腦洞大開的「稠油開發」（知識量巨大、燒腦！）

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來源石油課堂

石油是一種複雜的混合物，主要包涵各種烴類、膠質、瀝青質……

我們常見到的石油是這樣子的：

最右邊那瓶顏色最深，它的物理性質十分粘稠，難以流動，但它佔到了全球原油儲量的70%，我們一般稱它為「稠油」。稠油開發是世界級難題，今天石油課堂帶大家一起了解如何經濟有效的開採這種「流不動」的資源。

稠油基本情況

一、稠油的定義

稠油科學定義是在油層條件下，粘度>50mPa·s或脫氣後粘度>100 mPa·s的原油。

稠油的成因非常複雜，與普通原油最大的區別在於生物降解程度，降解程度越高越容易形成稠油。

二、稠油如何分類？

API重度（American Petroleum Institute Gravity）是美國石油學會採用的一種公認的石油比重指標，可以粗略衡量油品質量的高低。根據API重度指標可將原油分為輕質、中質、重質、超重質（Light、Medium、Heavy、Extra Heavy）四類。

中國稠油和國際稠油的特徵略有不同，因此國內採用了不同的劃分標準，將稠油分為普通稠油、特稠油和超稠油3類。

三、儲量&分布

世界上稠油資源極為豐富，稠油、超稠油和瀝青大約佔全球石油資源總量的70%。

全球稠油地質儲量約為8150億噸，委內瑞拉最多，擁有世界稠油總量的48%；其次是加拿大，佔總量32%；接下來的就是俄羅斯、美國和中國。

委內瑞拉的稠油資源主要集中於東委內瑞拉盆地的Orinoco重油帶和馬拉開波盆地，其中Orinoco重油帶是全球最大的稠油儲集區。

加拿大是全球油砂資源最豐富的國家，資源主要分布在西加拿大盆地，由Athabasca（佔加拿大油砂資源的80%）、Cold Lake（佔12%）和Peace River（佔8%）三個油砂區組成。

俄羅斯的重油和瀝青集中分布在東西伯利亞盆地（74%），其次在伏爾加—烏拉爾盆地（12%）。

美國的稠油資源主要集中在加州的Midway-Sunset、Kern River、Coalinga和South Belridge區域，其次是阿拉斯加地區。

中國目前已在12個盆地發現了70多個稠油油田，探明儲量40億噸。儲量最多的是遼河油田，而後依次是勝利油田、克拉瑪依油田和河南油田，海上稠油集中分布在渤海地區。

我國稠油開發的難點

難點1：粘度大、流動性差

稠油粘度大、流動性差，也就是通俗理解的太稠，給整個開發和煉化過程都帶來很多困難。

在開採階段，由於流動性差稠油一般無法自噴。對於原油輸送而言，高粘度的稠油輸送必須藉助大功率且性能穩定的泵送設備。就煉化工藝而言，為了將稠油轉化為燃料油，需要加入大量的氫氣進行裂化反應；渣油、硫、氮以及金屬元素等還會大大增加煉化工藝的難度。

難點2：埋藏深、儲層差

與國外稠油油田相比，我國的稠油埋藏深（集中在1000~1500米），又因為儲集在疏鬆的砂岩層中，在開發過程中容易出砂，所以綜合開發成本較高。

稠油開發方式

全球的稠油油田地質條件各有不同，但通過長期的摸索和沉澱，各個國家在稠油資源開發上形成了不同的模式：

一、露天開採

加拿大油砂埋藏很淺，他們採用了最簡單、最直接的露天開採模式，不僅採收率高，而且開發成本很低。

露天開採方式的缺點是它僅適用於埋深較淺(< 75m)的近地表油藏，而且地表會被嚴重破壞，難以修復，給環境造成不可逆轉的破壞。

二、注入降粘劑

對於埋藏較深的稠油油藏，單純採用鑽井抽油的常規方式來開採，採收率相當低，僅有1-10%。隨後人們想出向井筒中加入稀油或稀釋劑、降粘劑的方法來提高稠油採收率。缺點是效果不顯著，經濟性一般。

研究發現，稠油的粘度對溫度十分敏感，溫度每升高10℃，粘度往往會下降一半。

三、蒸汽吞吐法（Cyclic Steam Stimulation,CSS）

向井筒注入高溫蒸汽加熱油藏，提搞稠油流動性，具體步驟為：

Step1：將高溫蒸汽快速注入到油層中；Step2：燜井，通常2-5天；Step3：開井生產。

蒸汽吞吐需要採用特殊的材料、裝備和工藝，生產井普遍使用大套管（一般7寸以上）、大油管，完井採取高密度射孔（16~40孔/米），並且由於需要注入高溫高壓的蒸汽（溫度高達350℃、壓力最高達17MPa），套管的壁厚一般要大於9mm。

目前國內80%的稠油熱采產量是靠蒸汽吞吐工藝獲取的，蒸汽吞吐增產取得了一定的成績，遼河油田高三區油井首次進行蒸汽吞吐試驗時，累計注汽980噸，自噴58天，產油780噸。

局限性：蒸汽吞吐加熱區域有限，因此採收率僅為15-20%；蒸汽冷熱周期變化，對井筒的損害較大；蒸汽吞吐作業周期長，時效性低。

四、蒸氣驅油（Steam Flooding）

在蒸汽吞吐後期，又形成一種新的方式：由注入井連續向油層內注入高溫蒸汽，驅替油層向附近的生產井移動，生產井獲得持續的、更高的產量，這種方式叫做蒸汽驅油。

注氣與採油同時進行，一方面加熱油層降低了原油的粘度，另一方面補充了地層的能量，驅替原油，兩者共同作用，原油採收率最高能達到60%~80%。

在美國的克恩河油田和印度尼西亞的杜里油田，蒸汽驅採收率超過了50%。遼河油田的齊40塊油田，蒸汽驅前採收率為24%；採用蒸汽驅後，總體採收率達到了53%。

局限性：蒸汽驅油開發效果受油藏深度影響很大，我國的稠油埋藏普遍較深，高溫蒸汽在通過較長的井身時會損失大量的熱量。

後來為了減少蒸汽通過井身時的熱量損失，又採用了具備保溫隔熱能力的生產管柱。

由於直井與油層的接觸面積小，蒸汽驅油並不能很好地發揮效果，所以在實際應用中往往採用蒸汽驅油和水平井相結合的方法。

五、火燒油層法（In Situ Combustion）

Whatever蒸汽的熱量畢竟是有限的，儲層較深的稠油開發效果還是難以保障，針對這一狀況，人們又研究出了一種更大膽的方案，這就是大面積點燃地下油層，燃燒釋放的熱量將會降低原油粘度，產量得到提升。

火燒油層就是將助燃氣體注入油層，並點燃油層的過程。燃燒產生的熱量會加熱油層，降低稠油的粘度，同時注入的氣體也起到了增加地層能量以增產的效果。火燒油層的燃燒方式有正向燃燒、反向燃燒和聯合熱驅三種方式，由於技術複雜這裡且不細講（想了解詳細資料的可以後台私信站長）。

目前，全世界已經有100多個油田開展了較大規模的工業性開採試驗，採收率最高可達50%-80%。中石油曾在遼河油田進行火驅試驗，生產井口已檢測到二氧化碳，證明油層成功點火。但火燒油層的方式需要連續向油層中注入空氣，高壓、大排量空氣壓縮機常年連續工作，對設備性能要求較高。加之，我國地下油藏構造複雜，監測地下燃燒狀況困難，因此該方法在我國並未廣泛應用。

六、蒸汽輔助重力泄油（Steam Assisted Gravity Drainage，SAGD）

1978年，Roger Butler提出了蒸汽輔助重力泄油的概念，在加拿大已經得到了很好的應用和驗證，國內的遼河油田也已經進行了SAGD的先導試驗，並取得了不錯的效果。

SAGD是為了達到更好的蒸汽驅效果而採用的一種特殊的布井方式，兩口水平井一上一下並行穿過油層，上部的水平井注入高溫蒸汽加熱原油，由於重力作用原油和熱水流入下面的生產井附近，生產井的舉升系統將粘稠度降低的原油和水舉升至地面。

注入的蒸汽會向周圍擴散，形成一個以注汽井為中心的蒸汽腔。

此外，SAGD的開採模式還可以用於蒸汽吞吐的後期，例如遼河油田新鑽一口水平井穿過油層後，利用已有的多口直井同時注入高溫蒸汽，水平井採油，這樣就大大提高了稠油的採收率。

七、THAI（Toe to Heel Air Injection）

THAI是由注入空氣的直井與水平的生產井共同組成的。實際上它結合了火燒油層與SAGD兩種方法的原理。點燃後產生的燃燒前緣會加熱油藏，驅替原油流入水平井中，從而增加火燒油層的泄油麵積。

在理論上該方法的最終採收率可達到80%，可以作為火燒油層的接替技術，但從現場操作上來看，該技術的應用還存在著如何控制注汽強度和注入壓力，選擇布井位置等難題。

八、出砂冷采技術（Cold Heavy Oil Production with Sand，CHOPS）

理論上石油開採過程對地層砂是「零容忍」，但中海油提出適度出砂並不會對生產造成危害，反而會提高地層的滲透性。通過控制砂量的產出，提高油井產能。

經過數年探索，多枝導流適度出砂技術和叢式井網整體加密技術已經成功應用於我國的渤海稠油油田。除此之外，目前還有很多技術屬於研究階段，隨著技術的不斷發展，經濟高效開採稠油的方法將會越來越多。

開採方式的選擇

雖然世界各地稠油性質不同，各區域地質情況迥異給稠油開採帶來很大難度，但經過石油工作者長期艱苦的探索和積累，目前全球已經形成了各具特色的稠油田開發技術體系，這大大提高了稠油的開發能力——稠油「不愁」。

我國稠油的開發和展望

在新的歷史時期內，低油價將成為新常態，更加經濟有效的開發稠油資源成為了石油工作者義不容辭的使命。過去30多年以中石油、中石化、中海油為代表的技術攻關團隊成為了中國稠油開發技術體系的開拓者和推動者。他們經過自主探索、引進消化、試驗創新，攻克一系列技術難關。

目前中國已經成為世界四大(中、加、委、美)稠油生產國之一，相應的中國掌握的SAGD技術(蒸汽輔助重力驅油技術)以及海上重質稠油油田開發技術已經居於世界領先水平。技術的進步不僅極大的提升了國內的原油產量，同時中國的技術團隊還走出國門承擔了中亞、南美及亞太等地區的開發技術支持和潛山勘探工作，為全石油行業的發展做出了突出貢獻。

毋庸置疑稠油正成為21世紀最重要的能源之一。目前，世界剩餘石油資源70%為稠油。我國稠油資源量約有198.7億噸，現已探明35.5億噸。正在開採的油田中，稠油平均採收率不足20%，開發潛力仍然巨大。

前行之路任重而道遠，但我們要相信中國民族的勤勞和智慧、相信廣大石油工作者矢志不渝的努力和堅持，相信科技利劍出鞘，稠油不再會「坐困愁城」，而是向我們展示出驚人的效益，迷人的笑臉。