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氮气神助攻 提高油气采收率

氮气神助攻 提高油气采收率

Cantarell油田位于墨西哥海岸,于1978年被发现,1979年开始投入商业开采。随着油藏压力的持续下降,为了采用最经济、有效的方法来增加油藏压力、抑制油田减产趋势,墨西哥国家石油公司(Pemex)开始了相关研究。在尝试了许多备选方案之后,陆地低温氮生产装置脱颖而出成为最佳选择。Cantarell油田从1980年开始注氮气提高采收率,持续至今。

Cantarell油田首次发现是在距离墨西哥湾的Ciudad del Carmen约85公里处。该油田是世界第六大油田,储量320亿桶,于1979年开始生产,之后发展迅速,1981年时产量达到了100万桶/天。由于钻井数量之多,其产量始终稳定在110万桶/天左右。

Cantarell油田的构造是一个东北-西南向的背斜,占地面积为162平方公里,由五个区块组成,分别为Akal、Nohoch、Kutz、Chac和Sihil区块。其中Akal是面积最大的区块,油藏水深超过1500米,原始地质储量约为300亿桶原油。

储层岩性主要为钙质白云岩,还含有少量的白云石化角砾岩。储层中原油为重油,API度为19-22。含油带厚度大约为1000米,储层含有裂缝,其渗透率范围为1毫达西–1达西,甚至几达西。平均孔隙度为8%,含水饱和度为21%,Akal区块东南部水压驱动异常活跃。至1996年,储层压力下降到了1800psi,仅为原始储层压力的53%。Pemex的研究表明,如果不增加储层压力,大量的原油会被遗留在地层中。石油圈原创www.oilsns.com

氮气神助攻 提高油气采收率

该研究通过流体注入来增加储层压力,研究了发动机废气、二氧化碳、水、天然气和氮气是否适合作为注入流体。

经过包括经济效益模拟在内的大量分析,Pemex认为注氮气能创造最高的经济价值。注氮气并不是一项新技术,在过去数十年,注氮气提高地层压力已应用在全球众多油气田中。自20世纪70年代起美国墨西哥湾区域就进行了多个注氮气项目,80年代时注氮气法被用于维持怀俄明州西南部的逆冲断层带区的地层压力。此外,佛罗里达州的Jay油田也是注氮气法的一个成功案例。

Cantarell油田采用注氮气法有很多优势。首先,氮气为惰性气体,在操作过程中不需要特殊容器。其次,氮气是空气的组分,资源丰富,价格低廉,低温氮气厂能够将空气中氮气分离,纯度可达99.9%。与二氧化碳和天然气相比,氮气的地层体积系数较大,因此少量的氮气就可以维持地层压力。而且由于气体需求巨大,氮气的成本较低,能创造出更大的经济效益。

注氮气装置石油圈原创www.oilsns.com

确定注氮气是最好选择后,随即开展了确定注氮气装置大小及位置的研究。研究建议将注氮气装置安装在陆地,通过管道输送至海上平台。注氮气装置被安装在Campeche的Atasta区,位于Ciudad del Carmen西30公里处。该装置最初设计有四个1万吨/天的低温氮气模块,每个模块每天可以生产3亿标准立方英尺的氮气,产出的氮气中氧气含量低于10ppm。

装置中的分子筛将进入的空气冷却并干燥,之后经热交换器进行深度冷却,低温循环装置随即将氮气分离,通过低温循环得到的氮气纯度高达90%以上。每个空气分离设备(ASU)都有专用的空气压缩机和氮气压缩机,压缩的每个阶段均需要大约50万马力的动力。

热电联供设备为该项目提供动力,三个热电联供装置中的每个都可提供7500万瓦的电能。该设备使用Pemex生产的天然气作为燃料,两条注氮管道从陆上铺设到Akal“C”海上平台。

1998年开始建造注氮气装置,Pemex选择了该装置的建设-拥有-经营(BOO)模式,即Pemex同时是该装置的建造和运营商。

由于该装置效果很好,于是在2004年增建了另一个低温模块。这个模块与当前正在使用的模块规模相同,使注氮气总量提升到15亿立方英尺/天,这个模块还被用来维持附近Ku-Maloob-Zaap油田的地层压力。同时在2004年还增加了一个5500MW规模的电厂。

提高采收率计划石油圈原创www.oilsns.com

注氮气技术开始于2000年春季,最初注入量为3亿立方英尺/天。截止2000年底,四个低温氮气模块均投入使用,氮气总注入量达到12亿立方英尺/天。起初,氮气通过位于Akal区块的7口新井注入气顶中。油田产出气体中的氮含量、浓度被实时测量、记录。同时,通过压力测量、油气界面运移分析、生产效果来检测注入氮气后的效果。

注入氮气后不久油田生产效果即得到改善,2004年220口生产井的原油日产量达到峰值,为215万桶,是仅次于沙特阿拉伯Ghawar油田的世界第二大油田。之后由于附近井筒的水气突破和底水锥进问题,高产情况并未持续多久产量便开始急剧下降。油田地面生产能力不足意味着见水后要么关井缩减产量,要么修井来降低生产井见水造成的影响。油田目前产量约为40万桶/天。

即便遇到了生产井的管理问题,但是从Cantarell油田的其它生产反馈信息来看,注氮气项目还是取得了巨大的成功。目前油田产量几乎达到了原始储量300亿桶的44%,注氮气提高采收率计划有望再增加25-30亿桶原油产量(原始储量的7-9%)。

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