稠油开采中蒸汽降粘、催化—蒸汽降粘与过氧化氢稀释

摘要：稠油中沥青、胶质含量高、蜡含量低，因而粘度高、难以流动至井筒造成开采难度大。本文介绍了稠油的定义和目前的开采工艺，重点分析了稠油开采中蒸汽降粘、催化—蒸汽降粘原理，阐述了过氧化氢稀释稠油的实际应用可行性。

关键词：稠油 蒸汽吞吐 蒸汽驱 稀释 过氧化氢（H2O2）

1 稠油的概念与特性

1.1 稠油的定义

稠油也叫重质原油或重油，是指原油油藏温度下脱气，原油粘度100-10000 MPa·S或者在15.6℃大气压条件下密度为0.9340 -1.0000g/cm3的原油油品。实际上目前已探明的内蒙古某油田油品粘度超过了100000 MPa·S。胜利油田在准噶尔北部边缘探明的油品超过了200000 MPa·S，在油藏温度下，注入过热蒸汽、降粘剂等都无法有效降粘，可以说稠油的定义还在扩展。

在实际生产开采中，稠油一般指沥青质、胶质含量高的油品，因流变系数低而无法流动至井筒的原油，必须先由蒸汽与化学方式在地层降粘或稀释，使之能自动流动至井筒。

1.2 国内稠油的分布与埋藏特点

据报道地下埋藏的稠油量是稀油量的3倍。国内的稠油埋藏分布也很广。自进入二十一世纪以来稀油的生产因资源的枯竭与自然递减加大，产量出现较大的波动，递减的产量先后由低渗透与稠油油藏来接替。

我国稠油的分布主要在新疆准噶尔盆地、塔里木盆地、山东的胜利油田、辽河油田。近年在大庆、内蒙古也相继发现并投入采出。其发现都表现为整装大块、埋藏浅、油层温度低。目前只有已发现的塔里木北部边缘轮台地区为埋藏2000多米，油层温度较高。多数的稠油油藏为疏松、出砂油藏。

注：* 指油层条件下粘度；无 * 者指油层温度下脱气油粘度。

1.3 稠油特性及目前的开采工艺

稠油中沥青质、胶质含量高，造成了粘度高；有的油品还化验出少量的稀有元素，所以由稠油提炼而出的成品油与沥青多数为品质较高的成品。因为稠油粘度高无法自动流动到井筒，采出上多由蒸汽降粘这种原始的方式处理，这种通过热焓来降粘的方式有三大缺点：第一锅炉的碳排放量很高，经计算每采出一吨稠油的碳排放量在0.7t至1.03t之间。第二锅炉的热效率低，散热和管线散热高。第三油层冷凝水上升快，反过来冷凝水又加大下个周期的热焓消耗量。

2 稠油开采中蒸汽降粘、催化—蒸汽降粘

2.1 利用催化剂—蒸汽降粘

2013年胜利油田采油院在陈庄油区的陈23-X71井，陈26—X56井注入催化剂—蒸汽的方式。这两口井上都见到了较好的效果。

2.2 催化剂—蒸汽的应用分析

利用催化剂的作用，同时注入蒸汽相对仅注入蒸汽，可以对粘度较高的稠油进行降粘，但对大于10万MPa·S以上的稠油可能效果不会理想。而对普通稠油的亚类150*～10000MPa·S的油品，会起到一定增产效果。对于蒸汽的高成本与碳排放量没有改变。

2.3 稠油热采的分析

稠油热采近年来在国家经济运行中弥补了石油开发中自然递减的递补产量，给祖国的经济运行起到了很重要的作用和社会效益。但也存在许多难以改变和克服的缺陷。

以水加热至过热蒸汽的过程，效率低；碳排放量高。蒸汽热水输送过程散热损失高。

以放热的形式降粘在油层中效率很低；热焓消失快。蒸汽吞吐前、后周期平均每5吨蒸汽注入才能采出1吨原油。蒸汽驱不仅驱动空间小且消耗蒸汽更高，平均7-8吨蒸汽才能驱至井筒1吨原油；稠油热采属三次采油的范畴，与二次采油即注水驱油有一个共同的特点，即驱油是由注入井向采出井定向受力的形式出现，只要出现这种形式油层驱油空间就会受到严重的制约。

热焓散热快，油层底部冷凝水沉降多，且随着周期的增加成比例的累增，采收率减少、注入热量递增。统计结果表明：一般十几个吞吐周期后采出液含水就达到90%以上。

稠油采出成本计算：

直接成本。每吨蒸汽的发生成本为275元/吨。

275×5=1350元/吨

间接成本。每台80t/h亚临界锅炉2700万元/台套。这且不含输气管网成本及管线的散热损耗。

3 过氧化氢稀释稠油的实际应用可行性

3.1 过氧化氢的性质与应用

过氧化氢（H2O2）属于弱酸，作用在酸性介质时属于强氧化剂；PH值为6（293k）。军工生产中定义为“二元无害燃料”。当然用于军工生产时过氧化氢（H2O2）的纯度一般高一些；民用的则低一些，如医学除菌仅用6-8%；普通工业应一般在25-35%之间。含量30%的过氧化氢（H2O2）在常温中最稳定、不易挥发、易于储运的。民用与普通工业用又称双氧水，它就是水（H2O）中人为制做进一个氧分子。

3.2 过氧化氢（H2O2）应用于稠油稀释的可行性

氧分子在稳定状态下是由两个氧分子在一起叫分子团（O2）；水分子（H2O）稳定状态下是由两个氢分子（H）与一个氧分子（O）组合；过氧化氢（H2O2）是在一个水分子（H2O）中使用工业方法人为的加入了一个氧分子。这个水中多加入的氧分子相对比较活跃，在受到某种刺激情况下会脱离出水分子，如温度的变化，催化物的加入，与碳分子（C）的接触等等。原油（氢类）主要由碳分子（C）组成，当与过氧化氢（H2O2）接触并有合适的温度与催化物时，这个活跃的氧分子（O）会在三维空间中任一点碳分子的电子上作用出一个电子，这一电子被强行脱出碳分子时产生热量；同时这个缺少一个电子的碳分子也会强行拉一个电子来补充自身的完整性，这个补充电子的过程又要吸收一部分热量，这种微观上电子传导过程叫电子守衡，也就是氧化过程，但宏观的表现是化学反应，产生的热量散布在碳分子与碳分子的联结键上有充足的力量将联结键拉开，将稠油的大分子转变为小分子。而碳分子缺少一个电子，补充电子时需要的热量又是由油层的上覆盖层与下伏层的地层热量来供给，由地层供给的热量反过来加速氧化的速度与力度。简单的讲过氧化氢（H2O2）与碳分子（C）的氧化过程是即有散热又有聚热的耦合过程。这种耦合的散热、聚热过程与蒸汽热焓单纯的散热产生的效果是不近相同的，减少了由蒸汽散热产生的冷却沉降水。由以上分析可以做出结论：蒸汽对稠油开采带来的只能是降粘，过氧化氢（H2O2）氧化稠油应该叫稀释。

3.3 应用过氧化氢（H2O2）稀释稠油需要探讨的问题

从原理上讲过氧化氢（H2O2）应用于稠油的稀释是可行的，但具体到应用时，应用什么纯度的过氧化氢（H2O2）、适用于什么样的油藏、什么地层温度；如何以什么方式注入；以什么催化剂去启动过氧化氢（H2O2）开始氧化；以及氧化后产生的气体排放、开采、储运等问题需要进一步探讨。

其实作为一名合格的从事油气生产的工程技术人员都可以处理好以上提出的问题，仅有一点需要特别追述的是过氧化氢（H2O2）稀释出的一个氧分子，氧化过程后氧分子是存在的。假如氧化后产生的伴生气中氧分子的含量达到或超过10%的临界线，这种气体在井筒与到达地面的过程中会产生爆炸。

3.4 过氧化氢（H2O2）应用于稠油稀释评价

根据某成功的采油工程方案得出如下结论：

（1）蒸汽吞吐平均每产1吨稠油注入的蒸汽为5吨；注入1吨过氧化氢（H2O2）采出的稠油是5吨；每吨蒸汽成本为275元，每吨纯度为30%的过氧化氢（H2O2）为1500元。

（2）油气采收率：利用蒸汽吞吐的整体采收率约12%；应用过氧化氢（H2O2）的采收率约56%。

（3）减排、环境保护：每采出1吨稠油用原油约300Kg（生产一吨蒸汽用原油60Kg），按IPCC推荐标准计算排放二氧化碳与有害气体在711.75Kg至1013.4Kg之间基本是采出1吨稠油向大气中排放1吨二氧化碳。

4 结论

过氧化氢（H2O2）应用于稠油稀释是可行的。应用后经济效益巨大，采收率有较大的提高，对于减排、环境保护贡献更大。但应用中应从安全生产的角度将氧化后的剩余氧处理妥当。

作者简介：肖毅，男，1982年5月，助理工程师，从事修井作业技术工作。