重油熱采技術研究*

華強

濮陽職業技術學院 河南 濮陽 457000

中國的重油油藏主要為中，新生代陸相油藏，少量為古生代海洋油藏。有許多類型的儲層和復雜的地質條件[1-7]。中國的重油油藏主要為粗碎屑巖，砂巖體類型很多。重油主要分布在粗碎屑巖中，屬于不同時期的多種砂巖成因。對重油成因的研究表明，儲層石油的生物降解是形成重油的主要原因之一。重油油藏的形成主要受晚期構造隆升，細菌生物降解，地層侵蝕和氧化以及烴輕基團分散等因素影響。晚期構造運動是主要因素，其他因素是該地質背景下的地質過程。基于以上因素，將重油油藏分為風化侵蝕型重油層和邊緣氧化型重油層。

稠油油藏通常是淺層油藏，膠結疏松油藏，儲層石油成分的膠體和滲濾液含量高，輕質成分低。傳統的重油提取方法是熱提取，其核心是通過加熱油藏或井筒來降低儲層石油的黏度，提高儲層石油的流動性，從而達到增加油井產量的目的。熱采過程是通過加熱降低儲層石油的黏度來增加儲層石油的流動性。對于大多數儲層石油，當溫度升至200°C時，重油的黏度會顯著降低。該方法通常注入熱流體或地下燃燒。當前使用的主要方法包括蒸汽吞咽云霧和吐霧，蒸汽驅動，防火油層，熱水驅動等[8-15]。

稠油在國際上也被稱作重質原油。一般根據黏度來劃分。聯合國油品分類標準見表1.1。

表1.1 聯合國油品分類標準表

稠油是瀝青質、石蠟含量高，界面張力大的一種物質，這會導致稠油流動性差，增加開采難度。稠油-水的流動性與溫度有關。例如，油加熱到蠟晶析出點之后，石蠟溶解之后會成為石油當中的一種均勻介質，這種均勻介質具有相互作用力，其界面張力與油溫成一一對應的函數關系，具有牛頓流體的特征，使稠油在溫度較高時也能呈現出很好的流體特性。然而，當油的溫度從蠟沉淀點降低到異常點時，蠟晶會在冷卻過程中沉淀，從而使分散顆粒的濃度增大，形成非常精細的分散體系，但界面張力特性一般仍表現為牛頓流體。當稠油溫度到達比異常點還低時，稠油中析出的蠟會達到上限，石油顆粒的外形和位置等物理結構會發生根本的變化。

1 稠油的開采技術

1.1 蒸汽吞吐技術

該方法是適用于高黏度儲層石油層的單井注入生產方法。投資回收期很短。在中國、加拿大、委內瑞拉被廣泛使用。平均回收率約為10%～ 15%。蒸汽加熱法就是注入蒸汽，持續數周。蒸汽在很多情況下比破碎壓力高。為了減少熱損失，盡可能地提高注入速度，然后關閉一些蒸汽冷凝角。關閉效率或蒸汽浸泡時間(也稱為煮制時間)根據榨菜的特性而不同。注入時間太長的話產量就會減少，時間太短的話蒸汽就不能充分凝結。當地層有足夠的壓力時，可以進行測試。長時間煮的話，熱回收法的效率會提高。

1.2 蒸汽驅方法

該方法的優點在于，它適用于具有大覆蓋面積和高產率（50%）的儲層。它具有熱損失高，投資回收期長和成本高的缺點。用于儲層石油黏度約為1000 mpa·s的石油儲層。蒸汽驅技術利用井和采油氣井系統將蒸汽注入地層，在該層中，蒸汽的注入速率是一個關鍵參數，如果速率太高，則蒸汽會提前突破而速率太低，可能發生熱損失。另一方面，注入的蒸汽也是有效的驅動介質。蒸汽區末端的熱量被冷卻以形成熱水/冷水驅動油層。降低儲層石油的黏度，并進行熱膨脹以增加流速。有效的替換機制是將注入的蒸汽分成上部并掃過該區域。升高溫度一方面減少了水的相對滲透參數，另一方面提高了油的相對滲透參數。

1.3 火燒油層工藝

燃燒油是一種開采石油的方法，其中1類油庫本身就是熱的熱量。燃燒儲油將某種形式的氧化劑注入儲油器（空氣或氧氣），點燃或點燃儲油器中的油，并擴大注入的氧化劑儲油器中的燃燒區。燃燒大量的卡路里，巖層的熱巖層和流化巖層降低了巖層中石油的黏度。當燃燒用油庫燃燒時，它分為反向燃燒。理論上最有效的燃燒方法獲得了30%至50%的高產率。但是，在施工過程中，許多問題最重要的是燃燒控制，刻畫呼吸速率和操作。盡管它具有可逆燃燒的優勢，但在該領域仍然沒有成功。

許多井和采油氣井都使用正向燃燒方法。燃燒前緣從地層開始，并隨著氣體注入而擴散。燃燒帶是一條狹窄的帶，可燃燒或替代引導油進入采油氣井。燃燒前緣后面的地層是純凈和燃燒的地層，注入的空氣有助于回收存儲在這些地層中的一些熱量并將其轉移到燃燒前緣。水具有很高的熱容量，因此可以通過注入空氣來回收更多的熱量，也稱為濕燃燒。另一種常規的重整方法是氧氣燃料層，該氧氣燃料層將純氧氣或富氧空氣而不是空氣注入地層，所產生的二氧化碳有助于縮小儲層中石油的黏度。由于增加的反應速度和精密設備的成本，這些優點被高估了，這使得難以控制燃燒前沿。當前，氧氣燃燒層被破壞或沒有常規燃燒層有效。

反向燃燒進行時，臨近地帶的方向與氣流的方向相反。臨近地帶從采油氣井移動到注水井，注入的空氣從注水井移動到采油氣井。在反向燃燒中，沒有必要將未被更換的回收油全部燃燒掉。燃燒的油的量根據排出的空氣的速度而不同。得到的油，由于高溫和重質餾分的核分裂，黏度比原來的儲存層油低，黏度降低。如前所述，由于低溫下的空氣注入能力較低，空氣中的氧氣在到達采油氣井之前就被燃燒了。這個方法實際上并沒有很好地應用。

一般在燃燒啟動前注入空氣，以產生透氣性。這可能會造成早期爆破，但不影響該方法的回收率。對于高黏度油藏，在注氣前點火會導致油藏中的油自燃或逐漸氧化。生成的物質涉及二氧化碳、氮氣和不參與變化的氧氣。其他氣體，如一氧化碳和硫化氫也可能很小。生成的氣體中的氧含量可以用來計算燃燒效率的高低。值得注意的是，當燃燒前緣到達采油井時，氧含量顯著增加，生產水和井底溫度升高。橫波效率通常提高50%，在100%時，10米厚的層，效率在10%～30%之間變化，與層厚無關。油藏儲量率為原始油藏石油地質儲量的50%，在30%～ 60%之間變化較大。

1.4 井筒加熱方式

這種方法主要用于鉆孔形成附近的熱傳遞，但很少被使用。一般來說，該技術回收是傳統的重油回收方法。技術的核心是降低油的黏度，提高儲藏的油流性能。為了增加油井產量，將油井加熱，增加油井生產，但存在著高投資、高技術需求、對薄層和薄層的惡劣適應和小規模重油等問題、活躍的側面水等方面。

化學降低界面張力法是石油開采中使用最多的一種方法。所說的化學界面張力降低法是將一些化學物質輸入油管（套管）環空中的井底，在井下面泵的輸送和攪拌作用下將化學溶液進入到石油中，從而降低稠油-水的界面張力。目前，還沒有發現無論什么條件下都能降低稠油-水界面張力的化學劑，只有針對稠油-水的不同物理性質和油井的不同生產條件，采取適當的措施降低界面張力。加堿降低界面張力、加表面活性劑降低界面張力、加油溶性表面活性劑降低界面張力、加降凝劑降低界面張力及井下水熱催化裂化降低界面張力等都是在油田中常用的化學降低稠油-水界面張力的方法。

物理降低界面張力是一種普通的降低界面張力方法，常用于降低井筒以及近井地帶的界面張力。使用物理方法來降低稠油-水界面張力，稠油-水不會發生任何化學反應。物理降低界面張力技術分為摻稀油降低界面張力、加熱降低界面張力、機械降低界面張力、磁降低界面張力、微波降低界面張力、人工振動降低界面張力、超聲波降界面張力等。

在稠油生產中，稠油改質降界面張力是一項常用的技術。該技術主要用于在輸油前將大分子碳氫化合物脫蠟成小分子碳氫化合物，達到使稠油-水界面張力降低的效果。稠油進行改質來降低界面張力技術在國內還沒使用。這項技術應用前景非常好，但是在實際運用中成本比較高。

2 稠油冷采

稠油冷采指在不使用高溫高壓的熱介質來使稠油油層溫度升高，稠油進行開發時使用油層處理技術、井筒降低界面張力技術和舉升技術的一種方法。其關鍵是利用各種手段來使稠油-水界面張力降低，從而使稠油-水流動性稠油和油藏采收率提高。

2.1 油層內降低界面張力冷采技術

油層內降低界面張力冷采技術使油層內稠油克服黏滯阻力，現在常用的油層內降低界面張力冷采技術包括：物理冷采、化學冷采、非烴類氣體冷采、微生物冷采和綜合冷采。

2.2 化學冷采技術

化學驅和化學吞吐是稠油化學冷采的主要技術。化學驅是指對注水井和生產井進行規劃，向注水井中注入化學劑，并在相應的生產井中產油的過程，化學吞吐是將一定濃度和數量的化學劑注入油井，乳化或改變分子結構的過程。構造稠油-水，然后開井。