中國石油大學教授，中國工程院院士 沈忠厚
 

    各位領導、各位專家、各位來賓早上好。今天我報告的題目是超臨界二氧化碳開發非常規油氣藏鉆完井技術研究。下面4個問題跟大家匯報，第一個問題緒論，為什么我們研究這個問題？大家知道我們國家大型，現在重新發現整裝大慶、勝利、遼河這樣整裝大油田，這種機會不會太多。這是世界上所有地質家公認，我們現在進軍深海，將來可能在南海深海部分找到整裝的油田，這是一個將來我們的主戰場之一。

    第二個，就是我們注意近10年來及我們所發現天然氣資源，每一年我們有4億到5億噸儲量增長，但是我們每年在幾億噸增長回憶一下，基本上7、80%都是低滲特低滲油氣藏，這是一個很大的特點。

    第二個特點，我們在近期發現油氣資源里面，天然氣的資源我們發現非常豐富。特別豐富非常規天然氣，包括頁巖氣，煤層氣還有天然氣等等。大家知道我們非常規天然氣，常規天然氣資源是非常寶貴的。而且也有一定的低質量，但是這個量根據我們現在需要，是遠遠不夠的。最近幾年來我們地質學家在非常規天然氣上，做了大量的工作。我們現在已經查明了致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣的儲量遠比我們常規的天然氣儲量要大得多。至少從目前資源量來看，不完全的統計，至少要大3到4倍到5倍。

    而且，我們現在這個量還再繼續增長，我們估計在今后50年，甚至100年我們在天然氣上主要依靠非常規的天然氣資源。就是我們前面講的4個非常規天然氣資源。我們今后的主戰場第一個是低滲透氣藏，第二個非常規天然氣資源。所以，這是我們今后的兩個大的主戰場。

    下面，我們第二個問題跟大家講，開發這樣一個資源，開發低滲油藏，再開發非常規油氣藏，遇到主要問題什么？主要是三個問題，第一個問題大家知道所有的低滲油藏是非常堅硬，難鉆。還有一部分不是很難鉆，比如頁巖層我們一個是堅硬很難，一個頁巖滲透率很低也很難鉆。第二個，這很難鉆花費了我們大量的時間，因此，我們的整個開發現在估計成本7到80%花在鉆井。這樣下來我們得來效益非常低。

    第二個最大問題，這種低滲氣藏，或者非常規天然氣藏，空置率一般在50%左右，滲透率極低。這么低的低滲率，在鉆井的過程里面極容易受到傷害，要把他恢復過來，不像我們常規中滲透率高的滲透氣藏，這完全不一樣。我們鉆井的人員，和我們搞開發的人員要注意，我們原來在開發常規氣藏的技術，在進入20世紀以后，從現在開始，后面要開發這樣一些資源，不管鉆井也好，產油也好，流程也好，都要發生極大的變化。

    以技術都有點不同程度的不適應，有的時候完全不適應，有的時候部分不適應。因此，在這么一個情況下，我們就要尋找新的技術。第三個難點，就是豐度低，單井產量低，采收率低，開采周期長。每幾個井的產量并不高，采收率低，美國現在開發非常規的天然氣這個部分，采收率究竟多高？我們好象沒有看到比較確切的數據，總的來講比我們現在常規的油氣藏采收率還要低。

    因此，這樣一個情況下怎么辦？提出了一個新的問題，我們如果用常規的辦法來鉆井，開采，就是我們平常完了過后，一系列采油措施。尋找新的開采或者開發技術，包括從鉆井開始。因此，提出了我們中國石油大學（北京）和中國石油大學（華東），這兩個學校經過4年到5年的初步探索，和一系列初步實驗，我們現在可以跟大家說明，很有可能？可走的路徑，而且近期可以走通，可以轉變成生產力一種鉆井或者開發方案。用超臨界二氧化碳來開發非常規油氣源。

    超臨界二氧化碳流體的物理特性。大家看一下這個圖，我們現在是一個超臨界二氧化碳相圖，上面有兩個點，有一個三相點，第二個點是臨界點，三相點把二氧化碳什么溫度壓力下是固體，是氣體，液體。第二個就是臨界點，關鍵問題在臨界點上，因為臨界點怎么樣？二氧化碳我們把它溫度加到31.1度，壓力加到7.300兆瓦，他從超臨界狀況下面，二氧化碳密度接近于流體。他的粘度相當于氣體，粘度很低因此就是不要多少都容易流動，這對我們搞鉆井搞采油人是一個很大優勢。

    因此，這樣來我們大家看一下，下面這個表，中間這一行就是超臨界流體，密度是0.2到0.9。第二個粘度，0.03到0.1，粘度接近于氣體，五是氣體負20萬，就是0.02。還有擴散性系數大于液體，密度接近于液體，這有什么好處？帶來兩個好處，一是他密度液體就可以提供必要的很大的油氣和功率，二是可以帶動底下的井底馬達旋轉。

    第一個密度接近于液體，第二個粘度接近于氣體，第三個擴散系數粘度大于液體，第四個表面張力接近于零，這個超臨界二氧化碳可以進入到母巖，不管是巖石，只要他的空間大于二氧化碳的分子，比分子大，這個二氧化碳很容易鉆進去。越小的時候進的越快。證明這個超臨界二氧化碳打進去以后，不用加多大的力量，它就成為了一個無孔不入很快深入到你的空隙里面。

    這種流體就是決定最后我們的鉆數高，第二個決定將來不受損害，后面還有最后的產生率高。下面，講一下第三個問題，超臨界二氧化碳開發非常規油氣藏的優勢，主要兩個。第一個，他這個優勢結合我們前面三個問題，第一個問題很堅硬，那么我們假設用清水，用我們一般的鉆頭來鉆，就很難。用二氧化碳來鉆就很快了，大家看一下為什么快？左邊是代表用清水來鉆，右邊這個也一樣，是代表用超臨界二氧化碳來鉆，上面一塊巖石是花崗巖，下面是頁巖，我們知道花崗巖是最硬的巖石，頁巖是最難鉆的巖石，這兩個最難鉆。

    清水鉆的這個溝槽，輪廓較為清晰，破碎體積較小。我們再看看下面它的的破碎堅硬壓力，下面是花崗巖，花崗巖用清水和二氧化碳鉆，他的門限壓力，用清水75，用二氧化碳是50，二氧化碳他門限壓力相當于他的67%。我們看看第二個頁巖，頁巖用清水鉆門限壓力是124，用二氧化碳鉆子只有55，那么用二氧化碳的時候跟清水比之相當于他的3.3倍。

    我們用二氧化碳鉆井的時候，部分難鉆的巖石，像花崗巖、頁巖這樣的東西，都可以獲得好的效果。一般可以比普通的速度，我們控制如果提高它的的破碎壓力，一般提高到3倍。這個已經是一個很不的小數字。這是第一個優勢。

    第二個優勢，大家看一看，我們在低滲和非常規天然氣的時候，是很容易被污染。從污染大家搞采油的人知道，在鉆井過程里面，在正常過程里面，我們的外來固體侵入到油層空隙里面，把油堵起來。我們這個就叫污染。而我們超臨界二氧化碳就是二氧化碳一般是氣體，如果把溫度降到一定所變成液體，我們加到最后的臨界的時候，它的由液體的密度、氣體的溫度，可鉆性比較高。這樣一個東西，它既為固體，又為液體，他怎么污染損害油氣藏，他根本沒有損害的條件。所以，這是我們在鉆井方面上求之不得。這樣來實質上對油氣藏沒有任何污染。

    第三個優勢，最大的優勢他可以提高單井產量，就是用超臨界二氧化碳。為什么提高單井產量？我們知道單井產量現在產量低，我們現在如何鉆分子水平井，鉆輻射水平鉆，復雜條件下結構井，我們的單井產量一下上去。平常最多到它5、6倍，取決于水平端的長度，或者分子端的長度，就可以控制了。而且用這種超臨界二氧化碳鉆，很容易。

    最右邊這個圖，最容易鉆輻射水平鉆，周圍輻射可以打一系列的水平井出去。周圍都輻射，其他辦法很難做到。

    第四個優勢，可以很好提高采收率，提高單機產量和提高采收率完全是兩個不同的概念。所謂采收率，我們現在只有20%多，最高30%多，大慶40%到50%，我們一般還有三分之二拿不出來。假設我們現在開發低滲油氣藏，開發我們非常規油氣藏的話，可能這個數字沒有看到確切數字，可能只有百分之十幾。大部分油拿不出來，我們這里面跟大家舉個例子，一個就是超臨界二氧化碳有一種最大的優勢，就是可以把二氧化碳進去把油氣藏里面的氣置換出來。這里面有一個天然氣甲烷，對這個母巖的親和力和二氧化碳對母巖的親和力，二氧化碳對母巖的吸附強度，基本上3到5倍的甲烷的吸附強度。

    反過來講，假設這里面甲烷就是我們天然氣，天然氣主要是甲烷。假設我們把二氧化碳打進去，很容易從他的吸附在顆粒和有機碳上面的氣體，很容易置換下來，把氣體趕出來，自己很容易占到這個位置上。這個是任何到現在為止我們找不到，這個置換強度相當于3到5倍，這是二氧化碳跟甲烷對于母巖，就是我們碰到母巖來講，差不多3到5倍這樣數據。

    第二個采收率，開頭是一個置換，第二個就是驅替，就是我們去趕他。他的表面張力等于零，粘度非常小，擴散系數很大。因此這個超臨界二氧化碳打到地層里面，他就成為了無孔不入，越是小的地方他越進去，越快。這樣進去以后，就把里面的氣體趕出來了，這個不是置換，就是把這個東西驅趕。假設把這個東西打進去，我們現在注水，注水也是去趕，但是水注就很困難。這個加壓力比我們注水壓力小得多，壓力也小，一系列問題我想我們搞采油人應該很容易就理解。

    最后，有效提高油氣采收率。因為他的溶劑化能力很強，他可以把近井地帶的重油組分，和一些渣子可以把他吸收。你想把近井地帶重油組分和有機子東西去掉，這樣使近井地帶暢通，改善了油流通道。其他我們沒有發現現在打任何化學流體有這么一個好的作用。

    再一個結論與建議，這個東西很容易清楚。第一條，用超臨界二氧化碳鉆井，鉆數高，成本低。第二條，不受污染。第三條，得到采收率高。第四條，容易鉆各種復雜的結構井，他可以鉆各種各樣的徑向水平井。

    現在，目前我們有一個建議，我們現在碰到所有的氣藏，都是用水力壓裂。我想提出一個建議，大家千萬不要用水力壓裂，可以節約一部分成本，但是水力壓裂過程里面帶來無窮的后患。所有油氣藏污染過后的萬惡之源都是水，如果我們這個壓裂改成了二氧化碳壓裂，二氧化碳用臨界也好，用超臨界更好，不用超臨界就用普通的二氧化碳壓力，這個效果會明顯改善。

    所以，我們開發的低滲油氣藏，我想是有百利而無一害。因為時間關系，上面講這些問題，不足的地方請大家批評指正。