稠油蒸汽吞吐后期增产技术现状与前景

赵 旸，马贵阳，赵亚东，高姿乔，王 斅

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

稠油蒸汽吞吐后期增产技术现状与前景

赵 旸，马贵阳，赵亚东，高姿乔，王 斅

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

目前，国内外许多油藏已处于蒸汽吞吐的后期。此时的油藏油气比低、含水量高、地层压力低、井况差、周期注气量大、操作成本高，产油更加困难。改善蒸汽吞吐后期的采油技术，可以最大限度的提高油藏的采收率。如今，应用于蒸汽吞吐后期增产的方法有：应用助剂改善吞吐效果、间歇注汽技术、“一注多采”技术、多井整体吞吐技术、注采参数优化技术、侧钻水平井技术、蒸汽驱技术、蒸汽辅助重力泄油技术和火烧油层技术等。然而，现在我国还在尝试发展一些新的技术，如水平压裂辅助蒸汽驱和多井组整体优化蒸汽驱等等。这使得蒸汽吞吐后期的增产技术拥有更为广阔的前景。

增产；现状；前景

在全球石油资源中，稠油占有的比例很大，但随着勘探技术的日趋成熟，开发程度的逐步深入，以及人类对石油需求的不断增加，稠油的开采正变得越来越重要。

目前，稠油热采最有效的技术手段包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、水平井重力泄油等。其中蒸汽吞吐是我国稠油热采的主要方法。采用蒸汽吞吐技术开采稠油油藏，由于开采过程中热力的影响，发生了不同的物理、化学反应，从而降低了原油的粘度，提高了开采的效果，但也产生了不利的影响。这种不利影响随着开采轮次的增加就更加明显。目前，国内外对于那些吞吐周期高、生产周期长、油汽比低、吞吐效果差的稠油油藏存在的不同问题进行了大量的探索和研究。为蒸汽吞吐后期开发效果的提高提供了基础依据和有力保障。

1 国内外研究现状

1.1 提高吞吐后期采收率

1.1.1 应用各种助剂改善吞吐效果

中国、美国、委内瑞拉、加拿大和其他采用蒸汽吞吐技术开采稠油油藏的国家，由于近年来蒸汽吞吐效果越来越差，许多国家开始研究运用助剂来改善吞吐效果的方法，注入的助剂包括：CO2、N2等 。助剂辅助蒸汽吞吐可以有效地降粘、增加地层能量和波及面积。

（1）CO2辅助蒸汽吞吐技术。CO2辅助蒸汽吞吐技术是相对简单的一种吞吐技术，其主要作用是调剖、助排、补充地层能量、降粘和洗油等。通过对试验结果的分析发现，CO2辅助蒸汽吞吐可以有效地改善吞吐后期稠油低采收率的问题。现场实施通常有直接注液态CO2和注入化学药剂生成CO2两种方式。辽河油田应用10口井,措施有效率100%,提高0.17的油汽比,油层剖面动用程度增20%[1]。

（2）N2辅助蒸汽吞吐。注入氮气可以使原油体积膨胀，粘度降低，界面张力降低，还可以补充地层能量、扩大波及体积、提高热利用率[1,2]。实验数据表明，在自喷期，注入氮气的井较未注入氮气的井日产油量提高了2.5 t[3]。

（3）蒸汽中加入烟道气。注入烟道气可以使原油体积膨胀、粘度降低，改善油水流度比，减少热损失，提高蒸汽干度，增强岩石渗流能力[4-6]。

王卓飞等[7]根据克拉玛依油田的地质特点，进行数值模拟得出结论：注蒸汽和烟道气吞吐可以延长蒸汽吞吐寿命2～4轮次，提高采收率7.02%。

（4）蒸汽中加入高温泡沫剂（表面活性剂）。调整吸汽剖面、增加周期产量和油汽比等都是注入高温泡沫剂的主要作用。通过分析实验结果得出，若注入0.5%～1.0%的表面活性剂后，就可以扩大吸汽剖面1/3～1/2[8]。

1.1.2 间歇注汽技术

由于到了蒸汽吞吐的后期，许多井都处于低产量、低效益和高成本的状态，所以很多油田采取了间歇蒸汽吞吐技术。间歇蒸汽吞吐技术就是先关闭油井，用闭井的时间来恢复地层压力，等到原油再一次聚集在井筒附近时，再开井恢复蒸汽吞吐生产。间歇注汽技术使原油得到充足的运移时间，从而提高了蒸汽吞吐的开采效果，并且降低了运行成本。保证高周期吞吐效果的一个重要参数是关井时间。对于油品性质不同、地质条件不同和采出状况不同的区块，需要通过实验研究掌握其关井恢复技术的参数和规律。例如，辽河油田锦**区块一共实施低效井间注29井次，有效24井次，相比较连注，间注増油7 550 t，平均单井增油260 t，效果明显[9]。

1.1.3 “一注多采”技术

“一注多采”就是当中心井注汽时，关闭周围生产井，待到注汽完成，打开生产井，让生产井和注汽井一起生产。其采油机理就是利用汽窜增加蒸汽热焓的利用率和油井平面波及程度，控制蒸汽超覆速度，同时补充了地层能量。地层压力升高后，蒸汽推动原油到达生产井，增加了周期生产时间，提高了周期产油量、油汽比，有效地减少作业次数，降低吨油成本。在杜84块的试验结果分析表明，周期结束时两个井组油汽比较措施前分别提高了0.07和0.23，吨油成本不到300元，两个井组共节约成本36.7万元[10]。

1.1.4 组合式注汽、多井整体吞吐技术

经过多轮次的吞吐，油藏在平面或纵向上的非均质性越发明显，纵向或平面上的压力也不再均匀，蒸汽与原油极为不利的粘度比易引起粘滞指进，易造成能量的损失和采收率的下降。针对这类难题，就可以在汽窜严重的井组或区块使用组合式注汽、多井同注同采、集中吞吐的方法，用来平衡井间压力，降低汽窜程度，减小对产量的影响。目前辽河油田组合式注汽年实施近1 900井次，年增油60万t，已经初具规模[11,12]。

1.1.5 注采参数优化技术

注采参数优化，即在确定剩余油可采储量的基础上，针对不同的采出状况，根据每个周期单井产油量高值对应的注汽参数，优化后确定此次以及后续蒸汽吞吐的最佳注汽参数，提高稠油的产量[10]。此项技术重要应用于高油汽比油井。例如欢127块，通过研究发现了注汽强度、注汽速度以及注汽压力的公式，进而制定了优化注汽方案，2002-2004年5月共实施优化注汽73井次，累计一共增油2.2万t，单井平均年增油290 t[13]。

1.1.6 侧钻井和侧钻水平井技术[14,15]

侧钻井/侧钻水平井技术的应用主要是针对于低汽油比、高含水的的油井和老井的产能挖潜。侧钻水平井技术可以降低不均匀注水的影响，并能充分利用老井，从而提高油藏的采收率。不仅如此，这项技术还具有作用范围广、成本低、收效快、有利于保护环境等优点。目前，已成为许多国家提高采收率和储备开采程度的重要技术，在改善井网、延长油井使用寿命、提高老油区开采能力等方面起到了重要作用。

1.2 蒸汽吞吐后期的转驱

1.2.1 系统配套蒸汽驱技术

蒸汽吞吐和蒸汽驱是稠油热力开采的主要方法。然而，蒸汽驱技术则广泛应用于进入蒸汽吞吐后期的油田，作为其转驱之后增产的有效开采技术[16,17]。蒸汽驱是以井组为单元，向注汽井连续注汽，随着蒸汽不断的注入，大幅增加蒸汽的波及体积，有效地加热油藏，提高产能的一种驱动式开采。蒸汽驱的作用机理有如下几个方面[18]：

（1）降粘作用。高温高压蒸汽携带的大量热能，加热了油层，改变了油层物性，降低了原油粘度。

（2）热膨胀作用。油层温度升高，油层和原油产生热膨胀。对于地层压力大的浅层稠油油藏，这一驱油作用更为突出。

（3）蒸汽的蒸馏作用。蒸汽蒸馏使原油和水迅速气化，稀释并脱出一些烃组分，留下少量较重的残余油。

（4）脱气作用。蒸汽前沿后面气体的脱出，但与蒸馏作用相比要小得多。

（5）混相驱作用。凝析出的轻质馏分和原油混合，稀释了原油，降低了原油的粘度和密度。随着蒸汽前沿的不断推进，更多轻质馏分被抽提出来，轻质馏分带越过地层向前推进时，就形成了混相驱。

（6）乳化驱作用。当蒸汽驱稠油时，产出液中常会出现粘度比油、水大的乳状液，增加了驱动压力，减小了指进的程度，改善了蒸汽的波及体积，从而有利于蒸汽驱替的效果。

（7）重力分离作用。蒸汽密度小于原油和水，因此会发生重力分离，在蒸汽的反复作用下，加热整个油藏。

目前，美国的Kern River油田和印度尼西亚的Duri油田，都是应用系统配套蒸汽驱技术进行大规模开采稠油的油田，并且都取得了很好的开采效果和收益，采收率高于55%～70%[18]。孤岛油田研究区实验结果显示，蒸汽吞吐后转蒸汽驱将提高采收率30%左右[19]。

1.2.2 蒸汽辅助重力泄油技术

蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD)是运用于蒸汽吞吐后期转驱的一项比较先进的技术。是由加拿大罗杰▪巴特勒博士于1978年最先提出的，其机理是以蒸汽作热来源，热传导和热对流共同作用，依靠原油和凝析液的重力作用进行开采[20]。实现 SAGD开采的布井模式有两种：一是临近油层底部钻一堆水平井，二是在油层底部钻一口水平井，并正上方位置钻一口或多口直井。通常在进行SAGD开采前需要对油藏进行预热，保证注采井之间的热连通。由于此种开采方法用于改善蒸汽吞吐后期油田的采收率，所以经过多轮次吞吐的油田则无需再进行预热阶段。SAGD技术在加拿大、委内瑞拉、和我国的辽河油田都得到了比较广泛的应用。目前，它已发展到单井SAGD技术、垂直井注汽水平井底采方法、水平井对同向注采方法、水平井对反向注采方法、溶剂-SAGD技术等。在加拿大，不同类型的稠油油田已研究开发了多个SAGD试验区，并且建立了7个商业化开采油田，SAGD开采方式最后获得的采收率高出了50%，最高可达70%以上[21-23]。

1.2.3 火烧油层技术

火烧油层技术又被称作火驱开采法或地下层内燃烧技术，其开采方式就是以原油中的重组分作为燃料，向井下注入空气等助燃剂，通过自燃或人工点火方式，使原油燃烧，在油层内形成一条高温燃烧带。随着连续地注入助燃剂，燃烧带在油层中逐渐扩展，由注入井向生产井推进[24-27]。其驱油机理是：热裂解、冷凝蒸汽驱、混相驱、热驱、气驱。火驱分为正、反向火驱和干、湿式火驱。火驱过程中释放出的大量热可以加热油层、降低原油的粘度，使未流动的原油流动，除此之外，火驱较其他转驱方式有很明显的优势，如：油藏适用范围广，注入剂来源广，热利用率高、采收率高，操作成本低等。而且蒸汽吞吐后的油藏压力低、存在残余热、含水饱和度高，这些对于之后的火驱也提供了有力的因素。国内外一直在不断的试验和开发火烧油层技术，大规模应用火烧油层技术的国家有罗马尼亚、美国、前苏联和加拿大，其中加拿大Wolf Lake油田目前拥世界上较大规模的先蒸汽吞吐后火烧油层的工业试验区。1997年，我国的辽河油田才开始了火烧油层的研究，经过不断地摸索研究和先导试验，现已处于发展阶段，并且初步形成了与火驱相配套的工艺技术。

2 发展前景

随着科技的进步，稠油热采的技术已经呈现出集成化、多元化的特点。由于热采技术的发展，提高蒸汽吞吐后期采收率的方法将更加丰富。

2.1 蒸汽吞吐新方法

为了有更多热量保留在油藏中，提高工艺热效率，应用从顶部注汽、底部采油的周期蒸汽吞吐方法。研究表明，与一般的蒸汽吞吐方法相比，采收率系数提高了57%～93%，汽油比降低0.4～2.2[28,29]。

2.2 新溶剂的研究

向蒸汽中加各种溶剂，提高蒸汽热效率。除了常见的溶剂外，还研究出的一些新溶剂，例如：丙烷、生物柴油等。2010年，T.Babadagli等人[30]研究了一种生物柴油对蒸汽效率的影响，实验表明，添加生物柴油能有效提高蒸汽热效率，其采收率系数可提高40%以上。

2.3 单一驱替方式与工程技术结合

利用工程技术上的优势，与单一驱替方式相结合，得到更好的采收效果。例如，FAST（水平压裂辅助蒸汽驱）、间歇式蒸汽驱和多井组整体优化蒸汽驱等技术。在这些改进技术中，水平压裂辅助蒸汽驱是相对比较有发展前景的技术之一，其原理是通过水力压裂在油层下部适合的位置形成可以控制的水平裂缝，这使得稠油注汽更容易，注采井之间可以形成有效的热连通。水平压裂辅助蒸汽驱与常规的蒸汽驱技术相比有很大的优势，它使蒸汽超覆变为有利因素，并且大大降低了系统的热能损失。

2.4 火驱的发展

火驱也是目前很有发展的一种接替技术。国外一些国家对于火烧油层技术的研究，较国内来说，更为深入、应用也更为广泛。火驱的发展现在呈先出“由干式燃烧过渡到湿式燃烧、由常规火驱变成复合火驱”的趋势。有些工艺技术还在探究试验阶段，需进一步完善才可达到规模化实施。

3 结 论

（1）蒸汽吞吐是开采稠油的有效方法，在世界范围内的应用规模很大，因此，加强对进入蒸汽吞吐后期的油藏的开采，是稠油资源得以有效利用的保证。

（2）国外对于稠油开采技术的研究是十分先进的，近些年也实验研究和优化了许多新技术、新方法。因此，应积极学习国外的新技术，增强我们自己的开采实力。

（3）每种开采技术都有有适合劣势，每种方法都有其适用范围。为了更有效地应用稠油资源，我们应该多多重视技术的组合，通过技术间的组合达到最优的效益。

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Current Situation and Prospect of Enhanced Oil Recovery Technologies for Heavy Oil Reservoir in Its Later Stage of Steam Stimulation

ZHAO Yang，MA Gui-yang，ZHAO Ya-dong，GAO Zi-qiao，WANG Xiao
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Now, many reservoirs are in the steam stimulation later stage. So reservoirs’ oil-gas ratio is low, the moisture is high, the formation pressure is low, well conditions are poor，cyclic steam injection is more, operation cost is high, oil production is more difficult. Improving the later steam stimulation techniques can maximize oil recovery.The methods used in the later steam stimulation stage to increase production include: using adjuvant to improve steam stimulation,intermittent steam flooding,one steaming well and multi-well production,multi-well steam stimulation,optimizing injection-production rating,sidetrack drilling horizontal well, steam driving,SAGD,ISC and so on.However,we are trying some new technologies, including FAST and multiple well groups steam driving and so on, which can make the prospect of increasing production in the later steam stimulation stage more extensive.

Increased production；Current situation；Prospect

TE327

A

1671-0460（2014）12-2666-04

2014-06-07

赵旸（1990-），女，辽宁盘锦人，硕士在读， 研究方向：提高采收率。E-mail：zhaoy_0425@163.com。