深水稠油开发技术发展现状与前景展望

孙 骞 范 志 孙宝江 关利军

（1.美国宾夕法尼亚州州立大学，PA 16801；2.中国石油大学重质油国家重点实验室，山东青岛 266580；3.中海石油深圳分公司，广东深圳 518000）

深水稠油开发技术发展现状与前景展望

孙 骞1范 志2孙宝江2关利军3

（1.美国宾夕法尼亚州州立大学，PA 16801；2.中国石油大学重质油国家重点实验室，山东青岛 266580；3.中海石油深圳分公司，广东深圳 518000）

海洋深水稠油储量巨大，但由于深水低温使得稠油流动性更差，给深水稠油油田的开发带来了难度和挑战。巴西等国家的深水稠油油田已经成功实现了商业化开发，并形成了一系列配套开发技术，我国的深水稠油开采技术尚处于探索阶段。了解国际上深水稠油开发技术进展，对推动我国海洋油气开采技术进步，保障能源供给安全意义重大。概述了国外深水稠油开发关键技术，主要从深水稠油开采的钻完井技术、测试技术、人工举升方法和关键设备以及流动保障技术等方面进行了介绍和分析，给出了我国深水稠油开发技术发展的一些建议。

深水稠油；开发技术；现状；展望

稠油在已经探明的石油储量中占有很高的比例，深水稠油资源在各国未来的石油战略中具有举足轻重的地位。世界上已经在非洲西部的刚果盆地地区、加拿大北海地区以及南美洲巴西西部大西洋地区发现了储量可观的深水稠油油藏。巴西的Petrobras公司在Campos 地区开发深水稠油油藏已经取得了成功，加拿大、美国等国家在深水稠油开发领域也已经有了较成熟的技术体系，包括钻井、完井、测试、采油和输送等技术体系。随着越来越多的深水稠油油藏的发现以及开发工艺的不断完善，深水稠油油藏开发呈现出广阔的发展前景。但是，目前深水稠油开采依然存在很多技术难题，例如，抗非有机垢质沉积、油藏评估以及降低开发成本等。目前，国内还未对深水稠油开采进行深入研究，随着我国南海和海外石油区块勘探开发速度的不断加快，深水稠油开发问题越来越引起人们的关注，本文在这一领域做了大量调研，给出了一些探索性的观点和建议，希望对促进我国深水稠油开发技术的发展有所帮助。

1 钻井完井技术

在开发深水稠油油藏时，由于稠油流动性很差，为了提高产量，生产井井身结构设计要考虑降低流动阻力以及增大泄流面积，这会给大位移井与水平井带来出砂与井身结构不稳定等问题［1-3］。

1.1 钻井技术

深水稠油钻完井中需要解决安全钻进、有效携岩等难题，因此，钻进过程中广泛采用能合理控制井筒压力的控压钻井技术［4-5］。深水稠油所钻开发井大多为大位移水平井、分支井等，钻进中一般采用地质导向以及随钻测井技术。地质导向和随钻测井技术可保证深水稠油开发钻井过程中快速中靶，缩短钻井时间，这对于日费极高的深水开发具有重大意义［6-8］。在深水稠油井钻探过程中，多使用同一种液体作为钻井液与完井液，不仅可以减少完井时间，而且还可以简化钻井液操作工序，降低钻井成本，但所使用的液体需具有高润滑性、低滤失性、乳化程度低、密度低、固相含量低并对储层伤害较小等特性，保证钻柱在水平井段具有较小的推进阻力［9-10］。

1.2 完井技术

与常规稠油开发类似，防砂是深水稠油开发的关键。常用的防砂完井技术包括［2，11］割缝尾管完井、绕丝筛管完井、膨胀筛管完井、砾石充填完井等。在目前国外深水稠油开发中，砾石充填完井技术应用最为广泛和成功。这是因为深水稠油储层岩性疏松，出砂粒度分布较广，使得机械防砂工艺应用较为困难。目前，砾石充填完井技术施工步骤简单，操作成本低，特别适合于深水稠油井。深水稠油储层破裂压力梯度低，砾石充填过程中，泵压太大可能会使井底压力大于储层破裂压力而伤害储层，为避免储层伤害并保证防砂效果，多通过以下3种措施改善深水稠油砾石充填完井工艺［12-14］：（1）在泵入携砂液时采用多重Alfa波技术。多重Alfa 波技术采用计算机模拟技术优化设计注入流量和泵压，以保证携砂和填充效果，设计携砂液流量时需保证砾石充填过程中对充填有益的Alfa波占据主导地位，从而使砾石能够均匀充满整个筛管—井眼环空，并避免对砾石充填不利的Beta波出现。（2）应用安全导流阀。该项技术的核心是在冲管上设计一个导流阀，当筛管—井眼环空内携砂液的流动压力大于设定阀值时，该导流阀就会自动打开分流，使得井底流动压力不会超过设计值，从而保证施工安全。（3）采用低密度砾石。从提高携带效率上考虑，探索采用低密度填充物，替代密度较大的砾石，提高大位移水平井的填充效果。

2 开采技术

2.1 开采设备

从技术经济性考虑，深水稠油开采多采用电潜泵+水下采油树+FPSO开采模式，其关键装备包括：

（1）浮式生产储油轮（FPSO）［15-16］。浮式生产储油轮是一种集生产、储存和卸油为一体的生产设施。由于它的可移动性，开采完一个油田后可以移动到下一个油田继续使用，是开发边际油田的一种经济有效的生产设施，生产的原油由穿梭油轮外输。

（2）水下采油树系统［17］。在深水稠油开发项目中，通常应用水下卧式采油树系统，其主要功能［18］是为电潜泵电缆的安装提供支持与密封。配合水下分离模块，可以将稠油采出液在水下预分离。该项技术不仅可以极大节省浮式生产油轮上的空间，将稠油产品分离后还可以防止海水腐蚀输油管线，降低设备维护成本。

（3）大功率、大流量电潜泵。该类电潜泵可适用于游离气体含量高达40%，黏度高达400 mPa·s 的深水稠油井，从而保证了深水稠油的高效开采。

2.2 测试技术

由于稠油流体黏度较大，因此在对油藏进行压力恢复测试时，所需时间很长。如果恢复时间不足易降低油藏描述的准确性，进而影响开发井的设计等［11，15］。国外深水稠油测试通常采用延长测试法［9，11-10，14，18］，作业时需备用较多的人工举升手段（如电潜泵、气体举升设备等），以保证在较短时间内得到泄油半径、有效渗透率等数据，缺点是成本很高，对受经济因素制约的深水稠油开发不利。

2.3 采油工艺

2.3.1 驱替模式 在深水低温、生产井距中心平台远和平台空间有限等条件的制约下，无法采用注热气、蒸汽吞吐等热力学方法，因此水源充足、操作简单、运行成本低的注水作业成为深水稠油油藏二次采油的主要手段之一。除注水开采外，可以有效改善稠油与水之间的流度比、提高驱油效率的聚合物驱也是目前深水稠油油藏开采的主要手段之一。

2.3.2 举升方式 电潜泵广泛应用于巴西等南美地区的深水稠油开采，其流量可以高达500 m3/d。巴西Petrobras公司在1994年首次应用电潜泵在水深1900 m的Campos深水稠油油藏RJS-221井进行人工举升，取得了显著成效［19-21］。

电潜泵开采稠油油藏具有以下优势：一是可以形成大的生产压差，使生产力得到充分发挥，油井产量及油藏采油速度大幅度提高；二是能很好地利用机组和电缆工作时所产生的热量来提高井筒温度场，使井口出油温度高于原油析蜡温度，并将高凝稠油顺利举升到地面。电潜泵还具有一个明显优势：其人工举升效率不受井眼与平台距离的限制。但是电力输送与电压调节是电潜泵在深水稠油作业中面对的最大技术难题。水下电缆连接一般采用水下湿接头，以确保接头的密封，防止漏电。

电潜泵主要有两种安装模式：第1种是将其安装在海床以下的井筒中；第2种是将其安装在井筒外的海底。第2种安装模式具有以下优势：（1）由于将泵安装在井筒外，使得在选择电潜泵时不受井眼尺寸限制，这样就可以使用马力较大的电潜泵进行人工举升；（2）由于电潜泵安装在井眼外，使得主井眼的环空可以用于安装气体举升、水力射流泵等其他备用人工举升装备；（3）电潜泵维护清理更加简单。

气体举升同样是深水油气开发中常用的一种人工举升方式，但是在深水稠油开发中，由于稠油流体黏度大，且泥面温度较低，因此气体举升效率没有电潜泵高。尽管如此，气体举升作为一种备用举升方式依然在深水稠油开发中起着重要作用。在注气过程中用同心偏置隔水管安装气体举升设备［22］，同心偏置隔水管（COR）系统为一套高热力学效力的双层隔水管系统，该套系统通过一套垂直的双层钢质隔水管连接到海底，两层隔水管之间为环空。热气体通过隔水管环空注入，从而降低稠油黏度，增加产量。该工艺广泛应用于非洲西部刚果地区的深水稠油油藏，其优势在于可利用常规深水钻井设备进行快速安装，同时可利用环空进行气体举升，从而减少了隔水管数量，提高了功效。

2.4 提高采收率技术 ［9，13］

除了采用注水、注聚合物和注泡沫等技术提高采收率外，还需进行电潜泵举升参数优化以及降低井筒、输油管道流动阻力研究，提高了稠油井产能。

3 流动保障技术

注海水开采油田时，由于海水里溶解的矿物质离子会与稠油流体内含有的有机酸盐发生反应产生难溶于水和有机溶剂的沉淀物［7-8］。该类有机酸盐若沉淀在井眼附近的储层会造成储层伤害，降低采油效率；若沉淀在泵或气体举升装置表面，则会影响人工举升效率、增大流动阻力、降低设备寿命和运行效率。因此，有机酸盐的处理是目前深水稠油开发面临的主要挑战之一。

深水稠油开采速度一般较高，出砂较多，它在管路和设备中的沉积会影响流动安全。有些地区的稠油也存在蜡和沥青质沉积，需要在流动安全设计中考虑。在油藏开采后期，随着生产井产水率的不断增高，如何在浮式生产储油轮的有限空间内进行油水分离也是深水稠油开发过程中需要解决的难题。因此，流动保障是深水稠油开发过程中需解决的关键问题之一。深水稠油的流动保障技术中需要重点解决 3 方面的问题［11，23-24］：

（1）降低黏度，提高流动性［11］。深水稠油运输时降低黏度的方法通常是对运输管线进行保温，将管线设计成同心管的形式，并在其环空中填充隔热材料，减小流体与海水的热交换。

（2）固体沉积物的处理［11，24］。固体沉积物主要包括无机沉积物与有机酸盐两类。无机沉积物主要指水垢、锈以及其他无机沉积物等组成的似蜡质沉积物。有机酸盐指深水稠油中含有的有机酸与油层矿物质发生化学反应后产生的难溶性有机酸盐。有些油田也可能出现沥青质沉积。

深水稠油开采过程中，固体沉积物可能出现在输油管线内，也可能出现在井眼中。通常输油管会安装有清管器，对输油管进行及时清洗；对于沉积在电潜泵上的无机沉淀物，通常采用以下措施：一是向泵内注射防沉积剂和抗乳化剂；二是在叶轮和扩散口表面盖一层由聚四氟乙烯组成的保护膜。这种保护膜不仅能解决蜡垢沉积问题，而且能改善扩散口和叶轮的表面粗糙度，提高泵效率。

对于有机酸盐类固体，目前的研究结果只能证明该类物质的形成与稠油有机酸含量、油藏矿物质和油流pH值有关，但无法精确指出该类物质的形成条件。

（3）稠油—水分离。PROPES体系中另一项重要技术是安装在浮式生产储油轮上的高效油—水分离设备。同时，也在试用水下油—水—气分离设备。该设备安装在水下采油树上，对稠油产品在水下进行分离，一方面节省了浮式生产储油轮上的空间，另一方面也可防止海水对输油管的腐蚀。

4 结束语

（1）相对于轻质油来说，稠油开发投入高、回报率低，投资风险相对大。但是，随着世界各国对石油需求量的急剧增多、陆上油田的日益枯竭以及海上高品位轻质原油的减少，丰富的深水稠油资源将渐渐受到重视。在科学勘探、开采和输运条件下，深水稠油开采将会具有重要的经济和战略价值，对保障我国能源安全具有重要意义。因此如何在不久的将来突破深水稠油开发技术瓶颈，打破国外技术垄断，是我国石油科技工作者面临的重要任务。

（2）结合我国稠油开采实践，建议在以下几方面攻关：通过对油藏流体与储层岩石样品的分析获得准确的储层流体与岩石物性，利用这些物性和油藏数值模拟模型进行油藏评价；加大在深水稠油大位移水平井和分支井技术优化设计以及完井施工技术方面的研发力度，研发大尺寸电潜泵稠油举升技术，预研一套适合我国深水稠油高效开发的经济模式；对深水稠油流动保障机理和生产工艺进行研究，建立起深水稠油油田生产流动保障优化设计方法，为我国深水稠油油田开发提供技术储备。

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Development status and prospect of deep-water heavy oil production technology

SUN Qian1, FAN Zhi2, SUN Baojiang2, GUAN Lijun3

（1.The Pennsylvania State University,PA16801,America; 2. China University of Petroleum,Qingdao266580,China;3. CNOOC Ltd.,Shenzhen518000,China）

Deep-water heavy oil is an important marine petroleum resource. Due to the low temperature in deep water, the mobility of the heavy oil is low, leading to diff i cult development. Based on the development situation of the heavy oil industry in China and the experience of the successful cases of deep-water heavy oil development overseas, the paper summarizes the main developing technology and method of the deep-water heavy oil development in aspects of key facility, artif i cial lift equipment, drilling & completion technology and fl ow assurance method, and analyses the experience of Petrobras in developing Campos Basin deep-water heavy oil fi eld. The conclusion is that by using reasonable secondary recovery, artif i cial lift and fl ow assurance technology, the deep-water heavy oil projects can be benef i cial and promising. The paper gives some exploratory viewpoint and suggestions, which is of important value to exploit the deep-water heavy oil development technology.

deep-water heavy oil; development technology; status; prospect

孙骞，范志，孙宝江，等.深水稠油开发技术发展现状与前景展望 ［J］. 石油钻采工艺，2013，35（3）：51-54.

TE345

A

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0051 – 04

教育部创新团队“海洋油气井钻完井理论与工程”（编号：IRT1086）研究成果。

孙骞，2011年获得塔尔萨大学与中国石油大学（北京）双石油工程专业学士学位，美国宾夕法尼亚州州立大学石油工程系在读研究生。通讯作者：孙宝江，长江学者特聘教授，现从事海洋石油工程研究工作。 E-mail：sunbj1128@126.com。

2012-10-16）

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景 暖〕