稠油復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

【摘 要】目前，常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)在國(guó)內(nèi)外稠油油田中的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。由常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)衍生出的二元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)、多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)可以進(jìn)一步提高熱采效果。

【關(guān)鍵詞】稠油油藏;復(fù)合蒸汽吞吐;二元;多元

0 前言

在稠油蒸汽吞吐過(guò)程中，隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導(dǎo)致了較低的油汽比以及不佳的經(jīng)濟(jì)效益[1]。同時(shí)隨著高黏稠油油藏的不斷發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)可達(dá)到的開(kāi)發(fā)效果已無(wú)法滿足油田需求。

由常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)衍生出的二元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)、多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)可以進(jìn)一步提高熱采效果。如非烴氣輔助蒸汽吞吐由于重力分異可以擴(kuò)大蒸汽縱向波及體積，非烴氣分布在油層頂部，緩解主力層段上部蒸汽超覆，提高儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度。空氣輔助蒸汽吞吐由于空氣中氧氣與原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，放出熱量，可以進(jìn)一步提高蒸汽前緣溫度，擴(kuò)大蒸汽平面波及體積[2，3]。

1 常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)

蒸汽吞吐技術(shù)包含以下三個(gè)實(shí)施階段：第一階段是注入階段，依據(jù)設(shè)計(jì)的注入量在幾天至幾周的時(shí)間內(nèi)將熱蒸汽注入油藏中;第二階段是燜井階段，即保持井筒關(guān)閉的狀態(tài)使得油藏經(jīng)歷一個(gè)短期的“吸熱期”，該階段通常時(shí)間較短，僅有數(shù)天時(shí)間;第三階段是采出階段，讓油井以自噴或機(jī)械采油的方式將原油從油藏中開(kāi)采出來(lái)，由于蒸汽注入量、油藏特性、井況等因素的不同，該階段的持續(xù)時(shí)間從數(shù)天至數(shù)月不等。當(dāng)?shù)谌A段的原油產(chǎn)量遞減到一個(gè)較低的值時(shí)，就可以考慮開(kāi)始新一輪的吞吐周期。

蒸汽吞吐技術(shù)開(kāi)采稠油的主要機(jī)理有以下幾點(diǎn)：通過(guò)增加地層溫度降低原油黏度;溶解氣驅(qū)作用;通過(guò)增加近井地帶壓力帶來(lái)的地層壓實(shí)作用;重力泄油作用等。在低周期吞吐時(shí)地層壓實(shí)是主要的驅(qū)替機(jī)理，但它的作用隨著周期數(shù)的增加而迅速減弱;在低周期吞吐時(shí)，溶解氣驅(qū)是次重要的驅(qū)替機(jī)理，并且它的作用逐步提升，至中周期吞吐時(shí)貢獻(xiàn)最大;在高周期吞吐時(shí)，重力泄油和蒸汽擴(kuò)散成為了主要的驅(qū)替機(jī)理。

典型的蒸汽吞吐壽命是8-12周期。即便是很成功的蒸汽吞吐案例，隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導(dǎo)致了較低的油汽比以及不佳的經(jīng)濟(jì)效益。

2 二元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)

常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)在國(guó)內(nèi)外稠油油田的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，但隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導(dǎo)致了較低的油汽比以及不佳的經(jīng)濟(jì)效益。隨著人們對(duì)采收率與經(jīng)濟(jì)效益提出的更高要求，常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)已逐漸無(wú)法滿足稠油油田開(kāi)發(fā)的需要，由此衍生出二元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)。

二元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)即除蒸汽外，協(xié)同注入另一種介質(zhì)，籍此提升蒸汽吞吐的開(kāi)發(fā)效果。其提高采收率機(jī)理主要有[4，5]：

若協(xié)同注入介質(zhì)為氣體，則可通過(guò)加熱和氣體溶解降低原油黏度。實(shí)驗(yàn)研究表明二氧化碳的輔助降黏效果優(yōu)于氮?dú)獾妮o助降黏效果，注干氣也可取得一定的輔助降黏效果。

（1）若協(xié)同注入介質(zhì)為氣體，通過(guò)氣體的協(xié)同注入可擴(kuò)大重力泄油作用。稠油和氣體間的重力差對(duì)加熱后原油的重力泄油作用來(lái)說(shuō)是非常有利的，此時(shí)的重力差相當(dāng)于原油采出的一種驅(qū)動(dòng)力，若不考慮氣體在油、水中的溶解，該值可以利用簡(jiǎn)單公式計(jì)算。利用公式可繪制出的稠油、氣體間的重力差圖版。圖版中若出現(xiàn)負(fù)值是由于蒸汽在高壓和低溫下轉(zhuǎn)化成了水，油水間重力差的不同促使原油向上運(yùn)移。N2、CO2與原油間的重力差不同是由于壓縮性的差異。在原油密度為950kg/m3，地層厚度為20m的條件下，當(dāng)油藏壓力衰竭到5MPa時(shí)，在200-300℃下注入氮?dú)?，此時(shí)的重力差接近0.2MPa，可以看出在衰竭油藏中重力差對(duì)泄油的貢獻(xiàn)很大。

（2）通過(guò)注入化學(xué)劑改善注入表現(xiàn)。降黏劑可以像類(lèi)似于前置段塞一樣注入到地層中，提高流體注入性，同時(shí)起泡劑可以限制蒸汽和氣體的指進(jìn)，增加蒸汽和氣體的波及體積，從而增加驅(qū)替效率，防膨劑可以可以穩(wěn)定粘土礦物避免地層滲透率下降的傷害。

BOscan 等人研究了在蒸汽吞吐?tīng)F井過(guò)程中注入干氣（CH4）對(duì)蒸汽吞吐效果的影響，結(jié)果表明相對(duì)于常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)來(lái)說(shuō)，注入干氣可以增大汽腔范圍，進(jìn)一步降低原油黏度，且增加水平井末端的溫度，使得周期原油產(chǎn)量增加。

氮?dú)饩哂斜绕渌麣怏w（二氧化碳、甲烷等）更高的膨脹性，能夠防止蒸汽在油層中的超覆作用、降低井筒熱損失、提高井底蒸汽干度、提高蒸汽驅(qū)替效率、補(bǔ)充地層能量、增加地層壓力，擴(kuò)大加熱范圍，減少覆蓋層熱損失。Y. DU等人研究了氮?dú)廨o助蒸汽吞吐技術(shù)在超稠油油藏中的開(kāi)發(fā)機(jī)理及可行性，由于氮?dú)庠谠椭械娜芙舛群艿?，氮?dú)庠诟纳瞥碛土鲃?dòng)能力方面的效果很弱，因此氮?dú)獾闹饕o助機(jī)理是低熱傳導(dǎo)效應(yīng)和增能，同時(shí)確定出研究區(qū)塊最佳的氮?dú)庹羝葹?0[5，6]。

3 多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)

多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)即除蒸汽外，協(xié)同注入兩種或兩種以上的其余介質(zhì)，以提升熱采開(kāi)發(fā)效果。礦場(chǎng)上通常采用蒸汽、氣體、與化學(xué)劑協(xié)同注入，蒸汽、氣體、化學(xué)劑協(xié)同吞吐技術(shù)的主要機(jī)理有：注入流體的協(xié)同作用，包括通過(guò)加熱和氣體溶解降低原油黏度，通過(guò)氣體的協(xié)同注入增加熱驅(qū)掃效率，降低熱損失，加熱后多孔介質(zhì)與飽和流體的膨脹，流體注入能力和驅(qū)掃效率的提升，油藏保護(hù)，利用化學(xué)添加劑例如發(fā)泡劑的其他有利反應(yīng)等。

多元輔助蒸汽吞吐技術(shù)的典型做法是在注入蒸汽的同時(shí)注入煙道氣以提升開(kāi)發(fā)效果。煙道氣可以增加熱效率，減少往上覆層的熱損失，同時(shí)由于氣體的溶解提升蒸汽注入能力。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，蒸汽可以加熱油藏并幫助CO2與N2擴(kuò)散，這些氣體會(huì)運(yùn)移到地層的頂部，并以隔熱層的形式限制熱量向上覆巖層損失。

4 未來(lái)展望

稠油復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向是更為多樣化的多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)。多元的注入介質(zhì)、多種的復(fù)合方式、多樣的油藏類(lèi)型使得開(kāi)采機(jī)理更加復(fù)雜，在具體實(shí)施過(guò)程中需要采取有針對(duì)性的個(gè)性化設(shè)計(jì)才能獲得更好的開(kāi)發(fā)效果。同時(shí)我們應(yīng)注意到多元復(fù)合蒸汽吞吐過(guò)程中介質(zhì)類(lèi)型多樣，機(jī)理深化認(rèn)識(shí)難，需加大力量進(jìn)一步開(kāi)展機(jī)理研究。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）除常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)外，二元復(fù)合蒸汽吞吐與多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)已逐步在礦場(chǎng)推廣應(yīng)用并取得良好效果。其主要提高采收率機(jī)理有：通過(guò)加熱和氣體溶解降低原油黏度、通過(guò)氣體的協(xié)同注入可擴(kuò)大重力泄油作用、通過(guò)注入化學(xué)劑改善注入表現(xiàn)等。

（2）稠油復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向是更為多樣化的多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Sun Y ， Zhong L. Enhance Offshore Heavy Oil Recovery by Cyclic Steam-Gas-Chemical Co-stimulation[C]. Society of Petroleum Engineers， 2011.

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[6] 呂小川.小洼油田新型稠油復(fù)合驅(qū)油劑性能及應(yīng)用研究[D].東北石油大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：

謝佳（1991-），女，漢族，四川自貢人，本科，初級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)開(kāi)發(fā)方面的工作。

（作者單位：中石油遼河油田分公司歡喜嶺采油廠）