稠油開采前景無限

■ 王大銳

稠油，顧名思義，是一種比較黏稠的石油。因其黏度高，密度大，國外一般都稱之為重油，我們習(xí)慣稱之為稠油，這是相對稀油而命名的。稠油含輕質(zhì)餾分少，膠質(zhì)與瀝青含量高。稠油很難流動，這是稠油黏度高造成的，有的稠油像“黑泥”一樣，可用鐵鍬鏟，用手抓起。用科學(xué)的語言，就是稠油的流動性太差了，這樣黏稠的油，自然很難從地下采出。

稠油資源豐富的國家有加拿大、委內(nèi)瑞拉、美國、前蘇聯(lián)、中國和印度尼西亞。

稠油熱采工藝包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)等，具有工藝簡單、實施方便等優(yōu)勢，但蒸汽吞吐等稠油熱采工藝主要是利用溫度效應(yīng)降低稠油黏度，屬于物理變化，在油井注汽結(jié)束后的生產(chǎn)過程中，受熱區(qū)域?qū)⒅饾u冷卻，導(dǎo)致稠油失去流動性。

納米催化劑催化降黏采油

納米材料以其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用都受到關(guān)注，納米催化劑具有比表面積大、催化活性高等優(yōu)點，已在石油化工、醫(yī)藥合成等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在開放體系中考察微波輔助條件下納米金屬鐵、氧化鐵以及銅對瀝青質(zhì)分子斷裂的催化效應(yīng)，表明在無水條件下加入一定量的納米金屬催化劑可以有效催化瀝青分子裂解生成低沸點有機物，在200℃下加入1%納米鐵催化劑約有40%的輕質(zhì)組分生成，證明了瀝青質(zhì)分子發(fā)生了水熱裂解以外的其他裂解反應(yīng)。納米金屬催化活性高，但化學(xué)性質(zhì)活潑易被氧化，井下改質(zhì)降黏過程中容易導(dǎo)致催化劑中毒；而金屬氧化物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并具有很好催化降黏作用。我國石油科技人員以納米炭黑為催化劑微波加熱改質(zhì)新疆稠油，發(fā)現(xiàn)粒徑最小的納米炭黑具有最好的催化降黏效果，粒徑21nm反應(yīng)溫度150℃，稠油降黏率達到94%，而微米石墨烯對稠油的降黏率只有20%左右。

納米催化劑具有比表面積大、催化活性高等優(yōu)點，但納米微粒的分散性差、易于團聚，很難充分發(fā)揮催化作用；因此提高納米催化劑的單分散性和納米微粒的表面功能化是解決納米催化劑在稠油水熱裂解應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。

聚合物驅(qū)油技術(shù)

埋藏很深的稠油，采用熱采方法，熱量損失嚴(yán)重，成本急劇增加。因此，開展非熱采的化學(xué)驅(qū)方法來進一步提高稠油油藏的采收率對于提高整個稠油的產(chǎn)量就具有重要的意義。

1977年，馬拉松石油公司的兩位科學(xué)家B. L. Knight和J. S. Rhudy率先提出了利用聚合物驅(qū)來提高稠油采收率的想法，并利用裝有油砂的填砂管針對不同濃度的聚丙烯酰胺（PAM）溶液進行了驅(qū)替實驗。近年來，隨著人們對于稠油開采的重視，利用聚合物驅(qū)來提高稠油采收率越來越引起關(guān)注。隨著稠油黏度的提高，聚合物體系的有效粘度也要有相應(yīng)地提高，驅(qū)油效率才會隨之升高?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)聚合物驅(qū)采收率與聚合物驅(qū)開始時的水油兩相的流度比有很好的關(guān)聯(lián)。因此，水驅(qū)不宜太久，聚合驅(qū)油實施得越早越好。

為了減少聚合物的用量。技術(shù)人員通過實驗研究了聚合物驅(qū)和CO2結(jié)合PV的CO2和0.5 PV的水驅(qū)，采收率能達到15.3%，而單純利用0.8 PV的聚合物驅(qū)，采收率能達到12.9%；利用0.2 PV的聚合物、0.2 PV的CO2和0.8 PV的水驅(qū)，采收率能達到18.7%。很明顯，CO2和聚合物結(jié)合，不但能提高采收率，還能降低聚合物和CO2的用量。

加拿大薩斯卡徹溫省阿爾伯塔省的稠油因油層太薄（3～8米）等原因不適合用熱采，而利用化學(xué)驅(qū)可以很好地提高采收率，并提出化學(xué)驅(qū)主要起到兩方面的作用：一是降低油水界面張力，從而起到降低殘余油飽和度的作用；二是低的界面張力有利于促進乳狀液的形成，從而起到降低水油流度比的作用。對于常規(guī)原油，水驅(qū)后剩余油受毛細(xì)管力束縛而不可流動，因此，降低油水間的界面張力可以提高原油采收率。但是，對于稠油，限制其水驅(qū)后剩余油流動的主要因素是水油流度比的差異引起的黏性指進作用，而受毛細(xì)管力的束縛作用較小。

從國外多個油田和我國的大慶油田的實踐來看，聚合物驅(qū)可以在水驅(qū)后繼續(xù)提高稠油的采收率，具有較高的經(jīng)濟效益，聚合物體系的黏度直接決定了應(yīng)用的效果，現(xiàn)場實際應(yīng)用也已經(jīng)證實了這一點。

火驅(qū)輔助重力泄油

水平井火驅(qū)輔助重力泄油技術(shù)是新近問世的一項稠油開發(fā)技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)特點是將水平井引入到火燒油層的開發(fā)過程，實現(xiàn)了原油的短距離驅(qū)替，突破了火驅(qū)技術(shù)應(yīng)用的地層原油黏度上限，大大拓展了火驅(qū)技術(shù)應(yīng)用的油藏范圍。三維火驅(qū)物理模擬實驗系統(tǒng)由注入系統(tǒng)、模型本體、測控系統(tǒng)及產(chǎn)出系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。經(jīng)過軟件反演可以得到油層中任意溫度剖面，通過溫度剖面可以判斷燃燒帶前緣在平面和縱向上的展布規(guī)律。主要有以下幾個階段：

（1）點火啟動階段。高的點火溫度（500℃以上）是實現(xiàn)點火啟動的必要條件，同時點火位置應(yīng)選擇油層的中上部。點火啟動階段的控制十分重要，在該階段燃燒區(qū)域相對較小，并且會有相當(dāng)一部分熱量隨產(chǎn)出流體從水平井排出，相對于常規(guī)火驅(qū)來說熱量聚集速度要慢。在筆者進行的一系列三維實驗中也出現(xiàn)過由于對點火溫度和注氣量控制不當(dāng)導(dǎo)致的點火不充分，甚至在點火啟動階段熄火的現(xiàn)象，熄火后再次點燃油層的難度很大，而點火不充分將會導(dǎo)致燃燒前緣溫度相對較低，這將對燃燒前緣的擴展和泄油穩(wěn)定造成不利影響。

（2）徑向擴展階段。點火啟動成功后，燃燒區(qū)域繼續(xù)向四周和下部擴展，高溫燃燒前緣保證了高的氧化速率，使注入的氧氣被完全消耗，燃燒后的高溫氣體直接流向水平井的趾端。在結(jié)焦帶推進到水平生產(chǎn)井趾端之前，燃燒區(qū)域四周壓力梯度大致相同，燃燒前緣在平面上以徑向的方式擴展，擴展面為橢圓形狀，長軸沿水平井方向，由于氣體的超覆作用，燃燒區(qū)域的半徑在平面上從油層上部到下部逐漸減小，此階段為燃燒前緣徑向擴展階段。在這一階段，維持燃燒前緣穩(wěn)定推進的關(guān)鍵在于注氣速率與燃燒區(qū)域耗氧量相一致，注氣量過低將影響燃燒前緣的擴展能力，注氣量過高則有可能導(dǎo)致氧氣從水平井趾端突破。

（3）向前推進階段。隨著燃燒前緣的繼續(xù)推進，焦炭開始在水平井趾端沉積，結(jié)焦帶阻止了氧氣直接進入水平井筒，并使燃燒后氣體穿過結(jié)焦帶流向水平井封堵段之前的射孔段，隨原油一起產(chǎn)出。很明顯，此時沿水平井垂向剖面方向的壓力梯度與沿水平井兩側(cè)方向的壓力梯度相比要大，燃燒前緣沿水平井方向的推進速度加快，而沿水平井兩側(cè)方向的擴展能力減小，這些因素將導(dǎo)致燃燒前緣在平面上以“楔形”向前推進。從室內(nèi)實驗看，這種“楔形”推進是一（直井）注、一（水平井）采的井網(wǎng)模式下的必然結(jié)果。要改變這種狀態(tài)，使燃燒帶前緣盡可能向水平井兩側(cè)擴展，需要完善井網(wǎng)模式，如在水平井兩側(cè)增加排氣/生產(chǎn)井等。

從現(xiàn)有室內(nèi)模擬實驗看，燃燒前緣沿水平井的突進是火驅(qū)輔助重力泄油過程中的最大不利因素。在礦場實際條件下，當(dāng)水平井射孔段暴露于高溫注入空氣之下時，一旦操控不當(dāng)，氧氣隨著高溫可動油進入水平段，就會發(fā)生燃燒。從油藏上看，一旦形成熱前緣突破會大大降低平面波及系數(shù)，且很難調(diào)整和逆轉(zhuǎn)；從工程上看，一旦操作制度不合理，則很容易形成熱前緣和氧氣前緣的突破，可能燒毀水平井段并危及井口和地面。如何抑制燃燒前緣沿水平井的突破將是決定礦場順利實施的關(guān)鍵因素。根據(jù)現(xiàn)有的室內(nèi)三維物理模擬實驗結(jié)果和操作經(jīng)驗，建議礦場試驗在井網(wǎng)模式、點火參數(shù)和注采制度等幾個方面采取措施。

即使在低油價的現(xiàn)狀下，石油界對稠油的開發(fā)研究也沒有絲毫的懈怠，人們將利用多種現(xiàn)代化手段獲取更多的能源。