稠油降粘开采方法研究

2022-11-16

稠油亦称重质原油或高粘原油 (英文名为heavy oil) , 并不是一个严格的范畴。按粘度分类, 通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。据估计世界常规石油的总资源量为3000亿吨, 此外还有稠油、油砂及油页岩等非常规石油资源, 它们的储量折合为石油估计有八九千亿吨之多, 这些将成为21世纪石油的重要来源。据报道, 我国稠油的储量在世界上居第七位, 迄今已发现有1 5个大中型含油盆地和数量众多的稠油油藏区块。

1 稠油开采的难度及降粘的意义

对应用广泛的有杆抽油井而言, 在开采稠油时, 由于粘度过高, 含蜡量大, 使得油管的油流通道减小, 抽油杆柱的上、下行阻力增加, 下冲程时易出现驴头“打架”现象, 上冲程时驴头负荷增加, 严重时会使抽油杆卡死在油管中, 甚至造成抽油杆断裂的井下事故。此外, 对于油层温度较低的井, 在抽油泵固定阀、固定阀罩及其以下部位由于压力低, 在生产过程中也容易形成堵井, 而要被迫进行修井。对于电潜泵生产井而言, 由于电潜泵井排量大, 吸入口处压力低, 当油层温度较低时, 此处容易结蜡并造成叶导轮流道堵塞, 井液阻力增加, 使泵的排量下降, 同时会使电机负荷增加, 严重的可造成电机经常停机, 使电泵机组不能正常运转。总之, 稠油的开采过程中有很多的困难, 由于稠油的性质造成开采中的井下事故及其费用, 会使采油成本大幅度上升。因此, 稠油降粘开采方法的研究对于减小井下事故的发生及降低稠油开采成本具有重要意义。

2 稠油降粘开采的方法

2.1 火烧油层

用电、化学等的方法使油层温度达到原油燃点, 并向油层注入空气或氧气使油层稠油持续燃烧, 这就是火烧油层。用这种方法开采高粘度稠油或沥青砂。它的优点是可把重质油开采出来, 并通过燃烧, 部分地裂解重质油分, 采出轻质油分。这种方法的采收率很高, 可达8 0%以上。它的难点是实施工艺难度大, 不易控制地下燃烧, 同时高压注入大量空气的成本又十分昂贵。

2.2 稀释降粘

稀释降粘主要是利用相似相容原理, 加入溶剂降低稠油粘度, 改善其流动性。常用的溶剂有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯等。混苯中的甲苯、二甲苯是胶质、沥青质的良好溶剂。在油田常用含混苯的稠油解堵剂对油稠、含胶质、沥青质较多的油井进行井筒清洗降粘, 降低抽油杆的负荷, 使液体的流动性得到了较大的改善。

2.3 化学降粘

化学降粘法是稠油开采中普遍应用的方法之一。所谓化学降粘法就是将一定的化学药剂从油管 (套管) 环形空间注入井底, 在井下泵的抽吸搅拌作用下, 使药剂溶液与稠油混合, 降低稠油粘度后被采出。由于稠油物性及所用药剂不尽相同, 其原理也有所不同, 大致可分为两大类, 即乳化降粘法和润湿降阻法。其中乳化降粘法是使水溶性好的表面活性剂作为乳化剂, 按一定量加入水中注入油井, 使稠油分散游离, 形成O/W型乳化液, 将稠油的摩阻变成水的摩阻, 达到降低稠油粘度的目的。润湿降阻法是在稠油生产过程中, 加入表面活性剂水溶液, 破坏油管或抽油杆表面长期与稠油接触所形成的亲油性, 使其表面润湿反转, 变为亲水性, 形成一层连续的水膜, 减少抽汲过程中稠油流动的阻力, 改善稠油的流动性。因此, 由不同表面活性剂 (乳化液) 和不同助剂构成了种类不同的稠油降粘剂。

2.4 微生物单井吞吐降粘

微生物开采稠油技术就是利用某些微生物细菌及其代谢产物的作用来降低稠油的粘度和凝固点, 使稠油组分发生变化, 改善了稠油的流动性能。利用微生物降解技术对稠油中的沥青质等重质组分进行降解, 可以降低稠油粘度, 提高油藏采收率, 这一技术在采油过程中得到了一定的应用并有继续发展的趋势。该技术的理论依据是使用添加氮盐、磷盐、氨盐的充气水使地层微生物活化。其机理包括: (1) 就地生成CO2以增加压力来增强稠油中的溶解能力; (2) 生成有机酸而改善稠油的性质; (3) 利用降解作用将大分子的烃类转化为低分子的烃; (4) 产生表面活性剂以改善稠油的溶解能力; (5) 产生生物聚合物将固结的稠油分散成滴状; (6) 对稠油重质组分进行生化活性的酶改进; (7) 改善稠油粘度。目前微生物单井吞吐技术主要用于中低含量的胶质、沥青质的普通稠油油藏。该方法的效果主要取决于油层特征、施工背景和菌种与地层流体的配伍性能。

2.5 微波加热降粘

微波的加热机理是材料在外加电磁场作用下, 内部介质的极化产生的极化强度矢量落后于电场一个角度, 从而导致与电场同相的电流的产生, 构成了材料内部的功率耗散。在微波开采稠油的过程中, 将微波能量辐射到油层中, 微波在油层中传播时, 由于岩石骨架对微波的损耗较小, 大部分能量被最靠近微波源处油层岩石孔隙中的油和束缚水吸收, 油温和水温升高, 油的粘度降低, 在一定情况下, 油中的气体和轻烃挥发出来, 由于束缚水对微波的吸收远比稠油大, 束缚水很快蒸发, 增加了地层的压力, 便于稠油的开采, 随着这部分被加热的稠油的开采, 这一加热区域的介电损耗逐渐减小, 微波的集肤深度增加, 微波能逐渐向更远的地层传播。微波加热的选择性使加热过程中产生局部过热现象, 造成稠油中的部分高损耗组分的过热分解, 从而降低稠油的粘度。微波加热具有的高效率、高速度和清洁性, 各国的科研工作者正在探索微波能在石油工业中的应用。

2.6 超声波降粘

超声波在液体媒质中传播时, 不仅具有空化作用, 而且还有机械振动作用和热效应。它们对稠油降粘分别起着特殊的作用。一定频率的超声波通过液体时, 使液体中的微小泡核被激活。当声压足够大时, 在声波负压作用下, 气泡核膨胀;在声波正压作用下, 气泡核压缩, 表现出气泡核的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。气泡核崩溃时, 在其周围的极小空间和极短时间内, 局部产生高温达10000摄氏度, 瞬时压力可达几千甚至几万个大气压, 并伴随着强烈的冲击波和时速达400kh左右的射流, 这就是空化现象。超声波空化作用可以改变稠油内部结构, 使稠油的部分大分子断裂为小分子, 并部分被乳化, 使稠油粘度降低。超声波在弹性介质中传播时, 使弹性粒子的振幅、速度及加速度发生显著变化。机械振动作用可加速稠油中较小分子与惰性大的大分子链之间的相对运动, 从而增大了它们之间的摩擦力。这种摩擦力可以打断C-C键, 破碎大分子团, 可起到降粘的作用。超声波在稠油中传播时, 稠油介质吸收声能转化成热能;在不同介质的分界面处, 边界摩擦产生热;空化作用在气泡崩溃时产生热, 使稠油的温度升高, 从而使稠油降粘。

摘要：z在油田的石油开采中, 稠油具有特殊的高粘度和高凝固点特性, 在开发和应用的各个方面都遇到一些技术难题。我国稠油的储量丰富, 因此加强稠油的开采研究对缓解我国能源紧张形势具有重要作用, 本文对稠油降粘开采方法进行了探讨。

关键词：稠油,开采,方法