用超臨界二氧化碳開發非常規油氣藏

文/楊紅英

2012年3月19日，在國際石油產業高峰論壇上，中科院院士沈忠厚發表講話時說到，10年來，我們所發現的天然氣資源，每年都有4億到5億噸儲量的增長，但70%～80%都是低滲油氣藏，這是一個很大的特點。

他介紹說，在油氣資源里面，天然氣的資源非常豐富，特別是非常規天然氣，包括頁巖氣，煤層氣等，這些儲量遠比現在我們發現的常規天然氣儲量要大得多。“據不完全統計，至少要大4倍到5倍。”

“我估計今后50年，甚至100年我們在天然氣上主要依靠非常規的天然氣資源。所以今后的主要目標第一個是低滲透氣藏，第二個是非常規天然氣資源。”

因此，他認為，在這種背景下，研究超臨界二氧化碳開發非常規油氣藏鉆完井技術顯得非常重要。

豐富的油氣資源怎么獲取

這是橫在中國石化裝備行業人士的一道難題。因為開發低滲油藏和非常規油氣藏會遇到三大問題。

首先，低滲油藏非常堅硬，難鉆。還有一部分不光難鉆，比如頁巖層，它還有一個特性就是滲透率很低。

其次，低滲氣藏或者非常規天然氣藏，空置率一般在50%左右，滲透率極低。這么低的低滲率，在鉆井的過程里面極容易受到破損，而其恢復過程也不像常規中滲透或者高滲透氣藏。因此對開采流程提出了嚴格要求。

最后，低滲氣藏的豐度低，單井產量低，采收率低，開采周期長。

沈忠厚說，現在美國開發了幾個非常規的天然氣，采收率究竟多高？我們沒有看到比較確切的數據。但據說是比現在常規的油氣藏采收率還要低。

他進一步解釋說，對于難鉆的巖層，開發成本的百分之七八十都會花在鉆井上，而這樣的結果就是不光用了大量的時間和財力，且效益也非常低。

而因為低滲氣藏滲透率極低的特點，以往的鉆進技術會有不同程度的不適應，因此，在這么一個情況下，需要尋找新的技術支持。

“經過4～5年的探索，我可以跟大家說，我們已經發現了一個可走的途徑，而且是近期可以操作的方法。”沈忠厚說：“那就是用超臨界二氧化碳來開發非常規油氣源。

超臨界二氧化碳技術

“把溫度加到31.1度，壓力加到7.300兆瓦，二氧化碳的密度接近于流體，黏度相當于氣體。黏度很低就容易流動，這對搞鉆井搞采油的人是一個很大優勢。”沈忠厚說，這個溫度壓力就是二氧化碳的臨界點。

在超臨界條件下，二氧化碳的密度接近于液體，黏度接近于氣體，擴散系數大于液體，表面張力接近于零。在這種狀況下，二氧化碳可以進入到母巖，不管是巖石，只要它空間大于二氧化碳的分子，二氧化碳就很容易鉆進去。

“如此一來，用超臨界二氧化碳開發非常規油氣藏的優勢就比較突出了。”沈忠厚告訴記者。

他做了個比較，分別用清水和超臨界二氧化碳來做介質鉆巖。因為巖層很硬，用清水一般鉆頭很難鉆過，而超臨界二氧化碳承受的壓力不到與清水的70%，因此鉆類似花崗巖、頁巖這樣難鉆的巖層，都可以獲得好的效果。

此外，開采低滲和非常規天然氣的時候，很容易被污染。所謂污染，就是在鉆井過程中，外來固體侵入到油層空隙里面，把油堵起來。

而二氧化碳一般是氣體，如果把溫度降到一定程度后變成液體，加到臨界的時候，它既為固體，又為液體，沒有污染損害油氣藏的條件。

而利用超臨界二氧化碳的最大優勢是可以提高單井產量和采收率。

所謂采收率，是對一個油田而言的，現在一般油田的采收率只有20%多，最高30%多，大慶能達到40%到50%。“現在開發低滲油氣藏和非常規油氣藏，各國采收率可能只有百分之十幾。”沈忠厚說，超臨界二氧化碳有一種最大的優勢，就是可以把二氧化碳打進去把油氣藏里面的氣置換出來。

因為超臨界的二氧化碳打到地層里面，可以成為了無孔不入，越是小的地方它越進去、越快。這樣進去以后，就把里面的氣體趕出來了。

他說，過去注水也是去置換，但是注水就很困難。而超臨界二氧化碳加壓力比我們注水壓力小得多，壓力也小。

“我個人建議，以后大家千萬不要用水力壓力，這樣不光可以節約一部分成本，還可以避免水力壓力過程帶來無窮的后患。”沈忠厚強調，萬物資源都是水，而二氧化碳現在的利用還不廣泛，如果我們這個壓力改成了二氧化碳壓力即使不用超臨界就用普通的二氧化碳壓力，效果也會有明顯改善。”