3. 地面建設(shè)
在C O２氣源方面，公司在科羅拉多西南部的Four Corner發(fā)現(xiàn)了McElmo Dome巨型氣田，含有超過(guò)巧萬(wàn)億ft3的高純度C O２，是美國(guó)最大的天然C O２氣源之一，距油田SOOmile。因?yàn)樵诖酥皼](méi)有人開(kāi)發(fā)過(guò)如此大的C O２氣田，所以在開(kāi)采C O２過(guò)程中也遇到了很多問(wèn)題。首先，因?yàn)镸cElmo Dome處于多山地區(qū)，因此井距設(shè)計(jì)都在最大程度上考慮當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣鞑⒉捎脜彩骄O(shè)計(jì)。其次，為了解決C O２遇水產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題，油井都采用抗腐蝕合金材料。再次，為了避免液體和蒸汽都存在于壓縮機(jī)氣缸中而產(chǎn)生氣穴(液體中的氣泡由于壓差而破裂)，使用了兩階段往復(fù)式壓縮機(jī)。
然后，由于McElmo Dome在低壓下生產(chǎn)，C O２處理廠工程師經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)找出了用二甘醇來(lái)對(duì)產(chǎn)出的C O２混合相進(jìn)行脫水。最后，在處理廠停產(chǎn)維護(hù)時(shí)，工程師用氮?dú)怛?qū)替C O２管線，維護(hù)結(jié)束后繼續(xù)注人氮?dú)鈦?lái)防止超臨界狀態(tài)下的C O２由于壓力降低而變成干冰。由于整個(gè)項(xiàng)目操作費(fèi)用的75%都來(lái)自巨大的電能消耗，殼牌公司還在McElmo Dome周?chē)⒘艘粋�(gè)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，并將其與兩個(gè)不同的商業(yè)化電網(wǎng)連在一起來(lái)解決能源需求問(wèn)題。
在鋪設(shè)管線方面，全程輸送距離達(dá)到SOOmile，其間還要穿過(guò)沙漠、印第安人居住地、兩座山脈和五條河流，期間安裝了幾個(gè)接力泵和減壓站，因?yàn)橐胱孋 O２在超臨界狀態(tài)下輸送，管線壓力需達(dá)到一般天然氣輸送壓力的2倍。此時(shí)C O２的密度類(lèi)似水，可以用泵而不是壓縮機(jī)來(lái)加壓液態(tài)C O２，這是個(gè)更具成本效益的選擇。
油田建設(shè)方面，在1983一1984年間使用了九點(diǎn)井網(wǎng)來(lái)實(shí)施C O２驅(qū)。當(dāng)時(shí)油田主要由4個(gè)部分組成(圖3)：注人井、生產(chǎn)井、計(jì)量站和C O２回收裝置。生產(chǎn)井中梁式泵最常用，當(dāng)氣液比超過(guò)流動(dòng)所需值時(shí)主要用潛油泵。計(jì)量站主要是分離和測(cè)量單井日常生產(chǎn)的油、水和氣，平均每30口井有一個(gè)計(jì)量站。C O２回收裝置主要是除去H2S，回收烴氣和液體，然后壓縮C O２并脫水，送回油田用于回注。
4. 油藏管理
在Denver單元C O２驅(qū)成功后，殼牌公司啟動(dòng)了更大的計(jì)劃。到20世紀(jì)80年代中，在二疊盆地實(shí)施了30多個(gè)C O２驅(qū)項(xiàng)目，而到1998年項(xiàng)目總數(shù)達(dá)到50多個(gè)，且項(xiàng)目總產(chǎn)量達(dá)到15萬(wàn)bbl/d，而生產(chǎn)這些原油的來(lái)自McElmo Dome和其他氣源的C O２流量達(dá)到了15億ft3/do 20世紀(jì)80年代期間大量的C O２驅(qū)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)使殼牌公司的工程師了解到地質(zhì)學(xué)對(duì)C O２驅(qū)效率的影響，同時(shí)也出現(xiàn)了一些不同于水驅(qū)的問(wèn)題，包括：(1)垂向波及問(wèn)題，如何把C O２注人到目標(biāo)層位；(2)測(cè)量井網(wǎng)動(dòng)態(tài)，管理每個(gè)井網(wǎng)的注人量和產(chǎn)量；(3)如何將觀察數(shù)據(jù)輸入到油藏模型中來(lái)指導(dǎo)預(yù)測(cè)�？傊�，C O２驅(qū)比傳統(tǒng)的水驅(qū)作業(yè)需要更高水平的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和優(yōu)化，因此C O２驅(qū)的油藏管理技術(shù)也就更加復(fù)雜和更具有挑戰(zhàn)性。
油藏管理由3個(gè)關(guān)鍵元素所確定：注入與產(chǎn)出相關(guān)性和波及；井網(wǎng)動(dòng)態(tài)分析；數(shù)值模擬。C O２驅(qū)垂直波及分析的主要目的是檢測(cè)C O２驅(qū)前緣的進(jìn)展并驗(yàn)證C O２的分布。在Denver單元的開(kāi)發(fā)中主要使用中子測(cè)井監(jiān)督來(lái)測(cè)量飽和度，從飽和度數(shù)據(jù)中可找出相應(yīng)的目的層并且可以探測(cè)C O２泄漏情況。
第二個(gè)油藏管理元素是井網(wǎng)動(dòng)態(tài)分析(圖4)。首先，通過(guò)測(cè)井來(lái)校正每個(gè)井網(wǎng)的孔隙度和滲透率；然后，計(jì)算每口井的含油飽和度并繪制全區(qū)含油分布圖，同時(shí)計(jì)算地下油、氣和水的體積；最后，評(píng)估驅(qū)替動(dòng)態(tài)，將這些體積數(shù)據(jù)輸入油藏管理工具來(lái)進(jìn)行井網(wǎng)檢測(cè)和采收率評(píng)價(jià)，并對(duì)采收率期望值進(jìn)行比較，然后對(duì)開(kāi)采較差的區(qū)域進(jìn)行調(diào)整。除此之外，由于C O２的密度隨溫度的變化而變化，普通的流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，所以工程師們還開(kāi)發(fā)了新的計(jì)量系統(tǒng)來(lái)確保正確計(jì)量油、氣和水的產(chǎn)量。
油藏模擬的重要任務(wù)就是為了預(yù)測(cè)產(chǎn)量，指導(dǎo)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)90年代，殼牌公司組織了一支研究 小組進(jìn)行了兩年的C O２驅(qū)模型研究， 開(kāi)發(fā)出了更好的預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)工具，并且把觀察數(shù)據(jù)與以往先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，來(lái)優(yōu)選驅(qū)替設(shè)計(jì)(水氣交替技術(shù)的選用， C O２段塞大小，井網(wǎng)變化)，調(diào)整和改進(jìn)操作(波及情況， 轉(zhuǎn)換裝置，舉升和流動(dòng)策略)并管理C O２氣體的供應(yīng)和需求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步幫助油藏工程師建立了更好的地質(zhì)和油藏模型，這些模型發(fā)展成為30多個(gè)樣板模型，每一個(gè)都能對(duì)應(yīng)于350個(gè)井網(wǎng)之一。
在管理和檢測(cè)油藏過(guò)程中，工程師們發(fā)現(xiàn)C O２驅(qū)作業(yè)比水驅(qū)復(fù)雜得多，因?yàn)樽⑷雱┑馁M(fèi)用很高，同時(shí)管理C O２的再循環(huán)量也要注意到經(jīng)濟(jì)性，另外C O２再循環(huán)需要進(jìn)行再捕集、分離和壓縮。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)WAG(水氣交替注人)是一項(xiàng)非常有用的技術(shù)，在C O２段塞之間注入水段塞推遲了C O２在生產(chǎn)井中的突破，提高了波及效率并降低了C O２再循環(huán)速率。但是WAG的最佳比率一直是工程師們研究的重點(diǎn)對(duì)象，最終我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)大的連續(xù)C O２段塞后接著進(jìn)行WAG注人的驅(qū)替效果比較好，并且通過(guò)使C O２段塞逐漸變小直到驅(qū)替變?yōu)榧兯?qū)，可進(jìn)一步提高采收率。
5. 二次開(kāi)發(fā)和HSE
在20世紀(jì)90年代，殼牌公司決定再次開(kāi)發(fā)C O２驅(qū)系統(tǒng)。在McElmo
Dome氣田，工程師使用合金管作為大生產(chǎn)套管并提高了新井產(chǎn)量，并且只用一口井就有效達(dá)到了第一代縱式井的產(chǎn)能。在Denver單元，工程師們擴(kuò)展了C O２注人系統(tǒng)，并使用玻璃鋼油管、內(nèi)管道襯管和船只涂層等來(lái)代替不銹鋼和其他昂貴的抗腐蝕合金材料。
與此同時(shí)，殼牌公司擴(kuò)大了注人系統(tǒng)，建立了特殊的報(bào)警系統(tǒng)防止氣體泄漏，在井口和管線系統(tǒng)的要點(diǎn)安裝壓差測(cè)量?jī)x，可顯示任何壓力損失，傳遞警報(bào)并關(guān)閉多余的C O２流量。同時(shí)，還改造了油田的C O２配送網(wǎng)絡(luò)，使再循環(huán)的C O２與剛從氣源供應(yīng)來(lái)的C O２分離。
員工的健康和安全永遠(yuǎn)是殼牌公司優(yōu)先考慮的因素，安全操作在殼牌公司被認(rèn)為是更有效的操作。油田當(dāng)中每個(gè)梁式泵或潛油泵，每口C O２注人井，每個(gè)測(cè)試設(shè)施都處在24小時(shí)的監(jiān)控下，且每個(gè)泵的壽命曲線數(shù)據(jù)都用無(wú)線電傳輸，一旦哪個(gè)泵由于某種原因下沉，就會(huì)報(bào)警并停泵。殼牌公司為了保證安全生產(chǎn)，注重著每個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)與處理，以確保安全生產(chǎn)，萬(wàn)無(wú)一失。
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