稠油油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)探討

【摘要】近年來(lái)，石油行業(yè)的發(fā)展十分迅速，世界對(duì)石油的需求量也越來(lái)越大。稠油油藏是石油資源的重要組成部分，占有很大一部分比例，其開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為石油開(kāi)采提高油氣儲(chǔ)量的重要手段。稠油開(kāi)采技術(shù)、如何提高采收率已經(jīng)成為國(guó)際上重大的石油科學(xué)攻關(guān)課題之一。本文首先介紹了稠油的定義與分類(lèi)，概括總結(jié)稠油油藏的特征及分布概況，對(duì)稠油油藏開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并主要探討了稠油油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)稠油油藏的開(kāi)發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】稠油；稠油油藏；開(kāi)發(fā)技術(shù)

前言

我國(guó)的稠油資源比較豐富，特別是重油瀝青資源分布廣泛，已探明的重質(zhì)油田已達(dá)70多個(gè)，油藏儲(chǔ)量相當(dāng)豐富。因此，我國(guó)的稠油開(kāi)采具有很大潛力，但是由于稠油具有流動(dòng)性差，有機(jī)成分復(fù)雜，其開(kāi)采和利用方面存在很多技術(shù)難題。常規(guī)的開(kāi)采技術(shù)無(wú)法適用于稠油的開(kāi)采，必須采用一些特殊的工藝處理才能對(duì)稠油加以利用，如砂冷采法、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火燒油層等技術(shù)。稠油的開(kāi)采可以緩解原油產(chǎn)量逐漸減小、石油能源危機(jī)的現(xiàn)狀，石油開(kāi)采將進(jìn)入重質(zhì)原油時(shí)代。

1、稠油的定義與主要特征

1.1稠油的定義與基本分類(lèi)

稠油，是高粘度重質(zhì)原油的簡(jiǎn)稱(chēng)，指在油層溫度下脫氣原油粘度大于100相對(duì)密度大于0.92的原油。根據(jù)1982年聯(lián)合國(guó)訓(xùn)練研究署（UNITAR）在委內(nèi)瑞拉召開(kāi)的第二屆國(guó)際重油及瀝青學(xué)術(shù)會(huì)議，天然存在于孔隙介質(zhì)中的原油或類(lèi)似原油的物質(zhì)可分為兩大類(lèi)：重質(zhì)原油和瀝青砂油。原油的第一指標(biāo)是粘度，第二指標(biāo)是原油的相對(duì)密度。一般重油的粘度在100和10000之間，超過(guò)這個(gè)上限一般就是瀝青。

1.2稠油的特點(diǎn)和地質(zhì)特征

一般而言，稠油油藏大都埋藏不深、且因?qū)儆谥刭|(zhì)油其密度較大因而粘度較大、膠結(jié)疏松并且樣品易散。稠油中的輕質(zhì)油成分很少，瀝青膠質(zhì)成分偏多，正是由于它的這種組成成分導(dǎo)致其粘度較大的，而且粘度隨著瀝青膠質(zhì)含量的增多而增加。特別的，溫度變化對(duì)稠油粘度的變化影響較大，并且稠油粘度隨溫度的升高呈拋物線降低的變化趨勢(shì)。我國(guó)稠油油藏具有膠質(zhì)含量較高而瀝青含量較少的特點(diǎn)，這就意味著我國(guó)稠油油藏的粘度高而相對(duì)密度較低。除此之外，我國(guó)稠油的含硫量、含蠟量、金屬含量以及烴類(lèi)的組成成分都相對(duì)較低。而且，由于我國(guó)大多數(shù)稠油油藏屬于次生油藏，一般會(huì)造成石蠟大量脫落，凝固點(diǎn)也相對(duì)較低。下表為我國(guó)石油行業(yè)稠油分類(lèi)的試行標(biāo)準(zhǔn)。

一般的稠油油田均屬于河流相沉積，包括天然堤微相、主水道微相、分支水道微相、砂壩微相和河漫灘微相。因此油藏較淺，一般都在2600m以上，其中絕大部分處于1000～1500m。油層的氣油比低造成地飽壓差低，一般壓力和氣溫都較低，有些地區(qū)甚至僅有0.58mPa。我國(guó)的稠油油藏主要儲(chǔ)層為砂巖，除了具有以上一般稠油油田的特征以外，還具有分布地區(qū)廣、類(lèi)型多、埋藏深度變化大的特點(diǎn)。

2、稠油油藏的分布概況

目前世界上的稠油、特稠油的可采量約為1510×108m3，探明量已經(jīng)超過(guò)了常規(guī)原油。隨著這兩種原油儲(chǔ)量的變化，我們逐漸走入了一個(gè)重質(zhì)原油的時(shí)代。世界重油資源主要分布在加拿大、俄羅斯、委內(nèi)瑞拉、科威特、伊拉克、中國(guó)等國(guó)家，典型的稠油油田主要有亨達(dá)頓油田、Beta油田、美國(guó)的威明頓油田、英國(guó)的Captain油田、英格伍德油田、小伯法羅油田、烏津油田、Maracaibo，Venezuela湖油田、Hamaca油田等。中國(guó)的常規(guī)原油和重油主要分布在山東的孤東、孤島油田，河北大港油田，克拉瑪依油田和渤海油田，目前中國(guó)的重油可采儲(chǔ)量大約為80億bbl。數(shù)據(jù)表明，對(duì)稠油的開(kāi)采潛力巨大，我國(guó)也有相當(dāng)?shù)膬?chǔ)量，應(yīng)該掌握稠油的開(kāi)采技術(shù)，把握重油市場(chǎng)。

3、稠油油藏開(kāi)發(fā)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

稠油油藏的開(kāi)采方式一般有冷采法、熱采法、常規(guī)水驅(qū)法、化學(xué)方法和露天開(kāi)采瀝青砂這五種，其中冷采法主要包括多分支水平井和出砂冷采法，而熱采法主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)和火燒油層等方法。目前，包括我國(guó)的勝利油田、遼河油田和渤海油田以及威明頓油田、Beta油田等的國(guó)內(nèi)外油田，主要運(yùn)用的開(kāi)發(fā)方式為冷采，即注水開(kāi)發(fā)。前蘇聯(lián)的少數(shù)油田也采用熱采法。由于稠油的熱特性，熱力開(kāi)采稠油可提高其開(kāi)發(fā)效果。

在稠油油藏開(kāi)采之前，一般要制定一定的開(kāi)采策略，在井網(wǎng)布置方面，為了利用后期的調(diào)整，在開(kāi)發(fā)初期直井開(kāi)采的油田一般采用反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)。但是，隨著稠油油藏開(kāi)采技術(shù)的提高，許多油田將井網(wǎng)布置為不規(guī)則井網(wǎng)，例如英國(guó)的Captain油田。

另外，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的稠油油藏開(kāi)采技術(shù)方面的研究專(zhuān)家，將重心放在超稠油的開(kāi)采方法上，而對(duì)特超稠油的機(jī)理和開(kāi)采方式研究較少。尤其是國(guó)內(nèi)，基于實(shí)驗(yàn)對(duì)特超稠油進(jìn)行研究，得到一些經(jīng)驗(yàn)公式，并未從理論上其滲透機(jī)理，對(duì)它的開(kāi)發(fā)更是嚴(yán)重缺乏理論依據(jù)。

4、稠油油藏的主要開(kāi)發(fā)方式與開(kāi)采規(guī)律

4.1稠油油藏的主要開(kāi)發(fā)方式

稠油油藏開(kāi)采工藝在國(guó)外已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，運(yùn)用一些新技術(shù)，如：水平井環(huán)道加熱蒸汽驅(qū)法，蒸汽輔助重力泄油法等，有效改善了開(kāi)發(fā)的效果。一般包括三種方式：?jiǎn)嗡骄羝掏路绞?、水平井與側(cè)上方直井組合驅(qū)泄混合開(kāi)采方式、水平井與上方直井組合蒸汽輔助重力泄油方式。

（1）單水平井蒸汽吞吐方式。這種方法利用水平井與油層的接觸面積大，熱量更集中的特點(diǎn)來(lái)改善稠油油藏的開(kāi)發(fā)效果。這種方式的原理簡(jiǎn)單，便于實(shí)施利用，其工藝風(fēng)險(xiǎn)小，收益顯著。

（2）水平井與側(cè)上方直井組合驅(qū)泄混合開(kāi)采方式。這種方式將前一方式進(jìn)行改進(jìn)，將兩口直井設(shè)計(jì)在水平井的側(cè)上方來(lái)注汽，利用水平井來(lái)采油。該方式彌補(bǔ)了前一種方式的不足，使直井和水平井之間的油層形成200oC的蒸汽層，可以同時(shí)利用蒸汽驅(qū)和重力泄油的方式進(jìn)行開(kāi)采，對(duì)儲(chǔ)量的控制程度有了明顯提高，同時(shí)可以有效的提高效率。

（3）水平井與上方直井組合蒸汽輔助重力泄油方式。在方式二的基礎(chǔ)上，在水平井的側(cè)上方再加入1～2口的注汽直井，使直井的周?chē)纬擅芏容^低的蒸汽層，油由于被蒸汽加入和分層，其中上部油層的油受到重力的作用向下流動(dòng)，位于下部的水平井便可將油采出。

4.2稠油油藏的開(kāi)采規(guī)律

（1）由于稠油的熱敏效應(yīng)，再加上井底周?chē)土坑酗柡投鹊南拗?，它的產(chǎn)量呈現(xiàn)周期性的變化規(guī)律。每個(gè)周期大概劃分為上升階段、高峰階段和緩慢遞減階段三個(gè)階段。在第一個(gè)階段里，周期產(chǎn)量逐漸上升，隨后進(jìn)入穩(wěn)定階段，然后周期產(chǎn)量經(jīng)過(guò)7輪的緩慢遞減以后便進(jìn)入高輪次的吞吐階段，周期產(chǎn)量逐漸降低直到平均周期遞減率為1%。

（2）采油量和注汽量在注汽量較低時(shí)存在著線性關(guān)系。累積注汽量超過(guò)一定界限后后，累積采油量呈現(xiàn)驟減的趨勢(shì)，斜率逐漸變緩，采油效果變差。

（3）采注比即采油量和注汽量的比值，這個(gè)數(shù)值和周期吞吐效果密切相關(guān)。由于蒸汽吞吐必須要降壓開(kāi)采，必須保證采出量大于注入量，才能使得下一輪的注汽量充足，在周期過(guò)半以后，地層能量降低過(guò)快周期遞減過(guò)大，采注比則呈現(xiàn)劇烈下降的趨勢(shì)。采注比上升，則采油量便增大，因此對(duì)采注比的合理控制對(duì)保證和穩(wěn)定一個(gè)地區(qū)的產(chǎn)量有著至關(guān)重要的作用。實(shí)際上，稠油采注比的變化規(guī)律，除了和外部因素有關(guān)外，還和原油性質(zhì)和儲(chǔ)層條件、舉升工藝等有關(guān)。

5、稠油油藏的開(kāi)發(fā)技術(shù)

稠油的開(kāi)發(fā)日漸見(jiàn)其重要性，而稠油油藏的開(kāi)發(fā)技術(shù)是稠油開(kāi)發(fā)的重要一環(huán)，能夠在經(jīng)濟(jì)有效的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，選擇合適的技術(shù)手段，對(duì)稠油進(jìn)行合理規(guī)范的開(kāi)發(fā)，提高稠油的開(kāi)采率是及其重要的一方面。本節(jié)通過(guò)查閱資料，總結(jié)了一些常見(jiàn)的技術(shù)手段和開(kāi)采稠油新技術(shù)。

（1）注蒸汽熱采技術(shù)

注蒸汽熱采技術(shù)是稠油開(kāi)采技術(shù)中使用最廣泛的技術(shù)。其原理是利用原油受熱后粘度降低、流動(dòng)性加強(qiáng)的特性，并且原油受熱后體積膨脹會(huì)使得殘余油的飽和度降低，更加有利于稠油油藏的開(kāi)采。最常見(jiàn)的注蒸汽熱采技術(shù)是蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)兩種方式，蒸汽吞吐是先向油井注入高溫蒸汽，然后將井蓋密封，讓蒸汽與原油長(zhǎng)時(shí)間接觸進(jìn)行充分的熱量交換，然后再開(kāi)井生產(chǎn)，當(dāng)采油困難、稠油量增多時(shí)再次重復(fù)上述過(guò)程。蒸汽驅(qū)方式是將蒸汽注入到專(zhuān)門(mén)的注汽井中，注汽井中的蒸汽在地層中變成熱的流體，將原油驅(qū)趕到生產(chǎn)井的四周，然后被開(kāi)采出來(lái)。蒸汽吞吐方式十分方便，短時(shí)間內(nèi)便可降低稠油度，達(dá)到開(kāi)采指標(biāo)，控制也比較容易，但是成本較高，反復(fù)注高溫蒸汽也有一定危險(xiǎn)性；蒸汽驅(qū)方式操作方便，重復(fù)次數(shù)少，但效果顯現(xiàn)慢，費(fèi)用回收周期長(zhǎng)。

（2）火燒油層開(kāi)發(fā)技術(shù)

火燒油層又稱(chēng)作火驅(qū)采油方式，與注蒸汽熱采技術(shù)中蒸汽驅(qū)方式類(lèi)似，需要注入井和生產(chǎn)井，按照一定的排列規(guī)律組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；馃蛯娱_(kāi)采技術(shù)是利用原油受熱一方面物理性質(zhì)會(huì)改變，另一方面可能發(fā)生熱解等化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生輕質(zhì)油，其方法是先將空氣或者氧氣等助燃?xì)怏w注入注入井，然后在井下引燃，并采用適當(dāng)技術(shù)將燃燒帶向生產(chǎn)井推進(jìn)，高溫的作用下會(huì)改變稠油的性質(zhì)，使得其便于開(kāi)采。

（3）微生物開(kāi)發(fā)技術(shù)

微生物開(kāi)發(fā)技術(shù)是利用微生物的代謝產(chǎn)物或者自身特性來(lái)改善采油環(huán)境。微生物在一定的培養(yǎng)條件下，可以產(chǎn)生能降低油水界面張力、減弱毛細(xì)管效應(yīng)的活性劑，還可以產(chǎn)生能溶解巖石的酸性物質(zhì)，有利于原油的滲透；部分微生物可以將原油進(jìn)行分解，可以將重質(zhì)油分解成輕質(zhì)油甚至是天然氣，這將大大提高原油的流動(dòng)性；某些細(xì)菌代謝出的生物聚合物具有對(duì)油水具有高分辨率的高滲透通道，有利于水分的分離。

（4）注CO2開(kāi)發(fā)技術(shù)

這是一種向稠油油層中注CO2氣體的方式進(jìn)行稠油開(kāi)采的技術(shù)措施。由于CO2有能夠降低原油粘度、降低底層壓力，造成溶解氣驅(qū)、降低水和油之間的界面張力，減少流動(dòng)阻力、酸化解堵，提高注入能力等優(yōu)點(diǎn)，能夠使油水分離，更容易采油。

（5）超稠油HDCS技術(shù)

對(duì)于超稠油，即粘度超過(guò)10萬(wàn)毫帕·秒，采用上述的注蒸汽熱采技術(shù)已經(jīng)不能取得很好的效果，新型HDCS四要素組合開(kāi)發(fā)技術(shù)可以有效的解決超稠油的開(kāi)采問(wèn)題。HDCS分別代表水平井（Horizontal Well）、油溶性復(fù)合降黏劑（Dissolver）、二氧化碳（Carbon Dioxide）和蒸汽（Steam），該技術(shù)使用高效油溶性復(fù)合降黏劑并利用二氧化碳輔助水平井注蒸汽吞吐，可以有效的降低油層熱量損失、大幅降低油層近井地帶粘度、適當(dāng)降低原油粘度，這有利于提高油藏利用效率、降低注氣啟動(dòng)壓力、提高稠油開(kāi)采量的同時(shí)降低了能耗。

（6）淺層稠油HDNS技術(shù)

淺層稠油HDNS技術(shù)是屬于HDCS技術(shù)中的一類(lèi)，更適合于較淺油藏的稠油開(kāi)采。HDNS分別代表水平井、油溶性復(fù)合降黏劑、氮?dú)猓∟itrogen）和蒸汽四種要素，氮?dú)獾闹饕饔檬墙档途矡釗p失，提高井底地?zé)釋訜崃坷寐室约霸黾拥貙幽芰俊?/p>

（7）蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術(shù)

蒸汽輔助重力泄油（Stream Assisted Gravity Drainage）是目前開(kāi)采超稠油的一項(xiàng)新興技術(shù)，其工作原理是首先將油層下部擠壓出一條水平裂縫，然后注入高溫蒸汽，油層內(nèi)會(huì)形成一條熱通道，熱通道中的熱蒸汽會(huì)向四周擴(kuò)展與油層中的原油進(jìn)行充分的熱交換，原油受熱后流動(dòng)性增強(qiáng)，在重力的作用下向下流動(dòng)，可流動(dòng)的原油進(jìn)入采油井后便可以比較容易的采出。SAGD技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于蒸汽不斷的擴(kuò)散可以拓寬熱通道寬度，會(huì)更大限度的提高蒸汽與油層的接觸面積，極大提高了蒸汽熱能的利用效率。水平井SAGD井對(duì)配置一般分為3種類(lèi)型：雙水平井、水平井直并井組合方式、單井SAGD模式。

（8）稠油出砂冷采技術(shù)

加拿大是最早研究稠油出砂冷采技術(shù)的國(guó)家之一。稠油出砂冷采技術(shù)是利用出砂后形成的具有高滲透特性的蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)以及泡沫油流的彈性膨脹、降粘作用來(lái)開(kāi)采稠油的一項(xiàng)技術(shù)。蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以使得油層的孔隙度擴(kuò)大并大幅度增強(qiáng)原油滲透率，泡沫油流具有彈性膨脹和降粘的作用，與原油混合會(huì)使得原油密度降低，流動(dòng)性增加。稠油出砂技術(shù)開(kāi)采成本低、日產(chǎn)油量較高，在對(duì)稠油開(kāi)采過(guò)程中使用廣泛。

6、結(jié)束語(yǔ)

稠油油藏的儲(chǔ)量可觀，逐步發(fā)展為重要的原油資源，但對(duì)其開(kāi)采方法的理論機(jī)理研究不夠明朗，本文從稠油的定義、分類(lèi)、分布狀況以及開(kāi)發(fā)規(guī)律各個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)概括，重點(diǎn)闡述了稠油油藏的常規(guī)開(kāi)采方法和新技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)稠油油藏的開(kāi)發(fā)有著至關(guān)重要的意義。