□本報(bào)記者 程 強(qiáng) 魏佳琪  秦紫函

中國(guó)工程院院士程杰成介紹，國(guó)外稠油熱采開(kāi)發(fā)技術(shù)成熟，蒸汽吞吐、SAGD（蒸汽輔助重力泄油技術(shù)）、蒸汽驅(qū)、火驅(qū)等熱采技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)稠油油藏以陸相沉積為主，埋藏深、儲(chǔ)層變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)、油品類型多，開(kāi)采難度更大，已探明地質(zhì)儲(chǔ)量39億噸，歷經(jīng)冷采、蒸汽吞吐、方式轉(zhuǎn)換三代技術(shù)接替，保持年千萬(wàn)噸規(guī)模穩(wěn)產(chǎn)30年；創(chuàng)新形成了SAGD、蒸汽驅(qū)等稠油提高采收率技術(shù)，已在2.51億噸儲(chǔ)量實(shí)施。目前，我國(guó)已成為重要的稠油生產(chǎn)國(guó)，已動(dòng)用儲(chǔ)量26.53億噸，建成了遼河、勝利、新疆、渤海、河南等稠油生產(chǎn)基地。

程杰成認(rèn)為，與國(guó)外相比，我國(guó)稠油熱采在埋藏較深的稠油、超稠油、火驅(qū)等方面技術(shù)領(lǐng)先。下一步，稠油熱采技術(shù)應(yīng)立足常規(guī)稠油、深層稠油、超稠油、薄層稠油四類開(kāi)發(fā)對(duì)象，通過(guò)已有技術(shù)升級(jí)提效、綠色低碳技術(shù)轉(zhuǎn)型，形成蒸汽驅(qū)、SAGD、火驅(qū)、綠色低碳高效稠油提高采收率系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)稠油儲(chǔ)量全覆蓋，保持年千萬(wàn)噸以上規(guī)模持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。

多介質(zhì)協(xié)同輔助蒸汽驅(qū)/蒸汽吞吐

其原理方法是在蒸汽驅(qū)/蒸汽吞吐的主介質(zhì)蒸汽中加入氣體介質(zhì)，可起到增能增壓、降低熱損失、提高熱效率的作用；加入高溫表面活性劑和泡沫液，可起到提高驅(qū)油效率和調(diào)剖作用。

室內(nèi)研究表明，多介質(zhì)協(xié)同輔助蒸汽驅(qū)/蒸汽吞吐可降低20%的蒸汽用量，擴(kuò)大波及體積18%以上。2017年以來(lái)，遼河油田和新疆油田實(shí)施輔助蒸汽吞吐3769井次，累計(jì)增油81.9萬(wàn)噸。目前，碳捕集強(qiáng)化熱采技術(shù)（CCETR）正在發(fā)展完善中，能捕集蒸汽鍋爐尾氣與蒸汽混合注入地層，既可提高熱采效率，又能降低碳排放。

中國(guó)工程院院士袁士義認(rèn)為，多介質(zhì)協(xié)同輔助蒸汽驅(qū)/蒸汽吞吐方法極大地提高了蒸汽驅(qū)/蒸汽吞吐的效果和效益，多元熱流體復(fù)合開(kāi)采技術(shù)突破了超深、超黏、薄層等稠油開(kāi)采難題，大幅提高了復(fù)雜稠油的動(dòng)用率和采收率，具有良好的應(yīng)用前景。

稠油熱復(fù)合高效開(kāi)發(fā)技術(shù)

中國(guó)石化稠油埋藏深（1000~2400米）、油層薄（小于8米）、黏度大（5萬(wàn)~100萬(wàn)毫帕·秒），屬于難采稠油。針對(duì)單一蒸汽無(wú)法實(shí)現(xiàn)難采稠油有效開(kāi)發(fā)的難題，技術(shù)人員以“熱”為核心，形成了熱復(fù)合［蒸汽+氣體（氮?dú)?二氧化碳）+化學(xué)劑（驅(qū)油劑/泡沫劑/降黏劑）］高效開(kāi)發(fā)技術(shù)系列和配套工藝（井下控干度精細(xì)分層注汽工藝、氣凝膠隔熱管及井筒隔熱工藝、水平泵注汽采油一體化工藝），實(shí)現(xiàn)了難采稠油“流得動(dòng)、流得遠(yuǎn)、流得快”。

鄭364塊深薄層稠油埋深1200米、厚度8米，實(shí)施蒸汽吞吐轉(zhuǎn)熱復(fù)合驅(qū)后，采收率提高21.9個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到55.9%。排612塊淺薄層特稠油黏度3.7萬(wàn)毫帕·秒、厚度6米，實(shí)施熱復(fù)合吞吐轉(zhuǎn)驅(qū)后，采收率提高23.5個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到45.3%。排609塊薄層超稠油黏度大于15萬(wàn)毫帕·秒，實(shí)施熱復(fù)合吞吐開(kāi)發(fā)后，實(shí)現(xiàn)特超稠油產(chǎn)能突破，周期產(chǎn)量為常規(guī)吞吐的12倍。

通過(guò)轉(zhuǎn)變稠油開(kāi)發(fā)方式，中國(guó)石化老區(qū)采收率提高19~23個(gè)百分點(diǎn)，新區(qū)周期產(chǎn)量達(dá)到常規(guī)蒸汽吞吐的12倍。

稠油熱復(fù)合高效開(kāi)發(fā)技術(shù)使得稠油開(kāi)發(fā)界限持續(xù)拓展，油藏深度從1000米拓展到2000米，油層厚度從6米降低到2米，原油黏度從5萬(wàn)毫帕·秒拓展到50萬(wàn)毫帕·秒。2023年，中國(guó)石化稠油產(chǎn)量486萬(wàn)噸，油汽比0.57。“十四五”后兩年，中國(guó)石化將加大熱復(fù)合開(kāi)發(fā)技術(shù)推廣應(yīng)用力度，新增動(dòng)用儲(chǔ)量5310萬(wàn)噸，支撐稠油上產(chǎn)至500萬(wàn)噸/年。

袁士義說(shuō)，該技術(shù)以熱力采油為核心，加入化學(xué)劑和氣體復(fù)合開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了“高效率、大范圍、長(zhǎng)時(shí)間”降黏的新構(gòu)想，主要機(jī)制為“汽劑耦合降黏、氮?dú)獗卦瞿?、熱劑接替助?qū)”。其中，二氧化碳強(qiáng)化熱力開(kāi)發(fā)技術(shù)利用超臨界二氧化碳溶解降黏、降低啟動(dòng)壓力的機(jī)制，降低啟動(dòng)壓力2~3兆帕，驅(qū)油效率是注蒸汽的3倍，已在勝利油田典型深層超稠油藏開(kāi)發(fā)中應(yīng)用并收到初步效果。氮?dú)鉄釓?fù)合開(kāi)發(fā)技術(shù)在薄層稠油水平井中依次注入降黏劑、氮?dú)夂驼羝瑺F井后回采，已在新春油田將薄層超稠油油藏開(kāi)發(fā)厚度下限降低到2米。

注空氣熱輔助混相驅(qū)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在300~450攝氏度時(shí)，多種氣介質(zhì)都可與原油在油藏壓力下實(shí)現(xiàn)混相。中國(guó)石油吉林油田莫里青地區(qū)原油與煙道氣在溫度300攝氏度、400攝氏度時(shí)的混相壓力分別為35兆帕、15兆帕，莫里青油藏在350攝氏度時(shí)可以實(shí)現(xiàn)煙道氣混相高效驅(qū)油。達(dá)到混相壓力實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)油的關(guān)鍵，是使油藏達(dá)到300攝氏度甚至更高的溫度。

基于此，吉林油田提出和驗(yàn)證了稀油注空氣中溫?zé)嵫趸煜嗄Ｊ?，研發(fā)了空氣熱輔助混相驅(qū)低溫耗氧啟動(dòng)技術(shù)、防氣控竄關(guān)鍵配套工藝技術(shù)，在莫里青特低滲油藏開(kāi)展礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)近兩年，注采關(guān)系穩(wěn)定，平均單井日產(chǎn)量從2~3噸提升為5~10噸。

袁士義認(rèn)為，空氣熱混相驅(qū)有望發(fā)展成為下一代大幅度提高原油采收率技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。當(dāng)前需要通過(guò)先導(dǎo)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證機(jī)理認(rèn)識(shí)、完善配套技術(shù)，盡快形成可推廣應(yīng)用的開(kāi)發(fā)模式。

稠油地下原位改質(zhì)

其原理方法是向油藏內(nèi)注入催化體系，在一定溫度下觸發(fā)重質(zhì)油斷鏈反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)油品降黏和低碳高效開(kāi)發(fā)。國(guó)外已持續(xù)研究多年，將改質(zhì)溫度從400~450攝氏度降低到350攝氏度。中國(guó)石油技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了低溫長(zhǎng)效改質(zhì)反應(yīng)路徑，將改質(zhì)溫度下限降至300攝氏度以下。

在新疆風(fēng)城稠油油田開(kāi)展的礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)表明，應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不可逆降黏，增油、減碳效果明顯。產(chǎn)出油黏度從5萬(wàn)毫帕·秒降至最低21毫帕·秒，試驗(yàn)井組在蒸汽吞吐標(biāo)定采收率24%的基礎(chǔ)上，已實(shí)現(xiàn)提高采出程度20個(gè)百分點(diǎn)，噸油蒸汽消耗和碳排放降低60%，投入產(chǎn)出比1∶10，效果顯著。

袁士義表示，稠油地下改質(zhì)是一項(xiàng)具有顛覆性的開(kāi)采技術(shù)，目前已經(jīng)形成300攝氏度以下原位改質(zhì)新工藝，正在攻關(guān)不同油藏類型和井型井網(wǎng)的原位改質(zhì)工藝，開(kāi)展新疆風(fēng)城蒸汽吞吐后期、SAGD中后期原位改質(zhì)等先導(dǎo)試驗(yàn)，擴(kuò)展應(yīng)用條件邊界。需要進(jìn)一步深化改質(zhì)機(jī)理研究及工藝技術(shù)的適應(yīng)性分析，持續(xù)提高改質(zhì)效果和效益，盡快形成高效大幅提高采收率的原位改質(zhì)模式，擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，并有序推廣應(yīng)用至其他稠油資源。

海上稠油熱采技術(shù)體系

近年海上新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量中，熱采稠油、深水深層、非常規(guī)油氣等儲(chǔ)量占比高，其中原油儲(chǔ)量占全國(guó)的39%、天然氣儲(chǔ)量占全國(guó)的84%，中國(guó)海油以科技之力打造油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)新增長(zhǎng)極，實(shí)現(xiàn)了從常規(guī)稠油到超稠油、從淺層到深層、從淺水到深水、從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣高效開(kāi)發(fā)的邁進(jìn)，支撐油氣產(chǎn)量創(chuàng)新高。

中國(guó)海油歷時(shí)15年自主創(chuàng)新，形成了海上稠油熱采技術(shù)體系，構(gòu)建了海上大井距高強(qiáng)度熱采理論，首創(chuàng)了高強(qiáng)注采長(zhǎng)效防砂和350攝氏度電潛泵大液量注采一體化技術(shù)，研發(fā)了海上熱采平臺(tái)集約化裝備，防砂有效性從3輪次提升至8輪次以上，一體化管柱較常規(guī)注采兩趟管柱降低操作費(fèi)70%，解決了“大井距、長(zhǎng)壽命、小空間”難題。

他們以降本增效為抓手，攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)稠油高效注熱、低滲高效補(bǔ)能、“薄遠(yuǎn)小”低品位儲(chǔ)量有效動(dòng)用，重點(diǎn)研發(fā)海上移動(dòng)式注熱、GAGD（超臨界多元熱流體熱采）、海上大規(guī)模壓裂、“T”形井、多分支井等低成本鉆完井關(guān)鍵技術(shù)，加快推動(dòng)難動(dòng)用儲(chǔ)量經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。

井下大功率電加熱輔助SAGD

“雙碳”背景下，稠油熱采高能耗、高碳排的問(wèn)題亟待解決。為此，中國(guó)石油新疆油田以SAGD為突破口，創(chuàng)新SAGD電加熱物理模擬、數(shù)值模擬技術(shù)，研發(fā)了多功能電加熱采油工藝并取得礦場(chǎng)試驗(yàn)成功，形成了井下大功率電加熱輔助SAGD預(yù)熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“以電代汽”的目標(biāo)，為風(fēng)光綠電新能源的利用奠定了基礎(chǔ)。

SAGD是一項(xiàng)把蒸汽驅(qū)與重力驅(qū)結(jié)合起來(lái)，大幅度提高采收率的稠油開(kāi)采技術(shù)。SAGD一般需要打兩口平行水平井，上部為注蒸汽水平井，下部為采油井。注入地下的蒸汽在注入井周圍形成蒸汽腔，并加熱周圍的原油提高流動(dòng)性，一部分蒸汽凝析成水，水和熱油在重力作用下向下流動(dòng)，流到采油井即被采出。隨著蒸汽腔不斷擴(kuò)大，采出的油就越來(lái)越多。

SAGD開(kāi)發(fā)可劃分為預(yù)熱啟動(dòng)和SAGD生產(chǎn)兩大階段。預(yù)熱啟動(dòng)就是在注采井之間形成良好的泄油通道，為SAGD生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。預(yù)熱啟動(dòng)的水平段動(dòng)用程度決定了SAGD生產(chǎn)的成果。

新疆油田試驗(yàn)區(qū)域油藏埋深450米、油層厚度15米、原油黏度5.4萬(wàn)毫帕·秒，目的層夾層廣泛發(fā)育，是目前SAGD已開(kāi)發(fā)區(qū)儲(chǔ)層條件最差的油藏。在這類超稠油油藏，SAGD預(yù)熱啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)300天、蒸汽消耗高達(dá)4萬(wàn)噸、油汽比低。研究表明，注蒸汽方式地層吸熱率僅40.5%，亟須探索高效的SAGD預(yù)熱啟動(dòng)技術(shù)。

國(guó)際油公司輔助開(kāi)采方式主要有“電加熱預(yù)熱+溶劑萃取”、熱電剝離、低壓電加熱輔助驅(qū)動(dòng)等。其中，殼牌在加拿大維京項(xiàng)目開(kāi)展了電加熱開(kāi)采油砂試驗(yàn)，目的是通過(guò)井下電加熱改質(zhì)稠油生產(chǎn)輕質(zhì)原油。項(xiàng)目油層厚度22米，含油飽和度80%，水平加熱井18口，峰值日產(chǎn)油量達(dá)110噸，礦場(chǎng)試驗(yàn)取得成功，預(yù)測(cè)采出程度由25%提高至55%。

中國(guó)石油的研究揭示了SAGD電加熱“水平段均衡加熱、蒸汽激勵(lì)加速升溫”的傳熱機(jī)理，確定了SAGD電加熱采用“恒功率、迅速升溫，恒高溫、穩(wěn)定傳熱”的電控模式。

研究發(fā)現(xiàn)，在井下無(wú)氧環(huán)境下，溫度在30~130攝氏度時(shí)為溶解膨脹階段，主要是水分蒸發(fā)，溫度在130~380攝氏度時(shí)為輕烴揮發(fā)階段，溫度在380~500攝氏度時(shí)為裂解生焦階段，稠油脫氫縮合反應(yīng)加速，開(kāi)始結(jié)焦，在450攝氏度達(dá)到高峰，在500攝氏度時(shí)幾乎全部轉(zhuǎn)化為焦炭。

他們創(chuàng)新形成了“短周期+脈沖激勵(lì)”的預(yù)熱方法：井筒預(yù)處理階段，注清水進(jìn)行儲(chǔ)層擴(kuò)容；短周期電加熱階段，實(shí)施井下恒溫電加熱，當(dāng)井筒含油飽和度接近98%時(shí)替液，約30天；替液方式為長(zhǎng)管注汽、短管排液，或油套環(huán)空排液，連續(xù)替液3~4天，而后繼續(xù)注蒸汽3~4天，高于排液結(jié)束壓力0.5~1兆帕為宜。SAGD電加熱管柱采用平行雙管結(jié)構(gòu)，充分利用原井井口及管柱，在長(zhǎng)油管內(nèi)下入溫度測(cè)試?yán)|、在短油管內(nèi)下入加熱電纜，滿足水平段電加熱、循環(huán)洗井、替液等工藝要求。

2023年7月，中國(guó)石油在FHW3120井組開(kāi)展國(guó)內(nèi)首例雙水平井SAGD電加熱預(yù)熱礦場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)井組埋深456米，原油黏度9萬(wàn)毫帕·秒。預(yù)熱一個(gè)月后替液，原油呈泡沫油狀，含烴類氣體，流動(dòng)性較好，證實(shí)電加熱預(yù)熱啟動(dòng)可行。分析原油性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量降低、飽和烴和芳香烴含量增加，可能存在加氫裂化反應(yīng)。

截至今年3月8日，該試驗(yàn)已完成5輪電加熱，有效加熱時(shí)間163天，替液60天，耗電258.9萬(wàn)千瓦時(shí)，累計(jì)產(chǎn)液5422噸、產(chǎn)油2688噸，較常規(guī)蒸汽循環(huán)預(yù)熱增油2019噸，節(jié)約循環(huán)蒸汽3.6萬(wàn)噸、天然氣245萬(wàn)立方米，減少碳排放5300噸。

未來(lái)，他們將建立“風(fēng)光發(fā)電-電解制氫-加氫改質(zhì)-輕烴輔助”的低碳循環(huán)開(kāi)發(fā)方式。

水驅(qū)后，普通稠油油藏火驅(qū)開(kāi)發(fā)

中國(guó)石油華北油田蒙古林礫巖普通稠油油藏水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果差，標(biāo)定采收率僅18.5%。技術(shù)人員探索水驅(qū)后轉(zhuǎn)火驅(qū)，方案設(shè)計(jì)6注20采，預(yù)計(jì)提高采收率37個(gè)百分點(diǎn)，2022年9月完成6口井點(diǎn)火，1個(gè)月即見(jiàn)效，累計(jì)注氣6700萬(wàn)立方米，日產(chǎn)油由16.7噸升至45.8噸，含水率下降20.6個(gè)百分點(diǎn)，階段累計(jì)增油1.7萬(wàn)噸，形成了水驅(qū)后轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)技術(shù)序列。

經(jīng)過(guò)探索，目前初步明確了三大驅(qū)油機(jī)理。一是火驅(qū)煙道氣有效動(dòng)用底水驅(qū)油藏頂部剩余油機(jī)理：煙道氣和熱量在超覆作用下，驅(qū)替儲(chǔ)層中上部的剩余油富集區(qū)，同時(shí)抑制底水錐進(jìn)，使含水率大幅下降。二是注氣補(bǔ)充地層能量機(jī)理：火驅(qū)補(bǔ)能作用明顯，地層壓力由3.3兆帕恢復(fù)為8~10兆帕。三是二氧化碳溶于原油提高驅(qū)油效率機(jī)理：相較超稠油，普通稠油更易溶解二氧化碳，產(chǎn)出氣中二氧化碳僅占1%，大量二氧化碳溶解于原油。