加热让地下稠油“融出来”

2025-10-10 19:15:00

街边蒙蒙的灯下摆着几张小桌,烧烤摊上不时传来浓浓的香味。三三两两的年轻人凑在一起,啤酒就着烤串,兴致勃勃地谈天说地。烧烤炉上的肉串不时滴下几滴油脂,落在烧红的炭上,腾起缕缕火苗。时光定格在油脂滴下的瞬间,透过袅袅的青烟,弱小的火苗显得遥远而神秘。

关于火的传说都很神奇,如果有人说用火或火的热量可以开采石油,是不是又为火增加了一份神奇呢?

用火开采石油的确需要一点与众不同的想象力。石油科研人员通过努力,发明了稠油热采的系列技术。主要有:蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力驱油(SAGD)、火烧油层(空气火驱)等技术。

事实上,最早的热采方法是1865年佩里(Perry)和沃纳(Warner)提出的井下加热器法。直到1920年,沃尔科特(Wolcott)和霍华德(Howard)才提出将空气注入油层的点火方案,在火烧油层的方案中,通过烧掉一部分油来产生热量和驱动力,把另一部分油降黏并驱替出来。最早的火烧油层试验是1934年苏联开展的。美国的火烧油层则始于1942年。

火烧油层也称层内燃烧或火驱。注入的空气在燃烧前沿将遇到的可燃物烧掉,生成的CO2CO与残留的N2组成烟道气。燃烧产生大量热,这些热量使邻近石油降黏、裂解并使轻质组分气化,也使地层水汽化。在热效应、汽化物及烟道气的共同作用下,燃烧前沿前面的大部分油被驱动流向生产井并从井口产出。火烧油层大致可分干式火烧和湿式火烧,只注入空气的称干式火烧,注入空气中加入一定量水的称为湿式火烧(一般是每标准立方米空气加25千克水)。

湿式火烧是干式火烧的升级版。由于同时加入了水,可以有效利用已燃区的大量余热,使它变成驱油的蒸汽,因此得到同等产油量所需的空气比干式火烧少得多。一般说来,湿式火烧的空气需要量仅为干式火烧的1/31/2。而且大量蒸汽的生成使湿式火烧的蒸汽带比干式火烧的长得多,蒸汽带的温度为饱和蒸汽温度,湿式火烧前沿前面的高温区要比干式火烧长得多,因而湿式火烧驱油阻力小,产量反应快,采油速度高。另外,大量水的存在降低了高速气流造成的砂蚀,冲淡了燃烧产生的酸性,降低了腐蚀性,同时也降低了油井的温度。湿式火烧的这些优点使人们可以适当简化火驱的设备配置,更多地利用老井,降低开采成本。

火烧油层和地下加热器都不那么容易控制,同时,火烧油层是终极开发方式,烧完以后,地下就再也无法开采石油资源了。更简单、更保守的热采方法是利用蒸汽提供热量。以蒸汽为热流体直接对油层中的油进行驱替开采的技术称为蒸汽驱。最早用蒸汽驱的是19311932年得克萨斯州威尔森和斯旺两个油矿,而蒸汽驱大规模应用已是1950年左右。

在蒸汽驱开采过程中,按一定的注采井网,通过注入井将蒸汽注入油藏,由注入井注入蒸汽,在加热油层的同时,不断把油层中的地层流体驱向生产井。各条带在后续蒸汽的持续推动下向生产井移动,最终将石油从储层带到生产井并开采出来。与火驱类似,各条带中分布的流体不同,相应的驱替机理也有所区别。

蒸汽吞吐是委内瑞拉壳牌石油公司于1959年在梅内大(MeneGrande)油田进行蒸汽驱试验的事故中意外发现的。在油田汽驱的注汽过程中,因注入井周围喷出油、水和蒸汽而停止注汽。令人惊奇的是,虽然这些井在注汽前从没有出过油,但这时却产出了少量蒸汽和大量油(100200/天),因而发现了蒸汽吞吐采油法。蒸汽吞吐采油法也称循环注蒸汽采油法。它是将一定量的蒸汽注入一口油井中,然后关井几天(焖井),再开井生产,待

油井产量降到一定程度(一般是经济极限产量),再进行下一轮的注汽—焖井—采油。这样反复进行,直到转入其他开发方式或经济极限。由于蒸汽吞吐法投资少、工艺简单、见效快,所以很快被大规模应用,特别是20世纪70年代,它几乎成为热力采油的主要方法。但由于受机理的限制,开发效果有限(采收率一般只有15%20%)。因此,到了20世纪80年代以后,国外把投入蒸汽吞吐开采的油藏大都转为蒸汽驱开发,而新投入注蒸汽开发的油藏,只把蒸汽吞吐作为前期阶段或重要的增产措施,而不再把它作为主要开发方式了。

与火驱和蒸汽驱相比,SAGD(蒸汽辅助重力泄油)工艺特征更像上下颠倒过来的街边烧烤把地下难于开采的稠油“融出来”。其具体做法是在油藏底部打一口水平井,再在它的正上方打一口与其平行的水平井或沿其延伸方向打数口垂直井,构成注采井组。向上方的水平井或直井注汽,使难于开采的重质石油受热后变稀,并在重力作用下流入下方的水平井,便可以从下方的水平井采出重质石油。SAGD是人们为了开发那些由于黏度过高(一般在10×104毫帕·秒以上)无法进行常规蒸汽驱开发的超稠油(沥青砂)而设计的一种开采方法。SAGD方法在各种现场试验中的开发效果令人相当满意,将成为开采块状超稠油油藏的高效方法。

SAGD法能有效地开采原始油藏条件下没有流动能力的超稠油,具有产能高、井间干扰少、地层出砂量少等优点。但它只适用于垂向渗透率高且无连续夹层的油藏。对普通稠油,虽然SAGD方法也可以取得好的开发效果,但不如常规蒸汽驱的经济效益好。由于SAGD需要注入高干度蒸汽,而且生产井的产液量大,因此一般只能用于深度小于800米的油藏。

火烧油层、蒸汽驱以及SAGD统称为热力采油,自热力采油方法从20世纪60年代大规模应用以来,一直在强化采油中占有重要地位。热力采油潜力很大,随着常规采油产量的减少,热力采油的潜在能力将越来越大。这是因为世界上蕴藏着巨大的重油和沥青资源,20世纪末已探明储量大约为15000亿吨,约为已探明轻质石油储量的三倍多。这些储量基本都需要热力采油方法来开采。另外,许多老油田仍有60%70%的储量留于油藏中,其中有很大比例需要热力采油来进一步开采。

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