第一章 稠油油藏开发现状
世界经济的高速发展离不开巨大的能源供应。据估计，在未来的能源消费结构中，石油天然气资源仍将继续领跑。常规的石油天然气资源因勘探发现早、开发技术简单、开采成本较低等而被高速开采，在此前的油气资源消费中占据主导地位。然而近些年随着油气能源消耗总量越来越大，常规的油气储量、产量都在逐年减少，其在全球能源消费结构中的份额也在逐年缩小。因此以稠油为代表的非常规油气资源受到越来越多的关注。不仅在中国，在世界上的很多国家如美国、加拿大、俄罗斯和委内瑞拉等都有稠油油藏的发现。据统计，全球油气资源总量大概在６×1012Bbl①，其中常规油气资源量只占三分之一左右，其余三分之二都是非常规油气资源。而稠油在非常规油气资源中占有很大比例，但是分布很不均衡。在全球能源日趋紧缺的今天，稠油资源无疑是*不可忽视的能源之一。
第一节 稠油油藏特征
一、稠油的定义及分类
稠油的开采、集输及加工技术与常规轻质原油有很大差别，因此，稠油的分类直接关系到稠油油藏开采潜力的评价及开采方式的选择。
稠油，国际上称之为重质油或重油(heavy oil)。严格地讲，稠油和重油是两个不同性质的概念。因为稠油是以其黏度高低作为分类标准，而原油黏度的高低取决于原油内胶质、沥青质及蜡含量的多少；重油则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。尽管一般原油黏度与密度之间存在着一定的关系，即原油密度越大，其黏度越高，但是有相当一部分油藏的原油密度大，而黏度却低，或者是原油黏度高，而密度却小。因此，不能把稠油和重油两个概念完全等同起来。
稠油的分类不仅关系到如何划分与评价稠油油藏，而且还关系到选择何种开采方式及如何评估稠油油藏后期的开采潜力。国内外许多石油专家对稠油的分类标准进行了研究，如表1.1所示。1982年第二届国际重质油及沥青砂学术会议之前，国外对稠油的分类一直以原油重度(API度②)作为主要指标，故称其为重油或重质油。随着稠油开发的发展，人们发现原油密度并不能真正表征稠油的特征，为了把原油特性(主要是黏度)和开发效果及经济效益联系起来，有利于稠油资源评价和开发方式研究，1982年，联合国训练研究所(UNITAR)在委内瑞拉召开的第二届国际重质油及沥青砂学术会议上，制订了以原油黏度为主要指标，以相对密度为辅助指标的重质油定义法。
表1.1 国际上对稠油的分类标准
1)委内瑞拉能源矿业部对重质油的分类标准
委内瑞拉能源矿业部认为，凡相对密度大于0.934(＜20°API)的原油都属于重质油。可将其按相对密度分为重质油、特重质油和天然沥青(沥青砂或沥青)三类。
2)第二届国际重质油及沥青砂学术会议对重质油的分类标准
在第二届国际重质油及沥青砂学术会议上，各产油国对重质油的分类标准取得了一致意见，即按原油黏度及相对密度来分类，将其分为重质油、超重质油和沥青。
3)联合国训练研究所推荐的稠油分类标准
联合国训练研究所推荐的分类标准将稠油分为重质油和沥青两类。
原油API度与其相对密度的换算关系式为
当温度为60℉(约为15.56℃)时上式可简化为
式中，ρ为原油相对密度；T为华氏温度，℉。
我国稠油中含金属及机械混合物较少，而胶质、沥青质含量较高，因此，根据国际稠油分类标准，中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院的刘文章在考虑我国稠油特性的同时，按开发实际及今后的潜在生产能力，提出了中国稠油分类标准，即将黏度为100～10000mPas，且相对密度大于0.92的原油称为普通稠油；将油层条件下黏度为10000～50000mPas，且相对密度大于0.95的原油称为特稠油；将黏度大于50000mPas，且相对密度大于0.98的原油称为超稠油(或天然沥青)，如表1.2所示。
表1.2 中国稠油分类标准
*油层条件下黏度，其他黏度指油层温度下脱气油黏度。
对比以上稠油分类标准可以看出，我国的稠油分类标准中强调了以下四点。
(1)分类标准尽可能与国际上的标准一致，以便进行国际交流，以及稠油资源评价和开发方法的研究，同时又考虑了中国稠油的特点。
(2)以原油黏度为主要指标，以相对密度为辅助指标进行分类是合理的。由于我国稠油中沥青质及金属含量很低，胶质含量很高等，稠油黏度高，而相对密度较低。例如，新疆克拉玛依油田九区的稠油相对密度为0.923，但油层温度下脱气原油黏度达到2300mPas以上。因此，我国稠油相对密度界限要比UNITAR的标准低，即为0.92(22°API)，而不是0.934(20°API)。
(3)分类标准与选择开发方式相联系。将稠油分成普通稠油(其中又分为稠油Ⅰ-1类和稠油Ⅰ-2类)、特稠油和超稠油三类，有利于进行稠油开发方式的选择。
(4)将特稠油和超稠油(或天然沥青)的黏度上限定得比UNITAR及国际上的一般分类标准高，这是考虑到注蒸汽开采技术已有了新的发展。
二、稠油资源及分布
世界上稠油资源极为丰富，其地质储量远远超过常规原油储量。据统计，世界上已证实的常规原油地质储量约为4200×l08t，而稠油(包括沥青)油藏地质储量高达15500×l08t。据美国能源部估计，全世界稠油(包括沥青)的潜在储量可能是已探明的常规原油储量的6倍左右。
稠油油藏分布范围十分广泛，世界上各产油国差不多都有稠油，但稠油储量主要集中在美国、加拿大、委内瑞拉，如表1.3所示。
表1.3 主要稠油国家的稠油储量 (单位：108t)
我国的稠油资源也相当丰富，而且广为分布。目前已在松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、南襄盆地、二连盆地等15个大中型含油盆地和地区发现了数量众多的稠油油藏，预测全国稠油(包括沥青)地质储量在80×l08t以上，其中仅渤海湾盆地各拗陷在低凸起、边缘斜坡带等处的稠油地质储量便可达40×l08t以上；准噶尔盆地西北缘稠油地质储量达10×l08t以上。此外，我国南方的珠江口盆地、百色盆地也有一定规模的稠油资源。总之，稠油资源是我国巨大的潜在资源，它将在今后的能源结构中起到至关重要的作用。
三、稠油油藏成因
关于稠油油藏的成因问题众说纷纭。但从20世纪30年代以来，人们对稠油成因的看法主要有三种学说，即稠油演变说、反稠油演变说和原油性质取决于生油母质及形成环境说。
(1)稠油演变说认为，所有原油都是由稠油演变而成的。即在缓慢的演变过程中，压力、温度及其他因素对石油的作用把环烷基油变成烷基油。
(2)反稠油演变说认为，烷基油是原生的，从浅层采出的环烷族原油是次生的外力作用的产物，也就是说，环烷基油是在次生作用下由烷基油演变而来的。
(3)原油性质取决于生油母质及形成环境说认为，原油性质取决于生油物质及石油形成的沉积环境，其中*主要的是生油母质，否则，深度、压力、温度都不能使石油性质发生根本性的转变。
随着现代科学技术的发展，特别是色谱-质谱-计算机联用技术的发展，上述几种学说也在不断地发展，至今广为流行的学说有稠油是低成熟原油说、生油母质类型及其沉积环境决定稠油说和原油在储层中的次生变化、水洗、氧化、生物降解形成稠油说。
目前，我国大多数人认为稠油的成因主要有两种类型，即原生型和次生型。原生型主要是指所谓的未成熟或低成熟油，次生型是指后期遭受生物降解等稠变作用形成的稠油。
石油变重、变稠可以发生在石油运移到聚集成为油藏以及之后的任何阶段，直至石油遭到破坏成为固体沥青为止。因此，把石油经初次运移进入储层，以及之后的各个阶段中使石油变重、变稠的各种作用统称为稠变作用。进一步研究表明，无论是低成熟油还是高成熟油，均需要经过后期的稠变作用才能形成稠油，因此，稠油均是次生型的。只是生油母质类型和原始成熟度的不同，才使其形成的稠油各具特色而已。
稠油油藏的形成主要受盆地后期构造抬升活动、细菌生物降解作用、地层水洗和氧化作用以及烃类轻质组分散失等因素的影响，其中后期构造运动起主导作用。按照上述因素可将稠油油藏的成因分为风化剥蚀、边缘氧化、次生运移和底水稠变四种。
1. 风化剥蚀成因
这种稠油油藏主要受后期构造抬升活动的强烈影响，使早期形成的古油藏因抬升而接近地表，或者古油藏的盖层封堵条件遭到不同程度的破坏，天然气和轻质组分大量溢散，从而导致液态烃因地层水的水洗作用或地表风化作用而形成稠油。
2. 边缘氧化成因
这种稠油油藏主要分布在盆地和拗陷斜坡边缘。由于在盆地后期构造活动抬升过程中，盆地边缘急剧上升，边缘斜坡带成为油气大规模运移和聚集的方向，当油气从盆地内部生油层沿地层不整合面或稳定砂体向上倾方向运移进入盆地边缘地层水交替带时，原油发生严重的生物降解作用，油质变重变稠，从而形成稠油油藏。
3. 次生运移成因
这种稠油油藏主要受后期断裂构造活动的影响，使下部原油沿地层不整合面或断裂向上运移到较浅的储层中，在原油运移过程中发生生物降解作用，从而形成稠油。这类稠油油藏具有埋藏浅、物性好、油气丰度高等特点，并且一般都位于原生型常规油藏的上部，并与其有一定的共生关系。这类油藏在我国东部许多盆地中广泛分布，如大港羊三木油田。
4. 底水稠变成因
有部分稠油油藏在储集成因上属原生油藏，但是，由于边底水比较活跃，油水接触面大，经过长期的、缓慢的水洗作用，油藏下部的原油经受细菌降解作用逐渐变为稠油油藏，这种稠油油藏在纵向上原油密度上小下大，有时还有气顶，如胜利孤岛油田和辽河高升油田。
不同成因类型稠油油藏在空间上有一定的分布规律，如下所述。
(1)纵向上，一般分布在盆地上部构造层或上覆较年轻地层中。一般情况下，稠油油藏埋深小于2000m，并且随着埋深逐渐变浅，原油生物降解程度越来越高。埋深在1000～2000m时，原油生物降解程度轻微；埋深在1000m以内时，原油生物降解程度中等；接近地表时，原油、地面油砂或沥青生物降解程度严重。
(2)平面上，稠油油藏分布受盆地不同构造部位控制。
(3)稠油油藏与常规油藏有一定的共生关系，在一个油气聚集带中，平面分布序列为由拗陷向边缘、由常规油藏渐变为稠油油藏或沥青矿；纵向上分布序列为由深层至浅层、由常规油藏渐变为稠油油藏。
四、稠油资源形成条件
在任何沉积盆地中，稠油资源的形成均取决于原油的自身损失和后期构造运动两方面。
1. 原油的自身损失
盆地在其地质历史或演化过程中，有相当规模的常规油形成与聚集，这是形成稠油资源的基础。据统计，只有常规原油损失达到自身10%～90%时，才能成为稠油或沥青，其中成熟常规原油需损失50%～90%；低成熟常规原油因原始密度和黏度值较高，一般需损失10%～50%。
2. 后期构造运动
后期构造运动的发生为石油进入连通系统提供了动力，因此，只有在油气生成、聚集之后发生的构造运动[如产生开启断层、不整合面以及开启储层等与地表连通的输导层(面)]才能为原始聚集的常规原油由深部进入浅部或连通系统创造条件，而构造运动方式只有在连通系统内创造较好的封盖条件才能使石油在连通系统内有相当数量的聚集，且不会迅速扩散。既遭受运移期又遭受油藏期的各种稠变因素的作用，为形成相当规模的稠油和沥青提供了基础。资料表明，后期构造运动发生的次数越多，构造运动的强度越大，原油遭受的稠变作用越强，在连通系统内稠油的形成量和聚集量就越大。
综上所述，盆地稠油资源形成条件的两方面特征及其相互配置关系，决定了*终稠油资源的形成、分布及规模的大小，因此，在一个盆地或拗陷中，油源越充足，区域盖层越完善，有利圈闭越多，则其油气聚集的丰度就越高。后期
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