热 /化学驱提高稠油采收率研究现状及进展李锦超 1, 郑玉飞 2, 葛际江 2, 张贵才2(1．中海油能源发展采油技术服务分公司 , 天津 300452; 2．中国石油大学 (华东石油工程学院 , 青岛 266555[摘要 ]对稠油热 /化学驱的研究现状及进展进行了综述。

详细论述了各种开采技术的机理和特点 , 认为热 /有机碱 /表面活性剂复合驱与稠油井下改质技术是稠油开采的主要发展趋势。

[关键词 ]稠油热 /化学驱提高采收率趋势收稿日期 :2011－08－30。

作者简介 :李锦超 , 助理工程师 , 硕士 , 主要从事提高采收率与采油化学研究与开发工作。

稠油在世界油气资源中占很大的比重。

据数据统计 , 世界稠油和天然沥青的储量约为1000? 108t 。

我国稠油资源丰富 , 主要分布在胜利油田和辽河油田等[1]。

目前开采稠油的主要方法为蒸汽驱和蒸汽吞吐。

在蒸汽开采方法中 , 由于稠油的密度和黏度与蒸汽相差很大 , 蒸汽重力超覆和汽窜现象严重 , 导致波及面积降低 ; 另一方面 , 由于岩石 /原油 /水体系界面性质的影响 , 岩石表面的原油也不能完全剥离 , 降低了原油的最终采收率 [2]。

为解决上述问题 , 热 /化学驱驱油技术得到了发展。

本文综述了几种具有代表性的热 /化学驱技术。

1热 /碱复合驱技术碱驱的概念是欧美国家学者提出的。

热 /碱复合驱机理较复杂 , 目前世界上较公认的提高采收率机理是 :碱的存在可有效增加蒸汽的重力 , 降低水油流度比 , 蒸汽窜流和超覆时间推迟 ; 原油中石油酸可与碱发生化学作用 , 生成了具有降低油水界面张力的表面活性剂 , 且表面活性剂还可改变岩石润湿性。

热 /碱复合驱经济消耗较低 , 现场施工简单。

Mbaba 等 [3]报道了蒸汽 /碱复合驱在俄罗斯中途岛油田进行的现场试验 , 除个别试验井没有效果外 , 大部分试验井提高了原油产量。

Shedid 等 [4]进行了钠碱 /蒸汽驱实验研究 , 降低了储层较低部位的残余油饱和度。

结果表明 , 此方法能使稠油黏度降低 , 流动能力增加 , 有效地提高了稠油采收率。

较低浓度的碱和蒸汽复配也可得到较好的效果。

张现德 [5]以无机碱做为蒸汽添加剂进行了室内研究 , 采收率提高幅度大于10%。

齐齐哈尔油田 [6]4口井用黑液驱油剂做为蒸汽吞吐添加剂进行现场试验 , 两口井半年增产原油近 400t 。

虽然热 /碱复合驱效果较好 , 但也存在一些问题 :由于碱的注入 , 造成地层伤害 , 井筒和管线结垢严重 , 产出液破乳较难 ; 高温下碱消耗大 , 降低了经济效益 ; 热 /碱复合驱机理复杂 , 现场试验成功率低。

因此 , 此技术未得到有效的现场推广。

随着科学技术的发展和环保要求的提高 , 低碱、有机碱、甚至无碱的驱油体系将成为未来开采稠油的有效方法。

2热 /聚合物复合驱技术热 /聚合物稠油开采技术是为提高稠油采收率而发展的一种稠油开采接替技术。

由于蒸汽采油后还有大量稠油不能采出 , 此技术可用于热力驱后的稠油油藏。

其机理是聚合物分子可封堵大孔喉 , 改善注入蒸汽效果 , 调整吸汽剖面 , 提高稠油采收率。

Cook 等 [7]开发出一种适用于高温油藏且成本较低的聚合物 /表面活性剂体系 , 在日落岛油田进行了矿场试验 , 结果表明 , 蒸汽窜流和超覆现象得到了有效改善 , 经济效益提高 , 采收率提高幅度明显。

俄罗斯某油田也将热 /聚合物驱技术进行了部分井的矿场试验 ,7年内年增产原油1? 105t , 比单一聚合物驱生产成本降低了 1/3[8]。

中国石油大学[9]在 1997年首次用计算机对此技术进行了数值模拟 , 结果表明 , 热 /聚合物驱可应用于热驱后的油藏 , 有效提高采收率。

21世纪初期 ,辽河油田 [10]利用聚合物 /表面活性剂复合驱油剂作为蒸汽吞吐添加剂取得了很好效果 , 因为聚合物的存在提高了泡沫体系的稳定性 , 改善了蒸汽22精细石油化工进展ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS第 12卷第 12期吸入剖面。

3热 /表面活性剂复合驱技术热 /表面活性剂复合驱机理综合了稠油热采和表面活性剂驱采油技术的机理。

主要优点有 :降低原油黏度 , 提高其流动性 ; 降低岩石 /油 /水间的界面张力 , 增加毛细管系数 , 降低残余油饱和度 ; 生成的水包油型乳状液可携带、捕集、聚结剩余油滴 ; 提高岩石水湿程度 , 降低水相相对渗透率和提高油相相对渗透率 ; 乳状液内相颗粒可封堵大孔喉 , 降低高渗透层绝对渗透率 , 储层的非均质性得到很好改善 , 提高了稠油采收率 [11]。

热 /表面活性剂复合驱中因为表面活性剂的存在 , 可降低油水界面张力 , 稠油乳化降黏可提高洗油效率。

但要求表面活性剂具有 :高温下稳泡效果好 , 岩石表面吸附量较小 , 与地层流体配伍性较好 , 有效降低蒸汽流度。

目前热采使用的主要是阴离子型表面活性剂 , 其中磺酸盐型最多。

以较长碳链的重烷基苯等为原料 , 通过一系列化学反应过程 , 可合成出具有新型结构和性能的耐高温表面活性剂 [12]。

4热 /泡沫复合驱技术1982年 , 国外将蒸汽 /泡沫复合驱技术进行了现场试验。

泡沫体系通过岩石孔喉处产生贾敏效应 , 改善复合驱波及体积 , 提高原油采收率。

蒸汽 /泡沫复合驱技术稠油开采初期和稠油热力驱后均可使用 , 其增产效果很好。

壳牌公司 [13]在加州 Kern River 油田进行了此技术矿场试验。

15个月原油产量增加了 4000t 。

羊争鸣等 [14－15]利用数模和物模对蒸汽 /泡沫复合驱进行了研究 , 结果表明 , 此技术可使蒸汽超覆现象大大降低 , 大量蒸汽窜流通道可有效堵塞 , 增加了蒸汽波及系数 , 提高了原油采收率。

胜利油田 [16]利用一种高温泡沫体系 WAY 进行了矿场试验 , 结果证明 , 泡沫体系可有效改进蒸汽窜流通道 , 改善了蒸汽吞吐稠油油藏的开发效果。

5水热催化裂解技术在蒸汽驱过程中 , 水和热的综合作用使原油发生物理变化的同时也发生化学反应。

地层原油在水蒸汽作用下发生的水煤气转换等一系列反应称为水热裂解反应 [17]。

此技术可改善稠油热采效果 , 因为水热裂解过程中会产生一定量的可改善地层原油质量和黏度的轻质组分。

5．1水热裂解反应机理20世纪 90年代美国学者提出 , 水热裂解反应中稠油重质组分中的有机硫成分起到关键作用。

总化学反应过程反应式为:Clark 等 [18]对稠油水热裂解的研究表明 , 稠油中有机硫化合物的裂解反应需经过酸聚合、低温氧化和水汽转化等反应过程。

通过研究金属离子对水热裂解的催化作用 , 其反应机理为 :金属离子在加氢裂解或加氢脱硫和水气转换等反应中起催化作用 ; 金属离子可使稠油中 C — S 键发生断裂 , 降低胶质和沥青质含量或平均相对分子质量 , 提高稠油流动性 ; 反应中生成的醇转变为醛 , 而醛分解产生的一氧化碳和水在催化剂作用下 , 可促进水汽转换反应的发生 , 生成 H 2, 使加氢脱硫反应顺利进行。

因此 , 在蒸汽吞吐和蒸汽驱时 , 由于水热裂解反应的存在 , 稠油中胶质和沥青质含量降低 , 稠油平均相对分子质量减小 , 流动性增强及硫含量降低 , 可降低稠油的开采难度。

5．2水热裂解研究进展Clark 等 [19]研究表明 , 在油层矿物和水蒸汽的综合作用下 , 稠油水热裂解反应速度得到提高 , 采出油质量改善。

通过考察200? 以下稠油水热裂解反应 , 发现低温氧化等反应可使稠油中芳香烃组分转化为胶质和沥青质 , 而稠油高温热采技术 , 能产生可改善原油质量的热裂解或有水参与的水热裂解反应。

Liu 等 [20]针对辽河油田研究了水热裂解反应及影响因素 , 对现场两口井试验 1个月 , 共增产原油 1000t , 产出原油降黏率超过 50%。

辽河油田现场试验表明 [21], 适宜的催化剂对原油水热裂解反应起重要作用。

Wen 等 [22]用金属钼为催化剂对辽河稠油进行水热裂解室内研究 , 结果表明 , 240? 时 , 原油降黏率可超过 90%; 并对齐－108区块进行了现场试验 , 原油黏度(50? 降低近 80%, 且组分得到了很好的改善。

宋向华等 [23]对胜利油田孤岛稠油井下乳化 /催化水热裂解和催化水热裂解降黏效果进行了考察 , 50d 后 , 原油黏度下降超过 50%。

水热裂解反应的最重要特征是氢可由水相向油相转移 , 可使稠油中含硫有机化合物发生加氢脱硫反应 , 改善稠油质量。

该技术具有很高的应用潜力 , 如果利用与蒸 322011年 12月李锦超等．热 /化学驱提高稠油采收率研究现状及进展汽配伍性好、没有污染和腐蚀、施工较简单、操作安全等优点的水溶性金属盐作为反应催化剂 , 将为高效开采稠油提供新途径。

水热裂解可改善稠油品质 , 带来较高的经济利润。

6热 /稠油降黏剂复合驱技术20世纪 80年代初美国加利福尼亚州 [24]用一种非离子型高分子表面活性剂作为蒸汽添加剂与蒸汽混合注入 4口井内 , 发现岩石表面形成一层此表面活性剂薄膜 , 破乳现象明显 , 有效改善油藏绝对渗透率 , 4口井共增产原油 18600t 。

国内河南油田、克拉玛依油田和中石化胜利油田 , 均进行了该类现场试验并取得了很好的效果。

20世纪 90年代开发了一种新型降黏剂 [25], 耐高温且能有效改善稠油流动性 , 具有代表性的有乳化降黏剂和破乳脱水剂。

在胜利油田与蒸汽混合注入进行了多井次矿场试验 , 增产原油达1? 105t 。

进入 21世纪 , 加快了对稠油降黏剂的研究。

郎宝山 [26]制备了以烷基苯磺酸盐为主剂 , 与有机、无机助剂进行复配的稠油热采添加剂 , 此类添加剂对辽河超稠油具有很好的选择性 , 分别在馆陶层和辽河杜 80区块超稠油油藏进行了多井次矿场试验 , 增产原油近 600t , 可延长生产时间 41d 。

王玉斗等 [2]对两种阴离子磺酸盐类表面活性剂进行了性能评价 , 作为蒸汽添加剂可有效提高稠油流动性和稠油采收率。

目前此技术在国内外很多油田得到大面积推广 , 并取得一定的效果。

7稠油井下改质技术7．1稠油井下加氢改质技术井下加氢改质是目前世界上研究较多的方法 , 在生产井附近 , 通过压裂等方式将固体催化剂放进 , 就地燃烧原油产生改质需要的温度 , 同时向地层中注入供氢剂 , 使油气流过加热的催化剂而开采 , 等于在地下建立一个炼油厂。

重质油的转化按裂解和缩合反应相反的方向进行 , 属自由基链反应。

但缩合反应因为氢的存在得到抑制 , 沥青质相的沉积时间会延长。