稠油开采方法综述

稠油开采方法综述
吕立华1,李明华1,苏岳丽2
(1.胜利油田井下作业二公司,山东东营,257000;2.大港油田公司第二采油作业区,天津大港,301600)
摘　要　稠油在油气资源中占有很大比例,加强稠油开发技术的研究显得尤为重要,本文通过调研国内外大量文献资料,综述了稠油开发的各种有效方法,并针对国内稠油开发的特点,提出了相应的建议。

关键词　稠油开发;热力采油;化学采油;微生物采油
引言
稠油在世界油气资源中占有较大的比例。

据统计,世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×108t。

稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联、中国、印度尼西亚等,其重油及沥青砂资源约为4000×108～6000×108m3(含预测资源量),稠油年产量高达127×108t以上。

中国重油沥青资源分布广泛,已在12个盆地发现了70多个重质油田,预计中国重油沥青资源量可达300×108t 以上[1]。

因此,稠油的开采具有很大的潜力,而且随着轻质油开采储量的减少,21世纪开采稠油所占的比重将会不断增大。

对于稠油油藏,常规的方法是很难开采出来的,因此要采取一些特殊的工艺措施,如热力采油,化学方法采油,生物采油,和一些组合方法等,下面将对这些方法一一阐述。

1　热力采油
热力采油主要是通过一些工艺措施使油层温度升高,降低稠油粘度,使稠油易于流动,从而将稠油采出。

其主要方法有蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、热水驱等。

1.1　蒸汽吞吐
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,目前在美国、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的,注入的助剂主要有天然气、溶剂(轻质油)及高温泡沫剂(表面活性剂)。

蒸汽吞吐技术的应用使油井的动用程度提高,生产周期延长,吞吐采收率由15%提高到20%以上,周期产量及油汽比可提高15倍以上,采出程度可达25%。

现在国内正在研究的是CO2吞吐技术,CO2的各项性能是非常适合蒸汽吞吐的,它具有很好的降粘、增液和改善蒸汽吞吐效果的作用,而且适用于大多数的稠油油藏和强水敏油藏,但是这一技术要求必须要有气源,否则的话是不可行的。

1.2　蒸汽驱
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。

1.3　火烧油层
火烧油层是利用各种点火方式把注气井的油层点燃,并继续向油层中注入氧化剂(空气或氧气)助燃形成移动的燃烧前缘(又称燃烧带)。

燃烧带前后的原油受热降粘、蒸馏,蒸馏的轻质油、蒸汽和燃烧烟气驱向前方,未被蒸馏的重质碳氢化合物在高温下产生裂解作用,最后留下裂解产物——焦炭作为维持油层燃烧的燃料,使油层燃烧不断蔓延扩大。

在高温下地层束缚水、注入水蒸发,裂解生成的氢气与注入的氧气合成水蒸汽,携带大量的热量传递给前方的油层,把原油驱向生产井[2]。

火烧油层的技术在国内还不是很成熟,虽然有的油田进行了一些试验,在技术上也通过了检验,但是推广到生产实际当中还有很多问题。

而且火烧油层时,在地下进行的反应非常复杂,对岩层物性改变
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也非常大,因此该技术的推广应用还有待于研究和开发。

1.4　热水驱
由于蒸汽与地层油相密度差及流度比过大,易造成重力超负荷汽窜,体积波及系数低,蒸汽的热效应得不到充分发挥,而用热水驱则可有效的减缓这些不利影响。

热水驱的作用机理主要是两方面,一是热水将能量传给地层油,使其温度生高,从而降低粘度;二则可以补充地层能量,将原油驱替至井底。

1.5　其他热采方法[3]
以上所介绍的都是基本的热采方法,但是近年来随着技术的进步和不同地层条件的要求,传统的热采方法已经不能满足油田需要,因此就诞生一些基于传统技术的新的热采方法。

注热段塞:当注入蒸汽时,在井底附近形成一定范围的加热带然后注冷水将此加热带推向生产井。

注蒸汽加溶剂:向蒸汽中添加可完全蒸发的溶剂,溶剂与原油掺混可极大地降低原油粘度,同时可降低热水带中的残余油饱和度。

注热碱水,在含油饱和度低的地层中采用层内燃烧法形成加热带,以注碱性溶液的方法将加热带沿地层推进,这样可使热作用和化学作用的优点结合起来。

蒸汽-气体循环处理法可以保证已出于开发后期的油藏有很好的工艺效果。

水平井与注热水相结合。

通过注热水和空气在地层中形成蒸汽:这一方法可以将注蒸汽法和层内燃烧法的优点结合起来。

高温聚合物驱:在裂缝-孔隙型碳酸盐岩储集层中,根据水动力驱毛细管驱机理进行采油。

注蒸汽和聚合物:在注蒸汽之前先注入高浓度聚合物溶液,聚合物在很长一段时间内作用于高渗透性层带,而低渗透性层带则不受其影响,因此能使波及系数提高一倍。

煤层加热法:向含油层注入其上浮煤层中直接产生的热的燃烧产物,从煤层中产生富含CO2的热燃烧产物,不采到地面而直接注入含油层。

活性水驱:在热水驱中加入表面活性剂,可利用表面活性剂的化学效应和热水的热效应相互配合的协同作用,取得最佳驱油效果[4]。

井下催化反应法其工作原理是:首先在地面进行吸热反应,将蒸汽和甲烷转化成氢和一氧化碳,而后将冷却的气体输进井内催化反应器,气体反应产生蒸汽和甲烷,反应产生的热传到油层,反应后的气体随采出油循环到地面蒸汽转换装置中。

2　化学采油[5]
化学驱油是重要的提高原油采收率的方法,可达到80%～90%。

其中表面活性剂驱油及微乳状液驱油又是效率最高的两种化学驱油方法。

前者是将较低浓度的表面活性剂胶团溶液注入油井;后者则是用高浓度的表面活性剂,并且这种注入的浆液是由三种或更多种组分构成的微乳液。

2.1　表面活性剂驱油
表面活性剂驱油是在注水驱的基础上发展起来的。

注水驱替应用较早,通过向地层注水把石油驱替至采油井。

早期使用普通河水或海水,后来出现了注入表面活性剂的活性水驱油,根据油藏不同的物理化学性质和地质条件,发展了相关的碱水驱、酸水驱以及其他的化学驱油工艺。

今后提高注入效果的方向,主要是针对沥青质等重质组分在采油中带来的困难,提高注入水“品质”以及向油层注入其他更加有效的活性驱替剂。

2.2　微乳液驱油
微乳液是由油、水、表面活性剂、助表面活性剂组成的各向同性的透明和热力稳定的分散体系。

粒径约为10～100nm,液滴被表面活性剂和助表面活性剂(一般为醇)的混合膜所稳定。

驱油用微乳液配方中,油可用石油馏分或轻质原油等;表面活性剂一般用石油磺酸盐;助表面活性剂一般用C3～C5的醇;水相常是N aC l水溶液。

岩心模型驱油实验表明,微乳液具有很高的驱油效率,而中相微乳液的驱油效率最好(最佳几乎可达100%)。

微乳液驱油的机理很复杂,如改变岩的润湿性,改变油水界面的粘度等,但能产生超低的油-水驱替液界面张力是其中的主要原因之一。

3　利用微生物方法采油
利用微生物方法采油主要是利用微生物的各种特性进行采油,主要有两种方法,一种是生物表面活性剂技术,一种是微生物降解技术。

3.1　生物表面活性剂
生物表面活性剂是微生物在特定的条件下生长过程中分泌并排出体外的具有表面活性的代谢产物。

一方面具有化学表面活性剂的共性,另一方面又有稳定性好、抗盐性较强、受温度影响小、能被生物
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　2005年第3期 吕立华等　稠油开采方法综述
降解、无毒、成本低的特点。

生物表面活性剂已广泛用于提高原油采收率。

例如,从桉树叶毛虫体内分离出的一种菌注入油层后产生大量自然清洁剂,将原油采收率提高到70%,但这种生物表面活性剂的生成量受地层多种条件的影响。

我国在80年代已筛选出了多种生物表面活性剂。

生物表面活性剂在采油中的应用已扩展到小规模成片油田,对地面法和地下法均进行了尝试,即用生物表面活性剂注入地下或在岩石中就地培养微生物产生生物表面活性剂用于强化采油。

3.2　微生物降解技术
利用微生物降解技术对原油中的沥青质等重质组分进行降解,可以降低原油粘度,提高油藏采收率,这一技术在采油过程中得到了一定的应用并有继续发展的趋势。

该技术的理论依据是使用添加氮、磷盐、氨盐的充气水使地层微生物活化。

其机理包括:①就地生成CO2以增加压力来增强原油中的溶解能力;②生成有机酸而改善原油的性质;③利用降解作用将大分子的烃类转化为低分子的烃;④产生表面活性剂以改善原油的溶解能力;⑤产生生物聚合物将固结的原油分散成滴状;⑥对原油重质组分进行生化活性的酶改进;⑦改善原油粘度[6]。

4　结论和建议
上面介绍了开采稠油的各种方法,这些方法都各有优缺点,每种方法都有自己的适用范围,当然有些方法还不成熟,还没有推广到生产实践中去。

油田在实际选择开采稠油方法的时候要根据油田的具体情况来考虑,如果气源充足,可以考虑蒸汽吞吐和蒸汽驱采油;如果没有气源,可以考虑注热水,注表面活性剂,或者利用生物采油。

认为火烧油层技术是不应轻易使用的开采方法,首先是技术还不成熟;其次火烧油层时地下的反应非常复杂,无法对地下的情况进行预测,而且对资源来说也是很大程度的一种浪费。

在未来的稠油的开采中,最理想的开采方法就是在井下对稠油降解,将高分子的稠油降解为低分子的轻质油,这样就可以开采到地面上来,也减少了炼厂的工作量。

为了达到这一目的,现有的稠油开采方法中可以大力发展两种开采方式。

一个就是利用微生物开采,通过微生物的作用将稠油降解,这就需要积极寻找优良菌种,对其进行研究开发,使其达到降解的目的。

另外就是在井下进行催化降解反应,将稠油降解,使其粘度降低,分子链变短。

这就需要在技术上进行研究,需要寻找合适的催化剂,所选择的催化剂不但要起到催化的作用,而且在经济上要有可行性,特别实在油藏复杂的条件下依然有很强的催化效果。

参考文献
[1]　于连东.世界稠油资源的分布及其开采技术的现状和
展望.特种油气藏,2001,6,8(2),98～104.
[2]　胡士清,白国斌,赵春梅.火烧油层技术在庙5块低渗
透稠油油藏中的应用.特种油气藏,1998,5(4),33～
37.
[3]　黄丽,黄忠廉.油田稠油热采技术综述.国外油藏工程,
1997,1,9～10.
[4]　张宏民,程林松,梁玲.稠油油藏热活性水驱数值模拟.
新疆石油地质,2002,2,23(1),52～55.
[5]　崔波,石文平,戴树高等.高粘度稠油开采方法的现状
和研究进展.石油化工和技术经济,2000,16(6),5～
11.
[6]　廖泽文,耿安松.油藏开发中沥青质的研究进展.科学
通报,1999,44(19),2018～2024.
作者简介:吕立华,男,1973年5月出生,助理工程师,现为胜利油田井下作业二公司作业11队技术主管。

收稿日期:2005年2月12日
211内蒙古石油化工 2005年第3期　。