利用油井開采技術(shù)開發(fā)地?zé)豳Y源的應(yīng)用探討

黃國(guó)勇 王中華 陳秋月

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300456）

1 引言

油井開采主要是在地面通過(guò)向下鉆井，打開目的層，再用完井技術(shù)封隔無(wú)關(guān)地層、完善地層流體流到地面的通道，將地下油氣輸送到地面加以處理。在油井開采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地?zé)豳Y源加以利用，早有文獻(xiàn)記載。我國(guó)20 世紀(jì)70 年代在石油勘探過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)了地?zé)豳Y源，并進(jìn)行了小規(guī)模的開發(fā)利用［1］。在油田區(qū)域因?yàn)橛鞋F(xiàn)成的井網(wǎng)、管道及處理設(shè)施，開發(fā)地?zé)崮芊浅１憷?，目前?guó)內(nèi)主要利用這種模式開發(fā)地?zé)豳Y源。在油區(qū)外采用油井開采技術(shù)開發(fā)地?zé)豳Y源就要增加鉆井、完井、鋪設(shè)管道、建立處理裝置的巨大成本（其中鉆完井技術(shù)服務(wù)及用料成本約占60%），面臨項(xiàng)目投資大、資本回收周期長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約著地?zé)衢_發(fā)行業(yè)的發(fā)展。原油開采業(yè)擁有鉆完井、地面系統(tǒng)建設(shè)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下，相關(guān)行業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆完井技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，大幅降低鉆井成本，縮短資金回收周期，因此開發(fā)、利用地?zé)豳Y源也給石油行業(yè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

2 地?zé)豳Y源分類

地?zé)豳Y源包含地壓型熱流體資源（溫度高的高壓水層）、伴生型熱流體資源（隨油氣產(chǎn)出到地面的高溫水）等類型，不同地?zé)豳Y源的開發(fā)方式不同。在油區(qū)內(nèi)開發(fā)地?zé)豳Y源，由于其具有現(xiàn)成的技術(shù)和配套設(shè)施，成本較低，經(jīng)濟(jì)效益較好。

2.1 地壓型熱流體資源

地壓型熱流體資源一般埋藏較深，此類儲(chǔ)層通常為異常高壓地層，含有大量高溫咸水（溫度范圍在90～200 ℃之間）。水層中地?zé)豳Y源儲(chǔ)量巨大，可以通過(guò)鉆井建立流動(dòng)通道，有選擇地打開水層加以利用。

2.2 伴生型熱流體資源

油井產(chǎn)出的流體具有量大、熱能多的特點(diǎn)，可將這些流體攜帶的熱能收集起來(lái)，集中處理以便利用。這種油田生產(chǎn)過(guò)程中伴生的地?zé)豳Y源利用模式有常規(guī)聯(lián)產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)、廢棄井再利用等。聯(lián)產(chǎn)模式利用油田生產(chǎn)過(guò)程中伴生的熱量為生產(chǎn)系統(tǒng)伴熱，維持其運(yùn)轉(zhuǎn)所需溫度，同時(shí)也能為居民生活供熱，亦可用于發(fā)電，最終回注到地層中。這是油田地?zé)豳Y源利用的最經(jīng)濟(jì)模式，利用過(guò)程中要防范其對(duì)居民飲用水安全的威脅。對(duì)于沒(méi)有原油開采價(jià)值的油井，用于開發(fā)地?zé)嵋部梢垣@益，比如地?zé)岚l(fā)電。據(jù)測(cè)算，一個(gè)裝機(jī)容量為1 MW 的地?zé)岚l(fā)電站，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約5 000 t［2］。目前我國(guó)絕大部分陸地油田都進(jìn)入了注水開發(fā)后期，開采出的流體含水率在90%以上。即使一些中小型油田可供發(fā)電的中低溫地?zé)豳Y源也具備建成上千兆瓦級(jí)規(guī)模的發(fā)電能力，減排潛力很大。

3 地?zé)豳Y源開發(fā)現(xiàn)狀

目前在中國(guó)石油（CNPC）、中國(guó)石化（SINOPEC）所屬的部分油區(qū)，對(duì)地?zé)豳Y源的利用已形成了一定的規(guī)模、效益。由于受鉆井成本制約，非油區(qū)只是零散鉆井開采，很少成規(guī)模。

中國(guó)石油華北、遼河、大慶等油田都有地?zé)衢_發(fā)示范項(xiàng)目，主要用于居民供熱和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，規(guī)模較小。中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院設(shè)計(jì)了地?zé)峋C合利用示范工程方案［1］，在油區(qū)外進(jìn)行小規(guī)模開發(fā)應(yīng)用嘗試。我國(guó)陸地各油區(qū)以中低溫地?zé)豳Y源居多，主要用于維持生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，地?zé)岚l(fā)電尚處在探索階段。目前地?zé)衢_發(fā)是以經(jīng)濟(jì)效益為主，常見(jiàn)模式有以下幾種。

3.1 常規(guī)模式

利用油區(qū)原有的廢井或新井，直接開發(fā)油區(qū)內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)的地?zé)豳Y源，服務(wù)周邊居民。如居民日常生活所用熱水、供暖、溫室產(chǎn)業(yè)等。

3.2 伴生熱資源利用模式

我國(guó)大部分油田實(shí)施注水開發(fā)，采出液含水率逐漸升高，到了后期油井原油開采產(chǎn)出不及投入，只能關(guān)停。采出液經(jīng)過(guò)處理，大部分回注到地層用于驅(qū)替原油；若產(chǎn)液溫度較高，也能用于流程伴熱、供暖，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2011 年，中石油華北油田將晉古2－4 井的地?zé)崴胗蜌馓幚碚?，為原油生產(chǎn)提供熱源，取代了部分加熱鍋爐［2］。

3.3 淺層地?zé)豳Y源開發(fā)模式

目前熱泵技術(shù)已十分成熟，基本不受地域限制，只要所在地的淺層水文地質(zhì)條件滿足回灌要求，淺層地?zé)岬拈_發(fā)即可實(shí)施。中國(guó)海洋石油（CNOOC）承攬的雄安新區(qū)任縣民用地?zé)犴?xiàng)目采用的就是這種模式。該項(xiàng)目主要解決當(dāng)?shù)鼐用竦亩救∨⑷粘Ｓ脽崴枨?，現(xiàn)已進(jìn)入應(yīng)用階段。該項(xiàng)目采用常規(guī)技術(shù)鉆井15 口，平均井深約1 200 m，供暖面積7.2×105m2，最大采水量620 m3/h。原油開采業(yè)中的大公司具備鉆井、地面流程建設(shè)的優(yōu)秀技術(shù)與豐富經(jīng)驗(yàn)，在這種地?zé)衢_發(fā)方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)較大。

3.4 地?zé)岚l(fā)電模式

地?zé)岚l(fā)電工程中，地?zé)崴疁囟雀哂?5 ℃、有實(shí)施大排量抽液及回注的儲(chǔ)層條件是兩個(gè)關(guān)鍵因素，厚度大的碳酸鹽巖儲(chǔ)層是首選目標(biāo)。目前這種技術(shù)還處在試驗(yàn)階段［3］。

3.5 地?zé)崴岣叱碛筒墒章誓Ｊ?/h3>

熱水可降低原油黏度，增加原油的流動(dòng)性，提高最終采收率。利用地?zé)崴?qū)替稠油是一種經(jīng)濟(jì)、高效、綠色的油藏開發(fā)途徑。試驗(yàn)結(jié)果表明，地?zé)崴?qū)與傳統(tǒng)的水驅(qū)相比，可提高采收率4%～10%。印度尼西亞Balam South 油田采用地?zé)崴?qū)比傳統(tǒng)水驅(qū)可提高采收率7.6%以上［4］；據(jù)測(cè)算，美國(guó)得克薩斯州南部油區(qū)使用高溫地?zé)豳Y源開采稠油的投資回收期小于2 年。國(guó)內(nèi)大慶、吉林、遼河、勝利等油田都進(jìn)行過(guò)利用地?zé)衢_采原油試驗(yàn)，均取得成功。中國(guó)海洋石油在南海某區(qū)塊也進(jìn)行了地?zé)崴?qū)油礦藏試驗(yàn)［5］，地?zé)崴疁囟茸罡邽?10 ℃，受效井增油效果明顯。地?zé)狎?qū)油能夠就地取材，節(jié)能降耗效果明顯。其實(shí)現(xiàn)的主要難度是需要有現(xiàn)成的地?zé)嵩淳捎?，其次是如何減少流程中的熱損失。

4 大幅降低鉆完井成本的可行性分析

大幅降低鉆完井成本是地?zé)岙a(chǎn)業(yè)在非油區(qū)發(fā)展的唯一出路。國(guó)內(nèi)外從未停止對(duì)新的或具有顛覆性的鉆井技術(shù)探索，目前已經(jīng)嘗試超臨界CO2鉆井等多項(xiàng)技術(shù)。結(jié)合人工智能、石墨烯等新材料的應(yīng)用，相信將來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)一種或多種顛覆性的鉆井技術(shù)，能大幅降低鉆完井成本。

5 結(jié)語(yǔ)

油井開采技術(shù)是目前我國(guó)地?zé)豳Y源開發(fā)的主要手段，充分利用油井開采技術(shù)可降低地?zé)衢_發(fā)成本，減輕環(huán)境保護(hù)壓力。高昂的鉆井成本制約了地?zé)岙a(chǎn)業(yè)在非油區(qū)的發(fā)展，需要開發(fā)出顛覆性的鉆井技術(shù)，大幅降低鉆完井成本。因此，地?zé)豳Y源的開發(fā)為傳統(tǒng)的原油開采行業(yè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。