稠油開采方式對原油采收率和原油性質的影響

濮文華 胡庭塵 魏琦 張翔斌

1. 中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院 新疆 克拉瑪依 834000

2. 中國石油新疆油田公司采油二廠 新疆 克拉瑪依 834000

隨著原油供應量的日益擴大，如何提高全球重質原油生產國對勘探開采的重要性以及消耗者對重油的合理使用，已成為重質原油產業以及全球油氣行業可持續發展的重點；重質原油作為世界石油資源的主要成分，擁有比常規石油資源高出幾倍的資源價值，世界的石油資源中重油占70%以上。

環烷基原油也是一個相對短缺的珍貴石油資源。據預測，在全世界的115個大油地中，其儲量僅占世界石油總儲量的2%～3%；而全球環烷基原油的重要產地則遍布于中國、委內瑞拉、墨西哥灣和美國的德州西南部、加利福尼亞、阿肯色州，中國有大量的環烷基石油資源，其地質儲量大約占全球環烷基石油總儲量的1/4。中國環烷基石油產區大部分在新疆克拉瑪依油田、遼河油田和華北大港油田以及渤海灣區域；稠油的不同開采方式，對稠油采收率、稠油性質會有不同程度的影響，環烷基原油資源最大化利用，就稠油開采方式對原油采收率、原油性質的影響進行分析顯得尤為重要。

1 稠油分類[1]

1.1 聯合國訓練署（UNITAR）的稠油分類標準

許多學者就稠油分級方法開展了探討，部分國外學術會議還多次開展了交流。由聯合國訓練研究署提出的重油分類標準取得了世界石油界的廣泛認可（見表1）。

表1 由UNITAR推薦的重質原油及瀝青分類標準

1.2 我國稠油的分類標準

劉文章針對我國重質原油（稠油）的特性，歷時5年深入研究，提出了我國稠油的劃分規范，討論修改后作為試驗規范印發執行（如表2所示）。

表2 中國稠油分類標準

2 稠油開采方式及優缺點

針對稠油一般使用熱采工藝技術，熱采也是工藝技術熟練的企業開發高黏度重質石油時最合理的方式。目前，當今世界上大約有80%以上的熱采生產依靠注蒸汽采油法達到。

2.1 熱采方式種類

稠油黏度雖高，但對高溫卻十分敏感；每提高10℃，黏度就降低了約一零點五。這表明了稠油相對熱降粘的規律是一樣的，這就是稠油熱力開采的主要原理。稠油熱力開采工藝技術是目前世界上較大的提升石油采收率項目[2]，該工藝技術從問世至今，已經形成了以蒸汽吞吐、熱蒸汽驅、SAGD、熱力驅、燃燒油層、電磁加熱等關鍵技術為代表的核心技術架構。

2.2 蒸汽吞吐采油技術

蒸汽吞吐是指先向井投入一定量的蒸汽，然后閉井很久，待蒸氣的熱量逐漸向油層中傳播后，再開井產出的一種利用稠油的增產方式。它也是中國目前稠油生產利用的最主要方式，因為我國目前大約有80%的稠油生產都是靠蒸汽吞吐工藝獲得的。

2.3 蒸汽驅采油技術

蒸汽驅是指把蒸汽直接投入到附近一個或多口油井里，使地下粘性很大的稠油受熱降粘，進而在蒸汽蒸餾的效應下，將石油驅往附近各口生產井中采出。利用蒸汽驅改善開采效益的原理，大致有如下幾個：蒸汽蒸餾效應、氣驅效應、高溫減黏效應。

2.4 蒸汽輔助重力泄油技術（SAGD）

SAGD實際上是在一種特定情況下的蒸汽驅，它的實質原理是自重泄油[3]，其采油原理如下：通過注入的高溫水蒸氣，使油層上面的石油黏度降到最容易流淌的程度，靠自重將石油和溫水排放到底下的工業生產井中，并利用工業生產井的提升體系，把石油和水提升到地面。和成對的SAGD一樣，單井SAGD更適合于厚度范圍為10～15m的油藏開采；而抑制常規SAGD的另一大原因，其必須消耗巨大的蒸汽，特別針對油層較薄且品質不好儲層。

2.5 熱水驅采油技術

熱水驅開采原油的主要原理：原油受熱降黏提高流度比；石油和巖石等受熱而擴張；對殘余油飽和度和相對滲透性的作用；提高巖層水濕和避免熱黏油帶的產生等。雖然熱水驅對稠油開采的總體效益遠不及注蒸汽顯著，但由于它操作簡便，與普通水驅無異，所以仍長期被人們廣泛使用，只不過范圍小些。

2.6 燃燒油層采油技術

燃燒油層是第一個用于開采稠油的熱力開采石油工藝技術。目前，全球有100多家油田已進行過大面積的工業性開發測試，其采收率一般達到50%～80%[4]。這是指運用各種點火方法將注氣井的油層全部引燃，同時不斷地向油層內加入抗氧化劑（空氣或氧化物）助燃產生移動的點燃前緣（又稱點燃帶）。爆炸帶左右的石油被降黏、蒸餾，經過蒸餾的輕質油、水蒸氣和可燃空氣驅往前方，而不被蒸餾的重質碳氫化合物，則在高熱下發生裂解，然后再留下裂解產物（焦炭）并成為支持石油形成與燃燒過程的主要能源，從而使石油進一步地傳播與擴展。在高溫下地層束縛水、加入水蒸氣，由裂解所產生的儲氫材料和加入的空氣組成水蒸氣，將巨大的能源送入最前方的油層中，將石油驅進生產井[5]。

從工作原理上來看，火驅技術實際上結合了水蒸氣驅、氣烴混相驅、CO2混相驅等各種驅替方式，它的驅替效能之高，也是任何高采收量技術所不能與之媲美的。當然，火驅也會燃燒部分石油，一般是石油中的焦炭和瀝青的裂解殘渣，占世界石油存量的10%～15%。目前新疆油田公司在風城區有一個SAGD試驗區，主要進行SAGD采油技術，其余區域如重32#等，則實行常規熱采技術：紅淺原油、九區稠油等區塊采用的都是常規熱采技術，如蒸吞吐采油系統技術、蒸汽驅油技術等；而紅淺火驅原油區塊則應用燃燒油層采油技術。

3 不同熱采方式對原油性質的影響

使用燃燒油層采油技術的原油，密度、黏度、凝點、殘炭、硫含量、氮含量、鈣含量等低，但酸值、鐵含量最高；相比較采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油1，采取燃燒油層采油方法的原油2的密度、黏度、凝點、殘炭、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；同一區塊原油，采用SAGD采油技術的原油密度、黏度降低，凝點、酸值、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度升高。

不同熱采方式的原油實沸點收率見表3。

表3 不同熱采方式的原油實沸點收率

從表3可見，不同熱采方式相比，<520℃實沸點收率最高的是采用燃燒油層采油技術的原油2，收率達到54.0%；<520℃實沸點收率最低的是采用SAGD采油技術的原油4；與蒸汽吞吐技術相比，采用燃燒油層的原油2的<520℃實沸點收率高4.7%；與蒸汽吞吐技術相比，采用SAGD采油技術的原油4>520℃收率高2.6%，會提高瀝青產品收率。

相比較采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油1，采用燃燒油層采油技術的原油2 >520℃減壓渣油的瀝青性能變化較大，針入度大幅升高，軟化點大幅降低，收率下降4.6%，黏度、鈣含量大幅降低；相比較采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油3，采用SAGD采油技術的原油4 >520℃減壓渣油收率升高2.6%，殘炭、鈣含量有所升高，瀝青性能變化不大。

4 結論

（1）使用燃燒油層采油技術的原油，密度、黏度、凝點、殘炭、硫含量、氮含量、鈣含量等性質低，但酸值、鐵含量最高；相比較采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油，采取燃燒油層采油方法的原油的密度、黏度、凝點、殘炭、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；同一區塊原油，采用SAGD采油技術的原油密度、黏度降低，凝點、酸值、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度升高。

（2）不同熱采方式相比，<520℃實沸點收率最高的是采用燃燒油層采油技術的原油，收率達到54.0%；<520℃實沸點收率最低的是采用SAGD采油技術的原油；與蒸汽吞吐技術相比，采用燃燒油層的原油的<520℃實沸點收率高4.7%；與蒸汽吞吐技術相比，采用SAGD采油技術的原油4>520℃收率高2.6%，會提高瀝青產品收率。

（3）相比采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油，采用燃燒油層采油技術的原油>520℃減壓渣油的瀝青性能變化較大，針入度大幅升高，軟化點大幅降低，收率下降4.6%，黏度、鈣含量大幅降低；相比采用蒸汽吞吐技術的同區塊原油，采用SAGD采油技術的原油>520℃減壓渣油收率升高2.6%，殘炭、鈣含量有所升高，瀝青性能變化不大。

總之，不同的熱采方法比較，蒸汽吞吐采油技術與燃燒油層采油技術比較，采用燃燒油層采油技術生產的原油優勢相對較大，密度、黏度、凝點、殘炭、硫含量、氮含量、鈣含量均有不同程度減低；520℃之前實沸點收率升高；蒸汽吞吐采油技術和SAGD采油技術相比，采用SAGD采油技術>520℃減壓渣油，收率升高2.6%，會提高瀝青產品收率，但殘炭、鈣含量有所升高。