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太陽能EOR+無線電波 如何引領石油開采新變革

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全球變暖的趨勢越演愈烈,石油行業“理所應當”的成了“眾矢之的”。隨著全球環保意識的增強,石油公司不得不通過提高石油生產技術來降低對環境的影響。在中東,太陽能熱采EOR技術有望減少阿曼和科威特等國家對于天然氣的依賴;而在加拿大無線電波加熱石油的方式也正引導著加拿大油砂開采的革命。當全球目光都聚焦于可持續的石油生產和提高石油采收率大趨勢下,太陽能熱能EOR技術和利用無線電波加熱石油的方式或許僅僅是改變石油行業的一個開始。

石油背負的罵名

作為一名加拿大人,我親眼見證了加拿大油砂被一些人中傷誹謗的過程。他們擔心油砂開采會對世界造成不好的影響,比如環境問題和溫室氣體排放問題等。這些人似乎也推動了加拿大聯邦政府和阿爾伯塔省政府的轉型,以前的政府從不主動解決氣候變化問題,而現在卻將降低溫室氣體(GHG)排放作為主要的政見。

加拿大的油砂主要來自石油生產(不包括加拿大的石油改革項目),包括從油井生產一直到汽車尾氣的整個過程,加拿大的油砂對溫室氣體排放的貢獻率不到20%。事實上,全球的石油生產,從石油開采到作為燃料使用的整個過程,對溫室氣體排放的貢獻率也都不到20%。

加拿大的石油多是在美國的中西部和墨西哥灣進行煉化,然后以煉化產品的方式出口到美國,這個過程排放的溫室氣體占總量的70%—80%,而美國是最終的受益者。那些致力于減少溫室氣體排放的加拿大環保主義者偏偏把目光集中在阿爾伯塔油砂開采上,對美國的需求量卻視而不見,而美國對于煉化產品的需求恰恰是影響溫室氣體排放的主要原因。

對石油的中傷誹謗 是對是錯?

石油生產背負的罵名不僅僅局限于加拿大的油砂。同樣的,美國加州也開始強力要求減少溫室氣體的排放,許多美國的環保組織都非常擔心水力壓裂和火炬氣的燃燒會破壞環境同時還會向大氣中排放溫室氣體。北美可能會采取一些政策來減少溫室氣體的排放,全球的石油產業也已經意識到了這種趨勢。

減少溫室氣體排放的壓力迫使石油公司不得不通過提高石油生產技術來降低對環境的影響。石油生產技術的創新需要耗費大量資金,而且往往需要幾年才能實現經濟效益。近幾年來,石油公司不斷尋找途徑來平衡股東利益和環境的可持續性,他們所做的努力,已經逐漸開始顯現出來。

利用太陽能開采石油

阿曼西南部的Amal稠油油田的開采就是一個關于平衡盈利和可持續性的很好例子。阿曼的石油生產主要應用提高采收率(EOR)技術,這項技術通過往地下注入氣體、蒸汽和聚合物來提高石油的流動性,從而提高石油產量。阿曼每天石油生產中的每100萬桶就有大約22%是通過EOR技術獲得的。

阿曼石油開發(PDO)國家石油公司控制了阿曼70%的石油產量,旗下Amal油田為EOR技術付出了不懈努力,該油田的與眾不同之處在于其一直致力于使用太陽能來開采石油。這項技術的成功應用,歸功于GlassPoint太陽能公司,而且早在2011年就開始在美國使用。GlassPoint公司的這項技術是使用太陽能熱鏡聚集太陽光來加熱水并產生蒸汽。

蒸汽是EOR技術的主要部分,首先是將蒸汽泵入注入井,驅替油層,加熱石油,降低石油粘度,再將油驅替至相鄰的生產井。為了產生蒸汽,石油公司使用天然氣、液化天然氣(LNG)或者柴油來加熱水源,而這一過程會產生大量的溫室氣體。GlassPoint太陽能公司采取的則是完全不同的方式,通過使用太陽能熱鏡聚集太陽光來加熱載有水的管道,從而產生蒸汽。GlassPoint公司采用專利技術,這套技術包含封閉式的太陽能熱鏡以及在溫室內部的引導裝置,這樣的設計能夠保護熱鏡不受潮濕、風、塵土和沙塵暴的影響。

2011年2月Berry石油公司在加州Kern縣的21Z租賃區塊進行了太陽能EOR項目,這是最早的兩個太陽能EOR項目之一,該項目使用的是GlassPoint公司封閉式太陽能熱鏡專利技術。另外一個太陽能EOR項目是2011年在加州的Fresno市,由BrightSource能源公司提供技術支持,該技術利用鏡子將太陽光反射到了位于塔頂的中央太陽能接收器上,來自塔頂接收器的熱能對裝滿水的鍋爐進行加熱,產生蒸汽。BrightSource公司的項目要比GlassPoint公司的項目規模大100多倍,但GlassPoint公司的封閉式技術能承受更高的風力和更為惡劣的環境條件,產生蒸汽效率更高,自帶清潔系統,而且維護費用較低。

導致加州太陽能EOR項目受挫的原因是燃料替代能源市場的發展。在美國,由于頁巖氣的大規模開采,使得天然氣成為一種更為廉價的能源,限制了太陽能EOR技術的發展。GlassPoint公司很早就意識到了這個問題,并將目標轉移到了傾向于將天然氣作為燃料來開展EOR作業的新市場:阿曼。

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作為天然氣凈出口國,阿曼每年的出口能力高達5000億立方英尺,并因此成為歐洲和亞洲之間的優質市場。2014年,阿曼通過阿曼灣附近的LNG出口設備將3750億立方英尺天然氣出口到日本和韓國(占其出口量的93%)?,F在阿曼將天然氣通過LNG終端以6~9美元/MMBTU的價格出口到亞洲。國內的天然氣需求不斷增長,2014年國內天然氣需求量為7210億立方英尺,相比2004年已經翻了三番,這迫使阿曼的LNG公司宣布到2024年會將LNG的出口轉為國內消費。

隨著石化行業不斷發展,電力行業的輸出量也從2004年的110億千瓦時增長到2013年的260億千瓦時,阿曼正計劃通過出口石油和天然氣來實現經濟多元化。阿曼的石化行業和電力行業的發展將嚴重依賴于天然氣消費。阿曼國內天然氣消費占總產量的56%,而這56%中有22%都用于EOR作業,太陽能EOR技術將解放天然氣資源并將其用于阿曼經濟的其它行業,以幫助阿曼實現經濟多元化。

GlassPoint在阿曼—從試點到項目開展

在2013年上半年,GlassPoint開始在Amal油田利用7兆瓦(MW)的太陽能EOR項目產生蒸汽,這個項目比Kern縣的項目大20多倍。GlassPoint在阿曼太陽能EOR項目的技術測試已經完成,并建立了4.95美元/MMBTU的當量天然氣價格盈虧點,使太陽能成為傳統燃料的一個有力競爭者。

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隨著GlassPoint公司在Amal油田的試點項目的成功實施,該公司正期待能夠在Amal油田的Miraah項目中降低成本、提高作業效率。Miraah項目比Amal試點項目規模大100倍,熱能達到10億瓦,預計在2017年投入使用。

GlassPoint在阿曼——機遇與挑戰

阿曼的Amal油田是一片開闊的區域,從9月到次年5月能吸收大量的陽光。在這里,Miraah項目獲得了741英畝的土地(當量面積超過360個足球場地),并擁有36個溫室,Amal油田提供10億瓦特熱能的太陽能EOR項目。10億瓦特的熱能在Amal油田能為EOR作業提供大約37,800桶/天的蒸汽量,同時石油產量預計將達到23,000桶/天。

雖然阿曼地域遼闊,氣候炎熱,但2013年的Amal試點項目卻遇到了一些問題。Amal試點項目開始的時候正好趕上石油增產,經常遇到水源供應問題和現場蒸汽注入部署的問題。自2013年開展作業以來,在陽光最強且無云層的時候,Amal項目本該能生產超過500桶/天的蒸汽,但平均的蒸汽量只有315桶/天。在夏季的幾個月內,吹入阿曼南部的Khareef季風帶來了厚厚的云層,阿曼白天的日照高峰都被厚云層覆蓋,減少了太陽能熱鏡在陽光下的吸熱量。

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在阿曼,高云量、沙塵暴和持續不斷的灰塵減少了GlassPoint太陽能熱鏡吸收陽光的總量。如果GlassPoint的溫室無法清理掉灰塵,每天的太陽能輸出量就要降低了3%。自動化的清潔系統能提高清潔效率,有助于太陽能熱鏡最大化吸收的陽光。為了應對阿曼的氣候模式,GlassPoint進行了封閉式技術的太陽能EOR項目,這個項目將在科威特北部和西部地區云層較少,但多風且沙塵暴肆虐的稠油油田開展。

科威特時一個天然氣的凈進口國,需要靠EOR技術來維持科威特西部500,000桶/天的石油產量,但科威特也希望減少對用于EOR作業的LNG的進口依賴??仆噩F在以9美元/MMBTU的價格進口LNG,而且隨著科威特石化、電力和水淡化行業的擴張和多樣化,這個國家需要更多的天然氣。

太陽能EOR技術在中東市場的使用仍處于初期階段,但特殊的天然氣市場、廣闊的土地和持續的日照,為太陽能熱采EOR技術的蓬勃發展和建立未來可持續的石油生產提供了堅實的基礎。石油公司和很多國家一直在持續減少對非再生資源的依賴。雖然很多中東的公司都在嘗試用太陽能來替代天然氣、液化天然氣和柴油,但隨著EOR作業的不斷增長,水源問題又成為非常關鍵的制約因素。

加熱石油:駕馭無線電波

回到加拿大的油砂問題上來,阿爾伯塔的很多公司在水源使用問題上存在跟中東地區類似的顧慮。油砂開采主要有兩種方式:露天開采和類似于EOR的地下原地開采,但每種方式都需要大量的水資源。根據加拿大石油生產商協會(CAPP)的說法,露天每開采1桶石油就需要耗費3桶水,原地每開采1桶石油平均就需要0.4桶水。由于加拿大油砂開采中存在關于水源使用問題的顧慮,因而油砂只能通過原地開采的方式被開采出來,這樣水用量更小,而且對地面環境影響也相對更小。

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雖然很多加拿大石油公司新的油砂項目均為原地開采項目,但對于很多要確保未來水源供應的公司來說,仍然非常擔憂水資源安全問題。很多主要的油公司控制了加拿大油砂的原地開采項目,其領頭羊Suncor能源公司(SU)正嘗試改變對水源的依賴。

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在2015年上半年,Suncor公司在Dover區塊關于溶劑結合電磁加熱提高采收率(ESEIEH)的試點項目的第二階段已經建成。ESEIEH試點項目是一個聯合項目,由Suncor公司、Nexen能源公司、Devon能源公司(DVN)和Harris公司(HRS)和阿爾伯塔氣候變化和碳排放管理公司(CCEMC)共同支持完成。

ESEIEH項目中利用兩口水平井與Harris公司專有的熱波天線搭配,熱波天線置入上部的注入井,傳送低頻的能量用來加熱瀝青。低分子烷烴溶劑加熱到70°C就會蒸發,而水需要加熱到200°C才能產生蒸汽,相比之下,加熱溶劑所需的能量要少很多。蒸發的溶劑經過水平注入井、 液化后擴散到瀝青中去,降低瀝青粘度,石油因此能夠流入到下部的水平生產井中。

相比于傳統的蒸汽EOR技術,ESEIEH技術將節能75%,并且節省30%的土地使用,還能讓Suncor公司擺脫對水源、水凈化和水處理設備的需求。如果2017年上半年項目的第二階段后,從商業上來說項目是可行的,那么下一個階段的目標將開展商業化的ESEIEH項目。隨著中東地區對EOR技術的依賴度越來越高,同時又想擺脫熱力采油對水的需求,ESEIEH技術在中東有很大的發展潛力。

中傷石油 對石油行業有利?

對石油的中傷誹謗對公眾的認知是有害的,但對大石油公司的業務來說是有利的。石油公司應抓住這次可持續發展的機遇,利用無限可再生的能源來開采有限的不可再生的石油能源??稍偕茉春涂商娲詣撔率侄蔚慕Y合將推動石油生產向著正確的軌道前進。當全球目光都聚焦于可持續的石油生產和提高石油采收率大趨勢下,太陽能EOR技術和利用無線電波加熱石油的方式或許僅僅是改變石油行業的一個開始。

作者/Omar Mawji ? ? ? 譯者/鄭斯赫 ? ? ?編輯/王亞釩 王月

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甲基橙
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),化學工程與技術專業,長期聚焦國內外油氣行業最新最有價值的行業動態,具有數十萬字行業觀察編譯經驗,如需獲取油氣行業分析相關資料,請聯系甲基橙(QQ:1085652456;微信18202257875)
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