提高稠油采收率的其他方法
第3章 提高稠油采收率的其他方法
3.1 蒸汽辅助重力泄油技术
当原油粘度高于100000mPa·s，油层流动阻力非常大，必须考虑要依靠其他的动力增加原油的流动性，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术就是一种开采这种高粘原油的有效前沿技术。 3.1.1 蒸汽辅助重力驱采油机理
实现注采井之间的热连通，以蒸汽为热介质，在上覆地层中形成蒸汽腔，在流体热对流及热传导作用下加热油层，依靠重力作用开采稠油。 3.1.2 蒸汽辅助重力驱采油技术工艺
从水平井上方一口或几口垂直井中注蒸汽，加热后可流动的沥青，在重力作用下流向位于其下方的水平井中，其工艺如图3-1所示。
利用SAGD技术进行稠油开采一般需要3个阶段：循环预热，降压生产和SAGD生产3个阶段。循环预热也是启动阶段，即上部直井与下部水平井同时吞吐生产，各自形成独立的蒸汽腔；随着被加热原油和冷凝水的不断采出以及吞吐轮次的增加，蒸汽腔不断扩大，直至相互联通(降压生产阶段)，之后进入SAGD生产阶段[23]。
蒸汽室扩展过程中的纵剖面 蒸汽流向外界并冷凝 受热原油向井中流动 向蒸汽室持续注入蒸汽 原油和凝析液不断涌出 图3-1 SAGD工艺
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3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术特点
(1)利用重力作为驱动原油的主要动力。
(2)利用水平井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)不适于渗透率较低和边水活跃的油藏。
(6)除了大面积的页岩夹层以外，对油藏非均质性不敏感。
SAGD尤其是用于开采原油粘度很高的超稠油或特超稠油油藏，这种油藏在初始条件下根本没有产能，吸汽能力很差，即使利用水平井进行蒸汽吞吐或蒸汽驱也很难获得较好的开采效果，而SAGD能经济有效的开采这类油藏[24]。
3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术存在问题及解决办法
对于目前正在辽河油田进行现场试验的SAGD项目而言，由于目前油藏压力水平低，要注意在水平井钻井完井中应采用低密度或泡沫泥浆，负压钻井，避免油层伤害，否则，将由于油层伤害而造成水平井产能低，排液困难，蒸汽腔发育受影响，进而导致低效开采或者是试验失败。
此外，还应注意严格控制水平井轨迹，水平段钻得越水平越有利于生产控制。所以在钻井控制时，应尽可能减少水平段轨迹的上下位移，在可能的情况下，应将水平段轨迹的上下位移控制在l.0～2.0m以内。
原因是在重力辅助泄油阶段，为防止蒸汽腔的蒸汽进入到生产井，在生产井的上面一定要维持一定高度的液面。但液面又不能过高，否则就会影响采注比和重力泄油的有效高度。重力泄油过程中，水平生产井以上的液面一般应保持在3.0～5.0m左右。这个液面是以水平筛管段的最高点来确定的，但若水平段的上下起伏比较大的话，为防止汽窜，要在筛管段的最高点处保持3.0～5.0m的液面，这样将导致水平段低点处大量积液，从而影响生产效果[25]。
3.2 蒸汽萃取技术
3.2.1 基本概念
萃取：利用不同物质在选定溶剂中溶解度的不同以分离混合物中各组分
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的方法。用溶剂分离液体混合物中的组分称液液萃取，又称溶剂萃取。
萃取剂：萃取所用的溶剂，要求对液体或固体混合物中的组分具有选择性的溶解能力。
蒸汽萃取是在油藏条件下，利用液态溶剂或超临界流体对原油中油组分有较大的溶解度，而对胶质、沥青质几乎不溶的特性，在油藏中发生萃取过程，是原油分为被抽提油液相和重质油沉积相与重力作用和密度的差异，使一部分油被采出。 3.2.2 蒸汽萃取采油机理
蒸汽萃取开采稠油技术机理是：将气化的萃取剂注入稠油油藏中，在合适的温度和压力条件下，它能溶解到原油中，在原油中扩散，稀释原油，降低原油粘度，促进原油流动，从而提高稠油采收率[26]。 3.2.3 蒸汽萃取采油技术工艺
注入井在生产井之上，所注入的溶剂降低了地层中原油的粘度，于是在重力作用下，稀释的原油获得流动能力，流入下部的水平生产井，被泵送至地面。而在注入井周围被稀释的原油排出后，周围孔隙空间内充满了烃类溶剂蒸汽，形成了汽腔，随着生产的继续，越来越多的原油被采出，汽腔会慢慢向上扩展[27]。
3.2.4 蒸汽萃取技术特点
(1)蒸汽萃取技术(VAPEX)是一项可以对热力采油技术加以补充，甚至是全面代替的新工艺。由于该工艺属于非热力采油技术，可以极大的节约资源，同时省去了水处理环节，节约水资源，避免了环境污染。
(2)该技术对薄层、有底水或含水饱和度高、有垂直裂缝、孔隙度低和导热性差的稠油油藏有独特的优势，可大大提高油藏的采收率。
(3)该技术在采油过程中使用的萃取溶剂，可以循环利用，并可以在开采终止阶段基本全部回收，节约了开采成本。
(4)由于在油藏中发生脱沥青，这将大大改善采出油的品质，使其粘度和重金属的含量大幅度降低，这为采出油的地面集输及炼制提供了便利。
(5)该工艺过程中沉积的沥青质是否堵塞油藏，影响原油的流动是一个令人担忧的问题，但是Das及Butler所作的赫尔～肖氏试验给出了沥青的沉
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淀不会影响原油在油藏中流动的结论。实验证明：丙烷气溶解在界面处的沥青中，并通过界面扩散，当丙烷浓度超过一定值时，沥青开始沉淀，脱沥青的稀释油向下泄出，当界面扩散时，丙烷气跑到沉积层后面，并与新沥青相接处。该过程就这样继续下去。因此脱沥青作用不会阻止原油从油层中流出，相反，由于降低了粘度，提高了流速，产量可提高30%～50%。
(6)该技术可以灵活地采用多种注采系统加以应用，如单水平井吞吐，成对水平井注采，单直井、多直井注采，直井与水平井注采等。这为现存的开采效果不佳的水平井及直井提供了转换开采方式，同时也最大限度地节约了钻井的费用。
同时VAPEX技术也存在着一些问题，比如容积的压缩、损失问题，油藏的非均质性不利影响严重，油井和设备的设计未经验证[28]。
3.3 注氮气与蒸汽提高稠油采收率
国内外采用高温泡沫剂调整吸汽剖面，注入溶剂对特稠油进行溶解降粘，注入天然气、空气、二氧化碳、烟道气等补充地层能量，改善稠油油藏开采效果。由于一些地区属于普通稠油，天然气、二氧化碳和烟道气来源受限，为此进行了注氮气与蒸汽吞吐提高稠油采收率研究，优化了注入工艺和参数，取得了较好的矿场试验效果。 3.3.1 注氮气与蒸汽提高稠油采收率机理 (1)隔热作用
采用光隔热管或者光油管，在从管内注入蒸汽的同时，从油套管环形空间连续式或段塞式注入氮气，氮气的导热系数为0.00205KJ／m·h℃，起到隔热作用，降低井筒中热量损失。
(2)补充地层能量
氮气不溶于水，较少溶于油，且具有良好的膨胀性，可节省注汽量，弹性能量大，可局部提高地层压力，有利于保持地层能量。
(3)助排解堵作用
氮气有良好的膨胀性，放喷时压力降低，氮气迅速膨胀，具有气举、助排和解堵作用。
(4)提高波及体积
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氮气渗透性能好且膨胀系数大，注入的蒸汽可进入非凝结性氮气通道，扩大蒸汽加热半径，增加蒸汽扫驱范围[29]。
3.4 稠油出砂冷采
3.4.1 稠油出砂冷采的含义
稠油出砂冷采技术属于一次采油范畴，它是通过诱导油层出砂和泡沫油的形成，大幅度地的提高油层孔隙度和渗透率，极大地增加稠油流动能力来开采稠油油藏[30]。
由于该技术对油层厚度、原油粘度以及油层压力没有明显限制，只要油层胶结疏松容易出砂，地层原油中含有一定的溶解气，就可以进行出砂冷采，因此，对不同类型稠油油藏具有较广泛的适应性，是开采稠油(特别是低品位稠油)的有效方法。 3.4.2 出砂冷采机理分析
(1)大量出砂形成蚯蚓洞网络
稠油油藏埋藏浅，油层胶结疏松，而原油粘度高，携砂能力强，使砂粒随原油一道产出。随着大量砂粒的产出，油层中产生“蚯蚓洞”网络(蚯蚓洞的形成主要靠砂粒间结合力强弱的差异实现，而蚯蚓洞的维持与稳定，则靠砂粒间的结合力强弱、溶解气、岩石骨架膨胀来实现)，使油层孔隙和渗透率大幅度提高，孔隙度可以从30%提高到50%以上；渗透率从2μ㎡左右提高到数十μ㎡，极大地提高了稠油的流动能力。
(2)稳定泡沫油流动
稠油埋藏浅、地层压力低、地饱压差小，在原油向井筒流动的过程中，随压力降低，油中溶解的天然气大量脱出，形成泡沫流动且气泡不断发生膨胀，从而为稠油的流动提供了驱动能量使之大量产出。泡沫油的存在使高粘度稠油携砂变得更容易。
(3)上覆地层压实驱动
由于油井产出大量砂子，油层本身的强度降低，在上覆地层负荷的作用下，油层将发生一定强度的压实作用，使孔隙压力升高，驱动能量增加。Lindbergh油田稠油出砂冷采过程中，观察到位于生产层内的薄煤层发生了一定程度的下沉，说明上覆岩层的挤压作用确实存在。尽管有人对此进行了
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