低渗透油藏整体压裂改造技术-开题报告

专题编号： 合同编号： 性质代码： 专业代码 中国石油化工股份有限公司 2001 年提高采收率先导试验项目 开 题 报 告 项目名称 课题名称 低 渗 透 油 藏 整 体 压 裂 改 造 技 术 专题名称 负 责 单 位 位 ： 中原油田分公司 专题负责人人： 刘一江 职称 : 局总工程师 研究开发年限： _2001_年 _1_月至 _ 2005_ _年 _12_月 2001 年 8 月 6 日编制 编 制 须 知 一、向总部申请承担科学研究开发项目、课题和专题时 ，应先向科技开发部申报本开题报告。 二、申报开题者均须同时附送相应资料： 献调查总结及探索试验情况介绍。 三、科技开发部根据收到的开题报告及其相应附件进行审议，经审议选定的专题可签订科学技术研究开发项目委托开发合同。 四、本开题报告版本自 2001 年 2 月起启用。 五、几点注意事项： 0 个汉字（一格一字）。 相当专业技术职务）以上的专业技术职务人员。 位科技负责人审定同意，加盖申请单位（或其科技处）公章后，报科技开发部（一式四份）。 4。 2 3） 合注、合采井多，层间矛盾大，分层治理难度大 4） 历史上欠账多 受对外合作的影响，濮城油田三年没有进行过重大开发调整，加之井况不断恶化，油田自然递减由“九五”初期上升到“九五”末的 对于卫 22 块油藏 一、国内外现状、发展趋势及开题意义 1、国内外现状及发展趋势 水力压裂技术研究由单井压裂进展为低渗透率油藏整体压裂，是水力压裂近期技术的 重大发展。单井压裂技术作为强化采油措施，提出研究的主要目标是增加单井产量；而低渗透率油藏整体压裂技术研究不仅限于提高采油速度范围，它将进一步研究如何与开发井网优化组合以实现提高采收率，以及满足低渗油藏最大限度的获得经济开发的效果。整体压裂技术的基本特点是以油藏作为一个工作单元，进行开发井网与水力裂缝的优化组合设计，并预测其一、二次采油期产量、扫油效率、以及采出程度等动态变化结果；并使用近期发展的水力裂缝诊断与评估方法，检验实际的水力裂缝偏离优化设计所预测的程度，与压后实际效果偏离优化设计预测的程度，使优化设 计转化为优化施工，并为进一步改进设计方案与认识地层系性质提供有关资料。这样，就有可能形成： 1) 抽稀开发井网密度，这也就大幅度降低低渗透率油藏开发井的钻井数量，减少开发投入；非常显然，以口井的压裂成本将远远小于钻井成本。 2）在一定程度上成为低渗透率油藏提高采收率的一种方法。 低渗透率油藏整体压裂技术是建立在压裂技术与油藏工程的相互交叉研究基础上的边缘技术，也是压裂总体水平有了明显提高的标志。 3 使用整体压裂技术，研究当油藏存在井网与水力裂缝系统及其不同组合时，对低渗透率油藏开发过程的产量与采收率的基本作用 ： 1）只有当水力裂缝的特性与方位适应与低渗透率藏油藏性质与开发井网系统时，才能在油田开发系统中取得较长期的增产与提高采收率； 2）应用整体压裂技术，能以水力裂缝来合理抽稀井网密度，实现少投入、多产出，使不具备经济开发的低渗透率边际油藏获得工业应用。 中原油田自 1985 年开始，在油田开发的高速上产阶段，就研究和应用了水力压裂工艺技术，并且成为油田开发与上产的主导措施之一，逐步形成了一套适应于中原油田地质开发特征的改造低渗油（气）层的压裂工艺技术。 中原油田已投入开发地质储量 吨，采出程度为 22%，二、三类储层储量合计为 吨，其中空气渗透率小于 5510-3吨，占投入地质储量的 另外，从两个剖面上看，目前产出厚度仅占射孔厚度的 吸水厚度占射孔厚度的 中原油田在开发过程中，经过反复的井网层系细分和注采调整，大部分油层已进入高含水开发期，综合含水已达到 85%，目前开发对象正向二、三类储层转移，必须采用先进适用的压裂工艺技术， 以便适应油田开发新形势的需要，来保证措施的经济效果。 2、开题意义 中原油田具有油藏埋藏深、断块小、渗透率低 等特点，尤其对于 濮城油田，是一个埋藏深、含油层系多、油藏类型多、非均质严重的断块油田。 1980 年投入开发，是一亿吨级整装大油田，构造相对简单。截止到 2000 年底，上报探明含油面积 明石油地质储量为 15526 104t，动用含油面积 油地质储量为 13593 104t。 2000 年 7 月，综合含水 采出程度 标定采收率 可采储量 4755 104t，剩余可采储量 104t。 4 目前濮城油田开发面临的主要问题是： 1） 井况的恶化和复杂，使很多的配 套治理和挖潜工作难以实现 目前濮城油田事故井 726 口，占总井数的 造成水驱控制储量损失 1458 104t，水驱动用储量损失 1195 104t。 2） 层间挖潜难度大，工艺不配套 层间挖潜的卡堵、化堵措施无论是工作量还是增产效果仍没取得大的突破，实现老井稳产的难度也越来越大。 针对以上问题，对低渗透率油藏进行整体压裂改造，通过压前地层评估，充分应用地质、油藏描述、测井等资料，取得能覆盖油藏整体的输入数据，考虑注采井网以及水力裂缝系统的优化组合，使用水力裂缝与油藏模拟确定优化组合结果，取得最优化设 计方案，使整体压裂优化设计覆盖油藏整体，通过水力裂缝诊断与压后评估技术，最大限度地准确取得在油层中实际形成的水力裂缝几何形状、尺寸、特性与方向等资料，检验优化设计实施的结果，使用现场水力裂缝实时模拟分析技术将优化设计转化为优化施工，达到最佳的经济效果。 5 二、研究开发和创新内容、技术路线、技术指标及技术关键 根据中原濮城油田及卫 22 块重点区块地质概况和开发特点，本项目下设几个专题：（ 1） 地应力场及天然裂缝发育研究 （ 2） 深井整体压裂优化设计软件的引进与开发 (3) 深井高压分层压裂管柱研究 （ 4） 耐高温粉砂液支撑剂的研究 （ 5） 大排量高砂比压裂施工工艺研究 （ 6） 不关井速返排液工艺研究 （ 7） 压裂裂缝监测技术。 研究目标区块为濮城油田沙二上 2+3 油藏，含油面积 油地质储量 104t，目前剩余储量 104t。 专题一：地应力场及天然裂缝发育研究 一、主要研究内容 1、地应力场分布规律研究 2、天然裂缝发育研究 3、地层纵向应力剖面研究 二、创新内容 1、地应力场分布规律研究 2、地层纵向应力剖面研究 三、技术路线 岩石力学参数录取 确定各节点的边界条件 进行三维数值模拟 建立纵向应力剖面 天然裂缝发育状况分析 岩心试验分析 进行构造裂隙判断和预测 地应力分布规律研究 6 四、技术关键 1、油藏数值模拟技术 2、地层纵向应力剖面的建立 专题二 深井整体压裂优化设计软件的引进与开发 一、研究内容 1、适合于濮城油田深层整体压裂优化设计软件的引进 2、压裂数据采集和模块整理 （ 1） 三维裂缝模块 （ 2） 压裂液滤失模块 （ 3） 支撑剂运移模块 （ 4） 井眼及裂缝温度计算模块 （ 5） 裂缝导流能力模块 （ 6） 油藏模拟及压后产能预测模块 3、压裂液和支撑剂数据库的建立 4、裂缝实施监测模块。 二、创新内容 1、压裂液和支撑剂数据库的建立 2、裂缝实时监测模块建立 三、技术路线 濮城油田、卫 22块地质概况分析 选择适合该地层的压裂优化设计软件 模块整理 压裂液、支撑剂资料收集 建立压裂液、支撑剂数据库 建立裂缝实时监测模块 7 四、技术关键 1、适合于深层整体压裂优化设计软件 2、模块整理 3、数据库的建立 专题三 深井高压分层压裂管柱的研究 一、研究内容 1、根据地层不同区块的破裂压力选择封隔器 2、优选适合低深地层的耐高压封隔器 3、选择最佳的管窜结合方式 二、创新内容 耐高压封隔器 三、技术路线 1、不同区块地层地质资料录取 2、历年来压裂数据（破裂压力、停泵压力等）的录取 3、 优选适合低渗地层的耐高压封隔器； 4、选择最佳的管窜结合方式 四、技术关键 低渗透地层耐高压封隔 器的优选。 专题四 耐高温粉砂液、支撑剂的优选 一、研究内容 （二）、 耐高温粉砂液的优选： 1、 不同种类压裂液的初评价； 2、 增稠剂的优选； 8 3、 交联剂的优化； 4、 助排剂的优化； 5、 洗井方式的确定； 6、 预前置液的应用； 7、 压裂的润湿性的研究； 8、 压裂液的综合性能评价； 9、 适用于濮城油田的压裂液体系研究。 （二）、 支撑剂的优选： 1、不同粒径的支撑剂破碎率研究； 2、不同粒径下的导流能力研究； 3、单颗粒强度的筛选评价； 4、支撑剂加工工艺的优化。 二、创新内容 1、压裂液润湿性研究 2、单颗粒支撑剂强度的筛 选评价； 三、技术路线 1、耐高温粉砂液 ； 2、支撑剂的优选 不同种类压裂液的初评价 交联剂的优化； 助 排剂的优化； 增稠剂的优选。 洗井方式的确定 预前置液的应用 压裂的润湿性的研究 压裂液的综合性能评价 适用于濮城油田的压裂液体系研究 不同粒径的支撑剂破碎率研究 不同粒径下的导流能力研究 单颗粒强度的筛选评价 支撑剂加工工艺的优化 9 四、技术指标 1、压裂预前置液表面张力 20mN/m； 界面张力 0.1 mN/m，岩心伤害率5%； 2、压裂液在 160条件下、剪切速率 170切 2 小时粘度 100s；压裂液抗盐 10 万 ；压裂液残渣 300 ；岩心伤害率 10%。 3、支撑剂 80破碎率 7%；导流能力 40 五、技术关键 改善压裂液润湿性 专题五 大排量高砂比压裂施工工艺研究 一、研究内容 1、分析整体区块井网布局对压裂施工规模的影响； 2、不同排量、砂比情况下对裂缝几何尺寸的影响； 3、不同排量、砂比情况下对施工的影响； 4、优化压裂施工参数，确定大排量、高砂比压裂施工工艺； 5、整体压裂优化方案的研究； 6、经济评价技术研究。 二、创新内容 整体区块井网布局对压裂施工规模的影响 三、技术路线 四、技术指标 排量 均砂比 30%。 10 专题六 不关井速返排液工艺研究 一、研究内容 1、不同破胶剂对快速返排的影响； 2、复合破胶工艺技术的研 究； 3、压裂过程中液体温度在井筒中的变化情况； 4、压裂过程中液体温度在裂缝中的变化情况； 5、返排最佳时机的确定； 6、现场施工工艺研究。 二、创新内容 1、 压裂过程中液体温度在井筒中的变化情况； 2、压裂过程中液体温度在裂缝中的变化情况； 三、技术路线 四、技术指标 1、破胶化水液粘度 4 s； 2、破胶化水时间 五、技术关键 返排最佳时机的确定。 专题七 压裂裂缝监测技术 一、 研究内容 1、裂缝测试手段分析与优选； 复合破胶工艺技术的研究 压裂过程中液体温度在裂缝中的变化情况 压裂过程中液体温度在裂缝中的变化情况 返排最佳时机的确定 现场施工工艺研究 11 2、裂缝方位预测； 3、裂缝方位的拟合； 4、监测结果对比 二、创新内容 裂缝方位拟合。 三、技术指标 测试符合率达到 80%。 四、技术路线 1、 收集裂缝监测资料，分析测试结果； 2、 分析对比各种测试技术的测试原理； 3、 现场裂缝监测； 4、 分析压裂区块的裂缝大体走向，预测压裂方位，为压裂设计提供依据。 五、技术关键 分析压裂区块的裂缝大体走向，预测压裂方位。 12 三、查新说明 ,国内外文献和专利检索、分析报告书摘要（另附国内外文献和专利检索、分析报告书及本专题已申请和授权的专利清单） 13 四、市场和需求，技术经济分析及经济效益 、社会效益预测 通过该项目的展开，为濮城油田的整体开发提供合理依据，提出整体压裂改造的技术方案，具有重要的经济效益和社会效益，并在中原油田同类油田推广应用，预计投入产出比 1： 14 五、开题条件（包括技术准备、人员情况 *、现有仪器设备及实验室条件） （一）、技术准备 我们是从事压裂工艺技术研究室是专业化的科研攻关队伍，近 10 年来，先后取得 15 项局级以上科研成果，其中国家科技进步奖 1 项，省部级 3 项；另外已同过总公司鉴定的有 2 项（待评奖），其中“深层特低渗压裂工艺优化技术”为“国际先进水平”；“系列 清防垢工艺技术”为“国内先进水平”。曾研究出 温低伤害压裂液，羟丙基胍胶与有机硼交联冻胶压裂液， 及 高强度支撑剂等为代表的当时处于国内领先水平的一批科研成果，为我国油层改造工艺技术的发展做出了应有的贡献。现有压裂设计软件 ；多年来，通过多项科研成果的研究，科研仪器、设备系列配套，人员素质科研能力不断提高，已成为中原油田科技攻关的主力军。 目前，对该专题的研究已调研、收集、整理了一批有关的技术资料，掌握了国内外现有技术状况与研究发展动态。在压裂优化设计的 研究与应用方面已进行了多年的探索与应用；在裂缝强制闭合技术方面一在现场进行了应用 ,现在需要进一步完善；在压裂液研究方面，已进行了高温低伤害压裂液的研究；在 1996 引进了 缝检测仪进行过多口井的现场裂缝检测试验。该项目现根据研究内容、技术路线、技术指标等要求，制定了相应的研究试验方案，做好了正式立项后开展全面研究的一切技术准备。 （二）、人员情况 1、中原油田分公司项目领导组 组 长：刘一江 副 组 长：王法轩 15 成 员：李宗田 吴信荣 刘长松 李明志 李凤霞 赵宇新 苗宏 王安培 李兴应 张玉坚 2、专题负责人：李明志 3、主要研究人员名单 序号 姓 名 职 务 技术职称 主要科研成果 1 刘一江 分公司副经理 高级工程师 多次获总公司科技进步奖 2 王法轩 分公司副总师 教授级高工 多次获总公司科技进步奖 3 李宗田 采油院院长 高级工程师 多次获总公司科技进步奖 4 吴信荣 采油院副院长 高级工程师 多次获总公司科技进步奖 5 刘长松 科长 工程师 多次获总公司科技进步奖 6 李明志 室主任 高级工程师 多次获总公司科技进步奖 7 李凤霞 工程师 多次获局级科技进步奖 8 苗 宏 工程师 多次获局级科技进步奖 9 赵宇新 工程师 多次获局级科技进步奖 10 王安培 高级工程师 多次获局级科技进步奖 11 李兴应 高级工程师 多次获局级科技进步奖 12 张玉坚 工程师 多次获局级科技进步奖 三、仪器设备 为开展该专题研究，拥有的相应的主要进口和国产仪器设备 28 种 31 台套（详见下表），有水电配备齐全、通风排气设备良好的实验室二十余间，可系统有效的开展 该专题的室内研究试验工作。 16 序 号 名称 数量 备注 序号 名称 数量 备注 1 转粘度计 1 台 美国产 16 缝监测仪 1 台 国产 2 转粘度计 2 台 美国产 17 分光光度计 2 台 国产 3 转粘度计 1 台 德国产 18 力机 1 台 国产 4 转粘度计 1 台 德国产 19 44颗粒强度仪 1 台 国产 5 剪切历史模拟器 1 套 美国产 20 标准分样筛 1 套 国产 6 大管道流变仪 1 套 美国产 21 度计 1 台 国产 7 渗透率测定仪 1 套 美国产 22 体显微镜 1 台 国产 8 动态岩芯伤害仪 1 套 美国产 23 万分之一天平 2 台 国产 9 恢复渗透率测定仪 1 套 国产 24 千分之一天平 3 台 国产 10 高温高压滤失仪 2 套 美国产 25 干燥、恒温加热设备 1 批 国产 11 流仪 1 套 美国产 26 泡沫压裂液试验评价装置 1 套 美国产 12 岩芯加工机 1 台 美国产 27 面张力仪 1 台 德国产 13 表面润湿仪 1 台 美国产 28 变仪 1 台 德国产 14 超低界面张力仪 1 台 国产 15 高压反应釜 1 台 国产 合计： 28 种 31 台套 17 六、计划进度和考核目标 （按年度写出各年度安排 , 跨年度的内容分年度填写 ;负责单位应包括协作单位。） 年份 序号 工作内容 试验规模及应达到的指标 起止时间 （ 月 月） 试验地点 验收方式 * 负责单位及负责人 备注 2001 1 地应力场及天然裂缝发育研究 地应力场分布规律研究。 1油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程 事业部，王法轩 2 整体压裂设计软件引进与开发 压裂数据采集及模块整理。 1油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 3 深井高压分层压裂管柱研究 据不同区块的破裂压力选择封隔器 1 9 采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 4 耐高温粉砂液支撑剂优选 1、优选压裂液，进行压裂液地初评价。 2、优选支撑剂：不同粒径的破碎率研究、导流能力研究。 1油工程技术研究院采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 5 大排量、高砂比压裂施工工艺研究 1、分析整体区块井网布局对压裂施工规模的影响； 2、不同排量、砂比情况下对裂缝几何尺寸的影响分析； 1油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 6 不关井速返排液工艺研究 破胶剂的筛选与破胶剂的现场施工工艺研究， 5井次，破胶化水液粘度 4 s；破胶化水时间 1 12 采油工程技术研究院、采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 7 压裂裂缝监测技术 优选裂缝监测手段，现场进行裂缝监 测 5井次，符合率达90%。 1油工程技术研究院、采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 8 现场实施 优化设计与施工 5井次，工艺成功率 90%。 1 12 采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 18 2002 1 1、天然裂缝发育研究 2、深井高压分层压裂管柱研究 3、压裂液的优选 4、施工工艺研究 5、裂缝监测技术研究 1、研究濮城油田、卫 22重点区块天然裂缝发育情况； 2、增稠剂、交联剂、助排剂的优选； 在 160条件下、剪切速率 170剪切 2小时粘度 100s； 3、排量、砂比对施工的影响。 4、破胶工艺技术研究 1油工程技术研究院采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 2003 2 1、地应力场研究 2、软件的开发 3、不关井速返排液工艺研究 1、地层纵向应力剖面研究； 2、软件模块整理； 3、支撑剂强度的优选； 4、整体压裂优化方案的研究及现场施工工艺研究。 1油工程技术研究院采油二厂、采油三厂 审查 中原油田分公司采油工程事业部，王法轩 2004 3 综合性能评价 1、压 裂液综合性能评价 2、支撑剂的优选 3、整体压裂经济评价技术研究； 4、现场施工工艺研究； 5、裂缝监测技术的应