一帶一路一技術(shù)

隨著全球能源消費(fèi)的不斷增長(zhǎng)，常規(guī)油氣資源開發(fā)難度不斷增大，非常規(guī)油氣資源將成為未來油氣資源的重要替代油品。根據(jù)中石油編著的《全球油氣勘探開發(fā)形勢(shì)及油公司動(dòng)態(tài)（2018年）》，截至2017年，采用非常規(guī)油氣技術(shù)開采的剩余可采儲(chǔ)量為940億噸油當(dāng)量，占全球剩余可采儲(chǔ)量的24%，其中90%的非常規(guī)油氣技術(shù)可采資源集中在美洲地區(qū)，而美洲地區(qū)又多為重油、稠油。

稠油開發(fā)的關(guān)鍵是降低稠油粘度，降粘的方法有在稠油中摻入稀油，或提高稠油溫度，提高稠油井的產(chǎn)能，達(dá)到稠油油藏開發(fā)的產(chǎn)量指標(biāo)。在實(shí)際稠油油藏開發(fā)中，優(yōu)先選用提高溫度的熱采工藝，主要有以下傳統(tǒng)方式：蒸汽吞吐技術(shù)、蒸汽驅(qū)技術(shù)。但是，這些技術(shù)普遍存在著多輪次吞吐后操作成本增加、油汽比逐漸降低、油井含水率大幅度上升、大量的碳排放等缺點(diǎn)。

顛覆傳統(tǒng)的多元熱流體采油技術(shù)

為了克服傳統(tǒng)稠油增采技術(shù)的缺點(diǎn)，從2014年11月份至今，中石油CNODC中油銳思技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司聯(lián)合北京亦通石油科技有限公司共同研發(fā)，經(jīng)過多次論證，并在工程項(xiàng)目中多次驗(yàn)證，最終成功研發(fā)出了多元熱流體采油技術(shù)。

中石油CNODC海外板塊工程建設(shè)部與中國(guó)寰球工程公司針對(duì)我國(guó)首套多元熱流體出口設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行了HAZOP分析。經(jīng)過HAZOP分析，多元熱流體設(shè)備設(shè)計(jì)從危險(xiǎn)性與可操作性滿足國(guó)際油田現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

該技術(shù)的面世顛覆了傳統(tǒng)的技術(shù)手段，克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)，是油氣領(lǐng)域一個(gè)重大的技術(shù)突破。

多元熱流體采油技術(shù)共申請(qǐng)了9個(gè)國(guó)家發(fā)明專利，獲得6個(gè)發(fā)明專利，4個(gè)國(guó)際PCT專利保護(hù)（委內(nèi)瑞拉，中亞地區(qū)專利保護(hù)），其版權(quán)歸中油銳思和亦通石油共同所有。

那么何為多元熱流體采油技術(shù)呢？顧名思義，它實(shí)質(zhì)上是一種利用氣體(N2、CO2、水蒸氣)與蒸汽的協(xié)同效應(yīng)，通過加熱和氣體溶解降粘、氣體增壓、氣體擴(kuò)大加熱范圍和減小熱損失、氣體輔助原油重力驅(qū)等機(jī)理來開采原油，在地下形成泡沫油，增加原油膨脹系數(shù)，提高原油流動(dòng)性，并且在注入過程中實(shí)現(xiàn)了零碳排放。

多元熱流體技術(shù)原理及增產(chǎn)作用

多元熱流體技術(shù)的核心是多元熱流體發(fā)生器，它是在高壓密閉環(huán)境中使燃料和空氣充分燃燒，并使水氣化為水蒸汽，最終形成主要成分為氮?dú)?、二氧化碳和水蒸汽的多元熱流體，將其直接注入井下，并實(shí)現(xiàn)注入過程零碳排放。

多元熱流體技術(shù)裝備為撬裝化設(shè)備，相當(dāng)于一套蒸汽鍋爐、一套制氮機(jī)和一套二氧化碳收集裝置的綜合設(shè)備。其發(fā)生器工作原理如下：

正如上圖所示，多元熱流體采油技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種利用氣體(N2、CO2、水蒸氣)與蒸汽的協(xié)同效應(yīng)，通過加熱和氣體溶解降粘、氣體增壓、氣體擴(kuò)大加熱范圍和減小熱損失、氣體輔助原油重力驅(qū)等機(jī)理來開采原油，在地下形成泡沫油，增加原油膨脹系數(shù)，提高原油流動(dòng)性。具體而言，它的增產(chǎn)機(jī)理如下：

（1）加熱降粘作用

多元熱流體加熱降粘作用，采油指數(shù)和粘度比均隨著溫度增大而線性增大，二者之間具有很好的相關(guān)性。通過加熱降粘可以使稠油流動(dòng)性呈線性增大，產(chǎn)量也線性增大。

（2）溶解降粘作用

由于多元熱流體中含有大量的N2和CO2，氣體在較高壓力下溶解于原油可以降低原油粘度、提高原油膨脹系數(shù)。與原油相互作用形成泡沫油增加原油流動(dòng)性。

（3）增壓作用

在給定多元熱流體注入方案下，多元流體具有明顯的增壓作用，增壓貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋篘2＞蒸汽＞CO2。在形成不同高壓氣腔時(shí)，氣腔內(nèi)平均壓力可達(dá)0.2～2.0MPa，增壓效果明顯。

（4）擴(kuò)大波及體積作用

注多元熱流體后形成加熱腔大小是注蒸汽形成加熱腔的4倍以上。注入多元熱流體后氣體擴(kuò)散形成高壓區(qū)體積要明顯大于注蒸汽的高壓區(qū)，是其3倍以上，增壓效果非常明顯。

（5）減少油層熱量損失

多元熱流體中的N2和CO2懸浮在油層上方，保持油層溫度，減少溫度散失，為油層持續(xù)提供熱量，降低油藏粘度。

多元熱流體技術(shù)優(yōu)勢(shì)及落地哈薩克斯坦

與傳統(tǒng)的增采技術(shù)相比，多元熱流體技術(shù)具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其具體表現(xiàn)在：

（1）采收率高：兼具二氧化碳驅(qū)油、氮?dú)怛?qū)油和熱力采油的優(yōu)點(diǎn)，與普通熱力采油技術(shù)相比，可大幅提高產(chǎn)量；

（2）熱效率高：將燃料和空氣直接燃燒并將軟水直接汽化產(chǎn)生蒸汽，高溫高壓的二氧化碳、氮?dú)夂退羝苯幼⑷胗蛯?，熱效率高達(dá)97.5%以上；

（3）汽-油比低：產(chǎn)生的復(fù)合熱載體當(dāng)量與原油產(chǎn)量的比值低，目前部分應(yīng)用業(yè)績(jī)達(dá)到0.23:1，遠(yuǎn)低于蒸汽熱采的2~5:1；

（4）低碳排放：將所有燃燒產(chǎn)物均注入地層、油層，實(shí)現(xiàn)了注入過程零碳排放，變廢為寶的目的；

（5）工藝簡(jiǎn)單：與傳統(tǒng)蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、SAGD和火燒等熱采工藝相比，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備安裝高效便捷；

（6）見油快：多元熱流體試驗(yàn)井注汽時(shí)間、燜井時(shí)間、排水時(shí)間均低于蒸汽吞吐井，其排水時(shí)間僅為蒸汽吞吐井的1/5，有效提高了生產(chǎn)效率；

（7）水源要求：多元熱流體技術(shù)對(duì)于來水的指標(biāo)要求較寬，可以使用油田污水，從而降低稠油熱采成本。

正是基于多元熱流體技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，因而，近年來該技術(shù)已開始不斷的“走出國(guó)門”，尤其在一帶一路的油氣項(xiàng)目上更是率先應(yīng)用。

2018年3月，在中石油CNODC領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心與支持下，首套獨(dú)創(chuàng)多元熱采裝備正式落地于哈薩克斯坦油田，在中石油所屬的油田開展多元熱流體發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。

經(jīng)過1年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，共試驗(yàn)18井次，開井17口，措施前生產(chǎn)特征為高含水，措施后含水下降明顯。與措施前相比，平均單井日增油4.8噸，多元熱采階段性油氣比達(dá)到1.2，使用多元熱采新技術(shù)后高含水井含水平均下降20~30%。多元熱采新技術(shù)比傳統(tǒng)蒸汽吞吐技術(shù)具有更高的經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益。

具體而言，實(shí)施多元熱流體技術(shù)之后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)分別對(duì)比如下：

油氣比：試驗(yàn)井的總體加權(quán)平均油汽比大于1.13（至各井周期生產(chǎn)結(jié)束時(shí)油汽比要大于1.13，預(yù)計(jì)在1.2～1.3）。而在試驗(yàn)前，其平均油汽比僅為0.48。

年增油能力：采用多元熱流體技術(shù)的油井，其平均日產(chǎn)油為6.1噸，而傳統(tǒng)的蒸汽吞吐平均日產(chǎn)油僅為4.2噸。且多元熱流體發(fā)生器的年產(chǎn)油能力（年收入能力）是蒸汽鍋爐的1.47倍。

操作成本：按照2018年度實(shí)際發(fā)生費(fèi)用計(jì)算，多元熱流體實(shí)際操作費(fèi)用合計(jì)92.9萬美元；蒸汽吞吐實(shí)際操作費(fèi)合計(jì)45.2萬美元。

經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比：參照2018年度實(shí)際操作費(fèi)用對(duì)比，多元熱流體發(fā)生器操作成本高于蒸汽吞吐，但是多元熱流體累計(jì)年增油8591噸，凈利潤(rùn)比蒸汽吞吐高出101.8萬美元。

前景廣闊的多元熱流體技術(shù)

隨著一帶一路哈薩克斯坦多元熱采技術(shù)與裝備的成功應(yīng)用，為世界稠油開發(fā)打開了一條嶄新的高效環(huán)保之路。同時(shí)針對(duì)委內(nèi)瑞拉稠油帶，亦通石油與中油銳思共同研制適用于委內(nèi)瑞拉稠油帶的大型多元熱流體技術(shù)裝備，為委內(nèi)瑞拉稠油帶的開發(fā)提供了一種新的高效工藝，將會(huì)給委內(nèi)瑞拉帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院原總工程師、教授級(jí)高工劉文章教授對(duì)此技術(shù)裝備寄予于高度評(píng)價(jià)，他認(rèn)為多元熱流體采油技術(shù)已經(jīng)達(dá)到稠油熱采的工業(yè)化應(yīng)用的條件，多元熱流體技術(shù)裝備具有采收率高，熱效率高，注入過程實(shí)現(xiàn)零碳排放，對(duì)不同油藏增加采收率幅度在5%～20%之間。

石油專家對(duì)多元熱流體發(fā)生器與之配套的多元熱流體提高采收率技術(shù)在國(guó)內(nèi)外主要油田的適應(yīng)性進(jìn)行篩選評(píng)價(jià)認(rèn)為：預(yù)計(jì)可篩選出約450億噸儲(chǔ)量適合多元熱流體發(fā)生器配套提高采收率技術(shù)，以提高采收率5%計(jì)，增產(chǎn)原油22.5億噸，增加產(chǎn)值9450億美元（按照60美元/桶）。多元熱采新技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

我們的宗旨是讓石油開采更加高效、更加環(huán)保，讓碳排放更少，讓藍(lán)天更藍(lán)！