海上稠油多元热流体开采技术

孙涛 (中海石油 (中国) 有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

我国渤海海域蕴藏的油气资源特别是稠油十分丰富，主要分布在绥中、埕北、旅大等区块，通常存在密度大、粘度高等特点，而且原油流动阻力大，难以经济有效进行开发[1]。为保障国家能源安全供给，海上稠油、特稠油区块的有效动用变得尤其重要。由于海上采油平台环境十分特殊，作业空间狭小，设备尺寸及摆放受到了相当大的限制。加之受经济制约的影响，陆地油田的较为成熟的开采技术难以直接在海上推广实施。多元热流体技术是近年来发展的海上稠油油藏开采新技术，在渤海油田稠油开发中取得了较为成功的应用，为渤海油田的高质量发展提供强有力的支撑。

1 稠油常用开发方式

目前稠油油藏的开发方式主要有冷采、热采、热复合三种[2]。冷采技术主要用于开发低粘度油藏，而开发高粘度油藏主要采用热采技术和热复合技术。

1.1 稠油冷采技术

稠油油藏常用的冷采工艺主要包括有水驱、化学驱、出砂冷采等。对于低粘度稠油油藏，水驱技术操作性较强，成本相对较低，而且安全可靠。化学驱技术可以有效改善油-层间吸水不均的问题，并且防止含水率过快上升，对稠油油藏水驱后期的采收率提高有显著效果。出砂冷采技术是通过油层大量出砂大幅提高渗透率的开采方式，国内已在大港油田和辽河油田等中取得应用[3]。

冷采技术虽操作简便成本较低，但利用衰竭开采、水驱等冷采方式开发，普遍存在产能低、采出程度低、后期大量剩余油未能采出等问题。

1.2 稠油热采技术

稠油常用的比较成熟的热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油等体系，并得到油田现场规模化应用[4]。

蒸汽吞吐就是先向井内注入一定压力的蒸汽然后关井。关井后，蒸汽携带着热量向油层中逐渐扩散，原油受热粘度降低后，再开井将原油采出。蒸汽吞吐依次包括注汽、焖井及回采等三个作业流程。

蒸汽驱采油是通过注入井向油层中注入高干度高温的蒸汽，通过蒸汽不断加热油层降低了原油的粘度并驱动原油至生产井的周围。由于蒸汽吞吐采油仅能采出油井近井筒地带的原油，储层中存在大量无法波及的死油区。注气井注入的蒸汽在地层中将稠油驱至采出井采出，是一种进一步有效提高采收率而采取的热采方法。

蒸汽辅助重力泄油（steam assisted gravity drainage）采油技术是通过油藏底部附近的水平生产井上方的一口注入井注入蒸汽，蒸汽冷凝液与被加热的原油由于重力的原因，会流入油藏底部的生产井。这种方法采油能力较好，最终的采收率也较高，并且能够降低井间相互干扰。该技术已在国外加拿大油田现场获得较好的效益，同时辽河油田实施的先导试验也获得很好的应用。

但在目前的技术和经济条件下，海上能实现成熟开采技术接替的油藏范围较小，注蒸汽开采存在现热损失大、热利用率低、井底干度低等难题，且普通热采技术在海上经济性难以得到保证，急需研发新的接替技术。

1.3 稠油热复合技术

热复合开采技术是指在蒸汽携带热量的同时利用热-化学协同作用提高稠油采收率的手段。常见的包括水平井油溶性复合降粘剂二氧化碳蒸汽技术、氮气/二氧化碳辅助蒸汽技术以及多元热流体技术[5]。HDCS是一种在水平井蒸汽吞吐基础上利用二氧化碳和高效油溶性降粘剂的技术。胜利油田经过多年的试验攻关，目前已在中深层特超稠油开发领域形成一套有效的HDCS强化采油技术。多元热流体技术通过热降粘以及波及系数增大等协同增产机理，国内已在新疆油田、胜利油田、辽河油田以及渤海油田开展现场试验且增油效果明显。由于其能够较好地适用于海上稠油油藏经济有效开发，已在渤海油田的稠油开发中发挥着日益重要的作用。

2 多元热流体开采工艺流程

陆地稠油热采所使用蒸汽锅炉通常占地面积大且重量较重，无法在海上直接使用。经过不断探索与实践，海上平台利用多元热流体发生器取代了传统锅炉。该发生器基于航空火箭发动机燃烧喷射技术，将燃料、空气、水注入高压燃烧室中，生成由CO2、N2、水蒸气等所组成的高压多元热流体混合物，然后将多元热流体混合物注入到热采井井筒内，既能够降低稠油粘度，又能增加油层的压力，可以有效提高稠油开采率[6]。由于多元热流体中的CO2、N2等气体与水蒸汽可以产生非常显著的协同效应，因此与注蒸汽吞吐技术中水蒸汽单独加热油层相比，能更为有效降低稠油粘度，实现增产与采收率的大幅提升。多元热流体开采技术原理示意图如图1所示。

图1 多元热流体开采技术原理示意图

3 多元热流体技术开采机理

3.1 稠油的热流变特性

稠油的粘温特性和流变特性对海上稠油开发具有重要意义。稠油粘度不仅与温度有关，而且与剪切速率有关，其流变模型的划分存在临界剪切速率以及临界温度[7]。在加热过程中，稠油内部微观结构并没有明显的相变点，而是逐渐发生变化，在低温区需要的活化能会较高。温度较低时，稠油具有明显的剪切稀释性，是由于胶质沥青质胶团的体积变大以及蜡晶的析出导致体系具有一定的结构强度。

3.2 多元热流体技术增产及提高采收率作用

多元热流体工艺具有注入流体高效、热力发生装备高效等特点，其增产机理是由各种热流体共同作用的结果，主要包括：

（1）加热降粘作用。多元热流体携带大量热量，通过加热油层可显著降低原油的粘度，改善原油的流动性。

（2）弹性膨胀作用。多元热流体携带的大量能量使得岩石骨架和孔隙流体受热膨胀，促进原油的排出。多元热流体中的CO2、N2的压缩系数都比较大，在生产过程中膨胀驱油，可有效补充地层能量达到增产目的。

（3）降低界面张力。多元热流体中的CO2，可以不同程度的溶解于油相和水相之中，降低油水两相的差异性，从而提高油相的渗透率，实现产量提升。

3.3 多元热流体技术特点

目前，稠油热采技术发展较快，且各种技术都有其独到之处，但是针对海上油田地质情况复杂的特点，多元热流体技术更具优势。多元热流体具有以下技术特点：

无论是热水、蒸汽还是多元热流体，对原油粘度较高的油田，都能使稠油的粘温特性符合二次函数形式，能显著改善原油的流动特性，但多元热流体的效果最佳。在高温作用下，多元热流体对渗透率影响较大，对孔隙度影响较小。多元热流体开采与热水驱、蒸汽驱相比，注采井实现热连通用时更短，压力场下降幅度更显著，温度场影响范围更广，压力推进更为均匀，能够有效扩大波及体积，降低注采井之间剩余油饱和度，大幅提高原油采收率。

4 结语

4.1 结论

（1）多元热流体通过热/物理/化学机理，打破芳香烃-胶质-沥青质体系的平衡，降低稠油粘度，改善流动性能，进而提高原油的采出程度。

（2）相比于热水驱、蒸汽驱等传统技术手段，多元热流体开发效果最好，更适合海上稠油油藏。

4.2 展望

多元热流体油藏的流动与传热过程比较复杂，因此有必要建立精确的油藏注入流动与传热模型，系统地分析多元热流体的流动与传热过程。同时，由于影响热损失的因素很多，需要引入经济分析方法优化海上热采井井筒结构和注入参数，进一步深入分析和优化海上热采井的热量使用效率，从而为后续海上稠油开采做出指导。