新疆油田成功開展首口CCUS注氣井井下泄露監(jiān)測現(xiàn)場試驗。
新疆油田公司CCUS注入井復(fù)合解堵增注效果喜人。
新疆油田開展首口二氧化碳注氣井環(huán)空帶壓光纖測試。
新疆油田開展首口二氧化碳驅(qū)水平井氣竄封堵現(xiàn)場試驗。
研發(fā)團隊正在討論CCUS開發(fā)方案內(nèi)容。圖片由采油工藝研究院（監(jiān)理公司）提供
在“力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”的國家戰(zhàn)略引領(lǐng)下，CCUS（碳捕集、利用與封存）技術(shù)已成為平衡能源供給生態(tài)保護的關(guān)鍵樞紐。
在此基礎(chǔ)上，新疆油田公司創(chuàng)新構(gòu)建“碳源掌控、注碳運行、動態(tài)分析與跟蹤調(diào)控”一體化管理模式，自2017年起在準(zhǔn)噶爾盆地東、西部開展CCUS技術(shù)試驗。截至2024年底，新疆油田年注碳量已從10萬噸躍升至50萬噸，成為全國注碳規(guī)模最大的CCUS油田之一。
但隨著項目擴展至瑪湖1、夏77等七大油藏，技術(shù)難題逐漸顯現(xiàn)：抽油泵因高濃度二氧化碳“氣鎖”頻繁故障，注氣井因氣竄“短路”波及不均，井下管柱在強腐蝕環(huán)境中“傷痕累累”。
面對這些制約“地下碳寶庫”高效運轉(zhuǎn)的枷鎖，新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡稱“采油院”）組建數(shù)十名專家及技術(shù)骨干組成的科研團隊踴躍參戰(zhàn)，在數(shù)百次實驗攻關(guān)中，于高氣液比舉升、增產(chǎn)增注技術(shù)、復(fù)雜工況防腐三大領(lǐng)域取得突破性進展，助力CCUS實現(xiàn)從試驗到規(guī)模效益的歷史性跨越。
舉升突破，“消泡神器”破解“泡沫可樂”困局
地下深處的石油，并非如河流般順暢流淌。它們往往“蟄伏”在數(shù)千米深的巖層孔隙縫隙里，開采難度大，常規(guī)注水開發(fā)常常面臨“水注不進，油采不出”的困境。
于是，采油院科研團隊將目光投向了二氧化碳驅(qū)油技術(shù)。
超臨界二氧化碳具有獨特的性能：密度接近液體，黏度卻像氣體，分子結(jié)構(gòu)小、擴散性強。這些特性使其更容易滲入低滲透儲層細(xì)微的孔隙中。
“我們的目標(biāo)是讓二氧化碳與原油充分混相，發(fā)揮其特有的補充地層能量、擴散效應(yīng)和黏度降低作用，將‘藏匿’的原油有效驅(qū)動出來，提高油田的最終采收率?！辈捎驮阂患壒こ處熽惿f。
說干就干，科研攻關(guān)迅速展開。2020年，八區(qū)530井區(qū)二氧化碳驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)投入運行。
隨著二氧化碳持續(xù)注入地層，試驗取得了初步成效：二氧化碳成功與孔隙中的原油互溶，顯著增強了原油的流動性，區(qū)塊整體產(chǎn)量獲得了明顯提升。
然而，隨著二氧化碳注入量的不斷增大，新的技術(shù)瓶頸開始顯現(xiàn)——油井產(chǎn)出物的氣液比持續(xù)攀升，帶來了棘手的“泵效危機”。
陳森形象地解釋道：“這就像用力搖晃一瓶可樂再開蓋，泡沫（氣體）噴涌而出，但瓶底的液體（原油）卻倒不出來?！?/p>
在試驗區(qū)油井中，伴隨原油產(chǎn)出的高濃度二氧化碳?xì)怏w遠(yuǎn)超常規(guī)油井，形成“高氣液比”。氣體在抽油泵內(nèi)極易形成“氣鎖”，如同泵腔被泡沫塞滿，有效原油難以進入泵筒，導(dǎo)致抽油泵的有效容積利用率（泵效）大幅降低，單井產(chǎn)量隨之銳減。
“常規(guī)舉升工具就像小孔徑吸管，對付普通‘飲料’還行，遇到‘泡沫可樂’就吸不動了?！标惿a充道。
為了破解這一難題，恢復(fù)油井高效生產(chǎn)，科研團隊對市面上現(xiàn)有的多種工具進行了大量實驗評估，效果均不理想。
面對缺乏成熟經(jīng)驗可借鑒的局面，團隊決心自主研發(fā)能夠高效分離氣液的專用工具。
關(guān)鍵性突破在于針對二氧化碳的獨特物性對工具進行結(jié)構(gòu)再造：科研人員精心優(yōu)化了工具內(nèi)部流道設(shè)計，創(chuàng)新性地耦合重力沉降與旋流離心分離原理，顯著強化氣液分離的效率。
“升級后的新型工具如同給抽油泵裝上了高效的消泡器，其適用的氣液比范圍從原先的500大幅提升至1000?！标惿f。
現(xiàn)場應(yīng)用成效顯著，數(shù)據(jù)證明了技術(shù)的可靠性。
2024年8月26日，新疆油田公司在八區(qū)530二氧化碳驅(qū)試驗區(qū)成功應(yīng)用“氣液置換防氣泵+多效復(fù)合氣錨”組合工藝技術(shù)3井次，單井平均日產(chǎn)液量增加1.76噸，平均泵效提高8.73%。同時，單獨應(yīng)用多效復(fù)合氣錨工藝技術(shù)2井次，單井平均日產(chǎn)液量增加1.48噸，平均泵效提高6.25%。
技術(shù)攻堅的背后，是戈壁灘上的“笨功夫”。實驗過程中，科研人員克服諸多技術(shù)難題，不斷優(yōu)化實驗方案，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。經(jīng)過反復(fù)驗證，氣液置換防氣泵和防氣鎖低漏失抽油泵在高氣液比時可防氣鎖、改善進液，多效復(fù)合氣錨分氣效果突出。
為了驗證工具適應(yīng)性，團隊在零下20℃的嚴(yán)寒中連續(xù)駐井，每天記錄上百組壓力、氣液比數(shù)據(jù)。
如今，舉升技術(shù)已在7個油藏逐步推廣，不僅提升了原油產(chǎn)量，更保障了二氧化碳驅(qū)油與封存的順暢運行，減少頻繁修井，維持生產(chǎn)連續(xù)性和封存穩(wěn)定性。
增產(chǎn)增注，“黃金搭檔”治服二氧化碳“短路病”
新疆油田礫巖油藏儲量規(guī)模大。
礫巖油藏儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜：礫石大小形狀差異巨大，孔隙像迷宮般不規(guī)則，石油分布極不均勻，不同區(qū)域流體流動能力（滲透率）差異懸殊，具有儲層滲透率低、非均質(zhì)性強、水敏性強等特征。
“要讓二氧化碳在此類油藏有效驅(qū)油，兩大難題橫亙眼前：注氣井‘欠注’，二氧化碳‘注’不進去；采油井見效差異大，部分井高產(chǎn)，部分卻‘無動于衷’?！辈捎驮翰捎退こ處熽惿窀f。
“自八區(qū)530二氧化碳驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)開展注氣以來，部分采油井出現(xiàn)不見效、生產(chǎn)效果差等問題。”陳神根說，“問題在于地下油藏如同布滿裂縫和孔洞的迷宮，二氧化碳易沿高滲透帶‘短路’竄逸（氣竄），無法均勻波及目標(biāo)區(qū)域，相鄰油井生產(chǎn)差異懸殊?！?/p>
面對困局，采油院采油所技術(shù)團隊聯(lián)合開發(fā)公司、采油二廠、勘探開發(fā)研究院等單位，經(jīng)過大量的技術(shù)調(diào)研和縝密論證，分析地質(zhì)工程條件并優(yōu)選試驗井，創(chuàng)新性提出了針對二氧化碳驅(qū)的控竄引效一體化技術(shù)，堪稱“堵漏黃金搭檔”。
該體系巧妙結(jié)合“增稠流體”與“耐酸泡沫”兩種材料，專門用于封堵油氣井中的泄漏縫隙（封竄），將二氧化碳變黏稠。
“高黏度的增稠流體和持久的泡沫協(xié)同作用，能有效封堵復(fù)雜地層中的竄流通道，滿足油田現(xiàn)場嚴(yán)苛的封竄需求?！标惿窀a充道。
技術(shù)成功的核心更在于精準(zhǔn)“引效”。
團隊創(chuàng)新性融合油藏地質(zhì)等多源信息，精準(zhǔn)定位出需要改造的目標(biāo)層位，針對性實施分層壓裂，在壓裂過程中巧妙運用“暫堵轉(zhuǎn)向”技術(shù)。
“增稠后二氧化碳的流動性降低，無法再快速沿少數(shù)通道‘竄逃’。耐酸泡沫像塞子堵住了主要通道，變黏稠的二氧化碳被引導(dǎo)著轉(zhuǎn)向油藏中滲透率較低、原油更難被驅(qū)動的區(qū)域，擴大波及范圍，達(dá)到引油增產(chǎn)的目的?！标惿窀M一步解釋。
該技術(shù)開展現(xiàn)場試驗以來，科研人員全程進行現(xiàn)場指導(dǎo)、跟蹤分析和復(fù)盤總結(jié)，不斷進行技術(shù)迭代和升級。
截至2024年8月7日，控竄引效一體化技術(shù)在八區(qū)530二氧化碳驅(qū)試驗區(qū)已開展15井次，階段累計產(chǎn)油13735噸，措施井日產(chǎn)油達(dá)到52噸。其中，2024年實施9井次，平均日產(chǎn)油3.2噸，階段累產(chǎn)油1183噸，措施效果持續(xù)向好。
瑪湖1井區(qū)上烏爾禾組油藏地質(zhì)儲量大，為典型強敏感致密礫巖，常規(guī)水平井體積壓裂建產(chǎn)存在壓力遞減快、采收率低等問題，部分生產(chǎn)井開井試產(chǎn)表現(xiàn)出壓力維持難度大、穩(wěn)產(chǎn)時間短等問題，總體驅(qū)替見效不明顯。
科研人員在借鑒前期八區(qū)530二氧化碳驅(qū)各類引效經(jīng)驗基礎(chǔ)上，選擇MHD1008井優(yōu)先開展壓裂引效試驗。
通過分析MHD1008井與鄰井連通狀況，設(shè)計采用小規(guī)模解堵壓裂降低后期氣竄風(fēng)險；結(jié)合地層特征、儲層物性等，設(shè)計采用投球滑套機械分層組合二次加砂壓裂工藝，控制裂縫高度，提高儲層縱向改造程度；采用防膨壓裂液，并控制入井液量，最大限度保護儲層。
三防突破，特種“護甲”抵御千米深井“復(fù)合傷害”
二氧化碳遇水形成的碳酸，堪比“隱形酸液”，對井下金屬管柱腐蝕性極強。
同時，低溫高壓下原油中的蠟質(zhì)易析出結(jié)塊，水中礦物質(zhì)（鈣、鎂離子）與二氧化碳反應(yīng)生成的碳酸鹽垢，如同“水泥”般層層淤積。
傳統(tǒng)靠定期加藥“打針”的化學(xué)防護方式，不僅成本高、管理難，效果也常不盡如人意。
“二氧化碳試驗區(qū)采油井主體采用定期添加防蠟防垢藥劑、機械清蠟等常規(guī)清防蠟防垢方法，應(yīng)用效果不佳且成本偏高?！辈捎驮翰捎退呒壒こ處熜軉⒂抡f。
CCUS工程環(huán)境下的井筒（油管、套管等），可謂是在“地獄模式”中工作，要時刻防腐防垢防蠟。
面對這一行業(yè)頑疾，采油院成功研發(fā)出一套高效經(jīng)濟的綜合防護技術(shù)，為油田安全裝上“三重保險”。
“我們創(chuàng)新研發(fā)出專用復(fù)合防腐防垢體系，使關(guān)鍵管材N80鋼的年腐蝕速率降至0.0117毫米的極低水平，同時阻垢率高達(dá)88.56%，大幅延長了核心設(shè)備的使用壽命?！毙軉⒂抡f。
為進一步降低成本，團隊開發(fā)出可替代傳統(tǒng)油基產(chǎn)品的水基環(huán)空保護液，在確保防護效果（N80管最大年腐蝕速率0.0167毫米）的前提下，實現(xiàn)綜合成本直降60%以上。
為實時掌握井下“健康狀況”，科研人員就腐蝕實時監(jiān)測技術(shù)原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通訊、入井工藝等多方面開展方案論證，形成基于電阻探針原理的井下多點實時監(jiān)測技術(shù)方案，經(jīng)過反復(fù)實驗迭代升級，成功研制出一套井下腐蝕在線監(jiān)測儀器樣機。
2024年11月，科研團隊將井下腐蝕在線監(jiān)測儀器放置于八區(qū)530二氧化碳混相驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)。
與行業(yè)同類技術(shù)相比，該監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測精度（分辨率達(dá)0.01微米）、測量點數(shù)（3個點位）等方面均顯示出顯著優(yōu)勢，實現(xiàn)井下腐蝕速率實時監(jiān)測技術(shù)重大突破。
“腐蝕是二氧化碳驅(qū)技術(shù)應(yīng)用面臨的關(guān)鍵共性問題，此前主要通過井下掛片（環(huán)）、井口鐵離子濃度檢測方式分析井下腐蝕狀況，但以上方法均無法實現(xiàn)腐蝕速率實時監(jiān)測，腐蝕規(guī)律分析及加藥制度缺乏依據(jù)?！标惿f。
該監(jiān)測系統(tǒng)可耐溫120攝氏度、耐壓40兆帕，測量誤差小于5%；采用雙通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采樣；實現(xiàn)3000米無損通信，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；使用整體鑄造、一體成型工藝，保證裝置密封性能……
2024年12月10日，八區(qū)530二氧化碳驅(qū)采油井80538井特種合金防垢防蠟工具入井并成功完井，標(biāo)志著新疆油田公司首口CCUS區(qū)塊采油井特種合金防垢防蠟工具現(xiàn)場試驗取得圓滿成功。
高氣液比舉升、增產(chǎn)增注、復(fù)雜工況三防……三大核心技術(shù)的突破，如同精準(zhǔn)打通了“地下碳銀行”運行的關(guān)鍵“經(jīng)脈”，階段累計增油10165噸，降低產(chǎn)氣101萬方，注氣井增注1.6萬噸，產(chǎn)生經(jīng)濟效益1884萬元，為八區(qū)530、瑪湖1、夏77等試驗區(qū)安全、高效運行提供技術(shù)支撐。
這項融合“捕碳”智慧與“驅(qū)油”效益的綠色科技，正驅(qū)動著新疆油田年注50萬噸碳的龐大系統(tǒng)高效運行，成為保障國家能源安全與實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要減排引擎。