稠油蒸汽吞吐后期增產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與前景

趙 旸，馬貴陽，趙亞東，高姿喬，王 斅

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

稠油蒸汽吞吐后期增產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與前景

趙 旸，馬貴陽，趙亞東，高姿喬，王 斅

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

目前，國內(nèi)外許多油藏已處于蒸汽吞吐的后期。此時的油藏油氣比低、含水量高、地層壓力低、井況差、周期注氣量大、操作成本高，產(chǎn)油更加困難。改善蒸汽吞吐后期的采油技術(shù)，可以最大限度的提高油藏的采收率。如今，應(yīng)用于蒸汽吞吐后期增產(chǎn)的方法有：應(yīng)用助劑改善吞吐效果、間歇注汽技術(shù)、“一注多采”技術(shù)、多井整體吞吐技術(shù)、注采參數(shù)優(yōu)化技術(shù)、側(cè)鉆水平井技術(shù)、蒸汽驅(qū)技術(shù)、蒸汽輔助重力泄油技術(shù)和火燒油層技術(shù)等。然而，現(xiàn)在我國還在嘗試發(fā)展一些新的技術(shù)，如水平壓裂輔助蒸汽驅(qū)和多井組整體優(yōu)化蒸汽驅(qū)等等。這使得蒸汽吞吐后期的增產(chǎn)技術(shù)擁有更為廣闊的前景。

增產(chǎn)；現(xiàn)狀；前景

在全球石油資源中，稠油占有的比例很大，但隨著勘探技術(shù)的日趨成熟，開發(fā)程度的逐步深入，以及人類對石油需求的不斷增加，稠油的開采正變得越來越重要。

目前，稠油熱采最有效的技術(shù)手段包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、水平井重力泄油等。其中蒸汽吞吐是我國稠油熱采的主要方法。采用蒸汽吞吐技術(shù)開采稠油油藏，由于開采過程中熱力的影響，發(fā)生了不同的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而降低了原油的粘度，提高了開采的效果，但也產(chǎn)生了不利的影響。這種不利影響隨著開采輪次的增加就更加明顯。目前，國內(nèi)外對于那些吞吐周期高、生產(chǎn)周期長、油汽比低、吞吐效果差的稠油油藏存在的不同問題進(jìn)行了大量的探索和研究。為蒸汽吞吐后期開發(fā)效果的提高提供了基礎(chǔ)依據(jù)和有力保障。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 提高吞吐后期采收率

1.1.1 應(yīng)用各種助劑改善吞吐效果

中國、美國、委內(nèi)瑞拉、加拿大和其他采用蒸汽吞吐技術(shù)開采稠油油藏的國家，由于近年來蒸汽吞吐效果越來越差，許多國家開始研究運(yùn)用助劑來改善吞吐效果的方法，注入的助劑包括：CO2、N2等 。助劑輔助蒸汽吞吐可以有效地降粘、增加地層能量和波及面積。

（1）CO2輔助蒸汽吞吐技術(shù)。CO2輔助蒸汽吞吐技術(shù)是相對簡單的一種吞吐技術(shù)，其主要作用是調(diào)剖、助排、補(bǔ)充地層能量、降粘和洗油等。通過對試驗結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，CO2輔助蒸汽吞吐可以有效地改善吞吐后期稠油低采收率的問題。現(xiàn)場實施通常有直接注液態(tài)CO2和注入化學(xué)藥劑生成CO2兩種方式。遼河油田應(yīng)用10口井,措施有效率100%,提高0.17的油汽比,油層剖面動用程度增20%[1]。

（2）N2輔助蒸汽吞吐。注入氮?dú)饪梢允乖腕w積膨脹，粘度降低，界面張力降低，還可以補(bǔ)充地層能量、擴(kuò)大波及體積、提高熱利用率[1,2]。實驗數(shù)據(jù)表明，在自噴期，注入氮?dú)獾木^未注入氮?dú)獾木债a(chǎn)油量提高了2.5 t[3]。

（3）蒸汽中加入煙道氣。注入煙道氣可以使原油體積膨脹、粘度降低，改善油水流度比，減少熱損失，提高蒸汽干度，增強(qiáng)巖石滲流能力[4-6]。

王卓飛等[7]根據(jù)克拉瑪依油田的地質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)值模擬得出結(jié)論：注蒸汽和煙道氣吞吐可以延長蒸汽吞吐壽命2～4輪次，提高采收率7.02%。

（4）蒸汽中加入高溫泡沫劑（表面活性劑）。調(diào)整吸汽剖面、增加周期產(chǎn)量和油汽比等都是注入高溫泡沫劑的主要作用。通過分析實驗結(jié)果得出，若注入0.5%～1.0%的表面活性劑后，就可以擴(kuò)大吸汽剖面1/3～1/2[8]。

1.1.2 間歇注汽技術(shù)

由于到了蒸汽吞吐的后期，許多井都處于低產(chǎn)量、低效益和高成本的狀態(tài)，所以很多油田采取了間歇蒸汽吞吐技術(shù)。間歇蒸汽吞吐技術(shù)就是先關(guān)閉油井，用閉井的時間來恢復(fù)地層壓力，等到原油再一次聚集在井筒附近時，再開井恢復(fù)蒸汽吞吐生產(chǎn)。間歇注汽技術(shù)使原油得到充足的運(yùn)移時間，從而提高了蒸汽吞吐的開采效果，并且降低了運(yùn)行成本。保證高周期吞吐效果的一個重要參數(shù)是關(guān)井時間。對于油品性質(zhì)不同、地質(zhì)條件不同和采出狀況不同的區(qū)塊，需要通過實驗研究掌握其關(guān)井恢復(fù)技術(shù)的參數(shù)和規(guī)律。例如，遼河油田錦**區(qū)塊一共實施低效井間注29井次，有效24井次，相比較連注，間注増油7 550 t，平均單井增油260 t，效果明顯[9]。

1.1.3 “一注多采”技術(shù)

“一注多采”就是當(dāng)中心井注汽時，關(guān)閉周圍生產(chǎn)井，待到注汽完成，打開生產(chǎn)井，讓生產(chǎn)井和注汽井一起生產(chǎn)。其采油機(jī)理就是利用汽竄增加蒸汽熱焓的利用率和油井平面波及程度，控制蒸汽超覆速度，同時補(bǔ)充了地層能量。地層壓力升高后，蒸汽推動原油到達(dá)生產(chǎn)井，增加了周期生產(chǎn)時間，提高了周期產(chǎn)油量、油汽比，有效地減少作業(yè)次數(shù)，降低噸油成本。在杜84塊的試驗結(jié)果分析表明，周期結(jié)束時兩個井組油汽比較措施前分別提高了0.07和0.23，噸油成本不到300元，兩個井組共節(jié)約成本36.7萬元[10]。

1.1.4 組合式注汽、多井整體吞吐技術(shù)

經(jīng)過多輪次的吞吐，油藏在平面或縱向上的非均質(zhì)性越發(fā)明顯，縱向或平面上的壓力也不再均勻，蒸汽與原油極為不利的粘度比易引起粘滯指進(jìn)，易造成能量的損失和采收率的下降。針對這類難題，就可以在汽竄嚴(yán)重的井組或區(qū)塊使用組合式注汽、多井同注同采、集中吞吐的方法，用來平衡井間壓力，降低汽竄程度，減小對產(chǎn)量的影響。目前遼河油田組合式注汽年實施近1 900井次，年增油60萬t，已經(jīng)初具規(guī)模[11,12]。

1.1.5 注采參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

注采參數(shù)優(yōu)化，即在確定剩余油可采儲量的基礎(chǔ)上，針對不同的采出狀況，根據(jù)每個周期單井產(chǎn)油量高值對應(yīng)的注汽參數(shù)，優(yōu)化后確定此次以及后續(xù)蒸汽吞吐的最佳注汽參數(shù)，提高稠油的產(chǎn)量[10]。此項技術(shù)重要應(yīng)用于高油汽比油井。例如歡127塊，通過研究發(fā)現(xiàn)了注汽強(qiáng)度、注汽速度以及注汽壓力的公式，進(jìn)而制定了優(yōu)化注汽方案，2002-2004年5月共實施優(yōu)化注汽73井次，累計一共增油2.2萬t，單井平均年增油290 t[13]。

1.1.6 側(cè)鉆井和側(cè)鉆水平井技術(shù)[14,15]

側(cè)鉆井/側(cè)鉆水平井技術(shù)的應(yīng)用主要是針對于低汽油比、高含水的的油井和老井的產(chǎn)能挖潛。側(cè)鉆水平井技術(shù)可以降低不均勻注水的影響，并能充分利用老井，從而提高油藏的采收率。不僅如此，這項技術(shù)還具有作用范圍廣、成本低、收效快、有利于保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。目前，已成為許多國家提高采收率和儲備開采程度的重要技術(shù)，在改善井網(wǎng)、延長油井使用壽命、提高老油區(qū)開采能力等方面起到了重要作用。

1.2 蒸汽吞吐后期的轉(zhuǎn)驅(qū)

1.2.1 系統(tǒng)配套蒸汽驅(qū)技術(shù)

蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)是稠油熱力開采的主要方法。然而，蒸汽驅(qū)技術(shù)則廣泛應(yīng)用于進(jìn)入蒸汽吞吐后期的油田，作為其轉(zhuǎn)驅(qū)之后增產(chǎn)的有效開采技術(shù)[16,17]。蒸汽驅(qū)是以井組為單元，向注汽井連續(xù)注汽，隨著蒸汽不斷的注入，大幅增加蒸汽的波及體積，有效地加熱油藏，提高產(chǎn)能的一種驅(qū)動式開采。蒸汽驅(qū)的作用機(jī)理有如下幾個方面[18]：

（1）降粘作用。高溫高壓蒸汽攜帶的大量熱能，加熱了油層，改變了油層物性，降低了原油粘度。

（2）熱膨脹作用。油層溫度升高，油層和原油產(chǎn)生熱膨脹。對于地層壓力大的淺層稠油油藏，這一驅(qū)油作用更為突出。

（3）蒸汽的蒸餾作用。蒸汽蒸餾使原油和水迅速氣化，稀釋并脫出一些烴組分，留下少量較重的殘余油。

（4）脫氣作用。蒸汽前沿后面氣體的脫出，但與蒸餾作用相比要小得多。

（5）混相驅(qū)作用。凝析出的輕質(zhì)餾分和原油混合，稀釋了原油，降低了原油的粘度和密度。隨著蒸汽前沿的不斷推進(jìn)，更多輕質(zhì)餾分被抽提出來，輕質(zhì)餾分帶越過地層向前推進(jìn)時，就形成了混相驅(qū)。

（6）乳化驅(qū)作用。當(dāng)蒸汽驅(qū)稠油時，產(chǎn)出液中常會出現(xiàn)粘度比油、水大的乳狀液，增加了驅(qū)動壓力，減小了指進(jìn)的程度，改善了蒸汽的波及體積，從而有利于蒸汽驅(qū)替的效果。

（7）重力分離作用。蒸汽密度小于原油和水，因此會發(fā)生重力分離，在蒸汽的反復(fù)作用下，加熱整個油藏。

目前，美國的Kern River油田和印度尼西亞的Duri油田，都是應(yīng)用系統(tǒng)配套蒸汽驅(qū)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模開采稠油的油田，并且都取得了很好的開采效果和收益，采收率高于55%～70%[18]。孤島油田研究區(qū)實驗結(jié)果顯示，蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)將提高采收率30%左右[19]。

1.2.2 蒸汽輔助重力泄油技術(shù)

蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD)是運(yùn)用于蒸汽吞吐后期轉(zhuǎn)驅(qū)的一項比較先進(jìn)的技術(shù)。是由加拿大羅杰?巴特勒博士于1978年最先提出的，其機(jī)理是以蒸汽作熱來源，熱傳導(dǎo)和熱對流共同作用，依靠原油和凝析液的重力作用進(jìn)行開采[20]。實現(xiàn) SAGD開采的布井模式有兩種：一是臨近油層底部鉆一堆水平井，二是在油層底部鉆一口水平井，并正上方位置鉆一口或多口直井。通常在進(jìn)行SAGD開采前需要對油藏進(jìn)行預(yù)熱，保證注采井之間的熱連通。由于此種開采方法用于改善蒸汽吞吐后期油田的采收率，所以經(jīng)過多輪次吞吐的油田則無需再進(jìn)行預(yù)熱階段。SAGD技術(shù)在加拿大、委內(nèi)瑞拉、和我國的遼河油田都得到了比較廣泛的應(yīng)用。目前，它已發(fā)展到單井SAGD技術(shù)、垂直井注汽水平井底采方法、水平井對同向注采方法、水平井對反向注采方法、溶劑-SAGD技術(shù)等。在加拿大，不同類型的稠油油田已研究開發(fā)了多個SAGD試驗區(qū)，并且建立了7個商業(yè)化開采油田，SAGD開采方式最后獲得的采收率高出了50%，最高可達(dá)70%以上[21-23]。

1.2.3 火燒油層技術(shù)

火燒油層技術(shù)又被稱作火驅(qū)開采法或地下層內(nèi)燃燒技術(shù)，其開采方式就是以原油中的重組分作為燃料，向井下注入空氣等助燃劑，通過自燃或人工點(diǎn)火方式，使原油燃燒，在油層內(nèi)形成一條高溫燃燒帶。隨著連續(xù)地注入助燃劑，燃燒帶在油層中逐漸擴(kuò)展，由注入井向生產(chǎn)井推進(jìn)[24-27]。其驅(qū)油機(jī)理是：熱裂解、冷凝蒸汽驅(qū)、混相驅(qū)、熱驅(qū)、氣驅(qū)?；痱?qū)分為正、反向火驅(qū)和干、濕式火驅(qū)。火驅(qū)過程中釋放出的大量熱可以加熱油層、降低原油的粘度，使未流動的原油流動，除此之外，火驅(qū)較其他轉(zhuǎn)驅(qū)方式有很明顯的優(yōu)勢，如：油藏適用范圍廣，注入劑來源廣，熱利用率高、采收率高，操作成本低等。而且蒸汽吞吐后的油藏壓力低、存在殘余熱、含水飽和度高，這些對于之后的火驅(qū)也提供了有力的因素。國內(nèi)外一直在不斷的試驗和開發(fā)火燒油層技術(shù)，大規(guī)模應(yīng)用火燒油層技術(shù)的國家有羅馬尼亞、美國、前蘇聯(lián)和加拿大，其中加拿大Wolf Lake油田目前擁世界上較大規(guī)模的先蒸汽吞吐后火燒油層的工業(yè)試驗區(qū)。1997年，我國的遼河油田才開始了火燒油層的研究，經(jīng)過不斷地摸索研究和先導(dǎo)試驗，現(xiàn)已處于發(fā)展階段，并且初步形成了與火驅(qū)相配套的工藝技術(shù)。

2 發(fā)展前景

隨著科技的進(jìn)步，稠油熱采的技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出集成化、多元化的特點(diǎn)。由于熱采技術(shù)的發(fā)展，提高蒸汽吞吐后期采收率的方法將更加豐富。

2.1 蒸汽吞吐新方法

為了有更多熱量保留在油藏中，提高工藝熱效率，應(yīng)用從頂部注汽、底部采油的周期蒸汽吞吐方法。研究表明，與一般的蒸汽吞吐方法相比，采收率系數(shù)提高了57%～93%，汽油比降低0.4～2.2[28,29]。

2.2 新溶劑的研究

向蒸汽中加各種溶劑，提高蒸汽熱效率。除了常見的溶劑外，還研究出的一些新溶劑，例如：丙烷、生物柴油等。2010年，T.Babadagli等人[30]研究了一種生物柴油對蒸汽效率的影響，實驗表明，添加生物柴油能有效提高蒸汽熱效率，其采收率系數(shù)可提高40%以上。

2.3 單一驅(qū)替方式與工程技術(shù)結(jié)合

利用工程技術(shù)上的優(yōu)勢，與單一驅(qū)替方式相結(jié)合，得到更好的采收效果。例如，F(xiàn)AST（水平壓裂輔助蒸汽驅(qū)）、間歇式蒸汽驅(qū)和多井組整體優(yōu)化蒸汽驅(qū)等技術(shù)。在這些改進(jìn)技術(shù)中，水平壓裂輔助蒸汽驅(qū)是相對比較有發(fā)展前景的技術(shù)之一，其原理是通過水力壓裂在油層下部適合的位置形成可以控制的水平裂縫，這使得稠油注汽更容易，注采井之間可以形成有效的熱連通。水平壓裂輔助蒸汽驅(qū)與常規(guī)的蒸汽驅(qū)技術(shù)相比有很大的優(yōu)勢，它使蒸汽超覆變?yōu)橛欣蛩?，并且大大降低了系統(tǒng)的熱能損失。

2.4 火驅(qū)的發(fā)展

火驅(qū)也是目前很有發(fā)展的一種接替技術(shù)。國外一些國家對于火燒油層技術(shù)的研究，較國內(nèi)來說，更為深入、應(yīng)用也更為廣泛?；痱?qū)的發(fā)展現(xiàn)在呈先出“由干式燃燒過渡到濕式燃燒、由常規(guī)火驅(qū)變成復(fù)合火驅(qū)”的趨勢。有些工藝技術(shù)還在探究試驗階段，需進(jìn)一步完善才可達(dá)到規(guī)模化實施。

3 結(jié) 論

（1）蒸汽吞吐是開采稠油的有效方法，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模很大，因此，加強(qiáng)對進(jìn)入蒸汽吞吐后期的油藏的開采，是稠油資源得以有效利用的保證。

（2）國外對于稠油開采技術(shù)的研究是十分先進(jìn)的，近些年也實驗研究和優(yōu)化了許多新技術(shù)、新方法。因此，應(yīng)積極學(xué)習(xí)國外的新技術(shù)，增強(qiáng)我們自己的開采實力。

（3）每種開采技術(shù)都有有適合劣勢，每種方法都有其適用范圍。為了更有效地應(yīng)用稠油資源，我們應(yīng)該多多重視技術(shù)的組合，通過技術(shù)間的組合達(dá)到最優(yōu)的效益。

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Current Situation and Prospect of Enhanced Oil Recovery Technologies for Heavy Oil Reservoir in Its Later Stage of Steam Stimulation

ZHAO Yang，MA Gui-yang，ZHAO Ya-dong，GAO Zi-qiao，WANG Xiao
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Now, many reservoirs are in the steam stimulation later stage. So reservoirs’ oil-gas ratio is low, the moisture is high, the formation pressure is low, well conditions are poor，cyclic steam injection is more, operation cost is high, oil production is more difficult. Improving the later steam stimulation techniques can maximize oil recovery.The methods used in the later steam stimulation stage to increase production include: using adjuvant to improve steam stimulation,intermittent steam flooding,one steaming well and multi-well production,multi-well steam stimulation,optimizing injection-production rating,sidetrack drilling horizontal well, steam driving,SAGD,ISC and so on.However,we are trying some new technologies, including FAST and multiple well groups steam driving and so on, which can make the prospect of increasing production in the later steam stimulation stage more extensive.

Increased production；Current situation；Prospect

TE327

A

1671-0460（2014）12-2666-04

2014-06-07

趙旸（1990-），女，遼寧盤錦人，碩士在讀， 研究方向：提高采收率。E-mail：zhaoy_0425@163.com。