新疆油田助力稠油开采迈向“低碳时代”

  科研人员研究SAGD电加热方案。（图片由新疆油田公司勘探开发研究院提供）

  风城油田作业区SAGD一号采油站，一名石油工人在稠油生产现场对油井注汽等运作情况进行巡检。（资料图，克拉玛依融媒记者 闵勇 摄）

  截至今天，我国第一个采用井下大功率电加热SAGD启动技术（即稠油原位电加热开采技术，以下简称“电加热SAGD预热技术”）开采稠油的井组——风城油田重18井区FHW3120井组已采稠油2220吨。

  作为国内首例采用电加热SAGD预热技术开展双水平井SAGD采油的采油井，2023年6月，技术人员在该井组注汽井、生产井分别下入大功率电加热器，通过“以电代汽”的方式对稠油进行开采。时过半年，该井组节约蒸汽1.5万吨，节约天然气百万立方米。

  “这意味着以电加热代替蒸汽加热进行稠油开采取得突破，也代表着‘看天吃饭’的太阳能、风能发电有了充分使用的领域，标志着我国稠油开采向‘低碳时代’迈进。”新疆油田公司首席专家孙新革说。

  稠油，又称重油，因其原油粘度达百万厘泊，也被称之为“流不动的油田”，占全世界石油储量的70％以上。我国稠油资源丰富，储量约266亿吨，主要分布在东部的渤海盆地和西部的准噶尔盆地。我国稠油动用程度低、开采潜力巨大，是今后化石能源接替的重要对象。

  风城油田拥有超稠油油藏资源量3.6亿吨，是我国最大的整装超稠油油田。风城超稠油是优质环烷基原油，以环烷基原油为原料，可生产用于航天航空、交通运输、制造及电力等行业的75种高端特种油品，其中不少是被外国“卡脖子”的特种油品。

  有专家形象地比喻：风城超稠油硬似刚从冰箱里取出的冻肉。要把这样的稠油开采出来，需要非常的技术手段。

  孙新革说，风城超稠油的开采属世界级难题，从20世纪90年代初开始的15年时间里，风城油田的超稠油开发相继被加拿大石油公司、法国道达尔公司、美国雪佛龙公司3大国际石油公司判了“死刑”，被列为“禁区”。

  为攻克难关，2007年至2012年，新疆油田公司石油科研技术团队经过4年艰苦奋斗，通过“引进—模仿—再创新”，为风城油田3.6亿吨超稠油开发找到了“金钥匙”，探索出了适合新疆油田浅层超稠油油藏的双水平井蒸汽辅助重力泄油技术（以下简称“双水平井SAGD技术”），破解了超稠油开发的世界级难题。

  双水平井SAGD技术是一种类似于“烧烤”的开发技术，是在油藏底部平行部署一对注汽井和生产井，并向井内注入超高温蒸汽，将稠油逐渐“烤化”流动后，在重力作用下下泄采油的方法。这种采油方法具有高采油能力、高油气比、高采收率等优势。

  之后的10年里，针对风城超稠油SAGD开发的系列技术难题，新疆油田公司不断攻关，自主研发了十大技术，形成了完整配套的钻完井、注汽、举升、监测等配套工艺及设备，实现了新疆浅层超稠油油藏的工业开发，SAGD技术成为新疆油田超稠油规模开采和稳产上产的核心技术。

  利用该技术，新疆油田公司建成了我国最大的双水平井SAGD工业化生产基地，该技术成为新疆稠油400万吨稳产的主体开发技术。与此同时，新疆油田公司SAGD技术还走出了国门，服务于北美超稠油、油砂项目。

  孙新革说，SAGD技术解决了稠油开采难题，但该技术从蒸汽的生产到采出原油等环节都伴随着能量的高损耗。

  数据显示，新疆油田公司稠油产量占该公司总产量的32%，但其消耗的能量却占该公司总能耗的80%。

  在国家“双碳”目标及高水平质量的发展要求下，新疆超稠油开发面临的“油田老龄化、资源劣质化、热采高能耗”的问题凸显，SAGD技术必须转变发展方式与经济转型，这是实现超稠油高效开发的必由之路。

  “稠油开发减碳、降耗工作迫在眉睫，急需稠油绿色开发的新思路、新技术、新途径。”孙新革说。

  为此，新疆油田公司制定了“十四五”稠油高效、低碳开发攻关思路：立足“少用蒸汽、不用蒸汽、余热利用”方向，拟通过电加热辅助SAGD和溶剂辅助SAGD技术，推进稠油低碳开发。

  针对SAGD循环预热启动能耗大、热效率低的问题，新疆油田公司创新性提出双水平井SAGD电加热辅助启动方法。

  孙新革说，2017年，新疆油田勘探开发研究院、工程技术研究院、实验检测研究院、风城油田作业区及中石油勘探总院组成联合团队，开始研究井下电加热器传热传质机理。

  经过6年的联合攻关，井下大功率电加热配套工艺得到完善，长水平段电缆下入阻力大的难题也被攻克。

  据新疆油田稠油电加热辅助SAGD技术攻关小组成员、新疆油田勘探开发研究院稠油开发所首席技术官何万军介绍，井下大功率电加热SAGD预热技术实现了多项技术创新和核心工艺创新，包括创新电加热辅助SAGD物理模拟技术和电加热辅助SAGD数值模拟技术及井下大功率电加热器及管柱、作业、监测、调控等核心工艺的集成创新，已申报发明专利5项。

  今年6月，新疆油田公司在风城油田重18井区FHW3120井组开展了双水平井SAGD电加热辅助技术现场试验。

  试验结果为，井组通电加热后，水平段井筒温度平稳上升，井筒平均温度上升至256℃，局部监测温度达到274℃。其后，水平段温度保持稳定。8月7日进行首轮替液作业，首轮产油量达到了270吨。

  “取样显示，原油为泡沫状，流动性较好，表明电加热预热启动具有可行性。”何万军说，“井下大功率电加热SAGD预热技术改变了超稠油传统注蒸汽热采模式，热效率提高了20%，蒸汽使用量减少了90%。”

  中国科学院院士、油气钻探与开采专家高德利说：“稠油原位电加热开采技术将稠油开发与新能源绿电应用有机融合，在保障稠油稳产增产的同时，大幅度降低二氧化碳气体的排放，是一条稠油绿色低碳高效开采新途径。”

  在孙新革看来，电加热SAGD预热技术实验的成功，“以电代气、以电代汽”绿色开发替代传统燃气锅炉的开发方式，将大幅度减少天然气和蒸汽使用量以及二氧化碳的排放量，降低稠油开发成本，应用前景广阔。

  数据显示，截至2023年，乌尔禾区已建成并网光伏项目3个，总装机量达12万千瓦时，2022年全年累计发电量达1.6亿千瓦时。而在建的源网荷储一体化项目中，“猛狮100万千瓦光伏项目”一期60万千瓦已全容量并网发电，累计发电量4217.5万千瓦时；二期40万千瓦220千伏升压汇集站主体已完工。“鲁能20万千瓦光伏发电项目”和“浙能城投克拉玛依10万千瓦保障性并网光伏发电项目”已完成总工程量的95%，正在有序推进并网接入。

  “电加热SAGD预热技术将成为稠油绿色低碳开发与新能源协同发展的桥梁。”孙新革说，随着新疆新能源和风城油田所在地—乌尔禾区光伏绿电基地的推进，“以电代气、以电代汽”将极大地促进稠油开发技术与新能源的融合发展，让“看天吃饭”的风能、太阳能发电得到充分使用，为我国乃至世界稠油开发蹚出一条“风光发电—电解制氢—加氢改质—氢烃辅助”的“低碳”—“零碳”—“负碳”的超稠油开发之路。