張文波(勝利油田石油開(kāi)發(fā)中心，山東 東營(yíng) 257100)

稠油水平井開(kāi)采技術(shù)研究

張文波(勝利油田石油開(kāi)發(fā)中心，山東 東營(yíng) 257100)

隨著能源需求的日益嚴(yán)峻，稠油油藏逐漸引起了人們的重視。目前，已發(fā)展了多種開(kāi)采稠油的技術(shù)，如出砂冷采、注蒸汽熱采、火燒油層等，我國(guó)開(kāi)采稠油主要以注蒸汽熱采為主。隨著認(rèn)識(shí)的加深，用水平井開(kāi)采稠油比用直井開(kāi)采稠油有很大優(yōu)勢(shì)，且已發(fā)展了以蒸汽吞吐、蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)、溶劑蒸氣抽提技術(shù)(VAPEX)以及蒸汽驅(qū)等為主的多種開(kāi)采稠油的水平井開(kāi)采技術(shù)。論述了這些技術(shù)及其延伸技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理，并根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)研究了它們的適應(yīng)性。

水平井；稠油開(kāi)采技術(shù)；蒸汽吞吐；蒸汽驅(qū)

在世界一次能源構(gòu)成中，石油仍是最主要的燃料。根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)2004年預(yù)測(cè)，2030年世界一次能源需求將增長(zhǎng)近60%，年增長(zhǎng)率為1.7%，其中石油需求年增長(zhǎng)率為1.6%[1]。從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)成為全球第二大石油消耗國(guó)。目前，雖然有發(fā)現(xiàn)大型油氣田的可能，但探明的儲(chǔ)量品位越來(lái)越低，且常規(guī)油藏提高采收率的技術(shù)瓶頸愈發(fā)凸現(xiàn)。因此像稠油油藏這類非常規(guī)油藏逐漸引起人們的重視。稠油油藏儲(chǔ)量相對(duì)富集且動(dòng)用程度低，有分析家稱，21世紀(jì)是重質(zhì)原油時(shí)代[2]。

與直井開(kāi)采稠油的方式相比，水平井開(kāi)采稠油具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。水平井與油藏接觸面積大，生產(chǎn)壓差小，有利于控制水侵。目前，隨著技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)出現(xiàn)了以水平井為基礎(chǔ)的多種稠油開(kāi)采技術(shù)，主要包括常規(guī)水平井蒸汽吞吐、氣體及化學(xué)劑等輔助水平井蒸汽吞吐、蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)、溶劑蒸氣抽提技術(shù)(VAPEX)以及蒸汽驅(qū)等技術(shù)。下面，筆者論述了這些技術(shù)及其延伸技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理，并根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)研究了它們的適應(yīng)性。

1 稠油的流變特征

稠油的粘度對(duì)溫度非常敏感。大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)證明[3-4]，存在一個(gè)臨界溫度Tc，當(dāng)溫度T大于Tc時(shí)，稠油的流變特性符合牛頓流體的流變特征，而當(dāng)溫度T小于Tc時(shí)，稠油的流變模式符合具有一定屈服值的賓漢流變模式：

(1)

由于非牛頓流體的流變性對(duì)稠油的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大困難，因此，將稠油的溫度保持在臨界溫度Tc以上是開(kāi)采稠油最為有效的方法。

2 SAGD與VAPEX

2.1蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)

蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)[5]是在20世紀(jì)70年代由Butler首先提出的，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得顯著效果。該方法在我國(guó)遼河油田取得試驗(yàn)成功并逐步推廣大量實(shí)施。該方法的基本原理是向注汽井中注入高干度高溫的水蒸汽，蒸汽向上及向2側(cè)擴(kuò)展形成蒸汽腔。隨著蒸汽注入量增大，蒸汽腔逐漸擴(kuò)展，通過(guò)熱傳導(dǎo)及熱對(duì)流相結(jié)合的原理加熱地層原油。受熱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產(chǎn)井中。有2種布井方式：一種是上下為平行排列的水平井，另一種是在水平生產(chǎn)井的正上方或斜上方鉆垂直注汽井。第2種方式可以充分利用老井，節(jié)約成本，我國(guó)遼河油田多采用這種方式。SAGD技術(shù)以流體的重力作為動(dòng)力，因此要求油藏的厚度大，一般為20m上；為減少蒸汽熱損失，油藏不能太深，一般為1000m以內(nèi)。

2.2溶劑蒸氣抽提技術(shù)(VAPEX)

溶劑蒸氣抽提技術(shù)(VAPEX)是在SAGD的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其布井方式與SAGD相同，不同的是用輕烴或輕烴與非凝析氣的混合物作為溶劑取代蒸汽，從而把稠油萃取出來(lái)，萃取出的稠油依靠重力流入到生產(chǎn)井。產(chǎn)出的液體可以通過(guò)蒸餾等方法把溶劑分離出來(lái)，達(dá)到重復(fù)利用的目的。VAPEX提高采收率機(jī)理主要有4個(gè)方面：擴(kuò)散作用、降粘作用、選擇作用以及抽提作用[6]。一般情況下，VAPEX的產(chǎn)量比SAGD低，但是有SAGD沒(méi)有的其他優(yōu)勢(shì)：對(duì)儲(chǔ)層傷害小，不會(huì)引起水敏膨脹問(wèn)題；不需要加熱，對(duì)地面設(shè)備要求低；溶劑可重復(fù)利用，環(huán)保節(jié)能；因?yàn)椴恍枰紤]VAPEX的熱損失問(wèn)題，可以設(shè)計(jì)水平段較長(zhǎng)的水平井，且可以開(kāi)采較深層的稠油，對(duì)油層厚度的要求也比SAGD低。

3 蒸汽吞吐技術(shù)

蒸汽吞吐工藝技術(shù)是在20世紀(jì)50年代后期在委內(nèi)瑞拉的蒸汽驅(qū)小型試驗(yàn)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。目前，我國(guó)80%的稠油產(chǎn)量是靠蒸汽吞吐技術(shù)獲得的。

蒸汽吞吐是在同一口生產(chǎn)井中注入蒸汽，燜井幾天，然后開(kāi)井生產(chǎn)。蒸汽吞吐是周期性的，當(dāng)采油速度降低到一定程度時(shí)，進(jìn)入下一輪次的吞吐。蒸汽吞吐提高開(kāi)發(fā)效果的機(jī)理有2點(diǎn)：一是降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)能力；二是清洗井眼及近井地帶，改善油井的完善程度。其中，前者為主要的機(jī)理。

常規(guī)直井蒸汽吞吐蒸汽注入壓力高，油層吸汽能力差，蒸汽注入速度及注入強(qiáng)度都偏低，因此，發(fā)展了水平井蒸汽吞吐的技術(shù)。但由于蒸汽吞吐采大于注，地層壓力不斷衰竭，蒸汽吞吐的采收率一般在25%以內(nèi)。為了進(jìn)一步提高采收率，人們采用氣體或者是化學(xué)劑輔助水平井蒸汽吞吐的技術(shù)(后面敘述的HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)就屬于這種技術(shù))。與SAGD技術(shù)相比，蒸汽吞吐技術(shù)可以開(kāi)采厚度較薄的油藏，但由于井筒熱損失，普通蒸汽吞吐要求油藏埋深小于1500m。另外，當(dāng)蒸汽吞吐輪次較多，產(chǎn)量下降到一定程度以后，可以轉(zhuǎn)化為蒸汽驅(qū)技術(shù)。

4 蒸汽驅(qū)技術(shù)

蒸汽驅(qū)開(kāi)采稠油是目前世界上最大的熱力三采工程項(xiàng)目，美國(guó)早在20世紀(jì)30年代就開(kāi)展了蒸汽驅(qū)開(kāi)采稠油的嘗試。

蒸汽驅(qū)也像水驅(qū)一樣，可以由注采井組構(gòu)成井網(wǎng)。在實(shí)施蒸汽驅(qū)前，一般需要進(jìn)行幾個(gè)周期的蒸汽吞吐，以預(yù)熱地層并解除近井地帶的油層污染。蒸汽驅(qū)一般要經(jīng)歷3個(gè)階段：汽驅(qū)啟動(dòng)階段、熱流體控制階段以及蒸汽腔推進(jìn)到生產(chǎn)井后的階段。蒸汽驅(qū)的加熱范圍可以由近井地帶推進(jìn)到整個(gè)油藏。與蒸汽吞吐相比，蒸汽驅(qū)的采收率更高，可以達(dá)到50%。

蒸汽驅(qū)對(duì)油層有比較嚴(yán)格的要求。油藏埋深小于1500m，厚度一般大于8m。另外，與蒸汽吞吐不同的是，對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏，蒸汽驅(qū)容易發(fā)生蒸汽指進(jìn)的現(xiàn)象，因此要求滲透率變異系數(shù)小于0.7。另外，蒸汽驅(qū)成本較高，只適用于潛力較大的油藏。

5 HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)

HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)是水平井蒸汽吞吐的延伸技術(shù)，是勝利油田在開(kāi)采鄭411超稠油油藏時(shí)提出的。HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)是一種采用高效油溶性降粘劑和二氧化碳輔助水平井蒸汽吞吐的技術(shù)，其中H代表水平井，D代表高效油溶性降粘劑，C代表二氧化碳，S代表高溫水蒸汽。

HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)中水平井可提高吸汽面積和泄油面積，注汽壓力低，可大幅提高DCS的協(xié)同效果，并且有利于控制邊底水油藏的水侵速度[7]。高效油溶性降粘劑具有較強(qiáng)的滲透性，可以滲透到膠質(zhì)瀝青質(zhì)超分子層狀結(jié)構(gòu)中間，從而將超分子結(jié)構(gòu)分散，達(dá)到降粘的目的。而二氧化碳則主要通過(guò)原油體積膨脹、降低原油粘度、酸化巖石、溶解氣驅(qū)以及降低界面張力等作用來(lái)提高稠油熱采的采收率。蒸汽則主要通過(guò)加熱降粘、油層解堵作用、蒸汽膨脹的驅(qū)動(dòng)作用以及溶劑抽提水裂解作用來(lái)提高采收率。另外，降粘劑與二氧化碳具有協(xié)同作用，二氧化碳與蒸汽也具有協(xié)同作用，并且水平井也有利于降粘劑、二氧化碳、蒸汽發(fā)揮更大的協(xié)同作用。

HDCS技術(shù)可以解決SAGD以及常規(guī)蒸汽吞吐遇到的問(wèn)題，由于滾動(dòng)接替降粘機(jī)理，它可以適用于油藏埋深大于1200m、油層厚度小于10m、原油粘度大于200000mPa·s的油藏。

6 結(jié) 語(yǔ)

目前，稠油水平井的開(kāi)采技術(shù)主要有SAGD技術(shù)、VAPEX技術(shù)、水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)以及水平井蒸汽吞吐技術(shù)。與直井相比，水平井注汽壓力低、生產(chǎn)壓差小、與油藏的接觸面積大、產(chǎn)量高，比直井有更大的優(yōu)勢(shì)。SAGD技術(shù)適用于油藏埋深淺、油層厚度大的油藏，并且可以開(kāi)采天然瀝青。VAPEX技術(shù)由于不考慮熱損失，可以開(kāi)采埋藏深、厚度薄的油藏。但由于降粘效果不如注蒸汽熱力采油，因此開(kāi)采特超稠油具有一定的局限性且產(chǎn)量也偏低。蒸汽驅(qū)雖然有較高的采收率，但是對(duì)油藏條件要求較嚴(yán)格，它要求油藏埋深淺、厚度大、非均質(zhì)性弱，且成本高。HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)對(duì)于開(kāi)采中深層、厚度小的特超稠油有較好的適應(yīng)性。

[1]于連東.世界稠油資源的分布及其開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].特種油氣藏，2001，8(2)：98-103.

[2]趙東明.稠油滲流特征實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2004.

[3]張躍雷，程林松，劉倩.稠油流變特性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究[J].特種油氣藏，2009，16(6)：64-66.

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

[5]劉彥成，王健，劉彥武，等.稠油出砂冷采后VAPEX 提高采收率技術(shù)的可行性研究[J].國(guó)外油田工程，2010，26(10)：10-16.

[6]李賓飛，張繼國(guó)，陶磊，等.超稠油HDCS高效開(kāi)采技術(shù)研究[J].鉆采工藝，2009，32(4)：52-55.

[編輯] 洪云飛

TE345

A

1673-1409(2012)05-N117-03

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

2012-02-20

張文波(1969-)，男，1994年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。