稠油开采技术的发展

郝 晶，王为民，李思宁，杨云鹏，李武华

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

由于石油工业不断发展，大量原油被开采出来，常规原油的资源逐渐减少。我们就要开采稠油，替代原油。我国稠油资源丰富，分布广泛，目前已经在辽河、新疆、胜利等油区相继发现了70多个稠油油田，稠油资源约占总石油资源的25%~30%以上，目前形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等热采技术以及其它技术，稠油开采对我国的经济发展具有重要的意义。

1 我国稠油特性及分类

1.1 稠油特性

稠油是指在温度为 20 ℃时，相对密度大于0.92，油层条件下粘度大于50 mPa·s的原油。它是一种复杂的、多组分的有机混合物，主要由烷烃、芳香烃、胶质和沥青质组成。（1）稠油中的胶质和沥青质含量高、轻质馏分少。（2）稠油杂质原子含量高。（3）稠油的粘度对温度非常敏感。（4）稠油中的含蜡量一般比较低。（5）稠油油藏深度变化大。

1.2 我国稠油分类

我国稠油分类，见表1。

2 稠油开采方法

2.1 稠油热力开采

热力采油是指向地层注入热或在地下产生热的采油方法，它是开采稠油的最有效方法。它的基本原理是通过加热使原油粘度降低，改善流度比，提高波及系数等。

表1 我国稠油分类标准Table 1 The standard of heavy oil classification

2.1.1 注热水采油

注热水采油是最简单的热采方法。基本原理是把水先加热，之后把水由管子打入地下含油油藏中。把水加热能够降低稠油粘度，使油容易流向生产井。但是这种方法只适用于浅油层。

2.1.2 注蒸汽采油

注蒸汽采油技术包括蒸汽吞吐和蒸汽驱两种。在同样条件下，水蒸气的热量是热水的3到4倍，因此可应用于深一些的地层， 产生更高的油层温度。

（1）蒸汽吞吐

蒸汽吞吐是由注汽锅炉产生高温高压并有一定干度的湿饱和蒸汽经输气管线和注气井井筒以一定流量连续注入油层，注入一定量之后关井停止注入蒸汽，焖井，使注入的热量充分把油层加热后，开井回采的采油方法。

蒸汽吞吐的一个周期包括注汽（吞）、焖井（焖）、回采（吐）三个阶段。

蒸汽吞吐采油机理：①注入蒸汽使油层中的稠油粘度降低，也减少了稠油的流动阻力。②当注入的蒸汽把整个油层加热时，岩石和油层中的各种流体就会膨胀，使稠油油层的驱动能量加大，回采液量增加。③高温蒸汽对稠油本身有一定的蒸馏和热裂解作用，能够降低油水界面张力，析出轻质馏分，轻质馏分也会混入稠油，又使原油粘度降低，提高了流动性。④高温蒸汽对岩石的冲刷作用可解除井筒附近钻井液等油层污染，有一定的解堵作用。⑤由于稠油的不断采出，地下也会亏空，稠油油藏地表下沉，油层就会被压实，从而使没有采出的油被驱出。

（2）蒸汽驱

蒸汽吞吐方法主要的采油机理是加热油层，而且只是加热注汽井近井地带某个较小范围内的油层，降低原油粘度，使回采过程的油流阻力减小，增加采油速度。而蒸汽驱是向一口或多口井中持续注入蒸汽，将地下原油加热并驱向邻近多口生产井，从生产井持续开采原油的方法[1]。蒸汽驱的特点是注入和采出都是连续过程，不间断的进行。在蒸汽驱中注入的蒸汽是加热油层的热源，也是驱替原油的介质。

蒸汽驱采油机理：由注汽井注入蒸汽后，加热了稠油，也将稠油逐渐驱向生产井，形成了几个区带（蒸汽带、热水凝结带、油/冷水带、原始油层）。①蒸汽带起到蒸汽的蒸馏作用和蒸汽驱油的作用。②热水凝结带主要是降粘、热膨胀、高温渗透率变化、重力分离及溶剂驱油等作用。③油/冷水带，含油饱和度最高，主要是水驱作用。④原始油层主要为常规水驱及重力分离作用。⑤由于蒸汽带和热水凝结带不断向前推进，将可动原油向生产井驱动，原始油层不断缩小，稠油就可以从生产井不断采出。

2.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）

当原油粘度高于100 000 MPa•s，油层流动阻力非常大，必须考虑要依靠其他的动力增加原油的流动性，SAGD技术就是高粘度原油开采的一种有效技术[2]。

SAGD的采油机理是：注入的高温蒸汽使油层上部的原油粘度降到能够流动的程度，依靠重力使油和热水排到生产井，通过生产井的举升系统将油和水举升到地面。2.1.4 火烧油层

火烧油层是将含氧气从注入井注入油层，通过人工点火或油层自燃方式点燃油层，其中原有的重质部分经过燃烧后，产生大量热能和燃烧气，驱动其他原油流向生产井，并从生产井产出的稠油开采方法[3]。

（1）正向燃烧

火烧油层过程中氧化剂流动方向与燃烧前缘移动方向一致，称为正向燃烧。

（2）反向燃烧

火烧油层过程中氧化剂流动方向与燃烧前缘移动方向相反的燃烧，称为反向燃烧。

火烧油层的优点：①由于注入的是空气，所以成本低，资源广。②驱油的效率高，能够达到

80%~90%。③地面消耗能量少。④对油藏的适用性比较广泛。可用于一次、二次和三次采油，对于油层较薄或埋藏较深、注蒸汽无法经济开采的稠油油藏，火驱采油具有明显的优势。

2.2 稠油冷采

到1986年，为了降低采油的成本，提高稠油开采经济效益，一些小石油公司开展了稠油出砂冷采的试验[4]。稠油出砂冷采技术不需要向油层注入热量,它属于一次采油范畴,允许油藏出砂,并通过出砂采油大幅度提高稠油常规产量[5]。稠油出砂冷采技术的优点是投资少、日产油量高、开采成本低等。

2.3 稠油开采技术的新进展

2.3.1 注入助剂改善蒸汽吞吐效果

近几年蒸汽吞吐技术的发展主要是应用各种助剂改善蒸汽吞吐效果，在注汽之前或注汽过程中通过注入各种表面活性剂，有效地调整吸汽剖面、增大蒸汽波及体积、降低原油粘度、防止粘土膨胀、改善驱油效果等，进而增加周期产油量及油汽比。

2.3.2 系统配套的蒸汽驱技术

目前蒸汽驱技术已在国外(美国、委内瑞拉等)获得大规模工业应用，成为继蒸汽吞吐后提高稠油采收率的有效方法，也取得了良好的应用效果。如美国加利福尼亚州的克恩河油田蒸汽驱采油量达460×104m3/a，蒸汽驱采收率超过50%，油汽比大于0.25[6]。

2.3.3 多分支水平井热采稠油技术

分支水平井能有效的增加油层的外露面积，增大了油藏开采程度，提高热能利用率，改善了开发效果。

2.3.4 蒸汽燃气混注技术

把蒸汽和燃气的混合物一起注入油层，这种方式能够使热量全部利用，并且燃气和蒸汽会产生多种驱油机理。

2.3.5 水热裂解开采稠油技术

水热裂解开采技术是在稠油开采的同时，加入相应的催化剂，使稠油中的胶质和沥青质重质组分中某些化合物裂解改质，从而降低了稠油的粘度，加大了稠油的流动性。

3 提高油藏采收率

3.1 聚合物驱

聚合物驱是以聚合物溶液作为驱油剂的驱油法。它通过在注入的水中加入化学剂来改善水的驱油和波及性能，进而提高采收率。它提高采收率的机理是增加注入水粘度的增粘机理和降低地层渗透率机理。

3.2 碱驱

碱驱指以碱溶液为驱油剂的驱油法。它提高采收率的机理是降低界面张力。

3.3 CO2驱

一般情况下，CO2在地层中处于超临界状态，在原油中具有高溶解性及萃取作用[7]。CO2驱提高采收率的机理是降低油的粘度和增加油的弹性能量。

4 结 论

（1）稠油的开采仍然以热采为主，蒸汽驱和蒸汽吞吐是有效的、主要的技术。但是原油采收率比较低。

（2）火烧油层的热能利用效率高、资源丰富、成本低、工艺流程也相对简单，但是火烧油层采油目前还处于试验研究阶段，尚未完全成熟。

（3）现在SAGD技术是比较先进的超、特稠油的开采技术，特点是效率高、经济性好。

［1］姚远勤,曹维庚,等.稠油热采技术论文集[M]. 北京: 石油工业出版社,1993-05.

［2］唐春燕，刘蜀知.稠油热采技术综述[J].内蒙古石油化工，2007（6）：128-130.

［3］连经社，王树山，等.采油工艺[M]. 北京：中国石化出版社，2011-04［4］董本京，穆龙新.国内外稠油冷采技术现状及发展趋势[J]. 钻采工艺，2002，25（6）：18-21.

［5］廖作才，张继春，等.新疆油田稠油开采技术应用综述[J]. 化学工程与装备，2008，8（8）：72-74.

［6］郭卫忠.胜利油田单六断块东部超稠油油藏工程研究[D].青岛：中国海洋大学,2003-09.

［7］郭平，李苗.低渗透砂岩油藏注 CO2混相条件研究[J]. 石油与天然气地质，2007,28(5):687-692.