稠油开采方法

世界上稠油资源极为丰富，据统计，世界上证实的常规原油地质储量大约为4200×108m3，而稠油（包括高凝油）油藏地质储量却高达15500×108m3；在我国，目前已在松辽盆地、渤海湾盆地、准葛尔盆地、二连盆地等15个大中型含油盆地和地区发现了数量众多的稠油油藏，预测我国稠油（包括高凝油）油藏地质储量却高达80×108m3以上。因此，稠油分布广，储量大,开采潜力大。但是，由于原油粘度高，油层渗流阻力过大，使得原油不能从地层流入井筒；即使原油能够流到井底，在从井底向井口流动过程中，由于降压脱气和散热降温而使原油粘度进一步增加，都严重地影响原油的正常进行，使得稠油流动性差，开采难度大。

我国稠油开采技术近二十年来发展迅速，已形成了胜利﹑辽河﹑新疆﹑河南﹑大港等稠油生产基地，其产油量逐年提高，我国已成为目前世界稠油生产的主要国家之一。

第一章稠油的性质

一、稠油的定义和标准

稠油是指粘度大的原油，重油是指密度大的原油，粘度越高的原油一般密度就越大。联合国训练署于1979年6月在加拿大召开了关于重油和沥青砂的标准：

(1)重油是指在油藏原始温度下，脱气原油粘度为100～10000mPa·s或在15.6℃(60℉)及0.101MPa 条件下密度为934～1000kg/m3。

(2)沥青砂是指在原始油藏温度下，脱气油粘度大于10000mPa·s或在15.6℃(60℉) 及0.101MPa条件下密度大于1000kg/m3。

根据国际稠油分类标准，我国石油工作在考虑我国稠油特性的同时，按开发的现实及今后的潜在生产能力，提出了中国稠油分类标准，即将粘度为1×102～1×104mPa·s，且相对密度大于0.92的原油称为普通稠油；将粘度为1×104～5×104mPa·s ，且相对密度大于0.95的原油称为特稠油；将粘度大于5×104 5000mPa·s，且相对密度大于0.98的原油称为超稠油（或天然沥青）。

这里必须弄清稠油与高凝油的区别，高凝油是指原油的凝固点比较高,在开发过程主要由于当原油处于凝固点以下温度状态时,原油中的某些重质组分(如石蜡)凝固析出,并沉积到油层岩石颗粒、抽油设备或管线上,造成油层渗流阻力过高,或抽油设备正常工作困难。到目前为止,高凝油尚无统一的划分标准，我国某些油田有自己的地区性划分方法，例如有的油田将凝固点大于40℃，含蜡量超过35%的原油定为高凝油。

二、稠油的一般性质

我国发现的稠油油藏分布很广，类型很多，埋藏深度变化很大，一般在10～2000m之间，主要储层为砂岩。中国稠油特性与世界各国的稠油特性大体相似，主要有以下特点。

(1)稠油中轻质馏分很少，而胶质沥青含量很多，而且随着胶质沥青含量增加，原油的相对密度及同温度下的粘度随之增高。

常规油（即稀油）中沥青质含量一般不超过５％，但稠油中沥青质含量可达10%～30%，个别特超稠油可达50％或更高。

(2)稠油随着密度增加其粘度增高，但线性关系较差。

众所周知，原油密度的大小与其含金属元素的多少有关，而原油粘度的高低主要取决于其含胶质量的多少。我国稠油油藏属于陆相沉积，原油中金属元素含量较少，而沥青、胶质含量变化大，与其他国家相比，沥青质含量较低，一般不超过10％，而胶质含量较高，一般超过20％。因此，原油密度较小，但原油粘度较高。

(3)稠油中烃类组分低。稠油与稀油的重要区别是其烃类组分上的差异，我国陆相稀油中，烃的组成（饱和烃＋芳香烃）一般大于60％，最高可达95％，而稠油中烃的组成一般小于60％，最少者在20％以下，稠油中随着非烃和沥青含量的增加，其密度呈规律性大。

(4)稠油中含硫量低，在我国已发现的大量稠油油藏中，稠油中的含硫量都比较低，一般小于8％。河南油田稠油中含硫量仅为0.8%～0.38%，远低于国外含硫量（见表1）。

表1 典型稠油油田原油性质对比表参

油数

田相对密度

粘度

mPa·s

胶质沥青

质含量%

含蜡

量%

含硫

量%

凝固

点℃

金属含量,mg/L

Ni V Fe Cu

中国高升0.9500 2661 48.4 6 0.55 12.0 112.5 3.1

风城0.9656 500000 62.4 0.31 33.3 1.03 15.3 2.43 井楼0.9425 23546 32.2 9.6 0.32 10.8 19.0 0.94 15.4

单驾寺0.9850 9200 35.1 47.5 2.3 17.6

孤岛0.9650 2975 6 0.4 <15 16.5 2.5

羊三木0.9584 102.3 21.1 5.26 0.29 -7 25.8 0.9

加拿大冷湖0.9940 43.3 4.5 和平河 1.0260 50.0 5.9

委内瑞拉Jobo 1.0200 34.0 3.0 94 405 7 Melones 87 395 14

(5)稠油中含蜡量低。我国的大多数稠油油田（如辽河高升、曙光、欢喜岭、新疆克九区、胜利单家寺）原油中含蜡量在5%左右。河南井楼稠油油田稠油中含蜡量虽然高与上述稠油油田，但远低于河南双

河等稀油油田的含蜡量（一般含蜡量在30%以上），见表1。

(6)稠油中的金属含量较低。中国陆相稠油与国外海象稠油相比，稠油中镍、钒、铁及铜等金属元素含量很低。特别是钒含量仅为国外稠油的1/200～1/400（见表1），这是中国稠油粘度较高，而密度较小的重要原因之一。

(7)稠油凝固点较低。大多数稠油油藏属于次生油藏，由于石蜡的大量脱损，以及前部氧化作用强烈，因此，稠油性质表现为胶质沥青含量高、含蜡量及凝固点低的特点（见表1）。

三、稠油的热特性

1．粘度对温度的敏感性

原油粘度随温度变化而变化的曲线，称为粘温曲线。对于常规原油而言，由于粘温曲线作用不大，往往被人忽视。但对于稠油来说，稠油的粘度随温度变化十分敏感，温度升高，粘度急剧下降。这是稠油热采的最主要的原理—加热降粘机理，也是决定是否进行热力开采的基础。

采用ASTM（American Society for Testing and Meterials standards）标准坐标纸，对几乎所有稠油都出现平行的斜直线（见图1），即粘度与温度呈线性关系；一般温度升高10℃，粘度下降近60％。

过去几十年，有文献记载的粘温关系式超过100个，但是大多数学者公认，而且适用于稠油热采的表达式有两个，其余表达式的适用范围较窄，或者误差较大。

图1 稠油粘温曲线

第一种表达式是Walther方程，其粘度与温度的关系式为：