（地质工程专业论文）特殊岩性油藏油层改造配套工艺技术.pdf

查堡至塑堂堕王堡堡主主些兰垡堡苎 、 特殊岩性漓藏油层改造配套王艺攘水 摘要 随着辽词油田勘探、开发进入中、后期，储层条件越来越差，开采难度越来越大，后备储 量严重不足，石油资源短缺严重，勘探、开发方向逐步向低渗透、特殊岩性等难动用储量转移。 近年来，辽河油田在火山岩( 粗面岩、石英岩等) 、变质岩( 混合花岗岩) 、等特殊营生油 藏的勘探方面有较大的突破，相继发现了牛心坨、黄沙坨、欧利坨、大民屯f 氏潜山等f 诸量十分 丰富( 累计储量约1 1 0 0 0 万啕的特殊岩性油藏。这类油藏一般埋藏较深、岩性致密坚硬，天然 裂缝较发育，依靠常规开采方式般难以获得经济产能，必须进行针对位的油层改造措施但 由于该类储层岩性的特殊性，进行油层改造i 立程中施工泵压高、启裂泵压高、储层敲高、流 体滤失大，导致措旖硅压墩大，觋场施工中经常出现无法压开裂缝、嬲沙燃习n 象。 本项目就是针对这类特殊岩性油藏的地质、工艺特点展开油层改造技术研究的。经过几年 来的技术攻关，本项目完成了特殊岩性岩石力学与地应力参数测试实验研究，掌握了特殊岢陛 破裂、延伸、扩展规律：成功研制了抗高温压裂液配方，满足了特殊岩性油藏深井压裂要求； 成功研制了粉砂、油溶性树月旨、乳液等压裂降滤失技术：脚婀院了删日砂造长缝、巨厚 层分段避射分层压裂等工艺；成功研究了中低砂比、坡阶式加砂、段塞稀隔液等防毪嘴技术： 成功研制了缓释胶囊破晓利、压裂排液求产一体化管柱等压裂液睫茵区排技术；成功研究了压 前酸预处理、小型测试压裂辅助补孔、多脉冲破岩启裂等降破裂技术：成写嗨喇了 4 2 2 系列 深井麟埘隔器、k l 6 5 1 0 5 型千望皿耕口等耐高压技术，基本形成了完整、适用的糊楷眭 油层改造配套工艺技术。 几年来，采用本项即开究的技术成果，在现场进行试验和推广2 5 4 井次，施工成功率1 0 0 ， 截止2 0 0 6 年4 月3 0 日，累计增油4 5 万吨，新增产值4 5 亿元，创利润3 , 1 8 亿元，荆挝压裂 试油探明地质储量6 1 0 0 万吨，取得了良好的增产效果和经济效益。 本项目的研究成果对于继续做好辽河油田特殊岩性油藏的油层改造和勘探、生产具有十分 重要的意义，在现场也具有十分广阔的应用前景。 关键讯特殊岩性油层改造配套工艺技术 a b s t r a c t m a t c h i n gt e c h n o l o g i e sh a s f o r m e df o rs p e c i a ll i t h o l o g yf o r m a t i o n t r a n s f o r m a t i o n a b s t r a c t a s t h e e x p l o r a t i o n a n d e x p l o i t a t i o n i n l i a o h e o i l f i e l d c o m e s t o t h e m i d d l e a n d l a t e p e n o d , r e s e r v o i r c o n d i t i o n s a l l b e c o m i l l g w o l s e a n d w o f s e a n d i t h a s l 3 e r 。o m e m o r ea n d m o l l d i f f i c u l t t o e x p l o r e a n de x p l o i t t h e o i l a n d t h e w ：, e r v e s a r e s e v e r e l yi n s u 伍c i e n t t h ee x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n ti s 舀a d u a 姆s h i r i n gt ot h er e s e r v o fl o wp e r m e a b i l i t ya n d s p e c i a l 鼬o l o 斟t 噍a r e d - 墒c m y 协e x p l 以 t h i sp r o j e c ta i e so u tt h es t u d yo fo nf o m m f i o nm a m f o n m l i o nt e c h n o l o g yi nv i e wo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so f g e o l o g y a n d t e c h n o l o g i e s o f t h i s k i n d o f s p e c i a l l i t h o l o g yr e e e r v o i r , t h r o u 曲y e a r s o f t e d m i c a lr e s e a l d a a n ds t u d y , t h i s p r o j e c t h a s c o m p l e t e d m e c h a n i e s a n d t e r r e s t r i a ls t r e s s p e m m e t e r s t u d y o ns p e c i a l l i t h o o g yr o c ka n d h a s k n o w n w e l t h e l a wo f m et i a c t t u i n g ，e x t a 3 s i o na n de x p a n s i o no f s p e c i a ll i t h o l o g y ；s u e c e s s f u 时d e v e l o p e dl 】i 曲t e m p e r a t u r er e s i s t i n g f r a c t u r i n gf l u i df o n n u l a f i o n , t om d s f yt h ed e e p h o l ef r a c t u r i n gi ns p e c i a lh l l ( o 斟r e s e r v o i r ；, s u c c e s s f u l yd e v e l o p e d f i l m a t i o nr e d u c 吨船船吨t e c h n o l o g yo fs 岫s a n d , 0 丑d i s p e r s i b l er e s i na n de m u l s i o n ；s u c o w , s f u l l yd e v e l o p e dt h e t e c h n o l o g i e so fl a 秽s c a l el o n gf i s s u r em a k i n gb ya d d i n gs a n d , s e g m e n t a t i o np e r f o r a t i o na n dm u l t i p l ef r a c a n i n gi n e x t r e m e l y 廿1 i c kf o r m a t o n ；s u c c c e s f u l l yd e v e l o p e dt h et e c h n o l o g i e so f s a n dp i u gp r e v e n t o no f l o wa n dm i d d l es a n d p r o p o r t i o n , a s c a 曲s a n da d d i n g , s l u gd i l u t e 鬻p 五o nf l u i d ；s u c c e z s 魁yd e v e l o p e d 丘粒铀曲gf l u i d f a s tw 嘧n t e c h n o l o g i e so f s l o wr e l e a s i n gc 举1 1 e 鲥b r e a k i n ga g e n t , c o m b i n e ds 略o f f r a c t o r i n gf l u i dl l t l m la n dp r o d u c t i o n ； s u c c e s s f u l l yd e v e l o p e dc r a 蛾t e c h n o l o g i e so f a c i dp m l r e a l m a n tb e f o r ef i a 血n i n g , 孤d d l i a i yr c p e r f o r a f i o ni ns m a l l 恼c f r a c t u d 略m u l t i - p u l s er o c k c r a c k i n g ；s u c c e s s f u l l y d e v e l o p e d h i g h e r t m i a p e m t o r er e s i s c e t o c h n o l o g i e s o f y 4 2 2 p a c k e r s e r i e sf o rd e e ph o l e & t h u sac o m p l e t ea n dp r a c t i c a ls y s t e mo f m a t c h i n gw h n o b 酉e sh a sf o r m e df o rs p e c i a ll i t h o l o g y f o r m a f i o 】1 l i r a n s f o m 血o r t t i l ea c h i e v e m e n g si nt h i sp r o j e c th a v eas i g n i t i c , tm e i n gi nc o n t i n u i n gt h ew o r ko fo 丑f o r m a t i o n m n s f o r m a f i o n i n s p e c i a l l i t h o l o g yr e s e r v o i r s a n d l h e e x p l o r a t i o n a n d 醯p d d 诚o n n 呵a l s o h a v e a b f i g h t 泣m i n l h e a p p l i c a t i o n o ns i t e i i k e y w o r d s ：s r ) e c i a ll i t h o l o g y o nf o n n a t i o n t r a n s f o r m a t i o nm m c h i n g t e c h n o l o g y 大庆石油学院工程硕士学位论文 引言 近年来，辽河油田在火山岩、变质岩等特殊岩性油藏的勘梨l 上取得了重大进展，相继发 现了大民屯西陡坡中北段混合花岗岩油藏，地质储量约5 0 0 0 xl e t ；大民屯凹陷低潜山混合花 岗岩油藏，地质储量约3 0 0 0 x1 0 h ；西部凹陷东部陡坡带中北段混合花岗岩油藏，地质储量约 5 0 0 0 x1 0 4 t ：东部凹陷中段粗面岩油藏，地质储量约3 0 0 0 1 0 4 t 。随着辽河油田勘探、开发进入 中、后期，储层条件越来越差，开采难度越来越大，后备储量严重不足，石油资源短缺严重， 勘探、开发方向逐步向低渗透、特殊岩性等难动用储量转移。 近年来，辽河油田在火山岩( 粗面岩、石英岩等) 、变质岩( 混合花岗岩) 、等特殊岩性油 藏的勘探方面有较大的突破，相继发现了牛心坨、黄沙坨、欧利坨、大民屯f 氐潜山等储量十分 丰富( 累计储量约11 0 0 0 万啕的特殊岩性油藏。这类油藏一般埋藏较深、岩性致密坚硬，天然 裂缝较发育，依靠常规开采方式一般难以获得经济产自拶，必须进行针对性的油层改造措施。 但由于该类储层岩性的特殊性，进行油层改造过程中施工泵压高、启裂泵压高、储层温度高、 流体滤失大，导致措施难度较大，现场施工中经常出现无法压开裂缝、脱砂砂堵等现象。 本项目就是针对这类特殊岩性油藏的地质、工艺特点展开油层改造技术研究的。与常规砂 岩油藏相比，特殊岩性油藏的储油方式、流体滤失机制、岩石特性等方面有很大的不同，从对 压裂工艺实施的影响来看，主要体现在以下同几个方面：( 1 瑚i ：储层渗透率极低，一般都在0 - 1 0 x1 0 。帅2 ，岩性异常致密；( 2 ) 深：储层埋藏较较深，般都超过3 0 0 0 m ，最深的大民屯低潜山 达到- 3 4 0 0 m 以下；( 3 ) 硬：岩陛致密、坚硬，抗压、抗张强度异常高；( 4 ) 厚：含油井段大目连续， 无泥岩夹层；( 5 ) 漏：天然裂缝、裂隙发育，流体滤失严重。 储层改造难点有以下几个方面：( 1 ) 高储层温度：一般均在l l o 以上；( 2 ) 高破裂梯度： 一般均大于0 0 1 9 m p a m ；( 3 ) 高流体滤失：孔隙- 裂隙双重滤失机制，且难以预测：( 4 ) 高施 工泵压：一般在7 0 m p a 左右，最高超过9 0 m p a ；( 5 ) 高砂堵机率：施工中极易出现脱砂砂堵， 且难以判断。 黄沙坨油田小2 2 块粗面岩油藏开发初期，采用常规压裂工艺进行了前期试验，所施工的4 口井中，压裂井段在3 0 5 6 - 3 3 6 7 m ，l 口井未压开，其余3 口井也全部没有达到设计加砂要求， 4 口井比设计累计少加砂4 6 9 矗。 经过几年来的技术攻关，本项目完成了特殊岩性岩石力学与地应力参数测试实验研究，掌 握了特殊皆陆破裂、延伸、扩展规律；成功研制了抗高温压裂液配方，满足了特殊岩性油藏深 井压裂要求；成功研制了粉砂、油溶性树脂、乳液等压裂降滤失技术；成功研究了大规勘砂 造长缝、巨厚层分段避射分层压裂等工艺；成功研究了中低砂比、坡阶式加砂、段塞稀隔液等 防砂堵技术；成功研制了缓释胶囊破胶剂、压裂排液求产一体化管柱等压裂液快速返排技术： 成功研究了压前酸预处理、小型测试压裂辅助补孔、多脉冲破岩启裂等降破裂技术：成功研制 了y 4 2 2 系列深井压裂封隔器【3 j 、k l 6 5 1 0 5 型于型压裂井口1 4 j 等耐高压技术，基本形成了完整、 适用的特殊岩性油层改造配套工艺技术。 几年来，采用本项目研究的技术成果，在现场进行试验和推广2 5 4 井次，施工成功率1 0 0 ， 截止2 0 0 6 年4 月3 0 日，累计增油4 5 万吨，新增产值4 5 亿元，创利润3 ，1 8 亿元，并通过压裂 试油探明地质储量6 1 0 0 万吨，取得了良好的增产效果和经济效益。本项目的研究成果对于继续 做好辽河油田特殊岩陛油藏的油层改造和勘探、生产具有十分重要的意义，在现场也具有十分 广阔的应用前景。 大庆石油学院工程硕：i ：专业学位论文 第一章辽河油田特殊岩性油藏地质概况 近年来，辽河油田在火山岩、变质岩等特殊岩性油藏的勘探上取得了重大进展，相继发现 了大民屯西陡坡中北段混合花岗岩油藏，地质储量约5 0 0 0 1 0 4 t ：大民屯凹陷低潜山混合花岗 岩油藏，地质储量约3 0 0 0 ) 1 0 t ；西部凹陷东部毛坡带中北段混合花岗岩油藏，地质储量约5 0 0 0 x 0 4 t ：东部凹陷中段粗面岩油藏，地质储量约3 0 0 0 1 0 4 t 。 1 1 黄沙坨粗面岩油藏地质概况 黄沙坨油田是2 0 0 0 年发现的新油田，小2 2 区块是该油田的一个主要断块，位于辽宁省台 安县黄沙坨镇境内。构造e 位于辽河盆地东部凹陷中段黄沙坨构造，南接欧利坨子构造，北邻 铁匠炉构造。含油面积7 4 k i n 2 ，主要含油层位为沙三段火山岩。 黄沙坨油田勘探工作始于1 9 6 7 年，1 9 9 9 年在小2 2 井的沙三段火山岩获得高产工业油气流， 2 0 0 0 年对该区构造重新落实，在小2 2 井南1 4 k m 和北2 0 k m 处分别部署了小2 3 井、小2 4 井， 并且在小2 3 井获高产油流后，又在该区部署完钻了两口开芳控制井小2 2 1 6 - 1 8 井、小2 2 1 63 2 井，基本控制了小2 2 断块区的含油面积，而后又在含油面积区域内全面部署了开发井，由此打 开了小2 2 、小2 3 块滚动勘探开发的新局面。 1 1 2 地质特征 1 1 2 1 地层 该区所揭露的地层自下而上依次为：新生界下第三系沙河街组沙三段、沙一段、东营组和 上第三系馆陶组、明化镇组以及第四系平原组。其中沙三段为本区主要含油目的层，储层主要 发育以灰色和灰绿色厚层状粗面岩为主的火山岩。本段地层有良好的生储盖组合，与上覆沙一 段呈角度不整合接触。 1 1 2 2 构造 黄沙坨构造是个依附于北东向界西断层的大型断鼻状构造，构造轴向西倾。在构造的形 成及演化被一系列北东向主干断裂所控制，沙三中晚期构造开始雏形，到沙一期以后逐步定型， 并被晚期发育的一些的近东西、北西向次级断裂所切割而分为多个断块。小2 2 、小2 3 块三面 为断层围限，被东西向次级断层小2 3 北、小2 4 北断层切割而成。 1 1 2 3 储层特征 本区储层主要是沙三中下段火山岩。火山岩岩性主要为粗面岩和玄武岩两类，岩心观察分 析和试油资料证实，粗面岩为储集岩，玄武岩为非储集岩。 本区储层储集空间类型复杂，纵横向非均质性强。根据营i 溯察、薄片鉴定、铸体薄片、 压汞及常规物性分析，本区粗面岩储集空间具有缝目 l 隙双重介质，属复合眭储层。 第一章辽河油田特殊岩性油藏地质概况 从成因上看，本区粗面岩储集空间分为原生和次生两大类，其中次生储集空间为本区粗面 岩主要的储集空间。 储层孔渗特征：由前所述，该区储层为复合型储层，储集空间是缝洞一孔隙双重介质，其 孔渗特征亦分为两方面描述： ( 1 ) 基质：岩心常规物性反映了基质岩块物| 生，根据该区岩心分析，储层孑l 隙度在6 5 - - - 18 4 之间，主要以7 m 3 为主：渗透率分布在o 1 3 1 0 3 1 t i n 2 之1 4 ，一般在2 x 1 0 - 3 i u l q 2 以下。从声 波时差解释的基质孔隙度来看，小2 3 块好于小2 2 块，小2 3 块平均1 0 3 ，小2 2 块平均8 9 。 ( 2 ) 宏观缝洞：春i ) 观察，可见粗面岩储层缝洞较发育，最大宽度达2 c m 。但小岩陛分析反 映不出缝洞。根据本区解释的密度孔隙度( 总孔隙度) 与声波孔隙度差值，反映了宏观缝洞， 小2 3 为1 4 ，小2 2 为1 2 。 1 1 2 4 油层发育及油藏类型 小2 2 区块油藏是受储层发育和构造控制的块状构造油藏，储集空间主要以裂缝为主，属 构造裂缝型油气藏，该区块四周被断层围限，油藏埋深2 8 0 0 m 3 3 8 0 m 。由于油源来自s 3 下部 的暗色泥岩，油气主要沿北东向断层垂向运移至粗面岩储层中，因而油层主要依附于北东向断 层( 如小2 2 、小4 西断层) ，分布在粗面岩储层物性较好的区域内。 小2 2 区块油层厚度主要受粗面岩、储层物性、构造三个因素控制，在粗面岩较厚的构造 高部位油层较发育，小2 3 块油层厚度较厚，主要在5 0 1 7 0 m 之间，平均1 3 0 5 m ，小2 2 块相 对较薄，油层厚度在l o l l o m 之间，平均5 3 5 m 。油层厚度在小2 3 井附近最为发育，油层厚 度可达1 7 0 m ，向南东、北西方向逐渐变薄。小2 2 井油层厚度4 7 m ，向北逐渐变薄。该区块油 藏纵向上含油气井段较长，为8 0 2 3 0 m ，横向含油范围较稳定，变化不大，有底水。 1 1 2 5 原油性质 小2 2 、小2 3 块原油性质好，为稀油。据本区2 口井3 个油分析样品的统计结果，地面原 油密度为0 8 3 3 0 4 ) 8 4 3 7 9 c m 3 ，原油粘度( 5 0 ) 为4 2 5 8 a l m p a - s ，凝固点2 7 2 9 。c ，含蜡量 9 0 6 - q 1 6 6 ，胶质、沥青质含量9 2 l 1 2 2 7 。 本区平均原始地层压力3 1 3 0 m p a ，饱和压力2 1 7m p a ，地饱压差大，地层原油粘度小于 0 5 m p a s ，地层原油密度为0 6 8 0 0 9 c m 3 ，体积系数为1 4 8 7 5 ，原始气油比为1 7 3 m 3 t 。 1 1 2 6 天然气性质 据小2 2 井气分析资料，该块的天然气为溶解气，甲烷含量为7 6 9 8 ，为湿气。各组分含 量见下表。 表1 - 1 天然气组分拿量表 t a b l e l 1 n a t u r a l g a s c o n t e n t 1 1 2 7 地层水性质 据小2 3 井的水分析资料，本区地层水属n a h c 0 3 型，总矿化度为1 3 0 4 o m e c l ，氯根含量 1 7 7 3 m g l ，碳酸氢根含量6 7 1 2 m g l 。 1 1 2 8 地层温度和压力 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 本区沙三段粗面岩油层埋深为2 8 0 0 3 3 8 0 m ，折算地层温度在9 轧1 1 7 之间，地层压力在 2 9 5 - 3 2 6 m p a 之间。 1 2 欧利坨粗面岩油藏地质概况 欧利坨子地区位于盘锦市与台安县的交界处，构造上位于东部凹陷中段，南与热河台油田 相连，北与铁匠炉构造相接，构造面积1 7 0 k m z 。 欧利坨子地区粗面质火山岩主要发育于e 6 s 3 沉积期，其分布范围为：南起辽1 2 井、北止 欧1 3 井、西以欧7 井为界，东达界西断层。总体呈北东走向展布，与该区北东向构造格局相一 致。本区火山岩厚度较大，钻井揭示该套粗面岩最大厚度为2 5 6 m ，地震预澳嘬大厚度3 5 0 - 4 0 0 m ， 总体呈西厚东薄的特征。 租面岩横向上厚度变化较快，如欧2 6 平l 井揭示粗面岩厚度达1 8 3 5 m ，欧2 6 井揭露该套 粗面岩厚度1 5 0 m 。而距此二井南4 5 0 m 的欧2 8 井和东2 8 0 m 的欧8 井相应层位t 均无粗面岩 出露。岩体总分布面积约9k r n 2 ，粗面质火山岩是本区主力储油层。 1 2 ，2 储层特征及油藏类型 欧利坨火山岩体主要受火山口位置及古地形的控制，基质孔隙度分布范围主要在9 1 8 的区间内，平均为1 3 。5 ，渗透率一般小于5 l o - 3 哪2 。该块火山岩油层主要分= i i = 茧匪哂岩发 育、并与构造形成良好配置的区域，油层的分布主要受岩性和物性的控制，同时断层对油气的 运移和聚集也有一定的控制作用。粗面岩油层为构造岩l 生油藏。油藏埋深2 3 5 0 2 5 6 0 m 。 1 2 3 原油物性 本区原油性质较好，为稀油。原油密度为o 8 5 4 0 9 c m 3 ，地面原油粘度9 0 ) 8 9 8m p a s o 由欧气3 井高压物性资料分析，该块原始饱和压力1 5 m p a ，地层原油粘度小于0 5m p a s ，地层 原油密度0 7 2 9 5 卧m 3 。 1 3 张块花岗岩油藏地质概况 1 3 1 概况 张l 块位于辽宁省台安县东北1 5 k m 处，在辽河断陷盆地西部凹陷北部牛心坨断裂背斜构 造带南部。 张1 块潜山裂缝性油藏是1 9 8 8 年底坨3 1 3 5 井在钻探牛心坨油层过程中发现的。在2 0 9 5 0 2 1 9 0 o m 井段内进行裸眼中途测试，平均液面为1 7 1 6 7 m ，折算日产油7 0 t d ，经过压裂改造后， 平均液面上升到8 2 7 9 9 m ，折算日产油7 0 t d ，投产后抽油生产，日产油3 6 6 t d ，因此证实了太 古界混合花岗岩潜山油藏具有一定的产能。 s 第一章辽河油田特殊岩性油藏地质概况 1 9 8 8 1 9 9 1 年，对牛心坨潜山油藏共取芯9e l 井，累计进尺8 0 6 6 m ，芯长6 6 3 m ，收获率 8 2 2 ：压汞8 块；物性分析7 4 块：油分析共8 口井，1 8 井次；气分析1 口井；水分析5 口井， 1 8 井次；对钻遇潜山的井试油2 3 口3 3 层，其中试油为油层的7e l 井8 个层，差油层的6 口井 8 个层，干层的1 2 口井1 4 个层，水层21 3 井2 个层，油水同层1 口井1 个层。 牛心坨潜山油藏己控制含油面积2 3 肼，估算原油地质储量约3 1 3 x1 0 4 t 。截止9 1 年8 月， 共部署开发井1 6 口，完钻井1 5 口( 其中观察井1 口) ，待钻井l 口，现已投产1 4 口，开井l i 口。单井初期平均日产油2 3 t d ，目前采出程度2 6 0 ，采油速度1 3 。 1 3 2 构造特征 该油藏的构造形态为一潜山隆起，高点在北部坨3 9 _ _ 3 5 井附近，向南倾没。该潜山油藏 外部有东、北、n - - 条断层，断距较大，约在5 0 0 - 4 0 0 0 m 之间。内部发育四条断层，均为正断 层，其中3 2 书o 断层为基岩断裂，其它三条断层为沙四晚期发育的断层( 见表1 - 2 ) 。 表1 2 牛m 坨潜山断层要素表 t a b l e l - 2 b u r i a l h i l l f a u l t e l e m e n t s i n n i u x i n t u o 1 3 3 储层特征 据岩i 溉察潜山岩性为肉红色，褐色混合花岗岩，其矿物成份主要为石英，长石，还有部 分黑云母。长石主要为斜长石，钾长石及少量正长石。各种矿物含量如下：石英3 0 5 0 ，钾 长石2 6 4 3 ，斜长石3 0 6 7 。 张1 块潜山岩性为花岗岩，属于天然裂缝性油藏。潜山面以下为风化壳，其厚度在1 0 5 0 r n 之间，由于风化壳被长期风化，使得其岩芯破碎成菱形碎块，块间的缝菲常发育，其裂缝间距 为1 5 5 0 c m ，裂缝密度可以达到2 0 7 0 条m 。由于岩石风化蚀变严重，呈灰褐色的蚀变产物 ( 泥瘌充填于裂缝之中，因此，这些裂缝含油性很差，很少见到油迹。 风化壳以下是未经风化的肉红色混合花岗岩、碎屑花岗岩，目前认为这部分是潜山油藏的 主要储层。 1 4 大民屯低潜山花岗岩油藏地质概况 大民屯凹陷位于沈阳市和新民9 2 _ 间，为辽河断陷北端的一个次一级构造单元，为一东高 西低的箕状凹陷，向j e 与沈北凹陷相连，面积约8 0 0 k i n ；。于1 9 7 0 年开始勘探，1 9 8 3 年1 月胜 6 大庆石油学院工程硕：l 二专业学位论文 3 井获高产油气流，使大民屯凹陷的开发进入新的阶段。 截止2 0 0 1 年，大民屯油田共上报探明石油地质储量6 0 6 7 1 0 4 t ，含油面积5 3 o k m 2 ， 天然气地质储量2 1 1 3 1 0 8 m 3 ，含气面积8 3 k m 2 ；静安堡油田共上报探明石油地质储量 1 8 3 2 9 1 0 4 t ，含油面积7 4 8 k m 2 ，天然气地质储量3 3 1 0 8 m 3 ，含气面积1 7 k m 2 。 由于2 0 0 2 年的工作，本区太古界上报探明石油地质储量3 2 5x1 0 4 t ，预计元古界上 报探明储量1 4 2 7 1 0 4 t ，下第三系沙三段、沙四段上报预测石油地质储量3 4 8 9 1 0 4 t 。 勘探的实践表明大民屯凹陷的确是一个典型的“小而肥”的富油气凹陷，西部地区尽管 地质条件复杂，仍有较大勘探潜力。 1 4 2 构造特征 大民屯凹陷自东向西分布着几列北东向展布的潜山，按照其埋深可分为高、中、低三类， 从现有的勘探成果来看，在高潜山( 埋深不到1 0 0 0 m ，边台潜山) 、中潜山( 埋深2 0 0 0 - 3 0 0 0 m ， 静北、东胜堡潜山) 、低潜山( 埋深3 3 0 0 m 以下，安福屯、法哈牛潜山) 都发现了大量的油气资 源，并且获得了良好的工业油流。高、中、低潜山均含油，因此已经说明潜山低沉h h 层并不存 在一个统一的油水界面，相反无论深浅，只要具备良好的储层和供油窗口，都可能有油藏存在。 另外，大民屯 氐潜山在漫长而复杂的地质历史演变过程中，经历印支、燕山运动的多期块 断、块起和块落、整体抬升和断层的走滑活动等后期改造，导致太古界、元古界潜山构造裂缝 十分发育。每期构造运动都源于特定的区域动力背景，造成一次相应方位的裂缝发育。因此， 大民屯潜山的构造裂缝属于多期构造运动，造成的多层次、多方位的裂缝，它们相互交切，为 储层网状裂缝的形成奠定基础。 1 4 3 储层特征 1 4 3 1 岩性特征 大民屯储层岩性可分为变质岩、沉积岩、：_ l ( 成岩三大类，变质岩又分为区域变质岩、混合 岩、碎裂变质岩三类，而其中的混合花岗岩、混合岩化变质岩等是该区的主要变质岩类型。 混合岩是区域变质岩受混合岩化作用改造的产物，般由残留的变质基体和新生的石英质 脉体组成，根据混合岩化由弱到强的顺亭，可划分为混合岩化变质岩、注入混合岩、混合片麻 岩和混合花岗岩四种。大民屯区块的混合花岗岩暗色矿物以黑云母为主，斜长石和钾长石含量 不同，因此将混合花岗岩划分为斜长混合花岗岩和二长混合花岗岩。混合花岗岩矿扬成分以斜 长石、石英、黑云母为主，含少量钾长石。斜长石含量达到6 0 0 一7 0 。二长混合花岗岩矿物 成分主要为斜长石、钾长石、石英和黑云母。 1 4 3 2 储集空间特征 本区混合花岗岩储层的储集空间具有双重介质的特点，其主要储集空间为裂缝，尤其构造 裂缝发育，分布范围广泛，其次是碎裂质粒间孔、晶间孔和少量的溶蚀孔。孑l 隙型的储集空间 主要有残余粒问孔、晶间孔、碎裂颗粒粒间孔以及溶蚀孔。缝隙型储集空间主要有压溶缝、构 造缝、破碎带网状缝、溶解缝以及张开的解理缝。这些裂缝孔隙不仅是油气渗流的通道，而且 也是储集油气的主要空间。 7 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第二章储层改造特点与难点分析 2 1 储层特点分析 与常规砂岩油藏相比，特殊岩性油藏的储油方式、流体滤失机制、岩石特性等方面有很大 的不同，从对压裂工艺实施的影响来看，主要体现在以下同几个方面： ( 1 ) 氏：储层渗透率极低，一般都在o - l o x l 0 - 3 i m a 2 ，岩性异常致密； ( 2 ) 深：储层埋藏较较深，般都超过一3 0 0 0 m ，最深的大民屯f 氐潜山达到一3 4 0 0 m 以下； ( 3 ) 硬：岩性致密、坚硬，抗压、抗张强度异常高； ( 4 ) 厚：含油井段大目连续，无泥岩夹层： ( 5 ) 漏：天然裂缝、裂隙发育，流体滤失严重。 2 2 储层改造难点分析 ( 1 ) 高储层温度：一般均在1 1 0 以上： ( 2 ) 高破裂梯度：一般均大于o 0 1 9 m p a m ： ( 3 ) 高流体滤失：孔隙裂隙双重滤失机制，且难以预测； ( 4 ) 高施工泵压：一般在7 0 m p a 左右，最高超过9 0 m p a ： ( 5 ) 高砂储栅率：施工中极易出觋l 且；魄砂堵，且难以判断。 黄沙坨油田小2 2 块粗面岩油藏开发初期，采用常规压裂工艺进行了前期试验，所施工的4 口井中，压裂井段在3 0 5 6 - - 3 3 6 7 m ，1 口井未压开，其余3 口井也全部没有达到设计加砂要求， 4 口井比设计累计少加砂4 6 9 m 3 。 9 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第三章特殊岩 生油藏岩石力学与地应力实验研究 岩一僦主要测量的实验数据有：泊松比、抗压强度、抗拉强度、弹性模量，测试岩性主 要包括小龙湾粗面岩、雷家白云岩、大民屯混合花岗岩。 3 1 特殊岩性油藏岩石力学实验研究 3 1 1 实验设备 f 1 1t z - 1 型岩芯钻取机： 钻取岩i ) 直径：q b 2 5 r a m 和巾3 0 m m ( 本次试验中所用为巾2 5 m m ) 钻取芯长度：8 0 m m 江苏省海安石油科研仪器厂 ( 2 ) 普通车床 ( 3 ) m t s - - 8 1 6r o c k t e s ts y s t e m ( 三轴岩石试验系统) ： 型号：m r s - - 8 1 6 ； 规格：1 5 0 0 心j ； 国别：美国： 技术指标：轴压1 5 0 k n 围压1 4 0 m p a ( 4 ) 液压式压力试验机： 型号：y i 粥和a ； 最大负荷：6 0 0 k n 长春试验机厂伟归盏 图3 - 1 岩石力学实验系统 d i a g r m 3 - 1r o c k m e c h a n i c s e x p e r i n a e n t s y s t e m 第三章特殊岩性油藏岩石力学与地应力实验研究 3 1 2 实验步骤 ( 1 ) 在室内对现场的岩样用t z - i 型岩芯钻取枧进行重新取心。 ( 2 ) 用普通车床对岩心的端面进行加工。 ( 3 ) 用m t s - - 8 1 6r o c k l 破s y s t e m 做单轴应力试验。 ( 4 ) 用液压式压力试验机做抗拉强度试验。 3 1 3 买验原理 ( 1 ) 根据试验得到岩样的应力一应变曲线，求出岩样的弹性模量和泊松比 弹性_ 旺： e 一：竺 ” 岛 。= 一一 泊松比： 毛 式中 e ，、u ，一分别为岩石的弹性模量和泊松比； a o - 一轴向应力增量； 一轴向应变增量； 一横向应变增量。 f 2 ) 根据单轴应力试验中采集到的破坏压力，可求出抗压强度 抗压强度： 4 p o c2 孑 式中盯，一岩石的抗压强度； p 一破坏压力； d 一岩心的直径。 f 3 ) 根据抗拉强度试验中采集到的破坏压力，可求出抗拉强度 抗拉强度： s 一 ! ! 万x d f 式中s 一岩石的抗压强度； p 一破坏压力； d 一岩心的直径： f 一岩b 的厚度。 3 1 4 实验结果 见表3 1 3 1 5 实验结论 根据室内试验可以看出，粗面岩、花岗岩的抗压强度比自云岩、砂岩抗压强度高的很多， 1 2 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 说明粗面岩、花岗岩在压裂过程中需要的压力要远远大于常规砂岩、白云岩，压裂施工难度较 常规岩性大。 袁3 一l 岩石力学参数实驻姑果 t a b l e 3 1e x p e r i m e n tr e s u l t o f t h er o c k s m e c h a n i c s p a r a m e t e r 3 2 特殊岩性油藏地应力实验研究 3 2 1 实验原理 岩石的声发射活动能够记忆岩石所受过的最大应力，这种效应为凯塞尔效应。凯塞尔效应 表明，声发射活动的频度或振幅与应力有一定的关系。在单调增加应力作用下，当应力达到过 去已施加过的最大应力时，声发射明显增加。k a i s e r 效应的物理机制可认为岩石受力后发生微 破裂。微破裂发生的频度随应力增加而增加。破裂过程是不可逆的，但是由于已有破裂面e 摩 擦滑动也能产生声发射信号，这种摩擦滑动是可逆的。因而加载时应力低于已加过的最大应力 也有声发射出现，它们就p v _ g 些可逆的摩擦滑动引起的声发射事件。当应力超过原来加过的最 大应力时，又会有新的破裂产生，以致声发射活动i 顷度突然提高。 声发射凯塞尔效应实验可以测量野外曾经承受过的最大压应力。该类实验般要压机e 进 行，测定单向应力。在轴加载过程中声发射率突然增大点对应着的轴向应力是沿该岩样钻取方 向曾经受过的最大压应力。目前的实验的方法一般采用与钻井岩芯轴线垂直的水平面内，增量 为4 5 。的方向钻取三块岩样，测出三个方向的k a i s e r 点处正应力，而后求出水平最大、最小主 应力：由与岩芯轴线平行的垂向岩样k a i s e r 点处的地应力确定垂向地应力。 声发射韧塞尔效应法测定地应力的过程是将取自现场的岩芯在室内i 挂彳动口载，用声发射仪 接收岩石受载过程中岩石所发出的声波信号。实验装置如图2 - 2 所示，在m t s 电液伺服系统以 某一加载速率( o 0 5 m p a s ) 均匀给地岩样施加轴向载荷，声发射探头牢固地贴在岩芯侧面上，用 它来接收受载过程中岩石的声发射信号，岩样所受的载荷及声信号同时输入l o c a na t - 1 4 c h 声 发自j 仪进行处理、记录，给出岩洋的声发射信号随载荷变化和关系曲线。由上述的凯塞尔效应 原理，在声发射信号一曲线图上找出突然明显增加处声发射信号，记录下此处载荷大小，即为岩 石在地下该方向上所受的地应力。 k a i s e r 点处载荷计算公式： 盯：2 5 6 ( 力日载速率k a i s i r 点读数+ 2 ) + 围压 第三章特殊岩性油藏岩石力学与地应力实验研究 3 2 2 解释方法 垂向地应力：水平最大、最小地应力： o v = o l + 鼯口 盯。= t 0 0 0 + 0 9 0 0 + 等产0 + 喀2 z 口声+ 以 旷至笋一等( 1 + 培2 z 口芦+ 碑 辔2 口：o - 0 6 + 0 9 0 - 2 0 - 4 5 * 盯0 + 0 9 0 。 式中： o 。为上覆地层应力； g 。，o h 为最大、最小水平主地应力； 6 为垂直方向岩芯凯塞尔点应力； 6 6 4 5 。，a 9 r 为0 。，4 5 。，9 0 。三个水平向岩芯凯塞尔点应力 口为有效应力系数，0 8 5 ； 只为孔隙压力( 压力系数取1 0 m p a 1 0 0 r n ) 。 3 2 3 实验结果 表3 - 2 地应力参数实验结果 t a b l e 3 - 2 e x p e r i m e n t r e s u l t o f t e r r e s t r i a l s t r e s s p a r a m e t e r 3 2 ，4 实验结论 从试验的结果看出，粗面岩、花岗岩的最大水平地应力和最小水平地应力比常规砂岩、白 云岩大的多，这也说明粗面岩、花岗岩的压裂难度比沉积岩大。 4 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第四章储层改造配套工艺技术研究 4 1 抗高温工艺研究 压裂液作为支撑剂的载体，在压裂过程中要完脚谴缝、携砂、返排等一系列工作。压裂液 的性能直接影响了压裂过程和压裂效果。 近几年，特殊岩性油藏的勘探开发工作显著地增加。这类油藏埋深般在一3 0 0 西n 以下，有 效渗透率低于i x l o - 3 u m 2 ，而且由于这类油藏的储油空间主要为天然裂缝、溶洞，压裂主导主导 思想是大排量、大规模、造长缝，以使 、工裂缝尽量与天然裂缝、溶洞相沟通，提供有效的油 流通道，而常规压裂液在高温下长时间的耐温性、抗剪切性、滤失性、流变性面临严峻的考验， 因此，迫切地需要新的压裂液技术来成功地完成这些井的压裂投产、增产工作a 对于特殊岩性油藏高温压裂液体系的研究主要依据以下技术路线： ( 1 ) 通过交联、破胶实验初步筛选适合特殊岩性油i 或特点和要求的压裂液体系； ( 2 ) 通过流变性能i 受| h 式碲选适合特殊岩性油藏特点和要求的压裂液配方； ( 3 ) 通过静态、动态滤失实验及压裂液的高温高压伤害评价实验等综合性研究，精选出适合 特殊岩性油i 黼点和要求的高温低伤害压裂液配方； ( 4 ) 通过神睁生压裂液配方体系破胶影响因素的研究，提出在加药工艺上的改进意见，尽量 减少由于压裂液滤失赝造成的储层伤害。 在高温低渗油层压裂处理作业中，由于使用压裂液在井下高温条件下，其 耐湿和抗剪切性过量下降，造成迅速降粘而使处理效果受到限制。由于使用的这些压裂液牯度 低，造出的缝比较狭窄。压裂液在挤入过程中失水过量刚氏了对支撑剂的携带能力。 为改善上述在极端条件下储层压裂液的特性，我们已在压裂施工中使用了以下三种工艺技 术。- 种嬲冷却的前置液，这种前置i 觥入地层后，使裂缝的温良刚氐。携酬捌的 压裂液遇到的温度要比井下初始温度低。于是，压裂液就能较长时间地保持较高的粘度。目前， 国外一些著名压绷务公司在处理商黜i 并、超深并中也一直采用这附支术。这种貅的缺点 在于冷却前置液增加了总的处理液量。因此，也增加了处理费用。另种常用的工艺技术是增 高冻嬲i 舱物自獬渡。这种工艺有助于斛氐目舀蠛的地层先煊荆姓圈涨僦中黝高 的粘度。1 9 9 9 年至2 0 0 0 年我们在对冀东油田服务的二十余井( 3 5 0 0 米一4 3 0 0 米) 曾采用成功 地采用过该项技术。然而，具有高浓度聚合物的交联压裂液冻胶在管材及裂缝中流动时常产生 很高的摩阻压力。第三种办法是将延缓水合作用的聚合物添加剂加到常规的交联压裂液或原胶 液中，在达到指定温度前，延缓性聚合物使压裂液一直不起水合作用，并使粘度保持不变。不 过，要求聚拗自q 浓度高，就会增自成本。并且j 艮可能由予藉皱狨留徽中而j 告j j 捌屈伤 女 白。 解决常规压裂液现有的缺欠的最佳办法就是要研制一种更有效的压裂液体系。使其在高 第四章储层改造配套工艺技术研究 温、剪切力作用下仍然保持较高的粘度，具有较好的控制失水能力和产生较低的摩阻压力等性 能，满足高温、低渗储层的高效压裂需求。 寻找适合高温、低渗储层的高效压裂的低伤害压裂液体系，首先必须满足压裂液耐温这一 前提条件。如果做不到压裂液耐高温这一点，也就无法谈及高温低渗低伤害压裂液。因此，我 们的研究工作就从压裂液的交联和耐高温等基础性能做起，首先筛选出耐温的压裂液体系，然 后再进步筛选出低伤害的压裂液体系。 4 1 2 交联实验研究 在深井、超深井压裂时，由于井深不可避免地使沿程管路摩阻加大，如何避免高摩阻呢? 除需要改善管路表面的粗糙度外，还需要改善压裂液的水力学性质。使压裂液在沿程管路流动 时具幸涮氐的粘度就是比较可行的方、法之一。寻找适合的延迟交联体系，是我们硼究的问题宠 一。 在以往研究的基础e 我们确定了压裂液基本成分，通过交联时间评价手段对适合高温深井 井压裂的压裂液体系进