3%20壳牌公司二氧化碳提高石油采收率

1、壳牌公司二氧化碳提高采收率三十年的成功经验壳牌公司二氧化碳提高*采收率三十年的成功经验1前言今天，世界上越来越多的衬正在变成成熟材。然而，这并不意味着存在通常 意义上的桂短缺，而是意味着存在用传统方法可釆的*短缺：通常在常规生产结 束后，材藏中仍有超过一半的林留在地下。面对老材的产量递减，许多桂管理人员期待着用提高林采收率（EOR）技术 来延长桂的寿命。这对壳牌公司及其合作伙伴来说是一个现实问题。訂前，壳牌 的总产量中大约有10万桶/日是通过EOR生产的。我们在EOR方面进行了投资， 希望到2019年E0R产量能达到U前的四倍，那时我们相信这一产量将达到壳牌 材产量的10%。用于保持老材产能的

2、一个已证实选择是CO,驱。注入的CO：实际上是与原衬 混合，释放原本仍将圈闭在*藏中的co：驱并不适用于每一个*水。*藏的深度和压力、材的品质、地质条件和适 用的co：源的存在都对co：驱的成功有影响。co：驱也不适合于每一个生产商。学 会管理CO：驱操作并不容易，当然对任何EOR操作也一样。对仅习惯于常规壮生 产的工程师来说，CO,驱带来了多种技术和管理挑战。壳牌在30年前就开始了 C0,驱，并发展了使CO：驱成为一项实际成果的技术。 事实上，壳牌在1970年代和1980年代初推迟了最初的一些商业化CO,项目。直 到2000年，壳牌才启动并运行了 CO：驱项LI,此时壳牌出售了它在美国西得克

3、 萨斯二叠盆地CO：驱项U的权益，该项口在23年后（自1970年代以来）仍是世 界上最大的CO：驱项目。这项报告是壳牌在美国最大生产衬区之一一一二叠盆地一一CO：驱经历的一 个短暂历史。这是壳牌历史上我们都感到非常骄傲的一页。我们希望它能给你一 个关于CO：驱甚至整个EOR复杂性的感性认识。与此同时，我们还有一种感受，就是EOR具有复苏当地经济的潜力一一不仅 是二叠盆地CO：驱已经产出的超过6亿桶林，而且还有项LI直接或间接产生的数 千个职位。但在某种意义上来说，这只是一个序曲。现在，壳牌在世界各地的林和实验 室继续运行着CO：驱。壳牌于2000年退出了已经演示CO,驱性能30年的二叠盆 地。

4、在许多方面，我们现在看到的二叠盆地的经历只是一个更有希望故事的第一 章。今天，壳牌的工程师在世界上看到了许多CO,驱的机会，有些项U与我们在 西得克萨斯完成的一样大或更大。我们现在正在不同的林（如墨西哥湾、北海、 *、亚洲和北非）以创新的理念工作，即用C0：驱来满足是今天的能源需求， 同时还要迎接减少温室衬体排放的环境挑战。图1美国二叠盆地的C02源、运输和EOR*地图。该盆地自30年前C02驱概念兴起以来, 已成长为世界上最大的C02 E0R区域。2从实验到成功在1972年，壳牌桂公司在美国西部一些最重要的材面临着产量递减的状况。 丄程师们知道，如果不进行干预，公司在西得克萨斯二叠盆地许多井

5、的产能都将 递减。这不仅对壳牌，而且对二叠盆地的所有生产商都是一个严重的情况。自1920 年代以来，二叠盆地已成为北美最大的林区之一，甚至在1970年代，它在大部 分生产商的生产策略里都是一个关键部分。二叠盆地是美国*料*储量最多的地区 之一林地质储量占美国的17%预计它的大部分郴到1980年代都将开始 递减。如果没有新技术的开发和应用，将有高达750亿桶枫地质储量将仍被锁在 广阔的西得克萨斯草原下面。壳牌公司二氧化碳提高采收率三十年的成功经验图2 C02提高材采收率工艺使圈闭在岩石孔隙空间中的林更少。那时，二叠盆地的许多井都经历了很长时间的一次桂阶段。在许多这种*, 都用水驱来延长井的生产寿

6、命，儿十年来，水驱已成为杯藏天然压力开始下降后 用于提高衬产量的常规二次衬方法。在水驱中，水被注入目标井，驱替以前因缺 少足够的压力而不能采出的材。水驱在很大程度上取得了成功。但是，即使在水 驱结束时，山于林与水之间物理张力（这种张力在岩石孔隙空间中圈闭了一部分 *）的原因，仍有50%-60%的原始*地质储量留在地下。随着衬价的上升和水驱效率的下降，壳牌的商务策略专家相信，试验一些新 技术来恢复产量的时机已经来到了。工程师们相信，可能存在使生产进入三次桂 阶段的其他方法。考虑了各种方法，包括化学注入、桂*注入和CO：混相驱。 2.1对理论进行试验C0驱的理论并不新。工程师们考虑了 1920年以

7、来的所有可能性，以及 1920-1940年期间登记的与这项技术有关的专利。虽然1950年代的实验室研究 找出了 C0：的一些积极特性，但笫一个先导试验项目却到了 1964年才得以实施。在理论上，CO,混相驱与水驱相比有一个特殊优势。CO：驱与水驱不同，水驱 只是简单地把*推向*井，而co：可与*混相，换句话说，co：能够与*混合却没 有产生使材水分离的界面张力。工程师们相信，在适当的注入条件下，co：将释 放一次*和水驱后仍圈闭在岩石中的材分子。随着CO与*的混合，*的粘度将 会降低，把衬圈闭在岩石孔隙中的表面张力也将减小。持续注入co,将把低粘度 的*推向生产井并举升到地面。这样，衬在与co

8、：分离后就准备用于提炼。其他材体，例如氮林和屮烷，也具有类似的混相特性，但工程师们在co：中 看到了两个重要优点。首先，对co：来说，与材混相所需的压力较低，这样生产 成本就较低。其次，对使用和输送来说，天然来源的co,比大部分其他材体都更 便宜。理论上是这样。实际上，co：注入工艺还存在许多不得不处理的问题，例如：在复杂材藏环境下co：在动用材中的效率如何？水会遮蔽原林从而使co： 驱无效吗？在co：波及区，残余材饱和度是多少？混相所需的精确压力是多少？怎样最好地保持这一压力？向林藏中注入co：难度如何？应该进行水和co：交替段塞注入吗？怎样精确地预测co,驱的动态？注入co：会形成碳酸并溶

9、解储层岩石吗？预期的单一生产问题（例如沥青质沉淀、结垢和腐蚀）是什么？应如何处 理它们？2. 2壳牌科学家寻求答案为了寸求答案，壳牌首先转向了位于休斯敦的West Hollow和Bellaire研 究实验室。研究人员用微观模型进行了可视化实验，这项技术涉及到刻蚀玻璃板, 使其看起来像储层岩石的目的层，然后用*和CO,填充它以监测它的动态。他们 还使用了核磁共振成像（类似于医用磁共振成像或MRI扫描），这项技术使得我 们能够凭视觉追踪CO：移动；最后，进行细管和岩心驱替试验。细管是直径1/2英寸、长达20英尺的管子，它被看作是一个模型，用来测 量驱替效率，证实在何种压力条件下材与CO,可以混合，

10、并帮助工程师了解CO： 的驱衬效果如何。Gordon Shahin是壳牌的一位高级*藏工程师，他回忆起看到科学家们站在 休斯敦郊外实验室的屋顶上用砂填充细管。管子可弯曲，可轻易地放置在炉子中， 模拟地下热环境。只有在完成其他实验后才使用岩心驱替，因为取自衬藏的岩心 相当昂贵。Shahin认为，许多问题都需要花费儿年的时间来处理。实验开始前，通常 需要研制专用设备，这有时要花数年时间。“这需要很好的专用设备，标准的实 验室设备不能用于这些实验。”在一个拥有50名技才遍般他篦|迎建膏壤郦吹制工作室的帮助下，壳 牌科学家开发了许多装置粢帮麵询毎画瞬渥卿答案，自此以后，许多这种装置 已成为众多岩*学实

11、验室的标准義备，例如震荡回压调节器，这样就有可能保持 较高的岩样压力，保证含材原*继续拥有处于地下深层时的性质。实验室工作清楚地表明，CO：能改变从林藏中驱扫材的方法。结果表明，先 导试验项口很成功，这就使得壳牌的匸程师们能够开发可帮助他们规划和管理后 续现场试验和全规模驱替的模型。数百个岩心驱替试验给予了工程师们根据孔隙度、渗透率和驱替后的含材 饱和度水平准确预测*动态的能力。有些来自实验的洞察力是意想不到的。例如， 水材交注实际上将降低CO：的流度。这样的流度变化意味着，随着时间的过去， 当衬藏中更多的林被水和/或CO：替换时，注入井保持相同注入速率的能力就受 到了影响。这在后来设计地面注

12、入速率和压力时证明是一种极为重要的洞察力。 支持固定的速率极限可使储层岩石产生破裂，有可能使CO,从的层逸出。相行为实验的结果导致诞生了用于模拟和预测co：驱响应的更好新工具。壳 牌的科学家们建立了为数不多的三相快速程序之一，用于精确地预测复杂的 co2/*/水混合物的流体特性。除了这一专有程序之外，壳牌的科学家们还改进 了数值模拟器，这是衬藏工程师用来模拟流体流动和co：驱响应（包括以前描述 的降低流度特性）的工具。壳牌研究机构广泛的涉猎范围使得丄作可以用多种方式更容易地完成，工程 师们说。首先，如上面所提到的，实验室对拥有建立专用高精度装置所需技能的 技术人员开放，加速了实验过程。第二，S

13、hahin说，壳牌拥有致力于上游和下 游研究的科学家这一事实也促进了发展。下游化学工程师山于与上游工程师相比 更集中于分子和腐蚀研究，因此可向致力于CO：问题的化学工程师们提供重要的 见解和专业经验。“你拥有许多公司完全没有的合力，因为他们没有进行综合， 因此不能同时拥有上游和下游知识。” Shahin说。2.3开始CO?先导试验壳牌把这些知识带到了*公司在西得克萨斯North Cross*进行了它的第 一次全规模驱替，该材岩石致密，渗透率很低，不可能通过水驱来提高产量。虽 然得克萨斯管理机构在1966年批准了 North Cross二氧化碳驱项H，但CO：驱 却推迟到1972年CO：供应得到

14、开发时才进行。需要大量CO,来生产林一一那时在 该*需求量高达10-11 Mcf/bblo为了获得充足的C0“壳牌从附近被CO,污染的 天然*田提取CO：,然后用管线输送回North CrossoNorth Cross*的岩石是碳酸盐岩，工程师们相信这是一件好事。大部分材 沉积都是在碎屑砂岩或碳酸盐岩中发现的。碎屑岩石相对松散的地层通常在一次 材和水驱生产后儿乎不留下另一方面，致密的碳酸盐岩（例如石灰岩或口云 岩）开采后的含材饱和度较高。壳牌I：程师们相信，层状碳酸盐岩地层将是C0： EOR的良好LI标。“你基本上能把它注入一层并把它留在该层内。” Raul Valdez 解释道，他是1990

15、年代初在Denver单元工作的材藏工程师。1974年，壳牌在密西西比州的Little Creek*进行了一次CO,驱试验。C0： 来自附近的天然CO：*田Jackson Dome,用管线输送。由于是碎屑岩*,因此其 C0：动态与North Cross碳酸盐岩*不同。C0：倾向于通过固结差的多孔砂岩上升 到储层顶部。“在砂岩中，山于C0：上升到储层顶部和基本上撇取顶部原衬并直 接走向生产井的趋势，你不得不很小心地挑选注入的地方。” Valdez解释道。为 了防止C0：优先进行垂直重力分异，工程师们小心地管理着注入C0勺垂直层段。尽管每个项LI都遇到了技术挑战，但壳牌的工程师们在应对技术挑战和早期

16、 现场试验方面均取得了成功。结果，规划人员相信，公司已准备在北美最大的材 之一二叠盆地的Wasson*寻找更大的机遇。2. 4 一个独特的EOR机遇Wasson*拥有超过40亿桶*地质储量，是美国陆上笫八大是壳牌北美 资产组合的一个关键部分。壳牌从1935年发现该林起就管理着该衬。在1940 年代进行了 10年生产之后，魁sson*在1950年代开始了长时间的产量递减。2.5有利的条件但是壳牌被二叠 盆地的机遇规模吸引 了过来。Denver单元 的广泛水驱试验给予 了工程师们关于当地 条件的详细知识。二 叠盆地的地质条件似 乎对CO：驱尤其有利， 因为该区域大部分是 在适当深度和相对低 温下含

17、有轻质林的碳 酸盐岩。“这听起来很 InjectorLogger Sampler*Core Hole- *100 ft radius图3 Denver单元CO?先导试验配置，拥有全新的驱替 动态观察和测呈技术。在Wasson*, CO：试验并不是第一个大规模提高采收率项|_1。早在1964年, 壳牌就在Wasson南部的Denver单元进行了水驱。该单元有700 口井，在外围的 注入井中实施了当时最新的技术。在获得了令人鼓舞的开始后，在整个单元内增 加了更多注入井，以接触更多难以开釆的衬并进一步提高采收率。产量从10000 桶/日增加到140000桶/日，并一直保持到1970年代。随着水驱的进

18、行，工程师们在洞察力的基础上对基本观念进行了调整，以使 它适应二叠盆地的地质情况，而这种洞察力证明对后来进行的CO：驱是有用的。 二叠盆地林的一个关键特征是它们的非均质性，或储层性质的变化。二叠盆地的 材垂向变化很大，每口井都有许多层，同样，单层的横向变化也很大。虽然每层 内的岩石基本上都是同时沉积的，但是像海洋生物贡献这样的局部变化也在每层 的沉积过程中以及之后产生了不连续性。虽然Denver单元的生产水平在1970年代末仍保持稳定，但工程师们相信， 产量不久就会下降。如果雑像旨乞罂谯罄事嚟乔塞策略，20亿桶地质储量中 的很大一部分就会仍然留在Den空半单的趟jb滋验正如Denver单元对壳

19、牌的重要性一样，壳牌领导人只把它看作是在一个更 大的讣划中首次向二叠盆地的其他生产商提供CO：驱的一种选择，因为那里有更 多的林留在地下。虽然水驱延长了盆地中许多材藏的寿命，使它们达到了 Denver 单元的水平，但其他林藏的产量现在还在递减。壳牌相信，在它自己的衬进行 C0,开发也能为西得克萨斯材行业的许多经营者提供EOR机会。“有了 Denver单元的基础，我们就能扩展到该区域的其它林。” Vai Brock 说，他是以前在Denver单元负责CO,源的材藏工程师，现在是壳牌EOR全球开 发经理。有趣,-Valdez说，“但二叠盆地大部分桂藏的典型热桂候是，二叠盆地的桂藏 比世界上许多材藏

20、都要冷在世界大部分杠藏，温度在65-95C之间，但在二 叠盆地，材藏温度在40C左右。“低温实际上对C0：驱有好处Valdez说，“因为温度越低，co,混相所需的压力就越小。”1977年，在Denver单元实施了 900万美元的CO：驱先导试验。试验在1英 亩的场地上进行，包括6个月的CO,注入。像Denver单元CO：埋存项目的每个阶 段一样，该先导试验本身需要进行一些创新的工作。那时，先导试验井的测量结 果大部分都来自地面，所获得的信息不足以使工程师们确定二叠盆地是否有CO： 驱的潜力。工程师们开发了直接进行地下测量的新方法以取代在井口获得简单的 测量结果，例如，测井和取心，这些方法可以使

21、他们追踪CO：在材的移动。2. 6 Denver单元CO?先导试验这是一个“迷你试验”，是壳牌曾经实施的第一个非生产性的、只用于观察 的先导试验。该试验限于1 口注入井、3 口电缆测井观察井、一口流体取样井和 5 口压力取心井一一这在当时都是前沿技术。工程师们说，压力取心技术的进步 尤其有价值，这项技术可以精确地确定CO,注入前后的驱替饱和度。该观察先导 试验的设计和方法变成了壳牌的最好实践，并频繁地用于其它环境。关于先导试验的主要目的一一评价Denver单元CO：驱的潜力，工程师们说, 他们得到了三个收获，这些经验证明在所有后续CO：开发中都很重要：1）储层非均质性极大地影响了波及效率。饱和

22、度测井使得我们能够评估穿 过多储层的C0：垂直运动。评估表明，约四分之三的CO：与约四分之一的孔隙空 间也就是LI标*接触。剩余CO,接触了另外50%孔隙空间，而25%的孔隙空间仍 未被波及。这表明，了解这些非均质性并管理高度分层林藏的波及效率将是成功 地实施CO：驱的基础。最终，这些数据使得工程师们能够监测林藏波及的总体速 率，以便预测CO：再循环所需的量。2）注入CO?成功地使被水驱圈闭的衬流动。CO：驱使残余（水驱后）料饱和 度从约30%减少到了 10%左右。这证实混相确实提高了驱替效率，即CO：可减少 留在地下的*量。3）CQ注入能力随着驱替的继续而提升。在Denver单元，C0,注入

23、能力或特 定压力下注入的简易性大致与水驱相同。然而，在水和剩余衬被推离注入井的初 始阶段之后，C0：注入能力上升到在水驱中看到的水平之上。StratificationStratification isis importantimportantCO2CO2 displocesdisploces tertiarytertiary oiloilCO2CO2 hashas water-likewater-like injectivityinjectivity% % PorePoreR RS SPPcece % % InjectedInjected FluidFluid Thrupul*Thrupul*

24、OilOil soturaHonsoturaHon |K)|K)RB/D-pstpsiRB/D-pstpsi图4从Denver单元CO2先导试验中学到的主要经验和教训，这些有助于判断全规模现 场实施的正确性井进行准备。虽然先导试验是成功團牌渥気更劉饑舊嘶翠er单元能成功地实施CO： 驱。单个井网、100英尺锂的試竊胸觥诚窥60平方英里的壮获得成功。并 且风险并不只是在地下。工程师们相信，使地面设施和操作适应C0：驱将是一个 主要挑战，因为需要增加许多新的安全和防腐措施。但也许最大的问题是壳牌在杯是否能够获得足够的CO：来实施这项讣划。工 程师们已经在科罗拉多*部的Four Corners发现了

25、一个潜在CO：源，称作Me Elmo Dome,距离*500英里。这是一个25x15英里的巨型林田，含有超过15万亿立 方英尺高纯C0,是美国最大的天然C0：源之一。在理论上，应该有可能开发该 材田并用管线把CO：输往西得克萨斯。但之前在任何地方都还没有尝试过如此规 模的CO：项目。在决定在Denver单元开展CO：驱之前，还没有人开发过如此大的 C0：*田，或用管线把C0,输送这么长的距离。风险是很高的。成功则意味着一个20亿桶*水的持续生产，也许是二叠盆地 许多其它衬的寿命将得以延长。但开发将需要投入10亿美元（以今天的美元计 算）以上。项目的每一阶段一一从McElmo Dome*田CO,

26、源的开发到用管线全程 输送CO：到Denver单元，再到Denver单元的C0：驱本身 将涉及到开发和部 署未经试验的策略和技术。“从先导试验跨越到全规模作业，壳牌的地学家、工程师和研究人员做了大 量艰苦的技术工作，并需要有很大的信心。相比之下，其它公司需要更多的时间 和实验室试验来使它们的管理层信服C0,可有效地提高材产量。” Peter Christman说，他是一位杠藏工程师，发表过对这项试验注入能力表现的分析。2. 7 开发 McElmo Dome关于二叠盆地的CO：项目没有直接的经验。对壳牌的工程师们来说，开发 McElmo Dome也需要有一种全新的思路。这使得地形学成为特殊需要。

27、要关注的 是材体本身，毕竟，目标是C0,而不是林公司通常所追求的炷。虽然CO：的开 发类似于天然林生产，但需要一种新的开发技术，这部分是因为这是一个非常大的*田，部分是因为co：的物理性质与桂材不同。首先，钻井井距需要重新设计，大部分材井的井距都很均匀，但在McElmo Dome却行不通。McElmo Dome位于一个多山的地区，距Mesa Verde国家公园仅 30英里，因此存在许多工程方面的挑战。该地区地形崎岖，遍布高山和峡谷。 该地区也是美国最重要的考古学遗址之一，拥有印第安Anasasi部落悬崖居 （cliff-dwelling）遗迹和建筑，受到联邦政府的保护。与此同时，1解决了所 有

28、这些地面障碍后，工程师们还需要安排好开采点使之互不干扰。为了满足这些条件，在很接近卫星采集设施的地方钻了儿口井。这一丛式井 设计带来了很多地形便利。第二，新的处理技术产生了效果。为了解决CO：遇水产生的腐蚀问题，井的 设计不得不区别于常规材材井，并用抗腐蚀合金管来建井，这样的井可生产湿 CO,使林田在整个生命周期中都保持高产。新材料也对开发成功产生了很大贡献。合金非常有效，CO：可通过比以往更 大的管子生产，使得有些井产量高达20 NWcf/d以上。丛式井方法通过把儿口高 产井集中在一起并有效地建立一口产量达100MMcf/d的“超级井”，进一步利用 了较高的料藏产能。结果，降低了生产成本，开

29、发足迹也比传统方法更小。这类衬体生产也需要新的处理技术。由于CO：是以两相（液相和蒸材相）生 产的，因此应使液体部分过热返回到蒸和相并与蒸*部分结合，然后进行压缩。 为了避免衬穴（当液体中的禅泡山于压差而破裂），至关重要的是液体和蒸*不 能都存在于压缩机材缸中。在McElmo Dome使用了两阶段往复压缩机设计。笫二 阶段本质上是一个大型泵，而超临界条件是在第一阶段实现的。在卫星或丛式井设施中从产出CO：中去除游离水，然后把两相（液相和蒸桂 相）CO：用管线送回中央大型复杂处理厂，氏ldez估计该处理厂的价值大约是今 天的3亿美元。在处理厂，液相和林相C0,被分离、脱水和压缩，准备输往Denv

30、er 单元。两个中央设施都能处理速率高达300 NWcf/d的CO：。后来的扩展导致了进 一步创新，部署了更小的但却更有效的100 MMcf/d中心设施。尽管工程师们能够把密西西比C0：开发中学到的一些经验教训应用于该新项 目，但现场的一些方面是有差异的，需要开发不同的处理技术。“密西西比C0：源Jackson Dome在很高的压力下生产。”处理装置工程师 Steve Anderson说。结果，C0：可直接进入管线而不用压缩。但在MeElmo Dome 不同，该处的井口生产压力仅为700-800 psid。”MeElmo Dome较低的压力产生了儿个结果，工程师们说。也许最重要的是低 压使得壮

31、体更难脱水。通常用三甘醇来脱除天然林中的水，但工程师们在密西西 比发现，这对CO：效果并不好。在Jackson Dome使用的代用品丙三醇（甘*） 效果也不好。最终，他们发现二甘醇可满足MeElmo Dome的特殊要求。一件未曾改变的事情是需要小心地控制温度。“你不得不了解如何处理低 温o M Anderson说。由于超临界CO,在失压的情况下会转为干冰，因此工程师们 在处理厂停产维护时开发了一项处理液态C0：的技术。“你不能打开阀门倾倒C0“图5沿着Cortez管线的接力泵站，以适当的速 率和压力保持着朝着Denver单元的流动。这样会冻住这个地方。”他说。他们发现避免这一问题的最好方法是用

32、氮衬驱替 co：管线。一旦氮*驱出了所有co：,就可以进行维护了。完成工作以后，再次注 入氮*,准备系统用于再次压缩co：。为co,装置提供能源曲輕讎董需總翹勺扌築彼率与天然材处理装置不一样， co：装置不生产可用于驱窈泵細静稔楼康嗨味着壳牌不得不找出另一种能源。 能量需求很高：在峰值速率下光圧缩就需要消耗50MW电能。项LI总共有7熬的 操作费用将用于电能。为了满足需要，壳牌在MeElmo Dome周围建立了一个电力传输网络，传输线 有时要跨越峡谷。MeElmo Dome处理厂的电力需求将占该人口稀少地区电力需求 的一半。壳牌把CO,系统与两个不同的商业化电网连在一起，以保证在某一电网 电力

33、中断时仍能继续生产。壳牌还与当地电力公司联网，以管理峰值时间的系统 负荷。2. 8铺设Cortez管线摆在面前的一个更大 挑战是：把CO?从MeElmo Dome全程输送到Denver单 元有500英里之遥。加压管 线在到达西得克萨斯郴之 前必须要穿过沙漠、历史上 的印笫安人居住地、两座山 脉和五条河流。有些地形存 在严峻的工程挑战。例如， 在科罗拉多Cherry Creek 峡谷，工程队铺设了一条倾 斜40的管线。这条30英 寸的管线在设计时考虑了增长，因此到后来，一旦沿着这条线路安装另外三个压缩站，产量就可提高到 10亿立方英尺/日。在通往Denver单元的500英里管线上需要安装儿个接力

34、泵和减压站。“因为 你是在超临界状态下以两倍于天然*管线的操作压力进行输送。” Anderson说。 高管线压力的优点是，在超临界状态，CO：的密度类似于水，可用泵而不是压缩 机来加压液态CO?,这是一个更具成本效益的选择。然而，通过设计，管线中的 C0,压力可在沿途的不同点变化。例如，加压站设置在山脚，在到达山顶时减压。安全是一个问题，尤其是在峡谷和山谷。由于CO：比空揪重，因此在泄漏情 况下CO：会沿着斜坡向下运移，并聚集在底部的一个密集空间中。虽然没有污染, 但C0,会驱除氧衬，在高浓度下可使人窒息，因此需要监测CO,并用更醒LI的 标记标出CO：管线的位置。2. 9准备Denver单元

35、壳牌公司二氧化碳提高采收率有一个计量站。与此同时，Denver单元准备进行CO：开发。开始时，在1983-1984年准备了一个规则的九点井网准备用于CO：驱。当完成时，材由四个不同的部分组成：注入井。来自科罗拉多的CO,在中央分配管汇汇集，然后送往遍布整个单 元的注入管汇。然后通过注入井把CO：注入到目标储层段。生产井。生产中使用了三种举升方法。梁式泵最常用。当林液比超过流动 所需的最佳值时，潜林泵可用于具有高液体流量的井。最后，有些井能够通过增 加的CO,举升产生自然流动。为了处理CO：与水和任何沥青质沉淀（一种类似沥 青的物质，可脱离 CO,波及混合时 产生的腐蚀，也需 要用其他方式来调

36、整井。计量站。计量 站的主要功能是分 离和测量单井中日 常生产的桂、水和 通常，这项工 作每月每井进行一 次。平均每30 口井CO?回收装置。该装置处理含II询诲成蜒眦S的产出*流。在这里去除H：S,回收桂林和液体。然后压缩CO：并脱水，送回材用于回注。2. 10 CO?投资收回成本综合方法很有效，恢复了一个接近废弃*的生产。在整个1980年代和1990 年代初期，C0,驱阻止了 Denver单元的递减并把产量保持在约40000桶/日。到 1990年代末，工程师们佔汁大约有7概的产量直接来自CO：驱。图7 Denver单元002回收装置,每天能够处理2. 8亿立方 英尺产出杠并把在再循环C02

37、送回到林进行再注入。在Denver单元CO,驱成功之后，壳牌启动了更大的计划，以便在二叠盆地的 其他地方扩展它的成功。到1980年代中，在二叠盆地实施了 30多个CO,驱项目， 包括大材公司实施的项口。在1990年代的十年间，不仅Denver单元的开发在继 续，而且二叠盆地的许多其他林也转向了 CO：驱作业。到1995年，二叠盆地所产 和x的20%都来自CO：驱*藏。为了满足需求，壳牌扩大了 Cortez管线和Me Elmo Dome*ffl的能力，使其从8亿立方英尺/日扩展到10亿立方英尺/日。图8 Denver单元生产历史，显示了*的开发阶段和C02 EOR在 阻止产呈递减方面的作用。到1

38、998年，CO：驱扩展到了二叠盆地的50多个项th这些项LI的总产量达 到了 15万桶*/S ,生产这些*水的CO：来自McElmo Dome和其他*源，流量为15 亿立方英尺/日。即使在今天，McElmo Dome仍然是叠盆地最大的CO供应源， 可满足约三分之二的日常CO,供应。工程师们估计，在Denver单元及其附近， 有10%-15%的原始原*地质储量仍有待通过驱替操作开采。然而，C0,驱在二叠盆地的增长并不只是抓住了一个好点子的问题。在整个 1980年代，壳牌的团队一直在通过研究、试验和偶然的错误学习更多关于CO： 驱的经验和知识，以发现使用CO：的更有效方法。2. 11管理*藏198

39、0年代期间，在了解地质学对CO：驱效率的影响方面获得了巨大收益。水 驱教会了壳牌和林丄业大量关于衬藏复杂性对驱替效率影响的知识，但CO,在保 证更昂贵注入剂的最佳使用方面带来了新的问题。这些问题包括：垂直波及（使CO：进入注入井中的适当层位）；测量井网动态（管理每个井网的注入量和产量）；把获得的洞察力综合到修正的細藏模拟模型和预测中。与此同时，在动态监测方面获得了进步。co：驱需要比水驱作业具有更高水 平的动态监测和优化。林藏压力需要密切地观察，以保证压力足以保持混相。工 程师们也需要监测注入井底压力，以保证它维持在破裂压力以下。他们还需要通 过井的生产测试和观察井的饱和度测井监测林藏的注入波

40、及情况和剖面。他们还 需要做的是：所有数据通常都需要进行远多于传统水驱项LI的评论一一每个月或 每两个月进行一次正式的多学科评论一一同时继续进行日常监测和优化。最终， 这些协作和持续的成果变得足够复杂后就定义为一个新的学科：衬藏管理。林藏管理由三个关键元素所确定：基本原理一一注入与产出相关性和波及；图9 Denver单元中子测井观察井实例，用于监测CO?的位置并追踪驱替前沿。动态一一井网动态测量；预测一一数值模拟，其数据在实际杠响应基础上不断更 新。注入与产出相关性/波及活动包括用产层下限和孔隙度模拟定量地评价测井 情况；检查测井数据的数据质量；拾取标志层；追踪完井层段和射孔，开发注入 剖面并

41、用插图展示各驱替储层的垂直横剖面；评论横剖面并将它们与驱替动态进 比较。壳牌公司二氧化碳提高采收率2.11.1垂直波及监测三十年的成功经验垂直波及分析的主要目的是监测co,驱前缘的进展并验证co：的分布。在 Denver单元开发过程中，主要工具是中子测井监测（在生产井中）以及注入和 温度剖面（在注入井中）。Denver单元的C0,饱和度可用这些中子测量装置或测 井量化，这些装置运行在自喷井中，并在Denver单元以下的较深层位完井。从该饱和度数据中可以找出相应的层，并且泄露损失也可以探测。在注入井 方面，主要问题是要保证C0,进入口的层并限制在机械完井的层段一一这种注入 剂配置可用放射性示踪剂

42、和温度测井来监测。Denver单元的工程师们发现，综 合解释（生产井和注入井）给出了一致和确定的动态并支持动态改善。2.11.2井网分析第二个材藏管理元素是井网分析，包括通过井网评价材、C0：和水体积的变 化。首先，孔隙度和渗透率是在测井数据基础上对每个井网都要进行校准。然后DenverDenver UnitUnit COCO FloodFloodNeJronNeJron loglog 阳 GW6720GW67204.9004.9005,1005,1005,2005,200DepthDepth M M4,8004,8005005001010 8 86 6 4 4 2 2 0 00.00.00.

43、10.1 ONON 0.30.3 QAQA 0.50.5PermeobilityPermeobility (nkf(nkfChongsChongs GesGes $aluration$aluration (%)(%)评估每口井的近似饱和度并绘制林分布图。然后数字化井网边界，并把注入和生 产体积分配到每一个井网，用井网和地质分层计算地下材、林和水体积。最后， 评估驱替动态；把这些井网体积载入材管理工具中，用井网监测和评价釆收率。 然后将井网采收率与期望值进行比较，发现井网动态较差，并制定补救计划用于 后来的井网。图10 Denver单元驱替井网图，显示了用于评价和改善林各个区域驱替动态的严格的井

44、网 分析方法。工程师们还必须开发新的计量系统以保证材、材和水的产量是正确计量的。 例如，像任何材体一样，CO：的密度变化取决于温度。这就对林藏工程师产生了 问题，因为普通流量计可能会显示，当实际提供的量更低或更高时，山于地面上 外部温度的变化，因此已经注入了一给定的量。除了杯经验以外，工程师们还在 实验室中继续学习关于不同条件下CO,如何表现的更多知识，当他们在各种条件 下处理CO：时，这些模型将给予他们新的洞察力。2. 11.3林藏模拟壳牌的CO：驱专家把杠藏管理的第三个元素一一预测一一看得跟头两个元素 一样重要。也许1990年代初取得的最大进步是更好的材藏模拟模型的开发。 Valdez说，

45、1990年代初，一支有相当规模的地学队伍在一个实验室中工作了两 年，以开发更好的C0：驱模型。新的数据、新的地质理解和更强大的计算能力都 用于研制比以前更好的预测和动态监测丄具。当把观察与经验结合时，这些工具图门 林藏模拟示意图，显示了用于改善动态预测的储层岩石和流体描述元素。TOPredictive model applied in each area:-Matched historical performoncG-Predict incremental performance/economics of further CO2 injection-Ronk patterns foe CO?

46、injedionOngoing requirement to prioritise patterns to maximise benefit of CO2 injection.Denver Unit divided into 10 areas based on historical CO2 performanceFlowFlow unitsunitsMopMop ofof properproper砧 forfor eoheoh RawRaw uni*uni*FullyFully compositionalcompositional EOSEOS simulatorsimulator Relat

47、iveRelative permeabilitypermeability0.20.203030.40.40.50.506060707pg】?hreisurehreisure (xlOOO,(xlOOO, psdpsd可帮助工程师们通过面积确定优选驱替设计（水材交注的使用、co：段塞大小、 井网变化）、判断操作的改进（波及、转换、举升/流动策略）并管理像co,供应 需求和材处理合同这样的业务问题。与此同时，计算机骤然变得更快和更好，使得材藏模拟模型更为强大。在十 年前，林藏工程师可用一简单的1000立方体网格模拟流动。到了 1990年代，他 们在300000立方体网格基础上进行模拟，产生了多得多

48、的细节预测。但是尽管有了计算机的帮助，工程师们还是认为，即使是在今天，规划C0： 驱仍然不太容易。“最好的模型是那些根据揪历史进行了校准的模型，这可能对 大林相当具有挑战性，用这些模型进行预测也存在某种程度的不确定性。” Christman说，他是一位资深材藏工程师。“估计将要发生什么并不是一种完美 的预测。大自然有许多不可知的因素。”同事Brock补充说。努力的结果是，开发乓緞胃逍蜜松嗾瞳訓絆的模型。这些模型已发展 为30个样板模型，每一4%能丰辆蒯赢井网之一。随着时间的过去，基本模型实施得很好，没有产生大的问题。“儿年后他们 在生产预测方面所做的工作产生了精确的结果。” Valdez骄傲地

49、说。2.12优化CO?的使用在学习材藏动态监测与材作业的综合时也获得了收益。这种改进的协作使工 程师们获得了许多以询被忽视的新机遇，并帮助壳牌及其合作伙伴更为经济地使 用 C0：。在像Denver单元这样的层状林藏，每层的特性都引起了层间驱替询沿的广 泛分布。随着时间的过去，工程师们得知，层本身具有不连续性，有时会影响有 效地驱替。由于C0：粘度比材低，因此它趋向于“指进”并绕过一些工程师 们发现，克服这一趋势的一种方法是在注入C0,之后注入一个水段塞。这有助于 保持C0：的性能并提高波及效率。杯中C0：驱作业的复朵性也比水驱大得多，这部分是因为注入剂的费用要高 得多的缘故。管理再循环C0,的

50、量在经济上也很重要，因为再循环C0：需要进行 再捕集、分离和压缩。图12驱替注入井设计选择，使用壳牌开发的混合WAG方案。WAG （水材交注）已证明是一项非常有用的技术。山于水不与林或水*混相, 因此它能使这两者减速，保证co,处在一更均匀的前沿中并更好地与材混合。工 程师们发现，在co：段塞之间注入水段塞推迟了 co：在生产井中的突破，提高了 波及效率并降低了 co：再循环速率。但是有多少水就够了？ co：需要多少？随着时间的过去，工程师们试验了各 种“WAG比率”，发现也许最佳处方是“混合WAG” 一一一个大的连续CO：段塞， 跟着是WAG把直接CO：驱的短期好处与WAG的长期效益结合在一

51、起。工程师 们发现，通过使CO：段塞逐渐变小直到驱替变为纯水驱，可进一步提高效率。并不是所有这些设计和动态监测挑战都需要技术解决方案。有些问题需要用 操作来解决。采用CO,驱，在*藏工程师、地学家、地面工程师和操作人员之间 可能不存在简单的传递。取而代之的是，各个队伍不得不密切合作，规划驱替的 演化，然后监测它的动态。还必须要做出乂快乂好的决策，这项任务仅凭经验就 可以更容易地做到，这部分是山于技术的进步，部分是山于团队的相互交流也得 到了改进。2.13二次开发走在前列在1990年代，壳牌决定以儿种方式再次开发CO：驱系统。在MeElmo Dome,壳牌利用了在现场通过实施无林管钻井获得的操作

52、和腐蚀 经验。工程师们使用合金管作为大生产套管并提高了新井产量（高达100 MMscf/d）,只用一口井就有效地达到了第一代丛式井的产能。在Denver单元，工程师们扩展了 C0：注入系统，并更换了一些管线。工程 师们发现，在CO：注入项U中并不总是需要使用不锈钢和其他昂贵的抗腐蚀合金。 玻璃钢*管、内管道衬管和船只涂层也都效果不错，并且在制造和施工方面也要 便宜得多。EOR设施与装置的其余部分分离。来自1960年代的注水站尤其需要进行二 次开发。更换了曲于CO,与水相互作用而腐蚀的管线。水泥衬管注水管线对淡水 相当有效，但对CO：驱不是很好，不得不更换。这种二次开发也使一些工程师看到，仔细地

53、管理水驱阶段实际上可使CO,驱 更具有成本效益。例如，建立抗腐蚀井可降低后期的改造成本。与此同时，壳牌扩大了它的注入系统。其中有些C0,管线极为靠近得克萨斯 Denver市，形成了一个新的利益相关方的挑战。举行了多次城市会议，以使市 民们对CO：注入的安全性放心，并安装了特殊的报警和关闭控制系统以减轻他们 的忧虑。虽然有限量的CO,是相当安全的，壳牌还是建立了特殊的报警系统以防 止大量释放产生潜在灾害。在井口和管线系统的要点安装了压差测量仪，可显示 任何压力损失、传递警报并关闭多余的CO：流量。同时，在林改造COJ配送网络, 使再循环CO：与新鲜的Cortez管线供应CO：分离。Cortez二

54、氧化碳是不含硫 化氢的，可用于接近人口密集城市的地区，因此分离这两种衬流是降低潜在健康 风险的另一种方式。2. 14 HSE壳牌最优先考虑的永远是员工的健康和安全一一在办公室或现场，承包商和雇员都是一样的。Brock说：“它确实变成了公司的核心价值，并且处于我们所 做的所有事悄的首位。”这凳曙歸喝鐵玉舉禦谱备和安全设备这样的事情, 它的通俗说法就是人们如奇想丹垃前軸胡纺曇魏全计划、观察程序和事情看起来 有不好征兆时的干涉都是这种文化的一部分。安全操作也可理解为更有效地操作，因为操作被更好地管理。例如，作为壳 牌安全考虑的一部分，为了它的雇员和邻居，以及为了帮助优化动态，整个材 都处于24小时监

55、控之下。每个梁式泵或潜壮泵、每口 CO,注入井、每个试井设 施都处于监测之下。梁式泵监测是以防发生一些泵故障。每个泵的寿命曲线数据 都用无线电传输。如果泵山于某种原因下沉，就会发出警报并停泵，直到操作人 员到达并找出问题。2.15过渡带生产壳牌正在增长的模拟复杂流动模式和行为的能力产生了如何以崭新的方式 使用CO：的新的洞察力，为整个行业创造了新的机会。工程师们说，这些模拟改 进是井网再设计、加密钻井、注入井/生产井转换和LI的层完井的基础。料规模 模拟的广泛使用还创造了已经关闭许多年的生产井其至注入井重新投产的机会。利用这些新模型赋予 的洞察力，壳牌的工程师 们开始相信，CO,驱可能也 对*

56、藏过渡带和剩余衬带 有效。过渡带（TZ）是位 于历史*层和基础层（该 层以下細饱和度很低）之 间既产水又产林的层段， 所有桂藏都有这样的区 域。有些林藏，包括二叠 盆地的许多材藏，还具有 残余材带（ROZ）,这些区 域在地质上很活跃，过去 曾导致部分主林层倾斜或 汕八八磋鋅图13测井含*饱和度剖面显示了 Denver单元傲爪怖秤。的过渡带，壳牌发现了位于常规林层下面的一个工程师们假设，山于 厚约300英尺的残余林饱和度层段并作为C02驱 过渡带/残余*带的梆饱的开发目标，进-步扩大了林的开采潜力 和度类似在Denver单元材层中发现的水驱后的残余材饱和度，因此可能同样适 用于C0：驱。为了试验

57、这一假设，在1980年代末进行了一次C0：驱先导试验，基 本上重复了 1970年代的C0：驱试验，LI标是位于Denver单元主*层以下300英 尺厚的残余衬带，在该层段，含衬饱和度范围从顶部的85%到底部的0%。结果很有利并令人吃惊，类似1977年郴藏先导试验的结果。“我们得出结论, 我们可以垂直和横向扩展CO：驱，以釆出成千上万桶和。” Christman说。DenveDenver r UnitUnit S So o ProfiProfileleInvertedInverted 9-9-SpotSpotStaged conversions of -20 patterns / yearCon

58、tinuous conversions for 6 years开发先导试验的一个创新是一项用于收集储层实际纵向联合部分并测量圈 闭在其中的材的新技术。取心或用空心桶工具钻井，切下一柱状储层岩石并取回 是一项确定的惯例。然而，当把衬带向地面时，*趋向于从岩心中渗出。压力取 心技术可有效地使岩心保持储层压力，即使是在带出地面时一一但是它很不可 靠。壳牌首次应用了海绵取心技术，用于更精确地测量驱替前后的饱和度，其成 本比压力取心更低。这里，海绵材料环与取心桶排成一行，用于捕获并测量渗出 岩心的海绵取心今天已被看作是行业标准。在它成功之后，过渡带的开发取得了进步。由于存在过渡带受上覆co,驱影 响和过

59、渡带驱替可能会危及正在进行的衬层驱替的不确定性，因此分别在1992 年和1993年开始了 3井网和6井网的外圉开发，工程师们把该区域称作“过渡 带甜点”。在这些开发获得了有利的结果之后，建立了一个大规模模拟模型（2. 5x2 英里，包括170 口井）来回答一些关键问题：过渡带是怎样被林饱和的？ 一个单 独的过渡带项U比综合了衬层注入与生产的项U更盈利或更有效吗？它们是否 可更好地适应现有的驱替？过渡带驱替的最佳深度是多少？最后，为了促进过渡 带驱替，需要对其他操作做出什么改变？研究结论是，综合是最佳方法，并且最初的现场实施应包括21个井网。成 功的实施开始于1944年，产量的持续增加导致了多个

60、扩展项包含了 60多个 井网和材不太丰富的区域。这一创新理念的成功 为Denver单元的CO：驱创 造了一个巨大的新机遇。现 在新增了 6.5亿桶林有待 开发。壳牌还为二叠盆地的 其它参与者创造了大量机 会：最近，一项由美国能源 部资助的研究得出结论，在二叠盆地，307亿桶过渡带图14九点驱替井网转换为新的半加密行列驱井 /残余材带原始原材地质储网，改善了生产动态并更好地利用了 C02。 量（00IP）中的120亿桶可通过CO：驱釆出。但壳牌的努力并不止于此。对驱替可能性的新洞察力还导致以其他方式改变 了井身结构。最初，Denver单元大部分都是用反九点井网（每口注入井周围都 有8 口生产井）