陕北能源化工基地工业烟道气在石油开采中的应用前景

・３ｌ８・　价值工程　陕北能源化工基地工业烟道气在石油开采中的应用前景　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｈａｎｂｅｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｂａｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ　ａｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　龚智力Ｇｏｎｇ　Ｚｈｉｌｉ　（中国石油大学（华东），青岛２６６５５５）　（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）　摘要：简要论述了注烟道气驱油基本原理，并从油藏特点、气源条件、增油潜力等方面对陕北低渗轻质油田开展注烟道气技术的前景进行　了分析。最后指出尽管烟道气驱技术已经得到了一定的发展，但是仍然存在一些制约其大规模应用的因素，还需在多方面加强工作。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｄｒｉｖｅ　０ｉ１　ｉｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｒｏｍ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｇａｓ　ＳＯｌ／ｉｃｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｉｌ　．ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｈａｎｎｂｅｉ　ｌｉｇｈｔ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｉｌｉｅｌｄ＇ｆｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｕｅ　ｇａｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｆｏｇｙ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｄｅｓｐｉｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅ￣ｍｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｏｉｌ　ｄｒｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｔｈｅｒｅ　ａｌｅ　ｓｔｉｌｌ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ａｒｅａｓ・　关键词：烟道气；ＥＯＲ；腐蚀；气窜；数值模拟　Ｋｅｙ　ＷＯｒｄｓ：ｆｌｕｅ　ｇａｓ；ＥＯＲ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｇａｓ　ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　中图分类号：ＴＥ３４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－４３１１（２０１０）３３—０３１８－０２　Ｏ引言　时，随着对环境保护意识的日益增强，如何高效、清洁、经济地开采　面向２１世纪，全球油气资源的可持续利用问题更加突出，同　油气资源已成为目前急需解决的问题。　为了提高油层的最终采收率，进入２０世纪８０年代以来，向油　作者简介：龚智力（１９８１一），男，汉族，四川眉山人，博士研究生，研究方向：复　层注入ＣＯ：、Ｎ：和烟道气开采原油国内外有了较大发展。据报道，美　杂油气藏增产理论与技术研究工作。　国、加拿大已有３３个油田注ＣＯ：气开发，有５个油田注烟道气二次　圈圈圈　图８多变桌椅　能带给人的惬意享受，与其在人工环境中大量挥霍以转移紧张的情　绪，不如试着回归到“天人合一”的整体生活观里，在产品造型营造　的氛围中享受低熵生活的美好。如图９中结合了花瓶功能的水龙头　设计，透明的玻璃材质，简单的轮廓，不需要昂贵的材料和复杂的外　观，让人在植物带来的清新中品味简单生活的快乐。　４．３装饰与循环再用材料的结合很多产品进入报废阶段后，　所用材料即进入降解处理，不能再生的材料就成为自然环境的极大　在发展初期，追　负担。将回收材料根据本来的色彩、机理等特点巧妙利用起来，让其　求经济效益的洪流使　在所设计的产品中制造一种装饰效果，也是一个很好的延长原材料　得工业设计将注意力　生命周期的方法。例如图１０是菲利普・斯塔克为沙巴法国公司设计　外　更多地放在了对消费　的电视机，机壳是采用了回收的材料——高密度纤维模压成形，也有种很亲切的感受。　的刺激上，甚至有的　观自然形成的暖色调，国家还提出并实施了　５结语　熵定律是存在于自然界及人类社会、生命有机体等所有领域的　制”，这使人与自然的　普遍规律，我们从熵定律的角度，对产品造型审美需求的深层心理　从中可以总结出指导　关系出现了前所未有的恶化。熵增定律无　机制、低熵整体观的传达等问题作出了剖析，法改变，但是人类可以运用思想和方法来　设计的一些方法原则。产品造型是一个复杂的凝结产物，它离不开　离不开自然资源和材料，也离不开人们对它的需求和　控制熵增的发展速度。在古代低熵社会的　科技的运用，朴素世界观中人们把人与天地万物看成　期望。我们要让产品造型成为倡导美与健康发展的催化剂，对造　个整体，这种整体观在现代却逐渐被人　型设计的原理与方法仍然要不断地深入思索，在实践中不断地总　一图１０回收材料外　“有计划的商品废止　壳的电视机　图９结合花瓶功　能的水龙头　　们忘记。在当代社会、自然环境的种种问　结。参考文献：　题逐渐显露出来后，人们开始回过头来重　下的途径来实施：　版社，２００９．　４．１装饰与可持续使用的结合当产品造型存在与环境协调、　［３］Ａｒｈｅｉｍ　Ｒ．Ｅｎｔｒｏｐｙ　ａｎｄ　Ａｎ－ａｎ　Ｅｓｓａｙｏｎ　Ｄｉｓｏｒｄｅｒａｎｄ　Ｏｒｄｅｒ［Ｍ】．Ｌｏｓ　与使用者协调等问题时，消费者常常需要产品造型起到装饰的作　Ａｎｇｅｌｅｓ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ　Ｐｒｅｓｓ，１９７１．　用，而且会随环境的变化而更换不同的风格外观。造型上可以采取　鲁道夫・阿恩海姆．艺术与视知觉【Ｍ】．滕守尧，译．重庆：四』Ｉｉ人民出版　外观结构的可变设计，令产品可以适应不同的使用要求，延长使用　社，１９９８．　［５】史风华．阿恩海姆美学思想研究【Ｍ】．济南：山东大学出版社，２００６．　时间。例如图８，为了与房间装饰搭配，常会更换与之相配的桌椅装　【６］Ｅｙｓｅｎｃｋ，Ｈ．Ｊ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ”ｇｏｏｄ　ｇｅｓｔａｌｔ”一ａ　ｎｅｗ　饰风格。这种设计提供了另一种选择方案，在这款多变桌椅的表面　ｏａｃｈ［Ｊ］．Ｐｓｙｃｈｏ１．Ｒｅｖｉｅｗ，１９４２，４９：３４４—３６４　材料中已经预留了多款装饰图，只要卷动桌椅下方的卷轴，即可将　ａｐｐｒ［７］Ｆｒｅｕｄ　Ｓｉｇｍｕｎｄ．Ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｐｌｅａｓｕｒｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｌｉｖｅｒｉｇｈｔ，　表面的配图进行更换，十分方便。　１９６１．　４．２对“天人合一”低熵理念的传达经济快速发展和激烈的竞　【８］Ｆｒａｎｃｅ　Ｍ．Ｍ．，Ｈｅｎａｕｔ　Ａ．Ａｒｔ，Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　Ｅｎｔｒｏｐｙ［Ｊ】．ＬＥＯＮＡＲＤＯ，　争，让人们的精神总处于高度紧张状态，也忘记了简单的自然元素　１９９４，２７（３）．２１９—２２１．　【１］［美］杰里米・里夫金，特德・霍华德．熵：一种新的世界观［Ｍ】．吕明，袁　舟，译．上海：上海译文出版社，１９８７．　对“过度设计”的纠正，对低熵观念的倡导。低熵的设计可以通过以　『２１ｆ日】福冈伸一．所谓生命，是什么：活物【Ｍ】．刘杨，译　山头：汕头大学出　新思考低熵与整体观。产品造型设计作为观念的物化，也应当贯穿　Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・３１９・　２．２从延长油田气源和经济条件看，开展注烟道气提高采收率　采油，预计采收率可提高到６５％以上。在所有提高采收率的方法中，　９９８年批准的我国唯一国家级能　注ＣＯ，气强化采油应用最广泛，效果较好。但气源有局限性。烟道气　的潜力巨大陕北是国家计委于１延安两市。陕北能源化工基地由　的注入效果介于注ＣＯ　气和Ｎ　气之问。特别是注烟道气适用于浅　源化工基地，主要包括陕西省榆林、府谷火电区、榆神煤化学工业区、榆横煤化学工业区、鱼米绥盐化工　层稠油开采，在气源保证的条件下成本低，切实可行。　区、延安石油化工区和靖定天然气化工区等工业区组成，这些工业　１烟道气驱油基本原理［．－５］　烟道气驱油是将高压蒸汽锅炉烟道气经过处理、增压后，作为　园区内主要以火电石化企业为主，２００７年不完全统计全区工业废　３６亿标立方米，工业ＳＯ　排放量约ｌ１万吨。因此　溶剂注入油层，与油层中的残留原油混溶成一种流体而驱替产出的　气排放总量约９２７．三次采油方法。类似于生活中用汽油清洗油污，使原油从油层孔隙　油田矿区及其周围城市烟气资源十分丰富，延长油田烟道气回收不　中洗出。国外油田注入烟道气，大多用于提高油藏采收率。烟道气通　仅改善了对当地环境污染造成的压力，还能为油田带来创收，开展　常含有８０％～８５％的氮气和１５％～２０％的二氧化碳以及少量杂质，　烟道气在油田应用意义重大。　也称排出气体，处理过的烟道气，可用作驱油剂。烟道气的化学成分　２．３宏观计算注烟道气提高产油量前景巨大目前，延长油田　不固定，其性质主要取决于氨气和二氧化碳在烟道气中所占的比　各主要油区一次衰竭式采油和二次注水采油的采收率平均为１０％一　例。烟道气具有可压缩性、溶解性、可相性及腐蚀性。根据烟道气中　１５％左右，而临近的同一整体区域构造上的长庆油田通过区块综合　５％一２５％左右，按照国外目前油田的　所含气体的组成，提高采收率机理主要是二氧化碳产生的溶解气机　治理开发，总体采收率一般为１开发技术水平，低渗油田的一次、二次和三次采收率累计最终采收　理和氨气产生游离气机理。　１．１增溶作用烟道气溶于原油之后，会使原油体积膨胀。从而　率可以达到３０％～４０％左右，延长油田在提高原油采收率方面还具　增加了弹性能量。气体使原油体积膨胀的效果与气体在原油中的溶　有十分广阔的发展空间。截止２００７年底，延长油田的采收率按　解度有关，溶解度越高，原油体积膨胀效果越好，获得的弹性能量就　ｌ１．２４％计算，可采储量为１．５６ｘ１０ｓ吨。如果能将现有采收率高５％，　越高。　将新增可采储量０．６９４５ｘ１０ｓⅡ屯；如果将现有采收率高１０％，将新增　１＿２降粘作用烟道气中的ＣＯ　将使原油和水碳酸化。原油碳　可采储量１．３８９ｘ１０ａ吨，相当于几乎将延长油田现有可采储量翻一　新建成一个延长油田。若按照１２００万吨／年的生产能力计算，相　酸化后，其粘度随之降低，增加了原油的流度。而ＣＯ　溶于水中，水　翻，碳酸化后，水的粘度也要增加，从而降低水的流度。这样油和水的流　当于可将延长油田的稳产开采年限再延长１０年以上。　度趋向靠近，所以它能够改善油与水的流度比，从而扩大波及面积。　３结论与建议　１．３混相效应气体向前推进的过程中不断进行，当前缘气体　开展烟道气驱既可以减少温室气体排放、降低污染，又可以提　Ｇ１被富化到一定程度时，会与地层油之间形成溶解一抽提过程的　高原油采收率，无论是从环境角度还是从经济角度考虑均具有重要　动态平衡，即达到混相状态。达到混相的两种流体能以任何比例构　的现实意义。尽管烟道气驱技术已经得到了一定的发展，但是仍然　成混合物，并呈单相存在。驱替相和被驱替相间不存在界面（界面张　存在一些制约其大规模应用的因素，还需在多方面加强工作。　力趋于零），若原油与烟道气达成混相消除界面张力后，残余油饱和　①防止溶解气腐蚀。烟道气与原油混相压力比ＣＯ：高，杂质中　度将降到最低值，可动油比例增大，提高原油采收率。　含Ｏ　、ＮＯ、ＣＯ、ＳＯ：等，当含有水分时易造成设备腐蚀，而不含水烟　１．４增强岩石的渗流能力烟道气中的ＣＯ　溶于地层水中可形　道气基本不具备腐蚀性，所以应进一步研究在不同烟道气组分情况　成弱酸——碳酸。ＣＯ　的酸化作用会使岩石中一些矿物成分ｆ如方解　下，含水量对管道设备腐蚀速度以及腐蚀机理。　石、白云石等）被溶蚀，使得矿物颗粒间隙变大，增强了岩石的渗流　②加强烟道气对低渗透轻质油藏（如陕北油田）在注水开发后　能力，使注入井周围的油层渗透率提高。　期三次开发经济适应性进行评价研究，如进行室内岩心驱替试验，　１．５重力分异作用若油层垂向上的连续渗透率较高，向油藏　研究达到混相驱替条件以及机理，国内目前为止只对蒸汽吞吐或蒸　顶部或已存在的气顶或者气顶下的油柱注烟道气时，气体与原油间　汽驱后稠油油藏就行烟道气驱研究，对低渗透轻质浅层油藏研究较　存在密度差而产生油气对流作用（重力分异作用），从而保持油藏压　少。　力。　③应分析烟道气对地层原油组分岩心驱替效率的贡献率，研究　２陕北油田注工业烟道气提高采收率前景分析　原油组分对采收率影响，可以揭示地层原油各组分在驱替过程中相　２．１从延长油田的油藏特点看，开展注烟道气提高采收率的潜　态变化，从而在微观上了解Ｎ：和ＣＯ　驱替机理和区别。　力巨大首先，陕北属于典型的低饱和、低渗透、低产量的浅油层油　④对于渗透率较高的油藏，容易产生气窜，不易见效；在应用　田，以背斜圈闭为主。烟道气混相驱替要求的压力和温度介于Ｎ　和　前，应对油藏进行详细描述，充分了解油藏状况，选择合适油藏开展　ＣＯ：之间，因此较浅层适于注烟道气。背斜圈闭利用重力分异作用　工作　在油藏项部注烟道气，以利于油气分异。低渗透油藏可提供更充分　⑤烟气的关键在于烟气的净化处理工艺，应包括脱硫、脱硝除　的混相条件，不易导致早期气窜，而且陕北油田油层非均质性和裂　氧、除尘、干燥以及输送等环节，针对本地区烟道气和油藏特点，对　缝非均质性程度较低，注烟道气较为适宜。其次，陕北油田中７０％的　流程和关键设备进行筛选研究，对含氧量、水量以及泄露报警进行　原油藏在有“磨刀石”之称的岩石中，而且在已探明的储量中特低渗　不问断ＰＬＣ自动控制监管。　透储量占８０％。在已开发的油田中都已经进入二次采油的后期，大　⑥对输气管网进行优化，在油田引进并建造１座专业富集烟道　多数油田进入了高含水、高压力、高采出程度的临界开发阶段，但是　气注入站，提高系统注入效率，减少环境污染。　有８５％未能开采出来。如果不采用新的技术，单单依靠开发新的油　参考文献：　田已经不可能满足提高原油产量的目标。低渗透砂岩油藏在形成条　［１］Ｒｏｂｅ￣Ｍ．Ｔｉｔｔｌｅ．Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ　Ｐｒｏｇｒａｍ　Ａｔ　Ｎｅａｌｅ　Ｆｉｅｌｄ［Ｊ】＿　ＳＰＥＩ９０７．１９６７，１－４．　件、孔喉特征、渗流机理等方面与中高渗透油藏有显著的区别，使油　［２］Ｈａｒｉｓｈ　Ｒ．Ａｎａｄａ．Ｓｔａｔｅ－ｏｆ—ｔｈｅ－ａｒｔ—ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　藏在开采方式、油井生产动态等方面也表现出某些特殊性。主要表　ｌｏｏｄｉｎｇ　ｉｎ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ［Ｊ］．Ｕ．Ｓ．ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ＤＯＥ／ＭＣ／０８３３３－　现为：单井产量低，甚至不压裂就没有自然生产能力；产量下降快，　ｆ２，ｄｅｃｅｍｂｅｒ，１９８０．　稳产状况差；注水压力高，而采油井难以见到注水效果；开采速度和　［３］ＢｊＯＷｌ　Ｆｏｓｓｕｍ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｏｔ－Ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　Ｆｌｕｅ－Ｇａｓ　采收率都比较低。另一方面，延长油田一些开发较好的老区块（指中　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ＵｎｄｅｒＴｙｐｉｃａｌ　Ｎｏｒｔｈ　Ｓｅａ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳＰＥ２４　１　６８，１　９９２．　高渗透油藏），其综合含水接近９０％，个别单元综合含水已达　［４］Ｊｏｈｎ　Ｇｏｄｗｉｎ，Ｔｒｅｖｏｒ　Ｌｙｏｎｓ．Ａ　Ｓｍａｌｌ　Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｐｒｏｄｕｃｅｒ　Ｓ　Ｄｅｓｉｇｎ，　９７．９％，已达到或接近注水开发极限。这些老油区也急需开展三次采　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ－Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，Ｅａｓｔ　Ｅｄｎａ　Ｆｉｅｌｄ，　油工作，以寻找继注水开发后的提高采收率的接替技术。因此，从延　Ｏｋｍｕｌｇｅｅ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｏｋｌａｈｏｍａ［Ｊ］．ＳＰＥ　３９６３７，１　９９８．　长油田的油藏特点和开发现状来看，开展注烟道气提高采收率的潜　［５１ｏ．ｓ．ｓｈｏｋｏｙａ．ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　力巨大。　ｌｆｕｅ—ｇａｓ／ｌｉｇｈｔ—ｏｉ１　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳＰＥ９７２６２，２００５．