稠油水平井开采技术研究

张文波(胜利油田石油开发中心，山东 东营 257100)

稠油水平井开采技术研究

张文波(胜利油田石油开发中心，山东 东营 257100)

随着能源需求的日益严峻，稠油油藏逐渐引起了人们的重视。目前，已发展了多种开采稠油的技术，如出砂冷采、注蒸汽热采、火烧油层等，我国开采稠油主要以注蒸汽热采为主。随着认识的加深，用水平井开采稠油比用直井开采稠油有很大优势，且已发展了以蒸汽吞吐、蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)、溶剂蒸气抽提技术(VAPEX)以及蒸汽驱等为主的多种开采稠油的水平井开采技术。论述了这些技术及其延伸技术的驱油机理，并根据其优缺点研究了它们的适应性。

水平井；稠油开采技术；蒸汽吞吐；蒸汽驱

在世界一次能源构成中，石油仍是最主要的燃料。根据国际能源署(IEA)2004年预测，2030年世界一次能源需求将增长近60%，年增长率为1.7%，其中石油需求年增长率为1.6%[1]。从国内情况来看，我国已经成为全球第二大石油消耗国。目前，虽然有发现大型油气田的可能，但探明的储量品位越来越低，且常规油藏提高采收率的技术瓶颈愈发凸现。因此像稠油油藏这类非常规油藏逐渐引起人们的重视。稠油油藏储量相对富集且动用程度低，有分析家称，21世纪是重质原油时代[2]。

与直井开采稠油的方式相比，水平井开采稠油具有独特的优势。水平井与油藏接触面积大，生产压差小，有利于控制水侵。目前，随着技术的进步，已经出现了以水平井为基础的多种稠油开采技术，主要包括常规水平井蒸汽吞吐、气体及化学剂等辅助水平井蒸汽吞吐、蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)、溶剂蒸气抽提技术(VAPEX)以及蒸汽驱等技术。下面，笔者论述了这些技术及其延伸技术的驱油机理，并根据其优缺点研究了它们的适应性。

1 稠油的流变特征

稠油的粘度对温度非常敏感。大量的基础实验证明[3-4]，存在一个临界温度Tc，当温度T大于Tc时，稠油的流变特性符合牛顿流体的流变特征，而当温度T小于Tc时，稠油的流变模式符合具有一定屈服值的宾汉流变模式：

(1)

由于非牛顿流体的流变性对稠油的开发带来很大困难，因此，将稠油的温度保持在临界温度Tc以上是开采稠油最为有效的方法。

2 SAGD与VAPEX

2.1蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)[5]是在20世纪70年代由Butler首先提出的，后经现场试验取得显著效果。该方法在我国辽河油田取得试验成功并逐步推广大量实施。该方法的基本原理是向注汽井中注入高干度高温的水蒸汽，蒸汽向上及向2侧扩展形成蒸汽腔。随着蒸汽注入量增大，蒸汽腔逐渐扩展，通过热传导及热对流相结合的原理加热地层原油。受热降粘后的原油以及蒸汽冷凝形成的水由于重力作用流到注汽井下方的水平生产井中。有2种布井方式：一种是上下为平行排列的水平井，另一种是在水平生产井的正上方或斜上方钻垂直注汽井。第2种方式可以充分利用老井，节约成本，我国辽河油田多采用这种方式。SAGD技术以流体的重力作为动力，因此要求油藏的厚度大，一般为20m上；为减少蒸汽热损失，油藏不能太深，一般为1000m以内。

2.2溶剂蒸气抽提技术(VAPEX)

溶剂蒸气抽提技术(VAPEX)是在SAGD的基础上发展而来的，其布井方式与SAGD相同，不同的是用轻烃或轻烃与非凝析气的混合物作为溶剂取代蒸汽，从而把稠油萃取出来，萃取出的稠油依靠重力流入到生产井。产出的液体可以通过蒸馏等方法把溶剂分离出来，达到重复利用的目的。VAPEX提高采收率机理主要有4个方面：扩散作用、降粘作用、选择作用以及抽提作用[6]。一般情况下，VAPEX的产量比SAGD低，但是有SAGD没有的其他优势：对储层伤害小，不会引起水敏膨胀问题；不需要加热，对地面设备要求低；溶剂可重复利用，环保节能；因为不需要考虑VAPEX的热损失问题，可以设计水平段较长的水平井，且可以开采较深层的稠油，对油层厚度的要求也比SAGD低。

3 蒸汽吞吐技术

蒸汽吞吐工艺技术是在20世纪50年代后期在委内瑞拉的蒸汽驱小型试验时偶然发现的。目前，我国80%的稠油产量是靠蒸汽吞吐技术获得的。

蒸汽吞吐是在同一口生产井中注入蒸汽，焖井几天，然后开井生产。蒸汽吞吐是周期性的，当采油速度降低到一定程度时，进入下一轮次的吞吐。蒸汽吞吐提高开发效果的机理有2点：一是降低原油粘度，提高原油的流动能力；二是清洗井眼及近井地带，改善油井的完善程度。其中，前者为主要的机理。

常规直井蒸汽吞吐蒸汽注入压力高，油层吸汽能力差，蒸汽注入速度及注入强度都偏低，因此，发展了水平井蒸汽吞吐的技术。但由于蒸汽吞吐采大于注，地层压力不断衰竭，蒸汽吞吐的采收率一般在25%以内。为了进一步提高采收率，人们采用气体或者是化学剂辅助水平井蒸汽吞吐的技术(后面叙述的HDCS强化采油技术就属于这种技术)。与SAGD技术相比，蒸汽吞吐技术可以开采厚度较薄的油藏，但由于井筒热损失，普通蒸汽吞吐要求油藏埋深小于1500m。另外，当蒸汽吞吐轮次较多，产量下降到一定程度以后，可以转化为蒸汽驱技术。

4 蒸汽驱技术

蒸汽驱开采稠油是目前世界上最大的热力三采工程项目，美国早在20世纪30年代就开展了蒸汽驱开采稠油的尝试。

蒸汽驱也像水驱一样，可以由注采井组构成井网。在实施蒸汽驱前，一般需要进行几个周期的蒸汽吞吐，以预热地层并解除近井地带的油层污染。蒸汽驱一般要经历3个阶段：汽驱启动阶段、热流体控制阶段以及蒸汽腔推进到生产井后的阶段。蒸汽驱的加热范围可以由近井地带推进到整个油藏。与蒸汽吞吐相比，蒸汽驱的采收率更高，可以达到50%。

蒸汽驱对油层有比较严格的要求。油藏埋深小于1500m，厚度一般大于8m。另外，与蒸汽吞吐不同的是，对于非均质性较强的油藏，蒸汽驱容易发生蒸汽指进的现象，因此要求渗透率变异系数小于0.7。另外，蒸汽驱成本较高，只适用于潜力较大的油藏。

5 HDCS强化采油技术

HDCS强化采油技术是水平井蒸汽吞吐的延伸技术，是胜利油田在开采郑411超稠油油藏时提出的。HDCS强化采油技术是一种采用高效油溶性降粘剂和二氧化碳辅助水平井蒸汽吞吐的技术，其中H代表水平井，D代表高效油溶性降粘剂，C代表二氧化碳，S代表高温水蒸汽。

HDCS强化采油技术中水平井可提高吸汽面积和泄油面积，注汽压力低，可大幅提高DCS的协同效果，并且有利于控制边底水油藏的水侵速度[7]。高效油溶性降粘剂具有较强的渗透性，可以渗透到胶质沥青质超分子层状结构中间，从而将超分子结构分散，达到降粘的目的。而二氧化碳则主要通过原油体积膨胀、降低原油粘度、酸化岩石、溶解气驱以及降低界面张力等作用来提高稠油热采的采收率。蒸汽则主要通过加热降粘、油层解堵作用、蒸汽膨胀的驱动作用以及溶剂抽提水裂解作用来提高采收率。另外，降粘剂与二氧化碳具有协同作用，二氧化碳与蒸汽也具有协同作用，并且水平井也有利于降粘剂、二氧化碳、蒸汽发挥更大的协同作用。

HDCS技术可以解决SAGD以及常规蒸汽吞吐遇到的问题，由于滚动接替降粘机理，它可以适用于油藏埋深大于1200m、油层厚度小于10m、原油粘度大于200000mPa·s的油藏。

6 结 语

目前，稠油水平井的开采技术主要有SAGD技术、VAPEX技术、水平井蒸汽驱技术以及水平井蒸汽吞吐技术。与直井相比，水平井注汽压力低、生产压差小、与油藏的接触面积大、产量高，比直井有更大的优势。SAGD技术适用于油藏埋深浅、油层厚度大的油藏，并且可以开采天然沥青。VAPEX技术由于不考虑热损失，可以开采埋藏深、厚度薄的油藏。但由于降粘效果不如注蒸汽热力采油，因此开采特超稠油具有一定的局限性且产量也偏低。蒸汽驱虽然有较高的采收率，但是对油藏条件要求较严格，它要求油藏埋深浅、厚度大、非均质性弱，且成本高。HDCS强化采油技术对于开采中深层、厚度小的特超稠油有较好的适应性。

[1]于连东.世界稠油资源的分布及其开采技术现状与展望[J].特种油气藏，2001，8(2)：98-103.

[2]赵东明.稠油渗流特征实验研究[D].西安：西安石油大学，2004.

[3]张跃雷，程林松，刘倩.稠油流变特性的基础实验研究[J].特种油气藏，2009，16(6)：64-66.

[4]Butler R M.Rise of Interfering Steam Chambers [J].CPT，1987，26(3)：70-75.

[5]刘彦成，王健，刘彦武，等.稠油出砂冷采后VAPEX 提高采收率技术的可行性研究[J].国外油田工程，2010，26(10)：10-16.

[6]李宾飞，张继国，陶磊，等.超稠油HDCS高效开采技术研究[J].钻采工艺，2009，32(4)：52-55.

[编辑] 洪云飞

TE345

A

1673-1409(2012)05-N117-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.038

2012-02-20

张文波(1969-)，男，1994年大学毕业，工程师，现主要从事油气田开发方面的研究工作。