中國石油大學(xué)教授，中國工程院院士 沈忠厚
各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位來賓早上好。今天我報告的題目是超臨界二氧化碳開發(fā)
非常規(guī)油氣藏鉆
完井技術(shù)研究。下面4個問題跟大家匯報，第一個問題緒論，為什么我們研究這個問題？大家知道我們國家大型，現(xiàn)在重新發(fā)現(xiàn)整裝大慶、勝利、遼河這樣整裝大油田，這種機會不會太多。這是世界上所有地質(zhì)家公認(rèn)，我們現(xiàn)在進軍深海，將來可能在南海深海部分找到整裝的油田，這是一個將來我們的主戰(zhàn)場之一。
第二個，就是我們注意近10年來及我們所發(fā)現(xiàn)天然氣資源，每一年我們有4億到5億噸儲量增長，但是我們每年在幾億噸增長回憶一下，基本上7、80%都是低滲特低滲
油氣藏，這是一個很大的特點。
第二個特點，我們在近期發(fā)現(xiàn)油氣資源里面，天然氣的資源我們發(fā)現(xiàn)非常豐富。特別豐富非常規(guī)天然氣，包括
頁巖氣，煤層氣還有天然氣等等。大家知道我們非常規(guī)天然氣，常規(guī)天然氣資源是非常寶貴的。而且也有一定的低質(zhì)量，但是這個量根據(jù)我們現(xiàn)在需要，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。最近幾年來我們地質(zhì)學(xué)家在非常規(guī)天然氣上，做了大量的工作。我們現(xiàn)在已經(jīng)查明了致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣的儲量遠(yuǎn)比我們常規(guī)的天然氣儲量要大得多。至少從目前資源量來看，不完全的統(tǒng)計，至少要大3到4倍到5倍。
而且，我們現(xiàn)在這個量還再繼續(xù)增長，我們估計在今后50年，甚至100年我們在天然氣上主要依靠非常規(guī)的天然氣資源。就是我們前面講的4個非常規(guī)天然氣資源。我們今后的主戰(zhàn)場第一個是低滲透氣藏，第二個非常規(guī)天然氣資源。所以，這是我們今后的兩個大的主戰(zhàn)場。
下面，我們第二個問題跟大家講，開發(fā)這樣一個資源，開發(fā)低滲油藏，再開發(fā)非常規(guī)油氣藏，遇到主要問題什么？主要是三個問題，第一個問題大家知道所有的低滲油藏是非常堅硬，難鉆。還有一部分不是很難鉆，比如頁巖層我們一個是堅硬很難，一個頁巖滲透率很低也很難鉆。第二個，這很難鉆花費了我們大量的時間，因此，我們的整個開發(fā)現(xiàn)在估計成本7到80%花在鉆井。這樣下來我們得來效益非常低。
第二個最大問題，這種低滲氣藏，或者非常規(guī)天然氣藏，空置率一般在50%左右，滲透率極低。這么低的低滲率，在鉆井的過程里面極容易受到傷害，要把他恢復(fù)過來，不像我們常規(guī)中滲透率高的滲透氣藏，這完全不一樣。我們鉆井的人員，和我們搞開發(fā)的人員要注意，我們原來在開發(fā)常規(guī)氣藏的技術(shù)，在進入20世紀(jì)以后，從現(xiàn)在開始，后面要開發(fā)這樣一些資源，不管鉆井也好，產(chǎn)油也好，流程也好，都要發(fā)生極大的變化。
以技術(shù)都有點不同程度的不適應(yīng)，有的時候完全不適應(yīng)，有的時候部分不適應(yīng)。因此，在這么一個情況下，我們就要尋找新的技術(shù)。第三個難點，就是豐度低，單井產(chǎn)量低，
采收率低，開采周期長。每幾個井的產(chǎn)量并不高，采收率低，美國現(xiàn)在開發(fā)非常規(guī)的天然氣這個部分，采收率究竟多高？我們好象沒有看到比較確切的數(shù)據(jù)，總的來講比我們現(xiàn)在常規(guī)的油氣藏采收率還要低。
因此，這樣一個情況下怎么辦？提出了一個新的問題，我們?nèi)绻贸Ｒ?guī)的辦法來鉆井，開采，就是我們平常完了過后，一系列
采油措施。尋找新的開采或者開發(fā)技術(shù)，包括從鉆井開始。因此，提出了我們中國石油大學(xué)（北京）和中國石油大學(xué)（華東），這兩個學(xué)校經(jīng)過4年到5年的初步探索，和一系列初步實驗，我們現(xiàn)在可以跟大家說明，很有可能？可走的路徑，而且近期可以走通，可以轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力一種鉆井或者開發(fā)方案。用超臨界二氧化碳來開發(fā)非常規(guī)油氣源。
超臨界二氧化碳流體的物理特性。大家看一下這個圖，我們現(xiàn)在是一個超臨界二氧化碳相圖，上面有兩個點，有一個三相點，第二個點是臨界點，三相點把二氧化碳什么溫度壓力下是固體，是氣體，液體。第二個就是臨界點，關(guān)鍵問題在臨界點上，因為臨界點怎么樣？二氧化碳我們把它溫度加到31.1度，壓力加到7.300兆瓦，他從超臨界狀況下面，二氧化碳密度接近于流體。他的粘度相當(dāng)于氣體，粘度很低因此就是不要多少都容易流動，這對我們搞鉆井搞采油人是一個很大優(yōu)勢。
因此，這樣來我們大家看一下，下面這個表，中間這一行就是超臨界流體，密度是0.2到0.9。第二個粘度，0.03到0.1，粘度接近于氣體，五是氣體負(fù)20萬，就是0.02。還有擴散性系數(shù)大于液體，密度接近于液體，這有什么好處？帶來兩個好處，一是他密度液體就可以提供必要的很大的油氣和功率，二是可以帶動底下的井底馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。
第一個密度接近于液體，第二個粘度接近于氣體，第三個擴散系數(shù)粘度大于液體，第四個表面張力接近于零，這個超臨界二氧化碳可以進入到母巖，不管是巖石，只要他的空間大于二氧化碳的分子，比分子大，這個二氧化碳很容易鉆進去。越小的時候進的越快。證明這個超臨界二氧化碳打進去以后，不用加多大的力量，它就成為了一個無孔不入很快深入到你的空隙里面。
這種流體就是決定最后我們的鉆數(shù)高，第二個決定將來不受損害，后面還有最后的產(chǎn)生率高。下面，講一下第三個問題，超臨界二氧化碳開發(fā)非常規(guī)油氣藏的優(yōu)勢，主要兩個。第一個，他這個優(yōu)勢結(jié)合我們前面三個問題，第一個問題很堅硬，那么我們假設(shè)用清水，用我們一般的
鉆頭來鉆，就很難。用二氧化碳來鉆就很快了，大家看一下為什么快？左邊是代表用清水來鉆，右邊這個也一樣，是代表用超臨界二氧化碳來鉆，上面一塊巖石是花崗巖，下面是頁巖，我們知道花崗巖是最硬的巖石，頁巖是最難鉆的巖石，這兩個最難鉆。
清水鉆的這個溝槽，輪廓較為清晰，破碎體積較小。我們再看看下面它的的破碎堅硬壓力，下面是花崗巖，花崗巖用清水和二氧化碳鉆，他的門限壓力，用清水75，用二氧化碳是50，二氧化碳他門限壓力相當(dāng)于他的67%。我們看看第二個頁巖，頁巖用清水鉆門限壓力是124，用二氧化碳鉆子只有55，那么用二氧化碳的時候跟清水比之相當(dāng)于他的3.3倍。
我們用二氧化碳鉆井的時候，部分難鉆的巖石，像花崗巖、頁巖這樣的東西，都可以獲得好的效果。一般可以比普通的速度，我們控制如果提高它的的破碎壓力，一般提高到3倍。這個已經(jīng)是一個很不的小數(shù)字。這是第一個優(yōu)勢。
第二個優(yōu)勢，大家看一看，我們在低滲和非常規(guī)天然氣的時候，是很容易被污染。從污染大家搞采油的人知道，在鉆井過程里面，在正常過程里面，我們的外來固體侵入到油層空隙里面，把油堵起來。我們這個就叫污染。而我們超臨界二氧化碳就是二氧化碳一般是氣體，如果把溫度降到一定所變成液體，我們加到最后的臨界的時候，它的由液體的密度、氣體的溫度，可鉆性比較高。這樣一個東西，它既為固體，又為液體，他怎么污染損害油氣藏，他根本沒有損害的條件。所以，這是我們在鉆井方面上求之不得。這樣來實質(zhì)上對油氣藏沒有任何污染。
第三個優(yōu)勢，最大的優(yōu)勢他可以提高單井產(chǎn)量，就是用超臨界二氧化碳。為什么提高單井產(chǎn)量？我們知道單井產(chǎn)量現(xiàn)在產(chǎn)量低，我們現(xiàn)在如何鉆分子
水平井，鉆輻射水平鉆，復(fù)雜條件下結(jié)構(gòu)井，我們的單井產(chǎn)量一下上去。平常最多到它5、6倍，取決于水平端的長度，或者分子端的長度，就可以控制了。而且用這種超臨界二氧化碳鉆，很容易。
最右邊這個圖，最容易鉆輻射水平鉆，周圍輻射可以打一系列的水平井出去。周圍都輻射，其他辦法很難做到。
第四個優(yōu)勢，可以很好提高采收率，提高單機產(chǎn)量和提高采收率完全是兩個不同的概念。所謂采收率，我們現(xiàn)在只有20%多，最高30%多，大慶40%到50%，我們一般還有三分之二拿不出來。假設(shè)我們現(xiàn)在開發(fā)低滲油氣藏，開發(fā)我們非常規(guī)油氣藏的話，可能這個數(shù)字沒有看到確切數(shù)字，可能只有百分之十幾。大部分油拿不出來，我們這里面跟大家舉個例子，一個就是超臨界二氧化碳有一種最大的優(yōu)勢，就是可以把二氧化碳進去把油氣藏里面的氣置換出來。這里面有一個天然氣甲烷，對這個母巖的親和力和二氧化碳對母巖的親和力，二氧化碳對母巖的吸附強度，基本上3到5倍的甲烷的吸附強度。
反過來講，假設(shè)這里面甲烷就是我們天然氣，天然氣主要是甲烷。假設(shè)我們把二氧化碳打進去，很容易從他的吸附在顆粒和有機碳上面的氣體，很容易置換下來，把氣體趕出來，自己很容易占到這個位置上。這個是任何到現(xiàn)在為止我們找不到，這個置換強度相當(dāng)于3到5倍，這是二氧化碳跟甲烷對于母巖，就是我們碰到母巖來講，差不多3到5倍這樣數(shù)據(jù)。
第二個采收率，開頭是一個置換，第二個就是驅(qū)替，就是我們?nèi)ペs他。他的表面張力等于零，粘度非常小，擴散系數(shù)很大。因此這個超臨界二氧化碳打到地層里面，他就成為了無孔不入，越是小的地方他越進去，越快。這樣進去以后，就把里面的氣體趕出來了，這個不是置換，就是把這個東西驅(qū)趕。假設(shè)把這個東西打進去，我們現(xiàn)在注水，注水也是去趕，但是水注就很困難。這個加壓力比我們注水壓力小得多，壓力也小，一系列問題我想我們搞采油人應(yīng)該很容易就理解。
最后，有效提高油氣采收率。因為他的溶劑化能力很強，他可以把近井地帶的重油組分，和一些渣子可以把他吸收。你想把近井地帶重油組分和有機子?xùn)|西去掉，這樣使近井地帶暢通，改善了油流通道。其他我們沒有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在打任何化學(xué)流體有這么一個好的作用。
再一個結(jié)論與建議，這個東西很容易清楚。第一條，用超臨界二氧化碳鉆井，鉆數(shù)高，成本低。第二條，不受污染。第三條，得到采收率高。第四條，容易鉆各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)井，他可以鉆各種各樣的徑向水平井。
現(xiàn)在，目前我們有一個建議，我們現(xiàn)在碰到所有的氣藏，都是用水力壓裂。我想提出一個建議，大家千萬不要用水力壓裂，可以節(jié)約一部分成本，但是水力壓裂過程里面帶來無窮的后患。所有油氣藏污染過后的萬惡之源都是水，如果我們這個壓裂改成了二氧化碳壓裂，二氧化碳用臨界也好，用超臨界更好，不用超臨界就用普通的二氧化碳壓力，這個效果會明顯改善。
所以，我們開發(fā)的低滲油氣藏，我想是有百利而無一害。因為時間關(guān)系，上面講這些問題，不足的地方請大家批評指正。
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