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氮氣神助攻 提高油氣采收率

氮氣神助攻 提高油氣采收率

Cantarell油田位于墨西哥海岸,于1978年被發現,1979年開始投入商業開采。隨著油藏壓力的持續下降,為了采用最經濟、有效的方法來增加油藏壓力、抑制油田減產趨勢,墨西哥國家石油公司(Pemex)開始了相關研究。在嘗試了許多備選方案之后,陸地低溫氮生產裝置脫穎而出成為最佳選擇。Cantarell油田從1980年開始注氮氣提高采收率,持續至今。

Cantarell油田首次發現是在距離墨西哥灣的Ciudad del Carmen約85公里處。該油田是世界第六大油田,儲量320億桶,于1979年開始生產,之后發展迅速,1981年時產量達到了100萬桶/天。由于鉆井數量之多,其產量始終穩定在110萬桶/天左右。

Cantarell油田的構造是一個東北-西南向的背斜,占地面積為162平方公里,由五個區塊組成,分別為Akal、Nohoch、Kutz、Chac和Sihil區塊。其中Akal是面積最大的區塊,油藏水深超過1500米,原始地質儲量約為300億桶原油。

儲層巖性主要為鈣質白云巖,還含有少量的白云石化角礫巖。儲層中原油為重油,API度為19-22。含油帶厚度大約為1000米,儲層含有裂縫,其滲透率范圍為1毫達西–1達西,甚至幾達西。平均孔隙度為8%,含水飽和度為21%,Akal區塊東南部水壓驅動異?;钴S。至1996年,儲層壓力下降到了1800psi,僅為原始儲層壓力的53%。Pemex的研究表明,如果不增加儲層壓力,大量的原油會被遺留在地層中。石油圈原創www.h29736.cn

氮氣神助攻 提高油氣采收率

該研究通過流體注入來增加儲層壓力,研究了發動機廢氣、二氧化碳、水、天然氣和氮氣是否適合作為注入流體。

經過包括經濟效益模擬在內的大量分析,Pemex認為注氮氣能創造最高的經濟價值。注氮氣并不是一項新技術,在過去數十年,注氮氣提高地層壓力已應用在全球眾多油氣田中。自20世紀70年代起美國墨西哥灣區域就進行了多個注氮氣項目,80年代時注氮氣法被用于維持懷俄明州西南部的逆沖斷層帶區的地層壓力。此外,佛羅里達州的Jay油田也是注氮氣法的一個成功案例。

Cantarell油田采用注氮氣法有很多優勢。首先,氮氣為惰性氣體,在操作過程中不需要特殊容器。其次,氮氣是空氣的組分,資源豐富,價格低廉,低溫氮氣廠能夠將空氣中氮氣分離,純度可達99.9%。與二氧化碳和天然氣相比,氮氣的地層體積系數較大,因此少量的氮氣就可以維持地層壓力。而且由于氣體需求巨大,氮氣的成本較低,能創造出更大的經濟效益。

注氮氣裝置石油圈原創www.h29736.cn

確定注氮氣是最好選擇后,隨即開展了確定注氮氣裝置大小及位置的研究。研究建議將注氮氣裝置安裝在陸地,通過管道輸送至海上平臺。注氮氣裝置被安裝在Campeche的Atasta區,位于Ciudad del Carmen西30公里處。該裝置最初設計有四個1萬噸/天的低溫氮氣模塊,每個模塊每天可以生產3億標準立方英尺的氮氣,產出的氮氣中氧氣含量低于10ppm。

裝置中的分子篩將進入的空氣冷卻并干燥,之后經熱交換器進行深度冷卻,低溫循環裝置隨即將氮氣分離,通過低溫循環得到的氮氣純度高達90%以上。每個空氣分離設備(ASU)都有專用的空氣壓縮機和氮氣壓縮機,壓縮的每個階段均需要大約50萬馬力的動力。

熱電聯供設備為該項目提供動力,三個熱電聯供裝置中的每個都可提供7500萬瓦的電能。該設備使用Pemex生產的天然氣作為燃料,兩條注氮管道從陸上鋪設到Akal“C”海上平臺。

1998年開始建造注氮氣裝置,Pemex選擇了該裝置的建設-擁有-經營(BOO)模式,即Pemex同時是該裝置的建造和運營商。

由于該裝置效果很好,于是在2004年增建了另一個低溫模塊。這個模塊與當前正在使用的模塊規模相同,使注氮氣總量提升到15億立方英尺/天,這個模塊還被用來維持附近Ku-Maloob-Zaap油田的地層壓力。同時在2004年還增加了一個5500MW規模的電廠。

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注氮氣技術開始于2000年春季,最初注入量為3億立方英尺/天。截止2000年底,四個低溫氮氣模塊均投入使用,氮氣總注入量達到12億立方英尺/天。起初,氮氣通過位于Akal區塊的7口新井注入氣頂中。油田產出氣體中的氮含量、濃度被實時測量、記錄。同時,通過壓力測量、油氣界面運移分析、生產效果來檢測注入氮氣后的效果。

注入氮氣后不久油田生產效果即得到改善,2004年220口生產井的原油日產量達到峰值,為215萬桶,是僅次于沙特阿拉伯Ghawar油田的世界第二大油田。之后由于附近井筒的水氣突破和底水錐進問題,高產情況并未持續多久產量便開始急劇下降。油田地面生產能力不足意味著見水后要么關井縮減產量,要么修井來降低生產井見水造成的影響。油田目前產量約為40萬桶/天。

即便遇到了生產井的管理問題,但是從Cantarell油田的其它生產反饋信息來看,注氮氣項目還是取得了巨大的成功。目前油田產量幾乎達到了原始儲量300億桶的44%,注氮氣提高采收率計劃有望再增加25-30億桶原油產量(原始儲量的7-9%)。

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