稠油復合蒸汽吞吐技術研究現狀及展望

摘要：目前，常規蒸汽吞吐技術在國內外稠油油田中的應用已經非常成熟。由常規蒸汽吞吐技術衍生出的二元復合蒸汽吞吐技術、多元復合蒸汽吞吐技術可以進一步提高熱采效果。

關鍵詞：稠油油藏;復合蒸汽吞吐;二元;多元

前言

在稠油蒸汽吞吐過程中，隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導致了較低的油汽比以及不佳的經濟效益^[1]。同時隨著高黏稠油油藏的不斷發現，采用常規蒸汽吞吐技術可達到的開發效果已無法滿足油田需求。

由常規蒸汽吞吐技術衍生出的二元復合蒸汽吞吐技術、多元復合蒸汽吞吐技術可以進一步提高熱采效果。如非烴氣輔助蒸汽吞吐由于重力分異可以擴大蒸汽縱向波及體積，非烴氣分布在油層頂部，緩解主力層段上部蒸汽超覆，提高儲層縱向動用程度。空氣輔助蒸汽吞吐由于空氣中氧氣與原油發生低溫氧化反應，放出熱量，可以進一步提高蒸汽前緣溫度，擴大蒸汽平面波及體積^[2，3]。

1 常規蒸汽吞吐技術

蒸汽吞吐技術包含以下三個實施階段：第一階段是注入階段，依據設計的注入量在幾天至幾周的時間內將熱蒸汽注入油藏中;第二階段是燜井階段，即保持井筒關閉的狀態使得油藏經歷一個短期的“吸熱期”，該階段通常時間較短，僅有數天時間;第三階段是采出階段，讓油井以自噴或機械采油的方式將原油從油藏中開采出來，由于蒸汽注入量、油藏特性、井況等因素的不同，該階段的持續時間從數天至數月不等。當第三階段的原油產量遞減到一個較低的值時，就可以考慮開始新一輪的吞吐周期。

蒸汽吞吐技術開采稠油的主要機理有以下幾點：通過增加地層溫度降低原油黏度;溶解氣驅作用;通過增加近井地帶壓力帶來的地層壓實作用;重力泄油作用等。在低周期吞吐時地層壓實是主要的驅替機理，但它的作用隨著周期數的增加而迅速減弱;在低周期吞吐時，溶解氣驅是次重要的驅替機理，并且它的作用逐步提升，至中周期吞吐時貢獻最大;在高周期吞吐時，重力泄油和蒸汽擴散成為了主要的驅替機理。

典型的蒸汽吞吐壽命是8-12周期。即便是很成功的蒸汽吞吐案例，隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導致了較低的油汽比以及不佳的經濟效益。

2 二元復合蒸汽吞吐技術

常規蒸汽吞吐技術在國內外稠油油田的應用已經非常成熟，但隨著油井含水率的上升，蒸汽吞吐的效率及增油量將逐漸降低，每一周期我們需要往油藏中注入更多的蒸汽，這樣的情形導致了較低的油汽比以及不佳的經濟效益。隨著人們對采收率與經濟效益提出的更高要求，常規蒸汽吞吐技術已逐漸無法滿足稠油油田開發的需要，由此衍生出二元復合蒸汽吞吐技術。

二元復合蒸汽吞吐技術即除蒸汽外，協同注入另一種介質，籍此提升蒸汽吞吐的開發效果。其提高采收率機理主要有^[4，5]：

若協同注入介質為氣體，則可通過加熱和氣體溶解降低原油黏度。實驗研究表明二氧化碳的輔助降黏效果優于氮氣的輔助降黏效果，注干氣也可取得一定的輔助降黏效果。

（1）若協同注入介質為氣體，通過氣體的協同注入可擴大重力泄油作用。稠油和氣體間的重力差對加熱后原油的重力泄油作用來說是非常有利的，此時的重力差相當于原油采出的一種驅動力，若不考慮氣體在油、水中的溶解，該值可以利用簡單公式計算。利用公式可繪制出的稠油、氣體間的重力差圖版。圖版中若出現負值是由于蒸汽在高壓和低溫下轉化成了水，油水間重力差的不同促使原油向上運移。N₂、CO₂與原油間的重力差不同是由于壓縮性的差異。在原油密度為950kg/m³，地層厚度為20m的條件下，當油藏壓力衰竭到5MPa時，在200-300℃下注入氮氣，此時的重力差接近0.2MPa，可以看出在衰竭油藏中重力差對泄油的貢獻很大。

（2）通過注入化學劑改善注入表現。降黏劑可以像類似于前置段塞一樣注入到地層中，提高流體注入性，同時起泡劑可以限制蒸汽和氣體的指進，增加蒸汽和氣體的波及體積，從而增加驅替效率，防膨劑可以可以穩定粘土礦物避免地層滲透率下降的傷害。

BOscan 等人研究了在蒸汽吞吐燜井過程中注入干氣（CH₄）對蒸汽吞吐效果的影響，結果表明相對于常規蒸汽吞吐技術來說，注入干氣可以增大汽腔范圍，進一步降低原油黏度，且增加水平井末端的溫度，使得周期原油產量增加。

氮氣具有比其他氣體（二氧化碳、甲烷等）更高的膨脹性，能夠防止蒸汽在油層中的超覆作用、降低井筒熱損失、提高井底蒸汽干度、提高蒸汽驅替效率、補充地層能量、增加地層壓力，擴大加熱范圍，減少覆蓋層熱損失。Y. DU等人研究了氮氣輔助蒸汽吞吐技術在超稠油油藏中的開發機理及可行性，由于氮氣在原油中的溶解度很低，氮氣在改善超稠油流動能力方面的效果很弱，因此氮氣的主要輔助機理是低熱傳導效應和增能，同時確定出研究區塊最佳的氮氣蒸汽比為30^[5，6]。

3 多元復合蒸汽吞吐技術

多元復合蒸汽吞吐技術即除蒸汽外，協同注入兩種或兩種以上的其余介質，以提升熱采開發效果。礦場上通常采用蒸汽、氣體、與化學劑協同注入，蒸汽、氣體、化學劑協同吞吐技術的主要機理有：注入流體的協同作用，包括通過加熱和氣體溶解降低原油黏度，通過氣體的協同注入增加熱驅掃效率，降低熱損失，加熱后多孔介質與飽和流體的膨脹，流體注入能力和驅掃效率的提升，油藏保護，利用化學添加劑例如發泡劑的其他有利反應等。

多元輔助蒸汽吞吐技術的典型做法是在注入蒸汽的同時注入煙道氣以提升開發效果。煙道氣可以增加熱效率，減少往上覆層的熱損失，同時由于氣體的溶解提升蒸汽注入能力。在開發過程中，蒸汽可以加熱油藏并幫助CO₂與N₂擴散，這些氣體會運移到地層的頂部，并以隔熱層的形式限制熱量向上覆巖層損失。

4 未來展望

稠油復合蒸汽吞吐技術的未來發展方向是更為多樣化的多元復合蒸汽吞吐技術。多元的注入介質、多種的復合方式、多樣的油藏類型使得開采機理更加復雜，在具體實施過程中需要采取有針對性的個性化設計才能獲得更好的開發效果。同時我們應注意到多元復合蒸汽吞吐過程中介質類型多樣，機理深化認識難，需加大力量進一步開展機理研究。

5 結論及認識

（1）除常規蒸汽吞吐技術外，二元復合蒸汽吞吐與多元復合蒸汽吞吐技術已逐步在礦場推廣應用并取得良好效果。其主要提高采收率機理有：通過加熱和氣體溶解降低原油黏度、通過氣體的協同注入可擴大重力泄油作用、通過注入化學劑改善注入表現等。

（2）稠油復合蒸汽吞吐技術的未來發展方向是更為多樣化的多元復合蒸汽吞吐技術。

參考文獻

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[6] 呂小川.小洼油田新型稠油復合驅油劑性能及應用研究[D].東北石油大學，2018.

作者簡介：謝佳（1991-），女，漢族，四川自貢人，本科，初級工程師，主要從事地質開發方面的工作。

（作者單位：中石油遼河油田分公司歡喜嶺采油廠）