3. 地面建设
在C O2气源方面,公司在科罗拉多西南部的Four Corner发现了McElmo Dome巨型气田,含有超过巧万亿ft3的高纯度C O2,是美国最大的天然C O2气源之一,距油田SOOmile。因为在此之前没有人开发过如此大的C O2气田,所以在开采C O2过程中也遇到了很多问题。首先,因为McElmo Dome处于多山地区,因此井距设计都在最大程度上考虑当地的地形特征并采用丛式井设计。其次,为了解决C O2遇水产生腐蚀问题,油井都采用抗腐蚀合金材料。再次,为了避免液体和蒸汽都存在于压缩机气缸中而产生气穴(液体中的气泡由于压差而破裂),使用了两阶段往复式压缩机。
然后,由于McElmo Dome在低压下生产,C O2处理厂工程师经过反复实验找出了用二甘醇来对产出的C O2混合相进行脱水。最后,在处理厂停产维护时,工程师用氮气驱替C O2管线,维护结束后继续注人氮气来防止超临界状态下的C O2由于压力降低而变成干冰。由于整个项目操作费用的75%都来自巨大的电能消耗,壳牌公司还在McElmo Dome周围建立了一个电力传输网络,并将其与两个不同的商业化电网连在一起来解决能源需求问题。
在铺设管线方面,全程输送距离达到SOOmile,其间还要穿过沙漠、印第安人居住地、两座山脉和五条河流,期间安装了几个接力泵和减压站,因为要想让C O2在超临界状态下输送,管线压力需达到一般天然气输送压力的2倍。此时C O2的密度类似水,可以用泵而不是压缩机来加压液态C O2,这是个更具成本效益的选择。
油田建设方面,在1983一1984年间使用了九点井网来实施C O2驱。当时油田主要由4个部分组成(图3):注人井、生产井、计量站和C O2回收装置。生产井中梁式泵最常用,当气液比超过流动所需值时主要用潜油泵。计量站主要是分离和测量单井日常生产的油、水和气,平均每30口井有一个计量站。C O2回收装置主要是除去H2S,回收烃气和液体,然后压缩C O2并脱水,送回油田用于回注。
4. 油藏管理
在Denver单元C O2驱成功后,壳牌公司启动了更大的计划。到20世纪80年代中,在二叠盆地实施了30多个C O2驱项目,而到1998年项目总数达到50多个,且项目总产量达到15万bbl/d,而生产这些原油的来自McElmo Dome和其他气源的C O2流量达到了15亿ft3/do 20世纪80年代期间大量的C O2驱项目经验使壳牌公司的工程师了解到地质学对C O2驱效率的影响,同时也出现了一些不同于水驱的问题,包括:(1)垂向波及问题,如何把C O2注人到目标层位;(2)测量井网动态,管理每个井网的注人量和产量;(3)如何将观察数据输入到油藏模型中来指导预测。总之,C O2驱比传统的水驱作业需要更高水平的动态检测和优化,因此C O2驱的油藏管理技术也就更加复杂和更具有挑战性。
油藏管理由3个关键元素所确定:注入与产出相关性和波及;井网动态分析;数值模拟。C O2驱垂直波及分析的主要目的是检测C O2驱前缘的进展并验证C O2的分布。在Denver单元的开发中主要使用中子测井监督来测量饱和度,从饱和度数据中可找出相应的目的层并且可以探测C O2泄漏情况。
第二个油藏管理元素是井网动态分析(图4)。首先,通过测井来校正每个井网的孔隙度和渗透率;然后,计算每口井的含油饱和度并绘制全区含油分布图,同时计算地下油、气和水的体积;最后,评估驱替动态,将这些体积数据输入油藏管理工具来进行井网检测和采收率评价,并对采收率期望值进行比较,然后对开采较差的区域进行调整。除此之外,由于C O2的密度随温度的变化而变化,普通的流量计无法准确测量,所以工程师们还开发了新的计量系统来确保正确计量油、气和水的产量。
油藏模拟的重要任务就是为了预测产量,指导进一步开发。20世纪90年代,壳牌公司组织了一支研究 小组进行了两年的C O2驱模型研究, 开发出了更好的预测和动态检测工具,并且把观察数据与以往先导实验经验相结合,来优选驱替设计(水气交替技术的选用, C O2段塞大小,井网变化),调整和改进操作(波及情况, 转换装置,举升和流动策略)并管理C O2气体的供应和需求。计算机技术的进步帮助油藏工程师建立了更好的地质和油藏模型,这些模型发展成为30多个样板模型,每一个都能对应于350个井网之一。
在管理和检测油藏过程中,工程师们发现C O2驱作业比水驱复杂得多,因为注入剂的费用很高,同时管理C O2的再循环量也要注意到经济性,另外C O2再循环需要进行再捕集、分离和压缩。同时我们还发现WAG(水气交替注人)是一项非常有用的技术,在C O2段塞之间注入水段塞推迟了C O2在生产井中的突破,提高了波及效率并降低了C O2再循环速率。但是WAG的最佳比率一直是工程师们研究的重点对象,最终我们发现一个大的连续C O2段塞后接着进行WAG注人的驱替效果比较好,并且通过使C O2段塞逐渐变小直到驱替变为纯水驱,可进一步提高采收率。
5. 二次开发和HSE
在20世纪90年代,壳牌公司决定再次开发C O2驱系统。在McElmo
Dome气田,工程师使用合金管作为大生产套管并提高了新井产量,并且只用一口井就有效达到了第一代纵式井的产能。在Denver单元,工程师们扩展了C O2注人系统,并使用玻璃钢油管、内管道衬管和船只涂层等来代替不锈钢和其他昂贵的抗腐蚀合金材料。
与此同时,壳牌公司扩大了注人系统,建立了特殊的报警系统防止气体泄漏,在井口和管线系统的要点安装压差测量仪,可显示任何压力损失,传递警报并关闭多余的C O2流量。同时,还改造了油田的C O2配送网络,使再循环的C O2与刚从气源供应来的C O2分离。
员工的健康和安全永远是壳牌公司优先考虑的因素,安全操作在壳牌公司被认为是更有效的操作。油田当中每个梁式泵或潜油泵,每口C O2注人井,每个测试设施都处在24小时的监控下,且每个泵的寿命曲线数据都用无线电传输,一旦哪个泵由于某种原因下沉,就会报警并停泵。壳牌公司为了保证安全生产,注重着每个环节的监测与处理,以确保安全生产,万无一失。