稠油開采方式對(duì)原油采收率和原油性質(zhì)的影響

濮文華 胡庭塵 魏琦 張翔斌

1. 中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院 新疆 克拉瑪依 834000

2. 中國石油新疆油田公司采油二廠 新疆 克拉瑪依 834000

隨著原油供應(yīng)量的日益擴(kuò)大，如何提高全球重質(zhì)原油生產(chǎn)國對(duì)勘探開采的重要性以及消耗者對(duì)重油的合理使用，已成為重質(zhì)原油產(chǎn)業(yè)以及全球油氣行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)；重質(zhì)原油作為世界石油資源的主要成分，擁有比常規(guī)石油資源高出幾倍的資源價(jià)值，世界的石油資源中重油占70%以上。

環(huán)烷基原油也是一個(gè)相對(duì)短缺的珍貴石油資源。據(jù)預(yù)測(cè)，在全世界的115個(gè)大油地中，其儲(chǔ)量?jī)H占世界石油總儲(chǔ)量的2%～3%；而全球環(huán)烷基原油的重要產(chǎn)地則遍布于中國、委內(nèi)瑞拉、墨西哥灣和美國的德州西南部、加利福尼亞、阿肯色州，中國有大量的環(huán)烷基石油資源，其地質(zhì)儲(chǔ)量大約占全球環(huán)烷基石油總儲(chǔ)量的1/4。中國環(huán)烷基石油產(chǎn)區(qū)大部分在新疆克拉瑪依油田、遼河油田和華北大港油田以及渤海灣區(qū)域；稠油的不同開采方式，對(duì)稠油采收率、稠油性質(zhì)會(huì)有不同程度的影響，環(huán)烷基原油資源最大化利用，就稠油開采方式對(duì)原油采收率、原油性質(zhì)的影響進(jìn)行分析顯得尤為重要。

1 稠油分類[1]

1.1 聯(lián)合國訓(xùn)練署（UNITAR）的稠油分類標(biāo)準(zhǔn)

許多學(xué)者就稠油分級(jí)方法開展了探討，部分國外學(xué)術(shù)會(huì)議還多次開展了交流。由聯(lián)合國訓(xùn)練研究署提出的重油分類標(biāo)準(zhǔn)取得了世界石油界的廣泛認(rèn)可（見表1）。

表1 由UNITAR推薦的重質(zhì)原油及瀝青分類標(biāo)準(zhǔn)

1.2 我國稠油的分類標(biāo)準(zhǔn)

劉文章針對(duì)我國重質(zhì)原油（稠油）的特性，歷時(shí)5年深入研究，提出了我國稠油的劃分規(guī)范，討論修改后作為試驗(yàn)規(guī)范印發(fā)執(zhí)行（如表2所示）。

表2 中國稠油分類標(biāo)準(zhǔn)

2 稠油開采方式及優(yōu)缺點(diǎn)

針對(duì)稠油一般使用熱采工藝技術(shù)，熱采也是工藝技術(shù)熟練的企業(yè)開發(fā)高黏度重質(zhì)石油時(shí)最合理的方式。目前，當(dāng)今世界上大約有80%以上的熱采生產(chǎn)依靠注蒸汽采油法達(dá)到。

2.1 熱采方式種類

稠油黏度雖高，但對(duì)高溫卻十分敏感；每提高10℃，黏度就降低了約一零點(diǎn)五。這表明了稠油相對(duì)熱降粘的規(guī)律是一樣的，這就是稠油熱力開采的主要原理。稠油熱力開采工藝技術(shù)是目前世界上較大的提升石油采收率項(xiàng)目[2]，該工藝技術(shù)從問世至今，已經(jīng)形成了以蒸汽吞吐、熱蒸汽驅(qū)、SAGD、熱力驅(qū)、燃燒油層、電磁加熱等關(guān)鍵技術(shù)為代表的核心技術(shù)架構(gòu)。

2.2 蒸汽吞吐采油技術(shù)

蒸汽吞吐是指先向井投入一定量的蒸汽，然后閉井很久，待蒸氣的熱量逐漸向油層中傳播后，再開井產(chǎn)出的一種利用稠油的增產(chǎn)方式。它也是中國目前稠油生產(chǎn)利用的最主要方式，因?yàn)槲覈壳按蠹s有80%的稠油生產(chǎn)都是靠蒸汽吞吐工藝獲得的。

2.3 蒸汽驅(qū)采油技術(shù)

蒸汽驅(qū)是指把蒸汽直接投入到附近一個(gè)或多口油井里，使地下粘性很大的稠油受熱降粘，進(jìn)而在蒸汽蒸餾的效應(yīng)下，將石油驅(qū)往附近各口生產(chǎn)井中采出。利用蒸汽驅(qū)改善開采效益的原理，大致有如下幾個(gè)：蒸汽蒸餾效應(yīng)、氣驅(qū)效應(yīng)、高溫減黏效應(yīng)。

2.4 蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD）

SAGD實(shí)際上是在一種特定情況下的蒸汽驅(qū)，它的實(shí)質(zhì)原理是自重泄油[3]，其采油原理如下：通過注入的高溫水蒸氣，使油層上面的石油黏度降到最容易流淌的程度，靠自重將石油和溫水排放到底下的工業(yè)生產(chǎn)井中，并利用工業(yè)生產(chǎn)井的提升體系，把石油和水提升到地面。和成對(duì)的SAGD一樣，單井SAGD更適合于厚度范圍為10～15m的油藏開采；而抑制常規(guī)SAGD的另一大原因，其必須消耗巨大的蒸汽，特別針對(duì)油層較薄且品質(zhì)不好儲(chǔ)層。

2.5 熱水驅(qū)采油技術(shù)

熱水驅(qū)開采原油的主要原理：原油受熱降黏提高流度比；石油和巖石等受熱而擴(kuò)張；對(duì)殘余油飽和度和相對(duì)滲透性的作用；提高巖層水濕和避免熱黏油帶的產(chǎn)生等。雖然熱水驅(qū)對(duì)稠油開采的總體效益遠(yuǎn)不及注蒸汽顯著，但由于它操作簡(jiǎn)便，與普通水驅(qū)無異，所以仍長(zhǎng)期被人們廣泛使用，只不過范圍小些。

2.6 燃燒油層采油技術(shù)

燃燒油層是第一個(gè)用于開采稠油的熱力開采石油工藝技術(shù)。目前，全球有100多家油田已進(jìn)行過大面積的工業(yè)性開發(fā)測(cè)試，其采收率一般達(dá)到50%～80%[4]。這是指運(yùn)用各種點(diǎn)火方法將注氣井的油層全部引燃，同時(shí)不斷地向油層內(nèi)加入抗氧化劑（空氣或氧化物）助燃產(chǎn)生移動(dòng)的點(diǎn)燃前緣（又稱點(diǎn)燃帶）。爆炸帶左右的石油被降黏、蒸餾，經(jīng)過蒸餾的輕質(zhì)油、水蒸氣和可燃空氣驅(qū)往前方，而不被蒸餾的重質(zhì)碳?xì)浠衔铮瑒t在高熱下發(fā)生裂解，然后再留下裂解產(chǎn)物（焦炭）并成為支持石油形成與燃燒過程的主要能源，從而使石油進(jìn)一步地傳播與擴(kuò)展。在高溫下地層束縛水、加入水蒸氣，由裂解所產(chǎn)生的儲(chǔ)氫材料和加入的空氣組成水蒸氣，將巨大的能源送入最前方的油層中，將石油驅(qū)進(jìn)生產(chǎn)井[5]。

從工作原理上來看，火驅(qū)技術(shù)實(shí)際上結(jié)合了水蒸氣驅(qū)、氣烴混相驅(qū)、CO2混相驅(qū)等各種驅(qū)替方式，它的驅(qū)替效能之高，也是任何高采收量技術(shù)所不能與之媲美的。當(dāng)然，火驅(qū)也會(huì)燃燒部分石油，一般是石油中的焦炭和瀝青的裂解殘?jiān)?，占世界石油存量?0%～15%。目前新疆油田公司在風(fēng)城區(qū)有一個(gè)SAGD試驗(yàn)區(qū)，主要進(jìn)行SAGD采油技術(shù)，其余區(qū)域如重32#等，則實(shí)行常規(guī)熱采技術(shù)：紅淺原油、九區(qū)稠油等區(qū)塊采用的都是常規(guī)熱采技術(shù)，如蒸吞吐采油系統(tǒng)技術(shù)、蒸汽驅(qū)油技術(shù)等；而紅淺火驅(qū)原油區(qū)塊則應(yīng)用燃燒油層采油技術(shù)。

3 不同熱采方式對(duì)原油性質(zhì)的影響

使用燃燒油層采油技術(shù)的原油，密度、黏度、凝點(diǎn)、殘?zhí)俊⒘蚝?、氮含量、鈣含量等低，但酸值、鐵含量最高；相比較采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油1，采取燃燒油層采油方法的原油2的密度、黏度、凝點(diǎn)、殘?zhí)俊⒘蚝?、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；同一區(qū)塊原油，采用SAGD采油技術(shù)的原油密度、黏度降低，凝點(diǎn)、酸值、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度升高。

不同熱采方式的原油實(shí)沸點(diǎn)收率見表3。

表3 不同熱采方式的原油實(shí)沸點(diǎn)收率

從表3可見，不同熱采方式相比，<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率最高的是采用燃燒油層采油技術(shù)的原油2，收率達(dá)到54.0%；<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率最低的是采用SAGD采油技術(shù)的原油4；與蒸汽吞吐技術(shù)相比，采用燃燒油層的原油2的<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率高4.7%；與蒸汽吞吐技術(shù)相比，采用SAGD采油技術(shù)的原油4>520℃收率高2.6%，會(huì)提高瀝青產(chǎn)品收率。

相比較采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油1，采用燃燒油層采油技術(shù)的原油2 >520℃減壓渣油的瀝青性能變化較大，針入度大幅升高，軟化點(diǎn)大幅降低，收率下降4.6%，黏度、鈣含量大幅降低；相比較采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油3，采用SAGD采油技術(shù)的原油4 >520℃減壓渣油收率升高2.6%，殘?zhí)俊⑩}含量有所升高，瀝青性能變化不大。

4 結(jié)論

（1）使用燃燒油層采油技術(shù)的原油，密度、黏度、凝點(diǎn)、殘?zhí)?、硫含量、氮含量、鈣含量等性質(zhì)低，但酸值、鐵含量最高；相比較采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油，采取燃燒油層采油方法的原油的密度、黏度、凝點(diǎn)、殘?zhí)俊⒘蚝?、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；同一區(qū)塊原油，采用SAGD采油技術(shù)的原油密度、黏度降低，凝點(diǎn)、酸值、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度升高。

（2）不同熱采方式相比，<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率最高的是采用燃燒油層采油技術(shù)的原油，收率達(dá)到54.0%；<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率最低的是采用SAGD采油技術(shù)的原油；與蒸汽吞吐技術(shù)相比，采用燃燒油層的原油的<520℃實(shí)沸點(diǎn)收率高4.7%；與蒸汽吞吐技術(shù)相比，采用SAGD采油技術(shù)的原油4>520℃收率高2.6%，會(huì)提高瀝青產(chǎn)品收率。

（3）相比采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油，采用燃燒油層采油技術(shù)的原油>520℃減壓渣油的瀝青性能變化較大，針入度大幅升高，軟化點(diǎn)大幅降低，收率下降4.6%，黏度、鈣含量大幅降低；相比采用蒸汽吞吐技術(shù)的同區(qū)塊原油，采用SAGD采油技術(shù)的原油>520℃減壓渣油收率升高2.6%，殘?zhí)俊⑩}含量有所升高，瀝青性能變化不大。

總之，不同的熱采方法比較，蒸汽吞吐采油技術(shù)與燃燒油層采油技術(shù)比較，采用燃燒油層采油技術(shù)生產(chǎn)的原油優(yōu)勢(shì)相對(duì)較大，密度、黏度、凝點(diǎn)、殘?zhí)俊⒘蚝?、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；520℃之前實(shí)沸點(diǎn)收率升高；蒸汽吞吐采油技術(shù)和SAGD采油技術(shù)相比，采用SAGD采油技術(shù)>520℃減壓渣油，收率升高2.6%，會(huì)提高瀝青產(chǎn)品收率，但殘?zhí)?、鈣含量有所升高。