改善稠油油藏蒸汽吞吐開發(fā)效果的研究進(jìn)展

陳證旭

（大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 蒸汽吞吐的機(jī)理及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 蒸汽吞吐的機(jī)理

經(jīng)過多年的采油實(shí)踐表明，蒸汽吞吐是一種有效的開采稠油油藏的方式。其原理主要是依靠高溫環(huán)境可以降低稠油黏度。蒸汽吞吐的熱氣采油方式對(duì)稠油的開采具有明顯的效果，其作用主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面。首先，最重要的是加熱降黏作用，由于稠油黏度對(duì)溫度非常敏感，通過注入溫度在250℃～380℃范圍的蒸汽以降低稠油黏度，使得原油流向井底更容易，從而提高開采率；其次，蒸汽吞吐過程中具有油層解堵作用，在石油開采初期輕質(zhì)油被采出，剩下油層中的蠟質(zhì)油和瀝青質(zhì)等就會(huì)在管道中形成塊體，堵塞油通道，注入蒸汽后會(huì)裂解融化堵塞物，從而提高采油量；再者，蒸汽吞吐可促進(jìn)油層的彈性能量的釋放，油層在被加熱后其骨架及流體的體積會(huì)發(fā)生膨脹，在彈性膨脹和蒸汽的作用下，原油在油層中的流動(dòng)更順暢，從而使油量增加；最后，在生產(chǎn)井進(jìn)行回采的過程中，原油在流經(jīng)加熱過的區(qū)域降低黏度，減小了流動(dòng)的阻力，進(jìn)一步提高采油量。

1.2 蒸汽吞吐的應(yīng)用現(xiàn)狀

蒸汽吞吐由于自身的優(yōu)點(diǎn)，成為熱氣采油的主要方式。但是隨著長(zhǎng)期的應(yīng)用，出現(xiàn)了一些問題。

蒸汽吞吐輪次的增加，采油問題逐漸暴露出來(lái)。目前，稠油油藏蒸汽吞吐達(dá)到了中后期的開采，出現(xiàn)了地層壓力降低、生產(chǎn)井附近的溫度及油層滲透條件變化、生產(chǎn)井的油氣比和產(chǎn)液量下降。但最主要的問題是由于地層的非均質(zhì)性導(dǎo)致注入的高溫蒸汽出現(xiàn)汽竄現(xiàn)象，使得蒸汽沿著高滲透區(qū)域方向進(jìn)行流竄，具有豐富的剩余油的低滲透區(qū)域沒有得到蒸汽吞吐的作用，導(dǎo)致油層中產(chǎn)生大量的剩余油，油藏開發(fā)效果降低，主要表現(xiàn)為周期性的產(chǎn)油量低及含水量高等。為改善目前稠油蒸汽吞吐采油狀況，結(jié)合多種油田地層及原油性質(zhì)，開展多種方式及科學(xué)技術(shù)研究，對(duì)改善蒸汽吞吐后期采油工作具有重要意義。

2 利用高溫泡沫提高采收率

2.1 高溫泡沫應(yīng)用原理

通過大量研究表明，將伴有高溫泡沫體系的蒸汽注入生產(chǎn)井，可提高注入蒸汽的波及系數(shù)及驅(qū)油效率，從而改善稠油蒸汽吞吐后期開采效果。目前有研究指出，蒸汽注入過程中，在地層孔道中可通過加入氮?dú)夂透邷嘏菽瓌陂g會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的泡沫膜，這種泡沫膜可以將高滲透層或者大孔道進(jìn)行封堵，從而抑制注入的蒸汽進(jìn)入高滲層及高滲段等區(qū)域。注入的蒸汽會(huì)轉(zhuǎn)向未驅(qū)替帶段（低滲層及低滲段），增加驅(qū)替動(dòng)力，提高波及系數(shù)，最終改善熱采效率。

在實(shí)際采油過程中，利用這種摻入高溫泡沫體系的方法改善蒸汽吞吐效果較明顯。但是隨著吞吐次數(shù)的增加，依然會(huì)出現(xiàn)需要解決的問題。主要是由于隔層不發(fā)育、層與層間的滲透率不同及蒸汽超覆等多個(gè)因素共同作用，導(dǎo)致在注氣過程中高滲透層表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸氣現(xiàn)象，低滲透層表現(xiàn)出較弱的吸氣，甚至不吸氣，致使生產(chǎn)井的汽竄現(xiàn)象重現(xiàn)。汽竄現(xiàn)象的干擾進(jìn)一步降低生產(chǎn)井的正常采油，嚴(yán)重影響蒸汽吞吐的效果。

經(jīng)多年研究表明，泡沫調(diào)剖能夠解決這種汽竄現(xiàn)象。針對(duì)泡沫調(diào)剖，常規(guī)的泡沫調(diào)剖在高溫高壓下易分解失效，因此需要對(duì)高溫起泡劑的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行深入研究分析。

2.2 高溫泡沫的發(fā)展應(yīng)用

自1984年以來(lái)，勝利油田在單家寺油田經(jīng)過多年的稠油開采，主力稠油熱采區(qū)塊均已進(jìn)入蒸汽吞吐后期的開發(fā)階段，其中單十塊和草二十塊的吞吐周期分別已達(dá)15和13，平均油氣比已降低到0.25左右。針對(duì)這樣類似情況的稠油油藏存在的問題，研制一種可用于溫度在300℃以上的高溫復(fù)合泡沫劑體系。該泡沫劑在溫度為310℃，氣液比為1:1的條件下，其阻力因子達(dá)到20以上。研究學(xué)者將研制的泡沫劑在勝利油田現(xiàn)有的河草二十區(qū)和孤島孤一區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并研究了相關(guān)參數(shù)（溫度、剩余油飽和度及礦化度）對(duì)封堵效應(yīng)的影響。通過高溫復(fù)合泡沫體系在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：該泡沫體系可降低油水表面張力；提高注入蒸汽的驅(qū)替效果；伴蒸汽注入的高溫泡沫體系可提高稠油油藏的采收率，同時(shí)降低含水率。結(jié)果證明，高溫泡沫體系可進(jìn)行大孔道的封堵，防止汽竄的重現(xiàn)，有效改善稠油油藏在熱采過程中蒸汽吞吐的采油效果。

3 利用非凝析氣改善蒸汽波、效率及提高采收率

3.1 非凝析氣應(yīng)用原理

稠油油藏在開采過程中由于嚴(yán)重的非均質(zhì)性及注入蒸汽的密度和黏度都很低，導(dǎo)致開采過程中極易發(fā)生汽竄，地層中剩余油的飽和度過高、注入蒸汽的波及系數(shù)減小，從而降低驅(qū)油效果及采油率。研究通過在注入的蒸汽中加入二氧化碳（CO2）或者氮?dú)?，利用非凝析氣改善蒸汽波及系?shù)及應(yīng)用效率，提高稠油開采率。

CO2的應(yīng)用對(duì)于改善蒸汽吞吐效果上具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，由于CO2與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，在稠油開采過程中利用CO2混溶于油層中以降低稠油的黏度，從而提高油層流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。將CO2溶入油層后，油層體積發(fā)生膨脹，地層的彈性能量增強(qiáng)，在其內(nèi)部形成了CO2驅(qū)替，改善蒸汽吞吐的驅(qū)替效果，從而提高采油效率增加油產(chǎn)量。其次，在巖石中存在碳酸鹽膠復(fù)合物，CO2是一種酸性氧化物，可與水作用形成碳酸，可對(duì)其進(jìn)行溶解，從而改善地層的滲透率。最后，在石油開采過程中，黏土顆粒對(duì)于油質(zhì)有很大影響，CO2具有抑制黏土顆粒膨脹的作用。

3.2 非凝析氣的發(fā)展應(yīng)用

新疆油田在稠油熱采過程中存在十分嚴(yán)重的汽竄問題，研究者針對(duì)這個(gè)問題，制備了一種自生CO2復(fù)合泡沫封竄劑，同時(shí)對(duì)這種試劑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終形成一套成熟的利用CO2復(fù)合泡沫封竄劑改善汽竄的工藝。具體過程，在高溫蒸汽注入前，將封竄劑先注入到地層中，通過引發(fā)劑分解產(chǎn)生CO2氣體，并與發(fā)泡劑形成高溫泡沫，對(duì)汽竄通道進(jìn)行封堵，從而提高注入蒸汽的效果。工藝在實(shí)施過程中較簡(jiǎn)單，并在新疆油田中進(jìn)行了多口生產(chǎn)井的試驗(yàn)，均取得了十分優(yōu)異的效果。

4 利用化學(xué)劑擴(kuò)大蒸汽腔體積，降低油水界面張力

4.1 化學(xué)劑應(yīng)用原理

我國(guó)稠油儲(chǔ)量豐富，且以特稠油和超稠油為主，平均油層黏度達(dá)到20000m Pa·S以上，部分油田的稠油黏度更是達(dá)到了30000～50000m Pa·S。因此，如何有效地降低稠油黏度，對(duì)于改善蒸汽吞吐開發(fā)效果及高效率的石油開采有重要意義。根據(jù)化學(xué)試劑在擴(kuò)大蒸汽腔體積和降低油水界面的表面張力上具有顯著的作用，為改善蒸汽吞吐過程中稠油黏度提供了一種方法。目前，化學(xué)降黏技術(shù)主要涉及催化裂解降黏技術(shù)、加油溶性降黏技術(shù)、加堿降黏技術(shù)及加表面活性劑降黏技術(shù)等。

4.2 化學(xué)劑的發(fā)展應(yīng)用

河南油田在蒸汽吞吐開采初期，地層含量水較低。稠油在開采過程中高溫蒸汽作業(yè)環(huán)境下油層易形成油包水的乳狀液，導(dǎo)致稠油黏度進(jìn)一步增大。這種情況下，水溶性降黏劑的使用效果受到很大影響，需要研發(fā)一種油溶性降黏劑。油溶性降黏劑在使用過程中會(huì)隨著蒸汽注入后很好地與油層進(jìn)行接觸，并與油包水乳狀液的稠油互溶，最終達(dá)到快速降黏的作用。油溶性降黏劑的主要化學(xué)成分中，表面活性劑的親油基結(jié)構(gòu)需要與稠油化學(xué)結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)具有一定的相似性，才能夠達(dá)到相似相容的目的。根據(jù)油溶性降黏劑的使用目的，其化學(xué)組成主要包括主劑、溶劑和助溶劑。主劑可與稠油中的極性基團(tuán)作用，改變稠油大分子框架，降低稠油黏度；溶劑的作用是溶解主劑；助溶劑則加快主劑溶解的過程。降黏劑降低稠油黏度，尤其是對(duì)含水量較低的稠油，從而提高蒸汽吞吐效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，稠油油藏采取熱采蒸汽吞吐的方式進(jìn)行開采，均已進(jìn)入中后期的開采階段，取得的成果及問題都已顯露。對(duì)于目前現(xiàn)有的蒸汽吞吐工藝，改善其效果的有效措施主要集中在注入蒸汽過程中伴有泡沫劑、氮?dú)饧捌渌o助化學(xué)劑等。在未來(lái)的稠油蒸汽吞吐開采中，多種設(shè)計(jì)方案的合理應(yīng)用能夠更好的取得效果。