蒸汽吞吐

蒸汽吞吐就是先向油井注入一定量的蒸汽，關井一段時間，待蒸汽的熱能向油層擴散後，再開井生產的一種開採重油的增產方法。蒸汽吞吐作業的過程可分為三個階段，即注汽、燜井及回採。

蒸汽吞吐方法是稠油開採中最常用的方法，也是工業化套用最好的熱采方法。蒸汽吞吐又稱蒸汽激勵或循環注蒸汽。

基本介紹

• 中文名：蒸汽吞吐
• 外文名：Steam stimulation
• 別名：循環注蒸汽
• 別名：蒸汽激產
• 別名：蒸汽浸泡
• 拉丁文名：vapor est excitanda

蒸汽吞吐套用條件

1、地質因素：油層壓力、滲透率、原油粘度及飽和度、油層厚度及有無邊底水等。

油層埋深： ≤ 1600 m

油層厚度： ≥ 5 m

淨總厚度比： ≥ 0.4

孔隙度： ≥ 20%

滲透率： ≥ 200×10^-3μm²

原始含油飽和度： ≥ 0.5

含油量（φ×S_oi）： ≥ 0.10

2、施工參數：注氣壓力、燜井時間、蒸汽乾度、注氣速度。

主要機理

稠油油藏進行蒸汽吞吐開採的增產效果非常顯著，其主要機理如下：

加熱降粘作用

稠油的突出特徵是對溫度非常敏感，可由粘度—溫度曲線上看到。當向油層注入250～350℃高溫高壓蒸汽和熱水後，近井地帶相當距離內的油層和原油被加熱。這樣形成的加熱帶中的原油粘度將由幾千到幾萬毫帕秒降低到幾毫帕秒，原油流向井底的阻力大大減小，流動係數（Kh/μ）成幾十倍地增加，油井產量必然增加許多倍。

加熱後油層彈性能量的釋放

對於油層壓力較高的油層，油層的彈性能量在加熱油層後充分釋放出來，成為驅油能量。而且，受熱後的原油產生膨脹，一般在200℃時體積膨脹10%左右，原來油層中如果存在少量的游離氣，也將溶解於熱原油中。

重力驅作用

對於厚油層，熱原油流向井底時，除油層壓力驅動外，還受到重力驅動作用。

回採過程中吸收餘熱

當油井注氣後回採時，隨著蒸汽加熱的原油及蒸汽凝結水在較大的生產壓差下采出過程中，帶走了大量熱能，但加熱帶附近的冷原油將以極低的流速流向近井地帶，補充到降壓的加熱帶。

地層的壓實作用

地層壓實作用是不可忽視的一種驅油機理。據研究，地層壓實作用驅出的油量高達15%左右。

蒸汽吞吐過程中的油層解堵作用

稠油油藏在鑽井完井、井下作業及採油過程中，入井液及瀝青膠質很容易堵塞油層，造成嚴重的油層損害。蒸汽吞吐後的解堵機理在於：注入蒸汽加熱油層及原油大幅度降粘後，在開井回採時改變了液流方向，油、蒸汽及凝結水在放大生產壓差條件下高速流入井筒，將近井眼地帶的堵塞物排出，大大改善了油井滲流條件。

蒸汽膨脹的驅動作用

注入油層的蒸汽回採時具有一定的驅動作用。分布在蒸汽加熱帶的蒸汽，在回採降低井底壓力過程中，蒸汽將大大膨脹，部分高壓凝結熱水則由於突然降壓閃蒸為蒸汽。這些都具有一定驅動作用。

溶劑抽提作用

油層中的原油在高溫蒸汽下產生某種程度的裂解，使原油輕餾分增多，起到一定的溶劑抽提作用。

改善油相滲透率的作用

在非均質油層中，注入濕蒸汽加熱油層後，在高溫下，油層對油與水的相對滲透率發生變化，砂粒表面的瀝青膠質性油膜破壞，潤濕性改變，由原來油層為親油或強親油，變為親水或強親水。在同樣水飽和度情況下，油相滲透率增加，水相滲透率降低，束縛水飽和度增加。而且熱水吸入低滲透油層，替換出的油進入滲流孔道，增加了流向井筒的可動油。

預熱作用

在多周期吞吐中，前一次回採結束時留在油層中加熱帶的餘熱對下一周期吞吐將起到預熱作用，有利於下一周期的增產。總的生產規律是隨著周期的增加，產油量逐漸減少。

放大壓差的作用

要盡力在開井回採初期放大生產壓差，即將井底流動壓力或流動液面降到油層位置，即抽空狀態。

邊水的影響

在前幾輪吞吐周期，邊水推進在一定程度上補充了壓力，即驅動能量之一，有增產作用。但一旦邊水推進到生產油井，含水率迅速增加，產油量受到影響。

從總體上講，蒸汽吞吐開採屬於依靠天然能量開採，只不過在人工注入一定數量蒸汽並加熱油層後，產生了一系列強化採油機理，主要是原油加熱降粘的作用。

蒸汽吞吐開採過程

注蒸汽可分為三個階段：注汽階段(吞蒸汽）、關井階段（燜井）和回採階段（吐蒸汽）。

蒸汽吞吐開採過程示意圖

1、注汽階段：注汽階段是油層吞入蒸汽的過程，如上圖。根據要求的施工參數（注入壓力、注入速度、蒸汽乾度、周期注汽量），把高溫高壓飽和蒸汽注入油層。注入蒸汽優先進入高滲透帶，而且由於蒸汽與油藏流體的密度差，蒸汽占據油層的上部。

2、關井階段：注完設計的蒸汽量後，停止注汽，關井，也叫燜井，燜井的時間一般為2-7天。

燜井的目的在於：

（1）使注入的近井地帶的蒸汽的熱損失儘可能地擴散到油層深部，加熱那裡的原油；

（2）騰出時間準備回採，如下泵等。

3、回採階段：油井注完蒸汽關井達到設計的燜井時間後，開井生產進入回採階段。

在回採階段，由於油層壓力較高，一般油井能夠自噴生產，裝上較大的油嘴以防止油層出砂，開井生產最初幾天，通常含水率很高，但很快出現產油峰值，其產量為常規產量的幾十倍。當井不能自噴時，立即下泵生產。

隨著回採時間延長，由於注入地層的熱量損失及產出液帶出大量的熱量，被加熱的油層逐漸降溫，流向井筒的原油的粘度逐漸升高，原油產量逐漸下降。當產量降至某一極限產量時，結束該周期的生產，重新進行下一周期的周期吞吐，如此多周期地吞吐作業，最後轉入蒸汽驅開採。

影響蒸汽吞吐效果的因素

1、油藏地質參數

（1）原油粘度：原油粘度對蒸汽吞吐的效果影響很大，原油粘度越高，蒸汽吞吐效果越差。

（2）油層厚度：油層越厚，吞吐效果越好，油層越薄，效果越差。

（3）油層滲透率：對於稠油油藏，一般為疏鬆的砂岩或砂層，滲透率都較高，有利於稠油的開採。

油藏數值模擬結果指出，砂岩k增加，蒸汽吞吐的日產量和累積產油量均增加。其原因在於，k的增加提高了原油的流度（ko /μo ）。此外，對於粘度很高的油層，k對吞吐效果影響更大。

（4）含油飽和度：油層含油飽和度越高，增產效果越好，蒸汽吞吐的峰值產量越高。

2、注汽工藝參數

（1）原油蒸汽乾度：原油蒸汽乾度是影響蒸汽吞吐開採效果的主要因素。

在總蒸汽量相同條件下，蒸汽乾度越高，回採期原油峰值產量越大。而且整個回採期的累積產油量越高。

（2）注入汽量：在其他條件相同時，注入蒸汽量增加，吞吐增產油量也增加，但原油蒸汽比下降。對於某一具體油藏，注入量越大，肯定是加熱範圍越大，熱油產量越高。但注入量太大，原油蒸汽比下降，油井停產作業時間延長，對生產不利。

（3）注汽速度：蒸汽吞吐中注汽速度主要受兩個因素控制，一是井底蒸汽乾度，二是地層破裂壓力。

注汽速度過小，井筒熱損失會增加，導致井底乾度降低，從而降低吞吐效果；

注汽速度又不能太大，否則注入蒸汽就會壓裂地層，造成裂縫性氣竄使下一周期的蒸汽吞吐以及後續的蒸汽驅開採效果惡化。

在油層破裂壓力以內，注汽速度高，可以提高蒸汽乾度，縮短油井停產注汽時間，有利於提高增產效果。

（4）生產氣舉速度：氣舉速度越大，吞吐周期內累計採油量越高。

（5）注汽壓力：在低的注汽壓力下，蒸汽注入壓力對吞吐效果具有明顯的影響；而在高的注汽壓力下，注汽壓力對吞吐效果的影響主要取決於生產壓差的大小，增大生產壓差，有利於提高吞吐效果。

（6）燜井時間：燜井時間存在一個最優值，一般為3-6天。

蒸汽吞吐採油的主要生產特徵

（1）蒸汽吞吐採油屬於三次採油。注入油層的蒸汽數量極有限，只是注入了熱能，使井筒周圍一定範圍油層加熱，一般僅10～30m，最大不超過50m，以原油加熱降粘、改善油的流動性為主，強化上述多種天然驅動能量的作用，從而增加油井產量。

（2）蒸汽吞吐開採和蒸汽驅開採都是強化開採手段，採油速度很高。一般為地質儲量的4%～6%，甚至還高。

（3）蒸汽吞吐開採每個周期內的產量變化幅度較大，有初期的峰值期，有遞減期。峰值期是主要產油期。另外，每個吞吐周期的產量接近或達到經濟極限產量時再開始下一周期的注汽—採油。

（4）蒸汽吞吐是單井作業，對各種類型稠油油藏地質條件的適用範圍較蒸汽驅，經濟上的風險性較汽驅開採小得多。

（5）蒸汽吞吐採油過程中的主要矛盾，是注入油層的蒸汽發生向頂部超覆推進及沿高滲透層指進，垂向掃油係數一般很難超過50%。這主要是濕飽和蒸汽的特性及油藏非均質性所致。

（6）蒸汽吞吐與蒸汽驅開採階段的銜接至關重要。

蒸汽吞吐開採的一次投資較少，而且生產見效快，經濟回收期短，經濟效益好。但是，隨著多周期吞吐進程，產量遞減快。

蒸汽吞吐優缺點

優點：工藝簡單，見效快

1、一次性投資少、工藝技術簡單、增產快、經濟效益好。

2、對於普通稠油及特稠油油藏，蒸汽吞吐幾乎沒有任何技術、經濟上的風險，因此這種已廣泛用於稠油開採中，也是工業化套用最好的熱采方法。

缺點：採收率較低

採收率較低：和常規採油方法一樣，靠天然能量採油，一般只有15-20%。

由於冷熱周期變化，對井的損害較大。

蒸汽吞吐開採效果的主要技術評價指標

（1） 周期產油量及吞吐階段累積採油量；

（2）周期原油蒸汽比及吞吐階段累積油汽比；

（3）採油速度，年採油量占開發區動用地質儲量百分數；

（4）周期回採水率及吞吐階段回採水率，即采出水量占注入蒸汽的水當量百分數；

（5）原油生產成本；

（6）吞吐階段原油採收率，即階段累積產量占動用區塊地質儲量的百分數；

（7）油井生產時率及油井利用率；

（8）階段油層壓力下降程度。