石油课堂 | 稠油的开发工艺
由于稠油和稠油油藏本身的特点，决定了开发工艺不同于稀油油藏。到目前为止，稠油油藏主要采用热力开采，对油层加热的方式有两种：一是向油层中注入热流体，如热水、蒸汽等；二是油层内燃烧产生热量，称火烧油层方法。很多油田也试验向油层中注入二氧化碳、氮气等气体，以及化学溶剂等来开采稠油。
一、蒸汽吞吐采油
1、蒸汽吞吐采油原理
稠油蒸汽吞吐法又称周期性注汽或循环注蒸汽方法，是稠油开采中普遍采用的方法。就是将一定数量的高温高压湿饱和蒸汽注入油层，焖井数天，加热油层中的原油，然后开井回采。注入蒸汽的数量按水当量计算，通常注入蒸汽的干度越高，注汽效果越好。
蒸汽吞吐的增产机理主要有如下几方面：
（1）油层中原油加热后黏度大幅度降低，流动阻力大大减小；
（2）对于压力高的油层，油层的弹性能量在加热油层后充分释放出来，成为驱油能量；
（3）对于厚油层，热原油流向井底时，除油层压力驱动外，还受到重力驱动作用；
（4）原油采出过程中带走大量热量，冷油补充到压降的加热带；
（5）蒸汽吞吐过程中的油层解堵作用，在钻井完井、修井作业及采油过程中，入井流体及沥青胶质很容易堵塞油层，造成严重的油层伤害，蒸汽吞吐可起到油层解堵作用；
（6）高温下原油裂解，黏度降低；
（7）油层加热后，油水相对渗透率发生变化，增加了流向井底的油量。
2、蒸汽吞吐采油生产过程
蒸汽吞吐采油的生产过程可分为三个阶段：油井注汽、焖井和回采。
1）油井注汽
油井注蒸汽前要做好注汽设备、地面注汽管线、热采井口、油井内注汽管柱和注汽量计量等准备工作，然后按注汽设计要求进行注汽。注汽工艺参数主要有：注入压力、蒸汽干度、注汽速度、注汽强度和周期注汽量等。
2）焖井
完成设计注入量或满足开采技术参数要求后，停止注汽，关井，也称焖井。焖井时间一般为2～7d，目的是使注入近井地带油层的蒸汽尽可能扩散，扩大蒸汽带及蒸汽凝结带加热地层及原油的范围。
3）回采
在回采阶段，当油井压力较高时，能够自喷生产，自喷结束后进行机械采油；有些油井放喷压力较低，直接进行机械采油。随着开采时间的延长，油井产量逐渐减少，当产量降到经济极限产量或极限井口原油温度界限时，结束该周期生产。满足开采需要的井可进行下一周期蒸汽吞吐，进行再一次的油井注汽、焖井和回采等。
二、蒸汽驱采油
1、蒸汽驱采油原理
蒸汽驱采油是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后为进一步提高原油采收率的热采阶段，由注汽井向油藏中注入符合设计要求的蒸汽，加热原油并将其驱向周围的生产井中，达到开采原油的目的。蒸汽驱采油的主要机理有：
（1）加热原油后黏度降低；
（2）蒸汽的蒸馏作用；
（3）蒸汽的驱动作用；
（4）热膨胀作用；
（5）重力的分离作用；
（6）乳状液驱替作用。
2、蒸汽驱采油生产过程
蒸汽驱采油的生产过程可分为二个阶段：注汽井注汽和生产井采油。
1）注汽井注汽
油井注蒸汽前要做好注汽设备、地面注汽管线、热采井口、油井内注汽管柱和注汽量计量等准备工作，选择适合长期注汽要求的设备和工具，然后按注汽设计要求进行注汽。注汽工艺参数主要有：注入压力、蒸汽干度、注汽速度、注汽强度和注汽量等。
2）生产井采油
在注汽一段时间以后，注蒸汽井周围的生产井就会受效，油层温度、压力和产液量等会发生变化，通常都会上升，有的井会自喷。油井受效后，由于井底温度和压力等的变化，会对套管、杆、管、泵和井下工具等产生不利的影响。
三、SAGD采油技术
1、SAGD采油原理
SAGD（Steam Assist Gravity Drainage，蒸汽辅助重力泄油）采油技术是开采超稠油的一项前沿技术，其理论首先是由加拿大Roger Butler博士1978年基于注水采盐的原理提出的。注入蒸汽将油层上部位稠油溶解，溶解后液态原油及凝结水借助重力作用向下流动，而密度相对较小的蒸汽上浮，这样可以通过对油层上部持续注汽，从油层的下部连续将高浓度液态稠油采出。高浓度液态稠油向下流动的动力就是水与液态稠油的密度差，这种注蒸汽热力开采稠油即为SAGD采油技术。
2、SAGD采油的生产过程
SAGD采油方法是利用水平井、浮力及蒸汽来有效地开采重油。水平生产井在接近油层底部、油水界面以上完井；蒸汽通过该井上方的第二口水平井或一系列直井注入，在生产井的上方形成蒸汽腔；蒸汽通过注入井持续注入，蒸汽由于浮力而上升，在蒸汽—油界面因传导热损失造成蒸汽凝结，凝结水及加热的原油泄向生产井后采出。液体的泄出为蒸汽带的水平和垂直膨胀提供了空间，蒸汽腔内基本保持在恒定压力，由于没有施加压力梯度，流动完全是重力所致。
与常规蒸汽驱不同，SAGD具有如下特征：
（1）主要是利用重力作为驱动原油的动力；
（2）利用水平井并通过重力作用获得相当高的采油速度；
（3）加热原油不必驱动未接触原油（冷油）而直接流入生产井；
（4）采收率高；
（5）累积气油比比常规蒸汽驱高；
（6）除了油层含有大面积的页岩夹层外，对油藏非均质性不敏感。
SAGD采油技术被认为是近10年来所建立的最著名的油藏工程理论。由于世界稠油资源储量远远大于常规原油储量，因此，作为稠油尤其是特、超稠油开采的有效方法，SAGD技术在稠油大国加拿大及辽河油田得到了广泛的研究和现场试验。大量的试验和理论研究也进一步证明：将水平井技术和蒸汽驱油技术相结合的SAGD技术在稠油开采技术中具有重大意义。
四、火烧油层采油
世界上最早的一次火烧油层现场试验是1942年在美国俄克拉荷马州的伯特勒斯维尔油田进行的。1950年以后，据统计，美国已经开展了70多个火烧油层项目。另外还有苏联、荷兰、罗马尼亚、匈牙利、德国、印度等40多个国家先后开展了火烧油层采油的相关工作。我国自1958年起，先后在新疆、玉门、胜利、吉林和辽河等油田开展了火烧油层试验研究，取得了不同程度的效果和一些经验教训。
1、火烧油层采油基本原理
火烧驱油的主要原理是通过注入井将空气或者氧气注入地层中，通过人工点火的方法点燃油层，继续向油层注入空气，维持油层持续燃烧，燃烧带前方产生多重驱油机制，将受热的原油、蒸馏的轻质油、气和燃烧烟气一同驱向前方生产井，未被蒸馏的重质碳氢化合物——焦炭作为维持油层燃烧的燃料，使油层燃烧带不断蔓延扩大。火烧驱油与其他开采方法不同之处在于它是利用油层本身的部分裂解产物作燃料，不断燃烧生热，依靠热力和其他综合驱动力的作用，实现提高采收率的目的。因此，它又称地下（层内）燃烧、火驱开采法。火驱法的驱油效率是其他采油方法无法比拟的。实验室试验证明，已燃烧区的残余油饱和度几乎为零，采收率可达85%～90%；在已实施的现场火驱方案中，采收率也能达到50%～80%。另外，它的应用范围较广，在适当条件下，既可用于稠油油藏，又可用于轻质油藏，还可用于注蒸汽或水驱后的油藏开采残余油。因此，它是一种适应性强，并能充分利用石油资源的开采技术。
2、火烧油层驱油机理
火烧油层驱油机理见图1-1。
图1-1 火烧油层驱油机理示意图
（1）燃烧生成热可以加热原油，使其黏度降低，同时燃烧生成二氧化碳溶解于原油中也可以使原油黏度降低；
（2）原油的热膨胀可以增加原油在地层中的相对渗透率；
（3）原油的裂解和蒸馏；
（4）由注气井到生产井方向的溶解气（二氧化碳和氮气）驱；
（5）注入空气和生成的二氧化碳可以大幅度提高地层压力，增大驱油压力梯度，形成气体非混相驱的机理。
由于火驱所燃烧掉的原油组分通常是原油中开采价值最小的部分，而产出原油无论在物性还是品质方面都有利于举升、储运、对外销售。
这一点也正是火驱技术最具吸引力的地方。
油气物联·付费社区（年费制）