1、1热采工艺中向注汽井中注入高温高压蒸汽摘 要：自 1970 年以来，中国石油一直致力于稠油、超稠油的开采技术研究与实践，成功开采出黏度高达数十万厘泊的世界级稠油。拥有一大批优秀的稠油热力开采专业技术人才，配套的稠油热采工具与设备，专业化服务队伍，可提供与稠油热采相关的各项技术服务。稠油热采技术成功应用于中国的辽河、胜利、河南、新疆、大港和吉林等稠油区，以及苏丹、哈萨克斯坦、委内瑞拉等国家的稠油区。 关键词：稠油 蒸汽 注汽 一、引言 注汽工艺技术的核心是井筒注汽隔热管柱技术。隔热管柱的作用是减少在注汽过程中热量在井筒内的损失。中国石油自主研发了由真空隔热管、伸缩管和热敏封隔器组成的注汽隔热管柱
2、。其中真空隔热管的视导热系数可达到 0.007W/（m） ，热敏封隔器有效率达 98.4%，解封成功率为 100%。中国石油的井筒注汽隔热管柱是世界上最有效的隔热管柱之一。 我国自 1982 年开始采用循环注蒸汽（蒸汽吞吐）开采稠油试验以来，经过多年的技术攻关，稠油注蒸汽技术己基本配套，先后在克拉玛依油田六、九区，辽河油田高升、曙光、欢喜岭稠油区，胜利油田单家寺以及河南井楼等油田进行了蒸汽吞吐工业化生产。根据国内外大量现场试验，蒸汽吞吐方法一般没有技术和经济上的风险性，增产效果好，而且2适用油藏地质条件的范围比较大。根据对准噶尔盆地西北缘稠油蒸汽吞吐筛选标准的研究表明，地层条件下脱气原油粘度小
3、于 20000 rnPas，油层纯厚度大于 5m，砂岩系数大于 0.5，孔隙度大于 25%，含油饱和度大于 50%的稠油油藏，无论在技术上和经济上均可获得成功，油汽比一般可大于 0.5；10000mPas 以内的普通稠油正常情况下，油汽比可大于1.0。 二、蒸汽吞吐工艺 蒸汽吞吐（Puff and Haff）是单井作业，每口井既是注汽井又是生产井。它有时又称油井激励处理（Steam Stimulation） 、循环注蒸汽（Cyclic Steam Injection） 、周期注蒸汽、蒸汽浸泡等。蒸汽吞吐这一工艺技术的每一循环包括三个步骤：注汽阶段（吞蒸汽） ；关井（焖井）阶段；采油阶段（先自喷
4、，后下泵转抽，当抽油生产达经济极限后开始下一循环。 ） 注汽阶段是油层吞入蒸汽的过程。根据设计要求的施工参数（注入压力、注汽速度、蒸汽干度、周期注气量） ，把高温高压饱和蒸汽注入油层。注入蒸汽优先进入高渗透带，而且由于蒸汽与油藏流体的密度差，蒸汽占据油层的上部。油层内的温度分布并不均匀，靠近井眼处的地层及油层的上部温度相对较高，随着注汽过程的进行，被蒸汽加热的区域越来越大。当注入蒸汽量达到设计的周期蒸汽注入量时，油层平均温度达到最高。蒸汽吞吐通常的过程是：在几周（24 周）内每天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
5、述过程，因此它又被3称为循环注蒸汽、蒸汽浸泡或蒸汽激励。蒸汽吞吐提高产量的可能因素有：注入蒸汽的热量提高了油层温度，因降粘增加原油流动性；油层流体热膨胀；溶解气体压缩；减少残余油饱和度；井筒和近井地带清洗解堵效应。 由原油增产的第一个因素（降粘）可知，该工艺特别适用于对温度很敏感的高粘原油。从其它因素可以预计，它对轻质原油业有增产效果。三、蒸汽驱 蒸汽驱是指从注汽井持续注汽而从相邻生产井持续产油的过程。Steamdriver 和 Steamflood 都是指的蒸汽驱。对于蒸汽驱过程中的每一个区带，其驱替机理都不同，因此，由注入井到生产井，形成了一个含油饱和度和温度不同的剖面。 蒸汽驱过程中的含
6、油饱和度主要取决于它的热力学性质，蒸汽带中的残余油因经受的温度最高而降至最低的饱和度；凝结带中，由于蒸汽带前缘形成的溶剂油带的抽提作用以及蒸汽带的温度也较高，因此，其残余油饱和度远远低于冷水驱。蒸汽带和凝结带的不断推进，推动可动原油前进，因而形成了前面原油饱和度高于原始值的油带及冷水带，此处的驱油方式和水驱相同，在油层原始区，温度和含油饱和度仍是最初状态。蒸汽驱机理有降粘作用、蒸汽的蒸馏作用、热膨胀作用、重力分离作用、相对渗透率及毛管压力的变化、溶解气驱作用、油相混相驱动、以及乳状液驱替作用。这些机理的作用程度主要取决于原油及油层的特性。 4向地层中注入热的蒸汽，油层温度升高，原油粘度下降，大
7、大地改善了稠油流动能力，这是蒸汽驱开采稠油的主要机理。高粘度的重质原油在孔隙介质中流动困难，主要原因就是粘度过高，粘滞力即渗流阻力过大，在油层的原始温度下，高粘度原油具有不同于达西渗流的流变特性，甚至于根本流不动，只有在油层压力与井底压力的压力差大于一定的压力（启动压力）时，高粘度原油的流动才符合径向流动或才开始流动。在蒸汽驱过程中，油层的温度升高，原油粘度大幅度下降，启动压力减小甚至消失。 地层中的油、水、岩石在注入的热蒸汽作用下，温度升高，体积膨胀。其中，油水的体积膨胀系数分别为 110-3 和 310-4，相对而言，岩石的体积膨胀系数非常小，相对于油水体积随温度的变化，岩石的体积随温度变
8、化可忽略不计。油水体积的膨胀驱动流体流向生产井，而油相的体积膨胀较水相的体积膨胀明显得多，因此，大大降低了残余油饱和度。当温度增加 150，原油体积将增加 15%，残余油饱和度将减少10%30%，从而提高了原油的采收率。轻质油的热膨胀系数较稠油大，因此，热膨胀作用对轻质原油油藏的蒸汽驱替开采更具优越性。 四、结语 蒸汽吞吐几乎对各种类型的稠油油藏都有增产效果，只是增产程度不同，且由于每周期注汽量有限，一般油汽比较高，因此蒸汽吞吐经济上一般没有风险，或风险较小。但是由于蒸汽吞吐加热带有限，采收率也就受到了限制，尤其对驱油能量低的稠油油藏更是如此。因此对采用注蒸汽开发的稠油油藏，一般在蒸汽吞吐之后都应该进行蒸汽驱油。尽5管汽驱阶段耗汽量明显增大，但由于驱油效率高，采收率也就可以得到明显提高，因此蒸汽驱也是常被人们所采用的一种稠油开采方法。但蒸汽驱采油机理不同于蒸汽吞吐和注水开发，油藏地质条件，如油层厚度、纯厚与总厚之比、原油粘度、起始原油饱和度、孔隙度、渗透率等参数对开发效果有决定性影响。对这些参数都有比较严格的选择，对油藏工程也应有更多、更高的要求。
