劉軼松

（中化地質(zhì)礦山總局吉林地質(zhì)勘查院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

油砂是一種重要的非常規(guī)油氣資源，但是我國(guó)油砂資源勘探開(kāi)發(fā)程度低，基本上處于資源調(diào)查和開(kāi)發(fā)利用的試驗(yàn)階段，尤其是油砂礦的原位開(kāi)采技術(shù)，已成為當(dāng)前必須解決的重要技術(shù)問(wèn)題。近年來(lái)松遼盆地西斜坡地區(qū)在油砂原位開(kāi)采方面進(jìn)行過(guò)多次嘗試，積累了一定的試采經(jīng)驗(yàn)。本文在松遼盆地西斜坡西北溝及大崗油砂礦近幾年試采經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)資料分析總結(jié)，闡述了該地區(qū)油砂原位試采過(guò)程中應(yīng)注意的主要地質(zhì)影響因素，對(duì)今后在該地區(qū)進(jìn)行油砂礦開(kāi)發(fā)利用方面具有一定的參考意義[1]。

1 稠油（油砂）原位開(kāi)采方法

油砂中的油砂油比一般原油的粘度高，流動(dòng)性差。與其相近的稠油，國(guó)際上稱之為“重質(zhì)油”或“重油”。粘度比油砂油低，相對(duì)易于流動(dòng)，在國(guó)內(nèi)有成型的開(kāi)采方法和油田（如遼河油田、吉林套保油田）。因此，油砂目前原位試采多借鑒改進(jìn)后的稠油的開(kāi)采方式[2]。

1.1 稠油（油砂）開(kāi)采方法分類

稠油（油砂）的原位開(kāi)采方式主要包括原位開(kāi)采和露天開(kāi)采。其中原位開(kāi)采方式很多，包括：①熱采技術(shù)的蒸汽吞吐（CSS）、蒸汽驅(qū)（SAGP）、水平壓裂輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)（FAST）、蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD）、蒸汽萃取技術(shù)（VAPEX）、熱水驅(qū)采油技術(shù)、火燒油層技術(shù)等。②冷采技術(shù)以出砂冷采技術(shù)（CP）為主。③化學(xué)技術(shù)方法有復(fù)合驅(qū)、非凝析氣相泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)、堿驅(qū)、聚合物驅(qū)、化學(xué)吞吐采油技術(shù)、尿素溶液蒸汽開(kāi)采、井下催化反應(yīng)法等。④其他方法有微生物、聲波、人工地震、電磁微波等其他輔助采油技術(shù)。

1.2 油砂原位試采常用方法

目前我國(guó)油砂礦除少數(shù)地方進(jìn)行過(guò)露天開(kāi)采外，基本上都處在原位試采階段，主要是通過(guò)蒸汽吞吐加輔助方法來(lái)完成，例如注化學(xué)有機(jī)試劑或微生物菌液等。

蒸汽吞吐技術(shù)(css)主要是將一定數(shù)量的高溫、高壓飽和蒸汽注入油砂層，悶井一段時(shí)間加熱近井地帶油砂，使其中油砂油粘度降低，能夠在一定范圍內(nèi)流動(dòng)；然后采油設(shè)備將油砂油采集出來(lái)。即在同一口井進(jìn)行注入蒸汽、關(guān)井浸泡（悶井）及開(kāi)井生產(chǎn)3 個(gè)階段。注入蒸汽的量以及悶井的時(shí)間是根據(jù)井深、油層性質(zhì)、原油粘度、井筒熱損失等條件需預(yù)先設(shè)計(jì)。

油砂蒸汽吞吐早期開(kāi)采時(shí)，由于油砂比稠油更粘且存在于砂體中不易流動(dòng)，因此只能采出各個(gè)油井井點(diǎn)附近油砂層中的油，采收率低。目前改進(jìn)措施是采用類似于蒸汽驅(qū)的原理，在一口井中注入，周邊幾口井進(jìn)行采集的方式。即：采用蒸汽吞吐加輔助（N-Slov 或注微生物菌液）方法來(lái)提高產(chǎn)量。

2 油砂試采相關(guān)地質(zhì)因素

除去本文不討論的油砂試采的鉆井及采集設(shè)備的工藝及環(huán)境保護(hù)類因素外，僅從地質(zhì)開(kāi)采條件來(lái)分析，油砂原位試采的主要地質(zhì)因素包括地質(zhì)特征、物理?xiàng)l件、水文條件、工程條件等幾個(gè)方面（見(jiàn)圖1）。由于在進(jìn)行蒸汽吞吐采油過(guò)程中需要向地下注入大量高溫高壓蒸汽，因此對(duì)油砂礦層覆蓋層、頂板隔水層、底板隔水層等的地層巖性、厚度及其密封性與強(qiáng)度，以及承受溫壓能力均有一定的要求，以避免礦層遭受破壞而使采油井報(bào)廢；同時(shí)，油砂油采集過(guò)程中，油砂礦層水質(zhì)、頂?shù)装逅畬訅毫穸?、礦石本身“孔滲”特征、“敏感性”參數(shù)等均會(huì)直接影響到采油工藝設(shè)計(jì)[3]。

圖1 油砂原位試采的地質(zhì)影響因素分類示意圖

3 西斜坡油砂礦地質(zhì)特征

3.1 油砂礦分布

松遼盆地西斜坡油砂礦床（點(diǎn)），主要有圖牧吉油砂礦床（進(jìn)行過(guò)露采）、西北溝油砂礦床（進(jìn)行過(guò)試采）及大崗、小太平山等油砂礦點(diǎn)。均位于西斜坡中南部超覆帶上，其中西北溝油砂礦規(guī)模稍大，經(jīng)詳查獲得資源/儲(chǔ)量?jī)汕в嗳f(wàn)噸。由于各油砂礦床(點(diǎn))的烴源巖均為青山口組，油源均來(lái)自于齊家古龍凹陷，通過(guò)構(gòu)造和不整合面向西運(yùn)移，賦存受地形起伏、砂體及斷裂封堵有關(guān)，但總體地質(zhì)條件相似。因此，通過(guò)對(duì)做過(guò)試采的西北溝油砂礦影響因素分析可以指導(dǎo)西斜坡地區(qū)油砂原位開(kāi)采。

3.2 地質(zhì)特征及開(kāi)采技術(shù)條件

3.2.1 地質(zhì)特征及溫壓條件

西北溝油砂富集區(qū)的油砂層標(biāo)高-22m ～-50m 之間，油砂礦孔隙度在20%～25%之間，滲透率1000md 左右，含油飽和度40%～50%之間，儲(chǔ)層有效厚度平均8.0m 左右。礦層上部隔層厚度較大，在20m ～25m 之間，泥巖不發(fā)育，純泥巖隔層厚度相對(duì)較小。礦層下部泥巖隔層厚度較薄，厚度在1m ～3m 之間。油砂層溫度低，加溫難度大、熱量散失快；壓力低，驅(qū)動(dòng)能力弱，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短（表1）。

表1 地層溫度、壓力測(cè)試結(jié)果

3.2.2 水文地質(zhì)特征

礦區(qū)含水層分為孔隙潛水和孔隙裂隙承壓水2個(gè)類型。第四系孔隙潛水水位標(biāo)高160m ～170m，單井涌水量100m3/d ～500m3/d，屬中等富水。水中陰離子以HCO3-為主，鈉鈣型水，堿性偏高。賦存于白堊系姚家組和嫩江組砂巖、砂礫巖中的孔隙裂隙承壓水，含水層累計(jì)厚度大于50m，單井涌水量為100m3/d ～500m3/d，屬中等富水。礦區(qū)內(nèi)隔水層分兩種類型，一種是薄層狀的長(zhǎng)石石英砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖，厚度10cm～30cm，層位不穩(wěn)定；另一種為灰黑色的泥巖，位于第四系沖積層之下，厚達(dá)90m ～100m，層位穩(wěn)定，隔水性能好，是區(qū)內(nèi)主要隔水層。水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類型[4]。

3.2.3 工程地質(zhì)特征

礦區(qū)油砂礦賦存形式主要為復(fù)層板狀礦層，其頂板、底板為泥巖。構(gòu)成油砂礦層頂板的泥巖，巖石較致密，薄層狀結(jié)構(gòu)，呈半堅(jiān)硬狀態(tài)，巖層較為完整（局部有破碎），RQD 多在50 ～80，巖體質(zhì)量指標(biāo)為中等級(jí)。油砂礦層底板泥巖呈未膠結(jié)、散體狀態(tài)，RQD 多在25 ～30，從油氣礦藏的特定礦種而言巖體質(zhì)量屬良好。油砂礦層局部段夾有軟弱層，礦層頂板巖石穩(wěn)定性一般，底板巖石穩(wěn)定性較差。工程地質(zhì)條件屬于中等類型。

4 原位試采關(guān)鍵性地質(zhì)影響因素分析

針對(duì)松遼盆地西斜坡油砂礦特點(diǎn)，對(duì)其試采相關(guān)地質(zhì)因素進(jìn)行分析，主要影響因素包括以下幾個(gè)方面：（見(jiàn)圖2）。

圖2 西斜坡油砂原位試采主要地質(zhì)影響因素示意圖

4.1 易于出現(xiàn)水串、坍塌、堵塞的影響因素

（1）地層方面：隔水層是指水層與礦層間的隔層，因此嫩江組厚層泥巖并不是隔水層，需要在姚家組內(nèi)尋找隔水層。應(yīng)注意含水層和頂?shù)装宓哪鄮r或粉砂巖的厚度與成巖程度，要有足夠厚度或“結(jié)實(shí)”程度；確定有沒(méi)有天窗（包括底板漏洞）。避免水層與開(kāi)采層連同出現(xiàn)“串水”，造成無(wú)法挽回的損失，嚴(yán)重導(dǎo)致油井報(bào)廢。

（2）礦層方面：在蒸汽吞吐工藝開(kāi)采中，多層薄夾層礦體可以被注入高壓熱蒸汽擊穿連通或通過(guò)熱傳導(dǎo)加熱，不太會(huì)影響開(kāi)采，但礦層的厚度直接影響采用哪種工藝。

總之，油砂開(kāi)采主要是對(duì)油砂進(jìn)行改性，使其物理性能發(fā)生變化，即由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，得以流入生產(chǎn)管道，最后到達(dá)地表。礦區(qū)的水文地質(zhì)條件和油砂層的巖性條件對(duì)油砂開(kāi)采均有影響，要防止砂質(zhì)碎屑對(duì)滲油管壁堵塞現(xiàn)象發(fā)生、注意對(duì)含水層位、含水地段的有效封堵。

4.2 易于影響油砂油粘度及生產(chǎn)壓差的因素

（1）油砂對(duì)溫度的變化很敏感，地層通常每100m 增加溫度1 度、壓力1MP。過(guò)熱飽和蒸汽臨界溫度374.3 度，地層深200m，壓力約2 兆帕，飽和蒸汽溫度只能達(dá)到200 多度，當(dāng)壓力低會(huì)造成注入蒸汽無(wú)法達(dá)到一定高度的高溫而影響降粘。

（2）高溫高壓會(huì)人為擊穿上覆隔層，造成“漏氣”和“串水”。因此需要對(duì)隔層進(jìn)行評(píng)估，搞清楚隔層特征非常重要。

4.3 影響采油設(shè)計(jì)工藝的重要測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）“孔滲”、“含水性”等都需要室內(nèi)測(cè)試并與物探測(cè)井曲線進(jìn)行對(duì)比尋找可靠規(guī)律和特征。

（2）除已知常規(guī)測(cè)試，還要進(jìn)行“族組份、含硫量、含蠟量、巖石薄片鑒定、X 衍射分析、掃描電鏡分析、粒度，泥質(zhì)含量、粘溫曲線”等一系列測(cè)試工作；還需要進(jìn)行開(kāi)采測(cè)試如：“高溫向滲”、“壓汞試驗(yàn)”、“H2S 試驗(yàn)”、“破裂壓力”測(cè)試等等。

（3）“敏感性實(shí)驗(yàn)”非常重要，對(duì)開(kāi)采工藝設(shè)計(jì)有影響。包括“速敏、水敏、酸敏、堿敏、壓敏、鹽敏”等。在各個(gè)施工環(huán)節(jié)中需防止儲(chǔ)層損害、保護(hù)好儲(chǔ)層，以便充分發(fā)揮儲(chǔ)層產(chǎn)能，達(dá)到科學(xué)開(kāi)發(fā)油砂的目的[5,6]。

5 結(jié)論

（1）蒸汽吞吐＋輔助N-Solv 原位改質(zhì)開(kāi)采技術(shù)是松遼盆地西斜坡地區(qū)油砂礦開(kāi)采的有效手段之一。

（2）除試采生產(chǎn)工藝及環(huán)境保護(hù)類因素外，油砂原位試采的主要地質(zhì)影響因素包括地質(zhì)特征、物理?xiàng)l件、水文條件、工程條件等幾個(gè)方面。

（3）在試采過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)注意試采井位的優(yōu)選，防頂?shù)姿Z、降低原油粘度、防止儲(chǔ)層出砂坍塌、保障儲(chǔ)層生產(chǎn)壓差。