稠油油藏提高采收率技术研究

中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)

摘 要

经过上个世纪对常规稀油资源的过度开采和消耗，使得常规稀油储量日益减少。在这样的大背景下，非常规石油资源以其储量巨大、分布集中等特点，随着勘探开发技术的日趋进步，在石油工业中的地位和作用越来越重要。研究稠油油藏提高采收率技术，为提高稠油采收率技术的开发提供新的思路，这对加快我国提高采收率技术研究步伐有着极其重要的推动作用。稠油粘度高, 密度大, 在地层中流动阻力大,所以稠油油藏开采时不但驱替效率低, 而且体积扫油效率低, 常规开采方式开采效率低。本文通过对国内外稠油基本概况及提高稠油采收率技术的调研，对蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）、蒸汽萃取（VAPEX）、稠油出砂冷采及利用微生物开采等技术进行了系统的探讨。分析了各种方法的采油机理和工艺，总结了它们的特点及所适用油藏的标准。结合现场实施效果，发现问题，提出解决问题的方案。同时，对目前稠油开采领域一些正在发展中的声波采油、人工地震等采油技术进行了归纳和总结。

关键词：稠油油藏；采收率；EOR

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ABSTRACT

中国石油大学(华东)本科毕业设计(论文)

The excessive exploitation and consumption of light oil resources in the last century makes conventional light oil reserves dwindling. On the such background, non-conventional oil resources,which is enormous and focus,has become increasingly important along with the increasing exploration and development technology.The research on EOR technology of heavy oil reservoir provides a new concept of heavy oil exploration,which accelerates the pace of the research on technology in China.Heavy high-viscosity, density, flow resistance in the formation of large, so, when the exploitation of heavy oil displacement is not only inefficient, but the volume so low efficiency, conventional mining methods and inefficient extraction. In this paper, the basic profiles of heavy oil at home and abroad and to enhance heavy oil recovery technology, research, and cyclic steam stimulation, steam flooding, burning oil, polymer flooding, surfactant flooding, alkaline flooding,steam-assisted gravity drainage (SAGD), vapor extraction (VAPEX),Heavy Oil Cold Production and use of microbial technology for exploitation of the system. Analysis of a variety of methods and techniques of oil recovery mechanism, sum up their reservoir characteristics and the application of standards. Combined effect of the scene and found that the question of solving the problem. At the same time, the field of heavy oil recovery is currently being developed, some of the sound production, oil recovery techniques such as artificial earthquake is summarized and concluded.

Key words: heavy oil ; oil recovery; EOR

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目 录

前 言 .................................................................................................................... 1 第1章 稠油油藏概述 ........................................................................................ 3 1.1 稠油的定义及划分标准 ............................................................................. 3 1.1.1 稠油的定义 .......................................................................................... 3 1.1.2 国内外稠油的划分标准 ...................................................................... 3 1.2 稠油的特点 ................................................................................................. 4 1.3 中国稠油油藏分布 ..................................................................................... 5 1.4 中国稠油油藏开采现状 ............................................................................. 5 1.4.1 辽河油田 .............................................................................................. 5 1.4.2 胜利油田 .............................................................................................. 6 1.4.3 克拉玛依油田 ...................................................................................... 6 1.5 本章小结 ..................................................................................................... 7 第2章 提高稠油采收率的主要方法和机理 .................................................... 8 2.1 热力采油技术 ............................................................................................. 8 2.1.1 蒸汽吞吐 .............................................................................................. 8 2.1.2 蒸汽驱 ................................................................................................ 10 2.1.3 火烧油层技术 .................................................................................... 12 2.2 化学驱采油技术 ....................................................................................... 15 2.2.1 聚合物驱油 ........................................................................................ 15 2.2.2 表面活性剂驱油 ................................................................................ 18 2.2.3 碱驱 .................................................................................................... 20 2.3 微生物驱采油技术 ................................................................................... 23 2.3.1 微生物开采机理 ................................................................................ 24 2.3.2 稠油微生物开采技术的优势及问题 ................................................ 24 2.4 本章小结 ................................................................................................... 25 第3章 提高稠油采收率的其他方法 .............................................................. 26 3.1 蒸汽辅助重力泄油技术 ........................................................................... 26 3.1.1 蒸汽辅助重力驱采油机理 ................................................................ 26 3.1.2 蒸汽辅助重力驱采油技术工艺 ........................................................ 26

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3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术特点 ............................................................ 27 3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术存在问题及解决办法 ................................ 27 3.2 蒸汽萃取技术 ........................................................................................... 27 3.2.1 基本概念 ............................................................................................ 27 3.2.2 蒸汽萃取采油机理 ............................................................................ 28 3.2.3 蒸汽萃取采油技术工艺 .................................................................... 28 3.2.4 蒸汽萃取技术特点 ............................................................................ 28 3.3 注氮气与蒸汽提高稠油采收率 ............................................................... 29 3.3.1 注氮气与蒸汽提高稠油采收率机理 ................................................ 29 3.4 稠油出砂冷采 ........................................................................................... 30 3.4.1 稠油出砂冷采的含义 ........................................................................ 30 3.4.2 出砂冷采机理分析 ............................................................................ 30 3.4.3 稠油出砂冷采技术油藏条件 ............................................................ 31 3.4.4 影响出砂冷采效果分析 .................................................................... 32 3.4.5 出砂冷采存在的问题 ........................................................................ 33 3.5 非凝析气相泡沫调驱技术 ....................................................................... 34 3.5.1 泡沫调驱的技术原理 ........................................................................ 34 3.5.2 泡沫调驱的技术特点和适用性 ........................................................ 34 3.5.3 泡沫调驱技术的工艺方法 ................................................................ 34 3.6 声波采油技术 ........................................................................................... 34 3.6.1 电脉冲仪冲击声波采油技术 ............................................................ 35 3.6.2 低频声波采油技术 ............................................................................ 35 3.6.3 超声波采油技术 ................................................................................ 35 3.7 人工地震法采油技术 ............................................................................... 36 3.7.1 震动加快了地层中流体的流速 ........................................................ 36 3.7.2 动能降低稠油粘度，改善流动性能 ................................................ 36 3.7.3 振动具有改善岩石表面润湿性的作用 ............................................ 37 3.8 THAI稠油开采技术 ................................................................................. 37 第4章 结论 ...................................................................................................... 39 致 谢 .................................................................................................................. 40 参考文献 .............................................................................................................. 41

前言

前 言

石油是世界经济最重要的能源和原材料之一，消费量居所有能源之首。但是，作为一种消耗性的化石能源，石油能源危机正在来临，剩余未开采石油的质量也必然越来越差，将主要以稠油为主。尽管人们正在努力寻求新的可替代能源，但是预计本世纪，甚至更长一段时间内，仍会以石油为主要能源，其中稠油开采必将日益受到重视。

随着对石油开采程度的加深，原油变稠变重成为世界性的不可逆转的趋势，这种状况在我国表现得尤为突出，辽河、胜利、新疆等稠油资源开发后，矛盾更加尖锐。密度大、凝点高、粘度大、流动困难是我国稠油资源突出的特点。稠油的这些特性给开采和运输带来很大的困难，随着油田开发时间增加，油田产出油的轻质组分会相对减少，重质组分如蜡质、沥青质、胶质在原油中所占比例会越来越大。这使得原油的凝固点会相应变高，原油会越稠，且随着石油工业的发展，稠油在原油生产中占比例会越来越大。但稠油的天然高枯高凝性能使其在生产、运输、储存等方面比轻质油困难的多。 我国的稠油开发工作起步较晚，但发展很快，从70年代后期开始进行稠油开发技术研究，到1997年实现稠油生产1300万吨，只用了20年时间，产量占陆上原油总产量的90%。但目前全国已开发油田平均采收率仅为30%多一点，存在较大的提高空间。全国的平均采收率每提高1个百分点，就等于增加可采储量1.8亿t，相当于我国目前一年的原油产量。

作为一种非常规石油资源，“重油”又被称为“稠油”。世界上的重油资源非常丰富，已在多个国家发现了重油资源。专家们估计，在全球约10万亿桶的剩余石油资源中，70%以上是重油。我国的石油储量也相当丰富。已建立了辽河油田、新疆油田、胜利油田、河南油田以及海洋油区等五大重油开发生产区，稠油产量占全国原油总产量的10%。2005年中国重油年产量占石油总年产量的13.2%。但是稠油粘度大，难以流动，阻碍了原油的顺利开采。针对稠油粘度对温度的敏感性，随着温度升高而急剧下降的特点，目前世界上已形成提高稠油采收率四大技术系列，即化学法、气驱、热力和微生物采油。

本文通过调研，在分析了提高采收率技术的同时，又探讨、总结了一些解决问题的工艺。事实证明，新技术转换了稠油开采思路，研究新方法，转

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前言

换稠油开发方式使稠油油藏采收率最大化，以成为石油开采的趋势。

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稠油油藏概述

第1章 稠油油藏概述

1.1 稠油的定义及划分标准

1.1.1 稠油的定义

稠油，国际上称之为重质油或重油。严格地讲，“稠油”和“重油”是两个不同性质的概念。“稠油”是以其粘度高低作为分类标准，而原油粘度的高低取决于原油中胶质、沥青及蜡含量的多少。“重油”是以原油密度的大小进行分类，而原油密度的大小往往取决于其金属、机械混合物及硫含量的多少。

1.1.2 国内外稠油的划分标准

为避免不同国家稠油定义标准的不同给国际间技术交流带来的不便，在联合国培训研究署(UNITAR)主持下，经各国科学家的充分论证，1982年制定了以原油粘度为主要指标，相对密度为辅助指标的分类标准，并把原油粘度不小于1000mPa·s、相对密度不小于0.934的原油称为重油[1]。

稠油分类 名称 重油 沥青 注：①℉=(

表1-1 UNITAR推荐的重油及沥青分类标准 第一指标 第二指标 ①3粘度，mPa·s 密度(60℉)，㎏/m API重度(60℉)，°API 100～10000 934～1000 20～10 ＞10000 ＞1000 ＜10 5℃)。 9在我国，所谓稠油是指地层原油粘度大于50mPa·s(地层温度下脱气原油粘度大于100mPa·s)，原油相对密度大于0.92的原油[1]。

表1-2 中国石油行业稠油分类试行标准 稠油分类 主要指标 辅助指标 名称 类别 粘度，mPa·s 相对密度，20℃，g/m3 Ⅰ 50*(或100)- 10000 ＞0.9200 ①①普通稠油 Ⅰ-1 50- 150 ＞0.9200 亚类 Ⅰ-2 150 – 10000 ＞0.9200 特稠油 Ⅱ 10000 – 50000 ＞0.9500 超稠油(天然沥青) Ⅲ ＞50000 ＞0.9800 注：*指油层条件下粘度；其他指油层温度下的脱气原油粘度。 3

稠油油藏概述

1.2 稠油的特点

稠油与普通原油(轻质原油)相比，既具有石油共性，又具有自己的特性。稠油与普通原油一样，主要由直链烷烃、环烷经、芳香烃、胶质和沥青质组成。除含有C，H元素外，还含有N，S，0，P及少量金属元素。与普通原油不同的是稠油中烷烃含量低，而沥青、胶质含量高，N，S，0，P以及金属元素的含量也比普通原油高。正是由于这些化学组成和元素含量上的不同，以及其化学结合形式上的差异，导致稠油的分子量和相对密度较高，表现为粘度高、流动性差的特点。

稠油与普通轻质原油之间存在某些特殊的差别，主要表现在以下几个方面：

(1)稠油中的胶质和沥青质含量高，轻质组份(烃类)少。且随着胶质和沥青质含量增多，稠油的相对密度及粘度也增加，稠油中烃的组成一般小于60％，最少的可以在20％以下。而我国陆相正常原油中，烃的组成一般大于60％，最高可达95％。烃类组成的差别是区分稠油和常规原油的显著标志之一。重质原油中沥青含量一般在10％～30％，而正常原油中一般不超过5％。与国外稠油相比，我国稠油的沥青含量较低而胶质含量很高，胶质含量甚至可以达到占50％左右。

(2)稠油的粘度对温度的敏感性强。随着温度增加，稠油粘度急剧下降。通常稠油温度每升10℃，则稠油粘度降低约一半。这也是用热采法开采稠油的关键依据所在。

(3)稠油中的硫、氧、氮等杂原子和稀有金属含量较多，石蜡含量一般较低。也有一些稠油沥青胶质含量高，石蜡含量也高，称高粘度高凝固点原油，这种“双高”原油也属稠油。若仅含蜡量高，而沥青质胶质含量低，则称高凝原油，不属于稠油。

(4)稠油具有复杂的流变特性。在不同的温度下，原油中的胶质、沥青质和蜡质所处形态及数量不同，引起原油相态的变化，表现为不同的流变行为。随着温度的增加，稠油由具有触变性的带屈服值的假塑性非牛顿流体逐渐变为牛顿流体。

(5)同一稠油油藏，其稠油性质在纵向和横向上大多有很大差别，非均质性很强。在评定原油性质时，必须取得有代表性油井及层段的原油进行分

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稠油油藏概述

析。

我国稠油油藏分布广泛，类型很多，埋藏深度变化很大，一般在10m～2000m之间，主要是砂岩储集层，其特点与世界各国的稠油特性大体相似，主要有：

(1)油藏埋藏浅。

(2)储层胶结疏松、物性好。

(3)稠油组分中胶质、沥青质含量高、轻质馏分含量低。

1.3 中国稠油油藏分布

中国稠油资源多数为中新生代陆相沉积，少量为古生代的海相沉积。储层以碎屑岩为主，具有高孔隙、高渗透、胶结疏松的特征。

中国稠油资源比较丰富，陆上稠油、沥青资源约占石油资源总量的20%以上。目前，我国已探明重油地质储量为20.6亿t，已动用地质储量13.59亿t，剩余未动用地质储量7.01亿t。已在松辽盆地、二连盆地、渤海湾盆地、南阳盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、准格尔盆地、塔里木盆地、吐哈盆地等12个盆地中发现了70多个稠油油田，稠油储量最多的是东北的辽河油区，其次是东部的胜利油区和西北的新疆克拉玛依油区。中国重油油藏具有陆相沉积的特点，油层非均质性严重，地质构造复杂，油藏类型多，油藏埋藏深。油藏深度大于800m的稠油油储量约占已探明储量的80%以上，其中约有一半的油藏埋深在1300m～1700m。吐哈油田的稠油油藏埋深在2400m～3400m，而塔里木油田的轮古稠油油藏埋深在5300m左右。

1.4 中国稠油油藏开采现状

1.4.1 辽河油田

(1)注水条件下的常规抽油生产：主要适用于埋深1200m以下的普通稠油开发。如曙16-12块大凌河油层，1980年采用反九点井网注水后效果明显，油井日产由19t上升为48t。

(2)先抽油生产降压后再注汽吞吐开采：如高升油田莲花油层埋1500～1700m，粘度2000～3000mPa·s，油层为厚一巨厚块状浊积砂岩，压力高，不利于发挥蒸汽热采的效率。采用先期防砂、大泵抽油降压后，再注蒸汽吞吐开采获得很好效果。稠油日产水平由1983年865t，上升为1986年3000t，单井

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稠油油藏概述

平均日产由11t上升为15t。

(3)单并吞吐开采：主要适用于埋深较浅粘度在上万毫帕·秒的特稠油开发。如曙1-7-5块油层埋深960～1080m，粘度3~4x104mPa·s，常规试油不出油。经蒸汽吞吐开采之后，油井自喷最高日产达152t，平均日产110t。

(4)蒸汽驱先导试验区开发正在进行现场试验，目前已观察到明显地开发效果[2]。 1.4.2 胜利油田

(1)孤岛油田稠油注冷水常规开发取得良好效果。该油田馆陶组稠油储量在亿吨以上，粘度为25～5700mPa·s，埋深1160～1315m，1973年注冷水常规开发，采用面积注水方式开采。经1981年调整建产后，使生产能力增加为初期的1.5倍。

(2)单家寺特稠油油藏注蒸汽开采获得成功。该油田埋深约1100m，粘度104mPa·s，试油产能很低，不能用常规方法开采。自1984年开始蒸汽吞吐以来，至1986年底共进行吞吐井27口，成功率达95.2％。开采中还结合物模、数模研究，并采用相应的工艺配套技术，取得良好的开发效益。 1.4.3 克拉玛依油田

克拉玛依九区属断裂遮挡型单斜构造稠油油气藏，主要产层为上侏罗统齐古组。砂岩油层厚10～20m，粘度2300～3900mPa·s，1984年初开辟了一个面积为1.2km2的蒸汽吞吐试验区。止1986年底，试验区共完成296井次的吞吐，总注汽量475kt，总采油量482kt，累积油汽比1.02，采出程度约11.4%，巳形成了日产1000t以上的生产能力，蒸汽吞吐在该区获得了较好的开发效果。

至于1958～1975年问先后在克拉玛依等6个油田进行火烧油层试验，因无取得突破性的进展故不再赞述。然而，采用这种热力法开采，在国外典型的Lloyolminster稠油产区，1987年前己成功地进行了大规模火烧油层强化采油。模拟预测表明，对于这个纯油层厚度为3.048m、面积小于80937.12m2的稠油油藏来说，实施干式向前火烧强化采油，可获得40％～45％的采收率。

1993年河南油田与罗马尼亚合作，计划在厚度小于5m的薄油层开展一个井组的火烧油层现场试验。目前正进行可行性论证及各项点火工艺配套技术等准备工作，可望能对薄层特稠油火烧开采获得突破[4]。

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[3]

稠油油藏概述

1.5 本章小结

本章主要介绍了稠油的定义及划分标准，分析了稠油的特点，国内稠油的分布情况以及国内大油田稠油提高采收率技术发展情况。

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提高稠油采收率的主要方法和机理

第2章 提高稠油采收率的主要方法和机理

稠油自20世纪50年代开始工业化生产，在短短的40多年时间里，稠油开采发展很快。就目前稠油开采技术而言，稠油油藏开采可分为热采和冷采两类。其中主要以热力采油、化学驱、微生物驱等方法为主，同时也开展了许多新的技术。

2.1 热力采油技术

目前稠油最广泛的、最有效的开采技术是热力采油，即油藏注入热流体或使油层就地发生燃烧形成移动热流，主要靠利用热能降低原油粘度，以增加原油流动能力开采原油的方法。目前最广泛使用的是蒸汽吞吐与蒸汽驱热采方法。 2.1.1 蒸汽吞吐

蒸汽吞吐方法即所谓的循环注蒸汽方法或油井激励方法，是周期性地向油井中注入蒸汽，将大量热带入油层的一种稠油增产措施。 2.1.1.1 蒸汽吞吐采油机理及技术工艺

蒸汽吞吐技术机理主要有如下几个方面：降低原油粘度；解堵作用；降低界面张力；流体及岩石的热膨胀作用。

蒸汽吞吐的工艺过程是先向油井注入一定量的蒸气，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产，即在同一口井进行注入蒸汽、关井浸泡(闷井)及开井生产3个阶段，蒸汽吞吐工艺描述如图2-1。注入蒸汽的量以及闷井的时间是根据井深、油层性质、原油粘度、井筒热损失等条件预先设计好的[5]。 吞 蒸汽 油砂层 吐 蒸汽注入 封隔器 流体采油管 图2-1 蒸汽吞吐工艺

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提高稠油采收率的主要方法和机理

通常注入蒸汽的数量按水当量计算，注入蒸汽的干度要高，井底蒸汽干度要求达到50以上；注入压力及速度以不超过油藏破裂压力为上限。

蒸汽吞吐开采的效果受原油粘度、油层有效厚度、净总厚度比、原始含油饱和度、渗透率、油层非均质性以及边、底水能量大小等影响较大。

由于蒸汽吞吐见效快，容易控制，工作灵活，因而得到了快速发展。但一般经过几个周期的连续吞吐，含水饱和度的增加使油水比上升，吞吐效果将逐渐变差。

目前蒸汽吞吐技术存在的问题及解决的办法有： (1)热采完井及防砂技术

热采完井方面主要存在的问题是套管变形。针对出砂这一问题，通常采用的方法是利用绕丝管砾石充填防砂，但这种方法对细粉砂效果差，多次吞吐后易失败。

(2)注汽井筒隔热技术

针对注汽过程中热量损失问题，研究应用了隔热技术，如使用超级隔热油管、绝热同心连续油管、隔热接箍、环空密封、喷涂防辐射层。

(3)注汽监控系统

在注汽过程中，需要监测和控制蒸汽参数，以提高注汽的应用效果。为此，可应用地面水蒸汽流量、干度测量技术，地面水蒸汽分配与调节技术，井下压力、温度、流量、干度等注汽参数检测技术等。

如何提高蒸汽吞吐效果，总的来说应该根据蒸汽吞吐增产的主要机理，遵循蒸汽吞吐开采技术原则，结合我国稠油油藏的地质特点，改进并形成自己的一套技术办法

(1)蒸汽吞吐开采技术原则 ①不断提高热效率；

②蒸汽驱开采的整体设计与措施； ③放大生产压差、高速开采。 (2)提高蒸汽吞吐效果的技术措施 ①针对不同类型油藏进行优化设计； ②改进工艺技术，提高蒸汽干度；

③实施分层注汽，提高纵向储量动用程度； ④钻加密井、侧钻井平面上提高储量动用程度；

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提高稠油采收率的主要方法和机理

⑤应用化学添加剂，加注天然气，提高吞吐效果。 2.1.1.2 蒸汽吞吐油藏筛选标准

适于蒸汽吞吐开采技术的油藏筛选标准见表2-1[6]。

表2-1 适于蒸汽吞吐油藏筛选标准 油藏参数 原油粘度(油层)，mPa·s 原油密度，g/cm3 油层深度，m 油层厚度，m 净总厚度比 孔隙度，% 原始含油饱和度Soi，% 孔隙度×原始含油饱和度 渗透率，md 筛选标准 50～10000 ＞0.9200 150～1600 ＞10 ＞0.4 ≥20 ≥50 ≥0.1 ≥200 2.1.2 蒸汽驱

蒸汽驱开采技术复杂、难度大、风险高，然而蒸汽驱是提高采收率的有效方式。

注蒸汽采油有两个阶段，一是蒸汽吞吐，另一是蒸汽驱。蒸汽驱开采是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采后接着为进一步提高原油采收率的主要热采阶段。因为只进行蒸汽吞吐开采时，只能采出各个油井井点附近油层中的原油，井间留有大量的死油区，一般原油采收率仅为10%～20%，损失大量可采储量。

采用蒸汽驱开采技术时，由注入井连续注入高干度蒸汽，注入油层中的大量热能将油层加热，从而大大降低了原油粘度，而且注入的热流体将原油驱动至周围的生产井中，可采出更多原油，使原油采收率增加20%～30%[7]。 2.1.2.1 蒸汽驱采油机理

蒸汽驱技术机理主要是： (1)降低稠油粘度

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提高稠油采收率的主要方法和机理

温度升高使原油粘度大幅度降低，这是蒸汽驱开采稠油的最重要机理。随着蒸汽的连续注入，油藏温度升高，油和水的粘度都要降低，但水的粘度降低的程度远比原油粘度降低的幅度小，其结果改善了水油流度比。

(2)热膨胀作用

热膨胀是热水带中的一个重要采油机理。这一机理可采出5%～10%的原油储量，其大小取决于原油的类型，初始含油饱和度和受热带的温度。随着升温，油发生膨胀，饱和度增加，且更具流度性。

(3)蒸汽的蒸馏作用

这种作用将导致蒸汽相不仅由水蒸气组成，同时也含烃蒸汽。烃蒸汽与水蒸气一起凝结，在推进过程中，由于蒸馏出或脱出的组分不是被驱替，而是被气相所携带，因而它们比稠油运动得更快，稀释并脱出一些烃组分，留下少量较重的残余油。

(4)脱气作用

蒸汽前沿后面也发生气体脱出，作为气体运载体的水蒸气，它将选择性地从液体中脱出轻质馏分，但比蒸馏作用小的多。

(5)混相驱作用

水蒸气蒸馏出的大部分轻质馏分，由蒸汽带合热水带被携带至较冷的区域，此时轻质馏分与运载它们的水蒸气同时被冷凝。当水蒸气冷凝成热水时，减小了蒸汽的指进程度，凝析的热水和油一块流动，形成热水驱，这是蒸汽前沿热水带中的重要采油机理。

(6)溶解气驱作用

随着蒸汽前沿温度升高，溶解气从油中逸出，溶解气发生膨胀形成驱油动力，增加了原油采出量。

(7)乳化驱作用

当蒸汽驱稠油时，不论在实验室还是在油藏中，其产出液中都常见到乳状液，这些乳状液粘度均比油或水大，这样则增加了驱动压力。在高渗透的非胶结地层中。这种粘性乳状液将会通过降低蒸汽的指进改善蒸汽波及状况而有利于蒸汽驱生产。

2.1.2.2蒸汽驱开采的油藏筛选标准

为了在经济有效的条件下提高储量的利用率，适宜于蒸汽驱开采的稠油

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提高稠油采收率的主要方法和机理

油藏应具备如下筛选标准见表2-2。

表2-2 适于蒸汽驱开采的油藏筛选标准 油藏参数 现有技术条件 近期技术进步 原油粘度(油层)，mPa·s 50～10000 10000～50000 3原油密度，g/cm ＞0.9200 ＞0.9500 油层深度，m 150～1400 150～1600 油层厚度，m ≥10 ≥10 净总厚度比 ≥0.5 ≥0.5 孔隙度，% ≥20 ≥20 原始含油饱和度Soi，% ＞50 ＞50 孔隙度×原始含油饱和度 ≥0.1 ≥0.1 432储量系数10t，m/(km·m) ＞10 ＞10 渗透率，md ≥200 ≥200 待技术发展 ＞50000 ＞0.9800 ≤1800 ≥5 ≥0.5 ≥20 ≥40 ≥0.08 ＞7 ≥200 [7]

2.1.3 火烧油层技术

火烧油层与其他采油方法的不同之处在于它是利用油层内原油的一部分重质成分作燃料，不断燃烧生热，把油层中的原油驱出，因此它又称就地燃烧，地下(层内)燃烧，火驱采油法，这种开采方法的驱油效率是其他采油方法所不及的，实验室试验证明，已燃烧区的残余油饱和度几乎为零，采收率可达85%～90%，在已实施的百余处现场火驱方案中，采收率也可达到50%～80%。

2.1.3.1 火烧油层采油机理

火烧油层机理是利用各种点火方式把注气井的油层点燃，并继续向油层中注入氧化剂(空气或氧气)助燃形成移动的燃烧前缘(又称燃烧带)。燃烧带前后的原油受热降粘、蒸馏，蒸馏的轻质油、蒸汽和燃烧烟气驱向前方，未被蒸馏的重质碳氢化合物在高温下产生裂解作用，最后留下裂解产物——焦炭作为维持油层燃烧的燃料，使油层燃烧不断蔓延扩大。在高温下地层束缚水、注入水蒸发，裂解生成的氢气与注入的氧气合成水蒸汽，携带大量的热量传递给前方的油层，把原油驱向生产井(如图2-2)[8] 。

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提高稠油采收率的主要方法和机理

图2-2火烧油层原理及温度分布示意图

根据燃烧前缘与氧气流动的方向分为正向火驱和反向火驱；根据在燃烧过程中或其后是否注入水又分为干式火驱和湿式火驱。 2.1.3.2 火烧油层采油技术工艺

火驱的开发工艺过程，一般由以下三个阶段组成。 (1)油层点火阶段

方法有人工点火合层内自燃点火两大类。一般浅层采用人工点火，深层采用层内自燃点火。

(2)油层燃烧驱油(又称管火)阶段

方法有正向燃烧和反向燃烧两大类，一般都采用正向燃烧。从燃烧方式上有干式燃烧，湿式燃烧，富氧燃烧等多种。

(3)注水利用余热驱油阶段

油层燃烧一定距离后，停止注空气改用注水，以充分利用油层燃烧余热，将注入水转变为蒸汽或热水驱油。 2.1.3.3 火烧油层采油技术特点

(1)热利用率和驱替效率高，驱油效率一般可达80%～90%。 (2)注入的是空气，成本低、且气源充足。

(3)火烧油层对于薄油层来说是一种理想的开采技术，该技术对于10～

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提高稠油采收率的主要方法和机理

50ft厚的砂岩油藏是最有效的。

(4)油藏的非均质性影响小于蒸汽驱，且可用于大井距的油藏，相同条件下，比气驱获得的最终采收率要高。

(5)地面消耗能量少，对同样规模油藏实施火烧所消耗的地面能量只是蒸汽驱消耗能量的1/4～1/5。

(6)对油藏具有较广的适应性，它不但适合于一般轻油油藏和一般重油油藏，而且对那些油层较薄或埋深较大，用蒸汽法无经济效益的重油油藏，火烧也具有明显优势[9]。

2.1.3.4 火烧油层技术油藏筛选标准

适于火烧油层开采技术的油藏筛选标准见表2-3[10]。

表2-3 注蒸汽开采技术与火烧油层技术的油藏筛选标准 注蒸汽 火烧油层 油藏参数 现有技术 先进技术 现有技术 先进技术 油藏埋深，ft ≤3000 ≤5000 ≤11500 －－ 油层厚度，ft ≥20 ≥15 ≥20 ≥10 孔隙度×原始含油饱≥0.1 ≥0.08 ≥0.08 ≥0.08 和度 孔隙度，% ≥20 ≥15 ≥20 ≥15 渗透率，md ≥250 ≥10 ≥35 ≥10 原油重度，°API 10～35 10～35 －－ －－ 原油粘度，cp ≤15000 ≤5000 ≤5000 －－ 目前油藏压力，psi ≤1500 ≤2000 ≤2000 ≤4000 综合火驱国内外经验，要使油层燃烧获得好的经济技术效果，需掌握以下环节：

(1)选区要符合火驱筛选标准，避免选择风险性大的油藏；

(2)按油藏特性选择合理通风强度(由物模提供)，在燃烧过程中分阶段进行调节；

(3)根据油层和设备状况，因地制宜地布置井网，井距；

(4)加强管理，不能坐待热效。在动态分析的基础上，实施控制和增产疏通措施，行之有效的办法有压裂、火驱吞吐等。

(5)采用湿式燃烧、先火驱后注水利用余热驱油，以及富氧燃烧等技术。

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提高稠油采收率的主要方法和机理

2.2 化学驱采油技术

化学采油方法，即使用聚合物和表面活性剂来改善流度比和毛细管数。 它主要包括：聚合物溶液驱油；表面活性剂溶液驱油；碱水驱油。其它化学驱油方法是上述方法的组合，也许还要复杂。

总结以往的经验，认为影响化学驱能否成功的主要因素为： (1)表面活性剂和聚合物体系使油藏中原油流动的能力； (2)化学剂段塞通过油藏时的完整性；

(3)平面和垂向波及效率，或者说化学剂接触的油藏体积大小； (4)项目开始时的含油饱和度[11]。

决定化学驱能否在经济上取得成功的主要因素是：化学剂、设备和作业方面的成本；采出油的体积；采油速度和时间；当时的油价。 2.2.1 聚合物驱油

聚合物驱是指以聚合物溶液作为驱油剂的驱油法。聚合物驱属化学驱，也叫聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱等。

聚合物驱是一种独立的驱油法，但也可作为辅助驱油法。当它作为辅助驱油法时，它配合其他提高采收率方法(如表面活性剂驱、碱驱)使用。这时聚合物段塞用于流度控制，以保护它前面的其他提高采收率方法的段塞平稳地通过地层，充分发挥其他提高采收率方法的驱油作用。由于聚合物驱最好在注水的早期阶段进行因此聚合物驱是一种二次采油法。

聚合物驱油需要将少量的水溶性、高分子量的聚合物加入到驱替水中，为的是增加水的视粘度，从而降低流度比。鉴于稠油的粘度高，以及对注入压力的成本和机械方面的考虑，对使用的聚合物浓度要有一个限制。这样聚合物似乎对具有粘度大于200mPa·s的稠油而言意义不大[12]。

聚合物驱油的技术关键在于解决：

(1)获得具有稳定物理化学性质的高分子聚合物溶液，包括：水溶液的稳定性、流变性与油层环境(温度、地层水、注入水、孔隙介质等)的配伍能力等；

(2)确定和掌握聚合物水溶液在演示多孔介质中的流动特性； (3)设计合理的注入方案并正确确定聚合物溶液对油层的注入能力； (4)建立适应于聚合物溶液的地面注入设备、完善井底完井结构和严格

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提高稠油采收率的主要方法和机理

规范的工程实施；

(5)即使进行油藏驱替动态观察、测试、评价并根据现场实施情况和问题进行相应的调整；

(6)建立适宜的采出液分离和污水处理系统，防止对环境的任何污染等。 2.2.1.1 聚合物驱油的基本原理

(1)增加驱油剂的粘度，降低油水流度比，增加面积波及效率。 (2)调整纵向吸水剖面的波及效率，可以从如下两个方面解释： ①由于聚合物溶液的强度大于注入水的强度，在注入并开注聚合物溶液后，在相同注入量的情况下，启动注入压力将增加，从而将会使原来不能吸水的低渗透率油层开始吸水，这样便改善了油层的吸水剖面，增加了油层的吸水厚度；

②根据聚合物溶液流变性的特点，即粘度随剪切速率降低的性质，其在多孔介质流动过程中，剪切速率是流速和孔隙几何形态的函数，由于在窄小孔隙中的剪切速率大于在较大孔隙中的剪切速率，因此，在大孔隙中聚合物溶液显示了较高的视强度。根据油藏工程的概念，在聚合物注入过程中，在相同的达西速度下，首先进入已经被水占据的高渗透率带(大孔隙带)的聚合物溶液表现了高的粘度，起到了“堵塞”大孔道的作用，迫使聚合物溶液进入较低的渗透率带(较小的孔道)，从而，降低了聚合物溶液沿高渗透率地层的窜流，增加了低渗透率地层的吸水能力，这样就会使原来末被波及的低渗透率地带中的油投入流动。调整了吸水剖面。

与其他化学驱油技术相比，由于聚合物驱油机理较为清楚、技术较为成熟、成本较为低廉等原因，目前已经在世界上许多油田应用，中国大庆油田、胜利油田等已经发展成为商业生产措施[13]。 2.2.1.2 聚合物驱油油藏的筛选标准

符合表2-4要求的油田适合聚合物驱[14]。

表2-4 注蒸汽开采技术与火烧油层技术的油藏筛选标准 参 数 要 求 原油 密度/(g·cm-3) 粘度/( mPa·s) <0.966 <150 16

提高稠油采收率的主要方法和机理

续表2-4 参 数 原油 水 油藏 成分 矿化度/(mg·L-1) Ca2+、Mg2+含量/(mg·L-1) 含油饱和度/VP 厚度/m 渗透率×103/μm2 埋深/m 温度/℃ 岩性 要 求 不限 <4×104 <500 >0.50 不限 >10 <2740 <93(HPMA),<71(XG) 砂岩、灰岩 2.2.1.3 聚合物驱存在的问题

聚合物驱存在的问题主要来自两方面，即聚合物和地层。

聚合物溶解必须经过溶胀阶段，因此聚合物溶液配制过程，必须有一定的淑华时间(6—8h)。

聚合物在地层中损耗使聚合物驱存在的一个重要问题。聚合物主要损耗于降解和滞留。

为了避免聚合物的热降解，聚合物驱不能用于过深的地层，防止地层温度超过聚合物使用的限制温度。

为了减少聚合物的剪切降解，可选用适当的泵(如柱塞泵等)或泵后混合，不要使用离心泵。

为了防止氧化降解，可用除氧剂(如Na2SO3、NaHSO3、CH2O等)处理配制用水。要注意除氧剂必须使用在聚合物加入之前。

对易发生生物降解的聚合物(如XG)，应在聚合物溶液中加入配伍的杀 聚合物(特别是XG)中的机械杂质和微胶可堵塞地层，影响驱油剂的注入。可用超微过滤法、粘土絮凝法、酶澄清法或化学分解法等将这些堵塞物除去。注入井中若发生聚合物的机械杂质和微胶堵塞地层，影响驱油剂的注入，则可用过氧化氢、二氧化氯等氧化剂氧化除去。

低渗透地层不宜进行聚合物驱，因地层中聚合物不可入孔隙的体积太大，聚合物溶液波及的体积太小，加上注入速度太低，方案实施的时间太长，

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菌剂。

提高稠油采收率的主要方法和机理

而且井眼周围出现的高剪切会使聚合物大量降解。因此聚合物驱要求地层渗透率大于10×10-3μm2 。

地层水矿化度太高的地层应在聚合物驱前用淡水进行预冲洗，以减小盐对聚合物的不利影响。

有漏失段的地层不宜进行聚合物驱。对漏失段，可用交联聚合物降低它

的渗透性，即聚合物驱前地层的注入剖面应进行适当调整[15]。 2.2.2 表面活性剂驱油

表面活性剂驱油是注入适量的表面活性剂(即它充分降低了油水界面张力，少量吸附在岩石基质上)以驱替石油。界面张力降低和由此产生的残余油饱和度降低，这是我们期望的结果。乳状液的就地形成也有助于改善有效的流度比，使用表面活性剂的主要问题是经过几种机理后对岩石基质的损失。其关键因素是单位采油量(㎏/m3)所消耗的表面活性剂。

根据驱油剂的性质和注入方式，表面活性剂驱替的方式可分为：(1)表面活性剂水驱，亦称活性水驱，注入较低的表面活性剂溶液以增加驱油效率；(2)胶束驱，注入的表面活性剂浓度在临界胶束浓度以上以利用大幅度的降低界面张力和胶束的增溶作用增加驱油效率，在注入时通常在表面活性剂主段塞的前、后沿注入聚合物溶液段塞以保护主驱油段塞，因此，通常亦称为胶束一聚合物驱(micellar—polymer，MP)；(3)微乳状液驱，在较高的表面活性剂浓度下形成中相微乳液以利用在油—水界面的混相作用增加驱油效率；(4)复合驱，将碱、表面活性剂、聚合物进行不同的复配，形成碱—表面活性剂(AS)，碱—表面活性剂—聚合物(AsP)等多元化学复合驱，(5)泡沫驱，以表面活性剂溶液为发泡剂同气体(氮气、二氧化碳、天然气或者空气)混合形成泡沫驱油剂(可以地下发泡也可以地面发泡)，主要作用在于增加驱油剂的波及体积以提高石油采收率。 2.2.2.1 表面活性剂驱油机理

表面活性剂驱油剂的主要原理在于增加驱油剂的驱油效率。因此，表面活性剂驱油的基本原理可以归纳为：

(1)降低滞留油的毛细管力使滞留的油流动，适当匹配的表面活性剂溶液体系具有很高的表面活性，其与原油间具有非常低的界面张力(大大低于油—水界面张力)，能够使岩石多孔介质中作用于油—水界面的毛细管力降

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提高稠油采收率的主要方法和机理

低至足以使滞留油流动。

(2)改变岩石孔隙壁表面的润湿性由亲油为亲水，或者使润湿接触角(θ)小于90o，从而使粘附的油膜剥落；这是由于驱油过程中表面活性剂溶液内的表面活性剂能够定向吸附在岩石孔隙表面，使润湿性转换，从而使油膜剥落投入流动。

(3)增溶孔隙内的剩余原油使其形成乳状液(或微乳液)从而投入流动，表面活性剂水溶液中的表面活性剂浓度大于临界胶束浓度(CMC)的情况下，表面活性剂的聚集体—胶束具有增溶油相的能力，使剩余油同表面活性剂溶液形成油—水互溶的中相微乳液，从而使剩余油投入流动。

(4)表面活性剂在剩余油滴的油—水界面上定向吸附(极性基向水，非极性基向油)增加了界面的电荷，增强了油滴与原本荷负电的岩石孔隙表面问的静电荷斥力，使油滴容易在孔隙中流动。

(5)在表面活性剂溶液的作用下，剩余油的分散油滴由于驱油剂具有降低界面粘度的作用在驱油剂段塞前产生聚并富集形成油墙(或富集油带)，成为连续的流动相，油相渗透率增加，从而增加了油相的流度，致使富集油带不断扩大从而采收率增加[16]。

2.2.2.2 表面活性剂驱油油藏的筛选标准

符合表2-5要求的油田适合表面活性剂驱[17]。

表2-5 注蒸汽开采技术与火烧油层技术的油藏筛选标准 参 数 要 求 原油 水 2+密度/(g·cm-3) 粘度/( mPa·s) 成分 矿化度/(mg·L-1) Ca、Mg含量/(mg·L-1) 2+<0.934 <35 轻烃含量高 <4×104 <500 >0.35 不限 >10 <2740 <93 砂岩 油藏 含油饱和度/VP 厚度/m 渗透率×103/μm2 埋深/m 温度/℃ 岩性 19

提高稠油采收率的主要方法和机理

2.2.2.3 表面活性剂驱存在的问题

表面活性剂驱主要存在三个问题：

(1)表面活性剂滞留，表面活性剂在地层中有四中滞留形式。即吸附(主要吸附在蒙脱石界面上)、溶解(在三次剩余油和水中溶解)、沉淀(由阴离子性表面活性剂与多价金属离子反应生成)和聚合物不配伍，由此产生絮凝、分层[18]。

(2)乳化，类似碱驱，乳化机理液是表面活性剂驱的重要机理。表面活性剂驱的产出液为原油与水的乳状液。可用处理碱驱产出液同样的方法处理表面活性剂驱的产出液。

(3)流度控制，由于表面活性剂体系流度大于油的流度，所以表面活性剂体系也易沿高渗透层指进入油井而不起驱油作用，为了使表面活性剂体系平稳地通过地层，需用流度控制剂控制流速，可用流度控制剂包括聚合物溶液和泡沫。 2.2.3 碱驱

碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法[19]。碱驱属化学驱，是一种二次采油法，也是一种三次采油法。碱驱是一种提出最早(1917年)，试验最早(1930年)，化学剂最便宜，操作最简单，但驱油机理最复杂，限制也多，因此矿场试验的规模和范围远小于聚合物驱的一种提高采收率方法。

碱驱目的是使注入的碱性溶液与原油中的酸性物质发生反应就地生成活性物质。 2.2.3.1 碱驱机理

(1)低界面张力(LIFT)机理

这个机理认为在低的碱质量分数和一个最佳的盐含量下，碱与原油中酸性成分发生反应生成的表面活性物质，可使油水界面张力降低，油水界面张力低意味着粘附功小，即油易从岩石表面洗下来，提高洗油效率。

(2)乳化—携带(Emuls-Ebtrain)机理

在低的碱质量分数和低的盐含量下，由于碱与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化，并被碱水携带着通过地层。

(3)乳化—捕集(Emuls-Entrap)机理

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提高稠油采收率的主要方法和机理

在低的碱质量分数和低的盐含量下，由于低界面张力使油乳化在碱水相中，但油珠半径较大。因此当它向前移动时，就被捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水的流度，从而改善了流度比，增加了波及系数，提高了采收率。

(4)由油湿反转为水湿(OW→WW)机理

在高的碱质量分数和低的盐含量下，碱可通过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性剂在水中溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲水性，使岩石表面由油湿反转为水湿，提高了洗油效率，同时也可以使油水相对渗透率发生变化，形成有利的流度比，提高了波及系数。

(5)由水湿反转为油湿(WW→OW)机理

在高的碱质量分数和高的盐含量下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩余油变成连续的油相，为原油流动提供通道。如图所示2-3所示。

图2-3 通过WW→OW机理提高采收率

(6)自发乳化与聚并机理 在最佳的碱质量分数下，原油可自发乳化到碱水之中，这种自发乳化现象是由于油中的石油酸与碱水中的碱在表面上反应产生表面活性剂，先是浓集在界面上，然后扩散至碱水中引起的。

(7)增溶刚性膜机理

在三次采油时，油处在分散状态，沥青质可在油水界面上形成一层刚性

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提高稠油采收率的主要方法和机理

膜。这种膜的存在，使油珠通过孔喉结构时不易变形通过，使水不能油效排驱剩余油。碱水的注入，增加了沥青质的水溶性，使它刚性减小，提高了剩余油的流动能力。

2.2.3.2 碱驱油藏的筛选标准

符合表2-6要求的油田适合碱驱[20]。

表2-6注蒸汽开采技术与火烧油层技术的油藏筛选标准

参 数 原油 水 油藏 密度/(g·cm-3) 粘度/( mPa·s) 成分 矿化度/(mg·L-1) Ca2+、Mg2+含量/(mg·L-1) 含油饱和度/VP 厚度/m 渗透率×103/μm2 埋深/m 温度/℃ 岩性 要 求 <0.934 <35 不限 <4×104 <500 >0.35 不限 >10 <2740 <93 砂岩(少含石膏和粘土) 2.2.3.2 碱驱的存在问题

碱驱主要存在四个问题：

(1)碱耗，碱主要损耗与地层和地层水中的二价金属离子反应。这里的碱耗是指1g矿物所损耗的以mmol为单位表示的氢氧化钠的量，二价金属离子含量高的地层水会引起可观的碱耗。在这种情况下，可用淡水预冲洗地层，使这部分地层与后来注入的碱水隔开。

(2)结垢，配碱溶液用水的Ca2+、Mg2+可引起注入系统和注入井近井地带结垢；碱与地层矿物反应产生的可溶性硅酸盐和铝酸盐，也可在油井产出时与其它方向的来水中的Ca2+、Mg2+反应，引起油井近井地带和生产系统结垢。可用防垢剂(主要为氨基多磷酸盐和氨基多羧酸盐)防垢。在注入井中，防垢剂可加到配碱用水中使用；在油井中，防垢剂可注到结垢部位使用，但

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提高稠油采收率的主要方法和机理

最好使将防垢剂挤入地层，让它吸附或沉积在地层表面，随后为产出水逐渐解吸或溶解而起防垢作用。

(3)乳化，乳化机理是碱驱的重要机理，碱驱的产出液为原油与水的乳状液，碱与石油酸反应生成表面活性剂在低盐含量条件下为水溶性表面活性剂，可生成水包油乳状液，在高盐含量条件下为油溶性表面活性剂，可生成油包水乳状液。若碱驱产出液为水包油乳状液，则可用水包油乳状液破乳剂和(或)高频高压交流电场破乳。若碱驱产出液为油包水乳状液，则可用油包水乳状液破乳剂和(或)高压交流电场或高压直流电场破乳。

(4)流度控制，由于碱水的流度高，而油的流度低，所以碱水很易沿高渗透层指进入油井而不起驱油作用。当碱驱用于开采粘度较高而碱驱机理又是按低界面张力和乳化-携带机理设计时，这个问题显得特别突出。因此在注入碱水之后必须注入流度控制剂控制碱水的流度，使它能平稳地通过起驱油作用。

2.3 微生物驱采油技术

微生物采油技术已有70多年的历史，上世纪20年代，美国Beckman就指出细菌有利于开采石油。稠油微生物开采技术是微生物采油技术的延伸，也是人们对稠油开采的一种新的尝试。美国、加拿大等欧美国家早在上世纪60～70年代就开始应用这种方法开采稠油，我国起步相对较晚。上世纪末辽河油田率先在国内开展稠油微生物开采技术的室内研究和现场试验，取得一定成果。随后大庆、胜利、新疆、大港、青海等油田相继开始稠油微生物开采技术的研究和应用。从整体上讲，目前该技术在国内外还处于试验研究阶段，真正实现工业化的项目还不多。近年来，随着稠油微生物开采技术研究的不断深入及其在稠油开采领域良好潜力的展现，该技术在国内许多油田开始受到重视。

应用微生物提高石油采收率有三种方法。

(1)生物工艺法采油。以地面上发酵好的培养液中提取出胞外的代谢产物，再将这些物质的溶液注入油藏促进石油的采出。

(2)异源微生物采油。细菌的孢子与所需的营养物一道注进油藏，在油藏条件下它们生长并生产出在某些方面有利于石油采出的生物产物。

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提高稠油采收率的主要方法和机理

(3)本源微生物采油。根据油层微生物种类、数量和生长特性，研制相应的激活剂激活那些对提高石油采收率有利的微生物，从而产生大量代谢产物，增加出油量。

第一种方法包括生物表面活性剂和生物聚合物(黄原胶)，均有商业化应用，只是成本较高。目前研究的重点是通过现代分子学生物技术筛选并培育 高产优势菌株，简化分离工艺，降低成本。

第二种和第三种方法在油田较容易实现，被广泛采用[21]。 2.3.1 微生物开采机理

微生物在油藏条件下增加石油采收率可能的机理总结如下： (1)微生物降解高分子量石油烃，主要是正构烷烃和脂环烃及芳烃侧链从面降低原油粘度或凝固点，改善其流动性，增加出油量。

(2)产生低分子量有机酸，溶蚀孔喉中岩石表面的碳酸盐矿物或无机垢改善地层的渗透性，提高原油产量。

(3)产生气体如二氧化碳、甲烷、氮气等，增加地层压力，降低原油粘度，二氧化碳还能溶解碳酸盐矿物，增加渗透性，这些均可提高出油量。 (4)产生低分子量有机溶剂，如醇、酮、酯类等溶于原油中，降低原油粘度，或作为助表面活性剂，改善其流动性。

(5)产生表面活性物质，降低界面能力，改变润源性，提高注入水的洗油能力，表面活性物质还能使原油分散、重油乳化，从而提高稠油采收率。 (6)产生生物聚合物，增加注入水的粘度，改善流度比，并能封堵高渗透层，深部调剂，改善水的波及效率，增加剩余油采收率。

(7)细菌残体还能封堵高渗透层，改变水流方向，改善水驱效果，增加产油量。

2.3.2 稠油微生物开采技术的优势及问题

与传统的稠油开采技术相比，稠油微生物开采技术具有施工简单、成本低廉、效果好。对地层非均质性敏感性小，不损害地层，不污染环境，可在同一油藏或油井反复使用等优点。但就目前而言，仍存在一些问题。从菌种方面来讲，稠油微生物开采对菌种要求高，要筛选出高效、广谱菌种难度大；所筛选的稠油微生物开采菌种长时间使用后会发生变异，采油效果重复性差。从外界条件方面来讲，油田复杂的地质条件如高温、高压、高矿化度等

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提高稠油采收率的主要方法和机理

对微生物生长不利，稠油微生物开采菌种的生长和功效受阻，直接影响稠油微生物开采的效果；不同的油田或油井对菌种的要求不同，同一菌种在不同油田或油井使用时开采效果不稳定，在菌种使用上易产生盲目性。

稠油微生物开采中菌种是决定开采效果的重要因素，对稠油微生物开采菌种的研究，应以筛选培养出对恶劣油藏地质条件适应性强、高效、广谱的稠油降粘菌为重点和方向[22]。

2.4 本章小结

本章介绍了几种提高采收率的主要技术，包括热力采油(蒸汽驱、蒸汽吞吐、火烧油层)、化学驱(聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱)、微生物驱、等，通过具体分析得出以下结论：

(1)注蒸汽开发方法，包括蒸汽吞吐和蒸汽驱，都是最有效、也是最主要的稠油热采技术。

(2)多轮次的蒸汽吞吐开发后，其经济效益已越来越差，转换开发方式已势在必行。

(3)化学采油技术由于成本的限制，开发一种价格低廉、高温稳定性好的化学剂是稠油开发的关键。

(5)利用微生物开采，通过微生物的作用将稠油降解，这就需要积极寻找优良菌种，对其进行研究开发，使其达到降解的目的。

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提高稠油采收率的其他方法

第3章 提高稠油采收率的其他方法

3.1 蒸汽辅助重力泄油技术

当原油粘度高于100000mPa·s，油层流动阻力非常大，必须考虑要依靠其他的动力增加原油的流动性，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术就是一种开采这种高粘原油的有效前沿技术。 3.1.1 蒸汽辅助重力驱采油机理

实现注采井之间的热连通，以蒸汽为热介质，在上覆地层中形成蒸汽腔，在流体热对流及热传导作用下加热油层，依靠重力作用开采稠油。 3.1.2 蒸汽辅助重力驱采油技术工艺

从水平井上方一口或几口垂直井中注蒸汽，加热后可流动的沥青，在重力作用下流向位于其下方的水平井中，其工艺如图3-1所示。

利用SAGD技术进行稠油开采一般需要3个阶段：循环预热，降压生产和SAGD生产3个阶段。循环预热也是启动阶段，即上部直井与下部水平井同时吞吐生产，各自形成独立的蒸汽腔；随着被加热原油和冷凝水的不断采出以及吞吐轮次的增加，蒸汽腔不断扩大，直至相互联通(降压生产阶段)，之后进入SAGD生产阶段[23]。

蒸汽室扩展过程中的纵剖面 蒸汽流向外界并冷凝 受热原油向井中流动 向蒸汽室持续注入蒸汽 原油和凝析液不断涌出 图3-1 SAGD工艺

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提高稠油采收率的其他方法

3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术特点

(1)利用重力作为驱动原油的主要动力。

(2)利用水平井通过重力作用获得相当高的采油速度。 (3)加热原油不必驱动未接触原油(冷油)而直接流入生产井。 (4)采收率高。

(5)不适于渗透率较低和边水活跃的油藏。

(6)除了大面积的页岩夹层以外，对油藏非均质性不敏感。

SAGD尤其是用于开采原油粘度很高的超稠油或特超稠油油藏，这种油藏在初始条件下根本没有产能，吸汽能力很差，即使利用水平井进行蒸汽吞吐或蒸汽驱也很难获得较好的开采效果，而SAGD能经济有效的开采这类油藏[24]。

3.1.3 蒸汽辅助重力泄油技术存在问题及解决办法

对于目前正在辽河油田进行现场试验的SAGD项目而言，由于目前油藏压力水平低，要注意在水平井钻井完井中应采用低密度或泡沫泥浆，负压钻井，避免油层伤害，否则，将由于油层伤害而造成水平井产能低，排液困难，蒸汽腔发育受影响，进而导致低效开采或者是试验失败。

此外，还应注意严格控制水平井轨迹，水平段钻得越水平越有利于生产控制。所以在钻井控制时，应尽可能减少水平段轨迹的上下位移，在可能的情况下，应将水平段轨迹的上下位移控制在l.0～2.0m以内。

原因是在重力辅助泄油阶段，为防止蒸汽腔的蒸汽进入到生产井，在生产井的上面一定要维持一定高度的液面。但液面又不能过高，否则就会影响采注比和重力泄油的有效高度。重力泄油过程中，水平生产井以上的液面一般应保持在3.0～5.0m左右。这个液面是以水平筛管段的最高点来确定的，但若水平段的上下起伏比较大的话，为防止汽窜，要在筛管段的最高点处保持3.0～5.0m的液面，这样将导致水平段低点处大量积液，从而影响生产效果[25]。

3.2 蒸汽萃取技术

3.2.1 基本概念

萃取：利用不同物质在选定溶剂中溶解度的不同以分离混合物中各组分

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的方法。用溶剂分离液体混合物中的组分称液液萃取，又称溶剂萃取。

萃取剂：萃取所用的溶剂，要求对液体或固体混合物中的组分具有选择性的溶解能力。

蒸汽萃取是在油藏条件下，利用液态溶剂或超临界流体对原油中油组分有较大的溶解度，而对胶质、沥青质几乎不溶的特性，在油藏中发生萃取过程，是原油分为被抽提油液相和重质油沉积相与重力作用和密度的差异，使一部分油被采出。 3.2.2 蒸汽萃取采油机理

蒸汽萃取开采稠油技术机理是：将气化的萃取剂注入稠油油藏中，在合适的温度和压力条件下，它能溶解到原油中，在原油中扩散，稀释原油，降低原油粘度，促进原油流动，从而提高稠油采收率[26]。 3.2.3 蒸汽萃取采油技术工艺

注入井在生产井之上，所注入的溶剂降低了地层中原油的粘度，于是在重力作用下，稀释的原油获得流动能力，流入下部的水平生产井，被泵送至地面。而在注入井周围被稀释的原油排出后，周围孔隙空间内充满了烃类溶剂蒸汽，形成了汽腔，随着生产的继续，越来越多的原油被采出，汽腔会慢慢向上扩展[27]。

3.2.4 蒸汽萃取技术特点

(1)蒸汽萃取技术(VAPEX)是一项可以对热力采油技术加以补充，甚至是全面代替的新工艺。由于该工艺属于非热力采油技术，可以极大的节约资源，同时省去了水处理环节，节约水资源，避免了环境污染。

(2)该技术对薄层、有底水或含水饱和度高、有垂直裂缝、孔隙度低和导热性差的稠油油藏有独特的优势，可大大提高油藏的采收率。

(3)该技术在采油过程中使用的萃取溶剂，可以循环利用，并可以在开采终止阶段基本全部回收，节约了开采成本。

(4)由于在油藏中发生脱沥青，这将大大改善采出油的品质，使其粘度和重金属的含量大幅度降低，这为采出油的地面集输及炼制提供了便利。

(5)该工艺过程中沉积的沥青质是否堵塞油藏，影响原油的流动是一个令人担忧的问题，但是Das及Butler所作的赫尔～肖氏试验给出了沥青的沉

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淀不会影响原油在油藏中流动的结论。实验证明：丙烷气溶解在界面处的沥青中，并通过界面扩散，当丙烷浓度超过一定值时，沥青开始沉淀，脱沥青的稀释油向下泄出，当界面扩散时，丙烷气跑到沉积层后面，并与新沥青相接处。该过程就这样继续下去。因此脱沥青作用不会阻止原油从油层中流出，相反，由于降低了粘度，提高了流速，产量可提高30%～50%。

(6)该技术可以灵活地采用多种注采系统加以应用，如单水平井吞吐，成对水平井注采，单直井、多直井注采，直井与水平井注采等。这为现存的开采效果不佳的水平井及直井提供了转换开采方式，同时也最大限度地节约了钻井的费用。

同时VAPEX技术也存在着一些问题，比如容积的压缩、损失问题，油藏的非均质性不利影响严重，油井和设备的设计未经验证[28]。

3.3 注氮气与蒸汽提高稠油采收率

国内外采用高温泡沫剂调整吸汽剖面，注入溶剂对特稠油进行溶解降粘，注入天然气、空气、二氧化碳、烟道气等补充地层能量，改善稠油油藏开采效果。由于一些地区属于普通稠油，天然气、二氧化碳和烟道气来源受限，为此进行了注氮气与蒸汽吞吐提高稠油采收率研究，优化了注入工艺和参数，取得了较好的矿场试验效果。 3.3.1 注氮气与蒸汽提高稠油采收率机理 (1)隔热作用

采用光隔热管或者光油管，在从管内注入蒸汽的同时，从油套管环形空间连续式或段塞式注入氮气，氮气的导热系数为0.00205KJ／m·h℃，起到隔热作用，降低井筒中热量损失。

(2)补充地层能量

氮气不溶于水，较少溶于油，且具有良好的膨胀性，可节省注汽量，弹性能量大，可局部提高地层压力，有利于保持地层能量。

(3)助排解堵作用

氮气有良好的膨胀性，放喷时压力降低，氮气迅速膨胀，具有气举、助排和解堵作用。

(4)提高波及体积

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氮气渗透性能好且膨胀系数大，注入的蒸汽可进入非凝结性氮气通道，扩大蒸汽加热半径，增加蒸汽扫驱范围[29]。

3.4 稠油出砂冷采

3.4.1 稠油出砂冷采的含义

稠油出砂冷采技术属于一次采油范畴，它是通过诱导油层出砂和泡沫油的形成，大幅度地的提高油层孔隙度和渗透率，极大地增加稠油流动能力来开采稠油油藏[30]。

由于该技术对油层厚度、原油粘度以及油层压力没有明显限制，只要油层胶结疏松容易出砂，地层原油中含有一定的溶解气，就可以进行出砂冷采，因此，对不同类型稠油油藏具有较广泛的适应性，是开采稠油(特别是低品位稠油)的有效方法。 3.4.2 出砂冷采机理分析

(1)大量出砂形成蚯蚓洞网络

稠油油藏埋藏浅，油层胶结疏松，而原油粘度高，携砂能力强，使砂粒随原油一道产出。随着大量砂粒的产出，油层中产生“蚯蚓洞”网络(蚯蚓洞的形成主要靠砂粒间结合力强弱的差异实现，而蚯蚓洞的维持与稳定，则靠砂粒间的结合力强弱、溶解气、岩石骨架膨胀来实现)，使油层孔隙和渗透率大幅度提高，孔隙度可以从30%提高到50%以上；渗透率从2μ㎡左右提高到数十μ㎡，极大地提高了稠油的流动能力。

(2)稳定泡沫油流动

稠油埋藏浅、地层压力低、地饱压差小，在原油向井筒流动的过程中，随压力降低，油中溶解的天然气大量脱出，形成泡沫流动且气泡不断发生膨胀，从而为稠油的流动提供了驱动能量使之大量产出。泡沫油的存在使高粘度稠油携砂变得更容易。

(3)上覆地层压实驱动

由于油井产出大量砂子，油层本身的强度降低，在上覆地层负荷的作用下，油层将发生一定强度的压实作用，使孔隙压力升高，驱动能量增加。Lindbergh油田稠油出砂冷采过程中，观察到位于生产层内的薄煤层发生了一定程度的下沉，说明上覆岩层的挤压作用确实存在。尽管有人对此进行了

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大量的研究，但是，其机理仍不十分清楚，特别是这种压实作用与冷采产量之间的关系更是难以确定。

(4)远距离边底水作用

边底水是否对稠油冷采有正面影响，国外存在不同的看法。有人认为，边底水的存在可以提供驱动能量，有利于稠油冷采。也有人认为，稠油冷采过程中必然形成蚯蚓洞网络，并延伸到边底水区域，使生产井中产水不产油。其实两种观点都不全面。这是因为，首先在原油粘度相对较低的情况下，稠油冷采也可能出砂少，蚯蚓洞不很发育，主要表现为良好的泡沫油流动；其次即使油井大量出砂，但是蚯蚓洞网络却是逐渐向外延伸，至与远距离边底水连通需要较长时间。因此，有理由认为远距离边底水的存在可以提供充分的驱动能量，只要油井尽量远离边底水，水层能量以压力传递方式向蚯蚓洞提供动力就可以取得较好的开采较果[31]。

综上所述出砂冷采机理主要是: 在出砂和泡沫油的共同作用下提高产油量。二者的具体作用以及相互关系可用图3-2来表示。

提高达西流速 连续出砂 提高地层渗透率 消除油层堵塞 提供微气泡膨胀动力 泡沫油 增大砂子拖曳力 增强稠油携砂能力 产量的提高 图3-2

3.4.3 稠油出砂冷采技术油藏条件

稠油出砂冷采技术已经在油田开发中得到应用，但目前尚未形成公认的

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油藏地质筛选标准。稠油油藏能否进行出砂冷采，主要应考虑以下因素：

(1)油层的胶结状况出砂冷采方法要求油层疏松、胶结程度低，且泥质含量较低(低于20%)。这样的油藏才有利于大量出砂，从而改善流动环境。

(2)油层埋深与压力一般来说，油层埋藏越浅，胶结程度越低，越有利于出砂；但随之油层压力低、驱动能量小。理想的条件是：油层埋深小于1.0km(300～800m为最佳)，油层压力大于2.4MPa，此时油层胶结疏松，又具有较高的地层能量。

(3)油层厚度不能太低。一般而言，油层厚度应在3m以上，最好大于5m。若油层太薄，出砂量和油井的产能就会受到限制。但在原油粘度相对较低、物性较好的情况下，适用厚度下限可进一步降低。

(4)油层孔隙度、渗透率和饱和度适合出砂冷采的稠油油藏本身就具备良好的物性条件。一般要求孔隙度大于30%、渗透率大于0.5μm2、含油饱和度大于60%，低于该值将不利于出砂。

(5)原油粘度和密度适中。原油的粘度越高，其携砂能力越强，所形成的泡沫油的稳定性越好。原油粘度太高时，其流动性较差；粘度太低，携砂能力又受限制。

从国外矿场的经验来看，适合出砂冷采的稠油油藏脱气原油粘度为600～16000mPa·s，以2000～5000mPa·s为佳。国外认为，适合出砂冷采的原油密度为0.934～1.007g/cm3。在国内，由于稠油的组分与国外有些差异，因此密度下限值可进一步降低。

(6)适当的气油比。虽然稠油油藏中的溶解气含量相对较低，但它对稠油出砂冷采有着十分重要的影响。一方面，溶解气有利于形成稳定的泡沫油，提供驱动能量，提高稠油的携砂能力；另一方面，溶解气可大大降低原油的粘度，改善了其流动特性。例如，含有5m3/t溶解气的原油粘度只有脱气原油粘度的一半。一般认为，溶解气含量在10m3/t左右为宜。 3.4.4 影响出砂冷采效果分析

(1)出砂的影响，出砂导致原油高产。一般来说，生产初期由于含砂量高，通常在20%以上，致使生产不能正常进行，但在0.5年～1年之后，随着原油和砂子的不断产出，含砂量逐渐降低，一般降至0.5%～3%，而原油

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产量逐渐升高，并保持稳定。实际生产也表明，产油量会随产砂量增加而大幅度增加。

(2)溶解气的影响，在生产初期由于井底压力高，泡沫油还未形成，随着生产的进行，井底压力降低，形成了泡沫油，由于稠油中胶质、沥青质含量高，包裹气泡的油膜强度大，故泡沫油可长时间保持稳定。实际上泡沫油的溶解气驱不同于常规的溶解气驱，出砂冷采就是泡沫油的溶解气驱过程，一般来说，它的采收率可达8%～15%左右，而且压降速度越快，泡沫油越稳定，这是出砂冷采需要高速生产的主要原因之一。

(3)边、底水，气顶等因素的影响，实际上下伏水层或边水的存在，会为出砂冷采带来一部分内部驱动能量，但油井应选在有大面积连续隔层的地方或远离边水的位置，以防止蚯蚓洞形成后水的侵入；而出砂冷采井最好无气顶存在，另外若油层上部有水层，射孔应避开上部几米油层以防盖层破坏；有底水，应避射底部几米油层。

(4)螺杆泵的影响，一般来说，出砂冷采的螺杆泵应选排量在20m3/d～40m3/d的大泵，但其它地面驱动配套设备也要相应调整，以适应扭矩增加的需要。另外，特别要注意油井不能被抽干[32]。 3.4.5 出砂冷采存在的问题

目前，出砂冷采作为一种新技术，还存在许多需要进一步研究的问题： (1)开采机理的研究尚不成熟。目前在认识上存在很多争议，如大量排砂与蚯蚓洞之间的关系。有人认为，排砂能够导致蚯蚓洞的形成；而又有人认为，大量排砂只会导致地层骨架的坍塌。

(2)关于上覆岩层的压实作用是否对于驱油有贡献也存在着分歧：有人认为，上覆岩层的压实作用可以增加流体的弹性能，迫使流体流向井筒；但又有人认为，压实作用降低了地层孔隙度和渗透率，不利于远处原油流向井筒。

(3)完井方式与出砂冷采的关系有待进一步研究和认识。

(4)举升方式需要进一步的优化设计，找出什么情况适用何种类型的泵。螺杆泵并不是唯一的选择，也不一定是最佳选择。

(5)排砂采油与防砂措施相排斥。过量排砂会导致油层坍塌，而防砂又会降低原油产量。为了充分发挥两种工艺的优势，显然，有限排砂是一种选

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择，但具体如何确定排砂量也有待进一步研究。

(6)冷采属于一次采油，其后续开采方式如何选择也有待于探讨。综上所述，出砂冷采是一项新的稠油油藏开采技术，其潜力巨大，是一项很值得研究和推广的技术[33]。

3.5 非凝析气相泡沫调驱技术

据调查，目前扩大蒸汽波及体积的最好方法仍然是注高温泡沫剂，尤其是目前已有耐温超250℃且价格相对便宜的高温泡沫剂。但是，以往利用蒸汽作为泡沫气相的做法具有很多不足。结合河南油田的油藏特点和热采工艺现状，提出了利用非凝析气体作为泡沫气相进行深部调驱的新思路。 3.5.1 泡沫调驱的技术原理

(1)泡沫在多孔介质中具有贾敏效应。泡沫液膜使气相的渗透能力急剧降低，从而使注汽压力提高，迫使后续蒸汽转向未驱替带，增加波及体积。

(2)泡沫剂能降低油水界面张力，改善岩石表面的润湿性，可以有效提高驱油效率。

(3)非凝析气体可以增加弹性驱动能量，提高地层压力，提高回采水率，提高蒸汽热效率。

3.5.2 泡沫调驱的技术特点和适用性

(1)泡沫调驱是一种可以依据地层含油饱和度的变化而进行选择性封堵的蒸汽转向技术。

(2)泡沫可随蒸汽动态地流动，具有即时调剖作用，迫使蒸汽多次转向，实现有效注汽。

(3)该技术既适用于注蒸汽开采的吞吐井和蒸汽驱井组，也适用于注水开采的常采井。

3.5.3 泡沫调驱技术的工艺方法

在注汽站或配汽站内，利用计量泵将储液罐内按一定比例配制好的泡沫调驱剂打进蒸汽干线内，泡沫调驱剂随蒸汽进入注汽井或油井。该工艺的优点是，一站配液，多井同时施工，多井收效[34]。

3.6 声波采油技术

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声波采油技术是近十几年间在国内外发展较快的一门新的采油技术。它是通过声波处理生产油井、注水井及近井地带，使地层中稠油的物性及流态发生变化，改善井底近井地带的流通条件及渗透性，低产油井提高产能，注水井提高吸水能力，进而增加稠油的产量。本节主要以提高地层稠油渗透率、清除近井地带污染的声波采油技术为主，就其目前的发展情况、应用效果及其作用的机理作详细的介绍。 3.6.1 电脉冲仪冲击声波采油技术

该技术设备包括变频、升压、整流装置，储存电能的高压电容器及放电电极3部分。它的原理是将电容器储存的能量瞬间释放，在液体中一次放电产生两次液压冲击波，因空穴扩大时产生的第一液压冲击波起主导作用，空穴迅速闭合时产生的第二液压冲击波起辅助作用。使油层解堵增产增注的主要作用力是第一液压冲击波。在周期性冲击波作用下，井壁会产生新的微裂缝，使老的裂缝扩大、延伸，使岩石中的毛细管随冲击波发生扩张、收缩振动，增加毛细管中液体的流速，脱去液体中的气体，将污染物、堵塞物从孔隙通道中清除出来，增加了稠油流动的通道；同时爆炸时产生的温度场能使稠油粘度降低，增加稠油流动性，提高稠油产量。 3.6.2 低频声波采油技术

低频声波采油技术利用的是低频波或次声波。据资料显示，现低频声波采油技术所使用的设备有井下低频脉冲波发生器和地面震源两种，产生声波的频率在50Hz以下。因声波波长与堵塞地层孔隙的颗粒尺寸相比要大得多，故低频声波采油技术不是用于近井地带地层的解堵，而是由于这种波能在较大半径范围内引起地层的振动，扩大、疏通储层连通孔隙，有助于改善稠油内部流体的渗流状况，降低稠油粘度，促使残余油流动，提高油层稠油的采收率。

3.6.3 超声波采油技术

超声波采油技术设备由地面的超声波发生器、专用电缆及井下超声波换能器组成。超声波在井筒液体中产生强烈的空化效应，形成局部的瞬时高温高压区，使稠油分子键断裂，降低稠油粘度，从而提高稠油的流动性；超声波的机械效应使井壁产生新的微裂缝，扩大、延伸老的裂缝，清除近井地带

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