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      1. 探礦工程在線 > 正文

        原位開采成油砂開采主要技術手段

        發布時間:2020年11月30日
        來源:中國礦業報(2020-11-27) 作者:仝立華

        作為常規石油重要的補充能源之一,油砂具有可觀的開發前景。由于油砂本身的地質條件和埋深不同,其開采方法也不一樣。通常來說,對于埋藏深度大于75米的油砂礦床,由于其挖掘成本高不適合露天開采,需要采用原位開采技術進行開采。例如,加拿大開采的油砂油中約80%來自原位開采方式的貢獻,我國新疆克拉瑪依的風城及周邊地區成功利用蒸汽輔助重力泄油技術原位開采油砂油(超稠油),年產能達300萬噸。與露天油砂開采相比,原位開采的地面場地規模要小得多,采礦過程中不會產生尾礦,對地表的環境影響更小,因此原位開采的方式在油砂開采中越來越多地應用,已經成為油砂開采的主要技術手段。

        一、原位開采包括哪些方法

        原位開采油砂的方式主要分為熱采和冷采,其中應用較多的有循環蒸汽吞吐、蒸汽輔助重力泄油、攜砂冷采,另外還有微生物冷采等新工藝正處于探索試驗階段。

        1. 循環蒸汽吞吐

        循環蒸汽吞吐多以單一直井生產為主,是油砂原位開采應用最早的技術方法之一。其工作方式相對簡單,通過在油砂礦床中實施一口單井,將高壓蒸汽注入油砂層,以加熱油砂并降低油砂油粘度。注氣和燜井數周后,使油砂礦層在高溫高壓環境下逐漸液化并具有流動性,待礦床冷卻、壓力降低后開井生產。將已經上浮的液化油砂油(油砂油和水的混合液)泵送至地表分離站進行油水分離。分離后的油砂油經一定的稀釋和煉化后,可作為成品油進行交易。在整個開采過程中產生的工業用水經分離、凈化等處理工序,循環用于制備蒸汽,不產生額外的工業廢水。

        2. 蒸汽輔助重力泄油(SAGD)

        蒸汽輔助重力泄油技術是一種蒸汽驅開采方式,通過實施2口水平井(上方的水平井為注汽井,下方的水平井為生產井),向注汽井連續注入高溫、高干度蒸汽,使礦層內部形成蒸汽腔將原油驅至生產井周圍,被加熱的具有流動性的油砂油和蒸汽冷凝液依靠重力流向下方的生產井采出地面。油砂油和蒸汽的混合液泵送至地表后進行油水分離。分離后的水經凈化處理循環利用與蒸汽制備,分離后的油砂油經進一步煉化后出售。蒸汽輔助重力泄油技術是一種可循環的開采方式,地面擾動小,采收率可達60%,相比循環蒸汽吞吐而言產量大幅增加。但該方法具有一定條件的適用性,當油砂礦層厚度小于15米、含油非均質性較高時生產效果較差。另外,為了保證高溫高壓蒸汽的注入效果,要求油砂礦層的頂板封閉性較好,因此某些埋深較淺、封閉性差的礦層不適宜該方法。

        3. 攜砂冷采

        攜砂冷采是一種非加熱一次采油方式,其依靠強力射孔技術和螺桿泵舉升系統,通過產生大量的出砂和形成泡沫油的方式獲得較高的產量。該方法對含有溶解氣的各類疏松油砂礦層具有較廣泛的適應性,例如我國吉林的套保油田應用該工藝成功實現稠油(油砂)年產能5萬噸。由于油砂礦層膠結疏松,油砂油粘度高,攜砂能力強,射孔后油砂油包裹砂粒一道產出,隨著出砂量的增大,礦層中產生的“蚯蚓洞”使油層孔隙度和滲透率大幅度提高,有效改善油砂油的流動性。油砂油包含少量的溶解氣在油砂油流動過程中產生小氣泡,形成泡沫油流動,一方面提高了油砂油的流動性,另一方面增強了流動能力并保持了“蚯蚓洞”的穩定。攜砂冷采技術適合膠結疏松的礦層,但對礦層的地質條件有一定的要求,在埋深大于300米、礦層厚度不小于3米、溶解氣油比大于5且頂底板無水層的礦層內效果較好。

        4. 微生物冷采

        除了攜砂冷采以外,對于埋藏淺的多薄層油砂的有效開采方式一直處于探索階段。中國地質調查局油氣資源調查中心在松遼盆地西斜坡開展了微生物冷采原位油砂油的技術方法試驗。該工藝通過實施5口單井形成小井組,對礦層進行射孔、快速吞吐并建立儲層虧空后,向礦層注入內外源微生物功能菌劑。通過實施燜井使功能菌劑與礦層充分發生作用,降低油砂油的粘度,達到改善流動性的效果,待燜井周期結束后開井求產。該方法具有不破壞儲層、低耗能、低成本和環保等優勢,此方法一旦試驗成功,或將有效帶動淺層多薄層油砂資源的有效利用。

        二、原位開采具有哪些優勢

        一是占地更小。相對地下油砂礦床的規模而言,建設原位開采地表井場所需的占地僅為露天開采的1/7。與露天開采相比,原位開采的建設規模更小,更容易控制占地成本。

        二是用水效率更高。原位開采過程中的用水主要用于制備蒸汽,絕大部分的水能夠回收循環再次用于蒸汽制備。據有關數據統計,同等規模的油砂礦開采條件下,原位開采的用水量大約只有露天開采的1/5。因此,與露天開采中用于漿化體量龐大固體油砂所需的用水量相比,原位開采的凈水用量明顯低得多。

        三是無尾礦廢渣。油砂礦床中的砂子幾乎全部被留在了地層中,地表沒有礦渣堆積,同時也省去了礦渣處理的環節。

        四是前期投資更少。由于不存地表的選礦和礦渣處理環節,原位開采需要資金相對更少,而且開采設備采用分期建設,基礎設施建設速度更快。

        三、中國油砂資源利用效果與前景淺析

        隨著我國經濟社會持續發展,油氣資源剛性需求強勁,油氣對外依存度大幅攀升,2019年原油對外依存度達到72.4%,然而我國主要含油氣盆地勘探開發程度較高,常規油氣總體進入勘探開發的中后期,因此尋求常規油氣的戰略接替資源迫在眉睫。我國油砂資源較豐富,油砂油地質資源量約59.7億噸,主要分布于準噶爾、塔里木、松遼、柴達木等含油氣盆地邊緣的淺層部位,儲層膠結疏松且含油性好,具有良好的資源前景,是油氣資源戰略接替的現實領域。

        我國油砂勘探開發起步較晚,研究基礎薄弱,勘查開發程度比較低,截至2019年底,全國油砂探明儲量僅1.8億噸,年產量僅300萬噸,目前除新疆風城等少數礦點依靠科技創新實現了有效開發外,其他大部分礦點(帶)尚未形成有效產能。與國外典型油砂礦顯著不同的是,受陸相沉積背景和復雜成礦條件的控制,我國絕大部分油砂礦層類型以陸相河流沉積為主,呈厚度薄、物性夾層多的特征;油砂資源多賦存于盆地邊緣物性良好、局部蓋層不完整的淺層部位,因此在油砂油的形成過程中,原油遭受水洗、氧化及生物降解等作用后重質組分占比增大,油砂油粘度普遍較高,甚至在80-90℃條件下仍不具備孔隙流動能力。這種特殊的油品性質使常規原油的開采工藝難以將油砂油從顆粒界面分離,導致其原位開采困難。

        同時,受淺部礦層膠結疏松、封閉性差的影響,采用國外成熟的蒸汽熱采技術開發淺層油砂還存在蒸汽制備能耗高、蒸汽上竄污染淺部水層等風險,規模性蒸汽開發產生的高碳排放亦不滿足環保要求。因此,攻關淺層油砂綠色高效原位開采技術,探索高效、經濟、綠色的陸相淺層油砂原位開采技術,促進我國油砂資源合理利用和產業良性發展,對保障國家能源安全具有重要戰略意義。

        近年來,國內研究機構和石油企業堅持對油砂勘探開發技術的投入,低溫冷采、微生物納米微乳液、超聲波震動等技術研究取得一定進展,筆者相信未來工藝技術大幅的進步將大大提高油砂原位開采的可靠性和采收率。隨著,油砂原位開采技術應用得越來越普及,原位開采的產量或將超過地表開采,并有望在未來的幾十年中帶動油砂產能的增長。

        [責任編輯:dc]

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