[科普中国]-热力采油法

稠油在油气资源中占有很大的比例,因此加强稠油开采、提高采收率已成为当今的研究热点。但稠油不同于常规原油，主要是粘度大,难于用常规方法开采，因此需要一些特殊的工艺措施。热力采油就是当今稠油开采主要技术。

常规热力采油技术常规热力采油技术及其应用常规热力采油法包括蒸汽法和火烧油层。

蒸气法蒸汽法主要有蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方法。蒸汽是一种热能，注入地层后，能大大提高油层温度。随着油层温度升高，可以产生以下效应：（1）原油粘度大大降低，增加原油的流动系数。（2）油层岩石和流体体积膨胀，增加弹性能量。（3）在蒸汽驱过程中，产生蒸汽蒸馏和溶剂抽提作用，在蒸汽带前缘出现轻质馏分的富集带，起到油相的混相驱替作用。（4）油相相对渗透率增加，水相相对渗透率降低，残余油饱和度下降。2

蒸气吞吐技术蒸汽吞吐是指在本井中完成注蒸汽、焖井和开井生产三个过程的稠油开采方法，从注蒸汽开始到油井不能正常生产为止，称为一个吞吐周期。

蒸汽吞吐注汽参数主要是指周期注汽量、注汽速度、蒸汽干度和焖井时间。注汽试件与注汽量、设备、井况与地层条件有关，一半为 10～15 天。焖井过程是将注入蒸汽的热量充分释放给油层，合理的焖井时间应该满足蒸汽释放完潜热为止，焖井时间过长或过短都将影响注入蒸汽的热效应，焖井时间一般为 3～5 天；生产阶段是将蒸汽凝结的流体和被加热的油藏流体一起开采到地面上来，与常规生产井的过程基本相同，生产时间可长达上百天甚至一年多。

蒸汽吞吐通常只能采出井点周围油层中有限区域内的原油，井间存在大量蒸汽难以波及到的死油区，随着吞吐轮次的增加和加热区含油饱和度的减小，采油效果将逐渐差，油藏处于低效或无效吞吐阶段，蒸汽吞吐的原油采收率一般只有 10%～20%。

蒸汽吞吐是一种相对简单和成熟的注蒸汽开采稠油的技术，在美国、委内瑞拉、加拿大广泛应用。蒸汽吞吐的机理主要是加热近井地带原油，使之粘度降低，当生产压力下降时，为地层束缚水和蒸汽的闪蒸提供气体驱动力。近几年蒸汽吞吐技术的发展主要在于使用各种助剂改善吞吐效果。该技术是80年代在委内瑞拉发展起来。

蒸汽驱技术蒸汽驱是指按一定井网，在注汽井连续注汽，在注入井周围形成蒸汽带，注入的蒸汽将地下原油加热并驱到周围生产井后产出。蒸汽驱的注采形式与常规注水开采相似。

蒸汽驱油田的产量具有驼峰状特征，蒸汽驱过程从时间上大致可分为三个阶段：一是蒸汽驱启动阶段，由于油层原油的初始粘度较高，蒸汽驱初期只要依靠提高注入压力维持生产，若油层孔隙中存在气体，注入的蒸汽把原油挤入这部分空间，因此启动阶段的原油产量较低；二是蒸汽驱受效阶段，随着注入蒸汽量的增加，受热原油越来越多，加热降粘逐渐起到控制作用，同时取决于油层的物性，产量达到高峰；三是蒸汽突破阶段，当蒸汽在生产井突破以后，注入蒸汽的热效率降低，同时油层中被驱原油越来越少，产量逐渐下降。

蒸汽驱是目前大规模工业化应用的热采技术，成为蒸汽吞吐后提高采收率的有效方法，并取得了良好的效果。蒸汽驱的机理主要是降低稠油粘度，提高原油的流度。蒸汽相不仅由水蒸汽组成，同时也含烃蒸汽，烃汽与蒸汽一起凝结，驱替并稀释前缘原油，从而留下较少的但较重的残余油。国外采用蒸汽驱大规模开发的两个主要稠油油田是美国的克恩河油田和印度尼西亚的杜里油田。克恩河油田采用大型热电联供技术，使蒸汽驱平均油汽比达到0.32，汽驱后采收率达到62.4%，有的区块超过70%；杜里油田预计最终采收率可达55%。

在开发实践中，蒸汽吞吐和蒸汽驱是注蒸汽采油的两个有机过程，蒸汽吞吐为蒸汽驱创造了有利的油藏驱替条件，同时蒸汽驱注入油层的大量的热力学能使油层温度在较大范围内得到提高，将井间的原油驱替到生产井。蒸汽驱阶段的原油采收率一般可达20%~30%。对于整个稠油油藏，有计划地实施蒸汽吞吐向蒸汽驱的转换，可以巧妙地避开蒸汽吞吐和蒸汽驱的低效期，保持稠油油藏的稳产。

火烧油层技术火烧油层，其原理是向井下注入空气、氧气或富氧气体，依靠自燃或利用井下点火装置点火燃烧，使其与油藏中的有机燃料(原油)反应，借助生成的热开采未燃烧的稠油。根据燃烧前缘与氧气流动的方向分为正向火驱和反向火驱；根据在燃烧过程中或其后是否注入水又分为干式火驱和湿式火驱。

加拿大的狼湖油田是目前世界上大规模的先蒸汽吞吐后火驱开采的工业试验区。该方案从1985年开始，预计开采25a。罗马尼亚的Suplaca de Barcau油田，于1964年开始火驱试验，到1993年底火烧前缘达8.9km。美国和前苏联都进行过火驱试验，预计采收率都在60%以上。

火烧油层最大的问题是氧化过程在油藏中维持的时间以及氧化范围。通常，火烧油层工作特性与空气流量有关，因此使工作过程很难控制；很高的最佳气流量一般只能在井距很小时达到，加上其它因素的干扰，热损失导致油大部分馏份冷凝而难以采出；燃烧产出的气体污染空气，不利于环保；在火驱中，如果砂层是高度未胶结的，出砂将更为严重，油焦颗粒和很高的气体流速将使磨蚀问题变得越来越严重，清除砂子将要求经常提出井中油管和更换井下泵。由于注入空气需使用大功率高压空压机，为此技术要求高，成本也大，因此火烧油层一般应用于油层深度小于1000~1500m。因此到目前为止，火烧油层法还只是处于工业试验阶段。

近几年，随着水平井技术的发展，火烧油层技术呈现出新的发展趋势，即由常规火驱变为复合驱。例如，利用水平井进行重力辅助火烧油、火驱与蒸汽驱复合驱等，从而提高采收率，提高经济效益。

非常规热力开采技术我国稠油油藏资源丰富，地质条件复杂，油藏类型多，且多数为深油层。在20世纪90年代初，我国已投入注蒸汽热采的稠油油藏，多数为普通稠油。但是在克拉玛依、辽河、胜利等油区，还存在一些地下原油粘度均超过80000m Pa·s的超稠油油藏，按常规打直井进行蒸汽热采开采，无法进行有效益的开发。而国外蒸汽热采成功的油藏深度仅500m左右，因此我们需采用适合我国油藏条件的热采方法。

SAGD蒸汽辅助重力泄油技术(简称SAGD)是开发稠油的一项前沿技术，对于在地层原始条件下没有流动能力的高粘度原油，要实现注采井之间的热连通，需经历油层预热阶段蒸汽辅助重力泄油是以蒸汽为热源，热传导与热对流相结合，依靠稠油及凝析液的重力作用开采。这种开采方式依靠两种布井模式实现：一种方式是在靠近油层底部钻成一对水平井，另一种方式是在油层底部钻一口水平井，其正上方钻一口或多口直井。

当蒸汽从上部的注入井注入油层，蒸汽向上方及侧面移动，形成一个饱和蒸汽室，蒸汽在汽液界面冷凝，并通过热传导将周围油藏加热，被加热降粘的原油和冷凝水在重力驱动下流到底部生产井，随着原油采出，蒸汽室逐渐扩大。

热化学、泡沫驱开采技术从70年代后期开始，针对注蒸汽采油方法中存在的问题，出现了一种新的稠油开采方法-化学复合开采技术，即在注入蒸汽的同时，有目的地加入一些化学剂，改善热力采油的效果，如加入泡沫剂，就可以调整蒸汽的注入剖面，又如加入薄膜扩散剂可改善油层岩石的润湿性及界面张力，从而取得更好的采油效果。