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中石化再添黑科技!突破稠油开采瓶颈

2023-12-28 09:34:58

中国除了芯片、光刻机、航空发动机等科技面临欧美“卡脖子”风险外,还有一项战略原料也面临着“卡脖子”风险,那就是环烷基原油。

环烷基原油主要提炼自稠油,是炼制航空煤油、低凝柴油、超低温冷冻机油、特种沥青、高端橡胶油等特种油品不可或缺的稀缺优质原料,在国防事业、航天航空工程、国家重大战略工程等重要工业领域中具有不可替代的独特价值。


中国随着经济发展,对环烷基原油的需求快速增加,预计会从2022年500万吨的需求,增长到2026年的3000万吨,对稠油需求量将从2022年的1250万吨增长到7500万吨,有6250万吨的稠油开采缺口,其中,83.3%的稠油需要进口,届时我国将面临严重的“卡脖子”风险。


根据国际能源署(IEA)的数据,稠油储量通常占全球石油储量的比例约为70%至80%,这意味着稠油既是石化能源的主要来源,也是环烷基原油等重要工业原料的来源,被誉为“黑金”。中国是世界第四大稠油国,稠油资源量仅次于美国、加拿大和委内瑞拉。我国现已探明稠油资源量约有35.5亿吨,其中超稠油约有8亿吨,主要分布在新疆、渤海、东北等地区,像新疆克拉玛依地区就拥有大量超稠油资源,其中地层温度下原油粘度高达8-15万毫帕秒,地下储量在1.4亿吨左右。另外,全球环烷烃含量最高的稠油就在中国,中国渤海湾稠油中环烷烃含量为30%—46%,克拉玛依油田的稠油环烷烃含量更是高达69.7%,是最优质的环烷基稠油。实际上,中国拥有丰富且优质的超稠油资源,如何变储量为产量成为中国石油人的重要课题。

由于稠油高黏的特性,使其在油藏条件下呈固态或半固态,流动性极差,应用传统轻质油的开采方法无法将原油举升到地面,给开采带来了巨大挑战,若使用目前较为成熟的“蒸汽吞吐法”也面临着成本高、产量低,经济价值有限的窘境。


使用“蒸汽吞吐法”,需要将高温蒸汽注入井下油层中,并焖井一段时间,以融化原油,降低粘度,而在原油粘度降低后,再使用采油设备进行抽采生产,而随着生产的进行,井下温度逐渐降低,原油粘度迅速增加,流动性变差,不再适合抽采,则需要重新注汽后再抽采。当前使用的抽油机,每年需要五轮注汽,平均每次注汽1200吨,每吨蒸汽成为约300元,因此每年注汽成本大约为180万;原油平均日产量为7.78吨,减去注汽、焖井、设备维护的时间,全年平均生产天数为324天,平均年产油量为2520.7吨,年产值约为582万,开采成本为815元/吨,是轻质油开采成本的8倍(轻质油每吨的开采成本为101元)。


为解决稠油开采成本高、产量低、经济价值有限的难题,中石化胜利油田新春采油厂一直在努力寻找更加高效、更加经济的稠油开发路径,经过多方调研和技术论证,发现了恒信北石科技的IntelliCPCP智能采油系统,该系统应用了全球首创的智能金属锥形螺杆泵结构与技术,突破了传统采油装备的生产效率局限。目前系统已经在胜利油田新春采油厂成功运行,大幅提高了超稠油的开采效率与生产量。


IntelliCPCP采用锥形螺杆泵结构,可以持续做功,配合智能化系统可以通过调整螺杆泵定转子间隙来控制泵效,使得螺杆泵始终处于最佳抽采状态,相比抽油机只有上冲程做功,做功时间更长,采油效率更高;由于应用螺杆泵式抽采原油的方式,相比抽油机可以有效地提高井下油层的流动性,促进原油的自然流动,增加井口附近原油量,从而提升原油开采量。原油平均日产量可以达到13.64吨,是原本抽油机的1.75倍,平均年产量因此达到4419.4吨,对应的年产值达到1020万,实现增产1898.6吨,收入增加437.1万,产量与收入均提升了74.9%。另外,稠油的开采成本也从815元/吨降低至428元/吨,降幅高达47.5%,近50%,使稠油开采的经济价值提升了近100%,具有了较为良好的开采经济价值。


除了大幅增产、降本之外,IntelliCPCP智能采油系统还能显著节能减碳,每日生产耗电从64.23度下降到24.96度,降低了39.27度,节能61.6%,碳排放由13.64吨左右,下降为7.78吨,减排下降61.6%。


1.4亿吨的稠油完全开发预计需要至少1.1万口油井进行生产,如果未来都能使用IntelliCPCP系统的“黑科技”去开采,每年可以开采稠油4861万吨,其中,增产稠油可达2089万吨,额外带来482.4亿的收入。更重要的是,弥补了2026年6250万吨稠油缺口的77.78%,极大地降低中国稠油的对外依存度,突破了稠油开采的瓶颈,避免了“卡脖子”问题发生,强有力地提高了中国能源与战略原料来源的安全保障。

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