稠油热采技术李 明 川 中国石油大学（华东）石油工程学院浅层稠油注蒸汽热采技术以克拉玛依油田稠油热采为背景，概括介绍我国在稠 油注蒸汽热采方面取得的技术成果及经验前言一、稠油的定义二、稠油的特性三、稠油注蒸汽热采发展历程四、稠油注蒸汽热采方法五、稠油热采配套技术六、SAGD配套技术七、采油工艺配套技术世界上稠油资源极其丰富，其地质储量远世界上稠油资源极其丰富，其地质储量远超过超过 常规原油的储量据美国能源部估计，全世界稠油常规原油的储量据美国能源部估计，全世界稠油 的潜在储量是已探明常规原油地质储量（的潜在储量是已探明常规原油地质储量（42004200亿吨亿吨 ）的）的6 6倍（倍（1550015500亿吨亿吨），），这些将成为21世纪石油的 重要来源稠油分布十分广泛，主要集中在稠油分布十分广泛，主要集中在美国、加拿大美国、加拿大 、委内瑞拉和前苏联、委内瑞拉和前苏联，，我国稠油的储量在世界上居 第七位前 言前苏联加拿大印尼中国美国委内 瑞拉我国稠油的已发现有我国稠油的已发现有9 9个大中型个大中型含油盆地和数量众多的稠含油盆地和数量众多的稠油油藏区块油油藏区块 我国的稠油主要分布在我国的稠油主要分布在松辽盆地（辽河）松辽盆地（辽河）、、渤海渤海 湾（胜利）湾（胜利）、、准葛尔（新疆）准葛尔（新疆） 、、南襄（河南）南襄（河南）、、二连（内蒙）二连（内蒙） 等大中型油气盆地，全国稠油储量在等大中型油气盆地，全国稠油储量在8080亿吨以上。
亿吨以上新疆油田辽河油田河南油田胜利油田稠油（稠油（Viscous oilViscous oil）：）：在油层条件下，粘度大于在油层条件下，粘度大于5050MPa.s或脱气粘度大于100MPa.s的原油重油（重油（ Heavy oilHeavy oil）：）：是指原始油藏温度下，是指原始油藏温度下， 脱气油粘度脱气油粘度 为为100100～～10000 10000 MPa.s或在或在15.6℃ 15.6℃ 及大气压条件下密度为及大气压条件下密度为0.9340.934～～ 1.0g/cm1.0g/cm3 3(20(20～～100API)100API)稠油是指粘度很大的原油，重油是指密度很高的原油一般情况 下，粘度和密度成正比关系，即粘度越大密度越大，稠油亦称重质 原油或高粘度原油(heavy oil)一、稠油的定义§1 §1 稠油（或重油）的概念稠油（或重油）的概念国际稠油和沥青砂标准：国际稠油和沥青砂标准：沥青砂（沥青砂（ Tar sandTar sand）：）：是指在原始油藏温度下脱气原油为大是指在原始油藏温度下脱气原油为大 于于10000MPa.s10000MPa.s或在或在15.6℃15.6℃及大气压条件下密度为大于及大气压条件下密度为大于1.0g/cm1.0g/cm3 3。
1001001000010000 粘度粘度 常规原油常规原油稠油稠油沥青砂沥青砂世界主要重油生产国重油及沥青砂资源量世界主要重油生产国重油及沥青砂资源量二、稠油的特性1 稠油的组成稠油是一种复杂的、多组分的有机混合物，主要由烷烃、芳烃、胶质和沥青组成稠油中一般含硫、氧、氮等杂质，有的还含有一些稀有金属，如镍（Ni）和钒（V），这对炼制提出特殊要求稠油中石蜡含量一般较低，我国多数稠油含蜡仅5％(克拉玛依稠油一般2%），一般不超过10％，故凝固点也较低但也有“双高原油”，即沥青、胶质含量高，石蜡含量也高，表征为高粘度、高凝点原油二、稠油的特性稠油的主要特点是胶质、沥青质含量高， 一般在25％～50％随着胶质、沥青含量增高，稠油的密度、粘度也增高高粘度、高密度是稠油最主要特点稠油轻质馏分低，一般 约10％，这又是其突出特点二、稠油的特性• 粘温特性稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度的上升粘度急剧下降用国际上ASTM标准（美国材料试验学会）作粘度－温度图，不论哪个油田粘温曲线均呈斜直浅，且其斜率几乎一样，这是稠油对温度敏感的一致性规律二、稠油的特性3 稠油分类标 准稠油分类主要指标辅助指标开采方式名称类别粘度，mPa·s相对密度(20℃),g/cm3普通稠油Ⅰ50＊(或100)～10000＞0.9200亚 类Ⅰ-150 ＊ ～150 ＊＞0.9200可以先注水Ⅰ-2150 ＊ ～10000＞0.9200热 采特稠油10000～50000＞0.9500热 采超稠油 (天然沥青)＞ 50000＞0.9800热 采中国稠油分类标准＊指油藏温度条件下粘度，无＊是指油层温度下脱气油粘度二、稠油的特性目前对稠油开采一般均采用热采方式，热力采油之所以能居于EOR中的特殊地位，是由于它具有以下优点：（1）使用的工作介质是到处都可以取得的水和空气。
应用范围不受制备大试剂技术条件的限制2）在各种不同的油田地质埋藏条件下，热采方法通常都可得到较高的原油采收率3）热采与其它EOR方法比较，经济效益最优4）常规的热采方法（注蒸汽和火烧油层）是以消耗部分能源（燃料油和电）为代价，各种各样的节能技术，如热电联 供，原煤的地下煤气化，劣质煤的流化床燃烧技术等相继运用 于热采工艺，能降低热采成本，使之更具吸引力世界各国稠油热采年产量世界各国稠油热采年产量三、热力采油发展历史19601960年年委内瑞拉委内瑞拉MeneMene CrandeCrande油田在进行蒸汽驱先油田在进行蒸汽驱先导试验过程中，当试图释放地层压力把一口注汽井打导试验过程中，当试图释放地层压力把一口注汽井打开时，意外地获得了开时，意外地获得了15.9-31.8m3/d15.9-31.8m3/d的产油量，这就是的产油量，这就是第一口蒸汽吞吐井第一口蒸汽吞吐井国 外据文献调研，早在据文献调研，早在19311931年，在美国年，在美国德克斯加洲德克斯加洲油田注油田注 蒸汽，揭开了热了采油的历史，但真正工业化应用是在蒸汽，揭开了热了采油的历史，但真正工业化应用是在 19601960年以后年以后才大规模发展起来，才大规模发展起来，70-80以后开始实施蒸汽 吞吐转蒸汽驱。
加拿大、美国和中国加拿大、美国和中国的注蒸汽采油技术和装备最为的注蒸汽采油技术和装备最为 先进罗马尼亚罗马尼亚的火烧油层规模最大，技术最为先进的火烧油层规模最大，技术最为先进三、热力采油发展历史早在1958年，我国新疆准噶尔盆地西北缘断阶发现了乌尔禾－夏子街浅层稠油，打开48口，发现两套浅层稠油层系，分布面积多达几十平方公里在克拉玛依黑油山可以看到浅层稠油露头油砂，其原油粘度较高，用常规方法难以开采国 内1958年发现稠油（新疆）三、热力采油发展历史国 内1964年11月在大庆一区进行了第一口井注蒸汽采油试验，试验过程中因套管伸长技术问题而中止 1964年大庆一区 第一口蒸汽第一口蒸汽 吞吐井吞吐井1965年1971年克拉玛依的黑油山浅层进 行了注蒸汽采油试验 试验试验三、热力采油发展历史国 内1965年开始在克拉玛依的黑油山浅层进行了蒸汽 吞吐采油试验自1965年下半年到1971年在黑油山8024井组进行了蒸汽驱试验，历时1年零5个月，累计 油汽比为0.115，原油采收率高达68％，产量高峰期油 汽比达0.148取得了对蒸汽驱采油最初认识后来又在其它浅层油井相继进行了蒸汽吞吐开采试验。
三、热力采油发展历史1958年在准噶 尔盆地西北缘发现2个浅层稠油层，打井48口、由于油稠未能投入 开发 1960年开展注蒸汽开采稠油室内模拟试验 1965年在黑油山埋深115～120m油藏进行吞吐试验,产出油119.6t 1967年继续在黑油山进行汽驱试验，产出油911t 1976年在六东2区埋深480m油藏进行中间性矿场试验，产出油26.2×104t 1983年在风城2个特、超稠油区块开展单井吞吐试验 1983年11月在九区单井吞吐获工业油流 1986年稠油开采从科研走上生产，成立重油开发公司 1980至1985“六五”期间，吞吐工艺技术攻关； 1986至1990“七五”期间，汽驱工艺技术攻关； 1991至1995“八五”期间，水平井开采特、超稠油工艺技术攻关； 1996至2000“九五”期间，完善、提高汽驱及水平井开采工艺技术克拉玛依油田热力采油历程三、热力采油发展历史到到20082008年年探明探明地质储量地质储量1414亿多吨亿多吨, ,其中其中稠油稠油5 5亿多吨，这其中普稠、特稠、超稠约亿多吨，这其中普稠、特稠、超稠约各占各占1/31/3到20082008年底已有油井年底已有油井1700017000余口余口，稠油年生产能力，稠油年生产能力400 ×10400 ×104 4t t左右，左右，克拉玛依油田热力采油历程三、热力采油发展历史稠油井吞吐、汽驱产油量对比表克拉玛依油田热力采油历程四、稠油热力开采方法1 稠油热采开发程序四、稠油热力开采方法稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、丛式定向井和水平井以及与稠油热采配套的其它工艺技术等。
2 蒸汽吞吐1） 概念蒸汽吞吐通常的过程是：向该井注入一定数量的蒸汽， 停注后关井数天使蒸汽凝结，浸泡油层使热量扩散，然后 开井生产待产量减至一定限度时，再重复上述过程，因 此它又被称为循环注蒸汽、蒸汽浸泡或蒸汽激励注蒸汽阶段焖井阶段开井回采阶段蒸 汽 带蒸汽凝 结带加 热 带冷 原 油冷 原 油加 热 带蒸汽凝 结带蒸 汽 带流动原油及蒸 汽凝结水加 热 带冷 原 油四、稠油热力开采方法对稠油油井注进高温高压湿饱和蒸汽，将油层中一定范围内的原油加对稠油油井注进高温高压湿饱和蒸汽，将油层中一定范围内的原油加热降粘后，回采出来，即热降粘后，回采出来，即吞进蒸汽，吐出原油吞进蒸汽，吐出原油分三个阶段：分三个阶段：四、稠油热力开采方法ü注汽时，地层分 为三个带：蒸汽 带、热水带和冷 油带 ü非稳定渗流：包 括流体渗流、传 热等过程1） 概念四、稠油热力开采方法2 蒸汽吞吐蒸汽吞吐是先将高温高压湿蒸汽注入油层，对 油井周围油层加热降粘，焖井换热后开井采油一般蒸汽吞吐周期可达一般蒸汽吞吐周期可达6 6－－1010次每个周期的采油期由几个月到一年次每个周期的采油期由几个月到一年左右，每个周期内的产量变化左右，每个周期内的产量变化幅度较大幅度较大，有初期的峰值期，有递减期，周，有初期的峰值期，有递减期，周 期产量呈期产量呈指数递减规律指数递减规律。
峰值期是主要产油期，因为是逐周期消耗油层能峰值期是主要产油期，因为是逐周期消耗油层能 量，油井及整个油藏的产油量量，油井及整个油藏的产油量必然逐次递减必然逐次递减，这是主要的生产规律这是主要的生产规律369121518212427303335305010峰值产量第三周期第一周期第二周期月日产油量 t常规采油注蒸汽注蒸汽注蒸汽蒸汽吞吐周期生产动态示意图四、稠油热力开采方法四、稠油热力开采方法2)开发特征一般而言，蒸汽吞吐可划分为3个小阶段:ü 吞吐生产初期(l一3周期)，此时产液量增加，地下 亏空增加，地层压力降低，综合含水低于30%;ü 吞吐生产中期(4一5周期)，此时产液量达最大，地 下亏空最大，综合含水30%~60%，地层压力最低， 处于吞吐到汽驱转换方式的最佳时机;四、稠油热力开采方法2)开发特征ü 吞吐生产末期(6一8周期)，此时产液量减少，地下存水增加，地层亏空减少，甚至不亏空，地层压力由最低开始回升，此时单井日产很低，综合含水大幅度上升，最高可达80%以上，部分井由于汽窜甚 至可能100%含水一般而言，由于蒸汽吞吐阶段加热的油藏体积有 限，波及系数不高，其采收率不会高于30%。
四、稠油热力开采方法3)注蒸汽热采增产机理提高稠油提高稠油 采收率采收率1、加热降粘2、高温油水流 度比减小， 油相渗透率提高3、流体受热膨胀 弹性能量增加4、岩石骨架 受热膨胀 压缩孔隙5稠油高温裂解 蒸馏、稀释及 混相驱作用6、乳化作用 提高波及体积7、蒸汽辅助。