稠油開采技術的發(fā)展

郝 晶，王為民，李思寧，楊云鵬，李武華

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

由于石油工業(yè)不斷發(fā)展，大量原油被開采出來，常規(guī)原油的資源逐漸減少。我們就要開采稠油，替代原油。我國稠油資源豐富，分布廣泛，目前已經(jīng)在遼河、新疆、勝利等油區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了70多個稠油油田，稠油資源約占總石油資源的25%~30%以上，目前形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火燒油層等熱采技術以及其它技術，稠油開采對我國的經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。

1 我國稠油特性及分類

1.1 稠油特性

稠油是指在溫度為 20 ℃時，相對密度大于0.92，油層條件下粘度大于50 mPa·s的原油。它是一種復雜的、多組分的有機混合物，主要由烷烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組成。（1）稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高、輕質(zhì)餾分少。（2）稠油雜質(zhì)原子含量高。（3）稠油的粘度對溫度非常敏感。（4）稠油中的含蠟量一般比較低。（5）稠油油藏深度變化大。

1.2 我國稠油分類

我國稠油分類，見表1。

2 稠油開采方法

2.1 稠油熱力開采

熱力采油是指向地層注入熱或在地下產(chǎn)生熱的采油方法，它是開采稠油的最有效方法。它的基本原理是通過加熱使原油粘度降低，改善流度比，提高波及系數(shù)等。

表1 我國稠油分類標準Table 1 The standard of heavy oil classification

2.1.1 注熱水采油

注熱水采油是最簡單的熱采方法?；驹硎前阉燃訜?，之后把水由管子打入地下含油油藏中。把水加熱能夠降低稠油粘度，使油容易流向生產(chǎn)井。但是這種方法只適用于淺油層。

2.1.2 注蒸汽采油

注蒸汽采油技術包括蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)兩種。在同樣條件下，水蒸氣的熱量是熱水的3到4倍，因此可應用于深一些的地層， 產(chǎn)生更高的油層溫度。

（1）蒸汽吞吐

蒸汽吞吐是由注汽鍋爐產(chǎn)生高溫高壓并有一定干度的濕飽和蒸汽經(jīng)輸氣管線和注氣井井筒以一定流量連續(xù)注入油層，注入一定量之后關井停止注入蒸汽，燜井，使注入的熱量充分把油層加熱后，開井回采的采油方法。

蒸汽吞吐的一個周期包括注汽（吞）、燜井（燜）、回采（吐）三個階段。

蒸汽吞吐采油機理：①注入蒸汽使油層中的稠油粘度降低，也減少了稠油的流動阻力。②當注入的蒸汽把整個油層加熱時，巖石和油層中的各種流體就會膨脹，使稠油油層的驅(qū)動能量加大，回采液量增加。③高溫蒸汽對稠油本身有一定的蒸餾和熱裂解作用，能夠降低油水界面張力，析出輕質(zhì)餾分，輕質(zhì)餾分也會混入稠油，又使原油粘度降低，提高了流動性。④高溫蒸汽對巖石的沖刷作用可解除井筒附近鉆井液等油層污染，有一定的解堵作用。⑤由于稠油的不斷采出，地下也會虧空，稠油油藏地表下沉，油層就會被壓實，從而使沒有采出的油被驅(qū)出。

（2）蒸汽驅(qū)

蒸汽吞吐方法主要的采油機理是加熱油層，而且只是加熱注汽井近井地帶某個較小范圍內(nèi)的油層，降低原油粘度，使回采過程的油流阻力減小，增加采油速度。而蒸汽驅(qū)是向一口或多口井中持續(xù)注入蒸汽，將地下原油加熱并驅(qū)向鄰近多口生產(chǎn)井，從生產(chǎn)井持續(xù)開采原油的方法[1]。蒸汽驅(qū)的特點是注入和采出都是連續(xù)過程，不間斷的進行。在蒸汽驅(qū)中注入的蒸汽是加熱油層的熱源，也是驅(qū)替原油的介質(zhì)。

蒸汽驅(qū)采油機理：由注汽井注入蒸汽后，加熱了稠油，也將稠油逐漸驅(qū)向生產(chǎn)井，形成了幾個區(qū)帶（蒸汽帶、熱水凝結(jié)帶、油/冷水帶、原始油層）。①蒸汽帶起到蒸汽的蒸餾作用和蒸汽驅(qū)油的作用。②熱水凝結(jié)帶主要是降粘、熱膨脹、高溫滲透率變化、重力分離及溶劑驅(qū)油等作用。③油/冷水帶，含油飽和度最高，主要是水驅(qū)作用。④原始油層主要為常規(guī)水驅(qū)及重力分離作用。⑤由于蒸汽帶和熱水凝結(jié)帶不斷向前推進，將可動原油向生產(chǎn)井驅(qū)動，原始油層不斷縮小，稠油就可以從生產(chǎn)井不斷采出。

2.1.3 蒸汽輔助重力泄油技術（SAGD）

當原油粘度高于100 000 MPa?s，油層流動阻力非常大，必須考慮要依靠其他的動力增加原油的流動性，SAGD技術就是高粘度原油開采的一種有效技術[2]。

SAGD的采油機理是：注入的高溫蒸汽使油層上部的原油粘度降到能夠流動的程度，依靠重力使油和熱水排到生產(chǎn)井，通過生產(chǎn)井的舉升系統(tǒng)將油和水舉升到地面。2.1.4 火燒油層

火燒油層是將含氧氣從注入井注入油層，通過人工點火或油層自燃方式點燃油層，其中原有的重質(zhì)部分經(jīng)過燃燒后，產(chǎn)生大量熱能和燃燒氣，驅(qū)動其他原油流向生產(chǎn)井，并從生產(chǎn)井產(chǎn)出的稠油開采方法[3]。

（1）正向燃燒

火燒油層過程中氧化劑流動方向與燃燒前緣移動方向一致，稱為正向燃燒。

（2）反向燃燒

火燒油層過程中氧化劑流動方向與燃燒前緣移動方向相反的燃燒，稱為反向燃燒。

火燒油層的優(yōu)點：①由于注入的是空氣，所以成本低，資源廣。②驅(qū)油的效率高，能夠達到

80%~90%。③地面消耗能量少。④對油藏的適用性比較廣泛。可用于一次、二次和三次采油，對于油層較薄或埋藏較深、注蒸汽無法經(jīng)濟開采的稠油油藏，火驅(qū)采油具有明顯的優(yōu)勢。

2.2 稠油冷采

到1986年，為了降低采油的成本，提高稠油開采經(jīng)濟效益，一些小石油公司開展了稠油出砂冷采的試驗[4]。稠油出砂冷采技術不需要向油層注入熱量,它屬于一次采油范疇,允許油藏出砂,并通過出砂采油大幅度提高稠油常規(guī)產(chǎn)量[5]。稠油出砂冷采技術的優(yōu)點是投資少、日產(chǎn)油量高、開采成本低等。

2.3 稠油開采技術的新進展

2.3.1 注入助劑改善蒸汽吞吐效果

近幾年蒸汽吞吐技術的發(fā)展主要是應用各種助劑改善蒸汽吞吐效果，在注汽之前或注汽過程中通過注入各種表面活性劑，有效地調(diào)整吸汽剖面、增大蒸汽波及體積、降低原油粘度、防止粘土膨脹、改善驅(qū)油效果等，進而增加周期產(chǎn)油量及油汽比。

2.3.2 系統(tǒng)配套的蒸汽驅(qū)技術

目前蒸汽驅(qū)技術已在國外(美國、委內(nèi)瑞拉等)獲得大規(guī)模工業(yè)應用，成為繼蒸汽吞吐后提高稠油采收率的有效方法，也取得了良好的應用效果。如美國加利福尼亞州的克恩河油田蒸汽驅(qū)采油量達460×104m3/a，蒸汽驅(qū)采收率超過50%，油汽比大于0.25[6]。

2.3.3 多分支水平井熱采稠油技術

分支水平井能有效的增加油層的外露面積，增大了油藏開采程度，提高熱能利用率，改善了開發(fā)效果。

2.3.4 蒸汽燃氣混注技術

把蒸汽和燃氣的混合物一起注入油層，這種方式能夠使熱量全部利用，并且燃氣和蒸汽會產(chǎn)生多種驅(qū)油機理。

2.3.5 水熱裂解開采稠油技術

水熱裂解開采技術是在稠油開采的同時，加入相應的催化劑，使稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)重質(zhì)組分中某些化合物裂解改質(zhì)，從而降低了稠油的粘度，加大了稠油的流動性。

3 提高油藏采收率

3.1 聚合物驅(qū)

聚合物驅(qū)是以聚合物溶液作為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。它通過在注入的水中加入化學劑來改善水的驅(qū)油和波及性能，進而提高采收率。它提高采收率的機理是增加注入水粘度的增粘機理和降低地層滲透率機理。

3.2 堿驅(qū)

堿驅(qū)指以堿溶液為驅(qū)油劑的驅(qū)油法。它提高采收率的機理是降低界面張力。

3.3 CO2驅(qū)

一般情況下，CO2在地層中處于超臨界狀態(tài)，在原油中具有高溶解性及萃取作用[7]。CO2驅(qū)提高采收率的機理是降低油的粘度和增加油的彈性能量。

4 結(jié) 論

（1）稠油的開采仍然以熱采為主，蒸汽驅(qū)和蒸汽吞吐是有效的、主要的技術。但是原油采收率比較低。

（2）火燒油層的熱能利用效率高、資源豐富、成本低、工藝流程也相對簡單，但是火燒油層采油目前還處于試驗研究階段，尚未完全成熟。

（3）現(xiàn)在SAGD技術是比較先進的超、特稠油的開采技術，特點是效率高、經(jīng)濟性好。

［1］姚遠勤,曹維庚,等.稠油熱采技術論文集[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社,1993-05.

［2］唐春燕，劉蜀知.稠油熱采技術綜述[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007（6）：128-130.

［3］連經(jīng)社，王樹山，等.采油工藝[M]. 北京：中國石化出版社，2011-04［4］董本京，穆龍新.國內(nèi)外稠油冷采技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 鉆采工藝，2002，25（6）：18-21.

［5］廖作才，張繼春，等.新疆油田稠油開采技術應用綜述[J]. 化學工程與裝備，2008，8（8）：72-74.

［6］郭衛(wèi)忠.勝利油田單六斷塊東部超稠油油藏工程研究[D].青島：中國海洋大學,2003-09.

［7］郭平，李苗.低滲透砂巖油藏注 CO2混相條件研究[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2007,28(5):687-692.