稠油开采方式对原油采收率和原油性质的影响

濮文华 胡庭尘 魏琦 张翔斌

1. 中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院 新疆 克拉玛依 834000

2. 中国石油新疆油田公司采油二厂 新疆 克拉玛依 834000

随着原油供应量的日益扩大，如何提高全球重质原油生产国对勘探开采的重要性以及消耗者对重油的合理使用，已成为重质原油产业以及全球油气行业可持续发展的重点；重质原油作为世界石油资源的主要成分，拥有比常规石油资源高出几倍的资源价值，世界的石油资源中重油占70%以上。

环烷基原油也是一个相对短缺的珍贵石油资源。据预测，在全世界的115个大油地中，其储量仅占世界石油总储量的2%～3%；而全球环烷基原油的重要产地则遍布于中国、委内瑞拉、墨西哥湾和美国的德州西南部、加利福尼亚、阿肯色州，中国有大量的环烷基石油资源，其地质储量大约占全球环烷基石油总储量的1/4。中国环烷基石油产区大部分在新疆克拉玛依油田、辽河油田和华北大港油田以及渤海湾区域；稠油的不同开采方式，对稠油采收率、稠油性质会有不同程度的影响，环烷基原油资源最大化利用，就稠油开采方式对原油采收率、原油性质的影响进行分析显得尤为重要。

1 稠油分类[1]

1.1 联合国训练署（UNITAR）的稠油分类标准

许多学者就稠油分级方法开展了探讨，部分国外学术会议还多次开展了交流。由联合国训练研究署提出的重油分类标准取得了世界石油界的广泛认可（见表1）。

表1 由UNITAR推荐的重质原油及沥青分类标准

1.2 我国稠油的分类标准

刘文章针对我国重质原油（稠油）的特性，历时5年深入研究，提出了我国稠油的划分规范，讨论修改后作为试验规范印发执行（如表2所示）。

表2 中国稠油分类标准

2 稠油开采方式及优缺点

针对稠油一般使用热采工艺技术，热采也是工艺技术熟练的企业开发高黏度重质石油时最合理的方式。目前，当今世界上大约有80%以上的热采生产依靠注蒸汽采油法达到。

2.1 热采方式种类

稠油黏度虽高，但对高温却十分敏感；每提高10℃，黏度就降低了约一零点五。这表明了稠油相对热降粘的规律是一样的，这就是稠油热力开采的主要原理。稠油热力开采工艺技术是目前世界上较大的提升石油采收率项目[2]，该工艺技术从问世至今，已经形成了以蒸汽吞吐、热蒸汽驱、SAGD、热力驱、燃烧油层、电磁加热等关键技术为代表的核心技术架构。

2.2 蒸汽吞吐采油技术

蒸汽吞吐是指先向井投入一定量的蒸汽，然后闭井很久，待蒸气的热量逐渐向油层中传播后，再开井产出的一种利用稠油的增产方式。它也是中国目前稠油生产利用的最主要方式，因为我国目前大约有80%的稠油生产都是靠蒸汽吞吐工艺获得的。

2.3 蒸汽驱采油技术

蒸汽驱是指把蒸汽直接投入到附近一个或多口油井里，使地下粘性很大的稠油受热降粘，进而在蒸汽蒸馏的效应下，将石油驱往附近各口生产井中采出。利用蒸汽驱改善开采效益的原理，大致有如下几个：蒸汽蒸馏效应、气驱效应、高温减黏效应。

2.4 蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）

SAGD实际上是在一种特定情况下的蒸汽驱，它的实质原理是自重泄油[3]，其采油原理如下：通过注入的高温水蒸气，使油层上面的石油黏度降到最容易流淌的程度，靠自重将石油和温水排放到底下的工业生产井中，并利用工业生产井的提升体系，把石油和水提升到地面。和成对的SAGD一样，单井SAGD更适合于厚度范围为10～15m的油藏开采；而抑制常规SAGD的另一大原因，其必须消耗巨大的蒸汽，特别针对油层较薄且品质不好储层。

2.5 热水驱采油技术

热水驱开采原油的主要原理：原油受热降黏提高流度比；石油和岩石等受热而扩张；对残余油饱和度和相对渗透性的作用；提高岩层水湿和避免热黏油带的产生等。虽然热水驱对稠油开采的总体效益远不及注蒸汽显著，但由于它操作简便，与普通水驱无异，所以仍长期被人们广泛使用，只不过范围小些。

2.6 燃烧油层采油技术

燃烧油层是第一个用于开采稠油的热力开采石油工艺技术。目前，全球有100多家油田已进行过大面积的工业性开发测试，其采收率一般达到50%～80%[4]。这是指运用各种点火方法将注气井的油层全部引燃，同时不断地向油层内加入抗氧化剂（空气或氧化物）助燃产生移动的点燃前缘（又称点燃带）。爆炸带左右的石油被降黏、蒸馏，经过蒸馏的轻质油、水蒸气和可燃空气驱往前方，而不被蒸馏的重质碳氢化合物，则在高热下发生裂解，然后再留下裂解产物（焦炭）并成为支持石油形成与燃烧过程的主要能源，从而使石油进一步地传播与扩展。在高温下地层束缚水、加入水蒸气，由裂解所产生的储氢材料和加入的空气组成水蒸气，将巨大的能源送入最前方的油层中，将石油驱进生产井[5]。

从工作原理上来看，火驱技术实际上结合了水蒸气驱、气烃混相驱、CO2混相驱等各种驱替方式，它的驱替效能之高，也是任何高采收量技术所不能与之媲美的。当然，火驱也会燃烧部分石油，一般是石油中的焦炭和沥青的裂解残渣，占世界石油存量的10%～15%。目前新疆油田公司在风城区有一个SAGD试验区，主要进行SAGD采油技术，其余区域如重32#等，则实行常规热采技术：红浅原油、九区稠油等区块采用的都是常规热采技术，如蒸吞吐采油系统技术、蒸汽驱油技术等；而红浅火驱原油区块则应用燃烧油层采油技术。

3 不同热采方式对原油性质的影响

使用燃烧油层采油技术的原油，密度、黏度、凝点、残炭、硫含量、氮含量、钙含量等低，但酸值、铁含量最高；相比较采用蒸汽吞吐技术的同区块原油1，采取燃烧油层采油方法的原油2的密度、黏度、凝点、残炭、硫含量、氮含量、钙含量均有不同程度减低；同一区块原油，采用SAGD采油技术的原油密度、黏度降低，凝点、酸值、硫含量、氮含量、钙含量均有不同程度升高。

不同热采方式的原油实沸点收率见表3。

表3 不同热采方式的原油实沸点收率

从表3可见，不同热采方式相比，<520℃实沸点收率最高的是采用燃烧油层采油技术的原油2，收率达到54.0%；<520℃实沸点收率最低的是采用SAGD采油技术的原油4；与蒸汽吞吐技术相比，采用燃烧油层的原油2的<520℃实沸点收率高4.7%；与蒸汽吞吐技术相比，采用SAGD采油技术的原油4>520℃收率高2.6%，会提高沥青产品收率。

相比较采用蒸汽吞吐技术的同区块原油1，采用燃烧油层采油技术的原油2 >520℃减压渣油的沥青性能变化较大，针入度大幅升高，软化点大幅降低，收率下降4.6%，黏度、钙含量大幅降低；相比较采用蒸汽吞吐技术的同区块原油3，采用SAGD采油技术的原油4 >520℃减压渣油收率升高2.6%，残炭、钙含量有所升高，沥青性能变化不大。

4 结论

（1）使用燃烧油层采油技术的原油，密度、黏度、凝点、残炭、硫含量、氮含量、钙含量等性质低，但酸值、铁含量最高；相比较采用蒸汽吞吐技术的同区块原油，采取燃烧油层采油方法的原油的密度、黏度、凝点、残炭、硫含量、氮含量、钙含量均有不同程度减低；同一区块原油，采用SAGD采油技术的原油密度、黏度降低，凝点、酸值、硫含量、氮含量、钙含量均有不同程度升高。

（2）不同热采方式相比，<520℃实沸点收率最高的是采用燃烧油层采油技术的原油，收率达到54.0%；<520℃实沸点收率最低的是采用SAGD采油技术的原油；与蒸汽吞吐技术相比，采用燃烧油层的原油的<520℃实沸点收率高4.7%；与蒸汽吞吐技术相比，采用SAGD采油技术的原油4>520℃收率高2.6%，会提高沥青产品收率。

（3）相比采用蒸汽吞吐技术的同区块原油，采用燃烧油层采油技术的原油>520℃减压渣油的沥青性能变化较大，针入度大幅升高，软化点大幅降低，收率下降4.6%，黏度、钙含量大幅降低；相比采用蒸汽吞吐技术的同区块原油，采用SAGD采油技术的原油>520℃减压渣油收率升高2.6%，残炭、钙含量有所升高，沥青性能变化不大。

总之，不同的热采方法比较，蒸汽吞吐采油技术与燃烧油层采油技术比较，采用燃烧油层采油技术生产的原油优势相对较大，密度、黏度、凝点、残炭、硫含量、氮含量、钙含量均有不同程度减低；520℃之前实沸点收率升高；蒸汽吞吐采油技术和SAGD采油技术相比，采用SAGD采油技术>520℃减压渣油，收率升高2.6%，会提高沥青产品收率，但残炭、钙含量有所升高。