（油气田开发工程专业论文）川西浅层低渗气井压力脉冲—化学解堵技术研究与应用.pdf

s u b j e c t ： s h a l l o wl a y e ra n dl o w p e r m e a b i l i t yg a sw e l l si nw e s ts i c h 哪np ? s s u 登 。 p u l s e c h e m i c a lt r e a t m e n tp l u g r e m o v a lt e c h n o l o g yr e s e a r e h a n d s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： a p p l i c a t i o n o i l & g a se x p i or a t i o ne n g i n e e r i n g l i a n gx i a o b i n g ( s i g n a t u p uc h u n s h e n g ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c 。i 。 i nv i e wo ft h ea i mo fs o l v i n gt h ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m so ft h ed e v e l o p m e n to f t h e 删l o wl a y e r 孤dl o w - p e r m e a b i l i t yg a sw e l l si nt h ew e s t e ms i c h u a n , t h i sp a p e r s t u d l e s 也e v i b r a t i o nw a v e c h e m i c a lt r e a t m e n tc o m p o u n dp l u g r e m o v a lt e c h n o ! o g yi nt h es h a l i o wl 僻 锄dl o w - p e 锄e a b i l i t yg a sw e l l sb yo r g a n i c a l l yc o m b i n i n gt h eh i 9 1 1 - p o u 惯v 1 b r a t l o n 啪v e a 1 1 d t l l ec h 吼i c a l 们a 恤e n t as y s t e m a t i c s t u d ya n da n a l y s i s i sd o n ea b o u tt h el o 肌a t l o n g e o l o g i c a la n dl i t h o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h es h a l l o wl a y e ra n dl o w p e r 雠a b l l 啊g 舔 r e s e r v o i ri n 、e s t e ms i c h u a n , i nw h i c ht h ep o t e n t i a lf o r m a t i o n d a m a g e0 1 j r e s e r v 0 1 r 、硒 s t u d i e dt om a l 婢觚e v a l u a t i o no fs e n s i t i v i t yd a m a g ee x p e r i m e n to f e s e l v o l rc o r e ，s u n a b l e c h e m i c a lp l u gr e m o v a la g e n tw a ss e l e c t e df o rt h es h a l l o wl a y e ra n d1 0 w - p e r m e a b i l i t yg a s w e l l si nw e s t e ms i c h 啪觚dh y d r a u l i cp u l s e c h e m i c a lt r e a t m e n tc o m p o u n d p l u gr e m 0 v a l l l a b o r a t 0 搿d ) ，1 1 a i l l i c s i m u l a t i o ne x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u tt od e v e l o pt h e1 1 i 曲。p o w e r h y d r a u l i cp u l s eg e n e r a t o r o ng r o u n da n dt of o r mt h eh y d r a u l i cp u l s ew a v e - e h e m l c a l t r e a t m c n t c o m p o u n dp l u gr e m o v a ls i t ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y a c c o r d i n g t ot h er e s u l t ，w a t e rb l o c n n g d a m a g e ，咖s e n s i t i v i t yd a m a g ea n ds t r e s ss e n s i t i v i t yd a m a g e a l et h em 锄蛐g e 咖e sm 廿1 es h a l l o wl a y e r 锄dl o w - p e r m e a b i l i t yg a s r e s e r v e si nt h ew e s t e r ns i c h u a i l 锄dm e c o m p o u n da l c o h o l - b a s ea c i df o r m u l ai st h ep r e f e r r e da c i d i z i n gf l u i df o m u l a t l o ns y s t e mm d e a l i n g 谢t l lt h eb l o c k a g e sn e a rb o r ez o n e si nt h es h a l l o wl a y e ra n d1 0 w 1 p e m e a b l l 时g a 8 r e s e o i ro fw e s t e ms i c h 啪t h er e s u l to f t h es t u d ya l s os h o w st h a tt h eo r g a m cc o m b l n a t l o n o ft h eh i g h p o w e rh y d r a u l i cp u l s ew a v ew i t ha l c o h o l - b a s ea c i dc h e m i c a l 臼e 釉e n tm a t e n a j h a sag o o dp l u g g i n gr e m o v a le f f e c tw i t ha l o w e rs e c o n d a r yp o l l u t i o no fa c i d i z i n gj f l u i dt og 勰 r e s e r v 曲觚d 恤r e s i d l l a la c i dc a nf l o w b a c ks m o o t h l y , w h i c he n s a g e sap r e f e ：r a b l e p o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o np r o s p e c to f t h i st e c h n o l o g y k e yw o r d s ：s h a l l o wl a y e r e ra n dl o w p e r m e a b i l i t yg a s r e s e r v o i r ；p r e s s u r ep u i s ew a v e ； a c i d i z i n gp l u g g i n gr e m o v a l ；c o m p o u n d p l u g g i n gt e n o v a l ； t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i ! i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 珲辽! 基 日期： 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 日期：丝2 ：! _ 夕 日期：蝴 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的与意义 针对我国特别是西南地区的浅层低渗气田开发中存在的关键技术难题，将大功率振 动波与化学场有机地结合起来，运用渗流力学、振动力学、波动力学、物理化学、有机 化学、最优化理论和系统工程学的方法，深入系统地研究浅层低渗气藏压力脉冲一化学 复合解堵技术，研究开发一套适合我国西南地区浅层低渗气藏的高效低成本增产挖潜与 提高采收率的新理论和新技术，增加单井产量、降低综合成本、减少环境污染。对促进 我国西南浅层低渗气井的高效开发有十分重要的意义。 1 2 国内外技术现状 1 2 1 浅层气勘探开发现状 由于勘探开发技术水平和气藏地质条件的差异，不同国家和地区对浅层气定义有所 不同。1 9 8 4 年7 月在美国俄克拉马州举行的第一届国际浅层气资源会议上，将产层埋 深在1 5 0 0 m 以内，天然气主要成分为甲烷的气藏定义为浅层气；前苏联把产层埋深 1 0 0 0 - - , 1 5 0 0 m 以内的天然气藏划归于浅层气藏。由于我国的天然气藏埋深一般较深，划 分标准与美国相同。按照上述定义，川西地区蓬莱镇组气藏埋深均小于1 5 0 0 m 属于浅 层气藏【。 美国天然气探明储量中深度小于1 0 0 0 m 的浅层气占1 3 ，浅层天然气地质储量达 l o x1 0 1 2 m 3 以上，产层主要为白至系和第三系。世界上含气面积最大( 约2 1 0 4 i 2 ) 、天 然气原始储量达3 1 4 4 2 x1 0 8 m 3 的潘汉德一胡果顿气田是一典型的浅层气田，其主要埋深 为4 2 7 1 1 6 0 m 。在1 8 个原始储量大于1 0 0 0 x1 0 8 m 3 的大气田中，就有8 个气田含有浅 层气藏。浅层气在美国天然气勘探中的重要性可见一般 2 1 。 前苏联是世界上泼层天然气资源最丰富的地区，其埋深小于1 2 0 0 m 的浅层气占天 然气总储量的5 5 8 ，并占全世界已探明浅层气可采储量的7 0 以上。前苏联的浅层气 总量的9 0 分布在西西伯利亚。 此外，加拿大、澳大利亚、意大利、阿根廷和巴基斯坦等国都致力于寻找产层埋深 在1 0 0 0 m 以内的浅层天然气资源，并在勘探实践中进一步证实了浅层气的多源性和工 业性勘探开发价值。 相比之下，中国的浅层天然气勘探开发还很不平衡，面临着很大的挑战。我国浅层 气藏的勘探始于2 0 世纪7 0 年代，但当时由于经济技术的限制，还不能对这类气藏进行 经济有效的开发。“八五”以来，我国浅层气研究与勘探工作取得了一定成绩。据统计， 目前我国陆上已发现工业性浅层气藏( 产层埋深 1 0 0 0 1 0 8 m 3 ，但是占全国天然气探明储量的比例却极小。目前我国找 到的浅层气田规模以中、小型居多。我国浅层气主要分布在东部地区的松辽、渤海湾、 莺琼、苏北、二连等盆地，以及西部地区的柴达木盆地和四川盆地。根据陆上1 5 个盆 地预测，浅层气可采资源量达1 0 0 0 0 x1 0 8 m 3 ，这预示着浅层气具有良好的勘探前景【2 ，, s l 。 1 2 2 低频波动采油技术现状 美国和前苏联从五十年代就开展了大量的室内实验研究、振源研制、矿场试验、理 论探索，研究范围不断扩大，发展到波动对注水、防垢、降粘、降凝、防蜡、稳油控水、 压裂造缝、提高采收率的作用，取得了一批有价值的成果，波动采油技术具有成本低、 适应性强、操作简单和无污染等优点，因此显示出了强大的生命力和勃勃生机【6 】。 a 低频波动采油室内实验研究 低频波动采油技术的室内实验研究主要包括：波动参数对原油流变性的影响，波动 参数对岩心渗透率的影响，波动参数对岩石表面润湿性的影响，波动参数对毛管压力的 影响等。以下主要介绍国内外在这几个方面的研究概况。 前苏联学者采用1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、7 0 h z 低频波动场进行牛顿原油流变性实验， 发现随着波动频率的增加，原油粘度下降，同时，发现采用4 0 h z 以下的频率进行振荡 处理可以降低粘度，并能保持原油的弹性，当使用更高的振荡频率时，原油粘度降低， 但弹性变差，频率为7 0 h z 时，弹性消失。1 9 6 4 年d u h o n 发现在水驱期间声波引起的 波动可以提高原油采收率、降低水油渗透率比值。2 0 0 1 年w e s t e r m a r k 等做了大量的实 验，发现波动使采收率有轻微提高，在某个频率使渗透率增幅很大，但没有给出合理解 释。g a d i e v 曾于1 9 7 7 年用粘度计测量了一定容积的聚丙烯酰胺溶液在不同激励时间下 的流动时间，测试了振幅为l m m 、频率为3 0 、5 0 和6 0 h z 的波场，在持续约6 小时声 波作用下，流速增加了0 5 1 倍，表明在激励期间低频波可以改变聚合物溶液的流变特 性。1 9 8 2 年s n a r s k y 用均匀石英砂研究了在声波场作用下水驱油的过程，其中使用的频 率为9 - - 4 0 h z 。1 9 8 9 年p o g o s y a n 在室内做了波动对单相流体渗透率和重力驱替效率实验， 他发现波动增加了渗透率和驱油效率，但是并没有说明其机理。d y b l e n k o 等人在1 9 8 9 年曾用2 0 0 h z 声波加强储集层岩样中水驱煤油的效果，他们测出在声波作用下煤油产 出量增加了1 2 ，在激励期间，残余油的流动性加强，而水的渗透性减弱。1 9 9 1 年s i m k i n 和s u r g u e h e r 进行了大量的驱油实验，填砂模型加波动采收率为7 5 ，不加波动采收率 为4 5 【n 4 1 。 1 9 9 4 年宋建平等人研究发现低频波处理后，稠油粘度下降了1 7 2 5 。2 0 0 0 年 重庆大学李以农等人研究发现当一个超低频扰动传播到含油层时，油液受到该频率扰动 时的粘滞性要比不受扰动时低。1 9 9 5 年金友煌、马建国、周三平等研究了机械振动产 生的低频率位移振动波对岩心渗透率的影响。1 9 9 6 年杨玲、马建国等人采用“半渗隔板 法”和“自吸法”分别测振动前后岩样的毛管压力曲线及润湿性，用对比的方法研究振动 2 第一章绪论 对地层中界面现象的影响，对振动法增产的机理进行进一步的探讨。1 9 9 7 年马建国、 刘小娟等研究了机械振动对岩心水驱油相渗曲线的影响，结果表明适当特性的机械振 动，可以有效地提高水驱油的效果，降低油水界面张力，减弱岩层的毛管压力，加快了 油水重力分离速度，降低产油的含水率和原油粘度。1 9 9 9 年石油大学李明远研究了声 波振动对岩石表面润湿的影响。2 0 0 1 年石油大学孙仁远做了人工振动降粘研究，结果 表明，人工振动可以降低原油粘度，降粘效果与振动参数有关，振动幅度越大，降粘效 果越好。 2 0 0 4 年王杰、金友煌等利用高频脉动压力伺服系统进行了压力波动对岩石润湿性 影响的室内实验研究，并对岩石在波动前后的润湿性进行了定性和定量分析，得出了压 力波动对岩石润湿性具有较大影响的结论 1 5 “2 4 j 。 b 低频波动采油理论研究 在波场采油机理方面，俄罗斯( 前苏联) 、美国比较早地开展了一些研究工作，利 用室内物理模拟装置，建立了水力脉冲波、人工地震波等一元波动场在地层中传播的理 论模型和传播规律，针对某一特定的油藏，应用物理模拟实验装置研究一元波场对储层 砂岩岩心油水相对渗透率的影响规律。低频波动采油理论研究包括：振波在地层饱和多 孔介质中的传播规律、传播过程中的能量吸收和转化、振波对地层原油渗流的影响等。 m a b i o t 在1 9 4 1 年首次给出了耦合渗流问题的系统理论，并于1 9 5 6 年给出耦合渗 流问题的动力学方程。此后，b i o t 又将其发展应用于热渗流耦合问题、各向异性问题和 各种非线性问题中。7 0 年代后，随着计算机的发展和工程问题中量化要求的不断提高， 各种适合于数值计算的模型相继推出，如o c z i e n k i e w i c z 等给出了多种计算模型并进 行了比较。上述工作所提出的多孔介质耦合理论已成为这一领域的经典。 1 9 9 7 年张文飞、李晓江等系统地研究了人工振动采油工艺中的耦合波传播模型， 文中介绍了各种人工振动采油的物理模型，给出了耦合波的控制微分方程。1 9 9 9 年杨 平华、刘财提出了一种简化的地层模型，并将其转化为一个双自由度有阻尼波动系统。 2 0 0 0 年李骥、张焱、张红梅建立一种描述波动采油中地层饱和多孔介质波动规律的实 用模型，并用近场波动数值模拟理论求解，其中一些结论基本上与布朗试验相符，说明 了所建波动模型的合理性。2 0 0 0 年石油大学雷光伦建立了在波动作用下的流固耦合渗 流模型，计算表明井底低频压力波可有效传入油层5 0 m ，并呈指数衰减。2 0 0 2 年何义 中、贺振华、张人雄利用粘弹性波动理论来定量研究了人工振动采油的机理，首次推导 出弹性波引起流体和固体振动强弱之比与储层属性的关系。2 0 0 5 年王瑞飞、孙卫、张 荣军等利用室内实验定性分析了振幅在岩心中的传播规律并推导出低频波在油层中衰 减系数的预测模型。应用此数学模型计算了低频水力脉冲压力波在油层渗流条件下的有 效作用距离，所得结果与油田实际情况基本吻合【2 1 1 。 c 波动采油矿场试验及效果 美国早在2 0 世纪5 0 年代就开始了波动采油技术的研究，近几十年来，除了一些室 两安石油大学硕十学位论文 内研究外，进行了大量矿场试验。1 9 6 4 年在俄克拉何马州的一口低产井上进行了现场 试验，平均增产0 9 2 t d ，有效期持续一年。美国体斯敦s p o r 公司也研制了井下流体压 力波动技术( f l u i d p r e s s u e p u l s a t i o n ) ，在w e l l i n g t o n 油田的一i ；3 井中进行了6 个月试验， 对周围8 口油井的生产情况进行了观测，其中一口油井产液由1 0 m 3 d 增至1 3 5 m 3 d ， 含水从9 4 下降到9 0 1 业j 。 前苏联从2 0 世纪5 0 年代开始就对声波采油机理进行了大量的室内外研究，6 0 年 代，又进行了大规模的现场试验。首先，在低渗透、低产和低能井区进行了水力脉冲波 处理，获得理想效果。7 0 年代，前苏联又发展了大功率电力超声油井处理装置，并在 现场应用中取得成功。8 0 年代，前苏联在西西伯利亚等4 个油田进行了更深入的现场 试验，采用压电式超声设备，其电声效益比磁致伸缩超声设备大，可达5 0 9 0 ，换 能器直径为2 m m ，可在不压井、不提油管的情况下进行作业，可大幅度降低作业成本、 提高经济效益。在2 0 世纪8 0 年代初期，前苏联成功地研制了世界上第一台大功率、低 频可控振源机，并应用于振动采油试验中1 3 3 。 我国波动驱油技术早在8 0 年代初在华北油田开始了这个课题的室内研究与现场试 验。1 9 9 6 年9 月3 5 t 级深井振源在辽河油田进行了现场试验，当年增油1 2 4 3 t ，实现了 当年试验，当年试验成功，当年见到了规模效益。从1 9 9 6 年至2 0 0 0 年，中石油勘探院 在辽河、华北、胜利三大油田进行了7 次现场试验，均见到了降水增油的显著效果。2 0 0 1 年濮城油f f l 开展了人工地震提高采收率技术的先导试验，并见到了一定的效果1 3 4 3 5 。 d 波动采油技术的不足之处以及发展趋势1 3 6 , 3 7 j ( 1 ) 油层距振源距离远，受到的有效波动能量小、波动单一。油层距地面振源在 1 0 0 0 米以上，加之地表岩层疏松，波动能量损失很大。振源产生的波动传过1 0 0 0 多米 的上覆岩层后，对油层原油产生的波动则很微弱，不能加速剩余油的启动、运移和被挤 压膨胀的作用，使增油效果不够明显。建议使振源尽可能地靠近油层或采用辅助传导措 施传递地面波动；使用更大功率的振源；同一区块中采用多点同时振动，多点同时振动 可从多方向对剩余油滴产生振动，且适当优化后，多点振源还可在油层产生谐振，从而 大大增强对油层的波动能量。 ( 2 ) 油田优选和油藏工程方法研究不够。要开展油藏剩余油分布、油藏岩石性质、 流体性质、波动参数等与波动采油关系的研究，制定油藏波动采油油藏筛选标准和适用 准则。加强波动采油油藏工程方法的研究，对波动采油效果进行前期预测。 ( 3 ) 波动采油的波动场、渗流场和固体介质场的三场耦合问题。目前对流固耦合 问题已有所研究，但还未涉及波动作用下的流固三场耦合基本问题，更没有进行过波动 场、渗流场和固体介质场影响及耦合问题的理论研究。应建立相应的数学模型，则可从 理论上对最佳波场频率、强度和作用方式等提出要求，以得到渗流场中油水流动变化规 律及介质场的孔隙度和渗透率的变化规律，为提高波动采油效果奠定良好的理论基础。 4 第一章绪论 1 2 3 四川低渗气藏伤害解除技术 随着全世界对天然气能源需求量的不断增大，常规天然气藏的产量和储采比都显示 出日益降低的趋势，非常规天然气资源被认为是最有希望的能源补充，因而低渗透气藏 的勘探开发越来越受到人们的重视。据第十四届世界石油大会有关统计资料表明，目前 世界范围内已经勘探的4 0 0 个盆地中，己发现的常规天然气资源量为3 2 8 1 0 1 2 m 3 ，非 常规天然气资源量为8 4 9 x1 0 屹m 3 ，因此加快低渗气藏的勘探开发是本世纪能源工业发 展的必然趋势。 经过四十多年的勘探开发，四川已经成为了我国重要的天然气工业基地之一。截止 2 0 0 3 年底，在四川盆地的1 8 万平方公里范围内，西南油气田分公司共探明气田1 0 4 个， 发现含气构造7 1 个，累积天然气探明储量达7 0 6 8 1 5 1 0 8 m 3 ，其中标定可采储量 4 7 3 8 1 6 xl o s m 3 ，加上控制储量和预测储量，三级储量共计1 1 9 7 5 0 3 1 0 8 m 3 。2 0 0 3 年西 南油气田分公司全年井1 3 产气量为9 2 6 1 1 0 8 r n 3 ，历年井口累积产气2 1 4 8 5 3 1 0 8 m 3 ， 为四川和西南地区的经济发展、人民生活水平的提高作出了巨大贡献。 随着四川和西南地区经济的不断发展，特别是东输3 0 x1 0 8 m 3 工程的实施，对天然 气的需求量越来越大，但是，四川盆地气藏储层具有低渗、致密的大背景，石炭系碳酸 盐岩、蓬莱镇组、须家河及香溪群砂岩低渗、特低渗储层在四川盆地气藏中占有相当比 例，据统计，碳酸盐岩储集层的平均孔隙度为1 7 ，平均渗透率小于0 1 1 0 一g m 2 ，砂 岩储集层的平均孔隙度为5 4 ，平均渗透率同样小于0 1 1 0 0 9 m 2 。这些低渗、特低渗 储层储量占四川盆地气藏探明储量的大部分，在现有探明储量中，i 类探明储量为 2 9 7 1 2 9 x1 0 8 m 3 ，仅占4 2 ，其余为i i ，i i i 类低渗、特低渗储量。这类气藏开发工艺复杂、 储量动用难度高、稳产条件差、单井产能低、开采综合效益差。因此如何提高低渗透气 田和致密气田的开发水平和开发效益，提高低渗透气藏的采收率，就成为一个有待解决、 事关四川天然气工业乃至四川和西南地区经济发展的重大问题。 目前，四川低渗透储层改造和伤害解除技术主要包括以下： ( 1 ) 注干气法 注干气吞吐可消除凝析气井近井地层反凝析堵塞。它的作用机理主要靠部分蒸发和 把凝析液挤往地层较远处来扩大气相渗流通道，即注入的干气与地下湿气混合后，使地 层中的气体干度增加，从而可通过对凝析液的超临界抽提和多级接触近混相驱替，使部 分反凝析液蒸发或通过降低油气界面张力把凝析油推向地层远处，降低近井地层的反凝 析油饱和度，使地层中反凝析现象减弱，甚至消失。但干气难以有效地将反渗吸水推向 地层远处，因此只用干气处理气井近井地带的效果并不理想。 ( 2 ) 注富气法 这类气体包括脱了凝析油后富含c 3 c 4 及宽馏分轻烃的c l 混合物，这样可以大大 的降低气体一凝析油的界面张力，同时由于溶解了中间烃组分，增加了凝析油的流动性。 西安石油大学硕士学位论文 俄罗斯的实验证明，用富气处理井底，可采出3 5 析出在近井地带的凝析油，俄罗斯乌 克蒂尔凝析气f p 2 6 8 9 和9 8 号井都作了试验，均获得好的结果，其中最有效的是富气， 注干气只能采1 2 - - 1 5 析出的凝析油。若注入的干气或富气再加温预热，那么效果会 更好。 ( 3 ) 注贫气法 贫气一般是选择干甲烷或氮气，利用高压蒸发实现对井筒附近区域的反凝析液的抽 提。由于注入气不含重馏组分，因此它具有抽提大量重馏组分的能力。在循环注气的周 期操作中通常使用该方法，能有效解除生产井中的反凝析带污染。 ( 4 ) c 0 2 泡沫压裂 目前，国内外常用的多为c 0 2 增能压裂工艺。与常规水力压裂工艺差别主要有两 点：一是用液体一氧化碳与胶凝水或冻胶的混合液作为压裂液，一是配置c 0 2 储运、 供液和泵注专用设备。它主要适用于低压( 压力系数0 7 0 8 ) 、低渗储层。2 0 0 0 2 0 0 4 年 在长庆苏里格气田、乌审旗气田、中部气田及东部气田共进行了2 1 口井2 3 层的试验， 初步取得了较好的效果。有效缩短了排液时间。虽然目前c 0 2 压裂成本较高，如果大 面积推广必然会大幅度降低成本，因此它也是一种提高压裂液返排的比较好的措施。 ( 5 ) 液氮助排 随着气田勘探开发形势的发展，施工规模不断加大，液氮全程伴注与发泡剂相结合 的助排技术，以其适应性广、施工安全性高、与c 0 2 压裂比成本低、施工简单及可以 实现连续自喷排液等优点，在长庆气田获得了广泛应用。从1 9 9 9 年开始，大部分压裂 井都应用此项技术，取得了良好的应用效果。压后排液周期进一步缩短、返排率显著提 高，压后不能及时喷通的井明显下降。此项技术的应用显著提高了长庆低压、低渗气井 的返排，降低了伤害。 ( 6 ) 预热地层法 该方法适用于解除水锁伤害，是通过一种专有的井底传输液管加热工具注入气体直 接加热井底近井地带目标层。该目标层的厚度一般是2 m ，径向深度为1 5 2 m ，加热该 目标层，从而使其井筒附近的温度超过5 0 0 。c ，其目的是对反渗吸水进行超临界抽提。这 种方法能有效地解除由于钻井及完井液的清水造成的浅层气层中次目标层的水锁伤害。 ( 7 ) 注甲醇法 甲醇是一种易挥发的有毒极性液体。能与水、乙醇、乙醚和大多数其它有机溶剂混 溶，在凝析液中也能溶解，因此它可以作为驱替近井眼附近反凝析液水的一种双效溶 剂，恢复岩心的产气能力。存在反凝析堵塞的低渗透储层经过甲醇处理后，其产气能力 都有所提高，气井生产指数也有所提高。如果注入足够的甲醇，就可通过多次混相驱油 作用去除水和凝析油。基于该原理，在注气吞吐之前先注入一段有限尺寸的甲醇溶液前 置段塞来解除反凝析液和反渗析水锁产生的地层堵塞，以改善注气吞吐，提高凝析气井 产能的效果。预先注入的甲醇溶液前置段塞，进入毛细孔隙中能降低界面张力，改变流 6 第。章绪论 体相态特性，进而改善气液相的流动特性，可将近井带的凝析液水推向地层远处。注 入甲醇段塞之后再注入干气，并关井浸泡一段时间，这样干气与地下湿气混合后，使地 层中的气体干度增加，使凝析油产生再蒸发而含量下降，使地层中反凝析现象再次减弱， 整个驱替过程可进一步提高气相渗透率，使气井产能得到改善。 ( 8 ) 开发增能压裂液体系，提高返排 目前应用的c 0 2 压裂和液氮全程伴注技术在低压、低渗气田取得了较好的效果， 下一步应在此基础上从降低成本、简化施工程序入手，开发本身具有较高能量的新型压 裂液体系，使压裂液进入储层后释放能量，提高压裂液的返排。 1 3 研究内容 ( 1 ) 国内外研究现状及文献系统调研与分析； ( 2 ) 川西浅层低渗气藏( 新场气田蓬莱镇组储层) 地质特征系统总结分析： ( 3 ) 通过岩心敏感性评价实验，分析研究了川西浅层低渗气藏潜在损害及主要损 害机理； ( 4 ) 通过室内实验，优选了化学解堵剂，对所优选的化学解堵剂进行了解堵实验， 并模拟进行了压力脉冲一化学解堵剂复合解堵室内动态实验研究与评价； ( 5 ) 根据浅层低渗气井不动管柱施工要求，研制了地面水力脉冲发生器： ( 6 ) 在现场实施了压力脉冲一化学复合解堵工艺并对效果进行了评价。 1 4 技术路线 ( 1 ) 通过对川西浅层低渗气藏近井地带损害的原因、机理进行系统分析的基础上， 弄清引起气井产能下降的主要影响因素。 ( 2 ) 优选和研制了解除川西浅层低渗气藏近井带地层堵塞的化学解堵剂。 ( 3 ) 结合川西浅层低渗气田生产过程中起下油管作业的复杂程度，将地面压力脉 冲发生器与复合化学解堵剂相结合，建立适合川西浅层低渗透气藏压力脉冲一化学解堵 配套工艺技术。 ( 4 ) 结合现场施工的具体资料，现场试验2 井次，进一步优化波场参数与复合化 学解堵剂。 1 5 创新点 本论文有两个创新点，一是物理法解堵技术目前主要应用于油井，针对气井近井地 带储层堵塞的物理法技术应用几乎还是空白，二是压力脉冲一化学复合解堵技术解决川 西浅层低渗气井近井地带堵塞还属国内首次。 西安石油大学硕士学位论文 2 1 地层特征 第二章川西浅层低渗气藏地质特征 新场气田位于四川省德阳市以北约2 0 公里，它是一个多气藏叠置的大型气田，自 上而下有侏罗系上统蓬莱镇组、侏罗系中统沙溪庙组、千佛崖组和须家河组四个气藏。 新场地区地层层序及其岩性情况详见表2 1 。 表2 1 新场地区地层层序及岩性简表 厚度 叠统曩段代号掌幢蕾逑 ( m ) 第四系q i2 | - 2 0黄色种檀土与杂色砂砾晨 、，、 v o ，、，n 一， 下 刳擦红色砂岩泥质粉砂署、混| l 不等犀互晨，底都 白星曩 门 - l i 2 翻卜a 5 0以一套漾灰福灰或灰白色含砾细粒岩一砂j 与下 统 关伏地层呈饭整合成截角度不薹合接触 - 浅绿灰色福灰色细齄长石石荚岩眉砂岩岩月砂 露 j 矿 2 艄 者及粉砂砉与灰绿或咯紫红色粉砂震) 泥考互层 合气砂体主要位于谈段下毒 蓬 榻灰、绿灰色细段岩月石荚砂岩窘周长石石荚砂 莱 j 矿 规m - 3 3 0岩及粉砂岩与棕红色椽褐色( 籍砂质) 泥砉互屡 上 簟 兵六套较稳定昀含气砂体为蓬莱镶鳃主产层段 筑 椿蔫色泥砉为主。夫绿灰色细艘长石石英磐曩砂岩、 石英岩属砂砉，底部以一套电性幡征明曼的细一粗 j 矿1 6 4 0 - 7 4 0 艘岩月砂碧与递宁组分界含气砂体位子诫段上尊 为整莱镶组t 要产晨与下侠地层里整合接舷 镶 遣 3 5 0 檬、榜红色泥磐扮砂质泥岩与褐灰色粗一中艘岩 宁 j ，蜘 月砂岩粉砂碧互层 罗 蘩褐色褐色含粉砂质泥岩为主央浅褥色灰福 上 3 色粉珍岩及福色、灰色细毫t 岩晨砂砉 蓉 涉 文 j 扭 浅绿灰色鲴艘中鞋长石岩月岩曩长石砂岩与鬃 詹 2 红色将砂质泥岩不等犀互屡夹灰色细粒窘晨砂者 中及浅灰色泥质粉砂岩与下伏地层叠合接煞 鸵 下沙 畸褥紫色含糟砂质泥岩为主，夫滢绿灰色，泷灰色 溪麝 j 岱 2 细敏灰质告眉长石砂者。与下伏地层整合接触 千 佛 b q 1 2 0 泥岩夹扮砂者成为灰白色石荚珍孝。与下优地晨 星饭整合接触 下 白 蘩棕色泥碧，中一细艟者属砂岩灰色含泥团状灰 田 j i b 1 者。含泥介晨灰岩略等犀互晨与下侠地层呈慑叠 境 坝 合接魅 上 覆 三叠暴 隶耻i o 暗荷紫色泥老发灰绿色中细艘砂暑来穿 统 秀 蓬莱镇组气藏的储集单元( 小层) 划分及砂体编号经历了三个阶段的变化，至1 9 9 8 8 第二章川西浅层低渗气藏地质特征 气藏开发调整方案编制时，才得以正式规范，并沿用至今( 表2 - 2 ) 。 表2 - 2 新场气田蓬莱镇组气藏储层划分对比表 i t 9 4 - - i o s 年奠晨姒分方法1 9 9 6 卑簧晨悄分方法 气晨规苑号 砂晨簟捌分砂暑组砂组砂体捌分珍晨蠢麓莱簟蠢气气名称 簟 合气i 鲁号掾i 晨位i簟号麓号掾i 晨位ie j p 气晨簟号l 代号) 】妒一。合气 b 疆 aa i i 晨叠 b b l 标i i 摩1 1 b b l弹i l 鼍一气 b 上含气簟含0 合气 b ，詹i t 摩i l 曩 8 腰- ， c c ic i 囊胆i c q厅i d l 疆掾2 疆 ddd i j h e l 顶e i 曩 e lj 时 j ，含气 岛豫鼍：气 中含气曩 e 晨量 e 邑j 对 lj 如) e - 砖 黾虎 e ， 芑，志 b 鲁气 蔓三气奠 下鲁气氯合 晨叠( j p ，) 2 2 构造特征 新场构造位于i i 西坳陷中段，是孝泉一青岗嘴构造隆起带上的二个局部构造，属于 孝泉构造向北东东方向延伸的平缓鼻状隆起，总体呈西高东低，南陡北缓的不对称分布。 蓬莱镇组的构造特征与上下相邻反射层形态基本一致，平缓鼻状隆起北翼较为平缓。 翼部地层走向有一定变化，构造南北翼地层走向在气田西部和中部与构造轴向协调 一致，而东南部地层走向由n e e 向转向n e 向偏转，且逐步与大断层走向协调，揭示 了多期次、不同应力场对地层变形的影响。 新场气田东南部与东泰、合兴场气田交界处发育有断至t 3 x 的南北向大断裂及一些 断距较小的小断层，主体部位极少见断层发育。而与多期次、不同应力场相关的微裂缝 在全气田范围内有一定程度的发育，从而影响了气藏流体的分布与开发生产状态。 2 3 储层特征 新场气田处于川西坳陷中段的一个大型北东东向隆起带上，该隆起带从晚三叠世以 来经历了多期构造运动，是一个古今复合大型隆起带，新场气田位于该隆起带的西段。 9 西安石油大学硕士学位论文 新场气田侏罗系蓬莱镇组浅层气藏属陆相碎屑岩“红色”岩体中的低孔、低渗次生气 藏，含气面积约1 0 0 k m 2 ，蕴藏着丰富的天然气资源。由于其埋藏浅、气质优、平均丰 度高、工业气井命中率高( 大于9 0 ) ，因此被誉为“浅而肥”的气藏。该气藏自发现以来 至今共完钻近3 0 0 口井，获天然气探明储量为2 1 6 x1 0 8 m 3 ，形成了年产气近6 1 0 8 m 3 的产能。 2 3 1 储集砂体的空间展布 新场地区蓬莱镇组总体沉积环境为三角洲环境，有利的储集砂体微相是三角洲砂体 微相序列中的河口坝和河流相微相序列中的河道砂坝。蓬莱镇组气藏分别在上段和中段 有两个含气组合，习惯上称为上组合气藏和中组合气藏。前者由a 、b 、c 3 个含气砂体 组成，埋深一般小于8 0 0 m ：后者由d 、e l - e 5 共6 个砂体组成，埋深一般在8 0 0 1 2 0 0 m ， 其中e l 、e 3 、e 5 砂体含气性最好。砂体一般呈透镜状，大者可延伸数公里，小者在井 控范围内就尖灭，这些砂体在纵向上错落叠置成带，在平面上叠合连片。 2 3 2 储层的岩石学特征 新场气田蓬莱镇组上组合储层的主要储集岩类型以灰色细粒长石岩屑石英砂岩为 主，次为细粒岩屑石英砂岩及岩屑砂岩；中组合以褐灰色细粒岩屑石英砂岩为主，次为 粗粉砂岩及浅绿灰色细粒长石岩屑砂岩、石英岩屑砂岩。 根据x 光衍射分析及扫描电镜、薄片观察，储集砂岩中普遍有粘土矿物的存在。上 组合的粘土矿物含量l 7 ，平均3 3 ，以绿蒙混层及伊蒙混层为主，次为伊利石， 少量绿泥石和高岭石；中组合的粘土矿物含量1 - 1 5 5 ，平均2 7 4 ，以绿蒙混层和 伊利石为主，次为绿泥石，少量高岭石。粘土矿物产状一般多沿颗粒表面呈包覆状生长， 在颗粒表面形成一层薄膜，也见粒间生长的绿泥石和伊利石，高岭石多呈分散质点状充 填于孔隙中，偶见伊利石呈桥接式生长。 2 3 3 储层特征与孔隙结构 a 储层压力、温度和地层水性质 新场气田蓬莱镇组地层压力梯度较大，原始地层压力为7 1 6 m p a ，而地层温度梯度 正常。具体情况见表2 3 。 表2 3 新场气田蓬莱镇组气层分布情况 l层位埋深m 压力梯度 伊a ( 1 0 0 m ) 1 地层温度 j ，p 5 0 0 一l5 0 01 1 5 1 3 32 8 4 0 气藏内产出水水型主要为c a c l 2 型( 气田主体部位) ，其次为n a 2 s 0 4 和n a h c 0 3 型， 矿化度为1 0 0 0 - 1 8 7 0 0 m g l 。 1 0 第二章川西浅层低渗气藏地质特征 b 储层物性 新场地区蓬莱镇组储层总体上属低孔、低渗储层，但具有明显的非均质性，不乏相 对高孔、高渗砂体( 储层) 的存在( 往往在该类储层中钻获高产气流) 。上组合储层的物性 条件优于中组合，储层物性随埋深而变差。储层常规岩心分析结果见表2 - 4 。 表2 _ 4 额场地区蓬莱镇组储层物性统计表 孔隙度( ) 基质渗透率( 1 0 。3 9 m 2 ) 围压校正地下平均 组合 最大最小平均最人最小平均 渗透率( 1 0 3 9 m 2 ) 上组合 2 3 1 22 2 41 3 1 84 3 1 8 40 0 13 6 32 5 6 中组合1 7 6 97 3 41 1 4 66 4 6 5o 1 2 20 9 4o 3 3 围压校正结果表明，相对高渗透样品随围压的增加渗透率降低较小，而较低渗透率 样品的渗透率则降低很大，说明在地层状态下气井的渗流能力的大小将主要取决于较高 渗透储层的发育状况。 c 孑l 隙结构 ( 1 ) 孔隙类型及大小 根据大量铸体薄片和扫描电镜分析结果，新场气田蓬莱镇组储层的孔隙类型以粒间 孔为主，次为粒内溶孔、铸模孔及晶间孔，而晶间孔绝大部分为微孔，基本无储集意义。 储层以大孔隙和中孔隙为主，次为小孔隙。 ( 2 ) 喉道类型及大小 根据铸体薄片和扫描电镜观察结果，蓬莱镇组储层中的喉道类型有五种。在物性条 件较好的岩样( 1 0 ，k i 1 0 3 “m 2 ) 中，以缩颈喉道和收缩喉道为主，次为片状喉道， 少数弯片状喉道，偶见管束状喉道。在物性条件较差的岩样( 1 0 ，k 8 82 01 54o 62 5 度分 4 好 细喉 岩 选好 中粗 细、粗 中孔歪度 8 8 叫6 61 2 1 2 - 1 5 l 40 6 1 52 5 44 - - 6 粉 较好细喉分选 砂岩 较好 细歪 含泥、 中孔度分 h i6 6 - - 4 4o 5 _ ll 肛1 2o 5 _ li 5 2 54 - - - 8d 1 0 钙、粉较差 微喉 选中 砂岩 等 极细泥、钙 小孔歪度 质细 8 1 0差 微喉分选粉砂 差石 2 4 气藏流体特征 新场气田蓬莱镇组气层在测试和生产中，主要产出天然气，以及低含量的凝析油和 极少量的残余地层水。 天然气为高甲烷( 平均9 6 5 ) 、低重烃( 平均3 1 5 ) 、低c 0 2 ( 平均0 4 4 ) 、低氮气( 平， 均0 3 5 ) 的干气，品质优良。， 凝析油为无色一浅黄色、透明一半透明低比重( 0 7 5 5 9 c m 3 ) 、低粘度( 0 7 2 3 5 m p a s ) 的凝析油。 部分气弗产出极少量的残余地层水，水型为c a c l 2 ，这一面貌可能反啖了蓬莱镇组_ 储层原始地层水的基本面貌，即沉积成岩时有充分的地表水和大气水渗入交替条件，其 次为n a 2 s 0 4 和n a h c 0 3 型，矿化度一般1 0 0 0 1 8 7 0 0 m g l 。 由于蓬莱镇组气藏构造总体上为一平缓鼻状构造，区内无最低圈闭线，断层不发育， 天然气主要富集于有利储层微相河道砂坝中。另外，天然气的富集还与有利成岩后生作 用带一溶蚀带的展布区块密切相关，后者沿构造主体部位展布( 构造低部位为不利成岩 后生作用带一致密化带分布区) 。 因此，蓬莱镇组气藏中的中、高产井并非完全位于构造主体部位，而主要分布于有 利储层微相、有利成岩后生作用带、物性条件较好的区域。 蓬莱镇组气藏部分气井产少量凝析油，多分布于气藏各个气层的构造主体部位，总 1 3 两安石油人学硕二l 学位论文 体上凝析油含量很低，小于2 9 m 3 。 水从构造主体部位至南、北两翼均有分布，但主要分布于构造东段南翼及北翼，东 端倾没部等构造低部位。蓬莱镇组气藏产水井主要分布于j p 2 2 ，j p 2 3 及腰2 4 ，产水量在 1 0 8 1 9 2