海上稠油多元熱流體開采技術

孫濤 (中海石油 (中國) 有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

我國渤海海域蘊藏的油氣資源特別是稠油十分豐富，主要分布在綏中、埕北、旅大等區塊，通常存在密度大、粘度高等特點，而且原油流動阻力大，難以經濟有效進行開發[1]。為保障國家能源安全供給，海上稠油、特稠油區塊的有效動用變得尤其重要。由于海上采油平臺環境十分特殊，作業空間狹小，設備尺寸及擺放受到了相當大的限制。加之受經濟制約的影響，陸地油田的較為成熟的開采技術難以直接在海上推廣實施。多元熱流體技術是近年來發展的海上稠油油藏開采新技術，在渤海油田稠油開發中取得了較為成功的應用，為渤海油田的高質量發展提供強有力的支撐。

1 稠油常用開發方式

目前稠油油藏的開發方式主要有冷采、熱采、熱復合三種[2]。冷采技術主要用于開發低粘度油藏，而開發高粘度油藏主要采用熱采技術和熱復合技術。

1.1 稠油冷采技術

稠油油藏常用的冷采工藝主要包括有水驅、化學驅、出砂冷采等。對于低粘度稠油油藏，水驅技術操作性較強，成本相對較低，而且安全可靠?；瘜W驅技術可以有效改善油-層間吸水不均的問題，并且防止含水率過快上升，對稠油油藏水驅后期的采收率提高有顯著效果。出砂冷采技術是通過油層大量出砂大幅提高滲透率的開采方式，國內已在大港油田和遼河油田等中取得應用[3]。

冷采技術雖操作簡便成本較低，但利用衰竭開采、水驅等冷采方式開發，普遍存在產能低、采出程度低、后期大量剩余油未能采出等問題。

1.2 稠油熱采技術

稠油常用的比較成熟的熱采技術主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅、蒸汽輔助重力泄油等體系，并得到油田現場規模化應用[4]。

蒸汽吞吐就是先向井內注入一定壓力的蒸汽然后關井。關井后，蒸汽攜帶著熱量向油層中逐漸擴散，原油受熱粘度降低后，再開井將原油采出。蒸汽吞吐依次包括注汽、燜井及回采等三個作業流程。

蒸汽驅采油是通過注入井向油層中注入高干度高溫的蒸汽，通過蒸汽不斷加熱油層降低了原油的粘度并驅動原油至生產井的周圍。由于蒸汽吞吐采油僅能采出油井近井筒地帶的原油，儲層中存在大量無法波及的死油區。注氣井注入的蒸汽在地層中將稠油驅至采出井采出，是一種進一步有效提高采收率而采取的熱采方法。

蒸汽輔助重力泄油（steam assisted gravity drainage）采油技術是通過油藏底部附近的水平生產井上方的一口注入井注入蒸汽，蒸汽冷凝液與被加熱的原油由于重力的原因，會流入油藏底部的生產井。這種方法采油能力較好，最終的采收率也較高，并且能夠降低井間相互干擾。該技術已在國外加拿大油田現場獲得較好的效益，同時遼河油田實施的先導試驗也獲得很好的應用。

但在目前的技術和經濟條件下，海上能實現成熟開采技術接替的油藏范圍較小，注蒸汽開采存在現熱損失大、熱利用率低、井底干度低等難題，且普通熱采技術在海上經濟性難以得到保證，急需研發新的接替技術。

1.3 稠油熱復合技術

熱復合開采技術是指在蒸汽攜帶熱量的同時利用熱-化學協同作用提高稠油采收率的手段。常見的包括水平井油溶性復合降粘劑二氧化碳蒸汽技術、氮氣/二氧化碳輔助蒸汽技術以及多元熱流體技術[5]。HDCS是一種在水平井蒸汽吞吐基礎上利用二氧化碳和高效油溶性降粘劑的技術。勝利油田經過多年的試驗攻關，目前已在中深層特超稠油開發領域形成一套有效的HDCS強化采油技術。多元熱流體技術通過熱降粘以及波及系數增大等協同增產機理，國內已在新疆油田、勝利油田、遼河油田以及渤海油田開展現場試驗且增油效果明顯。由于其能夠較好地適用于海上稠油油藏經濟有效開發，已在渤海油田的稠油開發中發揮著日益重要的作用。

2 多元熱流體開采工藝流程

陸地稠油熱采所使用蒸汽鍋爐通常占地面積大且重量較重，無法在海上直接使用。經過不斷探索與實踐，海上平臺利用多元熱流體發生器取代了傳統鍋爐。該發生器基于航空火箭發動機燃燒噴射技術，將燃料、空氣、水注入高壓燃燒室中，生成由CO2、N2、水蒸氣等所組成的高壓多元熱流體混合物，然后將多元熱流體混合物注入到熱采井井筒內，既能夠降低稠油粘度，又能增加油層的壓力，可以有效提高稠油開采率[6]。由于多元熱流體中的CO2、N2等氣體與水蒸汽可以產生非常顯著的協同效應，因此與注蒸汽吞吐技術中水蒸汽單獨加熱油層相比，能更為有效降低稠油粘度，實現增產與采收率的大幅提升。多元熱流體開采技術原理示意圖如圖1所示。

圖1 多元熱流體開采技術原理示意圖

3 多元熱流體技術開采機理

3.1 稠油的熱流變特性

稠油的粘溫特性和流變特性對海上稠油開發具有重要意義。稠油粘度不僅與溫度有關，而且與剪切速率有關，其流變模型的劃分存在臨界剪切速率以及臨界溫度[7]。在加熱過程中，稠油內部微觀結構并沒有明顯的相變點，而是逐漸發生變化，在低溫區需要的活化能會較高。溫度較低時，稠油具有明顯的剪切稀釋性，是由于膠質瀝青質膠團的體積變大以及蠟晶的析出導致體系具有一定的結構強度。

3.2 多元熱流體技術增產及提高采收率作用

多元熱流體工藝具有注入流體高效、熱力發生裝備高效等特點，其增產機理是由各種熱流體共同作用的結果，主要包括：

（1）加熱降粘作用。多元熱流體攜帶大量熱量，通過加熱油層可顯著降低原油的粘度，改善原油的流動性。

（2）彈性膨脹作用。多元熱流體攜帶的大量能量使得巖石骨架和孔隙流體受熱膨脹，促進原油的排出。多元熱流體中的CO2、N2的壓縮系數都比較大，在生產過程中膨脹驅油，可有效補充地層能量達到增產目的。

（3）降低界面張力。多元熱流體中的CO2，可以不同程度的溶解于油相和水相之中，降低油水兩相的差異性，從而提高油相的滲透率，實現產量提升。

3.3 多元熱流體技術特點

目前，稠油熱采技術發展較快，且各種技術都有其獨到之處，但是針對海上油田地質情況復雜的特點，多元熱流體技術更具優勢。多元熱流體具有以下技術特點：

無論是熱水、蒸汽還是多元熱流體，對原油粘度較高的油田，都能使稠油的粘溫特性符合二次函數形式，能顯著改善原油的流動特性，但多元熱流體的效果最佳。在高溫作用下，多元熱流體對滲透率影響較大，對孔隙度影響較小。多元熱流體開采與熱水驅、蒸汽驅相比，注采井實現熱連通用時更短，壓力場下降幅度更顯著，溫度場影響范圍更廣，壓力推進更為均勻，能夠有效擴大波及體積，降低注采井之間剩余油飽和度，大幅提高原油采收率。

4 結語

4.1 結論

（1）多元熱流體通過熱/物理/化學機理，打破芳香烴-膠質-瀝青質體系的平衡，降低稠油粘度，改善流動性能，進而提高原油的采出程度。

（2）相比于熱水驅、蒸汽驅等傳統技術手段，多元熱流體開發效果最好，更適合海上稠油油藏。

4.2 展望

多元熱流體油藏的流動與傳熱過程比較復雜，因此有必要建立精確的油藏注入流動與傳熱模型，系統地分析多元熱流體的流動與傳熱過程。同時，由于影響熱損失的因素很多，需要引入經濟分析方法優化海上熱采井井筒結構和注入參數，進一步深入分析和優化海上熱采井的熱量使用效率，從而為后續海上稠油開采做出指導。