稠油开采前景无限

■ 王大锐

稠油，顾名思义，是一种比较黏稠的石油。因其黏度高，密度大，国外一般都称之为重油，我们习惯称之为稠油，这是相对稀油而命名的。稠油含轻质馏分少，胶质与沥青含量高。稠油很难流动，这是稠油黏度高造成的，有的稠油像“黑泥”一样，可用铁锹铲，用手抓起。用科学的语言，就是稠油的流动性太差了，这样黏稠的油，自然很难从地下采出。

稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联、中国和印度尼西亚。

稠油热采工艺包括蒸汽吞吐、蒸汽驱等，具有工艺简单、实施方便等优势，但蒸汽吞吐等稠油热采工艺主要是利用温度效应降低稠油黏度，属于物理变化，在油井注汽结束后的生产过程中，受热区域将逐渐冷却，导致稠油失去流动性。

纳米催化剂催化降黏采油

纳米材料以其独特的物理化学性质，在很多领域的应用都受到关注，纳米催化剂具有比表面积大、催化活性高等优点，已在石油化工、医药合成等很多领域得到了广泛的应用。

在开放体系中考察微波辅助条件下纳米金属铁、氧化铁以及铜对沥青质分子断裂的催化效应，表明在无水条件下加入一定量的纳米金属催化剂可以有效催化沥青分子裂解生成低沸点有机物，在200℃下加入1%纳米铁催化剂约有40%的轻质组分生成，证明了沥青质分子发生了水热裂解以外的其他裂解反应。纳米金属催化活性高，但化学性质活泼易被氧化，井下改质降黏过程中容易导致催化剂中毒；而金属氧化物化学性质稳定并具有很好催化降黏作用。我国石油科技人员以纳米炭黑为催化剂微波加热改质新疆稠油，发现粒径最小的纳米炭黑具有最好的催化降黏效果，粒径21nm反应温度150℃，稠油降黏率达到94%，而微米石墨烯对稠油的降黏率只有20%左右。

纳米催化剂具有比表面积大、催化活性高等优点，但纳米微粒的分散性差、易于团聚，很难充分发挥催化作用；因此提高纳米催化剂的单分散性和纳米微粒的表面功能化是解决纳米催化剂在稠油水热裂解应用中的关键问题。

聚合物驱油技术

埋藏很深的稠油，采用热采方法，热量损失严重，成本急剧增加。因此，开展非热采的化学驱方法来进一步提高稠油油藏的采收率对于提高整个稠油的产量就具有重要的意义。

1977年，马拉松石油公司的两位科学家B. L. Knight和J. S. Rhudy率先提出了利用聚合物驱来提高稠油采收率的想法，并利用装有油砂的填砂管针对不同浓度的聚丙烯酰胺（PAM）溶液进行了驱替实验。近年来，随着人们对于稠油开采的重视，利用聚合物驱来提高稠油采收率越来越引起关注。随着稠油黏度的提高，聚合物体系的有效粘度也要有相应地提高，驱油效率才会随之升高。科学家们发现聚合物驱采收率与聚合物驱开始时的水油两相的流度比有很好的关联。因此，水驱不宜太久，聚合驱油实施得越早越好。

为了减少聚合物的用量。技术人员通过实验研究了聚合物驱和CO2结合PV的CO2和0.5 PV的水驱，采收率能达到15.3%，而单纯利用0.8 PV的聚合物驱，采收率能达到12.9%；利用0.2 PV的聚合物、0.2 PV的CO2和0.8 PV的水驱，采收率能达到18.7%。很明显，CO2和聚合物结合，不但能提高采收率，还能降低聚合物和CO2的用量。

加拿大萨斯卡彻温省阿尔伯塔省的稠油因油层太薄（3～8米）等原因不适合用热采，而利用化学驱可以很好地提高采收率，并提出化学驱主要起到两方面的作用：一是降低油水界面张力，从而起到降低残余油饱和度的作用；二是低的界面张力有利于促进乳状液的形成，从而起到降低水油流度比的作用。对于常规原油，水驱后剩余油受毛细管力束缚而不可流动，因此，降低油水间的界面张力可以提高原油采收率。但是，对于稠油，限制其水驱后剩余油流动的主要因素是水油流度比的差异引起的黏性指进作用，而受毛细管力的束缚作用较小。

从国外多个油田和我国的大庆油田的实践来看，聚合物驱可以在水驱后继续提高稠油的采收率，具有较高的经济效益，聚合物体系的黏度直接决定了应用的效果，现场实际应用也已经证实了这一点。

火驱辅助重力泄油

水平井火驱辅助重力泄油技术是新近问世的一项稠油开发技术，其关键技术特点是将水平井引入到火烧油层的开发过程，实现了原油的短距离驱替，突破了火驱技术应用的地层原油黏度上限，大大拓展了火驱技术应用的油藏范围。三维火驱物理模拟实验系统由注入系统、模型本体、测控系统及产出系统几部分构成。经过软件反演可以得到油层中任意温度剖面，通过温度剖面可以判断燃烧带前缘在平面和纵向上的展布规律。主要有以下几个阶段：

（1）点火启动阶段。高的点火温度（500℃以上）是实现点火启动的必要条件，同时点火位置应选择油层的中上部。点火启动阶段的控制十分重要，在该阶段燃烧区域相对较小，并且会有相当一部分热量随产出流体从水平井排出，相对于常规火驱来说热量聚集速度要慢。在笔者进行的一系列三维实验中也出现过由于对点火温度和注气量控制不当导致的点火不充分，甚至在点火启动阶段熄火的现象，熄火后再次点燃油层的难度很大，而点火不充分将会导致燃烧前缘温度相对较低，这将对燃烧前缘的扩展和泄油稳定造成不利影响。

（2）径向扩展阶段。点火启动成功后，燃烧区域继续向四周和下部扩展，高温燃烧前缘保证了高的氧化速率，使注入的氧气被完全消耗，燃烧后的高温气体直接流向水平井的趾端。在结焦带推进到水平生产井趾端之前，燃烧区域四周压力梯度大致相同，燃烧前缘在平面上以径向的方式扩展，扩展面为椭圆形状，长轴沿水平井方向，由于气体的超覆作用，燃烧区域的半径在平面上从油层上部到下部逐渐减小，此阶段为燃烧前缘径向扩展阶段。在这一阶段，维持燃烧前缘稳定推进的关键在于注气速率与燃烧区域耗氧量相一致，注气量过低将影响燃烧前缘的扩展能力，注气量过高则有可能导致氧气从水平井趾端突破。

（3）向前推进阶段。随着燃烧前缘的继续推进，焦炭开始在水平井趾端沉积，结焦带阻止了氧气直接进入水平井筒，并使燃烧后气体穿过结焦带流向水平井封堵段之前的射孔段，随原油一起产出。很明显，此时沿水平井垂向剖面方向的压力梯度与沿水平井两侧方向的压力梯度相比要大，燃烧前缘沿水平井方向的推进速度加快，而沿水平井两侧方向的扩展能力减小，这些因素将导致燃烧前缘在平面上以“楔形”向前推进。从室内实验看，这种“楔形”推进是一（直井）注、一（水平井）采的井网模式下的必然结果。要改变这种状态，使燃烧带前缘尽可能向水平井两侧扩展，需要完善井网模式，如在水平井两侧增加排气/生产井等。

从现有室内模拟实验看，燃烧前缘沿水平井的突进是火驱辅助重力泄油过程中的最大不利因素。在矿场实际条件下，当水平井射孔段暴露于高温注入空气之下时，一旦操控不当，氧气随着高温可动油进入水平段，就会发生燃烧。从油藏上看，一旦形成热前缘突破会大大降低平面波及系数，且很难调整和逆转；从工程上看，一旦操作制度不合理，则很容易形成热前缘和氧气前缘的突破，可能烧毁水平井段并危及井口和地面。如何抑制燃烧前缘沿水平井的突破将是决定矿场顺利实施的关键因素。根据现有的室内三维物理模拟实验结果和操作经验，建议矿场试验在井网模式、点火参数和注采制度等几个方面采取措施。

即使在低油价的现状下，石油界对稠油的开发研究也没有丝毫的懈怠，人们将利用多种现代化手段获取更多的能源。