辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 稠油蒸汽吞吐技术及发展趋势
充地层能量为前提的，因此它比蒸汽吞吐的采收率要高。通过蒸汽驱提高的采出程度一般可为30%OOIP（原始石油地质储量）左右，汽驱结束后的总采收率，一般在50%OOIP以上。国外采用蒸汽驱大规模开发的2个主要稠油油田是美国的克恩河油田和印度尼西亚的杜里油田。克恩河油田采用大型热电联供技术，使蒸汽驱平均油汽比达到0.32，汽驱后采收率达到62.4%，有的区块超过70%，杜里油田预计最终采收率可达55%[14]。
威尔曼等人对蒸汽驱机理进行了广泛而系统的室内实验研究，提出蒸汽驱提高开采效果的采油机理为：
（1）蒸汽蒸馏作用：注入的蒸汽使流过区内原油和水迅速的汽化，这一作用使部分原油降低粘度而被驱向下游，被热水绕过的那一部分则又受到上游方向流过来的蒸汽的抽提。
（2）气驱作用：注入的水蒸汽不断向地层散热，干度下降，水分增加，形成气－液联合驱动的状态。
（3）原地溶解作用：大部分轻油组分和运载蒸汽在蒸汽驱前面的较冷区域中冷凝，并形成冷凝区。这一冷凝区中的混合物的粘度比蒸汽粘性更大，降低了指进作用，且与原油混合并将原油稀释使原油的密度和粘度降低。
（4）升温降粘：这是加热稠油油藏的最显著效果。随着原油粘度的降低，驱替效率和清扫效率得以提高。
然而，蒸汽驱的驱油工作剂是蒸汽而不是水，蒸汽在注入井中流动要损失热量，为了保证向油藏中注入的是蒸汽而不是热水，因此油藏深度一般不能太深。为了避免热水驱油带现象过早的出现，蒸汽驱油时所用的井距要比常规井距小，一般只能为100?150m。由于蒸汽比油轻，易出现上部越顶现象而形成舌进。此外还由于储层的非均质性使蒸汽前缘的移动在平面上和剖面上出现不均匀的推进并造成在一些井中出现汽窜现象，从而大大降低了波及系数，影响了采收率。
在含有很高粘度原油的油层中，井间流动阻力很大，注入的蒸汽量非常有限，且蒸汽驱技术复杂，蒸汽耗量大，监测及调控蒸汽推进动态难度极大，尤其是我国油藏地质条件复杂，油藏类型多，多数稠油油藏深度超过1000m。对于油层深度超过1000m的稠油油藏，由于深度大，引起了一系列工艺技术上的难点，例如由于井深，井筒隔热技术要求极高，很难保证蒸汽驱过程中井底蒸汽干度达到必需的50%以上。
一般情况下，蒸汽吞吐和蒸汽驱所存在的问题基本相同，概括起来有如下几点：
（1）生成蒸汽成本高，尤其是在水资源短缺和水价特别昂贵的地区，水处理费用高。水敏地层不能进行蒸汽驱。
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（2）油井受热套管膨胀，有可能造成套管的损坏。
（3）热损失严重，影响驱油效果和提高成本，因此，输送蒸汽时还有管道保温和隔热的问题。
（4）出砂严重，造成井筒堵塞，影响产量；影响井下泵正常工作而减产；设备磨损严重；修井作业费用高。热采时任一口井的作业和修井都要求至少冷却井筒附近地带。
（5）不能在超过1600m的油层内应用。
一般而言，用蒸汽法驱油的最大缺点是成本高，适用范围有限制。蒸汽驱在实际应用中由于热损失较大等原因，造成采收率不高，为了进一步改善开发效果，可以采用间歇式蒸汽驱、多井组整体优化蒸汽驱以及水平压裂辅助蒸汽驱等技术。其中，水平压裂辅助蒸汽驱（FAST）技术较有潜力，它是通过水力压裂在油层下部的合理位置形成可控制的水平裂缝，以解决特、超稠油油藏注汽困难、注采井间形成有效热连通困难的问题，从而实现有效的汽驱开发。与常规蒸汽驱相比，FAST技术具有巨大的优越性，它不但变蒸汽超覆不利因素为有利因素，而且极大降低了系统的热损失。此外，还有蒸汽辅助重力驱、强化蒸汽辅助重力驱、蒸汽加氮气泡沫驱、加热通道驱（HASD）等技术。部分技术仍需进一步完善，以达到规模化推广。
2.1.3火烧油层采油技术
火烧油层是通过注入空气维持原油就地燃烧，将原油驱向生产井的提高石油采收率热采方法，也称层内燃烧或火驱采油技术，与其他热采方法（如蒸汽驱）相比火烧油层最大的特点在于油层就地产生热量，这种方法的能源利用率高、最终采收率高，是最早用与开发稠油的热力采油技术。目前，全世界已经有100多个油田开展了较大规模工业性开采试验，其采收率一般可达50%?80%。它是油层本身产生热的一种方法，是利用各种点火方式把注气井的油层点燃，并继续向油层中注入氧化剂（空气或氧气）助燃形成移动的燃烧前缘（又称燃烧带）。燃烧带前后的原油受热降粘、蒸馏，蒸馏的轻质油、蒸汽和燃烧烟气驱向前方，未被蒸馏的重质碳氢化合物在高温下产生裂解作用，最后留下裂解产物———焦炭作为维持油层燃烧的燃料，使油层燃烧不断蔓延扩大。在高温下地层束缚水、注入水蒸发，裂解生成的氢气与注入的氧气合成水蒸汽，携带大量的热量传递给前方的油层，把原油驱向生产井。火烧油层根据燃烧前缘与氧气流动的方向可分为正向火驱和反向火驱；根据在燃烧过程中或其后是否注入水又分为干式火驱和湿式火驱。
干式正向燃烧：向注入井注入空气，点燃注入井附近的油层，继续注入空气，
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使燃烧前缘由注入井向采油井方向推进。在燃烧前缘处产生的热量，把靠近前缘的地层水汽化，并在燃烧前缘的前方形成蒸汽带。
下面具体阐述驱油机理：
（1）热裂解：在燃烧带的下游，留在砂上的重质烃在高温下裂解成油焦和气态烃。
（2）冷凝蒸汽驱：蒸汽凝结释放大量潜热传给蒸汽带内和蒸汽带前面的原油，使原油粘度降低，流动性增加。
（3）混相驱动：蒸馏作用离析出来的气态烃和热裂解产生的气态烃混合，并在前面的集油带处冷凝。这种混合反应和气体冷凝时传给原油的热量使原油更易流动，改善了原油的驱替能力。
（4）气驱：燃烧前缘产生的燃烧气体把热传给原油，CO2部分溶解在原油中，使原油粘度进一步降低。
（5）热驱：由于油层流体的对流和通过地层岩石的传导，热能传递到燃烧带的上部、下部、和前面的地层，任何其它方法都不可能以这种方式越过不可渗透带而驱替流体。
干式正向燃烧存在两方面最主要的问题，其一是燃烧产生的大部分热量留在已燃带前缘的后面，易形成死油区，对采油毫无作用；其二是形成流体阻塞，在靠近生产井的地区原油没被加热，还处于油藏的原始温度，因而还是高粘度的，则在燃烧带高温下被加热的油，尽管能够流动，但它不能推动未加热的油向前运动[15]。
反向燃烧：首先从生产井中注入空气，并点燃地层，然后改为注入井注空气，空气从注入井向生产井运移，而燃烧前缘的移动方向相反。
反向燃烧克服了正向燃烧存在冷油区的缺点。当原油和高温燃烧前缘会合后，产生热裂解。轻质部分蒸发，重质部分形成残渣。当蒸汽到达已燃区的较冷地带时，一部分就会发生凝结，在出口附近生成液体和水。燃烧前缘上游区域因热传导而受热，这将导致低温氧化反应，产生热量。
在反向燃烧时，原油的重要馏份（轻质部分）将被烧掉，而不重要馏份仍留在燃烧前缘后的地区内，此外，在注入井附近有可能发生自燃着火，使燃烧面反向推进，转为正向燃烧。而且反向燃烧难于控制，驱油效率低，只能应用于埋藏浅的沥青砂。
湿式燃烧：它是正向燃烧和水驱相结合的热力采油工艺。水随着空气（或氧气）流经燃烧前缘，利用水携带正向燃烧中已燃区的热量。注入水与燃烧前缘后面的高温岩层接触蒸发，岩石则冷却，同时燃烧前缘的蒸汽凝结成热水，这扩大了高温和蒸汽带的范围，使更多的原油驱向生产井。
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图2-1燃烧驱油机理
实验室中控制的气水比是比较容易办到的，但在矿场实际工作中由于对前缘推进过程的监测问题没有解决，很难做到合理的调节，而且湿式燃烧时水易熄灭燃烧前缘，也不能防止液体阻塞。
加拿大的狼湖（Wolf Lake）油田是目前世界上大规模的先蒸汽吞吐后火驱开采的工业试验区。该方案从1985年开始，预计开采25 年。罗马尼亚的Suplaca de Barcau油田，于1964年开始火驱试验，到1993年底火烧前缘达8.9 km。美国和前苏联都进行过火驱试验，预计采收率都在60%以上。
理论上讲，火驱过程实际上综合了蒸汽驱、烃混相驱、CO2混相驱等多种驱替机制，它的驱替效率之高，是所有提高采收率方法都无法与之相比的。当然，火驱要烧掉一部分原油，主要是原油中的焦碳和沥青等裂解残渣，约为原油储量的10%～15%。而火烧油层最大的问题是氧化过程在油藏中维持的时间以及氧化范围。通常，火烧油层工作特性与空气流量有关，因此使工作过程很难控制；很高的最佳气流量一般只能在井距很小时达到，加上其它因素的干扰，热损失导致油大部分馏份冷凝而难以采出；燃烧产出的气体污染空气，不利于环保；在火驱中，如果砂层是高度未胶结的，出砂将更为严重，油焦颗粒和很高的气体流速将使磨蚀问题变得越来越严重，清除砂子将要求经常提出井中油管和更换井下泵。由于注入空气需使用大功率高压空压机，为此技术要求高，成本也大，因此火烧油层一般应用于油层深度小于1000至1500m。所以到目前为止，火烧油层法还处于工业试验阶段。
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随着水平井技术的发展，火烧油层技术研究呈现出新的发展趋势，即应用水平井实行重力辅助火烧油层技术（COSH）。该技术能够把火烧油层技术中的高能量效率与水平井具有的高速采油能力和重力泄油过程具有的高采收率特性结合起来，并且能够消除和减缓平面直井间火驱中存在的燃烧见效慢、难于维持燃烧、氧气突破过早、严重出砂、井筒中采油泵气锁、腐蚀和结垢等生产问题。物模实验表明，采用这种新的火烧方法，在蒸汽获取采收率25%的基础上，还可增加40%采收率。
2.1.4水平井蒸汽辅助重力泄油（SAGD）
SAGD其原理是：从位于油藏底部水平井稍上方的水平井（或垂直井）中注入蒸汽，蒸汽向上及侧面移动，形成一个蒸汽腔室，蒸汽在蒸汽腔室的边界处冷凝，蒸汽的热量传导到周围的储层，借助重力，蒸汽的冷凝液与加热的油流向生产井，如图2-2。
图2-2 SAGD的概念 图2-3 双水平井SAGD
水平井SAGD的井对配置可分为3种方式：第一种是双水平井，即上部水平井注气，下部水平井采油，如图2-3；
图2-4 水平井直井组合SAGD 图2-5 单井SAGD
第二种是水平井直井组合方式，上部直井注汽，下部水平井采油，如图2-4；
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