廖輝 吳婷婷 鄧猛 杜春曉 崔政

摘 ?????要：熱復合化學驅技術是在輕質油化學驅基礎上發(fā)展起來的一項稠油開采技術，綜述了幾種熱復合化學驅技術的研究應用現狀，及提高稠油采收率機理，同時指出了該技術目前存在的問題，并提出了相關建議。認為熱復合化學技術將是稠油開發(fā)中的一項重要技術。

關 ?鍵 ?詞：稠油;熱復合化學;機理;開發(fā)

中圖分類號：TE 327???????文獻標識碼：?A ??????文章編號：1671-0460（2019）11-2623-04

Research Progress of Mechanism and Application of

Thermochemical Flooding Technology for Improving Heavy Oil Recovery

LIAO Hui， WU Ting-ting， DENG Meng，?DU Chun-xiao，?CUI Zheng

（CNOOC Tianjin Branch， Tianjin 300459， China）

Abstract： ?The thermochemical flooding technology is a heavy oil recovery?technology developed on the basis of light oil chemical flooding. In this paper， research and application status?of several?thermochemical flooding technologies was introduced as well as the mechanism of improving heavy oil recovery.?Meanwhile， the existing problems of these thermochemical flooding technologies?were analyzed， and some suggestions?were put forward. It was?pointed out that the thermochemical flooding technology?would be one of the most important and efficient techniques for?improving heavy oil recovery.

Key words： ?heavy oil; thermochemical flooding; mechanism; exploitation

稠油是世界石油資源的一個非常重要的組成部分^[1]。目前全球稠油資源探明儲量超過3 000×10⁸?t^[2]，所以在資源日益緊缺的時代，稠油開采顯得尤為重要。世界稠油資源豐富的國家有加拿大、委內瑞拉、美國、俄羅斯、中國^[2]等。我國主要分布在勝利油田、遼河油田、新疆等油田^[2]。稠油具有密度大、高黏、流動性差等特點，常規(guī)方法未能有效的對其進行開采^[3]。稠油的開采主要在于降低流動阻力，使其易于流動。目前，稠油開采主要有注蒸汽開發(fā)的蒸汽驅、蒸汽吞吐、SAGD以及火燒油層等熱力采油技術^[4]。然而稠油開采的主要制約因素是密度大、黏度高、流動性差，注蒸汽開發(fā)過程中，稠油，特別是不流動的超稠油，由于黏度差異，會導致蒸汽超覆，指進等現象^[5]，同時，由于流體與巖石的界面性質，蒸汽并不能完全將稠油從巖石壁剝離，所以波及范圍與驅油效率均較低，從而影響最終采收率，因此必須采用升溫、降黏等措施開采。為解決這一系列難題，20世紀70年代后期，出現了熱復合化學技術，研究表明，將耐高溫的化學劑作為添加劑隨熱流體一同注入地層，通過化學劑與熱流體的綜合、協(xié)同效應，改善熱采效果，可進一步提高稠油采收率。目前，熱復合化學技術已在國內多個稠油油田試驗開發(fā)中獲得成功，但是還未大規(guī)模應用。本文綜述了稠油熱化學在油田的應用研究進展及其機理，并分析了其存在的問題。

1 ?應用研究進展

1.1??熱/稠油降黏劑技術

1.1.1 ?油溶性降黏劑

由于原油組成復雜，主要由飽和烴、芳烴、膠質和瀝青質四部分組成，對于不同稠油其降黏機理存在一定差異。稠油黏度高主要是因為膠質、瀝青質以及蠟通過氫鍵形成有序的平面重疊堆砌狀聚集體。油溶性降黏劑是在降凝劑基礎上發(fā)展起來的，主要是通過借助溶劑或高溫，滲入稠油中的膠質或瀝青質分子間，降低分子間作用力^[6]，分散瀝青質分子聚集體，使原有序的平面重疊堆砌狀聚集體結構變的疏松，以起到降黏的作用^[7]。主要可分為聚合物型、縮合物型及高分子表面活性劑型3種類型。

20世紀60年代，應用于利比亞和阿爾及利亞混合輸送原油的ECA-841流動改性劑為報道的最早的油溶性降黏劑，10?℃時，1?200?ppm加量下，能使原油黏度降低到54?cp，降黏率65.8%。隨后，國內外均開展了研究。燕玉峰^[8]研究YZ-31對濱南油田超稠油降黏效果，發(fā)現90?℃時，5%加量下，降黏率能達到80%以上，具有一定的耐溫能力。

由于原油組成復雜，油溶性降黏劑依據的是相似相溶原理，因此油溶性降黏劑具有較強的選擇性。油溶性降黏劑不需要外力即可降黏，但是其用量較大，降黏率有限，即便降黏效果較好的，降黏率一般也不超過70%，因此，關鍵還是需要開展多劑復配研究，并與其它降黏技術配合使用，提高稠油降黏效果，同時提高經濟性。

1.1.2 ?水溶性降黏劑

由于水溶性降黏劑主要是表面活性劑，所以其降黏機理主要是表面活性劑降低油水界面張力，在外力作用下，與稠油生成水包油型乳狀液以降低稠油黏度。按照離子類型分類主要有，非離子型，陽離子型，陰離子型，兩性表面活性劑四種。

20世紀80年代，美國加州在四口注蒸汽井中混合注入一種非離子高分子表面活性劑，共增產原油18?600?t，研究發(fā)現該表面活性劑在巖壁形成了一層薄膜，能夠有效改善油藏滲透率，提高原油流動能力，同時還具有明顯的破乳效果^[9]。廖輝^[10]等研究了NP系列深層超稠油井筒乳化降黏劑對西部G油田深層超稠油乳化性能研究，結果表明80?℃下，2%的加量能使原油黏度降至100?mPa·s以下，降黏率達到99%以上，滿足油田舉升要求。

目前市售水溶性降黏劑多為磺酸鹽類的表面活性劑及一些非離子型表面活性劑，但是能與稠油注蒸汽熱采開發(fā)一起使用的耐高溫且廉價的表面活性劑種類仍較少。水溶性降黏劑降黏率高，能達到99%以上，但是需要借助一定外力作用，如井筒乳化降黏舉升中，抽油桿的作用，此外，表面活性劑乳化性能過好也會造成乳狀液穩(wěn)定性不可控，對乳狀液破乳及水處理造成了一定困難，因此關鍵還是需要研制配套的高效破乳劑及耐高溫的高效降黏劑。

1.2??熱/堿驅技術

熱/堿復合驅技術出現于20世紀80年代，其機理較為復雜，目前主要認為蒸汽的熱效應能降低稠油黏度，堿能和石油中的有機酸發(fā)生反應生成具有表界面活性的物質，此外，堿的加入還能增加注入蒸汽的重力，改善水油流度比，減緩蒸汽突破造成的竄流和蒸汽超覆現象^[11]。鄧育明^[12]通過室內研究發(fā)現，在稠油蒸汽驅中添加廉價的造紙廢液是可行的，改善開發(fā)效果明顯，且稠油酸值越大，乳化效果越好，同時也能使有害的造紙廢液得到有效處理，具有明顯的經濟效益及環(huán)保價值。

調研文獻發(fā)現，雖然在蒸汽驅過程中加入堿能明顯改善驅替效果，但是也存在一些問題，由于地層巖石吸附，特別是高溫條件下，堿耗較大，同時，堿的加入對管柱和地層均會造成一定傷害，造成巨大影響，如結垢及管柱腐蝕，此外，產出液乳化嚴重對水處理也有一定影響。熱堿驅由于其機理復雜，即便室內研究效果明顯，現場應用成功的例子卻不多，因此，該技術的推廣應用受到了較大限制。目前熱復合化學驅添加劑的趨勢是低堿甚至是無堿，或者有機堿，并與表面活性劑或者聚合物復合使用。

1.3??熱/聚合物驅技術

由于水油流度比的差異，水驅過程中存在指進現象，因而發(fā)展了聚合物驅技術。而對于稠油，則提出了熱/聚合物驅技術，主要是因為注蒸汽過程中，蒸汽重力超覆和氣竄，嚴重影響了開發(fā)效果。機理與聚合物驅類似，主要是利用蒸汽降低稠油黏度，聚合物調整蒸汽注入剖面，改善蒸汽注入效果，提高采收率。俄羅斯某油田在進行部分井熱聚合物驅礦場實驗發(fā)現，7年內，年增產原油10萬t，成本較單一聚驅降低近三分之一^[1]。我國中國石油大學于1997年首次進行了熱聚合物驅技術油藏數值模擬，證明了稠油熱驅后采用該技術能進一步提高采收率^[13]。目前稠油熱/聚合物驅技術已在遼河油田試驗成功^[14]。但是常規(guī)聚合物不耐溫，且對原油黏度有一定要求，市面雖有合成的耐高溫聚合物，但是價格高昂，所以聚合物在熱采中應用效果并不理想，因此研制出廉價的耐高溫型聚合物是熱-聚合物驅的關鍵，同時也有學者研究出了一些新型聚合物，通過在聚合物分子鏈上接上表面活性劑的活性官能團，使聚合物具有表面活性，從而讓聚合物兼具聚合物和表面活性劑的雙重特性，一劑雙用，如：稠油活化水驅技術。

1.4??熱/表面活性劑驅技術

表面活性劑具有明顯改善界面性質的功能。熱/表面活性劑驅的機理與表面活性劑驅油機理類似，主要是利用加熱降低原油黏度，表面活性劑吸附改變巖石潤濕性，并降低油水界面張力，將原油剝離巖石表面，乳化形成水包油型乳狀液，此外，乳狀液小液滴還具有明顯的調剖功能，從而提高采收率^[2，15]。李錦超^[16]通過研究孤島三區(qū)原油與表面活性劑LC的性能發(fā)現，加入表面活性劑采收率較熱-堿驅提高10.85%。高明^[17]研究了蒸汽吞吐后轉蒸汽驅并注入表面活性劑，結果表明表面活性劑加入過多，蒸汽降黏效果欠佳，表面活性劑加量過小，降低界面張力與改變潤濕性效果較差，只有表面活性劑與蒸汽達到一定比例才能起到最佳的驅油效果。

巖石吸附損耗對表面活性劑驅實施及效果影響較大，所以目前應用最廣的是陰離子型表面活性劑，以羧酸鹽，磺酸鹽及硫酸酯鹽為主。表面活性劑對稠油開發(fā)具有重要作用，但是表面活性劑單獨使用時，效果欠佳，多與堿，聚合物復配使用，且稠油組成復雜，針對不同油田稠油，很少有一種普適性的表面活性劑，多是復配使用，且注蒸汽開發(fā)時，需要表面活性劑能耐高溫（>200?℃），而目前市售表面活性劑能達到此要求的仍較少且價格高昂，因此，制約表面活性劑在稠油熱采中應用的關鍵，是能否開發(fā)出成本低且性能優(yōu)良的新型表面活性劑，如雙子表面活性劑，雙子表面活性劑具有聚合物獨特的流變性和表面活性劑優(yōu)異的表界面性能，且耐溫耐鹽，但是價格比常規(guī)單鏈表面活性劑貴。

1.5??熱/泡沫驅技術

氮氣泡沫是一種分散體系，體系中表面活性劑溶液作連續(xù)相，起起泡作用，氮氣作產生氣泡的分散相^[18-20]。泡沫驅兼具單一氣驅和單一表面活性劑驅的雙重特性，具有獨特的流變性，性能更優(yōu)異^[21，22]。注蒸汽過程中，蒸汽氣竄，蒸汽超覆等現象必不可免，因此熱/泡沫驅技術也是稠油開發(fā)過程中一項重要技術，所以其在油田開發(fā)中具有廣闊的應用前景。其機理與泡沫驅相似，主要是（1）利用熱降低原油黏度;（2）泡沫改善流度，調整蒸汽注入剖面，擴大波及體積^[23-25];（3）降低油水界面張力，提高洗油效率;（4）泡沫獨特的選擇封堵性能。（5）增加彈性能量，補充地層能量^[26，27];（6）氣驅。熱/泡沫驅技術始于上世紀80年代，隨后國外開展了一系列蒸汽-泡沫驅礦場實驗，實驗證明了該技術能有效的擴大蒸汽波及，提高原油采收率^[28，29]。郭東紅^[30]等研制了一種高溫防竄化學體系“蒸汽+尿素+高溫防竄化學劑”并將其在遼河油田進行了礦場實驗，結果表明泡沫在高溫下也具有較好的穩(wěn)定性，有效改善蒸汽注入剖面，提高吞吐效果，同時也具有較好的經濟性。曹嫣鑌^[31]利用室內物模實驗研究發(fā)現，高溫泡沫體系能有效抑制蒸汽竄，改善稠油油藏多輪次吞吐后期開發(fā)效果。曹嫣鑌^[32]針對樂安油田曹20區(qū)塊多輪次吞吐存在的經濟效益差等問題，開展了高溫泡沫體系改善吞吐效果研究，發(fā)現殘余油飽和度小于0.22，以氮氣泡沫混住的方式能有效提高吞吐效果，證明了高溫泡沫體系存在適用界限。

泡沫具有獨特的流變性能，其對非均質地層具有獨特的適應性^[33]。泡沫驅對泡沫的穩(wěn)定性和起泡性能決定著泡沫驅性能的優(yōu)劣，泡沫性能的高效發(fā)揮仍然依賴高性能泡沫體系的研發(fā)，此外，泡沫在稠油高溫蒸汽熱采中的滲流機理也需要進一步深入探究。

1.6 ?其他技術

此外，還有水熱催化裂解及稠油井下改質等一系列先進稠油熱化學技術，這些技術針對的是通過化學反應降低稠油中的重質組分比例，提高輕質組分含量，使稠油發(fā)生改質，提高稠油流動性能^[34]，易于采出，從而提高采收率，同時也具有較高的經濟效益。該類技術相比目前稠油熱采技術，具有施工方便，無污染等優(yōu)勢。雖然國內外學者均做過相關研究，并獲得成功，但是該類技術由于受限制條件較多，且在目前技術水平下，還未得到礦場應用，同時價格也相對較高。但是該技術也給稠油開發(fā)指出了一個新思路，隨著技術的不斷進步，該類技術將具有較大的應用前景。

2 ??結 論

熱復合化學驅技術是在輕質油化學驅的基礎上發(fā)展起來的，該技術目前已經國內多個稠油油田開發(fā)試驗中獲得成功，但是目前尚處于試驗階段，未大規(guī)模應用。

（1）熱化學涉及到熱力學，化學，滲流力學等多學科，機理較為復雜，因此，仍需通過室內實驗與礦場結合，進一步深入研究，了解提高采收率機理，并準確進行數值模擬表征。

（2）注蒸汽開發(fā)是目前稠油開發(fā)的主要技術之一，針對蒸汽開發(fā)過程中存在的一些問題，發(fā)展了熱復合化學驅技術，熱復合化學技術能否規(guī)?；瘧?，關鍵在于廉價、耐溫新型化學藥劑的研發(fā)，這仍需要多學科共同努力。

（3）熱復合化學驅技術將是稠油規(guī)?；行ч_發(fā)中的一項重要技術，同時也仍然需要不斷加強對新型熱復合化學驅技術的研究。

參考文獻：

[1]李錦超.稠油熱/化學驅油技術研究[D].?青島：中國石油大學，2011： 1-82.

[2]趙修太，白英睿，韓樹柏，等.?熱-化學技術提高稠油采收率研究進展[J].?特種油氣藏，2011，?19（3）：8-13.

[3]邱金寶.?遼河特稠原油降黏方法的研究[D].?青島：?中國石油大學（華東），2008：?1-76.

[4]?徐博.稠油乳化降黏體系的研究[D].成都：西南石油大學，2011：1-62.

[5]王增林，張民，楊勇，等. 稠油熱化學驅過程中影響因素及其交互作用對采收率的影響[J]. 油氣地質與采收率，2017，24（1）：64-68.

[6]?周鳳山，吳瑾光.稠油化學降黏技術研究進展[J].油田學，2001，18（3）：268-272.

[7]?吳本芳，郭金波.稠油油溶性降黏劑研究進展概況[J].油氣儲運，2003，22（2）：1-6.

[8]燕玉峰. 濱南稠油降黏劑合成與性能研究[D].青島：中國石油大學（華東），2015：1-77.

[9]王云峰.表面活性劑及其在油氣田的應用[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社，1995： 168-169.

[10]廖輝，唐善法.高瀝青深層超稠油乳化降黏實驗研究[J].天然氣與石油，2018，36（2）：64-67.

[11]李錦超，鄭玉飛，葛際江，等. 熱/化學驅提高稠油采收率研究現狀及進展[J].精細石油化工進展，2011，12（12）：22-25.

[12]鄧育明，李軍營，馬寶岐.廉價的稠油熱采添加劑---堿法造紙廢液[J].石油勘探與開發(fā)，1993，20（1）：115-116.

[13]崔傳智，欒志安.熱-聚合物驅油研究[J].石油學報，1997，18（3）：56-61.

[14]李秀敏，范宏巖.新型高溫化學驅油技術改善超稠油蒸汽吞吐開采效果[J].石油地質與工程，2008，22（6）：89-93.

[15]吳永超，徐婷，林長志.低滲稠油油藏熱化學復合驅油體系實驗[J].大慶石油地質與開發(fā)，2017，36（2）：107-110.

[16]李錦超，葛際江，吳芳，等.一種稠油/熱化學驅用表面活性劑性能研究[J].石油與天然氣化工，2011，40（2）：175-178.

[17]高明，王京通，宋考平，等.稠油油藏蒸汽吞吐后蒸汽驅提高采收率實驗[J].油氣地質與采收率，2009，16（4）：77-79.

[18]許青青.渤海SZ36-1油田泡沫調驅適應性研究[D].青島：中國石油大學，2013：1-62.

[19]趙福麟， 王業(yè)飛， 戴彩麗，等.聚合物驅后提高采收率技術研究[J].中國石油大學學報（自然科學版），2006，30（1）：86-89.

[20]曠曦域.泡沫的防氣竄性質研究[D].西安：西南石油大學，2013：1-68

[21]廖輝，孔超杰，鄧猛，等.氮氣泡沫驅提高采收率機理及影響因素研究進展[J].當代化工，2019，48（1）：122-126.

[22]欒春芳. 空氣泡沫驅油技術在低滲透油藏中的應用研究[J]. 石油化工高等學校學報，2015，28，（3）：51-55.

[23]張艷輝，戴彩麗，徐星光，等. 河南油田氮氣泡沫調驅技術研究與應用[J].斷塊油氣田，2013，20（1）：129-132.

[24]王景芹.薩北油田氮氣泡沫驅研究[J].油田化學，2010，27（4）：381-384

[25]張紅崗，田育紅，劉向偉，等.空氣泡沫驅提高采收率技術研究與應用[C]. 第七屆寧夏青年科學家論壇論文集，寧夏：26-30.

[26]劉仁靜，劉慧卿，李秀生.勝利油田稠油油藏氮氣泡沫驅適應性研究[J].應用基礎與工程科學學報，2009，17（1）：105-110.

[27]趙福麟，戴彩麗，王業(yè)飛.海上油田提高采收率的控水技術[J].中國石油大學學報（自然科學版），2006，30（2）：53-58.

[28]王其偉. 泡沫驅油發(fā)展現狀及前景展望[J].石油鉆采工藝，2013，35（2）：94-97.

[29]王玉斗.熱/化學綜合作用對油藏多相流影響研究[D].南京：南京理工大學，2002：1-122.

[30]郭東紅，辛浩川，崔曉東，等.新型稠油開采高溫防竄化學劑的性能與現場應用[J].石油與天然氣化工，2008，37（1）：52-55.

[31]曹嫣鑌，劉冬青，唐培忠，等. 利用泡沫改善稠油熱采油藏多輪次吞吐后開發(fā)效果的技術研究[J].石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2005，27（4）：496-499.

[32]曹嫣鑌，劉冬青，唐培忠，等.泡沫體系改善草20區(qū)塊多輪次吞吐熱采開發(fā)效果技術研究[J].石油鉆探技術，2006，31（2）：65-68.

[33]曲涵.氮氣泡沫驅機理研究及實驗[D].大慶：東北石油大學，2010：1-50.

[34]李錦超，王磊，丁保東，等.稠油熱/化學驅技術現狀及發(fā)展趨勢[J].西安石油大學學報（自然科學版），2010，25（4）：36-40.