改善稠油油藏蒸汽吞吐开发效果的研究进展

陈证旭

（大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江 大庆 163000）

1 蒸汽吞吐的机理及应用现状

1.1 蒸汽吞吐的机理

经过多年的采油实践表明，蒸汽吞吐是一种有效的开采稠油油藏的方式。其原理主要是依靠高温环境可以降低稠油黏度。蒸汽吞吐的热气采油方式对稠油的开采具有明显的效果，其作用主要表现在几个方面。首先，最重要的是加热降黏作用，由于稠油黏度对温度非常敏感，通过注入温度在250℃～380℃范围的蒸汽以降低稠油黏度，使得原油流向井底更容易，从而提高开采率；其次，蒸汽吞吐过程中具有油层解堵作用，在石油开采初期轻质油被采出，剩下油层中的蜡质油和沥青质等就会在管道中形成块体，堵塞油通道，注入蒸汽后会裂解融化堵塞物，从而提高采油量；再者，蒸汽吞吐可促进油层的弹性能量的释放，油层在被加热后其骨架及流体的体积会发生膨胀，在弹性膨胀和蒸汽的作用下，原油在油层中的流动更顺畅，从而使油量增加；最后，在生产井进行回采的过程中，原油在流经加热过的区域降低黏度，减小了流动的阻力，进一步提高采油量。

1.2 蒸汽吞吐的应用现状

蒸汽吞吐由于自身的优点，成为热气采油的主要方式。但是随着长期的应用，出现了一些问题。

蒸汽吞吐轮次的增加，采油问题逐渐暴露出来。目前，稠油油藏蒸汽吞吐达到了中后期的开采，出现了地层压力降低、生产井附近的温度及油层渗透条件变化、生产井的油气比和产液量下降。但最主要的问题是由于地层的非均质性导致注入的高温蒸汽出现汽窜现象，使得蒸汽沿着高渗透区域方向进行流窜，具有丰富的剩余油的低渗透区域没有得到蒸汽吞吐的作用，导致油层中产生大量的剩余油，油藏开发效果降低，主要表现为周期性的产油量低及含水量高等。为改善目前稠油蒸汽吞吐采油状况，结合多种油田地层及原油性质，开展多种方式及科学技术研究，对改善蒸汽吞吐后期采油工作具有重要意义。

2 利用高温泡沫提高采收率

2.1 高温泡沫应用原理

通过大量研究表明，将伴有高温泡沫体系的蒸汽注入生产井，可提高注入蒸汽的波及系数及驱油效率，从而改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果。目前有研究指出，蒸汽注入过程中，在地层孔道中可通过加入氮气和高温泡沫剂，期间会产生高强度的泡沫膜，这种泡沫膜可以将高渗透层或者大孔道进行封堵，从而抑制注入的蒸汽进入高渗层及高渗段等区域。注入的蒸汽会转向未驱替带段（低渗层及低渗段），增加驱替动力，提高波及系数，最终改善热采效率。

在实际采油过程中，利用这种掺入高温泡沫体系的方法改善蒸汽吞吐效果较明显。但是随着吞吐次数的增加，依然会出现需要解决的问题。主要是由于隔层不发育、层与层间的渗透率不同及蒸汽超覆等多个因素共同作用，导致在注气过程中高渗透层表现出较强的吸气现象，低渗透层表现出较弱的吸气，甚至不吸气，致使生产井的汽窜现象重现。汽窜现象的干扰进一步降低生产井的正常采油，严重影响蒸汽吞吐的效果。

经多年研究表明，泡沫调剖能够解决这种汽窜现象。针对泡沫调剖，常规的泡沫调剖在高温高压下易分解失效，因此需要对高温起泡剂的相关参数进行深入研究分析。

2.2 高温泡沫的发展应用

自1984年以来，胜利油田在单家寺油田经过多年的稠油开采，主力稠油热采区块均已进入蒸汽吞吐后期的开发阶段，其中单十块和草二十块的吞吐周期分别已达15和13，平均油气比已降低到0.25左右。针对这样类似情况的稠油油藏存在的问题，研制一种可用于温度在300℃以上的高温复合泡沫剂体系。该泡沫剂在温度为310℃，气液比为1:1的条件下，其阻力因子达到20以上。研究学者将研制的泡沫剂在胜利油田现有的河草二十区和孤岛孤一区进行现场试验，并研究了相关参数（温度、剩余油饱和度及矿化度）对封堵效应的影响。通过高温复合泡沫体系在现场试验结果表明：该泡沫体系可降低油水表面张力；提高注入蒸汽的驱替效果；伴蒸汽注入的高温泡沫体系可提高稠油油藏的采收率，同时降低含水率。结果证明，高温泡沫体系可进行大孔道的封堵，防止汽窜的重现，有效改善稠油油藏在热采过程中蒸汽吞吐的采油效果。

3 利用非凝析气改善蒸汽波、效率及提高采收率

3.1 非凝析气应用原理

稠油油藏在开采过程中由于严重的非均质性及注入蒸汽的密度和黏度都很低，导致开采过程中极易发生汽窜，地层中剩余油的饱和度过高、注入蒸汽的波及系数减小，从而降低驱油效果及采油率。研究通过在注入的蒸汽中加入二氧化碳（CO2）或者氮气，利用非凝析气改善蒸汽波及系数及应用效率，提高稠油开采率。

CO2的应用对于改善蒸汽吞吐效果上具有多个优点：首先，由于CO2与原油具有很好的相容性，其溶解度比在水中的溶解度高出3倍以上，因此，在稠油开采过程中利用CO2混溶于油层中以降低稠油的黏度，从而提高油层流动的驱动力。将CO2溶入油层后，油层体积发生膨胀，地层的弹性能量增强，在其内部形成了CO2驱替，改善蒸汽吞吐的驱替效果，从而提高采油效率增加油产量。其次，在岩石中存在碳酸盐胶复合物，CO2是一种酸性氧化物，可与水作用形成碳酸，可对其进行溶解，从而改善地层的渗透率。最后，在石油开采过程中，黏土颗粒对于油质有很大影响，CO2具有抑制黏土颗粒膨胀的作用。

3.2 非凝析气的发展应用

新疆油田在稠油热采过程中存在十分严重的汽窜问题，研究者针对这个问题，制备了一种自生CO2复合泡沫封窜剂，同时对这种试剂进行了现场试验，最终形成一套成熟的利用CO2复合泡沫封窜剂改善汽窜的工艺。具体过程，在高温蒸汽注入前，将封窜剂先注入到地层中，通过引发剂分解产生CO2气体，并与发泡剂形成高温泡沫，对汽窜通道进行封堵，从而提高注入蒸汽的效果。工艺在实施过程中较简单，并在新疆油田中进行了多口生产井的试验，均取得了十分优异的效果。

4 利用化学剂扩大蒸汽腔体积，降低油水界面张力

4.1 化学剂应用原理

我国稠油储量丰富，且以特稠油和超稠油为主，平均油层黏度达到20000m Pa·S以上，部分油田的稠油黏度更是达到了30000～50000m Pa·S。因此，如何有效地降低稠油黏度，对于改善蒸汽吞吐开发效果及高效率的石油开采有重要意义。根据化学试剂在扩大蒸汽腔体积和降低油水界面的表面张力上具有显著的作用，为改善蒸汽吞吐过程中稠油黏度提供了一种方法。目前，化学降黏技术主要涉及催化裂解降黏技术、加油溶性降黏技术、加碱降黏技术及加表面活性剂降黏技术等。

4.2 化学剂的发展应用

河南油田在蒸汽吞吐开采初期，地层含量水较低。稠油在开采过程中高温蒸汽作业环境下油层易形成油包水的乳状液，导致稠油黏度进一步增大。这种情况下，水溶性降黏剂的使用效果受到很大影响，需要研发一种油溶性降黏剂。油溶性降黏剂在使用过程中会随着蒸汽注入后很好地与油层进行接触，并与油包水乳状液的稠油互溶，最终达到快速降黏的作用。油溶性降黏剂的主要化学成分中，表面活性剂的亲油基结构需要与稠油化学结构中的基团具有一定的相似性，才能够达到相似相容的目的。根据油溶性降黏剂的使用目的，其化学组成主要包括主剂、溶剂和助溶剂。主剂可与稠油中的极性基团作用，改变稠油大分子框架，降低稠油黏度；溶剂的作用是溶解主剂；助溶剂则加快主剂溶解的过程。降黏剂降低稠油黏度，尤其是对含水量较低的稠油，从而提高蒸汽吞吐效果。

5 结语

综上所述，科学研究及现场试验结果表明，稠油油藏采取热采蒸汽吞吐的方式进行开采，均已进入中后期的开采阶段，取得的成果及问题都已显露。对于目前现有的蒸汽吞吐工艺，改善其效果的有效措施主要集中在注入蒸汽过程中伴有泡沫剂、氮气及其他辅助化学剂等。在未来的稠油蒸汽吞吐开采中，多种设计方案的合理应用能够更好的取得效果。