稠油和瀝青VAPEX技術影響因素的研究進展

趙法軍，劉永建，吳永彬，哈 斯，談龍日

（1東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2中石油大慶油田博士后工作站，黑龍江 大慶 163453；3中國石油勘探開發研究院，北京 100083；4大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712）

進展與述評

稠油和瀝青VAPEX技術影響因素的研究進展

趙法軍1,2，劉永建1，吳永彬4，哈 斯3，談龍日3

（1東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2中石油大慶油田博士后工作站，黑龍江 大慶 163453；3中國石油勘探開發研究院，北京 100083；4大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712）

由于常規稀油石油資源逐漸枯竭，作為非常規石油資源的稠油和瀝青的開采日益重要，稠油和瀝青的蒸氣萃?。╒APEX）技術已經成為一項非常有前途的開采工藝。本文討論了影響稠油和瀝青VAPEX技術的各種因素，包括稠油黏度，溶劑在稠油中的擴散系數，溶劑的分散度，溶劑注入時的溫度、壓力，溶劑的注入速度，地質因素等。列出了這些因素之間重要的數學關系式以及這些因素與稠油和瀝青質產量之間的數學模型，對VAPEX技術發展前景和未來研究方向進行了總體展望：由于模型與實際油藏的差異造成結果偏差因而需修正實驗模型；VAPEX和SAGD的混合使用；不同溫度、壓力下溶劑的擴散系數；混合溶劑的使用。

稠油；瀝青；蒸氣萃??；影響因素；溶劑

稠油（crude oil），通常是指黏度高、相對密度大、膠質和瀝青質含量都較高的重質原油。國外稱稠油為重質原油（heavy oil），對黏度極高的稠油稱為瀝青（bitumen）或瀝青砂油（tar sand oil）。由于稠油在油層中黏度高，流動阻力大，甚至不能流動，因而用常規技術難以經濟有效地開發[1-2]。

目前，開采稠油油藏的常規技術是熱力采油，即蒸汽吞吐（CSS），蒸汽驅（SF）、火燒油層（ISC）、蒸汽輔助重力泄油（SAGD）等。這些技術開采稠油和瀝青原理是通過加熱降低油藏中原油的黏度。在蒸汽吞吐采油技術中，原油最高采收率不超過20%。通常情況下，蒸汽吞吐后要采用蒸汽驅技術，而蒸汽驅過程中，存在著蒸汽的密度和黏度較低，易發生蒸汽超覆和汽竄的問題，產生不均勻的垂直掃油效率，導致地層中殘余油飽和度高、蒸汽波及系數小、驅油效率和采收率降低?；馃蛯蛹夹g要取得成功，原油地層條件下的黏度要足夠低（μ＜1000 m Pa·s），從而可以使原油從燃燒區驅替到冷油藏區[3]。盡管SAGD技術在稠油和瀝青開采方面是可行的，但是SAGD技術具有熱利用率低，尤其是該技術應用到薄層油藏中，成本高昂。SAGD技術除了存在熱利用效率低的問題，還存在著其它相關的問題，主要包括采出水的處理及相關環境問題，需要消耗大量淡水資源及黏土膨脹可能引起的地層損害等[4]。因此，科研工作者努力尋求一種更清潔、效率更高的技術。

VAPEX技術是Butler等于1991年提出的一種類似于 SAGD開采稠油新方法[5-7]。該方法是向油藏中注入諸如乙烷、丙烷或丁烷等溶劑的露點壓力與油藏壓力接近的石油氣體，使其在油藏中形成氣腔，利用石油氣體在原油中的溶解降黏作用和重力泄油機理開采稠油油藏。與SAGD方法一樣，蒸氣萃取法一般也采用在油層下部鉆兩口平行水平井（一上一下）的布井方式，上部井為注氣井，下部井為采油井。

一些學者采用室內物理模擬方法研究了影響稠油和瀝青 VAPEX技術的多種因素，其中影響VAPEX技術重要的因素有稠油和瀝青的黏度、稠油和瀝青的脫瀝青作用、溶劑在稠油和瀝青中擴散、溶劑在稠油和瀝青中分散度、VAPEX的溶劑選擇及油藏地質因素等。

1 稠油和瀝青的黏度

黏度低于10 Pa·s并且API重度為20°或更小的原油稱為稠油。如果黏度大于 10 Pa·s，且API重度為10°或更小稱之為瀝青[8]。稠油和瀝青的黏度是溫度的強函數，當溫度從 20 ℃上升到200 ℃可以將Athabasca瀝青的黏度從900 Pa·s降到0.01 Pa·s，降低5個數量級。

稠油和瀝青的黏度高是其開采難的主要原因，所有開采工藝的目標都是降低稠油和瀝青的黏度，增加稠油和瀝青的流度。在VAPEX工藝中，氣態溶劑的注入可使稠油和瀝青的黏度下降。稠油和瀝青的黏度取決于它的化學組成、溫度、壓力和溶解氣的濃度。稠油瀝青的黏度是溫度的強函數，但是，當氣體溶解到稠油和瀝青中后，壓力能夠有效地影響黏度[9]?？傊碛秃蜑r青黏度是溫度、溶解氣濃度、壓力和瀝青質含量的函數。

與溫度對黏度影響相比，壓力對稠油和瀝青的黏度的影響不明顯。然而，當稠油和瀝青中溶解氣體后，壓力對黏度的影響是非常大的，像CO2、乙烷、CO和N2等幾種氣體可顯著地降低瀝青的黏度[10-13]。這些氣體中降低瀝青黏度最有效的氣體是乙烷，按降低黏度從大到小的順序是CO2、CH4、CO和N2。

Lederer提出了溶劑的濃度對稠油和瀝青的黏度影響的關系式如式（1）[14]。

式中，γ是重量因子，值在0～1之間變化；fB是較黏組分的質量分數；μB和μS分別是瀝青和溶劑的黏度，Pa·s；CB和CS分別是瀝青和溶劑的體積分數。

Shu在1984年提出了稠油混合物或含有輕餾分瀝青的γ關系式如式（2）[15]。

Das和Butler在1996年給出了兩參數黏溫關系，如式（3）[16]。

式中，μ是Peace River瀝青黏度，Pa·s；T是絕對溫度，K；b1、b2值分別是9.523535、-3.57231。

Jin在1999年總結出含有丁烷溶劑的產出原油黏度經驗關系式如式（4）、式（5）[17]。

式中，μ是平衡狀態稠油或瀝青黏度；Cs是稠油中丁烷體積分數；ωs是稠油中丁烷質量分數。對于原油中丁烷質量分數等于0、黏度趨近于無限大的情況，這個關系式不成立。這項研究工作表明23±2 ℃室溫條件下，隨著丁烷質量濃度從10%增加到17%，原油黏度從150 mPa·s急劇下降到40 mPa·s，黏度下降較為明顯。

對于瀝青和稠油油藏，上述實驗結果有助于確定在蒸氣萃取操作中選用哪一種溶劑，在油藏溫度和壓力條件下，找到一種溶劑可以最大程度降低稠油和瀝青的黏度。

2 溶劑氣體在稠油瀝青中擴散

在蒸氣萃取過程中，溶劑氣體在稠油和瀝青中的擴散主要是分子運動現象，這是因為分子在稠油和瀝青中的吸收和混合作用，導致稠油和瀝青黏度降低。溶劑氣體在稠油瀝青中的擴散是降黏的主要原因，而且影響產量，因此，擴散現象在蒸氣萃取中起著很重要的作用。

氣體在液體中的擴散系數可以用實驗方法或經驗關系式確定[18]。實驗方法可以分為直接法和間接法。直接法主要是對不同時間萃取的液體樣品進行組分分析。間接法分為兩類：①根據物性變化如壓力、體積、溶質揮發速度、氣液界面位置等；②通過核磁共振測量擴散系數。

有些學者利用直接法[19-21]，也有一些學者利用間接法[22-27]和經驗公式法[28-29]研究溶劑擴散現象和稠油瀝青中各種溶劑質量轉換的關系。

Hayduk和Cheng在1971年給出了溶劑黏度與擴散系數的關系，如式（6）[30]。

式中，α，β為每種分散介質常數。

Peace River瀝青中丁烷和丙烷擴散系數是由Das和Butler根據VAPEX實驗采用間接法估算出來的。他們用Hele-Shaw裝置研究丙烷與丁烷瀝青的蒸氣萃取，將瀝青與氣體擴散接觸面的運移和相對應的瀝青黏度按照經驗關聯起來，得到了Hayduk和Cheng經驗關系式中α和β的最佳值，用于測量丁烷和丙烷的擴散系數[31-32]。丁烷的經驗關系式如式（7）。

然而，對于丙烷，得到的α值不相同，關系式如式（8）。

研究結果表明，擴散系數是混合物黏度的函數，也是氣體濃度和溫度的函數。

Upreti和Mehrotra[29]在溫度為25～90 ℃，壓力分別為4 MPa和8 MPa條件下，估算了Athabasca瀝青中CO2、CH4、C2H6和N2的擴散系數。他們使用間接壓力衰減的實驗方法發現這些氣體的擴散系數是瀝青中氣體濃度的函數。根據這些實驗結果，他們總結出氣體平均擴散系數的關系式如式（9）。

Upreti和Mehrotra觀察到瀝青中擴散系數是氣體濃度的函數，在給定氣體濃度和壓力條件下，擴散系數隨溫度升高而增大。實驗結果表明，給定溫度和氣體濃度下，氣體擴散系數通常隨壓力增加而增大。

Boustani和Maini在2001年根據3種不同相互關系，對作為溶劑濃度函數的Penny瀝青中丙烷本征擴散系數的估算值做了對比。他們發現Das和Butler在1996年估算的擴散系數比由Hayduk等和Hayduk和M inhas估算的擴散系數高一個數量級[32]。他們解釋了將Das和Butler使用的最優α和β值作為首選的原因，能夠為Hele-Shaw實驗提供更好的歷史擬合。

Hele-Shaw實驗的原油驅油效率與以分子擴散為基礎的模型所預測的驅油效率一致。然而，多孔介質砂巖充填模型的驅油效率遠高于預測的驅油效率。當稠油和瀝青黏度由于氣體擴散而下降時，降黏的原油在重力作用下排泄出來。此時，其它因素也會與擴散相結合來提高VAPEX技術的產量。Das和Butler提出這些因素分別是孔隙介質中界面面積的增加（對比平面擴散），物理分散作用，溶解度增加（由于溶劑蒸汽冷凝在毛細管上），表面更新（由于原油降黏的外泄），溶劑腔上升期的增大和溶劑-原油界面間的毛細管現象[33-34]。

3 溶劑氣體在稠油瀝青中的分散度

擴散是一種特殊的分散，分散狀態流體是穩定的（對流速度為零）。因此，從根本上說分散是擴散與對流運動的復合效應?？紫冻叽绲幕旌戏Q為微觀分散，油藏的混合稱為宏觀分散。宏觀分散上，這種多孔介質中的對流傳輸用達西定律來描述。油藏特性的變化形成宏觀分散。當流體通過多孔介質流動時，分散系數會由于對流混合而增大，并且分散程度高于單獨的擴散作用。多孔介質中的分散包含兩種濃度梯度，溶質-溶劑在橫向和縱向上的流動。這兩種分散也被稱為縱向分散和橫向分散。至今，沒有太多關于高黏度和低黏度流體分散造成溶質黏度明顯變化的報道[35]。

1989年 Butler等[36]利用 Athabasca和 Suncor瀝青以甲苯作為溶劑進行了Hele-Shaw實驗，應用分析模型的擴散值，預測產量正好在范圍之內。

然而，Das與Butler發現稠油和瀝青在多孔介質中產量遠高于Hele-Shaw實驗時的產量。為了擬合產量，在其分析模型中，使用的擴散值高于文獻中使用的值。他們提出不同分散值在VAPEX產量中起著重要作用[34]。

2001年Boustani和Maini利用Hele-Shaw裝置研究了VAPEX。結果表明，VAPEX期間由于溶劑對流增加的質量轉移，使用泰勒分散系數而不是擴散系數，能夠減小這種差異。然而，泰勒分散并不適用多孔介質，它只局限于Hele-Shaw裝置[28]。

2003年Cuthiell等[37]利用CT研究了25℃時甲苯溶劑對Lloydminster原油分散在砂巖和石英砂中的作用。他們還用擬溶劑分散系數模擬了重要的溶劑驅替特征。為了模擬溶劑驅替的黏性不穩定特性，使用了具有交互孔隙度的二維空間網格，考慮沿縱向上的分散是沿橫向上的10倍，使用不同的溶劑分散系數，他們也能分辨出與數值對應的物理分散。

4 稠油和瀝青的脫瀝青作用

稠油和瀝青是由飽和烴、芳烴、膠質和瀝青質（SARA組分）4類組成的，其組成影響稠油和瀝青的開采和運輸。在這些組分中，工業上主要關注瀝青質，因為它會隨著壓力、溫度或組成的變化而沉積。瀝青質為含有鎳、鐵、釩的高分子量復雜化合物，它能溶于CS2、嘧啶、CCl4和苯，但不溶于低分子量的正構烷烴，可以從石油或頁巖油中衍生出來。稠油和瀝青中由于含有大量的瀝青質，因此具有較高的黏度，它會帶來一些嚴重和復雜的運輸問題，需要用輕質組分稀釋或改質之后，才能便于運輸[38]。

Bray等[39]研究了不同的烷烴溶劑的脫瀝青作用的效果，即通過沉淀脫除瀝青。他們發現，在所有的溶劑當中，乙烷產生的沉淀量最大。而且，按產生沉淀降低的順序依次是丙烷、丁烷、戊烷和己烷。

Das等[40]1994年進行了Hele-Shaw實驗，發現如果注入溶劑的壓力接近或高于溶劑在油藏溫度下的蒸氣壓力就會產生脫瀝青，會帶來一定的降黏效果。實驗中他們觀察到脫瀝青作用前需要一個特定的最小溶劑濃度（臨界值），并推斷出這個值因溶劑不同而變化。他們利用高于其20 ℃時蒸氣壓力的丙烷對Cold Lake瀝青和Lloydm inster稠油進行了實驗，研究結果發現使瀝青質沉淀所需溶劑最小質量分數分別為20%和30%。這項工作得出的結論是，丙烷脫瀝青作用使Lloydm inster稠油和Cold Lake瀝青的黏度分別下降了50倍和300倍。這部分就地脫瀝青的原油改質為更輕的、質量更好的原油。

在進行VAPEX實驗時，Das等[34]觀察到脫瀝青原油中的瀝青質沉積占據不到20%的孔隙空間。因此，根據Das和Bulter的觀點，瀝青質沉積可能不會阻塞生產井。2002年Das[41]證實了他們的研究，脫瀝青不能阻止原油從油藏流出，而且由于原油黏度下降，相比沒有脫瀝青作用下原油產量會增加10%～20%。據觀察，在特定溫度下，如果蒸氣壓力下降到大約只有0.0345 MPa時，瀝青質沉積就不會存在。

Oduntan等和Jin觀察到VAPEX過程中的瀝青質沉積不會明顯阻礙多孔介質中的生產井，它主要沉積在生產井的末端[17，42]。一些瀝青質還會沉積在原油和溶劑界面。當原油-溶劑界面的溶劑濃度達到最高時，沉積物開始靠近原油-溶劑界面[43]。2003年Ramakrishnan也在他的實驗中發現類似的結果，并且認為瀝青質可能會被稀油攜帶到地面，沉積在油-溶劑界面上[44]。

Nghiem等[45]利用丙烷在Lindbergh原油中進行氣相抽提模擬實驗，并預測了相動態和液體流動現象。他們計算的瀝青質沉積與實驗觀測值相一致。

VAPEX過程中，就地脫瀝青可能會沉積在井筒里面或附近，這將會阻塞生產井。因此，為了阻止或控制脫瀝青作用，有必要對脫瀝青沉積物進行預測并開發出用于故障排除的瀝青質沉淀密封圈。

5 溶劑注入條件

溶劑的注入會產生脫瀝青作用，它能使原油黏度降低，通常，溶劑的選擇以一些因素為基礎，包括平衡壓力、分子量、密度差、溶解度、擴散率和油藏溫度及壓力等。低分子量的氣化溶劑當其接近或處于露點壓力時，通常在氣相抽提中用作采油用劑。在其露點壓力下注入氣化溶劑具有以下幾個優點。①氣化溶劑在接近露點壓力時有最大的溶解性，接近油藏溫度下的蒸氣壓力時，氣化溶劑的進入更為有利。②在油藏溫度下接近于蒸汽壓條件下注入溶劑，會提高采油速度。③除此之外，氣化溶劑的使用與瀝青產生較高的密度差，能夠為重力泄油提供更高的驅動力。④從經濟的角度來說，使用氣化溶劑而不是使用液體溶劑，降低萃取油藏的溶劑殘余量，這可以顯著地降低氣相抽提的操作成本。

Das和Butler提出了丙烷和丁烷是VAPEX過程最有效的溶劑，他們還證實了丙烷比丁烷擴散更快[16]。

利用液體溶劑（純丙烷、純丁烷、混合物），20～30目的Ottawa砂巖和來自Atlee Buffalo油田的原油，Butler和Jiang在2000年研究了溫度、壓力、注入速度、溶劑類型、混合溶劑、開發過程的井距和井形態對具有經濟溶劑要求高產量的影響。由于輕烴混合物沒有純溶劑那么昂貴，所以它能顯著降低VAPEX過程相關的費用。因此，有必要研究混合溶劑對VAPEX的影響[43]。

2000年Butler和Jiang研究發現使用丙烷的產量高于丁烷，但丙烷和丁烷的混合物（液體體積比為50∶50）比單獨的丁烷更有效，其性能基本上等效于丙烷[43]。

為研究混合溶劑（丙烷和丁烷的混合物）的注入速度的影響，以30 m L/h和20 m L/h恒定的速度分別注入混合溶劑。結果是注入速度增加了50%，產量只增加了11%，這表明，原油產量不會隨著混合溶劑的注入速度增加而顯著的增加。另外一組實驗中，研究了高啟動溶劑注入速度的影響，得出結論是高啟動速度后降低注入速度，可以獲得較高的原油產量和較低的溶劑累積量，其效果要好于恒速注入速度。

VAPEX過程中使用非凝結性氣體作為溶劑的氣體載體也是可行的，這種非凝結性氣體的注入速度應該足夠低，以便驅替出原油空出的體積。

6 地質因素

任何過程的經濟可行性都取決于產量。一些作者還研究了地質因素（產油層長度、滲透率、均質性、傾角和殘余油飽和度）對產量的影響。

（1）產油層長度對產量的影響 產油層長度是稠油和瀝青所處油藏的高度。Oduntan等觀察到對于給定的長度，產量一直維持不變，直到累積產油量達到80%～90%，總產油量大約是原始地質儲量的85%～92%。他們發現產油量與產油層長度的平方根成正比，對由滲透率136 μm2、孔隙度38%、地層傾角45°組成的關系如式（10）[42]。

式中，Q是模型單位寬度的體積流量，m3/h·m；Lpz是產油層厚度，m。

（2）傾角對產量的影響 2003年Ramakrishnan和Oduntan等研究了傾角對產量的影響[42,44]。Ramakrsihnan用滲透率為156 μm2的均質系統在傾角分別為45°、75°、80°、90°時進行了實驗。結果表明，隨著傾角從45°～90°增加，產量也會增加；由于陡峭傾角擁有更大重力的事實，所以在90°傾角時獲得最大產量[44]。

（3）油藏滲透率和均質性的影響 油藏滲透率和均質性在VAPEX過程起著重要的作用。蒸氣封閉在孔隙空間及毛細管孔隙中，并不潤濕固體。一些研究者[35，41，45]對稠油和瀝青開采中高低滲透層和頁巖存在引起的油藏非均質性進行了研究。1989年Bulter和Mokrys利用Athabasca和Suncor Coker Feed瀝青以甲苯作為溶劑在垂向Hele-Shaw裝置中進行了實驗，得出結論是在Hele-Shaw滲透率較低時，泄油速度是滲透率平方根的函數。高滲透率的使用不是很清楚，因為計算Hele-Shaw滲透率的關系只限于低滲透率。接著這項工作，1997年Das、1998年Bulter和Mokrys在多孔介質中進行了幾組不同滲透率的實驗，發現VAPEX產量隨著滲透率的平方根而變化。這些結果表明原油產量與模型滲透率平方根呈線性關系。Oduntan等在他們的實驗中使用了25 μm2、85 μm2、136μm2、192 μm2的滲透率，得到了與Bulter和Mokrys相似的結果。他們還發現體積流量與滲透率平方根成正比，關系式為式（11）。

式中，Q為流量，cm3/min；K為滲透率，μm2。

1995年Jiang等[46]進行一系列實驗研究了連續性和非連續性低滲透層的影響，他們使用由兩種不同尺寸砂子來獲得不同滲透率（20～30目為217 μm2，30～50目為43.5 μm2）的水平層構成的二維物理模型（寬35.56 cm，高22.86 cm，厚3.2 cm），以丙烷為溶劑來開采Tangleflags北油田和Lloydminster原油，發現低滲透層均質模型產量低于高滲透率均質模型，原油和溶劑氣相之間界面張力產生的毛細管現象在VAPEX中起著重要作用。

Oduntan等利用具有高（192 μm2）低（85 μm2）滲透層，長度為84 cm的物理模型更深刻地分析了油藏非均質性的影響。他們使用由各種高低滲透性結構組成7種不同類型的模型，模型Ⅶ的平均滲透率為125 μm2。結果表明，模型Ⅰ～Ⅵ的總產量沒有明顯的不同，平均滲透率稍高的模型Ⅶ相比其它分層系統產量較高，這歸因于小尺寸低滲透層的存在。他們觀察到隨著層數的增加，產量略有下降。除此之外，還發現非均質體系的產量低于同樣尺寸同樣平均滲透率的均質油藏。

7 殘余油飽和度

Oduntan等在傾角為45°的矩形槽中以丁烷作為溶劑進行實驗，研究了蒸汽萃取后沿物理模型長度方向的殘余油飽和度。他們選擇兩種模型進行實驗，第一種是均質體系，第二種是非均質體系。在均質體系中，模型殘余油飽和度從3%～5%倍孔隙體積變化，整個波及區基本上是一個常量。由于溶解氣的存在，現場條件下的殘余油飽和度假定略高并在5%～8%倍孔隙體積之間變化[41]。2003年Ramakrishnan在傾角為45°，用丙烷作為溶劑進行了類似的實驗，結果發現對于均質系統殘余油飽和度為10%～13%，使用丙烷氣體比丁烷氣體的殘余油飽和度百分數高，因為丙烷氣體的瀝青質沉淀比較高[44]。

Ramakrishnan在2003年利用物質平衡方程來計算殘余油飽和度，如式（12）。

式中，MRO是殘余油質量，g；VB是填充的總體積，cm3；φ是填充孔隙度，ρo是死油密度，g/cm3。

對于分層系統，Jiang和Butler以及Oduntan等[42，46]發現位于高滲透層之上低滲透層的殘余油飽和度較高，孔隙尺寸的小是低滲透層中高毛細管壓力產生的主要原因。

Oduntan等[42]通過變化產油層高度進行了實驗。實驗結果表明，不論產油層高度怎樣變化，模型底部（6～7 cm）都采不出油來，因為重力不足以克服毛細管壓力。

8 孔隙尺寸變化

VAPEX過程提及，微觀的發生在大的宏觀區域內的孔隙尺寸變化現象。Ramakrishnan，Jin和Oduntan等[17,42,44]用二維微觀物理模型研究了蒸氣萃取期間發生的孔隙尺寸變化來解釋多孔介質中流體相間相互作用。當溶劑氣體擴散到稠油和瀝青中時，使稠油和瀝青黏度下降，在重力作用下排出。

Oduntan等觀察到的VAPEX孔隙尺寸形態變化，毛孔壁上捕獲的丁烷蒸氣被吸收到稠油瀝青中，這樣黏度高的稠油和瀝青得到稀釋。這種稀釋的低黏度原油隨后在重力作用下排出。一旦前面原油排出，新的孔隙就會露出來，結果孔隙中會產生一個泄油驅替通道[42]。

9 建議與展望

綜上所述，VAPEX技術用于開采稠油和瀝青是可行的，并且在國內外的礦場試驗中也有過成功的實例。通過對影響VAPEX技術因素分析，可以更好地對VAPEX過程進行預測，包括應用數值模擬估算擴散系數、解決數值模擬中的數值離散以及經濟可行性分析等問題。基于實驗研究揭示了影響VAPEX技術的多種因素，給出了重要的數學關系式和從實驗結果中形成了增加稠油和瀝青產量的模型，建議將來進一步研究以下課題。

（1）文中的實驗結果表明，瀝青質沉淀與沉積物不能導致原油產量減少。這可能是由于此次測試研究中，砂巖充填的模型滲透率非常高所致。實際稠油油藏的滲透率可能遠低于模型中的那些測試。因此，建議用更細小砂子進行VAPEX實驗，以進一步研究稠油油藏中瀝青質沉淀和沉積物對原油和溶劑產量的具體影響。

（2）VAPEX和SAGD的混合過程測試，因為稠油的黏度并不僅完全取決于溶劑的溶解，它還對溫度極其敏感。在稠油采出過程中將溶劑溶解（即質量轉換）和蒸汽注入（即熱量轉換）結合起來可以加速 VAPEX過程的現場實際應用，對Butler-Mokrys模型進行修正，使擴散系數適用范圍更廣。

（3）其它氣體即丙烷、乙烷、甲烷和二氧化碳的分散系數可以在不同溫度和壓力條件下進行測量。

（4）研究證明使用適當比例的混合溶劑能夠獲得與純溶劑幾乎一樣的產油量。事實上混合溶劑比純溶劑更加經濟，因此，研究混合溶劑的分散系數，可以衡量它的經濟可行性。

鑒于VAPEX具有環境友好、成本低的特點，因此，VAPEX是一項有前途的綠色科技。VAPEX技術在稠油或瀝青開采中是可行的、有潛力的，相信不久的將來必將成為開采稠油或瀝青的新工藝。

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Research progress on factors affecting VAPEX performance in exp loitation of heavy oil and bitumen

ZHAO Fajun1,2，LIU Yongjian1，WU Yongbin3，HA Si4，TAN Longri4
（1Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery of M inistry of Education，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China;2Post-Doctoral Scientific Research Station of Daqing Oilfield，PetroChina，Daqing 163453，Heilongjiang，China ;3Research Institute of Exploration and Development，Daqing Oilfield Company，PetroChina，Daqing 163712，Heilongjiang，China;4Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Petrochina，Beijing 100083，China）

Since the exploitation of unconventional oil resources like heavy oil and bitumen is increasingly important due to gradual exhaustion of conventional light oil resources，the vapor extraction (VAPEX) technology in exploitation of heavy oil and bitumen deposits has become a prom ising process. This paper discusses the influence factors of VAPEX，including heavy oil viscosity，solvent diffusion and dispersion coefficients，solvent injection temperature and pressure，solvent injection rate，geological factors，etc. The critical mathematical equations and the mathematical model characterizing the relationship between the factors above and heavy oil/bitumen production rate are deduced. The outlook and development trend of VAPEX technology are analyzed，such as experimental model modification based on the difference between mathematical model and actual reservoir model，VAPEX combined w ith SAGD process，solvent diffusion coefficients at different temperatures and pressures，and application of m ixed solvent systems.

heavy oil; bitumen; VAPEX; impact factor; solvent

TE 357.44

A

1000–6613（2012）07–1477–07

2012-01-10；修改稿日期：2012-02-21。

國家自然科學基金（21046002）及國家重大油氣專項（2008ZX05012-001）項目。

及聯系人：趙法軍（1974—），男，博士后。E-mail fajzhao@126.com。