稠油熱化學(xué)驅(qū)提高采收率機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展

廖輝 吳婷婷 鄧猛 杜春曉 崔政

摘 ?????要：熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)是在輕質(zhì)油化學(xué)驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)稠油開采技術(shù)，綜述了幾種熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，及提高稠油采收率機(jī)理，同時(shí)指出了該技術(shù)目前存在的問題，并提出了相關(guān)建議。認(rèn)為熱復(fù)合化學(xué)技術(shù)將是稠油開發(fā)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。

關(guān) ?鍵 ?詞：稠油;熱復(fù)合化學(xué);機(jī)理;開發(fā)

中圖分類號(hào)：TE 327???????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A ??????文章編號(hào)：1671-0460（2019）11-2623-04

Research Progress of Mechanism and Application of

Thermochemical Flooding Technology for Improving Heavy Oil Recovery

LIAO Hui， WU Ting-ting， DENG Meng，?DU Chun-xiao，?CUI Zheng

（CNOOC Tianjin Branch， Tianjin 300459， China）

Abstract： ?The thermochemical flooding technology is a heavy oil recovery?technology developed on the basis of light oil chemical flooding. In this paper， research and application status?of several?thermochemical flooding technologies was introduced as well as the mechanism of improving heavy oil recovery.?Meanwhile， the existing problems of these thermochemical flooding technologies?were analyzed， and some suggestions?were put forward. It was?pointed out that the thermochemical flooding technology?would be one of the most important and efficient techniques for?improving heavy oil recovery.

Key words： ?heavy oil; thermochemical flooding; mechanism; exploitation

稠油是世界石油資源的一個(gè)非常重要的組成部分^[1]。目前全球稠油資源探明儲(chǔ)量超過3 000×10⁸?t^[2]，所以在資源日益緊缺的時(shí)代，稠油開采顯得尤為重要。世界稠油資源豐富的國(guó)家有加拿大、委內(nèi)瑞拉、美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)^[2]等。我國(guó)主要分布在勝利油田、遼河油田、新疆等油田^[2]。稠油具有密度大、高黏、流動(dòng)性差等特點(diǎn)，常規(guī)方法未能有效的對(duì)其進(jìn)行開采^[3]。稠油的開采主要在于降低流動(dòng)阻力，使其易于流動(dòng)。目前，稠油開采主要有注蒸汽開發(fā)的蒸汽驅(qū)、蒸汽吞吐、SAGD以及火燒油層等熱力采油技術(shù)^[4]。然而稠油開采的主要制約因素是密度大、黏度高、流動(dòng)性差，注蒸汽開發(fā)過程中，稠油，特別是不流動(dòng)的超稠油，由于黏度差異，會(huì)導(dǎo)致蒸汽超覆，指進(jìn)等現(xiàn)象^[5]，同時(shí)，由于流體與巖石的界面性質(zhì)，蒸汽并不能完全將稠油從巖石壁剝離，所以波及范圍與驅(qū)油效率均較低，從而影響最終采收率，因此必須采用升溫、降黏等措施開采。為解決這一系列難題，20世紀(jì)70年代后期，出現(xiàn)了熱復(fù)合化學(xué)技術(shù)，研究表明，將耐高溫的化學(xué)劑作為添加劑隨熱流體一同注入地層，通過化學(xué)劑與熱流體的綜合、協(xié)同效應(yīng)，改善熱采效果，可進(jìn)一步提高稠油采收率。目前，熱復(fù)合化學(xué)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)稠油油田試驗(yàn)開發(fā)中獲得成功，但是還未大規(guī)模應(yīng)用。本文綜述了稠油熱化學(xué)在油田的應(yīng)用研究進(jìn)展及其機(jī)理，并分析了其存在的問題。

1 ?應(yīng)用研究進(jìn)展

1.1??熱/稠油降黏劑技術(shù)

1.1.1 ?油溶性降黏劑

由于原油組成復(fù)雜，主要由飽和烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)四部分組成，對(duì)于不同稠油其降黏機(jī)理存在一定差異。稠油黏度高主要是因?yàn)槟z質(zhì)、瀝青質(zhì)以及蠟通過氫鍵形成有序的平面重疊堆砌狀聚集體。油溶性降黏劑是在降凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是通過借助溶劑或高溫，滲入稠油中的膠質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)分子間，降低分子間作用力^[6]，分散瀝青質(zhì)分子聚集體，使原有序的平面重疊堆砌狀聚集體結(jié)構(gòu)變的疏松，以起到降黏的作用^[7]。主要可分為聚合物型、縮合物型及高分子表面活性劑型3種類型。

20世紀(jì)60年代，應(yīng)用于利比亞和阿爾及利亞混合輸送原油的ECA-841流動(dòng)改性劑為報(bào)道的最早的油溶性降黏劑，10?℃時(shí)，1?200?ppm加量下，能使原油黏度降低到54?cp，降黏率65.8%。隨后，國(guó)內(nèi)外均開展了研究。燕玉峰^[8]研究YZ-31對(duì)濱南油田超稠油降黏效果，發(fā)現(xiàn)90?℃時(shí)，5%加量下，降黏率能達(dá)到80%以上，具有一定的耐溫能力。

由于原油組成復(fù)雜，油溶性降黏劑依據(jù)的是相似相溶原理，因此油溶性降黏劑具有較強(qiáng)的選擇性。油溶性降黏劑不需要外力即可降黏，但是其用量較大，降黏率有限，即便降黏效果較好的，降黏率一般也不超過70%，因此，關(guān)鍵還是需要開展多劑復(fù)配研究，并與其它降黏技術(shù)配合使用，提高稠油降黏效果，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性。

1.1.2 ?水溶性降黏劑

由于水溶性降黏劑主要是表面活性劑，所以其降黏機(jī)理主要是表面活性劑降低油水界面張力，在外力作用下，與稠油生成水包油型乳狀液以降低稠油黏度。按照離子類型分類主要有，非離子型，陽離子型，陰離子型，兩性表面活性劑四種。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)加州在四口注蒸汽井中混合注入一種非離子高分子表面活性劑，共增產(chǎn)原油18?600?t，研究發(fā)現(xiàn)該表面活性劑在巖壁形成了一層薄膜，能夠有效改善油藏滲透率，提高原油流動(dòng)能力，同時(shí)還具有明顯的破乳效果^[9]。廖輝^[10]等研究了NP系列深層超稠油井筒乳化降黏劑對(duì)西部G油田深層超稠油乳化性能研究，結(jié)果表明80?℃下，2%的加量能使原油黏度降至100?mPa·s以下，降黏率達(dá)到99%以上，滿足油田舉升要求。

目前市售水溶性降黏劑多為磺酸鹽類的表面活性劑及一些非離子型表面活性劑，但是能與稠油注蒸汽熱采開發(fā)一起使用的耐高溫且廉價(jià)的表面活性劑種類仍較少。水溶性降黏劑降黏率高，能達(dá)到99%以上，但是需要借助一定外力作用，如井筒乳化降黏舉升中，抽油桿的作用，此外，表面活性劑乳化性能過好也會(huì)造成乳狀液穩(wěn)定性不可控，對(duì)乳狀液破乳及水處理造成了一定困難，因此關(guān)鍵還是需要研制配套的高效破乳劑及耐高溫的高效降黏劑。

1.2??熱/堿驅(qū)技術(shù)

熱/堿復(fù)合驅(qū)技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，其機(jī)理較為復(fù)雜，目前主要認(rèn)為蒸汽的熱效應(yīng)能降低稠油黏度，堿能和石油中的有機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)生成具有表界面活性的物質(zhì)，此外，堿的加入還能增加注入蒸汽的重力，改善水油流度比，減緩蒸汽突破造成的竄流和蒸汽超覆現(xiàn)象^[11]。鄧育明^[12]通過室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，在稠油蒸汽驅(qū)中添加廉價(jià)的造紙廢液是可行的，改善開發(fā)效果明顯，且稠油酸值越大，乳化效果越好，同時(shí)也能使有害的造紙廢液得到有效處理，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保價(jià)值。

調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，雖然在蒸汽驅(qū)過程中加入堿能明顯改善驅(qū)替效果，但是也存在一些問題，由于地層巖石吸附，特別是高溫條件下，堿耗較大，同時(shí)，堿的加入對(duì)管柱和地層均會(huì)造成一定傷害，造成巨大影響，如結(jié)垢及管柱腐蝕，此外，產(chǎn)出液乳化嚴(yán)重對(duì)水處理也有一定影響。熱堿驅(qū)由于其機(jī)理復(fù)雜，即便室內(nèi)研究效果明顯，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成功的例子卻不多，因此，該技術(shù)的推廣應(yīng)用受到了較大限制。目前熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)添加劑的趨勢(shì)是低堿甚至是無堿，或者有機(jī)堿，并與表面活性劑或者聚合物復(fù)合使用。

1.3??熱/聚合物驅(qū)技術(shù)

由于水油流度比的差異，水驅(qū)過程中存在指進(jìn)現(xiàn)象，因而發(fā)展了聚合物驅(qū)技術(shù)。而對(duì)于稠油，則提出了熱/聚合物驅(qū)技術(shù)，主要是因?yàn)樽⒄羝^程中，蒸汽重力超覆和氣竄，嚴(yán)重影響了開發(fā)效果。機(jī)理與聚合物驅(qū)類似，主要是利用蒸汽降低稠油黏度，聚合物調(diào)整蒸汽注入剖面，改善蒸汽注入效果，提高采收率。俄羅斯某油田在進(jìn)行部分井熱聚合物驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，7年內(nèi)，年增產(chǎn)原油10萬t，成本較單一聚驅(qū)降低近三分之一^[1]。我國(guó)中國(guó)石油大學(xué)于1997年首次進(jìn)行了熱聚合物驅(qū)技術(shù)油藏?cái)?shù)值模擬，證明了稠油熱驅(qū)后采用該技術(shù)能進(jìn)一步提高采收率^[13]。目前稠油熱/聚合物驅(qū)技術(shù)已在遼河油田試驗(yàn)成功^[14]。但是常規(guī)聚合物不耐溫，且對(duì)原油黏度有一定要求，市面雖有合成的耐高溫聚合物，但是價(jià)格高昂，所以聚合物在熱采中應(yīng)用效果并不理想，因此研制出廉價(jià)的耐高溫型聚合物是熱-聚合物驅(qū)的關(guān)鍵，同時(shí)也有學(xué)者研究出了一些新型聚合物，通過在聚合物分子鏈上接上表面活性劑的活性官能團(tuán)，使聚合物具有表面活性，從而讓聚合物兼具聚合物和表面活性劑的雙重特性，一劑雙用，如：稠油活化水驅(qū)技術(shù)。

1.4??熱/表面活性劑驅(qū)技術(shù)

表面活性劑具有明顯改善界面性質(zhì)的功能。熱/表面活性劑驅(qū)的機(jī)理與表面活性劑驅(qū)油機(jī)理類似，主要是利用加熱降低原油黏度，表面活性劑吸附改變巖石潤(rùn)濕性，并降低油水界面張力，將原油剝離巖石表面，乳化形成水包油型乳狀液，此外，乳狀液小液滴還具有明顯的調(diào)剖功能，從而提高采收率^[2，15]。李錦超^[16]通過研究孤島三區(qū)原油與表面活性劑LC的性能發(fā)現(xiàn)，加入表面活性劑采收率較熱-堿驅(qū)提高10.85%。高明^[17]研究了蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)并注入表面活性劑，結(jié)果表明表面活性劑加入過多，蒸汽降黏效果欠佳，表面活性劑加量過小，降低界面張力與改變潤(rùn)濕性效果較差，只有表面活性劑與蒸汽達(dá)到一定比例才能起到最佳的驅(qū)油效果。

巖石吸附損耗對(duì)表面活性劑驅(qū)實(shí)施及效果影響較大，所以目前應(yīng)用最廣的是陰離子型表面活性劑，以羧酸鹽，磺酸鹽及硫酸酯鹽為主。表面活性劑對(duì)稠油開發(fā)具有重要作用，但是表面活性劑單獨(dú)使用時(shí)，效果欠佳，多與堿，聚合物復(fù)配使用，且稠油組成復(fù)雜，針對(duì)不同油田稠油，很少有一種普適性的表面活性劑，多是復(fù)配使用，且注蒸汽開發(fā)時(shí)，需要表面活性劑能耐高溫（>200?℃），而目前市售表面活性劑能達(dá)到此要求的仍較少且價(jià)格高昂，因此，制約表面活性劑在稠油熱采中應(yīng)用的關(guān)鍵，是能否開發(fā)出成本低且性能優(yōu)良的新型表面活性劑，如雙子表面活性劑，雙子表面活性劑具有聚合物獨(dú)特的流變性和表面活性劑優(yōu)異的表界面性能，且耐溫耐鹽，但是價(jià)格比常規(guī)單鏈表面活性劑貴。

1.5??熱/泡沫驅(qū)技術(shù)

氮?dú)馀菽且环N分散體系，體系中表面活性劑溶液作連續(xù)相，起起泡作用，氮?dú)庾鳟a(chǎn)生氣泡的分散相^[18-20]。泡沫驅(qū)兼具單一氣驅(qū)和單一表面活性劑驅(qū)的雙重特性，具有獨(dú)特的流變性，性能更優(yōu)異^{[21，22]}。注蒸汽過程中，蒸汽氣竄，蒸汽超覆等現(xiàn)象必不可免，因此熱/泡沫驅(qū)技術(shù)也是稠油開發(fā)過程中一項(xiàng)重要技術(shù)，所以其在油田開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。其機(jī)理與泡沫驅(qū)相似，主要是（1）利用熱降低原油黏度;（2）泡沫改善流度，調(diào)整蒸汽注入剖面，擴(kuò)大波及體積^[23-25];（3）降低油水界面張力，提高洗油效率;（4）泡沫獨(dú)特的選擇封堵性能。（5）增加彈性能量，補(bǔ)充地層能量^[26，27];（6）氣驅(qū)。熱/泡沫驅(qū)技術(shù)始于上世紀(jì)80年代，隨后國(guó)外開展了一系列蒸汽-泡沫驅(qū)礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明了該技術(shù)能有效的擴(kuò)大蒸汽波及，提高原油采收率^{[28，29]}。郭東紅^[30]等研制了一種高溫防竄化學(xué)體系“蒸汽+尿素+高溫防竄化學(xué)劑”并將其在遼河油田進(jìn)行了礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明泡沫在高溫下也具有較好的穩(wěn)定性，有效改善蒸汽注入剖面，提高吞吐效果，同時(shí)也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。曹嫣鑌^[31]利用室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高溫泡沫體系能有效抑制蒸汽竄，改善稠油油藏多輪次吞吐后期開發(fā)效果。曹嫣鑌^[32]針對(duì)樂安油田曹20區(qū)塊多輪次吞吐存在的經(jīng)濟(jì)效益差等問題，開展了高溫泡沫體系改善吞吐效果研究，發(fā)現(xiàn)殘余油飽和度小于0.22，以氮?dú)馀菽熳〉姆绞侥苡行岣咄掏滦Ч?，證明了高溫泡沫體系存在適用界限。

泡沫具有獨(dú)特的流變性能，其對(duì)非均質(zhì)地層具有獨(dú)特的適應(yīng)性^[33]。泡沫驅(qū)對(duì)泡沫的穩(wěn)定性和起泡性能決定著泡沫驅(qū)性能的優(yōu)劣，泡沫性能的高效發(fā)揮仍然依賴高性能泡沫體系的研發(fā)，此外，泡沫在稠油高溫蒸汽熱采中的滲流機(jī)理也需要進(jìn)一步深入探究。

1.6 ?其他技術(shù)

此外，還有水熱催化裂解及稠油井下改質(zhì)等一系列先進(jìn)稠油熱化學(xué)技術(shù)，這些技術(shù)針對(duì)的是通過化學(xué)反應(yīng)降低稠油中的重質(zhì)組分比例，提高輕質(zhì)組分含量，使稠油發(fā)生改質(zhì)，提高稠油流動(dòng)性能^[34]，易于采出，從而提高采收率，同時(shí)也具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。該類技術(shù)相比目前稠油熱采技術(shù)，具有施工方便，無污染等優(yōu)勢(shì)。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者均做過相關(guān)研究，并獲得成功，但是該類技術(shù)由于受限制條件較多，且在目前技術(shù)水平下，還未得到礦場(chǎng)應(yīng)用，同時(shí)價(jià)格也相對(duì)較高。但是該技術(shù)也給稠油開發(fā)指出了一個(gè)新思路，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，該類技術(shù)將具有較大的應(yīng)用前景。

2 ??結(jié) 論

熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)是在輕質(zhì)油化學(xué)驅(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該技術(shù)目前已經(jīng)國(guó)內(nèi)多個(gè)稠油油田開發(fā)試驗(yàn)中獲得成功，但是目前尚處于試驗(yàn)階段，未大規(guī)模應(yīng)用。

（1）熱化學(xué)涉及到熱力學(xué)，化學(xué)，滲流力學(xué)等多學(xué)科，機(jī)理較為復(fù)雜，因此，仍需通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與礦場(chǎng)結(jié)合，進(jìn)一步深入研究，了解提高采收率機(jī)理，并準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)值模擬表征。

（2）注蒸汽開發(fā)是目前稠油開發(fā)的主要技術(shù)之一，針對(duì)蒸汽開發(fā)過程中存在的一些問題，發(fā)展了熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)，熱復(fù)合化學(xué)技術(shù)能否規(guī)?；瘧?yīng)用，關(guān)鍵在于廉價(jià)、耐溫新型化學(xué)藥劑的研發(fā)，這仍需要多學(xué)科共同努力。

（3）熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)將是稠油規(guī)模化有效開發(fā)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，同時(shí)也仍然需要不斷加強(qiáng)對(duì)新型熱復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)的研究。

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