方法。氮气或烟道气技术应用较少[3]。

1.4 微生物驱

国外微生物驱基本处于室内研究和先导试验阶段。经过多年的发展,微生物清蜡和降低稠油黏度、微生物选择性封堵地层、微生物吞吐及微生物强化驱等已成为成熟的EOR技术。微生物驱油已成为继传统的热采、化学驱、气驱之后第四大类EOR方法。微生物驱油技术的发展主要有三个方向:微生物增效水驱、激活油藏微生物驱、微生物调剖驱油。

2007年底世界三次采油项目数和产量所占比例见图1和图2。

图1 2007年度EOR项目数分类百分比

由图1看出,2007年世界范围内 EOR项目中,项目数排第一位的是蒸汽驱,占总项目数39.3%;第二位是 CO2混相驱,占29.9%;第三位是烃混相/非混相驱,占10.5%。

从图2看出,2007年底世界EOR产量约182×104bbl/d(1 bbl/d=0.159 m3),产量主要来自蒸汽驱、烃混相/非混相驱和CO2混相驱,这3项产量和约为 172×104bbl/d,占总 EOR产量94.7%。其中,产量排第一位的是蒸汽驱,占EOR总产量65.6%;第二位是烃混相/非混相驱,占14.9%,第三位CO2混相驱,占14.2%。

图2 2007年底世界EOR产量分类百分比

至2007年底,在世界范围内计划的EOR项目共有32个,其中CO2混相项目数12个,CO2非混相4个,这类项目基本都在美国;蒸汽驱7个,火烧油层1个;聚合物驱6个,表面活性剂-聚合物驱2个。与2005年底计划的EOR项目数相比,聚合物驱数有明显增加,由2个增加到6个,计划实施聚合物驱的新增国家有巴西、阿根廷和德国,它们分别计划于2008年、2009年以及2010年开始实施聚合物驱。从计划项目的经营公司和技术类型可见,美国仍然是未来 EOR项目的积极倡导者和实施者。未来最具有发展前景的EOR项目是CO2混相/非混相驱,占计划 EOR项目的50%。随着油价高位运行,化学驱呈现较好发展前景[4]。

2 世界主要国家三次采油基本情况

2.1 美国

美国是世界上三次采油技术发展最快的国家。在美国,任何三次采油技术推广使用的时机是由油价、政治经济形势以及美国国家政策和税率决定的。美国三次采油技术最早可追溯到20世纪初期,但最初发展并不快。其从研究到试验真正受到重视是从1973年阿拉伯石油禁运开始的,把通过三次采油来提高采收率作为美国能源政策的一部分,并对三次采油项目给予特殊的优惠政策,使三次采油技术的研究和应用得到迅速发展[5]。

美国三次采油技术实施过程中,政府采取的政策和激励措施主要有:①采取各种联邦或州政府可选择的消除风险措施,即降低与三次采油相关的金融和投资障碍;②积极开展研究和现场试验,降低三次采油地质和技术风险;③鼓励天然CO2资源开发及工业排放CO2捕集回收利用,以及增加三次采油用CO2的供应量;④提倡综合能源体系,减少与重油生产相关的能耗;⑤增加技术开发、转让的投资,提高国内三次采油技术采收率。

1986年以来,美国各种三次采油技术实施项目都在减少,只有CO2混相驱项目数一直在稳定增加。这一方面是由于美国有十分丰富的天然CO2气源,并在高油价下修建了3条输送CO2管道,可以把CO2从产地直接输送到CO2用地得克萨斯州;另一方面是由于CO2驱技术得到很快的发展,其成本大幅度下降,使一些较小的项目也有利可图,从而促进了CO2驱的发展。到2008年,CO2混相驱项目数由1986年的38个增至100个,占三次采油总项目数的54%。

化学驱项目数在1986年达到高峰后处于快速下降阶段,到2006年项目数减至0。随着近年油价高速增长,美国又分别于2006年6月和2007年12月实施2个化学驱项目,只是目前没有产量报道。

蒸汽驱项目数在1986年以前一直平稳增加,在1986年达到高峰 (181个)后缓慢下降。火烧油层项目发展一直很缓慢。

上世纪70年代和80年代美国三次采油产量均呈加速发展趋势,到1992年达到高峰 (760 907 bbl/d)。近几年有所下降,这主要是加州蒸汽产量减少的缘故。虽然EOR产量有所减少,但与项目数的明显下降相比要平缓得多,说明单一项目的产量已大幅提高。

2008年调查的美国EOR项目数和产量均排世界第一。与2006年调查结果相比,项目数由154个增加到184个,增加的项目数主要是蒸汽驱 (由40个增加到45个)和CO2混相气驱 (由80个增加到100个)。而产量则由649 322 bbl/d减少到646 111 bbl/d,减少3 211 bbl/d,产量减少主要是由于蒸汽驱和烃混相/非混相驱产量减少。

2.2 加拿大

加拿大以重油开采为主,现拥有国际一流的重油开采技术,如蒸汽辅助重力泄油 (SAGD)、溶剂泄油 (VAPEX)、火烧油藏 (Insitu Combustion)等。应用数量最多的是SAGD项目,大都用于油砂开采中。对于轻油主要采用注烃混相驱或非混相驱,主要是因为加拿大拥有丰富的天然气资源,其原油性质又适合混相驱之故。Encana公司在Weybum油田进行的CO2混相驱被认为是世界上最大、最成功的减少CO2排放并提高采收率的项目。Talisman能源公司在 Turner Valley油田进行的氮气三次采油项目,计划投资1.5亿美元进行3年的先导性试验,以证明用注氮气开采15%地质储量的可能性。

2007年底,加拿大 EOR项目数和产量均排世界第二。与2006年调查结果相比,项目数由45个增加到49个,增加的项目数主要是蒸汽驱 (由12个升至14个)、CO2混相气驱 (由6个升至7个)和化学驱 (由0个升至1个)。产量由200 354 bbl/d增加到405 722 bb/d,上升205 368 bbl/d,增加的产量主要来自于蒸汽驱、化学驱和CO2混相驱产量的增加。其中,CNRL公司于2006年在 Pelican Lake油田实施的聚合物驱产量达20 000 bbl/d。

2.3 委内瑞拉

2006年底,委内瑞拉石油探明储量800×108bbl,其中约有70%是重质原油,重油中约70%储量是1935年前后在奥利科诺地区发现的。委内瑞拉对于提高这部分高黏度重质原油采收率的方法主要是注蒸汽热采,对于低黏度原油的主要方法则是采取交替注水和注烃类气体。

2007年底,委内瑞拉EOR项目数和产量均列世界第三,与2006年调查结果相比变化不大。项目数41个,产量365 578 bbl/d。其中,蒸汽驱38个,产量199 578 bbl/d;烃混相驱 3个,产量16.6×104bbl/d。可见,烃混相驱项目数虽然少,但产量却很高。主要原因是委内瑞拉国家石油勘探开发公司于1996—1998年开始在Maturi Campo Mulata油田实施的注烃气混相驱均获得高产。

2.4 印度尼西亚

2007年底,印尼EOR产量列世界第四,为19×104bbl/d,约占该国石油总量的22.6%。但项目数只有2个,均为杜里油田的注蒸汽项目,其中一个项目的产量就达19×104bbl/d。

印尼杜里油田是世界上最大采用蒸汽驱动开发的油田。雪佛龙石油公司旗下加德士公司在杜里油田的作业中进行了热采管理项目,在维持净产量的同时,降低了燃料油的消耗和蒸汽注入量,并使用了地震数据确定蒸汽移动情况,进一步提高了储层管理效率和采收率。

3 世界三次采油发展趋势

国际能源署对2030年前世界EOR产量所做预测见图3。2005—2030年,世界 EOR产量占石油总产量的比例不断增加。通过 EOR技术的不断发展,EOR产量占石油总产量的比例将由目前的不足3%(产量主要来自热采和混相气驱)增加到2030年的15%～20%。

图3 世界三次采油发展趋势

目前EOR产量对美国石油总产量的贡献是12%,对世界石油总产量不到4%。未来在原油价格保持相对较高且非常稳定的情况下,将来 EOR产量占美国或全球其他任何国家的原油总产量的比例最高为18%。据预测,世界范围内的EOR产量高峰很可能在全球石油总产量开始递减30～35年之后出现,或在21世纪60年代出现。

在预测未来几十年内 EOR产量占世界石油总产量比例持续增加情况下,有关专家在讨论 EOR发展以及美国和加拿大未来EOR发展潜力时得出结论:世界丰富稠油资源决定了以蒸汽驱为主的热采仍将是未来EOR的主要发展方向,注气混相驱(美国的CO2和加拿大的烃类气)要比其他 EOR方法增长得更快。

通过对世界三次采油技术的前期发展、现状和未来发展趋势的分析可以看出:世界范围内,以注蒸汽为主体的热采是三次采油的主要方法;注聚合物方法的使用在急剧减少,近年随油价升高而有所增加;注CO2方法的使用则在扩大。根据我国油藏特征和注入流体适应性,在把化学驱定为我国东部油田提高采收率技术研究主攻方向的同时,还要纵观全局、综合考虑,借鉴国外先进成熟技术,发展我国除化学驱之外的三次采油技术,如加拿大和委内瑞拉的蒸汽驱和SAGD技术、美国的CO2混相驱技术,使其成为常规聚合物驱或复合驱的重要互补技术,以用于那些不能适用聚合物驱或复合驱的油藏提高原油采收率[6]。

我国非常重视三次采油技术的发展。1979年,我国将三次采油列为油田开发十大科学技术之一,揭开了我国三次采油发展的序幕。随后的“七五”、“八五”和“九五”期间,国家对三次采油技术不仅重视室内研究,还安排许多现场试验,使得我国部分三次采油技术达到了世界领先水平。由于缺乏足够的气源和我国油藏具体特征,我国主要发展了化学驱和热力采油,气驱和微生物驱基本处于室内研究和先导试验阶段。

我国在化学驱一些领域已达到国际先进水平。如聚合物驱油已形成完整的配套技术,并已在大庆、胜利等油田工业性推广;复合驱油技术获得重大突破,先导性试验获得成功[7]。

20世纪80年代至90年代,我国热力驱技术发展经历了蒸汽吞吐试验阶段、蒸汽吞吐推广和蒸汽驱先导试验阶段以及蒸汽吞吐和蒸汽驱工业应用3个阶段。目前蒸汽吞吐和蒸汽驱已成为我国稠油开采的主要方法。全国稠油产量主要来自辽河、新疆、胜利及河南4个油田。

另外,由于气源问题,我国气驱研究相对较晚,与国外相比还有很大差距。在微生物驱油技术方面,主要开展室内研究和矿场试验。

自1996年起,我国原油三次采油产量上升很快。1996年为359×104t,2000年达到1 050×104t。此后,产量连续7年保持在1 000×104t以上。近年来,中国石化三次采油产量也稳步上升,2000—2007年,热力驱增油量由165×104t增至364×104t,化学驱增油量由147×104t增至179×104t。

我国在三次采油提高采收率技术方面急需解决的问题是:

◇加强提高采收率新技术的基础理论研究。主要课题包括改善注水采油技术提高采收率机理研究、化学驱油技术科学基础研究、油气藏流体变组分及变相态开发原理研究、稠油开采新技术科学基础研究、微生物驱油技术科学原理研究。

◇开发新型提高采收率驱替剂。目前剩余储量大都集中在高含水、低渗透、稠油、高温高盐油藏,非均质极强的碳酸盐岩缝洞油藏等开采难度较大的地方,现有驱替剂已无法满足进一步提高采收率需求。

◇针对复杂的油藏开发高效提高采收率的集成技术,每一项提高采收率技术都有其应用的局限性,结合不同技术的优势,研究高效集成技术,是提高采收率又一个新的发展方向。

[1]徐艳梅.水驱-聚驱后气水交替提高采收率研究.硕士学位论文[D].西南石油学院,2005.

[2]王学忠,王建勇.孤东油田地热采油可行性研究[J].断块油气藏,2008,15(1):126-127.

[3]林波,蒲万芬,赵金洲,等.利用就地 CO2技术提高原油采收率[J].石油学报,2007,28(2):98-100.

[4]杨帆,李治平.油田绿色开采技术CO2驱油[J].内蒙古石油化工,2007(2):31-133.

[5]李永太,刘易非,唐长久.提高石油采收率原理和方法[J].西安石油大学,2007.

[6]焦正杰,李杰训,魏立新.三元复合驱采出液的乳化与化学破乳[J].油气田地面工程,2008,27(3):41.

[7]唐钢.三元复合驱驱油效率影响因素研完[D].硕士学位论文.西南石油大学,2005.

1980—2030年世界石油需求和供应预测 单位:106bbl/d

赵平供稿

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

2010-03-28)