開采與集輸過程中稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展

王治紅 肖惠蘭 左 毅

1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500 2.中國(guó)石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000

0 前言

稠油在世界油氣資源中所占比例較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界稠油、超稠油和天然氣瀝青的儲(chǔ)量約1 000×108t。世界能源供應(yīng)日趨緊張，有效、經(jīng)濟(jì)地開采稠油越來越受到重視。稠油密度大、粘度高、輕油含量少、流動(dòng)阻力大，不易開采和輸送，其突出的特點(diǎn)是含瀝青質(zhì)、膠質(zhì)較高。稠油的特殊性質(zhì)決定了其開采、集輸、煉制必然是圍繞降低稠油粘度進(jìn)行的。常用的降粘方法有：加熱降粘法、化學(xué)劑降粘法、摻稀降粘法、稠油改質(zhì)降粘法、微生物降粘法。在開采和集輸過程中，這些方法需要根據(jù)具體情況來運(yùn)用。本文對(duì)五種主要方法的具體降粘原理和應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。

1 加熱降粘法

1.1 熱力開采法

在稠油開采中，熱力開采法有蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、火燒油層。其中，蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)為主要開采稠油的方法。

1.1.1 蒸汽吞吐

蒸汽吞吐是一種單井作業(yè)，在同一口井中，先將大量的蒸汽以較高的速度注入，然后關(guān)井燜2～7d，再開井排液采油。蒸汽吞吐的采收率一般為15%～20%［1］。

目前蒸汽吞吐在美國(guó)、委內(nèi)瑞拉、加拿大等國(guó)廣泛應(yīng)用于開采稠油油藏；在我國(guó)蒸汽吞吐工藝開采稠油的比例占80%。近幾年，使用各種助劑改善吞吐效果的技術(shù)逐漸發(fā)展，注入的助劑主要有天然氣、高溫泡沫及溶劑。

1.1.2 蒸汽驅(qū)

蒸汽驅(qū)以井為基礎(chǔ)，向注入井連續(xù)注入蒸汽，在注入井周圍形成飽和蒸汽帶，蒸汽將油驅(qū)至生產(chǎn)井，在生產(chǎn)井采出。一般稠油油藏先進(jìn)行蒸汽吞吐，然后轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)。蒸汽驅(qū)采收率較高，一般為30%～50%。

世界上許多油田試驗(yàn)證實(shí)了蒸汽驅(qū)在目前開采稠油技術(shù)中是應(yīng)用最有效和廣泛的。中國(guó)石油新疆油田公司六區(qū)、九區(qū)是我國(guó)最大稠油面積區(qū)生產(chǎn)基地，蒸汽吞吐轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)井組累積達(dá)700多個(gè)，蒸汽驅(qū)年產(chǎn)量在 90×104t以上。

1.1.3 熱水驅(qū)

熱水驅(qū)即注熱水開采是注熱流體中最簡(jiǎn)便的方法，利用已有的流水設(shè)施，應(yīng)用在粘度較小的稠油油藏開發(fā)中。向油層注熱水進(jìn)行驅(qū)替，在保持油層壓力的同時(shí)，也保持油層溫度，避免油層孔隙中出現(xiàn)凝固和析蠟現(xiàn)象。

由于熱損失大，開發(fā)效果不如蒸汽驅(qū)好，通常不單獨(dú)使用此法，有時(shí)用作蒸汽驅(qū)的前期處理，使蒸汽注入時(shí)的壓力低于地層的破裂壓力；有時(shí)配合溶劑（如汽油、煤油）使用，即前面注溶劑，后面注熱水。

1.1.4 火燒油層

火燒油層是向油層中注入空氣或氧氣，使地下部分原油燃燒生熱驅(qū)動(dòng)其他原油流向生產(chǎn)井，并從生產(chǎn)井產(chǎn)出稠油的一種熱力采油方法。這種方法的熱能利用效率高，采收率可達(dá)50%～80%，利于原油改質(zhì)。此法概念雖然簡(jiǎn)單，但工藝過程復(fù)雜。

在世界范圍內(nèi)已展開的200多個(gè)燃燒法采油項(xiàng)目中，失敗多，成功少。英國(guó)巴斯大學(xué)研發(fā)的在水平井上應(yīng)用的水平段注空氣技術(shù)（THAI）系統(tǒng)，使火燒油層技術(shù)有了新的應(yīng)用前景。在國(guó)內(nèi)，火燒油層技術(shù)還不成熟，有的油田雖進(jìn)行試驗(yàn)并通過了技術(shù)檢驗(yàn)，但推廣到實(shí)際生產(chǎn)中還有很多問題。

1.2 加熱輸送法

加熱輸送法是根據(jù)含蠟原油粘度隨溫度升高而降低的顯著特性來實(shí)現(xiàn)的。原油進(jìn)入管道加壓輸送前加熱，通過提高原油輸送溫度降低其粘度來減少管路阻力損失。

加熱輸送法是國(guó)內(nèi)原油管道常用的一種輸送工藝，但其能耗高，1%以上的原油被燃燒用來提供熱能，以降低原油粘度。一般蒸汽吞吐開采的稠油，從井口出來時(shí)油溫很高，因此熱輸應(yīng)結(jié)合熱采。蒸汽熱水加熱法和電加熱法是加熱輸送中兩種主要的加熱方式。近年來，電加熱法應(yīng)用越來越廣泛，印尼蘇門答臘的扎姆魯油田已成功應(yīng)用該方法多年［2］。

2 化學(xué)劑降粘法

2.1 化學(xué)驅(qū)油法

化學(xué)驅(qū)油法通常采用表面活性劑、聚合物及堿溶液等，單獨(dú)或綜合使用。

2.1.1 表面活性劑驅(qū)

表面活性劑驅(qū)降粘機(jī)理主要有三種：乳化降粘、破乳降粘及吸附降粘。這三種機(jī)理往往同時(shí)存在，但條件和表面活性劑不同時(shí)，主要的降粘機(jī)理可能不同［3］。常用于開采稠油的表面活性劑有：水玻璃、NaOH、ABS（烷基苯磺酸鈉）、2070（聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚）、平平加、SP169、AP22等。為了既能降粘又能脫水，多采用AP22和SP169。

該技術(shù)在委內(nèi)瑞拉、美國(guó)、加拿大均有應(yīng)用。由于儲(chǔ)運(yùn)和長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的要求較高，目前這種在井下形成的乳狀液一般不能直接作為產(chǎn)品外輸，若外輸需重新處理。

2.1.2 聚合物驅(qū)

聚合物驅(qū)是一種改善水驅(qū)方法，利用高分子量水溶性聚合物增加注水的粘度以及在油層孔隙中滯留，降低油水流度比，減弱粘性指進(jìn)，提高波及效率和采收率。有兩類聚合物進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)且效果較好：即HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）和XG（黃胞膠）。

我國(guó)目前是世界上使用聚合物驅(qū)技術(shù)規(guī)模最大、增產(chǎn)效果最好的國(guó)家，聚合物驅(qū)規(guī)模以及早產(chǎn)油量已居世界首位，許多研究成果達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國(guó)聚合物驅(qū)的主戰(zhàn)場(chǎng)在大慶油田。孤島油田的稠油開發(fā)也主要采用聚合物驅(qū)方法。

2.1.3 堿性水驅(qū)

堿性水驅(qū)是將堿摻入到注入水中，與原油的有機(jī)酸反應(yīng)生成表面活性劑物質(zhì)，這類活性物質(zhì)能降低水與油之間的界面張力，使油水乳化，在一定條件下改變巖石潤(rùn)濕性，溶解界面薄膜，提高采油效率。堿性水驅(qū)用堿，除一般具備堿結(jié)構(gòu)的物質(zhì) （如KOH、NaOH、NH4OH） 外 ， 還 包 括 鹽 （ 如 Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4等）。堿性水驅(qū)時(shí)，它們?cè)谒芤褐械臐舛葹?.05%～5%。相對(duì)密度在0.93左右、粘度低于200mPa·s、酸值大于0.5的原油都適合堿性水驅(qū)［4］。

國(guó)外目前仍在使用單一的堿化物或其混合物，取料方便、價(jià)格便宜，具有一定效果，適合于化學(xué)工業(yè)不發(fā)達(dá)的產(chǎn)油國(guó)。堿水-表面活性劑驅(qū)、堿水-聚合物驅(qū)以及堿水-聚合物-表面活性劑復(fù)合體系應(yīng)用效果良好，但成本較高。

2.1.4 復(fù)合驅(qū)

復(fù)合驅(qū)是將低濃度的堿、表面活性劑、聚合物加入注入水中以降低與石油間的界面張力，同時(shí)提高注入劑粘度、波及系數(shù)和采收率。由于復(fù)合驅(qū)中的聚合物、堿及表面活性劑之間有協(xié)同效應(yīng)，并在協(xié)同效應(yīng)中起到各自的作用，因此復(fù)合驅(qū)比單一驅(qū)有更好的驅(qū)油效果。

國(guó)內(nèi)已完成不同表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理和先導(dǎo)試驗(yàn)研究。大慶油田工業(yè)化礦場(chǎng)試驗(yàn)效果顯著，較之水驅(qū)采收率提高20%以上；克拉瑪依油區(qū)化學(xué)復(fù)合驅(qū)利用石油磺酸鹽作為驅(qū)油體系，采收率提高24.5%，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2.2 加添加劑輸送法

原油管道內(nèi)所加添加劑主要有兩種：一種是降凝劑，也稱流動(dòng)改進(jìn)劑；另一種是減阻劑。

2.2.1 加降凝劑輸送

加降凝劑輸送是在原油中加入一定濃度的降凝劑，以降低原油凝點(diǎn)、粘度、屈服值和結(jié)蠟強(qiáng)度，改善原油的低溫流動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)不加熱輸送。目前使用較多的是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和丙烯酸高碳醇酯共聚物。工程應(yīng)用中，可將加降凝劑和熱處理兩種方法聯(lián)合使用［5］。

國(guó)外已有10條輸油管道采用了加降凝劑輸送法，由于工藝中沒有考慮熱處理的作用，注入量較大，大致為200～300mg/kg。國(guó)內(nèi)降凝劑的試制試驗(yàn)先后在大慶、中原、勝利、江漢和任丘等油田添加降凝劑綜合處理后，可使凝固點(diǎn)降低10～15℃，低溫降粘率達(dá)80%以上。

2.2.2 加減阻劑輸送

減阻劑是某些高分子聚合物，如聚-對(duì)-異丁基苯乙烯（PIBS）、聚甲基丙烯酸月桂酯（PLMA）。當(dāng)一定量的減阻劑加入原油中，能在紊流狀態(tài)下減少流動(dòng)阻力。減阻劑在層流狀態(tài)時(shí)不起作用，在紊流狀態(tài)作用顯現(xiàn)。

減阻劑抗剪能力差，經(jīng)泵剪切失效后需要再次加劑；減阻劑價(jià)格較高，用于應(yīng)急或短期的增輸場(chǎng)合［5］。目前國(guó)內(nèi)新研制出的油相減阻劑已接近國(guó)外同類產(chǎn)品的水平。美國(guó)阿拉斯加州、墨西哥彎沿海、中東、印度等原油管道應(yīng)用減阻劑比較多，輸量可提高10%～30%。

3 摻稀降粘法

3.1 摻稀開采法

摻稀開采法是在稠油中加入石油產(chǎn)品、液化石油氣或低粘原油等稀油，降低瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的含量以降低粘度。稀油除了可較好地與稠油混合，產(chǎn)生稀釋降粘作用，還可避免因摻水污染油層，減少原油脫水費(fèi)用。粘度低于100mPa·s的稠油，可用摻稀油常規(guī)方法開采。

對(duì)塔河油田的7K612井進(jìn)行摻稀試油開采，效果良好，此法是塔河油田稠油井試油及開采的一種有效技術(shù)措施［3］。勝利油田某稠油藏經(jīng)試驗(yàn)得出，生產(chǎn)井含水率在0%～50%時(shí)，25%～50%的摻油比最佳。含水率高于50%的油井無需摻入輕質(zhì)油即可正常生產(chǎn)。

3.2 稀釋輸送法

原油稀釋輸送法是指在稠油中加入低凝點(diǎn)或低凝度的稀釋劑，使原油粘度降低，改善原油流動(dòng)性的輸送方式。稀釋劑主要有石油產(chǎn)品、輕質(zhì)原油、液化石油氣及有機(jī)稀釋劑等。中高粘度稠油宜采用摻稀釋劑降粘的集油流程。

稠油的開采與輸送采用稀釋工藝比較經(jīng)濟(jì)合理，該法已在加拿大、美國(guó)、委內(nèi)瑞拉及我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。如加拿大的洛伊德萊姆尼斯—哈爾吉斯基長(zhǎng)16 km，直徑219mm的輸油管道輸送高粘原油就摻入22.5%的凝析油。我國(guó)新疆、勝利、河南等油田較遠(yuǎn)距離的接轉(zhuǎn)站，均采用摻稀油降粘方法。但若稀釋劑缺乏，用此法輸送將會(huì)增加成本［6］。

4 稠油改質(zhì)降粘法

4.1 井下改質(zhì)降粘開采法

井下改質(zhì)降粘開采法就是將地層作為一個(gè)廉價(jià)可利用的井下改質(zhì)降粘反應(yīng)器，通過向油層中注入高溫高壓蒸汽，同時(shí)加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?、供氫體及其他助劑，使稠油的大分子裂解為小分子，不可逆地降低稠油粘度，提高稠油品質(zhì)［7］。井下改質(zhì)降粘技術(shù)主要有三種：稠油水熱裂解降粘技術(shù)、稠油注空氣低溫氧化降粘技術(shù)和稠油離子液體改質(zhì)降粘技術(shù)。

將水熱裂解降粘技術(shù)應(yīng)用于遼河油田杜84塊館陶組8口井，降粘率在初期達(dá)到80%以上，30 d內(nèi)保持在50%以上［8］。西南石油大學(xué)先后在曙光采油廠10口稠油井使用專利中的方法進(jìn)行注空氣低溫催化氧化采油試驗(yàn)。其中6口水平井合計(jì)增產(chǎn)1 692 t稠油（單井日產(chǎn)量平均提高48%），4口垂直井合計(jì)增產(chǎn)1 107 t稠油（單井日產(chǎn)量平均提高25%）。

4.2 改質(zhì)降粘輸送法

改質(zhì)降粘輸送法是在稠油輸送前，用加氫或除碳方法使高分子烴分解為小分子烴來降低稠油粘度的輸送方法。除碳過程主要為熱加工和催化加工。稠油改質(zhì)降粘輸送法從根本上降低稠油粘度，改善原油的流動(dòng)性［9］。

近年來，國(guó)外采用建立于油田內(nèi)的一套稠油改質(zhì)裝置。例如法國(guó)的加氫降粘裂化法：原油在油田進(jìn)行加壓加氫處理，粘度降至可用管線輸送，并在下游煉油廠用普通煉油方法加工。日本瓦斯株式會(huì)社和三菱株式會(huì)社的 “全部重油殘?jiān)馁|(zhì)精煉法 （CHERRYP）”用以生產(chǎn)城市煤氣、輕質(zhì)燃料油和煉鋼用焦。用熱裂化和重整工藝來加工減壓渣油，取代常用的降粘裂化和延遲焦化。遼河油田運(yùn)用改質(zhì)降粘法解決高含蠟、高凝固點(diǎn)原油降凝集輸問題，凝固點(diǎn)從57.5℃降至-2.5～-10.5 ℃［10］。

5 微生物降粘法

微生物降粘法的主要原理是利用微生物對(duì)稠油的降粘作用，其機(jī)理為［11］：

a）微生物能把稠油中的高分子物（如瀝青）分解為低分子量的化合物，降低稠油的平均分子量，導(dǎo)致稠油粘度大幅下降。

b）以石油或其他有機(jī)物等作碳源的微生物，在新陳代謝過程中能產(chǎn)生各種有利于降低稠油粘度的化學(xué)物質(zhì)。如：CO2、CH4等氣體，酸、醛、酮等有機(jī)溶劑，生物表面活性物質(zhì)、醇類等。

勝利油田采油院微生物中心菌種庫中保藏的降粘菌種對(duì)原油的降粘率最高達(dá)到95%，勝利油田開展了4個(gè)區(qū)塊的微生物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)增油超過6×104t。 F16菌組能降低原油粘度，粘度 3 000mPa·s（50℃）原油經(jīng)F16菌組作用后，非烴組分減少，代謝產(chǎn)物中的生物表面活性劑能有效地改善常規(guī)稠油的流動(dòng)性［12］，原油粘度降低 30% ～ 85%。

6 結(jié)論與展望

從目前研究和應(yīng)用情況看，稠油熱采方法雖然投資成本大，但適用范圍廣，可達(dá)到較高的采收率，其中蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)是最有效、最主要的稠油熱采技術(shù)。加熱降粘法在稠油管道運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用。若在有稀油可摻的油田，應(yīng)以輕油稀釋降粘為主?；瘜W(xué)劑降粘法因其工藝簡(jiǎn)單、成本較低易于實(shí)現(xiàn)，在油層開采和管道運(yùn)輸中運(yùn)用較多。

微生物降粘法和井下改質(zhì)降粘法應(yīng)用前景很好。微生物降粘劑特點(diǎn)是無毒、價(jià)格低等，如果能培養(yǎng)合適的菌種，大幅度降解稠油，就能提高現(xiàn)有的稠油開采技術(shù)水平，提高稠油的采收率。井下改質(zhì)降粘技術(shù)，在催化劑作用下，原油在地層裂解，粘度大幅度降低，將稠油開采難題轉(zhuǎn)化為稀油開采問題，大幅提高稠油產(chǎn)能和最終采收率。

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