稠油油藏开发技术探讨

【摘要】近年来，石油行业的发展十分迅速，世界对石油的需求量也越来越大。稠油油藏是石油资源的重要组成部分，占有很大一部分比例，其开发已经成为石油开采提高油气储量的重要手段。稠油开采技术、如何提高采收率已经成为国际上重大的石油科学攻关课题之一。本文首先介绍了稠油的定义与分类，概括总结稠油油藏的特征及分布概况，对稠油油藏开发现状进行分析，并主要探讨了稠油油藏开发技术，对稠油油藏的开发有一定的指导意义。

【关键词】稠油；稠油油藏；开发技术

前言

我国的稠油资源比较丰富，特别是重油沥青资源分布广泛，已探明的重质油田已达70多个，油藏储量相当丰富。因此，我国的稠油开采具有很大潜力，但是由于稠油具有流动性差，有机成分复杂，其开采和利用方面存在很多技术难题。常规的开采技术无法适用于稠油的开采，必须采用一些特殊的工艺处理才能对稠油加以利用，如砂冷采法、蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等技术。稠油的开采可以缓解原油产量逐渐减小、石油能源危机的现状，石油开采将进入重质原油时代。

1、稠油的定义与主要特征

1.1稠油的定义与基本分类

稠油，是高粘度重质原油的简称，指在油层温度下脱气原油粘度大于100相对密度大于0.92的原油。根据1982年联合国训练研究署（UNITAR）在委内瑞拉召开的第二届国际重油及沥青学术会议，天然存在于孔隙介质中的原油或类似原油的物质可分为两大类：重质原油和沥青砂油。原油的第一指标是粘度，第二指标是原油的相对密度。一般重油的粘度在100和10000之间，超过这个上限一般就是沥青。

1.2稠油的特点和地质特征

一般而言，稠油油藏大都埋藏不深、且因属于重质油其密度较大因而粘度较大、胶结疏松并且样品易散。稠油中的轻质油成分很少，沥青胶质成分偏多，正是由于它的这种组成成分导致其粘度较大的，而且粘度随着沥青胶质含量的增多而增加。特别的，温度变化对稠油粘度的变化影响较大，并且稠油粘度随温度的升高呈抛物线降低的变化趋势。我国稠油油藏具有胶质含量较高而沥青含量较少的特点，这就意味着我国稠油油藏的粘度高而相对密度较低。除此之外，我国稠油的含硫量、含蜡量、金属含量以及烃类的组成成分都相对较低。而且，由于我国大多数稠油油藏属于次生油藏，一般会造成石蜡大量脱落，凝固点也相对较低。下表为我国石油行业稠油分类的试行标准。

一般的稠油油田均属于河流相沉积，包括天然堤微相、主水道微相、分支水道微相、砂坝微相和河漫滩微相。因此油藏较浅，一般都在2600m以上，其中绝大部分处于1000～1500m。油层的气油比低造成地饱压差低，一般压力和气温都较低，有些地区甚至仅有0.58mPa。我国的稠油油藏主要储层为砂岩，除了具有以上一般稠油油田的特征以外，还具有分布地区广、类型多、埋藏深度变化大的特点。

2、稠油油藏的分布概况

目前世界上的稠油、特稠油的可采量约为1510×108m3，探明量已经超过了常规原油。随着这两种原油储量的变化，我们逐渐走入了一个重质原油的时代。世界重油资源主要分布在加拿大、俄罗斯、委内瑞拉、科威特、伊拉克、中国等国家，典型的稠油油田主要有亨达顿油田、Beta油田、美国的威明顿油田、英国的Captain油田、英格伍德油田、小伯法罗油田、乌津油田、Maracaibo，Venezuela湖油田、Hamaca油田等。中国的常规原油和重油主要分布在山东的孤东、孤岛油田，河北大港油田，克拉玛依油田和渤海油田，目前中国的重油可采储量大约为80亿bbl。数据表明，对稠油的开采潜力巨大，我国也有相当的储量，应该掌握稠油的开采技术，把握重油市场。

3、稠油油藏开发的发展历程与现状

稠油油藏的开采方式一般有冷采法、热采法、常规水驱法、化学方法和露天开采沥青砂这五种，其中冷采法主要包括多分支水平井和出砂冷采法，而热采法主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和火烧油层等方法。目前，包括我国的胜利油田、辽河油田和渤海油田以及威明顿油田、Beta油田等的国内外油田，主要运用的开发方式为冷采，即注水开发。前苏联的少数油田也采用热采法。由于稠油的热特性，热力开采稠油可提高其开发效果。

在稠油油藏开采之前，一般要制定一定的开采策略，在井网布置方面，为了利用后期的调整，在开发初期直井开采的油田一般采用反九点正方形井网。但是，随着稠油油藏开采技术的提高，许多油田将井网布置为不规则井网，例如英国的Captain油田。

另外，现在国内外的稠油油藏开采技术方面的研究专家，将重心放在超稠油的开采方法上，而对特超稠油的机理和开采方式研究较少。尤其是国内，基于实验对特超稠油进行研究，得到一些经验公式，并未从理论上其渗透机理，对它的开发更是严重缺乏理论依据。

4、稠油油藏的主要开发方式与开采规律

4.1稠油油藏的主要开发方式

稠油油藏开采工艺在国外已经有了长足的进展，运用一些新技术，如：水平井环道加热蒸汽驱法，蒸汽辅助重力泄油法等，有效改善了开发的效果。一般包括三种方式：单水平井蒸汽吞吐方式、水平井与侧上方直井组合驱泄混合开采方式、水平井与上方直井组合蒸汽辅助重力泄油方式。

（1）单水平井蒸汽吞吐方式。这种方法利用水平井与油层的接触面积大，热量更集中的特点来改善稠油油藏的开发效果。这种方式的原理简单，便于实施利用，其工艺风险小，收益显著。

（2）水平井与侧上方直井组合驱泄混合开采方式。这种方式将前一方式进行改进，将两口直井设计在水平井的侧上方来注汽，利用水平井来采油。该方式弥补了前一种方式的不足，使直井和水平井之间的油层形成200oC的蒸汽层，可以同时利用蒸汽驱和重力泄油的方式进行开采，对储量的控制程度有了明显提高，同时可以有效的提高效率。

（3）水平井与上方直井组合蒸汽辅助重力泄油方式。在方式二的基础上，在水平井的侧上方再加入1～2口的注汽直井，使直井的周围形成密度较低的蒸汽层，油由于被蒸汽加入和分层，其中上部油层的油受到重力的作用向下流动，位于下部的水平井便可将油采出。

4.2稠油油藏的开采规律

（1）由于稠油的热敏效应，再加上井底周围含油量有饱和度的限制，它的产量呈现周期性的变化规律。每个周期大概划分为上升阶段、高峰阶段和缓慢递减阶段三个阶段。在第一个阶段里，周期产量逐渐上升，随后进入稳定阶段，然后周期产量经过7轮的缓慢递减以后便进入高轮次的吞吐阶段，周期产量逐渐降低直到平均周期递减率为1%。

（2）采油量和注汽量在注汽量较低时存在着线性关系。累积注汽量超过一定界限后后，累积采油量呈现骤减的趋势，斜率逐渐变缓，采油效果变差。

（3）采注比即采油量和注汽量的比值，这个数值和周期吞吐效果密切相关。由于蒸汽吞吐必须要降压开采，必须保证采出量大于注入量，才能使得下一轮的注汽量充足，在周期过半以后，地层能量降低过快周期递减过大，采注比则呈现剧烈下降的趋势。采注比上升，则采油量便增大，因此对采注比的合理控制对保证和稳定一个地区的产量有着至关重要的作用。实际上，稠油采注比的变化规律，除了和外部因素有关外，还和原油性质和储层条件、举升工艺等有关。

5、稠油油藏的开发技术

稠油的开发日渐见其重要性，而稠油油藏的开发技术是稠油开发的重要一环，能够在经济有效的基础上进行开发，选择合适的技术手段，对稠油进行合理规范的开发，提高稠油的开采率是及其重要的一方面。本节通过查阅资料，总结了一些常见的技术手段和开采稠油新技术。

（1）注蒸汽热采技术

注蒸汽热采技术是稠油开采技术中使用最广泛的技术。其原理是利用原油受热后粘度降低、流动性加强的特性，并且原油受热后体积膨胀会使得残余油的饱和度降低，更加有利于稠油油藏的开采。最常见的注蒸汽热采技术是蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方式，蒸汽吞吐是先向油井注入高温蒸汽，然后将井盖密封，让蒸汽与原油长时间接触进行充分的热量交换，然后再开井生产，当采油困难、稠油量增多时再次重复上述过程。蒸汽驱方式是将蒸汽注入到专门的注汽井中，注汽井中的蒸汽在地层中变成热的流体，将原油驱赶到生产井的四周，然后被开采出来。蒸汽吞吐方式十分方便，短时间内便可降低稠油度，达到开采指标，控制也比较容易，但是成本较高，反复注高温蒸汽也有一定危险性；蒸汽驱方式操作方便，重复次数少，但效果显现慢，费用回收周期长。

（2）火烧油层开发技术

火烧油层又称作火驱采油方式，与注蒸汽热采技术中蒸汽驱方式类似，需要注入井和生产井，按照一定的排列规律组成网状结构。火烧油层开采技术是利用原油受热一方面物理性质会改变，另一方面可能发生热解等化学反应产生轻质油，其方法是先将空气或者氧气等助燃气体注入注入井，然后在井下引燃，并采用适当技术将燃烧带向生产井推进，高温的作用下会改变稠油的性质，使得其便于开采。

（3）微生物开发技术

微生物开发技术是利用微生物的代谢产物或者自身特性来改善采油环境。微生物在一定的培养条件下，可以产生能降低油水界面张力、减弱毛细管效应的活性剂，还可以产生能溶解岩石的酸性物质，有利于原油的渗透；部分微生物可以将原油进行分解，可以将重质油分解成轻质油甚至是天然气，这将大大提高原油的流动性；某些细菌代谢出的生物聚合物具有对油水具有高分辨率的高渗透通道，有利于水分的分离。

（4）注CO2开发技术

这是一种向稠油油层中注CO2气体的方式进行稠油开采的技术措施。由于CO2有能够降低原油粘度、降低底层压力，造成溶解气驱、降低水和油之间的界面张力，减少流动阻力、酸化解堵，提高注入能力等优点，能够使油水分离，更容易采油。

（5）超稠油HDCS技术

对于超稠油，即粘度超过10万毫帕·秒，采用上述的注蒸汽热采技术已经不能取得很好的效果，新型HDCS四要素组合开发技术可以有效的解决超稠油的开采问题。HDCS分别代表水平井（Horizontal Well）、油溶性复合降黏剂（Dissolver）、二氧化碳（Carbon Dioxide）和蒸汽（Steam），该技术使用高效油溶性复合降黏剂并利用二氧化碳辅助水平井注蒸汽吞吐，可以有效的降低油层热量损失、大幅降低油层近井地带粘度、适当降低原油粘度，这有利于提高油藏利用效率、降低注气启动压力、提高稠油开采量的同时降低了能耗。

（6）浅层稠油HDNS技术

浅层稠油HDNS技术是属于HDCS技术中的一类，更适合于较浅油藏的稠油开采。HDNS分别代表水平井、油溶性复合降黏剂、氮气（Nitrogen）和蒸汽四种要素，氮气的主要作用是降低井筒热损失，提高井底地热层热量利用率以及增加地层能量。

（7）蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术

蒸汽辅助重力泄油（Stream Assisted Gravity Drainage）是目前开采超稠油的一项新兴技术，其工作原理是首先将油层下部挤压出一条水平裂缝，然后注入高温蒸汽，油层内会形成一条热通道，热通道中的热蒸汽会向四周扩展与油层中的原油进行充分的热交换，原油受热后流动性增强，在重力的作用下向下流动，可流动的原油进入采油井后便可以比较容易的采出。SAGD技术最大的优势在于蒸汽不断的扩散可以拓宽热通道宽度，会更大限度的提高蒸汽与油层的接触面积，极大提高了蒸汽热能的利用效率。水平井SAGD井对配置一般分为3种类型：双水平井、水平井直并井组合方式、单井SAGD模式。

（8）稠油出砂冷采技术

加拿大是最早研究稠油出砂冷采技术的国家之一。稠油出砂冷采技术是利用出砂后形成的具有高渗透特性的蚯蚓洞网络以及泡沫油流的弹性膨胀、降粘作用来开采稠油的一项技术。蚯蚓洞网络结构可以使得油层的孔隙度扩大并大幅度增强原油渗透率，泡沫油流具有弹性膨胀和降粘的作用，与原油混合会使得原油密度降低，流动性增加。稠油出砂技术开采成本低、日产油量较高，在对稠油开采过程中使用广泛。

6、结束语

稠油油藏的储量可观，逐步发展为重要的原油资源，但对其开采方法的理论机理研究不够明朗，本文从稠油的定义、分类、分布状况以及开发规律各个方面进行了总结概括，重点阐述了稠油油藏的常规开采方法和新技术，对国内稠油油藏的开发有着至关重要的意义。

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