稠油开采技术现状及展望.pdf

油气田地面工程第 2 8卷第 2期 2 0 0 9 ． 2 稠油开采技术现状及展望 李朋 鸟 华 中国 石油大学 华东 摘要我 国现阶段陆上常规油气田大多数 处于开采后期 ，随着常规原油受到储量增长的限 制 ，开采稠 油 油藏显得 更加 重要 。稠 油粘度 高，密度 大 ，在 地层 中流动 阻力 大 ，所 以稠 油油藏 开 采 时驱 替效 率低 ，采 用常规 开采 方式 开采效 率低 。介 绍 了现 有 的稠 油冷采技 术 、稠 油热采技 术 和 复合 开采技 术 ，并指 出稠 油开采技 术也要 因地制 宜 ，不 同的油藏 特点 和开发 阶段 要选择 不 同的 开 采技 术 ，这样 才 能取得 比较好 的 开发 效果 。 关键 词 稠 油 ；冷采 ；热采 ；复 合开 采 ；降粘 稠油 粘 度高 ，密度 大 ，在 地 层 中 流动 阻力 大 ， 所 以稠 油油藏 开采 时不但 驱替效 率低 ，而 且体 积扫 油效 率低 ，常 规开采 方式 开采效 率低 。本 文主要 阐 述现 有 的稠 油 油藏有效 开采 技术 ，并 对未来 稠油 油 藏开 采技术 发展 方 向提 出一 点看 法 。 1 稠油冷采技 术 1 ． 1 稠油化 学 降粘开 采技术 1 加 碱 降 粘 开 采 技 术 。碱 驱 最 早 由美 国人 At k i n s o n提 出的 ，研 究 与 应 用 是 2 0世 纪 8 0年 代 初 开始 的 。其 机理是 原油 中含 有一些 酸性 物质 ，如 脂肪 酸 、环烷 酸 、焦 质酸 和沥 青酸 ，这些 酸性物 质 与注 入 的碱 性物 质反 应 ，能生成 具有 表 面活性功 能 的 O ／ W 型乳化 剂 。在此乳 化 剂作用 下 ，稠油 与水 形成 O／ W 型乳 状液 ，这 种乳 状 液能 起 调 整驱 替 剖 面、乳化捕集和夹带的作用 ，从而提高波及体积系 数和扫油效率。 2 加 表面活性 剂 降粘开 采技 术 。表面 活性 剂 对 稠油 的降粘 主要是 通过 活性 剂对地 层 稠油 的破乳 和乳化 功能来 实现 的 。由于稠 油粘 度高 ，地层 状态 下 ．W／ O 乳状液 的粘 度 非 常 高 ，一 般 条件 下 很 难 流 动 。注入 的表面活 性 物质 首 先使 W／ O 乳状 液 破 乳 ，生成游 离 水 和 “ 水 套 油 心 ” 、悬 浮 油 ，这 种 状 态 下的地层 流体 粘度 大大 降低 。另外 ，表 面活性 物 质还 能 使 W／ O 乳 状 液 反转 变 成 O ／ W 乳状 液 。 由 于水 的粘度 比稠 油粘 度 低很 多 ，形 成 O／ W 乳 状 液 后 ，整个流 体 的粘 度最 多可 以降低 8 O ～9 0 。 3 加 油溶性 降粘 剂降粘 开采 技术 。油溶 性 降 粘 剂分 子 中含 极性 基 团侧 链 和高碳烷 基 主链 。其 主 碳 链使 降粘剂 分子 能溶 于油 中 ，侧链 的极 性基 团与 胶 质 、沥 青质 中的极 性 基 形 成更 强 的氢 键 ，渗 透 、 分 散进入 胶质 和沥青 质 片状分 子之 间 ，拆 散平 面重 叠 堆砌而 成 的聚 集体 ，形成 片 状 分 子 无规 则 堆 砌 ， 使结构变松散 ，并减少聚集体中包含的胶质、沥青 质 分子 数 目，降低 原 油 的 内聚力 ，起 到 降 粘作 用 。 降粘剂 分子 吸 附在分 散开 的胶质 和沥青 质 表面 ，阻 止这些分散开的颗粒再次聚集，并且由于降粘剂分 子 分散 在胶 质和沥 青质 表面 ，提 高 了这 个流体 体 系 的流动性 ，进 一步 降低 了体 系 的粘 度 。 1 ． 2 注 C o 开 采技 术 注 C O 。 气体 提 高 采 收 率 技 术 已有 几 十 年 的历 史 。从 1 9 5 0年起 ，许 多 国 家在 实 验 室 和现 场 均 对 注 C O 。 提 高采 收率方 法进 行 了大规模 的研 究 。 与其他 用 来 开 采 稠 油 的试 剂 相 比 ，C O。有 自 己 的独 有特 性 。注入 地 层 的 C O 主要 通 过 7个 方 面的作 用来 实现 开采地 层稠 油 ①降 低油水 界 面张 力 ，减 少流 动阻力 ；② 降低 原油粘 度 ；③使原 油 体 积 膨胀 ；④ 压 力下 降造 成溶 解气 驱 ；⑤改善 原油 与 水 的流度 比 ；⑥酸 化解堵 作 用 ，提 高 注入能力 ；⑦ 萃取 和汽 化原 油 中的轻 质烃 。 1 ． 3微 生物 开采技 术 微生 物开采 技术 主要包 括 生物表 面 活性剂 技术 和微 生物 降解技 术 。 特定 条件下 ，微 生物 在生 长过程 中代 谢会 产生 生物表 面 活性剂 ，这 些生物 表 面活性 剂具有 化学 表 面活性 剂 的共性 ，并且 稳定 性好 ，抗 盐性较 强 ，受 温度影 响小 。生物 表 面活性 剂是化 学表 面活 性剂 的 理 想代替 产 品 ，我 国在 2 O世 纪 8 0年代 已筛 选 了多 种生 物表 面活 性剂 ，并应 用 于小规 模成 片油 田 。 微生 物 降解技 术就是 把 添加氮 、磷 盐 、氨盐等 营养 物质 的 充 气 水 注 入 地 层 ，使 地 层 的微 生 物 活 化 ，就地生成 C O 、有 机 酸 和生 物 表 面活 性 剂 。这 些生成的物质在地层条件下与原油作用，使地层原 油降解，粘度降低，从而达到开采地层稠油的目的。 1 ． 4 磁 降粘开 采稠油 技术 磁 降粘 的主 要原 理是磁 场作 用 于烷烃分 子 中质 子外 围的 电子 ，产生一 个 瞬时 的诱 导 磁距 ，诱导 磁 距 的产 生破 坏 了石蜡分 子结 晶时 的定 向排列 ，破 坏 1 0 油气 田地 面 工 程第 2 8卷 第 2期 2 0 0 9 ． 2 和延 长蜡 晶 的 生成 ，起 到 防蜡 降 凝 的作 用 ；同时 ， 磁 化作用 破坏 了原 油各烃类 分子 间的作 用力 ，使分 子 问 的聚合力减 弱 ，其 中的胶质 和沥青 质 以分 散相 而 不是缔 结相溶 解 在原油 中，从而使 原油 的粘度 降 低 ，流动 性增强 。原油 受 磁场 作 用 的时 间很 短 ，磁 化作用 消失一定 时 问后 ，原 油 的性 质 会恢 复 到磁化 前 的状态 。磁 降粘技术能降低稠油粘度 3 0 47 0 。 2 稠 油热采技术 2 ． 1 蒸汽 吞 吐 蒸汽吞 吐是 一种相 对简单 和成 熟 的开采稠 油技 术 ，国外很 早 就有 应 用 ， 目前 在 美 国 、委 内瑞 拉 、 加拿 大等还 广泛应 用于 开采稠 油油藏 。蒸汽 吞 吐的 机理 主要是 注蒸 汽加热 近井地 带原 油 ，使 之粘度 降 低 ；当生产 压力下 降时 ，蒸 汽吞吐 主要是加 热 近井 地带 的油层 ，热 能波及 范 围有 限 。随着吞 吐轮次 的 增加 ，近 井 地 带 含 水 上 升 ，消耗 掉 大 部 分 蒸 汽 热 量 ，热 能有 效利用 程度 变差 ；而且 蒸汽吞 吐后 ，油 井 问和油层 纵 向上 存在很 大一 部分未 动用油 藏 。蒸 汽吞 吐采收率 在 1 5 ～2 O 左右 。 2 ． 2 蒸 汽驱 蒸 汽驱 是 目前 应用较 多 的热采技 术 ，它 一定程 度上克 服 了蒸 汽吞 吐加热 半径 有限 的弱点 ，能够持 续给地 层提 供热量 ，是 蒸汽吞 吐后 提高采 收率 的有 效方法 。蒸 汽驱 要求 油 井 的间距 一般 在 1 0 0 1 5 0 m 之间，且不适用油藏埋深较深的油藏 。蒸汽相可以 是水蒸气 、烃 汽与 蒸汽 、水蒸气 与 C O。 。这 样不仅 能加热 油层从 而降 粘 ，加 入 的其 他气 体和流 动前缘 的稠 油发生作 用 ，会降低 驱替前 缘稠 油 的粘 度 ，从 而可 以提高蒸 汽驱 效果 。 2 ． 3火 烧油层 火烧油层是一种具有明显技术优势和潜力的热 力采油方法 ，是提高稠油采收率的技术之一 。火烧 油层技 术有 三种方 式 干式正 向火烧 、反 向火烧 和 湿式火烧 。现场试 验资料 证实 ，用火 烧油层 采油方 法采收 率可达 5 O ～8 0 。 火 烧油 层 的主要机理 是利 用各种 点火方 式把 预 先注入气 的油 层点燃 ，并 继续 向油层 中注入 空气或 氧气 ，形 成移 动 的燃 烧前 缘 。燃 烧前 缘附近 的原油 受热降粘 、蒸馏。并在燃烧 的过程中生成水蒸气、 烃蒸气 ，在前缘附近形成一个较高的压力区域，蒸 馏的轻质油 、蒸汽和燃烧烟气向前缘加速扩散，降 低 前缘 的稠油 粘度 ；重质 组分在 高温 下产生 裂解作 用 ，裂解 产物 焦炭 可以继续 燃烧 ，使 油层 燃烧 不断 蔓 延扩大 。在 高温下 地层 束缚水 、注入 水蒸 发 ，裂 解 生成 的氢气 与注入 的氧气 合成水 蒸气 ，携带 大量 的热量传递 给前 方 的油层 ，把原 油驱 向生 产井 。 2 ． 4热水 驱 由于蒸 汽 与地层原 油密度 差及 流度 比过大 ，在 蒸 汽吞 吐或者蒸 汽驱 的过程 中 ，很 容易造 成蒸汽 重 力超 覆 和蒸 汽在 高渗带 指进 的现象 ，造成 波及系数 低 ，蒸汽 的热效 应差 ，底部 油层不 能动用程 度差或 未动 用 ，影 响注 蒸汽 的开采效 果 。热 水驱则 可有效 地减 缓这些 不利影 响 ，但 热水 驱单位 体积携 带热量 少 ，对粘 度较高 的稠油 油藏效 果有 限 。 3 复合开采方式 单一技 术对 处于开 采后期 的稠 油油藏效 果非 常 有限 ，复合 开采稠 油油藏 成为 了近年来 开发稠 油油 藏 的主要方 式 。 目前应 用较多 的复合 开采稠 油技术 主要有 降粘 剂 蒸 汽吞 吐开 采稠 油技 术 、C O 蒸 汽吞 吐开采 稠油 技术 、蒸 汽 C 。 表 面 活性 剂开 采稠 油技术 、水平 井 蒸汽吞 吐开采 稠油技 术 ，水 平井 C O 吞 吐开采 稠 油技术 、水平 井 C O 蒸 汽吞吐开采稠油技术等 。这些技术较好地结合 了单 一 技术 的功能 ，为稠油油 藏 的后续开 采提供 了技术 支持 ，提高 了稠油 油藏 的采收率 。 在超稠 油 的 开 采 方 面 ，B u t l e r提 出并 开 发 了 S AGD技术 ，并在 加拿 大 、委 内瑞拉应 用 。我国于 2 0世纪 8 O年代 引进 S AG D技 术并在 辽河油 田推广 应 用 。 4 结语 ． 由于稠油 油藏 条件 的复杂性 和各 种开采 技术本 身的局限性 ，将 各种 开采技 术 相结合 来 开采稠 油是 一 种有效开采 稠油 的技 术 ，可 以在一 定程 度上 克 服 单一采油技术 的不 足之处 ，进 一步提高原油采收率 。 稠油开采技术也要因地制宜，不同的油藏特点 和开发 阶段要 选择不 同 的开采技 术 。在 稠油开 采 的 后 期 ，含水率 大 幅上升 ，单纯 考虑稠油 的降粘 对开 采影响效果不大，要和堵水调剖工艺相结合才能取 得 比较 好 的开发效 果 。 稠 油开采 的核 心问题 就是 如何有效 降低 原油 的 粘 度 ，提高驱 替或者 吞 吐的扫 油面积 。微生物 降粘 剂有价格低 、无毒等特点。如果能培养合适 的菌 种 ，大幅度降解稠油，就能提高现有的稠油开采技 术 水平 ，大 幅度提 高稠油 的采 收率 。所 以利用 微生 物 开采 稠油是 一个 比较有 前景 的方 向。另外一 个方 向就是研究有效的井下稠油裂解催化剂，在催化剂 的作用下，原油在地层裂解 ，粘度大幅度降低 ，这 样 不仅 能提高 稠油 的开采效 率 ，而且还 能为后续 的 地 面炼油 提供很 大 的便利 。 栏 目主持杨军