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太阳能EOR+无线电波 如何引领石油开采新变革

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全球变暖的趋势越演愈烈,石油行业“理所应当”的成了“众矢之的”。随着全球环保意识的增强,石油公司不得不通过提高石油生产技术来降低对环境的影响。在中东,太阳能热采EOR技术有望减少阿曼和科威特等国家对于天然气的依赖;而在加拿大无线电波加热石油的方式也正引导着加拿大油砂开采的革命。当全球目光都聚焦于可持续的石油生产和提高石油采收率大趋势下,太阳能热能EOR技术和利用无线电波加热石油的方式或许仅仅是改变石油行业的一个开始。

石油背负的骂名

作为一名加拿大人,我亲眼见证了加拿大油砂被一些人中伤诽谤的过程。他们担心油砂开采会对世界造成不好的影响,比如环境问题和温室气体排放问题等。这些人似乎也推动了加拿大联邦政府和阿尔伯塔省政府的转型,以前的政府从不主动解决气候变化问题,而现在却将降低温室气体(GHG)排放作为主要的政见。

加拿大的油砂主要来自石油生产(不包括加拿大的石油改革项目),包括从油井生产一直到汽车尾气的整个过程,加拿大的油砂对温室气体排放的贡献率不到20%。事实上,全球的石油生产,从石油开采到作为燃料使用的整个过程,对温室气体排放的贡献率也都不到20%。

加拿大的石油多是在美国的中西部和墨西哥湾进行炼化,然后以炼化产品的方式出口到美国,这个过程排放的温室气体占总量的70%—80%,而美国是最终的受益者。那些致力于减少温室气体排放的加拿大环保主义者偏偏把目光集中在阿尔伯塔油砂开采上,对美国的需求量却视而不见,而美国对于炼化产品的需求恰恰是影响温室气体排放的主要原因。

对石油的中伤诽谤 是对是错?

石油生产背负的骂名不仅仅局限于加拿大的油砂。同样的,美国加州也开始强力要求减少温室气体的排放,许多美国的环保组织都非常担心水力压裂和火炬气的燃烧会破坏环境同时还会向大气中排放温室气体。北美可能会采取一些政策来减少温室气体的排放,全球的石油产业也已经意识到了这种趋势。

减少温室气体排放的压力迫使石油公司不得不通过提高石油生产技术来降低对环境的影响。石油生产技术的创新需要耗费大量资金,而且往往需要几年才能实现经济效益。近几年来,石油公司不断寻找途径来平衡股东利益和环境的可持续性,他们所做的努力,已经逐渐开始显现出来。

利用太阳能开采石油

阿曼西南部的Amal稠油油田的开采就是一个关于平衡盈利和可持续性的很好例子。阿曼的石油生产主要应用提高采收率(EOR)技术,这项技术通过往地下注入气体、蒸汽和聚合物来提高石油的流动性,从而提高石油产量。阿曼每天石油生产中的每100万桶就有大约22%是通过EOR技术获得的。

阿曼石油开发(PDO)国家石油公司控制了阿曼70%的石油产量,旗下Amal油田为EOR技术付出了不懈努力,该油田的与众不同之处在于其一直致力于使用太阳能来开采石油。这项技术的成功应用,归功于GlassPoint太阳能公司,而且早在2011年就开始在美国使用。GlassPoint公司的这项技术是使用太阳能热镜聚集太阳光来加热水并产生蒸汽。

蒸汽是EOR技术的主要部分,首先是将蒸汽泵入注入井,驱替油层,加热石油,降低石油粘度,再将油驱替至相邻的生产井。为了产生蒸汽,石油公司使用天然气、液化天然气(LNG)或者柴油来加热水源,而这一过程会产生大量的温室气体。GlassPoint太阳能公司采取的则是完全不同的方式,通过使用太阳能热镜聚集太阳光来加热载有水的管道,从而产生蒸汽。GlassPoint公司采用专利技术,这套技术包含封闭式的太阳能热镜以及在温室内部的引导装置,这样的设计能够保护热镜不受潮湿、风、尘土和沙尘暴的影响。

2011年2月Berry石油公司在加州Kern县的21Z租赁区块进行了太阳能EOR项目,这是最早的两个太阳能EOR项目之一,该项目使用的是GlassPoint公司封闭式太阳能热镜专利技术。另外一个太阳能EOR项目是2011年在加州的Fresno市,由BrightSource能源公司提供技术支持,该技术利用镜子将太阳光反射到了位于塔顶的中央太阳能接收器上,来自塔顶接收器的热能对装满水的锅炉进行加热,产生蒸汽。BrightSource公司的项目要比GlassPoint公司的项目规模大100多倍,但GlassPoint公司的封闭式技术能承受更高的风力和更为恶劣的环境条件,产生蒸汽效率更高,自带清洁系统,而且维护费用较低。

导致加州太阳能EOR项目受挫的原因是燃料替代能源市场的发展。在美国,由于页岩气的大规模开采,使得天然气成为一种更为廉价的能源,限制了太阳能EOR技术的发展。GlassPoint公司很早就意识到了这个问题,并将目标转移到了倾向于将天然气作为燃料来开展EOR作业的新市场:阿曼。

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作为天然气净出口国,阿曼每年的出口能力高达5000亿立方英尺,并因此成为欧洲和亚洲之间的优质市场。2014年,阿曼通过阿曼湾附近的LNG出口设备将3750亿立方英尺天然气出口到日本和韩国(占其出口量的93%)。现在阿曼将天然气通过LNG终端以6~9美元/MMBTU的价格出口到亚洲。国内的天然气需求不断增长,2014年国内天然气需求量为7210亿立方英尺,相比2004年已经翻了三番,这迫使阿曼的LNG公司宣布到2024年会将LNG的出口转为国内消费。

随着石化行业不断发展,电力行业的输出量也从2004年的110亿千瓦时增长到2013年的260亿千瓦时,阿曼正计划通过出口石油和天然气来实现经济多元化。阿曼的石化行业和电力行业的发展将严重依赖于天然气消费。阿曼国内天然气消费占总产量的56%,而这56%中有22%都用于EOR作业,太阳能EOR技术将解放天然气资源并将其用于阿曼经济的其它行业,以帮助阿曼实现经济多元化。

GlassPoint在阿曼—从试点到项目开展

在2013年上半年,GlassPoint开始在Amal油田利用7兆瓦(MW)的太阳能EOR项目产生蒸汽,这个项目比Kern县的项目大20多倍。GlassPoint在阿曼太阳能EOR项目的技术测试已经完成,并建立了4.95美元/MMBTU的当量天然气价格盈亏点,使太阳能成为传统燃料的一个有力竞争者。

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随着GlassPoint公司在Amal油田的试点项目的成功实施,该公司正期待能够在Amal油田的Miraah项目中降低成本、提高作业效率。Miraah项目比Amal试点项目规模大100倍,热能达到10亿瓦,预计在2017年投入使用。

GlassPoint在阿曼——机遇与挑战

阿曼的Amal油田是一片开阔的区域,从9月到次年5月能吸收大量的阳光。在这里,Miraah项目获得了741英亩的土地(当量面积超过360个足球场地),并拥有36个温室,Amal油田提供10亿瓦特热能的太阳能EOR项目。10亿瓦特的热能在Amal油田能为EOR作业提供大约37,800桶/天的蒸汽量,同时石油产量预计将达到23,000桶/天。

虽然阿曼地域辽阔,气候炎热,但2013年的Amal试点项目却遇到了一些问题。Amal试点项目开始的时候正好赶上石油增产,经常遇到水源供应问题和现场蒸汽注入部署的问题。自2013年开展作业以来,在阳光最强且无云层的时候,Amal项目本该能生产超过500桶/天的蒸汽,但平均的蒸汽量只有315桶/天。在夏季的几个月内,吹入阿曼南部的Khareef季风带来了厚厚的云层,阿曼白天的日照高峰都被厚云层覆盖,减少了太阳能热镜在阳光下的吸热量。

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在阿曼,高云量、沙尘暴和持续不断的灰尘减少了GlassPoint太阳能热镜吸收阳光的总量。如果GlassPoint的温室无法清理掉灰尘,每天的太阳能输出量就要降低了3%。自动化的清洁系统能提高清洁效率,有助于太阳能热镜最大化吸收的阳光。为了应对阿曼的气候模式,GlassPoint进行了封闭式技术的太阳能EOR项目,这个项目将在科威特北部和西部地区云层较少,但多风且沙尘暴肆虐的稠油油田开展。

科威特时一个天然气的净进口国,需要靠EOR技术来维持科威特西部500,000桶/天的石油产量,但科威特也希望减少对用于EOR作业的LNG的进口依赖。科威特现在以9美元/MMBTU的价格进口LNG,而且随着科威特石化、电力和水淡化行业的扩张和多样化,这个国家需要更多的天然气。

太阳能EOR技术在中东市场的使用仍处于初期阶段,但特殊的天然气市场、广阔的土地和持续的日照,为太阳能热采EOR技术的蓬勃发展和建立未来可持续的石油生产提供了坚实的基础。石油公司和很多国家一直在持续减少对非再生资源的依赖。虽然很多中东的公司都在尝试用太阳能来替代天然气、液化天然气和柴油,但随着EOR作业的不断增长,水源问题又成为非常关键的制约因素。

加热石油:驾驭无线电波

回到加拿大的油砂问题上来,阿尔伯塔的很多公司在水源使用问题上存在跟中东地区类似的顾虑。油砂开采主要有两种方式:露天开采和类似于EOR的地下原地开采,但每种方式都需要大量的水资源。根据加拿大石油生产商协会(CAPP)的说法,露天每开采1桶石油就需要耗费3桶水,原地每开采1桶石油平均就需要0.4桶水。由于加拿大油砂开采中存在关于水源使用问题的顾虑,因而油砂只能通过原地开采的方式被开采出来,这样水用量更小,而且对地面环境影响也相对更小。

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虽然很多加拿大石油公司新的油砂项目均为原地开采项目,但对于很多要确保未来水源供应的公司来说,仍然非常担忧水资源安全问题。很多主要的油公司控制了加拿大油砂的原地开采项目,其领头羊Suncor能源公司(SU)正尝试改变对水源的依赖。

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在2015年上半年,Suncor公司在Dover区块关于溶剂结合电磁加热提高采收率(ESEIEH)的试点项目的第二阶段已经建成。ESEIEH试点项目是一个联合项目,由Suncor公司、Nexen能源公司、Devon能源公司(DVN)和Harris公司(HRS)和阿尔伯塔气候变化和碳排放管理公司(CCEMC)共同支持完成。

ESEIEH项目中利用两口水平井与Harris公司专有的热波天线搭配,热波天线置入上部的注入井,传送低频的能量用来加热沥青。低分子烷烃溶剂加热到70°C就会蒸发,而水需要加热到200°C才能产生蒸汽,相比之下,加热溶剂所需的能量要少很多。蒸发的溶剂经过水平注入井、 液化后扩散到沥青中去,降低沥青粘度,石油因此能够流入到下部的水平生产井中。

相比于传统的蒸汽EOR技术,ESEIEH技术将节能75%,并且节省30%的土地使用,还能让Suncor公司摆脱对水源、水净化和水处理设备的需求。如果2017年上半年项目的第二阶段后,从商业上来说项目是可行的,那么下一个阶段的目标将开展商业化的ESEIEH项目。随着中东地区对EOR技术的依赖度越来越高,同时又想摆脱热力采油对水的需求,ESEIEH技术在中东有很大的发展潜力。

中伤石油 对石油行业有利?

对石油的中伤诽谤对公众的认知是有害的,但对大石油公司的业务来说是有利的。石油公司应抓住这次可持续发展的机遇,利用无限可再生的能源来开采有限的不可再生的石油能源。可再生能源和可替代性创新手段的结合将推动石油生产向着正确的轨道前进。当全球目光都聚焦于可持续的石油生产和提高石油采收率大趋势下,太阳能EOR技术和利用无线电波加热石油的方式或许仅仅是改变石油行业的一个开始。

作者/Omar Mawji       译者/郑斯赫      编辑/王亚钒 王月

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甲基橙
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),化学工程与技术专业,长期聚焦国内外油气行业最新最有价值的行业动态,具有数十万字行业观察编译经验,如需获取油气行业分析相关资料,请联系甲基橙(QQ:1085652456;微信18202257875)