干熱巖輔助采油可行性研究

王學忠

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司新疆勘探開發中心，山東 東營 257000)

干熱巖輔助采油可行性研究

王學忠

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司新疆勘探開發中心，山東 東營 257000)

為降低稠油熱采成本，以燃燒原油生產蒸汽進行熱力開采的開發方式需要改變，同時需要減少注入水對油層造成的冷傷害，因此開展了干熱巖輔助采油可行性研究。干熱巖輔助采油技術是利用干熱巖抽取地下熱能加熱油層，以降低原油粘度、提高原油流動能力。在技術配套方面，無論鉆深井，還是稠油熱采技術，都是成熟的。干熱巖的熱能源于核幔邊界的地熱，分布廣泛、清潔、可再生。研究表明，干熱巖輔助采油技術針對性較強，是對現有蒸汽吞吐+蒸汽驅熱采技術的有效繼承，技術上具有可行性，并有可能推動相關技術的發展，符合中國節能減排的基本國策。建議在有利區塊率先開展先導試驗。

干熱巖輔助采油;冷傷害;熱采稠油;熱水驅;水熱裂解

1 前言

多數高粘稠油由常規原油在儲層中經受地下水沖刷、輕質組分損失、無機氧化等多種作用導致原油的密度和粘度增加后演變而成。稠油開發，特別是稠油輸送比較困難，往往使開發成本、輸送成本飆升。降低稠油開發與輸送成本、提高其最終采收率是稠油油田開發工作者長期面臨的難題。為此，人們想了許多辦法，其中，以燃燒原油生產蒸汽進行熱力開采最為普遍，但這種方式目前遇到了保護環境、油價走高、能源開源節流的挑戰，急需改進和尋求新的開采方法。

此外，注入水溫度低于油層溫度造成的冷傷害已經嚴重影響到原油采收率的提高［1～3］。筆者統計，孤東油田館陶組注水單元測壓過程中得到的3400個油層溫度數據，統一折算到館陶組油層中，深1350 m，發現其原始地層溫度為66.0℃，經過24年注水開發，目前油層溫度為62.3℃，比開發初期下降了3.7℃。2006年與2003年相比，地層溫度下降了0.81℃。與之對應，孤東油田館陶組地面原油粘度逐漸增加，開發初期平均為874 mPa·s，開發中高期為1067 mPa·s，目前為 1874 mPa·s。長期劇烈的冷傷害導致儲層孔喉膠結物和骨架礦物破碎，加劇了大孔道竄流［4］，使剩余油分布更加零散，注水開發效果變差。有效對策是提高注入水溫度，當務之急是解決熱水來源問題。

調研發現，干熱巖是一種埋藏在3000～6000 m的地層深處、溫度為200～600℃、沒有水或蒸汽的熱巖體［5］。1974年，美國Los Alamos實驗室在芬頓山鉆打了一口3050 m深井，開始利用干熱巖［6］。干熱巖開發作為一種不受地域限制的可再生清潔能源，目前主要用于發電。能否利用干熱巖輔助采油呢?圍繞降低產生熱水和蒸汽的費用，提高注入溫度，筆者開展了干熱巖輔助采油可行性研究。

2 可行性研究

2.1 方法原理

勝利油田技術人員物理模擬試驗證實，熱水驅能夠明顯提高采收率［7］。只要注入水的溫度高于油層和原油溫度，就會明顯改善稠油井開采效果，提高采收率。干熱巖輔助采油利用壓裂干熱巖，在高溫巖體中造出人造裂隙，連通地下網絡，便可以從一口井注入冷水，從另一口井中產出高溫流體了，用于加熱油層，降低原油粘度、提高原油流動能力。

2007年，科學家推算出地幔與地核交界處的溫度為3500℃以上［8］，這就是干熱巖的熱力來源。1988年日本1口1800 m的干熱巖井，井底花崗巖溫度為250℃，往一口井里注水，100～180℃的熱水就從35 m以外的另一口井中采出來。干熱巖分布廣泛，油層以下均有干熱巖，按照地溫梯度34℃/km推算，地溫200℃對應的深度為6000 m。提倡優先選擇地溫梯度和熱流值高的地方鉆打干熱巖。從巖石物理性質考慮，盡量選擇密度大、熱傳導率高的巖石，如選擇花崗巖。

2.2 技術實施的可行性

開采干熱巖需要在堅硬的巖體上鉆深井和制造一個可使液體在里面循環的人造的熱交換斷裂層構造。實現干熱巖熱交換系統，主要有人工高壓裂隙、天然裂隙、天然裂隙－斷層三種模式［9］。

目前，中國在注水開發、稠油熱采、深井鉆井方面技術成熟，石油行業具有開發利用干熱巖地熱能的有利條件和技術優勢，為干熱巖熱水采油提供了便利條件。干熱巖技術已經在國內外深井采油中得到了實質應用，只是尚未系統研究其作用機理和影響因素。干熱巖輔助采油在具體技術上已經成龍配套，而且大幅度降低稠油地下原油粘度的機理研究也已非常透徹，主要努力方向就是在提高降低原油粘度幅度上下大工夫，注重降低技術成本。

大陸地殼平均厚度為 33 km，地幔厚度約2865 km，主要由致密的造巖物質構成，這是地球內部體積最大、質量最大的一層。干熱巖最深的鉆井深度只有10 km，因此，不必擔心干熱巖輔助采油造成地質災害。此外，通過及時注水補充，不會因地層虧空而造成地層沉降。

2.3 干熱巖輔助采油的優勢

一是原油比地熱資源附加值高，用途更廣泛;二是原油比地熱資源便于運輸，類似于山西發展煤電，既方便了運輸，擴大了應用范圍，又提高了經濟效益;三是干熱巖輔助采油原理簡單、易于實現，且省時、省力、省錢，安全、節能、環保，因而應用前景廣闊。

2.4 干熱巖輔助采油技術關鍵點

盡量減少井筒、地面各環節的熱損失，配合水平井注汽等先進成熟工藝，提高注入溫度。同時，干熱巖輔助采油技術要與提高剩余油識別［10］、大孔道識別緊密結合起來，提高有效注水，降本增效。同時盡量縮短注水流程長度，盡可能減少沿途熱損失。2009年，深層地熱工程化技術被確定為中國能源技術發展的方向，隨著世界各國對潔凈能源需求的增長，將會更多地使用干熱巖。

2.5 干熱巖有助于實現水熱裂解

劉永建教授研發了水熱裂解開采稠油新技術［11］，通過向油層加入適當的稠油水熱裂解催化劑，使稠油在水熱條件下實現部分催化裂解，降低了粘度，這是一個很好的攻關方向。制約水熱裂解降粘的瓶頸是反應溫度在240℃左右，目前注水、注汽技術尚難以實現，而應用干熱巖驅油技術大幅度提高了注入水溫度，有助于實現井下水熱裂解。

2.6 干熱巖改善低滲透油藏開發效果

最近，筆者綜合在大孔道研究和干熱巖研究方面的成果，提出利用干熱巖改善低滲透油藏開發效果的技術構想。其原理基于這樣的認識，制約低滲透油藏高速高效開發的主導因素不是低滲透，而是在油層中構造出高導流能力的流動通道，通過人工措施造縫，提供快速油流通道非常可行。制約低滲透油藏開發的重要原因是天然裂縫不發育，流動渠道不暢通，注不進，采不出，能夠制造裂縫，必然增產。一方面，利用干熱巖的高溫發揮了熱水驅提高驅油效率的作用;另一方面，當冷水遇到干熱巖，恰恰是冷傷害機理對儲層進行了改造，產生了許多次生裂縫，成為重要的油流通道，從而增加了產能。因此，向深層注冷水極有可能改善低滲透油藏開發效果。

3 結語

1)圍繞降低稠油熱采成本和注入水冷傷害，開展了干熱巖輔助采油可行性研究。利用干熱巖來抽取的地下熱能加熱油層，來降低原油粘度、提高原油流動能力。干熱巖的熱能源于核幔邊界的地熱，分布廣泛。在技術配套方面，無論鉆深井，還是稠油熱采技術，都是成熟的。

2)研究表明，干熱巖輔助采油技術針對性較強，是對現有蒸汽吞吐+蒸汽驅熱采技術的有效繼承，技術上具有可行性，并有可能推動相關技術的發展，符合中國節能減排的基本國策。建議在有利區塊率先開展干熱巖輔助采油先導試驗，開展經濟可行性和工程實施可能性研究。

［1］俞啟泰.俞啟泰油田開發論文集［M］.北京:石油工業出版社，1999:129－135.

［2］劉慧卿，黃少云，畢國強.北小湖油田油層冷傷害實驗研究［J］.石油大學學報(自然科學版)，2001，25(5):45－47.

［3］周守為.海上油田高效開發技術探索與實踐［J］.中國工程科學，2009，11(10):55 －60.

［4］Wang Xuezhong，Wang Jianyong，Wang Chuanfei.Quantitative description of characteristics of high－capacity channels in unconsolidated sandstone reservoirs using in situ production data［J］.Petroleum Science，2010，7(1):106 －111.

［5］李虞庚，蔣其塏，楊伍林.干熱巖地熱能及其開發利用問題［J］.地熱能，2007，(5):3 －12.

［6］楊吉龍，胡 克.干熱巖(HDR)資源研究與開發技術綜述［J］.世界地質，2001，20(1):43 －51.

［7］王學忠，王建勇.利用地熱資源進行熱水驅油的技術研究［J］.中國地質，2009，36(4):885 －891.

［8］鄭克焱.中國地熱勘查開發100例［M］.北京:地質出版社，2005:204.

［9］王紅巖，李景明，趙 群.中國新能源資源基礎及發展前景展望［J］.石油學報，2009，30(3):469－474.

［10］王學忠，曾流芳.孤東油田挖潛剩余油實用技術應用效果評價［J］.石油勘探與開發，2008，35(4):467 －475.

［11］劉永建，鐘立國，范洪富.稠油的水熱裂解反應及其降粘機理［J］.大慶石油學院學報，2002，26(3):95 －98.

Feasibility study on hot dry rock assisted oil recovery technique

Wang Xuezhong

(Xinjiang Exploration＆ Exploitation，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257000，China)

For reducing heavy oil thermal cost，development scheme such as producing steam by burning crude oil to achieve heavy oil need to change.Also we need to reduce formation damage，so we launched hot dry rock(HDR)assisted oil recovery feasibility study.HDR assisted oil recovery extracted heat reservoir of underground thermal energy by hot dry rock to reduce oil viscosity and improve oil mobility.The technical support facilities regardless of drilling deep or heavy oil thermal recovery technologies are mature.HDR heat from geotherm in core－mantle boundary，were widely distributed，clean and renewable.Studies have shown that hot dry rock assisted oil recovery technology had strong pertinence and effectively inherited cyclic steam injection and steam drive technology，and technically feasible.So it may promote the development of related technology and is in line with China’s basic national policy of saving energy and emission reduction.It is advised that hot dry rock assisted oil recovery pilot test should be carried out firstly in the favorable block.

hot fry rock assist oil recovery;damage by cold water;thermal heavy oil;hot water injection;aquathermolysis

TE345

A

1009－1742(2011)03－0104－03

2009－11－27

中國石油化工股份有限公司重大科技攻關項目(P07055)

王學忠(1972—)，男，山東鄒平縣人，高級工程師，碩士，從事油田開發研究;E－mail:wxzxlywlt@sina.com

book=476,ebook=476