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　　重質(zhì)原油的熱力開(kāi)采

　　對(duì)于大多數(shù)重質(zhì)油藏，注蒸汽熱力驅(qū)是主要開(kāi)采方法。60年代蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)技術(shù)即已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用。

　　蒸汽吞吐法起始于委內(nèi)瑞拉的梅尼格蘭德(Mene Grande)油田，當(dāng)時(shí)有一口注入了蒸汽的井偶然流出了大量原油，從而發(fā)現(xiàn)了這種方法。所謂蒸汽吞吐法就是先往一口或多口油井中注入蒸汽，注一段時(shí)間后關(guān)井，“消化”注進(jìn)去的熱量，然后開(kāi)井生產(chǎn)。1960年，殼牌公司在加利福尼亞的克恩河(Kern River)油田用蒸汽吞吐采油成功，于是逐步推廣。1980年前后，蒸汽吞吐發(fā)展為大面積蒸汽驅(qū)。這就是建立固定的注蒸汽井網(wǎng)，一批井專門(mén)用來(lái)注蒸汽；其他油井產(chǎn)油。1983年，克恩河油田共有注蒸汽井1871口，生產(chǎn)井3952口，日產(chǎn)重質(zhì)原油15100立方米。

　　1990年，印度尼西亞的杜里(Duri)油田成為世界最大的重質(zhì)原油蒸汽驅(qū)工程。這是印尼第二大油田，位于蘇門(mén)答臘中部的廖內(nèi)，于1941年發(fā)現(xiàn)，1958年投產(chǎn)。探明可采儲(chǔ)量有85億桶(約12億噸)。原油相對(duì)密度0．92。先用常規(guī)方法開(kāi)采，1965年產(chǎn)油325萬(wàn)噸。估計(jì)只能采出儲(chǔ)量的7％。60年代中期開(kāi)始注水開(kāi)發(fā)，70年代的平均年產(chǎn)量為200多萬(wàn)噸。1975年開(kāi)展了注蒸汽采油的先導(dǎo)試驗(yàn)，取得了相關(guān)的參數(shù)，證明采收率可以達(dá)到55％。1981年，加德士(Caltex)公司著手大面積蒸汽驅(qū)，把整個(gè)油田611 1平方千米劃分為12個(gè)獨(dú)立的開(kāi)發(fā)區(qū)，逐步分區(qū)開(kāi)展蒸汽驅(qū)。設(shè)計(jì)總共有1408口注汽井，3202口生產(chǎn)井。1985年4月，第一區(qū)開(kāi)始注汽；到1990年4月已經(jīng)擴(kuò)大到4個(gè)區(qū)。1989年的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到854萬(wàn)噸。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1992年一年，用注蒸汽熱力驅(qū)油采出的原油達(dá)2270萬(wàn)噸。

　　另外一種重質(zhì)原油熱力開(kāi)采方法是“火燒油層”。就是把氧氣或空氣注進(jìn)油層，加以點(diǎn)燃，在地下燃燒，提高油層中的溫度，從而降低黏度，使油順暢地流動(dòng)。

　　早在1911年8月，美國(guó)進(jìn)行了第一次火燒油層的試驗(yàn)，是克姆博蘭德公司在俄亥俄州東南部摩根縣的沃德油田上開(kāi)展的。效果不明顯。當(dāng)時(shí)也沒(méi)有引起別人的關(guān)注。

　　1947年起，辛克萊(Sinclair)石油天然氣公司和馬格諾利亞(Magnolia)石油公司分別開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)驗(yàn)。辛克萊公司認(rèn)識(shí)到，油藏里的原油在空氣或別的富氧氣體幫助下，在450～500~C時(shí)才能弱燃燒；到600~C時(shí)地下燃燒前緣很寬，推進(jìn)很慢；到700~C以上發(fā)生一定的裂解；估計(jì)到900~C時(shí)可以采出50％，到1350℃時(shí)可以采出90％。怎樣在地下點(diǎn)燃油層?1949年它發(fā)明了點(diǎn)火器，并獲得了專利權(quán)。1952年，它在堪薩斯州艾倫縣的洪堡一沙努特油田上進(jìn)行了小規(guī)模的試驗(yàn)。50年代后期，它在俄克拉何馬和堪薩斯兩州中間的油田上開(kāi)展了比較大的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。與此同時(shí)，馬格諾利亞公司于1950年也開(kāi)展了先導(dǎo)性試驗(yàn)。

　　火燒油層規(guī)模比較大、得到實(shí)際應(yīng)用是在羅馬尼亞。1964年，羅馬尼亞西北部的蘇普拉庫(kù)油田上開(kāi)辟了面積為5000平方米的試驗(yàn)區(qū)。這個(gè)油田發(fā)現(xiàn)于1959年。埋藏很淺，最淺處離地面只有50米。用常規(guī)方法開(kāi)采，單井日產(chǎn)只有0．3～l立方米，采收率只有9％。試驗(yàn)區(qū)獲得了成功，北側(cè)的油井產(chǎn)量提高30倍。于是把試驗(yàn)區(qū)擴(kuò)大到20000平方米，并且采用行列井網(wǎng)。到1988年，注入井達(dá)到100口，每天注入空氣336萬(wàn)立方米，燃燒前緣長(zhǎng)8000米，受效油井近600口，原油日產(chǎn)達(dá)1650立方米。據(jù)1980年前后所做的評(píng)價(jià)，最終采收率可望達(dá)到52％。

　　加拿大油砂的開(kāi)發(fā)

　　加拿大的艾伯塔(Alberta)省阿薩巴斯卡(Athaba~．a(chǎn))地區(qū)蘊(yùn)藏著非常豐富的油砂資源。油砂，又稱焦油砂、瀝青砂，是一種重質(zhì)原油與砂結(jié)合的物質(zhì)。在那里，油砂分布面積達(dá)46800平方千米，平均厚度有38米。據(jù)估算，所含重質(zhì)原油的儲(chǔ)量高達(dá)1510億立方米，超過(guò)整個(gè)中東的石油儲(chǔ)量。加拿大政府與多家公司合作，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)近一個(gè)世紀(jì)的研究、試驗(yàn)，形成了整套-rE和技術(shù)。辛克魯?shù)?Syncrude)公司于1978年開(kāi)始大批量生產(chǎn)合成原油。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，到20世紀(jì)90年代后期，油砂生產(chǎn)的原油的成本已經(jīng)降低到每桶12美元以下。從而可以大規(guī)模生產(chǎn)。政府宣布，加拿大2002年的石油可采儲(chǔ)量達(dá)到246．6億噸，僅次于沙特阿拉伯(約255．2億噸)居世界第二位。

　　艾伯塔的油砂，有10％以上埋藏很淺，45米以內(nèi)的可以像露天煤礦那樣開(kāi)采。問(wèn)題在于怎么把采來(lái)的油砂礦石中的油分離出來(lái)。這一技術(shù)的奠基人是卡爾·克拉克(Karl A．Clark)。

　　克拉克1888年出生在加拿大安大略省的喬治敦，在多倫多長(zhǎng)大，在加拿大大學(xué)畢業(yè)后，1915年獲得美國(guó)伊利諾伊大學(xué)有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位。出校門(mén)前一年，他已經(jīng)參加了聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局的工作。畢業(yè)后進(jìn)入聯(lián)邦礦產(chǎn)品道路材料研究所，1920年被艾伯塔省科學(xué)與工業(yè)研究委員會(huì)聘用。

　　1923年克拉克發(fā)明了連續(xù)的、批量的熱水處理油砂的工藝。他在卡爾加里的艾伯塔大學(xué)里做了大量實(shí)驗(yàn)，用熱水從油砂里分離出了“干油”。這種油與天然原油差不多，可以進(jìn)煉油廠煉制出汽油、煤油等石油產(chǎn)品來(lái)。

　　1925年，克拉克在艾伯塔省會(huì)埃德蒙頓市北郊鄧夫甘鐵路車(chē)場(chǎng)上建立了世界第一座油砂處理廠。1926年，這里實(shí)現(xiàn)了油砂的連續(xù)分離，生產(chǎn)出的合成原油被送到芝加哥的尤尼凡薩石油公司去化驗(yàn)和評(píng)價(jià)。這家公司肯定，分離出的油可以作為煉油的原料。

　　艾伯塔省政府非常關(guān)注這一創(chuàng)新。在政府支持下，1931年，在阿薩巴斯卡河邊，麥克穆雷(McMurray)鎮(zhèn)附近建起第一座油砂廠，從礦的露天開(kāi)采，到加熱水處理。但是此時(shí)適逢美國(guó)、加拿大以至整個(gè)資本主義世界陷入嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)危機(jī)，油砂開(kāi)發(fā)問(wèn)題只好暫時(shí)擱置。這一年，卡爾·克拉克被聘任為艾伯塔大學(xué)采礦冶金系教授，1947年為該系主任。

　　第二次世界大戰(zhàn)以后，艾伯塔省政府委托卡爾·克拉克設(shè)計(jì)新的油砂工廠，建在比圖蒙特。這座廠子于1949年投入生產(chǎn)。1954年，克拉克退休，但仍在指導(dǎo)油砂開(kāi)發(fā)。1965年大加拿大油砂公司(后來(lái)的森科Suncor能源公司)在麥克穆雷的工廠開(kāi)工建設(shè)，生產(chǎn)規(guī)模是日產(chǎn)合成油45000桶(約7155立方米)�？死�克非常高興，但是他未能親眼目睹這座現(xiàn)代工廠的建成，于1966年去世。

　　到20世紀(jì)90年代初，森科和辛克魯?shù)聝杉夜�司在麥克穆雷�?shí)現(xiàn)了商業(yè)化開(kāi)采。在露天礦，大型挖掘機(jī)每斗可挖出油砂80噸，用皮帶輸送機(jī)把礦石輸送到好幾百米以外的處理廠。經(jīng)過(guò)熱水“洗”油，加氫裂解，日產(chǎn)合成油20萬(wàn)桶(約3．18萬(wàn)立方米)。每桶的生產(chǎn)成本已經(jīng)在12美元以下。

　　對(duì)于地下45米以下的油砂礦，采取鉆井、注蒸汽熱力開(kāi)采。

　　20世紀(jì)80年代后期以來(lái)的主要進(jìn)展是水平井的應(yīng)用，即注蒸汽與水平井相結(jié)合。1978年加拿大Esso Resources公司打了第一口水平井，應(yīng)用于冷湖油田的重油熱采，效果良好。對(duì)于黏度非常高(大于4000mPa·S)的特重原油甚至瀝青油砂，水平井蒸汽輔助重力驅(qū)(SAGD)及水平環(huán)空蒸汽驅(qū)(HAS Drive)效果較好。

　　水平井蒸汽輔助重力驅(qū)的理論是巴特勒(Buffer)創(chuàng)立的。一般是在接近油柱底部的油水界面上，鉆一口水平生產(chǎn)井。蒸汽從一系列垂直井注入，或者在水平生產(chǎn)井上方與其相平行的另一口水平井注入，從而在生產(chǎn)井上方形成蒸汽室。蒸汽在注入井上升過(guò)程中與冷油接觸，冷凝出的水和被加熱了的原油在重力驅(qū)替下泄人生產(chǎn)井而產(chǎn)出。早在1985年，加拿大艾爾伯塔省油砂技術(shù)局(AOSTRA)在艾爾伯塔油砂區(qū)建立一個(gè)l：1的水平井熱采試驗(yàn)工程，試驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞。因此，后來(lái)這一技術(shù)在加拿大多個(gè)油砂礦區(qū)推廣應(yīng)用。每桶合成油的綜合成本大體在1 8美元上下。只要世界市場(chǎng)原油價(jià)格達(dá)到25美元／桶以上，油砂的開(kāi)發(fā)就經(jīng)濟(jì)可行了。

　　用水平井開(kāi)發(fā)油田

　　隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)技術(shù)的興起，使鉆井進(jìn)入了智能化階段。人們可以根據(jù)需要鉆定向斜井、繞障井、分支多底井、水平井。水平井就是水平通過(guò)油層的井。一口水平井可以在同一個(gè)油層中延續(xù)幾百米、上千米，或者鉆穿好多個(gè)油層，因此單井的產(chǎn)量可以比普通的直井高出許多倍。

　　水平井尤其適合于海上油田的開(kāi)發(fā)。

　　世界上第一個(gè)用水平井開(kāi)發(fā)的油田是意大利亞德利亞海上的羅斯坡．馬雷(Rospo Mare)油田，由法國(guó)的埃爾夫阿奎坦公司與法國(guó)石油研究院合作開(kāi)發(fā)的。

　　這個(gè)油田離岸12海里(約22千米)，水深200～300英尺(60～90米)，發(fā)現(xiàn)于1975年。油層埋深4300英尺(約1310米)。探明含油面積182平方千米。地質(zhì)儲(chǔ)量2億立方米。這里鉆了9口直井，但是沒(méi)有一口井與高產(chǎn)的裂縫和溶洞相交，因?yàn)橛蛯又兄挥写怪绷芽p和孔洞含油，因此直井產(chǎn)量很低，效益太差，而且避不開(kāi)含水層，產(chǎn)出液中含水多。因此決定采用水平井來(lái)開(kāi)發(fā)。

　　1982年首先在RSM—A平臺(tái)上鉆了3口試驗(yàn)井，其中RSM 6井是水平井，于1982年鉆成。實(shí)際鉆井深度2316米，穿過(guò)油層的井段606米，其中水平段長(zhǎng)475米，實(shí)現(xiàn)了無(wú)水采油，日產(chǎn)油4000桶(約560噸)一年多時(shí)間里產(chǎn)量保持穩(wěn)定，與相鄰的直井和斜井相比，采油指數(shù)高20倍；累計(jì)采油量和泄油率高3．6倍。

　　這樣，1976年在RSM—A平臺(tái)西北2．4千米處建造了RSM—B平臺(tái)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)1000萬(wàn)桶(約140萬(wàn)噸)。在這個(gè)平臺(tái)上鉆了4口水平井，隨后，加鉆1口水平井。其中第4口(RSM 213)產(chǎn)量最高，日產(chǎn)10000桶(約1370噸)。其余5口井的日產(chǎn)量為：6號(hào)井3300桶(約450噸)；211、212、214井大于4000桶(約546噸)；215井約7000桶(約1000噸)。本來(lái)預(yù)計(jì)1987年產(chǎn)油370萬(wàn)桶(約50萬(wàn)噸)，實(shí)際生產(chǎn)了590萬(wàn)桶(約84萬(wàn)噸)。于是，在RSM—A平臺(tái)上再鉆3口水平井，并且把原來(lái)3口直井改為水平井。1989年再建第3座采油平臺(tái)，鉆5～6口水平井。

　　20世紀(jì)90年代，水平井技術(shù)發(fā)展為大位移井技術(shù)。水平距離超過(guò)了10000米。因此，有些外海油田可以在10千米之外的陸上鉆井開(kāi)發(fā)。歐洲北海的威奇法姆油田的開(kāi)發(fā)就是生動(dòng)的實(shí)例。

　　威奇法姆(Wytch Farm)油田是歐洲最大的陸上油田。它的主力油層西爾伍德儲(chǔ)層延伸到英國(guó)南部普爾海灣的海底，4．67億桶(約6400萬(wàn)噸)可采儲(chǔ)量有一半在海下。1990年，英國(guó)石油公司開(kāi)始研究如何開(kāi)發(fā)這部分油田。這個(gè)油田處在自然保護(hù)區(qū)附近，是著名風(fēng)景區(qū)。因此環(huán)境和生態(tài)要求很?chē)?yán)。原先的方案是建一座人工島，鉆40口常規(guī)井和定向井，設(shè)計(jì)造價(jià)3．3億美元。英國(guó)石油公司受美國(guó)優(yōu)尼科在美國(guó)南加州開(kāi)發(fā)佩德納萊斯角油田的啟發(fā)，決定改用大位移井來(lái)開(kāi)發(fā)，從位于海濱的M井場(chǎng)，打10口大位移水平井，最長(zhǎng)水平井段可達(dá)10千米以上。頭3口井的水平位移都在5000米左右，1995年鉆的M一5井，創(chuàng)造了水平位移8035米的記錄。難度最大的是M一1 1井，要求水平位移突破10000米，而真垂直深度只有1600米。實(shí)際完成的井眼是：水平位移33182英尺(約10114米)，真垂直深度5266英尺(約1605米)。用電動(dòng)潛油泵完井，于1998年1月12日投產(chǎn)，日產(chǎn)原油20000桶(約2740噸)。20世紀(jì)90年代末，威奇法姆油田的日產(chǎn)量超過(guò)10萬(wàn)桶(約1．37萬(wàn)噸)，其中80％來(lái)自大位移水平井。總造價(jià)只有1·5億美元，比用人工島幾乎節(jié)約一半；有利地保護(hù)了環(huán)境；而且使油田海底部分提前三年投產(chǎn)(詳見(jiàn)《用大位移井開(kāi)發(fā)威奇法姆油田》一文)。