稠油热/化学驱油技术现状及发展趋势李锦超 王磊 丁保东 王静 张贵才 （中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛，266555） 摘要：目前开采稠油的主要方法为蒸汽驱和蒸汽吞吐，但在蒸汽开采过程中， 存在蒸汽超覆和气窜问题，从而减小了蒸汽波及体积；同时，受岩石-原油-水体 系界面特性的影响，在蒸汽波及区域内有很大一部分稠油不能被剥离下来，即洗油效率低。为解决上述问题发展了热/化学驱油技术。本文主要对稠油热/化学驱的最新研究成果进行了阐述。热/化学驱技术的主要作用机理为扩大热采波及体积、提高热采洗油效率以及降低原油粘度，主要包括热/碱复合驱、热/表面活性剂复合驱、热/聚合物复合驱及稠油井下改质技术。本文详细论述了每种开采技术的机理和特点，认为热/有机碱/表面活性剂复合驱与稠油井下改质技术是稠油开采的主要发展趋势。 关键词：稠油；热/化学驱；波及体积；洗油效率；发展趋势 Research Progress of Heavy Oil Thermal/chemical Flooding Li Jinchao , Wang Lei, Ding Baodong, Wang Jing , Zhang Guicai (School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Qingdao) Abstract: Steam flooding and steam stimulation are two principal techniques adopted in heavy oil production, however, steam overriding and channelling result in the decrease of the sweep efficiency; meanwhile, a large portion of heavy oil cant be effectively removed due to the unfavorable interfacial properties of the rock/oil/water system. In this background, thermal/chemical flooding was developed, aiming at enlarging swept volume, improving displacement efficiency and reducing the viscosity of the heavy oil. This paper mainly discusses the cutting-edge research progress on thermal/chemical flooding of heavy oil, which primarily includes thermal/alkali flooding, thermal/surfactant flooding, thermal/polymer flooding and the technology of downhole upgrading. By illustrating the mechanisms and characteristics of each technology, thermal/organic alkali/surfactant flooding and downhole upgrading are considered to be two promising methods in future heavy oil production. Keywords: heavy oil; thermal/chemical flooding; sweep efficiency; oil displacement efficiency; research progress 前言稠油在世界油气资源中占有较大的比例。据统计，世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为 1000108t。稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联、中国等。我国稠油主要分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田1。目前开采稠油主要方法为蒸汽驱和蒸汽吞吐。在蒸汽开采方法中，由于稠油与蒸汽密度和粘度的差异，常常导致蒸汽重力超覆和指进，导致蒸汽开采体积波及系数的降低。另一方面，即使在蒸汽所波及的区域，由于受岩石-原油-水体系界面特性的影响，有很大一部分稠油不能从岩石表面剥离下来，降低了原油的最终采收率2。为解决上述问题发展了热/化学驱油技术，本技术按应用于油田不同开发时期可以分为两种：改善原有技术，在稠油开采初始阶段直接应用；另外就是在其他技术应用之后为提高稠油采收率而进行的接替技术。 1 提高热采波及体积的热/化学方法 1.1 热/聚合物复合驱技术 热/聚合物开采技术是发展较晚的一种技术，应用于热力驱后的稠油油藏。由于蒸汽吞吐和蒸汽驱后还有大量的稠油不能被采出，为提高稠油采收率而发展了此项稠油开采接替技术。其开采机理是利用聚合物的大分子量来对地层进行吸汽剖面调整，堵塞大孔道，改善注汽效果，提高采收率。 为降低稠油开采成本，1992 年，Cook 等人3研制出一种价格低廉的耐高温的聚合物-表面活性剂体系，在 Midway Sunset 油田共 10 口井进行了试验，有效改善了蒸汽窜流和超覆，降低了开采成本，提高了采收率。 1994 年，俄罗斯 Mishkinskoye 油田部分井进行了热聚合物驱矿场试验，历经 7 年，增产原油 700000 吨，与聚合物驱相比，成本降低 1.6 倍4。 国内学者崔传智等5在 1997 年首次对热/聚合物技术进行了数学模拟，经算例验证，对热驱后的油藏进行热/聚合物驱是可行的，能够取得较好效果。2008 年，辽河油田6利用高温化学驱油剂（由尿素，聚合物，催化剂，表面活性剂组成）在蒸汽吞吐阶段具有很好的提高采收率效果，其中聚合物具有稳定泡沫体系， 增加调剖功能。该技术的成功应用，为稠油开采提供了新的途径。 1.2 热/泡沫复合驱技术 上世纪 80 年代开始，国外开始进行蒸汽/泡沫复合驱试验。泡沫通过岩石孔喉时产生 Jamin 效应，有效改善稠油波及体积，提高采收率。本技术既是改善热采的技术直接应用于稠油开采，也可以作为接替技术在稠油热力驱后进行使用。 Shell 公司7在加州 Kern River 油田进行了蒸汽/泡沫复合驱矿场试验。历时15 个月增产原油 32000 桶。 对蒸汽/泡沫复合驱进行数模和物模研究8-9得出：此方式可以封堵蒸汽窜流通道，抑制蒸汽超覆，改善波及体积，提高采收率。胜利油田10利用一种新型高温复合泡沫剂 FCY（该泡沫剂在 310，汽液比 1:1 条件下阻力因子达到 20 以上）进行现场试验，泡沫体系在间歇蒸汽驱封堵汽窜方面取得了显著效果，并且可以有效改善热采稠油油藏吞吐开发效果。 泡沫既可抑制蒸汽的超覆，又可降低蒸汽在一定渗透率范围的流度，是理想的高温转向剂。目前制约热/泡沫技术的关键主要有两个方面：一是高温起泡剂的性能。目前可用于 250以下的高温起泡剂主要有烷基苯磺酸盐、-烯烃磺酸盐。研究表明，支化度小且长碳链的烷基苯磺酸盐、-烯烃磺酸盐稳泡性能最好，而国内受长碳链 -烯烃原料和磺化技术的局限，目前尚无直链烷基超过 20 的烷基苯磺酸盐和 -烯烃磺酸盐表面活性剂工业化产品。另一个是高温稳泡技术欠缺。单一的表面活性剂难以形成稳定的泡沫，为此通常需要加入具有增加水溶液粘度或强化表面膜粘弹性的物质做稳泡剂，但受化学剂热稳定性的限制，很多低温有效的稳泡剂在高温下无法使用。解决高温起泡和稳泡技术，可大幅度提升热/泡沫技术的应用前景，也为发展高温自生泡沫奠定了基础。 2 提高热采洗油效率的热/化学方法 2.1 热/碱复合驱技术 美国人 H.Atkinson 最早提出碱驱的概念。上世纪 80 年代初开始了改善热采的热/碱复合驱技术的研究与应用。热/碱复合驱提高原油采收率的机理是：碱与原油中的酸性物质发生反应生成具有降低油水界面张力和改变岩石润湿性作用的表面活性剂，另外，蒸汽和碱混合可以增加重力，减小其流度，有利于延迟蒸汽超覆时间。由于热/碱复合驱成本比较低，矿场实施简单而很快在现场进行了试验。1983 年，P.E.MBaba 等人11报道在 Midway-Sunset 油田进行了蒸汽/碱复合驱试验，大部分试验井提高了产量，但是有些没有任何效果。Tiab 等人12研究了把钠碱加入到蒸汽驱中来降低储层较低部位的残余油饱和度。研究结果表示，与常规蒸汽驱相比，此种方法能够提高稠油的流动能力，并且提高采收率。Shedid 等人用蒸汽与低浓度碱混合通过室内试验得到同样结果。 国内学者张现德13进行了蒸汽驱中加入无机碱性添加剂的室内研究，结果表明，采收率提高 13%左右。2006 年，齐齐哈尔油田144 口井进行了黑液复合驱油剂添加蒸汽吞吐对比试验，取得了较好效果，其中 2 口井 5 个月增油 348 吨。 热/碱复合驱过程中也存在一些问题：（1）碱耗很大。特别是在高温状态下， 碱耗进一步增大，造成投资的增加；（2）由于碱的引入，会造成地层伤害、井筒和管线结垢、破乳难等问题；（3）热/碱复合驱作用机理复杂，室内效果较好但现场应用成功率很低。所以，热/碱复合驱油技术至今没有得到有效的应用而是更趋向于低碱、有机碱、甚至无碱的驱油体系。 2.2 热/表面活性剂复合驱技术 热/表面活性剂复合驱主要机理有：温度升高，使油相黏度降低；改变岩石润湿性，提高油相相对渗透率；降低岩石-油-水界面张力，提高驱替相毛管数， 启动并驱替剩余油；生成 O/W 型乳状液，携带、捕集、聚并剩余油滴；乳状液内相颗粒在多孔介质的孔喉处滞留，降低了高渗层带绝对渗透率，改善了储层的非均质性，从而提高采收率15。 表面活性剂在热/表面活性剂复合驱中具有降低油水界面张力的同时通常伴随着起泡、乳化降粘等作用而起到提高洗油效率作用。热/表面活性剂复合驱对所用表面活性剂一般具有下列要求：（1）高温化学稳定性；（2）高温稳泡能力； （3）降低蒸汽流度的能力；（4）岩石表面低吸附能力；（5）与地层流体好的配伍性；（6）低成本。 现在使用的主要是阴离子表面活性剂，其中磺酸盐型表面活性剂应用最多。 这是因为它在砂岩表面上吸附少，成本较低，界面活性高，耐温性能好。随着科学技术的快速发展，人们通过对表面活性剂结构与其耐温能力关系进行研究，在分子结构上进行改造，如增加碳链的长度，改变烃链的类型，取代基的空间相对位置，芳基的数目及磺酸盐的相对分子质量等，研制出了一些新型耐高温表面活性剂。 以有较长碳链长度的重烷基苯，a -烯烃等为原料，通过磺化、中和、水解等反应过程，合成出具有新型结构和组成的耐高温表面活性剂16。在磺酸盐型表面活性剂不断改造的同时，国内外学者不断研究其他类型的耐高温表面活性剂，如稠油高温降粘剂，以丙酮做溶剂，采用氯乙酸法合成的烷基酚聚氧乙烯醚乙酸盐是一种高效耐高温稠油降粘剂，可以在 300下稳定存在 3h 以上而不发生浓度变化。 本世纪新型表面活性剂的开发应用将会得到快速的发展，高分子表面活性剂，生物表面活性剂等将会更多的应用到石油开采中，随着原油开采深度的加大和稠油的大规模动用，廉价的、耐高温表面活性剂将会是研究的重点。 3 降低原油粘度的热/化学方法 3.1 热/稠油降粘剂复合驱技术 薄膜扩散剂是非离子高分子表面活性剂，易在油水界面形成一层易流动的活性剂膜替代原来的由胶质和沥青质形成的粘稠厚膜，因此可以降低油水界面膜的粘度，并有较好的防止油水乳化的作用。 80 年代初美国加利福尼亚州174 口井用一种非离子高分子表面活性剂（TFSA）与蒸汽混合注入，这种活性剂可以在岩石表面形成一层薄膜，使水珠聚集破乳，油层渗透率增加。试验结果