解稠油開(kāi)采之愁

□ 李 娜

國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)“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(chǔ)量的動(dòng)用開(kāi)辟了一條新途徑，也為國(guó)內(nèi)外同類油藏的開(kāi)采提供了借簽。

1月9日，從北京傳來(lái)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(xiàng)目榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

消息傳開(kāi)，茫茫戈壁沸騰了。

“在稠油開(kāi)采領(lǐng)域，這可是一項(xiàng)重大突破啊?！蔽鞅庇吞锓止矩?fù)責(zé)人說(shuō)，“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(chǔ)量的動(dòng)用開(kāi)辟了一條新途徑，也為國(guó)內(nèi)外同類油藏的開(kāi)采提供了借簽。”

□ 2014年7月28日，國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)目考察組一行在塔河油田考察。李俊杰 攝

揭開(kāi)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(guò)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(guó)外主要稠油油田黏度的數(shù)十倍到數(shù)百倍。生產(chǎn)過(guò)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(dòng)性，從而無(wú)法采出。

想要把瀝青一樣的稠油從地下開(kāi)采出來(lái)，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(kāi)采被公認(rèn)為世界級(jí)難題。

然而，世界級(jí)難題并沒(méi)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(kāi)稠油“神秘面紗”的動(dòng)力。他們沒(méi)有因此退縮，而是迎難而上，在超深超稠油開(kāi)采的道路上砥礪前行。

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

經(jīng)過(guò)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(lái)了更激烈的討論。技術(shù)團(tuán)隊(duì)依托各家優(yōu)勢(shì)，從稠油成因、成分組成、煉化認(rèn)識(shí)等多方面入手，通過(guò)綜合研究認(rèn)為：超稠油致黏機(jī)理確實(shí)是由于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在而導(dǎo)致，同時(shí)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(guó)對(duì)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(duì)一層層揭開(kāi)。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(guò)程出現(xiàn)井筒堵塞問(wèn)題，常規(guī)稠油開(kāi)采手段難以滿足生產(chǎn)需要，亟待科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行攻關(guān)，技術(shù)人員通過(guò)技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(kāi)采方式，但是把這個(gè)方法具體運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，也并非一件容易的事。我們?cè)谶@個(gè)過(guò)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?！表?xiàng)目組技術(shù)人員說(shuō)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(yàn)5口井。試驗(yàn)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(chǎng)試驗(yàn)卻失敗了，對(duì)于技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)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(duì)立即召開(kāi)失敗原因分析會(huì)，經(jīng)過(guò)各節(jié)點(diǎn)分析討論，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在：室內(nèi)可以攪拌充分，現(xiàn)場(chǎng)舉升過(guò)程無(wú)法攪拌實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致藥劑與超稠油無(wú)法均勻混合形成水包油乳狀液。

項(xiàng)目組針對(duì)問(wèn)題要害，通過(guò)半年技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了井下葉輪自動(dòng)旋轉(zhuǎn)降黏器專用裝置和尾管懸掛專用裝置，解決了無(wú)法有效乳化的問(wèn)題。

針對(duì)西北油田稠油黏度超高、地層水礦化度超高的問(wèn)題，項(xiàng)目組通過(guò)查閱資料、認(rèn)真分析、多次試驗(yàn)，研究開(kāi)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(duì)還針對(duì)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(guò)程難度大等問(wèn)題，針對(duì)不同稠油黏度、不同含水階段的差異，研究開(kāi)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(kāi)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(guò)程中，僅高含硫化氫這一項(xiàng)，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(shí)，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(kāi)發(fā)，就不能簡(jiǎn)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(guó)最長(zhǎng)內(nèi)陸河——塔里木河兩岸國(guó)家一級(jí)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(kāi)發(fā)中哪怕有絲毫疏漏，都會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的影響。

“超稠油在輸送過(guò)程中必須絕對(duì)密閉，處理中必須深度脫硫、高效脫水。”技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(kāi)發(fā)和安全開(kāi)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了安全高效集輸，各項(xiàng)指標(biāo)國(guó)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(guó)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(duì)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(jí)過(guò)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(shí)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(kāi)采出的超稠油經(jīng)過(guò)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(yáng)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(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到企業(yè)安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。