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全球气候变化及能源:个案研究
Weyburn 油田—提高采油率

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Weyburn 油田 Weyburn 是由加拿大最大的石油公司 EnCana 公司开采的油田,它位于萨斯喀彻温省女王市(Regina City)东南方 130 公里处。1954 年发现了这个 Weyburn 油田,石油储量大约在 14 亿桶左右。从 1955 年开始开采石油,1963 年的开采量每天大约为 31500 桶。从 1964 年开始,向注入井内泵水以提高石油产量。到 1966 年石油产量达到了巅峰时期,每天能够生产约 47200 桶原油。在接下来的 20 年间,产量开始逐年减少,1986 年已经下降到了每天仅有 9400 桶的产量。通过开钻其他垂直井和水平井后,产量提升到了每天约为 22000 桶。

到 1998 年已经总共开采了 3.3 亿桶石油,这大约占探明储量的 23%。然而产量却再次迅速下滑。据预测,如果不采用新的解决方案提高采油率,那么总产量将不会超过 3.5 亿桶——即原有石油储量的 25%。

油田生产

大平原合成燃料公司
为了鼓励开发其他的燃料资源,美国政府为位于北达科他 Beulah 附近的“大平原合成燃料公司”提供了大力支持。该公司从 1984 年开始运营,目的在于从煤中生产出甲烷 (CH4)。每天超过 16,000 吨压碎后的褐煤被送入“气体发生器”中与水蒸汽和氧气混合并在 1200°C 的温度下进行不充分燃烧。这样便将煤降解为多种混合气体。这些气体经过冷却后成为浓缩焦油、水和其他杂质。然后在 70°C 的温度下经过甲醇,这样便将合成天然气—主要成分是甲烷 (CH4)—从其他混合物中(大部分为 CO2)分离了出来。

每天的合成天然气产量为 3050 吨,通过天然气管道输送给客户。同时产生 13000 吨废气,其中 96% 是 CO2。很多合成燃料公司都把二氧化碳当作废气排放到了大气中,从而引起温室效应导致全球变暖。但是从大平原合成燃料公司出来的废气却经过 330 公里的管道送到了 Weyburn,在这里这些废气不仅得到了安全的排放,并且还增加了更多的石油产量。

Weyburn 的 CO2 提高采油率计划
1997 年,达科他气化公司(DGC)同意将它所有来自大平原合成燃料公司的废气(其中 96% 是 CO2)经过管道送到 Weyburn 的油田。

Weyburn 点井网

2000 年 9 月,首批 CO2 气体被送往 Weyburn。管道中的气体具有很高的压强(大约为 152 巴),这使气体处于超临界流体状态。所谓超临界流体状态是指气体在高压下的分子形态变得和液体形态一样的紧密,具有很高的密度,但是却像气体一样易于流动,因此非常适合用于管道传输。Weyburn 油田一共有 720 口油井,垂直井是按照“9点网状”进行开钻的—8 个生产井呈方形排列在注入井周围,通常井间距为 150 米。高压状态下的 CO2 气体被注入到 37 口注入井中,从而帮助石油从另外的 145 口活动生产井中流出。

这个级别的 CO2 浓度对于提高采油率非常理想。这是因为存在少量混合气体的情况下 CO2 更容易溶解在石油当中。注入气体当中大约含有 2.5% 的硫化氢气体 (H2S),该气体尤其有利于 CO2 和石油的混合。
当超临界流体状态的 CO2 被高压注入油井中的时候,CO2 和石油混合,使石油膨胀并减少了其粘稠度。膨胀力使石油从岩石的小孔中流出从而能够更容易地流动。水也被泵到注入井中,和 CO2 一起轮流将流出来的石油引导到生产井中。一些 CO2 通过生产井重新回到了地面,但是他们经过再利用,压缩,与管道中过来的气体一起再次注入到注入井中。

经预测,使用 CO2 提高采油率的办法将使该油田多生产 1.3 亿桶原油,从而将该油田的商业寿命延长约 25 年。同时据预测在该项目的生命周期内大约有 2000 万吨注入地下的 CO2 被永久留在了地下 1400 米处。这种地下收集 CO2 方法的实验成功引起了世界范围内的广泛兴趣,因为这样可以极大地减少大气中的二氧化碳排放量。Weyburn 的 CO2 监测和收集项目得到了几个国际能源公司的资金支持,同时也得到了美国和加拿大政府以及欧盟的资助。唯一的担心是这些 CO2 能否老实地呆在地下。

提高采油率

Weyburn 是一个理想的测试地点,因为从 1955 年开始就有完备的地质测试并且测试结果都完整保存。有来自 1200 个地凿洞中的岩石核心样本,加上延时地震分析和地凿洞记录。研究人员还对地表水进行了测试来检测是否有 CO2 从油井中发生泄漏。到目前为止,还没有检测到泄漏也没有发现任何气体泄漏到地表来。加拿大政府相信将 CO2 收集到地下深处的做法能够帮助加拿大达成 1997 年京都议定书中签署的目标:就是在 2008 年和 2012 之间将温室气体的排放量降低 5 个百分点。在 Weyburn 的个案中,CO2 是来自地下的煤,现在它又回到了它原来的地方。

另一项 CO2 收集和存储计划目前正在北海的 Sleipner 油田进行。

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