沈忠厚：超临界二氧化碳钻井技术研究

　　新浪财经讯 “2012国际石油产业高峰论坛”于2012年3月19日在北京举行。上图为中国石油大学教授、中国工程院院士沈忠厚。

　　以下为演讲实录：

　　沈忠厚：各位领导、各位专家、各位来宾早上好。今天我报告的题目是超临界二氧化碳开发非常规油气藏钻完井技术研究。下面就四个问题跟大家汇报，第一个问题绪论，为什么我们研究这个问题？大家知道我们国家大型，现在重新发现整装大庆、胜利、辽河这样整装大油田，这种机会不会太多。这是世界上所有地质家公认，我们现在进军深海，将来可能在南海深海部分找到整装的油田，这是一个将来我们的主战场之一。

　　第二个，就是我们注意近10年来及我们所发现天然气资源，每一年我们有4亿到5亿吨储量增长，但是我们每年在几亿吨增长回忆一下，基本上7、80%都是低渗特低渗油气藏，这是一个很大的特点。

　　第二个特点，我们在近期发现油气资源里面，天然气的资源非常丰富。特别丰富非常规天然气，包括页岩气，煤层气还有天然气等等。大家知道我们非常规天然气，常规天然气资源是非常宝贵的。而且也有一定的低质量，但是这个量根据我们现在需要，是远远不够的。最近几年来我们地质家在非常规天然气上，做了大量的工作。我们现在已经查明了子米奇、页岩气、煤层气的储量远比我们常规的天然气储量要大得多。至少从目前资源量来看，不完全的统计，至少要大3到4倍到5倍。

　　而且，我们现在这个量还再继续增长，我们估计在今后50年，甚至100年我们在天然气上主要依靠非常规的天然气资源。就是我们前面讲的4个非常规天然气资源。我们今后的主战场第一个是低渗透气藏，第二个非常规天然气资源。所以，这是我们今后的两个大的主战场。

　　下面，我们第二个问题跟大家讲，开发这样一个资源，开发低渗油藏，再开发非常规油气藏，遇到主要问题什么？主要是三个问题，第一个问题大家知道所有的低渗油藏是非常坚硬，难钻。还有一部分不是很难钻，比如页岩层我们一个是坚硬很难，一个页岩渗透率很低也很难钻。第二个，这很难钻花费了我们大量的时间，因此，我们的整个开发现在估计成本7、80%花在钻井。这样下来我们得来效益非常低。

　　第二个最大问题，这种低渗气藏，或者非常规天然气藏，空置率一般在50%左右，渗透率极低。这么低的低渗率，在钻井的过程里面极容易受到伤害，要把他恢复过来，不像我们常规中渗透高渗透气藏，这完全不一样。我们钻井的人员，和我们搞开发的人员要注意，我们原来在开发常规其藏的技术，在进入20世纪以后，从现在开始，后面要开发这样一些资源，不管钻井也好，产油也好，流程也好，都要发生极大的变化。

　　以技术都有点不同程度的不适应，有的时候完全不适应，有的时候部分不适应。因此，在这么一个情况下，我们就要寻找新的技术。第三个难点，就是丰度低，单井产量低，采收率低，开采周期长。每几个井的产量并不高，采收率低，美国现在开发非常规的天然气这个部分，采收率究竟多高？我们好象没有看到比较确切的数据，总的来讲比我们现在常规的油气藏采收率还要低。

　　因此，这样一个情况下怎么办？提出了一个新的问题，我们如果用常规的办法来钻井，开采，就是我们平常完了过后，一系列采油措施。寻找新的开采或者开发技术，包括从钻井开始。因此，提出了我们中国石油大学，北京和中国石油大学华东，这两个学校经过4年到5年的初步探索，和一系列初步实验，我们现在可以跟大家，很有可能？可走的路径，而且近期可以走通，可以转变成生产力一种钻井或者开发方案。用超临界二氧化碳来开发非常规油气源。

　　超临界二氧化碳流体的物理特性。大家看一下这个图，我们现在是一个超临界二氧化碳相图，上面有两个点，有一个三向点，第二个点是临界点，三向点把二氧化碳什么温度压力下是固体，是气体，液体。第二个就是临界点，关键问题在临界点上，因为临界点怎么样？二氧化碳我们把它温度加到31.1度，压力加到7.300兆瓦，他从超临界状况下面，二氧化碳密度接见与流体。他的黏度相当于气体，黏度很低因此就是不要多少都容易流动，这对我们搞钻井搞采油人是一个很大优势。

　　因此，这样来我们大家看一下，下面这个表，中间这一行就是超临界流体，密度是0.2到0.9。第二个黏度，0.03到0.1，黏度接近于气体，五是气体负20万，就是0.02。还有扩散性悉数大于液体，密度接近于液体，这有什么好处？带来两个好处，于是他密度液体就可以提供必要的很大的油气和功率，可以带动底下的井底马达旋转。

　　第一个密度接近于液体，第二个黏度接近于气体，第三个扩散悉数大于液体，第四个表面张力接近于零，这个超临界二氧化碳可以进入到母岩，不管是岩石，不要他的空间大于二氧化碳的分子，比分子大，这个二氧化碳很容易钻进去。越小的时候进的越快。证明这个超临界二氧化碳打进去以后，不用加多大的力量，它就成为了一个无孔不入很快深入到你的空隙里面。

　　这种流体就是决定最后我们的钻数高，第二个决定将来不受损害，后面还有最后的产生率高。下面，讲一下第三个问题，超临界二氧化碳开发非常规油气藏的优势，主要两个。第一个，他这个优势结合我们前面三个问题，第一个问题很坚硬，那么我们假设用清水，用我们一般的钻头来钻，就很难。用二氧化碳来钻就很快了，大家看一下为什么快？左边是代表用清水来钻，右边这个也一样，是代表用超临界二氧化碳来钻，上面一块岩石是花岗岩，下面是页岩，我们知道花岗岩是最硬的岩石，页岩是最难钻的岩石，这两个最难钻。

　　清水钻的这个沟槽，轮廓较为清晰，破碎体积较小。我们再看看下面它的破碎坚硬压力，下面是花岗岩，花岗岩用清水和二氧化碳钻，他的明显压力，用清水75，用二氧化碳是50，二氧化碳他明显压力相当于他的67%。我们看看第二个页岩，页岩用清水钻明显压力是124，用二氧化碳钻子只有55，那么用二氧化碳的时候跟清水比之相当于他的4。

　　我们用二氧化碳钻井的时候，不断难钻的岩石，像花岗岩、页岩这样的东西，都可以获得好的效果。一般可以比普通的速度，我们控制如果提高它的破碎压力，一般提高到3倍。这个已经是一个很不的小数字。这是第一个优势。

　　第二个优势，大家看一看，我们在低渗和非常规天然气的时候，是很容易被污染。从污染大家搞采油的人知道，在钻井过程里面，在正常过程里面，我们的外来固体侵入到油层空隙里面，把油堵起来。我们这个就叫污染。而我们超临界二氧化碳就是二氧化碳一般是气体，如果把温度降到一定所变成液体，我们加到最后的临界的时候，它的由液体的密度、气体的温度，可钻性比较高。这样一个东西，它既为固体，又为液体，他怎么污染损害油气藏，他根本没有损害的条件。所以，这是我们在钻井方面上求之不得。这样来实质上对油气藏没有任何污染。

　　第三个优势，最大的优势他可以提高单井产量，就是用超临界二氧化碳。为什么提高单机产量？我们知道单机产量现在产量低，我们现在如何钻分子水平井，钻辐射水平钻，复杂条件下结构井，我们的单机产量一下上去。平常最多到他5、6倍，取决于水平端的长度，或者分子端的长度，就可以控制了。而且用这种超临界二氧化碳钻，很容易。

　　最右边这个图，最容易钻辐射水平钻，周围辐射可以打一系列的水平井出去。周围都辐射，其他办法很难做到。

　　第四个优势，可以很好提高采收率，提高单机产量和提高采收率完全是两个不同的概念。所谓采收率，我们现在只有20%多，最高30%多，大庆40%到50%，我们一般还有三分之二拿不出来。假设我们现在开发低渗油气藏，开发我们非常规油气藏的话，可能这个数字没有看到确切数字，可能只有百分之十几。大部分油拿不出来，我们这里面跟大家举个例子，一个就是超临界二氧化碳有一种最大的优势，就是可以把二氧化碳进去把油气藏里面的气置换出来。这里面有一个天然气甲烷，对这个母岩的亲和力和二氧化碳对母岩的亲和力，二氧化碳对母岩的小幅强度，基本上3到5倍的甲烷的吸附强度。

　　反过来讲，假设这里面甲烷就是我们天然气，天然气主要是甲烷。假设我们把二氧化碳打进去，很容易从他的吸附在颗粒和有机碳上面的气体，很容易置换下来，把气体赶出来，自己很容易占到这个位置上。这个是任何到现在为止我们找不到，这个置换强度相当于3到5倍，这是二氧化碳跟甲烷对于母岩，就是我们碰到母岩来讲，差不多3到5倍这样数据。

　　第二个采收率，开头是一个置换，第二个就是驱替，就是我们去赶他。他的表面张力等于零，黏度非常小，可算悉数很大。因此这个超临界二氧化碳打到地层里面，他就成为了无孔不入，越是小的地方他越进去，越快。这样进去以后，就把里面的气体赶出来了，这个不是置换，就是把这个东西驱赶。假设把这个东西打进去，我们现在注水，注水也是去赶，但是水注就很困难。这个加压力比我们追水压力小得多，压力也小，一系列问题我想我们搞采油人应该很容易就理解。

　　最后，有效提高油气采收率。因为他的溶剂化能力很强，他可以把近井地带的重油组分，和一些渣子可以把他吸收。你想把近井地带重油组分和有机子东西去掉，这样使近井地带畅通，改善了油流通道。其他我们没有发现现在打任何化学流体有这么一个好的作用。

　　再一个结论与建议，这个东西很容易清楚。第一条，用超临界二氧化碳钻井，钻数高，成本低。第二条，不受污染。第三条，得到采收率高。第四条，容易钻各种复杂的结构井，他可以钻各种各样的景象水平井。

　　现在，目前我们有一个建议，我们现在碰到所有的气藏，都是用水力压力。我想提出一个建议，大家千万不要用水力压力，可以节约一部分成本，但是水力压力过程里面带来无穷的后患。所有油气藏近期过后的万物资源都是水，如果我们这个压力改成了二氧化碳压力，二氧化碳用临界也好，用超临界更好，不用超临界就用普通的二氧化碳压力，这个效果会明显改善。

　　所以，我们开发的低渗油气藏，我想是有百利而无一害。因为时间关系，上面讲这些问题，不足的地方请大家批评指正。