及30–40 MPa——井口基础工作介质参数(第一阶段);第二阶段:450–550°C、30–40 MPa;第三阶段:600°C以上、最高60 MPa
未成熟干酪根的采收率增幅——依据油藏数值模拟结果的最高估值
难采储层产量的潜在增长倍数(依据斯科尔科沃科技学院与喀山联邦大学的研究结果)
及22.1 MPa——水进入超临界状态的临界点
上述指标为潜在数值,来源于公司估算及公开演讲资料;实际效果取决于油田地质条件。
热化学增产技术(TCS)是Oil Resource科技中心自主研发的开采技术,既适用于稠油难采储量,也适用于中质油、低黏油、沥青质及含干酪根油藏。
技术的核心,是向含油地层注入作为载热介质的高温作用剂——超临界水(基础工作介质为膜法净化水;在后续工业试验阶段将采用含气体和催化剂的复合介质),实施热化学增产作用(TCS),通过层内高温过程(包括稠油重质组分的层内水热裂解),实现稠油的层内改质——黏度不可逆下降、组分构成向轻质组分方向优化。
凭借层内改质,TCS让常规方法束手无策的稠油得以开采。
该技术契合《俄罗斯2050年前能源战略》(附件7第12条)在难采储量开发方面的优先方向;卢戈夫斯科耶油田的工业试验正在筹备中,并将依据试验结果推进规模化应用。
指温度和压力均超过临界值的水(水的临界点:温度374°C、压力22.1 MPa)。此状态下的水成为超临界流体,液态与气态之间不再有区别。
指临界点附近的温度压力区间,此时水的物理化学性质(密度、溶解能力、介电常数、黏度)急剧变化,进而影响传热传质强度及层内过程的进行。
对油层的综合作用:高温介质的热效应叠加热化学反应的激发,使原油组分发生转化并与水相及岩石相互作用,从而提升原油流动性和采收率。
以远高于油层温度注入的驱替介质,用于加热多孔介质并激发高温过程;在TCS技术中,高温作用剂为亚临界和/或超临界状态的水。
注入高温介质所激发的一系列过程:原油高分子组分的水热转化、馏分组成的再分配、胶质与沥青质缔合体的解体,以及多孔介质中伴生的传热传质过程。
在开采过程中直接于油层内对原油进行地下改质,改善其物理化学性质(降低黏度,减少含硫化合物、胶质与沥青质含量),从而提高采收率,并使运输和后续炼制更为便利。
重质烃原料在水与水蒸气环境中于高温下发生的热催化转化(传统意义上为200–300°C;在TCS条件下则在亚临界和超临界水中进行)。
在油层条件下,稠油在水与储层矿物共同作用下发生的热化学处理过程,矿物中的金属充当催化剂。它属于层内改质的一种,旨在降低原油黏度、转化其组分并提高采收率。
一种循环式提高采收率方法:同一口井交替用于注入工作介质和随后的采油。
易采轻质油日渐减少:难采储量已占总储量的约60%,且比重仍在上升。
天然沥青、稠油和含干酪根岩层的埋深从数百米至3000米甚至更深。
这项自主热化学增产技术的研发始于2022年,并获得俄罗斯政府层面的关注与肯定。
“……一个旨在打造世界上独一无二的创新型热化学增产技术的项目”
俄罗斯联邦政府副总理亚历山大·诺瓦克——《能源政策》杂志刊文,2023年2月
据副总理评价,该技术将大幅提高稠油油田的烃类采收率,并使巴热诺夫组、多马尼克组、阿巴拉克组、哈杜姆组和库奥纳姆卡组进入大规模开发,不仅实现进口替代,更在难采储量开发上取得领先。
《俄罗斯2050年前能源战略》是国家对难采储量开发技术的直接需求。TCS正是Oil Resource对这一需求的回应:技术契合《战略》附件7第12条——“层内转化装备与技术,包括干酪根转化技术与装备”。
热化学增产技术(TCS)是开发稠油难采储量的一种方法:通过注入井网注入高温作用剂,同时或随后经采油井采出产液。
由此实现井间区域的面积波及,在近井地带和井间空间形成稳定的高温作用区,并激发层内高温过程。
增产作业可采用连续注入或周期注入模式,将高温作用剂注入与常规注水相结合。
还可采用“吞吐”模式——单井注采循环:先注入高温作用剂,随后在高温高压条件下焖井(浸泡油层),再从同一口井采出产液,如此循环往复。
热化学增产同时激发多个并行过程,共同提升原油的流动性与可采性。
在约350±25°C的水环境中,热裂化与水热裂解剧烈进行——长而重的分子链断裂为短而易流动的分子。
这一过程重现了自然界需要数百万年才能完成的有机质成熟过程:固态干酪根转化为液态烃——相当于合成石油直接在油层内生成。
在超临界水的热场中,含干酪根岩层加速熟化并生成可流动原油——大自然完成这一过程需要数百万年。
数值来源于公司估算及公开演讲资料。
工业试验将采用参数为400°C、35 MPa的超临界水作为热介质。
正与俄罗斯联邦能源部及其下属燃料能源技术发展能力中心联合制定热化学增产作业机组的两份行业文件——行业技术要求(ITR)和行业试验规程(ITP)。
该技术以高技术油田服务的形式落地:专用地面与井下设备,加上全流程工程技术支持。
工业试验基地为萨拉托夫州的卢戈夫斯科耶油气田——集团首个自有采油资产。
卢戈夫斯科耶是成熟油田,便于在真实生产条件下调试TCS成套装置的运行制度。工业试验井已完井,岩心已取出;地面与井下设备安装已列入计划,随后将进行装置调试。届时将邀请正在应用或考虑热采方法的俄罗斯采油企业代表观摩试验。
为开展工业试验,已形成移动式TCS作业机组方案;设备构成、运行制度及注入参数均按热化学增产作业机组的行业技术要求确定。
TCS成套装置是一套复杂的工程系统;超临界水发生器只是其中一个组成部分。
技术的科学基础——水热裂解、超临界水流体、重油催化改质——已由合作科研团队及科技中心专家发表于国际和俄罗斯权威期刊。
上述所有论文的合著者中均有K. Yu. Prochukhan。
该技术契合《俄罗斯2050年前能源战略》在难采储量方面的优先方向(附件7第一节第12条——“层内转化装备与技术,包括干酪根转化技术与装备”),为目前尚未开发的储量打开了大门。
技术的推广将带动对国产设备、服务和科研成果的需求,为相关行业创造新的就业岗位。
难采储量遍布各大洲——其开发技术在全球范围内都有旺盛需求。
开发本国难采储量可降低世界各地区对进口能源的依赖——热化学增产技术让这些储量触手可及。
技术要点速览——写给初次了解TCS的读者。
TCS是Oil Resource科技中心自主研发的难采石油开采技术:向含油地层注入载热介质——超临界水(基础工作介质为膜法净化水);这种作用降低原油黏度,并在油层内激发物理化学过程,让常规方法失效的地方也能实现开采。该技术契合《俄罗斯2050年前能源战略》(附件7第12条)的优先方向。
当温度超过374°C、压力超过22.1 MPa时,水进入超临界状态,兼具液体与气体的特性:深入岩石孔隙、高效传递热量并参与化学反应。这不只是给油层加热,而是直接在油层内改变原油的性质。
目标对象包括含干酪根岩层(巴热诺夫组、多马尼克组、阿巴拉克组、哈杜姆组)、稠油与天然沥青,以及衰竭气田的油环。这类难采储量约占总储量的60%。
经典热采方法使用的蒸汽温度通常不超过280–350°C,主要靠加热降低原油黏度。TCS的基础工作介质注入温度超过374°C:除加热外,还激发水热裂解与干酪根转化——重质分子裂解,合成石油直接在油层内生成。
工业试验正在萨拉托夫州卢戈夫斯科耶油气田(集团自有采油资产)筹备,与俄能源部燃料能源技术发展能力中心联合实施。
油藏数值模拟显示,采收率增幅因对象类型而异:未成熟干酪根最高60%,沥青最高50%,稠油最高30%,中质与低黏原油最高20%。实际效果取决于具体油田的地质条件。
面向现场应用,公司组建了TCS作业机组——一体化油田服务:移动式地面与井下成套设备,加上从目标优选到增产效果评估的全流程工程技术。