面對世界油氣工業(yè)向非常規(guī)跨越、我國常規(guī)油氣開發(fā)已步入后半期，陸上油氣新增儲量以非常規(guī)為主的現(xiàn)實，油氣勘探開發(fā)技術(shù)，亟待科技創(chuàng)新發(fā)展。
1 非常規(guī)油氣重要性凸顯
隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和改革開放不斷深入，我國油氣需求增長速度遠大于油氣產(chǎn)量的增長速度，目前已成為全世界最大的能源進口國，供需矛盾日益凸顯。全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士楊衛(wèi)曾坦言，國產(chǎn)油氣資源不足已經(jīng)成為新時代我國發(fā)展的最大瓶頸，我國原油供應(yīng)的對外依存度已經(jīng)達到71%，成為隨時可能被人卡住的命脈。
常規(guī)油氣資源正面臨新油田發(fā)現(xiàn)困難、資源品位不斷下降背景下，尋找戰(zhàn)略性接替能源成為我國緩解能源供需矛盾的重要途徑。而隨著油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，非常規(guī)油氣勘探開發(fā)取得了戰(zhàn)略性突破，致密氣、煤層氣和頁巖氣相繼實現(xiàn)規(guī)模有效開發(fā)，致密油與頁巖油取得重要進展，非常規(guī)油氣正在成為我國油氣勘探和可持續(xù)增儲上產(chǎn)的接替領(lǐng)域。
目前，非常規(guī)油氣已在我國能源結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。
2021年，我國非常規(guī)油氣產(chǎn)量占油氣總產(chǎn)量的20%以上。據(jù)預(yù)測，到2035年，我國非常規(guī)石油產(chǎn)量將超過4000萬噸，約占全國石油總產(chǎn)量的20%;非常規(guī)天然氣產(chǎn)量有望達到1500億立方米，約占全國天然氣總產(chǎn)量的50%。
放眼全球，美國的成功案例也使我國發(fā)力非常規(guī)油氣開發(fā)道路更加明確。
1973年為應(yīng)對“石油危機”影響，美國政府提出“能源獨立”戰(zhàn)略，并在油氣行業(yè)掀起科技浪潮，將一系列新技術(shù)引入到非常規(guī)油氣規(guī)模開發(fā)中。在非常規(guī)油氣產(chǎn)量快速增長的推動下，美國由2010年全球油氣第一進口大國，2017年轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴鈨舫隹趪?019年實現(xiàn)原油凈出口，迅速實現(xiàn)了能源自給。
我國非常規(guī)油氣資源儲量與美國相當，但地質(zhì)條件更為復(fù)雜，且開發(fā)技術(shù)與管理模式與其仍有一定的差距，由此造成我國非常規(guī)油氣成本高于美國。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新階段，通過顛覆性創(chuàng)新突破瓶頸技術(shù)、科技創(chuàng)新實現(xiàn)低成本發(fā)展成為非常規(guī)油氣開發(fā)的必然趨勢之一。
2 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新樣本
近年來，我國能源企業(yè)積極推進頁巖油、頁巖氣國家級示范區(qū)建設(shè)，突出陸地深層超深層、煤層氣等非常規(guī)資源等領(lǐng)域方向，一批非常規(guī)油氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)中創(chuàng)新成果應(yīng)運而生。其中，由西安交通大學(xué)、中石油長慶油田、寶石豐泰聯(lián)合研發(fā)的同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)就是我國自主研發(fā)的非常規(guī)油氣開發(fā)領(lǐng)域不可替代的核心基礎(chǔ)技術(shù)。
中石油長慶油田隴東頁巖油華H100平臺。長慶油田供圖同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)實現(xiàn)了油氣全密閉冷輸、油田伴生氣的完全回收利用和零排放，提高了油田資源利用率和油田整體開發(fā)水平，對保障國家能源安全，促進非常規(guī)油氣開發(fā)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
目前，這一技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于中石油長慶油田隴東國家級頁巖油示范區(qū)2個作業(yè)平臺的示范工程，實現(xiàn)了高氣油比油氣全密閉冷輸，起到了降低地面投資，提高油田數(shù)字化管理水平，創(chuàng)新頁巖油開發(fā)地面模式，節(jié)能環(huán)保等多方面的作用。
首先，該技術(shù)可實現(xiàn)任意比例氣液混輸，適應(yīng)頻率不固定的氣液兩相流動狀態(tài)。在油氣開采特別是非常規(guī)油氣開采過程中，往往伴隨著一定量的天然氣、水和固體顆粒。為了實現(xiàn)降低井口回壓、增加原有產(chǎn)量、提高開發(fā)效益以及達到油氣密閉輸送目的，必須用油氣輸送泵對油氣等多相混合介質(zhì)增壓輸送。以目前應(yīng)用最廣泛的螺桿混輸泵為代表，由于其排出孔口位置固定不變的工作原理，決定其無法適應(yīng)含氣率變化、壓力變化的運行狀況。螺桿泵可在較小的含氣率工況下運行，頻率較高的氣液兩相流動狀態(tài)會造成進液控制系統(tǒng)的自動保護，從而會導(dǎo)致停機檢修的狀況。同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)采用旋轉(zhuǎn)式吸排孔口，則能既實現(xiàn)平穩(wěn)進液，又實現(xiàn)無阻礙排液。
西安交通大學(xué)流體機械及壓縮機國家工程研究中心屈宗長教授表示：“同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)可實現(xiàn)任意比例氣液混輸，適應(yīng)頻率不固定的段塞流，與其他混輸泵產(chǎn)品相比，處于世界領(lǐng)先地位，是目前油氣混輸領(lǐng)域不可替代的核心基礎(chǔ)技術(shù)，未來有廣闊的發(fā)展前景。”
其次，同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)可實現(xiàn)油氣全密閉冷輸。原先在冬天油氣輸送過程中需要憑借加熱而提高輸送速度，如今冷輸避免了頻繁巡檢、調(diào)整加熱爐溫度的工作。以中石油長慶油田隴東國家級頁巖油示范區(qū)華H21平臺為例，每年可節(jié)省加熱爐投資、運維等費用100萬元，并明顯降低加藥清蠟、熱洗掃線等工作量。具有分輸站的華H102平臺屬于井站合建，實現(xiàn)油氣全密閉冷輸后的經(jīng)濟效益更加明顯，可節(jié)省輸油泵、輸氣壓縮機、分離罐、加熱爐、輸氣管線及基礎(chǔ)建設(shè)等一次性總投資800萬元。并且每天可節(jié)約加熱爐燃燒的伴生氣3800m³，這相當于每天多回收輕烴2.3噸，若以每噸輕烴0.4萬元計，每年因回收可增加303萬元的經(jīng)濟效益。而這僅僅是計算了伴生氣中的輕烴部分，還有大量的干氣效益未計入。最后，油田伴生氣可完全回收利用，實現(xiàn)無污染零排放。在石油工業(yè)初期由于技術(shù)、經(jīng)濟的限制，伴生氣及原油析出凝析氣無法得到回收利用，無論是直接排放還是燃燒都會造成環(huán)境污染，增加溫室效應(yīng)。兩害相權(quán)取其輕，通常會通過火炬將其燃燒。
中石油長慶油田設(shè)計院原副總工程師馮凱生說：“伴生氣是很寶貴的油氣資源，有效回收利用石油伴生氣是中石油長慶油田為實現(xiàn)碳達峰、碳中和與綠色轉(zhuǎn)型目標作出的積極探索，也是實現(xiàn)綠色長遠發(fā)展的有益嘗試。同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)成功實現(xiàn)了油氣全密閉冷輸，進而實現(xiàn)了一級布站的集輸模式，實現(xiàn)了長慶人幾十年來致力追求卻未曾達到的目標”。
3 應(yīng)用前景可期
非常規(guī)油氣開發(fā)重要性日漸凸顯，同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用前景也更加值得期待。
中國科學(xué)院院士、國家油氣重大專項技術(shù)總師賈承造表示，在石油工業(yè)中，需要大量的泵將油氣從地下抽取出來，泵是石油工業(yè)最基本的機械裝置，用途非常廣泛。在油氣開采到了非常規(guī)為主的階段，很多情況下油氣儲藏是以水、油、氣混合的形式存在，能夠?qū)崿F(xiàn)多相混輸?shù)谋脤μ岣哂蜌獠墒章?、降低成本具有非常重要的意義。
我國有豐富的天然氣資源，但是總體品質(zhì)較差，以低滲透-致密儲層為主的低品位資源所占比例較大。以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田為例，這是我國最大的致密氣田，年產(chǎn)氣超過400億方，共有生產(chǎn)氣井超過16000口，氣田仍有大量地質(zhì)儲量和增產(chǎn)潛力，但大部分井已進入生產(chǎn)中后期，氣田單井產(chǎn)量低，采氣速度低，采收率低，需要排水采氣生產(chǎn)來解決大批產(chǎn)水氣井提高效益問題和低品位儲量有效動用的問題。
此時，以同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)為基礎(chǔ)的同步回轉(zhuǎn)抽吸氣舉排水采氣技術(shù)，可以避免液擊的安全難題，大幅提高生產(chǎn)效率。同時，多相混輸泵替代氣體壓縮機還可以大幅降低成本，與美國效果最好的往復(fù)壓縮機分段氣舉技術(shù)相比，成本僅為其1/2，效果提升2-3倍。
賈承造認為，這種泵適應(yīng)性強、效率高、能耗少、成本低，如在致密氣開采領(lǐng)域，迅速將該技術(shù)成果大規(guī)模應(yīng)用替代老式泵，可大幅度提高產(chǎn)量，提高采收率。
目前蘇里格氣田同步回轉(zhuǎn)抽吸氣舉排水采氣技術(shù)共投產(chǎn)應(yīng)用100多臺裝置，累計增產(chǎn)天然氣超過1億方，增產(chǎn)效果及經(jīng)濟效益顯著。如全面推廣應(yīng)用該技術(shù)，可使低品位儲量得到釋放，進一步提高氣田采收率。此種開發(fā)模式可在全國老氣區(qū)進一步加以推廣，將取得更大的效益。
賈承造表示，蘇里格探明儲量4萬多億方，目前年天然氣產(chǎn)量相當于全國總產(chǎn)量約20%，大面積需要排水采氣技術(shù)，多相混輸泵應(yīng)該是下一步發(fā)展很關(guān)鍵的一個技術(shù)，如迅速將該技術(shù)成果大規(guī)模應(yīng)用可大幅度提高其天然氣產(chǎn)量。
此外，油氣混輸對海上油氣田開發(fā)具有重要意義，目前海洋油氣混輸泵及系統(tǒng)均由國外企業(yè)所壟斷，國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)成功開發(fā)的油氣混輸泵產(chǎn)品。
同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵完全由國內(nèi)自主原創(chuàng)及發(fā)展，有望打破這個技術(shù)封鎖，以更優(yōu)良的國產(chǎn)油氣混輸系統(tǒng)應(yīng)用于我國海洋油氣產(chǎn)業(yè)，替代現(xiàn)有的進口混輸泵。同步回轉(zhuǎn)多相混輸技術(shù)在變工況、段塞流、氣液任意比例的條件下可實現(xiàn)高效可靠混輸，在世界多相混輸技術(shù)中是一次巨大的原創(chuàng)性突破，處于世界領(lǐng)先地位。
美國非常規(guī)油氣開發(fā)規(guī)模巨大，目前所采用的分段氣舉效果不穩(wěn)定及故障頻繁，成本太高，也面臨技術(shù)難題。采用該技術(shù)可同時進行“抽吸+氣舉”的雙重工藝作用，實現(xiàn)油氣井口抽吸增產(chǎn)，并可在保證氣舉效果的同時不存在氣舉閥等相關(guān)故障點，實現(xiàn)低成本高效連續(xù)氣舉助采，因此有很大的技術(shù)市場。如果著力開拓，可以形成大規(guī)模的機電裝備出口新產(chǎn)業(yè)。轉(zhuǎn)自：瞭望智庫
