国外老油田依靠哪些前沿技术提高采收率?

目前,中国70%的石油产量仍来自老油田,十大油气田中有七个开采超过30年。老油田已普遍进入高采收率、高含水的“双高”阶段,高含水油田的开发将成为石油工业的一大挑战。此前,中国石油经济技术研究院发布的《2014国外石油科技发展报告》指出,不仅在中国,在未来,老油田仍将是全球石油供应的主力,全球老油田剩余油挖潜压力巨大。如何提高石油采收率,使“老树长出新芽”成为各国石油科技的重点研究课题。

提高老油田采收率符合实际需要。

目前全球平均原油采收率为35%,全球平均常规天然气采收率为70%。老油田剩余储量仍然可观,石油勘探潜力巨大,仍将是未来全球石油供应的主力。因此,不断探索新技术,实现老油田价值最大化,是现实的选择。如果全球石油采收率提高1%,可采储量将增加50多亿吨,相当于全球两年的石油消耗量。

老油田开发主要存在五个问题:一是资源接替和后续进展缓慢,新增储量动用困难;二是含水率持续上升,地下油水关系复杂;三是套管损坏严重,基础设施老化;四是单井产量低,投入、产出、成本之间的矛盾日益突出;五是污染物处理不完全达标,环保问题突出。主要解决方法是找出剩余油,优化油藏管理,从而提高单井产量和采收率,最终达到优化成本和延长油田经济寿命的目的。目前,全球石油公司正在积极行动,以实现更高的采油目标。

2014挪威国家石油公司成立EOR(提高石油采收率)业务部,将海上石油采收率提高到60%。

马来西亚在2012年启动了世界上最大的EOR项目,该项目用于巴拉姆三角洲油田和北沙巴油田,使这两个油田的采油率提高到50%左右,生产期延长到2040年。

俄罗斯实行老油田税收优惠政策,规定采出程度越高,优惠幅度越大;对难开采的石油储量实行开采税差别化征收方式,对亚马尔-涅涅茨自治区老油田免征自然资源开采税。

老油田提高采收率技术及发展方向

目前,提高采收率需要在二次和三次采油方面做出努力。主要方法有水驱、维持井底压力、热采、气驱、化学驱和其他方法(如微生物驱)。根据中国石油经济技术研究院对1980-2012年全球各类提高采收率项目数量的统计,热采技术作为提高采收率的第一技术手段,历年来一直保持项目数量。

近年来,二氧化碳驱项目数量逐年增加,成为仅次于热采的第二大EOR技术。化学驱和非二氧化碳气驱项目数量逐渐减少,热采项目数量保持稳定。

目前,老油田勘探开发的关键技术系列包括三大类:剩余油描述、改善水驱和新一代EOR技术。

1.剩余油描述剩余油描述是利用新技术准确地找到剩余油,更清楚地描述剩余油的位置和地层情况,是油藏管理和提高采收率的基础。剩余油精细描述已成为该类技术未来的发展方向。具体来说,随着油藏开采难度的加深和生产动态数据的增加,开展精细地质特征研究和剩余油分布描述,完善油藏地质模型,量化剩余油分布。需要物探、地质、储层、测井的配合。这类新兴技术主要包括四维地震技术、光纤探测和纳米机器人。

(1)四维地震技术四维地震是通过反复观测来研究地层中流体的变化特征。其技术优势在于可用于油田开发的全周期:在开发初期保护油田的基础产能;油田管理和资源的有效开发能够确保中期的高经济效益;后期将延长油田开发期,提高最终采收率。

(2)永久性光纤井下动态监测技术光纤传感器油藏监测是在石油开采过程中,利用光纤传感器测试井下多相流、温度、压力、持液率等参数,从而了解油井产液情况和注水井注水情况。这些信息的动态检测为更好的油藏管理提供了条件:有利于优化油井的生产和生活,优化注水井;智能完井的故障诊断和监控;监控蒸汽流量和SAG-D的效率,实时监控和确认井下作业的效率;改善储层的激励和补救措施,例如在压裂处理期间实时观察压裂裂缝的高度增长。

(3)油层纳米机器人是一种纳米传感器,通过注水进入油层。在地下“旅行”期间,可以分析储层的压力、温度和流体类型,并将信息存储在存储器中,由生产井随原油生产并回收。在实际应用中,它们可以帮助圈定储层范围,绘制裂缝和断层模式,识别和确定高渗透通道;寻找油田遗漏的油气,优化井位,设计生成更真实的地质模型;向储层深处输送化学物质,以提高油气产量;了解井间基质、裂缝和流体性质以及油气产量变化;它可以通过直接接触储层来完成,对剩余油的发现和开采起着重要的作用。值得一提的是,Saudi Aramco在2007年提出了纳米机器人的概念,2008年进行了可行性试验,2010进行了外场试验,技术日趋成熟。此外,由世界多家知名油气企业组成的高级能源联盟(AEC)一直致力于利用纳米技术勘探和生产油气,开发地下微传感器和纳米传感器,对油藏及其流体进行三维表征,从而更好地表征油藏,有效开发油气资源。2.改善水驱改善水驱主要从两个方向来改善水驱效果。一方面,要研究改进井下工艺和注水工艺的方法,如井下油水分离、智能井分层注水等;另一方面,需要改变注入水的水质,通过调整注入水的离子组成和矿化度来改变储层岩石表面的润湿性,从而提高采收率。主要方法有低矿化度水驱、智能水驱和智能流体驱,其特点是可以利用现有的水驱设备,以最少的投入获得较高的采收率。目前,BP、Saudi Aramco、壳牌等公司已经开展了低矿化度水驱和智能水驱技术的现场试验,效果良好。室内实验提高采收率40%左右;单井试验提高采收率6-12%;现场试验表明,增油效果明显,油井产水量降低。目前该领域具有代表性的技术有:(1)LoSal低矿化度水驱技术,可提高采收率高达10%。2005年以来,BP公司在阿拉斯加油田通过改进的水力装置向地层注入低矿化度水,采油效果明显,产水量从92%下降到87%。(2)SmartWater智能水驱技术。智能水驱矿场试验生产设备在沙特Ghawar、Kindom等碳酸盐岩油藏进行了单井试验。在Kindom的第一次现场测试中,油井周围的残余油饱和度下降了7%。目前正在进行多井智能注水现场试验,研究智能注水对整个油藏最终采收率的影响,预计提高采收率8%-10%。

3.新一代EOR技术,主要包括气驱和微生物采油技术。

(1)气体驱EOR技术二氧化碳(CO2)驱是气体驱中的主要技术。据2012统计,全球CO2驱项目超过100个,其中约90%的CO2驱项目集中在美国。CO2驱油已成为美国第一项提高采收率的技术,年产油15万吨,年注入CO2 3000万吨。“新一代”CO2-EOR技术通过增加CO2注入量、优化井身设计和布局、添加聚合物或其他增粘剂、添加添加剂降低最小混相压力等措施,消除粘性指进和非混相驱问题,从而降低水驱后储层孔隙中的剩余油饱和度,使剩余油重新流动,在剩余油区具有良好的应用前景。剩余油带(ROZ)是指在一次采油和二次采油中没有经济产油的一些含油层段。Roz通常位于常规油田主产层之下或常规油田之间的早期水运移通道中,储量极其丰富,达到6543.8+040亿桶。ROZ的开发预计将使美国原油可采储量增加30%-50%。目前,ROZ的主要开发模式是混相CO2-EOR。随着改进的“新一代”CO2-EOR技术的应用,ROZ的产量明显增加,但缺乏足够的廉价CO2供应将阻碍产量达到更高水平。截至2012年底,美国二叠纪盆地已实施11 ROZ项目,日产油超过13000桶。未来计划实施六个ROZ项目,新项目的时间取决于CO2供应的有效性。

(2)微生物采油技术

生物酶驱油技术原理:将特制的生物酶制剂注入地层,使岩石的润湿性由油变为水,矿物颗粒与油相的界面张力降低,流体通过孔喉的流动阻力减小,从而增油。缅甸曼恩油田是1970投产的老油田。加酶后,含水率大幅下降,产油量相对稳定。

AERO(活化环境油回收)技术原理:通过产生营养物质优化水质,使微生物快速繁殖。活化微生物可以利用原油作为碳源,并作为表面活性剂降低油水界面张力,石油被释放到水流中;微生物繁殖堵塞了大型水流通道,迫使水选择其他流动路径,并驱动更多搁浅的原油。一旦空气动力系统启动,该程序将重复进行,直到所有残余油都被排出。该系统最多可采出地层中20%的难采原油,可使该区原油产量提高9%-12%。使用现有的生产设备和基础设施,没有必要钻新井。

微生物采油技术的应用:微生物驱油技术被认为是美国最有潜力的驱油技术。据统计,美国可供微生物采油的储量高达6490亿桶,占其总储量的58%。在过去的20年中,美国能源部支持了47个微生物采油研究项目,其中8个正在进行中。微生物驱油技术正在进行广泛的现场试验,其研究结果表明,在注水开发后期实施微生物驱油技术,可提高采收率16%。

俄罗斯主要开展了内源微生物驱油技术的研究,也进入了大规模的工业应用。实现了Romashkin、Bashkorstan、Tatar等老油田增油60万吨,延长了油藏开发寿命。

挪威国家石油公司在北海油田Norne油田进行了世界上最大规模的微生物驱油技术实验,取得了巨大成功,预计可增加原油产量3000万桶。挪威国家石油公司也将微生物采油技术作为未来的主要研究方向。