中国油砂开采主要技术理论进展

2022-04-02 17:36:00

通过10年油砂技术攻关,初步建立了总结了中国油砂成藏富集规律,提出油砂富集成矿控制因素,形成了油砂水洗分离技术,在SAGD攻关中取得了新认识。

一、油砂富集成矿控制因素

尽管油砂矿与重质油藏有许多成因上的联系及相似之处,但重质油藏的分类方法并不完全适合油砂矿的分类。在总结中国油砂矿地质特征的基础上,考虑油砂矿的成因及构造部位,把中国油砂矿的构造成因类型分为以下三种类型。

1.三种构造成因类型

(1)斜坡逸散型。

生油凹陷及深部的原油沿断裂、不整合面、输导层等通道运移至斜坡浅部或近地表砂岩或松散堆积物中,受氧化或生物降解、稠化后形成。如准噶尔盆地西北缘及松辽盆地西斜坡油砂。斜坡逸散型可进一步划分为:简单斜坡逸散型和复杂斜坡逸散型。简单斜坡逸散型常见于断层、褶皱不发育的盆地或凹陷,例如松辽西斜坡的图牧吉油砂、白城-镇贵西油砂有利区。复杂斜坡逸散型常见于断层、褶皱发育的盆地或凹陷,如准噶尔盆地西北缘油砂。

(2)次生集聚型。

受破坏的古油藏中的油运移至近地表砂岩或松散堆积物中聚集,受氧化或生物降解、稠化后形成。如西藏伦坡拉古近系—新近系次生油砂、克拉玛依油砂山沥青丘、玉门石油沟第四系次生油砂。

(3)古油藏破坏型。

由于低凸起遮挡作用,使得在盆地或凹陷的低凸起下倾一侧形成品质较好的油砂,如辽河西部油砂。盆地中央隆起带,是油气运移的长期指向,在隆起的两侧斜坡及隆起主体带上,容易形成油藏。如果中央隆起带后期抬升遭受剥蚀,则有利于形成油砂,如二连盆地包楞油砂。构造抬升使古油藏储层裸露或在近地表,受氧化或生物降解、稠化后形成,如贵州麻江古油藏沥青、塔里木盆地柯坪隆起带油砂。

2.三种油砂矿的控制作用

(1)砂体圈闭控油。物性较好的河流及冲积扇砂体成为油砂有利的储集空间。在陡坡型相模式中,成带的冲积扇、扇三角洲等沉积相及其叠置成为主要的油气聚集体,而在缓坡型相模式中,河湖相和扇三角洲相是良好的储集单元。近半个世纪的油气勘探产生了“扇控论”的观点,对指导油砂勘探起到了重要作用,三叠系—侏罗系(洪)冲积扇、扇三角洲和水下扇受到同沉积断裂活动和不整合面的控制。该区有利的沉积相带为断崖扇体、洪冲积扇体、扇三角洲体,其为油气聚集提供了良好空间,成为油砂富集的良好场所。

(2)不整合断层导油。

位于深处的原油及稠油只有运移至较浅部位才能形成油砂,因此不整合面、断裂体系、孔渗较好的输导层对形成油砂矿有重要的控制作用。多组地层之间呈不整合接触,在不整合面附近地层的孔隙度和渗透率明显增大,因而是油气运移的主要通道。深部的稠油沿盆地边缘的大型内部断裂上升到不整合面,在运移到地层中形成油砂,这些盆缘逆冲断层控制了油砂的分布。局部的小型断裂为稠油的运移提供了良好通道和局部遮挡,为油砂成矿富集形成了良好条件。

(3)降解稠化成油。

油砂沥青的黏度及密度都很大,只有经过稠化作用才能形成严格意义上的油砂,稠化作用是油砂形成过程中的一个必不可少的条件。盆地在其地质历史的演化过程中,具有相当规模的常规油气聚集是形成稠油、油砂资源的前提。足够数量的石油由非连通系统进入连通系统、遭受各种稠变因素的作用,并使之在有相当数量的原油的连通系统中聚集,最终形成重油油砂。

二、水洗分离技术

水洗法通过化学剂的作用,改变砂子表面的润湿性,实现砂与沥青分离。

1.水洗配方

水洗化学配方具有高效、无碱、污染小等特点,分离效率85%以上。明确了影响油砂水洗的主要因素:温度、药剂浓度、加热时间和水/砂体积比。并完成了4个主要影响因素的室内实验分析:随着温度的升高油砂洗油效率增加,在80℃之前几乎呈线性变化,而后随温度增加洗油效率增加缓慢,85℃时的洗油效率达到92%;洗油效率随着试剂浓度的增加而增加,当浓度为4%时,油砂洗油效率已达92%,而后随着分离药剂浓度的增加洗油效率增幅不明显;加热清洗20min后洗油效率基本上维持在90%以上,之后再加热对出油率影响很小;水和砂的体积比为2时,油砂洗油效率最好,可达到90%以上。新型配方的效果比以前配方有明显效果:药剂浓度由5%以上降低到4.5%,分离温度降低到85℃,且分离效率仍然达到85%以上。

2.水洗分离工艺

在充分吸取国内外经验的基础上,采用新的研究思路,集成创新,大循环系统工艺设计,形成的一套新型方案,具有国内领先水平。设备日处理油砂30t,每天可生产1~3t油,年处理油砂1×104t,采用蒸汽加热方式,扩展了原料预处理、污水回用、钻井液无害化、稠油降黏处理等工段。

三、SAGD

水平井SAGD是开发超稠油及油砂的一项前沿技术,其基本原理是以蒸汽作为加热介质,依靠热流体对流、热传导作用及重力作用开采稠油。

通过风城油砂矿1号矿SAGD先导试验生产实践,证明了油砂有效开发的可行性,目前已初步认识了油砂矿SAGD生产动态规律,掌握了油砂矿SAGD开发设计、生产调控技术,基本形成了钻井、采油、地面工程系统配套技术,具备了进一步开展工业化开发试验的条件。

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