（石油与天然气工程专业论文）低渗透油田重复改造技术研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专 业： 硕士生： 指导教师： 低渗透油田重复改造技术研究 石油与天然气工程 库尔班( 签名) 蒲春生( 签名) 捅要 低渗油藏的主要特点表现为特低渗透、低压、低产，对储层应用重复压裂、暂堵酸 化等改造措施，可以有效的促进低渗透储层的动用及有效开发，缓减油田产量递减，对 保持油田稳产上产起到了非常重要的作用。 本文以靖安油田五里湾一区为例，研究了适合低渗透油藏的重复压裂、暂堵酸化等 对低渗储层的重复改造技术。通过对长6 油层压裂改造地质的研究可以看出，重复压裂 技术作为一种有效的措施，可大大提高低渗透储层的开发效果。室内筛选出了z d j l 型暂堵剂。该暂堵剂具有油溶性好，耐酸性强特点，适合用于油井酸化前的暂堵，在不 污染损害储层的前提下，具有较好的封堵高渗透层及裂缝效果，使酸化效果得到提高。 z d j l 暂堵剂具有不溶于水性质，对出水孔道具有一定封堵作用，同时可降低油井的含 水率。对筛选出来的z d j 1 暂堵剂进行了现场试验，确定了暂堵酸化施工中的具体施工 参数。同时，本文还研究了暂堵压裂技术在低渗油田的可行性，并对暂堵压裂具体的施 工参数进行了优化。 关键词：重复压裂，暂堵酸化，暂堵压裂，工艺参数，优化 论文类型：应用研究 i i 英文摘要 s u b j e c t ：s t u d yo nr e c o n s t r u c t i n gm e a s u r e m e n t si nl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r s s p e c i a l i t y ：o i l & g a se x p l o i t a t i o ne n g i n e e r i n g n a m e ：k u e r b a n ( s i 鲁n a t u r e ) j ( 丛匡匕星苎! l 邯t r u c i o r t o ：p uc b 叫s h e n g ( s i g n a t i l 件比丝堡匀皿 a b s t r a c t 1 1 1 em a i nc h a r a c t e r i s t i c so fl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i ra r el o wp e r m e a b i l i t y , l o wp r e s s u r e a n dl o wp r o d u c i n gc a p a c i t y r e c o n s t r u c t i n gm e a s u r e m e n t s s u c ha sr e p e t i t i o n a lf r a c t u r i n ga n d t e m p o r a r yp l u g g i n g a c i d i z a t i o ma r en e e d e dt op m m o t et h ee x p l o i t a t i o nr e s u l t sa n dp a l l i a t et h e d e c r e a s i n go f p r o d u c t i o nr a t e t h e s em e a s u r e m e n t sh a v eg r e a t l ys t a b i l i z e dt h ep r o d u c t i o nr a t e i i l o i l f i e l d t h en o 1d i s t r i c to f w ul iw a no i lf i e l dw a su s e da sa l le x a m p l et os t u d yr e c o n s t r u c t i n g m e a s u r e m e n ts u c h 罄r e p e t a t i o n a lf r a c t u r i n ga n dt e m p o r a r yp l u g g i n g - a c i d i z a t i o n b ys t u d y i n g t h ef r a c t u r i n gg e o l o g yo fc h a n g6p a yz o n e ，i tm d i c a t e dt h a tt h er e p e t i t i o n a lf r a c t u r i n gi sa n e f f e c t i v em e a s 唧e m e n tf o rl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r s ，a n di tc a ng r e a t l ym c r e a s et h er e s u l to f e x p l o i t a t i o n an e wt y p eo ft e m p o r a r yp l u g g i n ga g e n t , z d j l ，w a sd e v e l o p e df r o mi n d o o r e x p e r i m e n t w h i c hi so fg o o do i ls o l u b l ep r o p e r t ya n ds t r o n ga c i dr e s i s t a n c e i tc a l lb cu s e d b e f o r et h ea c i d i z a t i o no fo i lw e l l s a tt h ec o n d i t i o no fn o tp o l l u t i n gf o r m a t i o n s ，t h ea g e n tc a l l p l u gh i g hp e r m e a b i l i t yf o r m a t i o na n df r a c t u r e s ，t h u sp r o m o t i n gt h ee f f e c to fa c i d i z a t i o n m e a n w h i l e ，t h ea g e n ti sn o ts o l u b l ei nw a t e l , t h u sp l u g g i n gt h ep o r ep 瑟强g co fw a t e rt os o m e e x t e n t b yu s i n gt h ea g e n to fz d j 一1 ，f i e l de x p e r i m e n tw a s m a d ea n di m p l e m e n t a t i o nf a c t o r s w e r ed e t e r m i n e d t h e f e a s i b i l i t yo ft e m p o r a r yp l u g g i n g - f r a c t u r i n g i nl o wp e r m e a b i l i t y r e s e r v o i r sw a sa l s os t u d i e d a n di t si m p l e m e n t a t i o nf a c t o r sw e r eo p t i m i z e di nd e t a i l k e yw o r d s ：r e p e t i f i o n a lf r a c t u r i n g ；t e m p o r a r yp h i g g i n g - a c i d i z a t i o n ；t e m p o r a r y p l u g g i n g - f r a c t u r i n g ；p r o c sp a r a m e t e r ；o p t i m i z a t i o n t h e s i s ：a p p l i e ds t u d y 1 1 1 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己在论文中 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：敞型!日期：墅! z ：! ：望 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。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：应堡望 导师签名 日期：。2 0 0 7 忡尸 日期：兰! ! z ：竺三7 健 第一章靖安油田五里湾一区区域概况 第一章靖安油田五里湾一区区域概况 靖安油田位于陕西省志丹和靖边县境内，是长庆油田公公司继安塞油田之后，在陕 北地区发现并投入滚动开发的一个年产二百万吨级特低渗透油田，是目前全国陆上最大 的整装特低渗透油田，储量逾3 亿多吨，靖安油田即是五里湾采油作业区的前身，靖安 油田的演变由靖安一靖南( 五里湾) 、靖北( 现郝坨梁) 一五里湾( 现五里湾一区) 一 五里湾一区、二区、靖二联、郝坨梁、盘古梁、虎狼峁等作业区，目前五里湾第一采油 作业区位于靖安油田中部，是一个年产6 0 万吨以上的靖安油田最大作业区。 1 1 作业区发展概况 1 1 1 作业区概况 五里湾一区位于陕西省靖边县和志丹县境内( 靖边县2 个井区，志丹县5 个井区) ， 属典型的黄土塬地貌，地面沟壑纵横，梁峁交错，地面海拔1 4 0 0 - - 1 7 0 0 米，相对高差3 0 0 米，气候恶劣，交通不便。 图1 1 靖安油田地理位置示意囝 西安石油大学硕十学位论文 1 1 2 油田开发概况 a 油田地质特征 靖安油田五里湾一区处于陕北斜坡中部，为一平缓的西倾单斜( 倾角小于l 度) 背景 上发育的多组轴向近东西向的鼻状隆起构造。主力油层三叠系长6 储层为湖成三角洲沉 积，岩性以灰绿色细粒硬砂质长石砂岩为主，成分及结构成熟度低，岩性致密。岩石胶 结致密以孔隙一薄膜式胶结为主，胶结物以绿泥石为主。孔隙以粒间孔为主，次为长石溶 孔，少量岩屑溶孔、晶间孔和杂基溶孔等，平均孔径6 2 81 tm 。储层平均有效厚度1 4 9 m ， 平均有效孔隙度1 2 8 ，储层孔隙度发育中等，平均渗透率1 8 1 1 0 3 p m 2 ，属低渗透储 层。五里湾一区长6 油藏基础参数表如表1 】所示。 表1 - 1 五里湾一区长6 油藏基础参数表 油减巾部深度 1 8 5 0 m 柏埘密度0 s 5 5 9 细粒硬砂质长石砂 地面原油 储层岩性粘度 7 6 9 m p a s 岩 粒度中值 0 1 3 8 m m 地下原油 相对密度 0 7 6 7 分选系数 3 2 l 粘度 2 0 m p as 孔喉巾值半径 0 2 lu m 原油体积系数 l ，2 l 平均渗 空气l8 l x l 0 。3 u m 2地层水型 c a c l 透聿 有效总矿化度8 0 5 6 0 m g 1 平均孔隙度 1 26 9 饱和压力 70 2 m p a 原始地层压力 1 2 2 0 m p a 原 地饱压差 5 1 8 m p a 始 油层温度5 4 3 9 油气比 研0 乜 探明含油面积1 4 13 k m 探明地质储量8 1 5 4 万吨 动用面积 1 4 1 3k m 2 动用地质储茸7 9 5 8 万吨 建油，水井5 4 4 1 9 4年产。汕能力9 3 l j 吨 b 开发历程 1 9 9 4 年，采油三厂原采油四大队成立靖安油田会战指挥部。在广漠辽阔的黄土高原 展开大规模的石油会战，当时指挥部设在( 原采油四大队) 靖边县与安定油之间，靖安 油田由此而来。1 9 9 5 年5 月1 5 日，在靖边县郝坨梁开钻的第一口探井陕9 2 井，喜获日 产2 0 吨的高产工业油流。同年发现五里湾一区z j 4 1 井、z j l 8 、z j 5 9 井获得日产1 5 吨 的高产自喷工业油流，当时强大的油流呼啸着喷出高达2 0 多米，这是采油三厂在陕北地 区前所未有的景象，陕9 2 井、z j 4 1 井、z j l 8 、7 - 1 5 9 井的发现，推动了靖安地区的石油 勘探迅速发展，靖安油田的迅速状大，便有了现在采油三厂五里湾油田的前身。 1 9 9 6 年正式投入开发，历经了勘探评价、先导性开发试验、大规模建产、开发高速 发展和开发调整和小范围滚动扩边等几个阶段的勘探开发历程。 五里湾一区1 9 9 6 年正式投入开发；主要大规模建产在1 9 9 7 1 9 9 8 年，两年合计建 2 第一章靖安油田五里湾一区区域概况 产2 4 6 口井；1 9 9 9 2 0 0 4 年每年产建基本在2 0 - - 4 0 口井左右，处于零星扩边阶段；2 0 0 5 年以后产建规模萎缩，产建井基本在5 口井左右，处于老井稳产阶段。图1 2 为五里湾 一区历年投产井数统计图。 图1 - 2 五里湾一区历年投产井数统计图 自1 9 9 6 年投入开发以来，产量逐年攀升，2 0 0 3 年攀升至8 3 5 万吨，2 0 0 3 年分为五 里湾一区、五里湾二区以后，五里湾一区年产油量基本保持在6 3 万吨左右，稳产至目前。 图1 - 3 五里湾一区历年生产情况示意图 经历了1 1 年的开发，五里湾一区持续保持着高效开发形势，油田开发保持了“三升 一稳、三个均匀”( 三升：即产液、产油、地层能量稳步上升；一稳即含水保持稳定；三 个均匀即：吸水剖面均匀、见效均匀、地层压力抬升均匀) 的良好开发均面。 西安石油大学硕士学位论文 第二章长庆油田重复压裂技术研究现状 长庆油田作为我国陆上最大的低渗、特低渗油田，在其开发过程中，形成了一系列 针对低渗透油田开发的理论与技术。重复压裂作为其中一项对油层改造行之有效的方法， 在低渗油藏开发过程中越来越受到人们的重视。 2 1 重复压裂增产机理1 1 - 1 5 油井重复压裂是指对同一口油井或同一油层段实施两次或两次以上的压裂施工，达 到提高油井产能的目的，重复压裂工艺技术是油田开发后期的主要稳产措旌之一。 国外开发低渗透油藏的成熟经验是大规模深穿透压裂改造，从延长统储层勘探历程 和开发实践也表明深穿透、饱填砂压裂是油井具有理想产能和较长稳产期的基础。而油 井压裂增产受到多方面因素制约，主要有裂缝泄油面积、导流能力及井下作业引起的地 层伤害。压裂引起的地层伤害可通过室内研究与试验，对压裂液做工作，使伤害降低最 低程度：所以，裂缝泄油面积和导流能力是油井增产的主要因素。 重复压裂改造的目的旨在如何提高裂缝泄油面积和导流能力，以期达到油井增产和 稳产的目的。 2 2 长6 油层压裂改造地质研究 2 2 1 储层地质特征 1 ) 油藏面积大、分布广、储量比较丰富，且整装连片，纵向上，储层表现为低压、 特低渗、致密油藏； 2 ) 油层埋藏较深、物性差、非均质性差。平均埋深1 8 0 0 - 1 9 0 0 m 油层有效厚度1 2 4 米，岩芯分析渗透率1 - 6 4 x1 0 - 3ui f ，孔隙度1 2 7 4 ； 3 ) 毛管压力曲线反映出孔喉分选较差，平均中值半径o 2 4 1 1m ，最大喉道半径2 2 9 i lm ，最大进汞量8 6 5 8 ，退汞效率为3 3 3 5 ； 4 ) 地层能量不足，油层压力系数低，0 6 1 8 1 m p a l o o m ，低于静水柱压力，无边水 或边底水不活跃，油藏驱动类型为弹性溶解气驱； 5 ) 地层原油性质，原油粘度2 0 6 m p a s ，密度0 7 5 6 9 e r a 3 , 饱和压力8 0 9 m p a ，油气 比7 7 3 5 m 3 t ，体积系数1 1 4 5 5 ； 6 ) 地层水性质：五里湾一区地层水矿化度为3 5 8 6 9 i ，水型属c a c l 2 型，p h 值为6 。 2 2 2 地层敏感性分析 长6 油层中粘土矿物含量5 6 5 ，其中绿泥石占8 1 2 ，伊蒙混层占1 2 2 5 ，酸敏 矿物和水敏矿物含量相对较高。敏感性试验结果表明，靖安油田的长6 油层属中偏弱水 敏、中偏弱酸敏、弱速敏。 4 第二章长庆油田重复压裂技术研究现状 2 2 3 地应力及裂缝方位研究 岩石力学参数是压裂优化设计最基本数据之一，而地应力大小及方位对优化井网布 署，提高油田驱油效率和最终采收率具有重要意义。 a 岩石力学参数测定 根据弹性力学原理，应用三轴应力试验装置，对靖安油田五里湾长6 油层岩芯进行 了岩石力学参数测定。 区块层位岩性块数围压( m p a ) 杨氏模量( m p a )波松比 砂岩1 25 0 i i s 6 80 ，2 0 8 五里湾长6 泥岩55 o 1 2 5 3 00 2 4 0 b 地应力测试 采用钻井取芯，应用声波各向异性，凯塞效应、差应变分析等方法和手段，对靖安 油田长6 油层岩芯进行地应力值大小和方位测定，结果见表2 2 。 三肉应力值 区块层位 凯塞效应法差应变法 最大主应力 水平水平水平水平 方位n e 。 垂向垂向 虽大最小最大最小 五里湾长6 4 j - 6 3 4 。5 3 0 2、i 7 2 ，2 综合分析，三迭系延长组油藏的地应力以垂向为最大，同时水平方向最大应力均在 n e e 向，且与水平方向最小主应力差别不大。表明压裂裂缝应为垂直裂缝，裂缝方位也 在n e e 向， c 地应力剖面解释 地应力剖面解释主要采用长源距声波测井方法获取测井资料，应用弹性力学理论和 岩石强度理论可以计算出岩石力学参数、地层孔隙流体压力以及地层破裂压力随地层深 度的特征。在应用三维压裂优化设计时，地应力剖面获取有利于计算出更为精确的裂缝 几何尺寸。 柳8 2 5 l 井的地应力剖面解释结果可以看出油层的最小水平主应力为2 2 0 m p a ， 油层与油屡上下隔层的应力差大约为3 0 7 0 m p a 。 d 压裂裂缝方位监测 经过对靖安油田的压裂裂缝方位现场监测，资料表明，压裂裂缝方位为n e w s 向， 与岩芯测定的值基本一致。分析地应力外，地层原始微裂缝的存在，对压裂裂缝的延伸 西安石油大学硕士学位论文 方位有一定的影响。 表2 - 3 压裂裂缝方位监测结果表 压裂参数测试结果 油田层 井号压裂井段砂量 液量 排量 裂缝全长方位 区块位 m 3 i l r m m i nmn e o 柳9 0 3 2 1 7 3 6 0 1 7 3 8 07 03 5 81 4 1 4 6 0 8 1 0 靖安五 长6 柳7 4 3 71 8 2 5 0 1 8 3 3 01 4 05 6 61 51 9 2 o7 6 0 里湾区柳8 1 - 4 918 7 3 0 】8 8 9 23 0 09 2 32 o3 5 6 06 8 0 柳8 5 5 l 1 8 2 9 2 1 8 5 3 23 501 0 0 o2 4 3 8 5 0 7 4 0 2 2 4 储层改造地质评价 a 地层孔隙结构复杂 长6 油层孔喉结构十分复杂，小孔隙集中且连通性差，孔隙全部受喉道控制，孔、 喉半径相差数十倍，严重影响着地层流体的流动。压汞试验表现出低的退汞效率，孔隙 利用系数仅1 5 2 3 。因此改造应能形成较大的裂缝网络系统，沟通更多的孔隙体积， 增加原油流动空间，提高单井产量。 b 储层物性差 压力恢复试井及室内试验研究结果表明，在地层条件下，长6 油层平均有效渗透率 仅为0 5 x1 0 4 un 1 2 左右。按照油井产能理论计算公式分析，在地层压力、油层厚度及物 性等一定的情况下，油井产量的提高，主要是要增大油井的折算半径，重要途径之一是 通过压裂形成高导流能力的长缝。 c 地层能量较低 靖安油田五里湾一区长6 油层地层压力为1 2 m p a ，压力系数o 7 0 8 ，油层压力低 于静水柱压力，属低压油层，加之渗透性差，油流阻力大。因此一方面要通过注水来补 充地层能量，另一方面则要求压裂裂缝具有一定的长度和较高的导流能力，以充分利用 地层能量，提高单井产量。 d 储层纵横向上非均质性严重 靖安油田长6 储层相对于安塞油田埋藏较深，物性差，非均质性强。渗透率变化大， 如7 _ j 6 井的1 7 9 9 4 1 8 0 4 4 m 油层段中，有5 个高低渗交互段，渗透率最大1 3 3 3 1 0 刁 l li n 2 ，最小0 1x1 0 。3 um 2 ，级差达1 3 3 - 3 倍，改造难度大。 e 压裂裂缝方位对注水效果的影响较大 靖安油田的压裂裂缝方位监测结果为n e - - w s 向6 8 8 1 。，而注采水线方位为北东 西南6 7 。，方位基本一致。靖安油田长6 储层通常是按反九点法面积注采井网来布署的。 6 第二章长庆油田重复压裂技术研究现状 在这种注采井网中，由于压裂裂缝的存在，总有一部分生产井在井网中处于不利或接近 不利的方位，因此会导致部分并见水过早甚至暴性水淹，而有些并却长期注水不见效， 影响油田开发效果。 f 应力差对储层改造的影响 由于油层与油层上下隔层的应力差大约为3 o 7 o m p a ，对于隔层较薄、油层跨度 大的井，遮挡效果不好，尤其是分层压裂的井，容易导致上部油层的支撑失效，而不能 更好的发挥储层潜力。 2 3 长庆油田主要采用的重复压裂技术 2 3 1 常规重复压裂技术0 1 二删 经初次压裂的井层，其增产能力在有效的年限内将会失效，为恢复或提高初次压裂 井的生产能力，要采用重复压裂技术。重复压裂限于已经压裂地层的重复，不是指采用 各种分层压裂措施，将井中的其它小层压开。在一定条件下，由于初次压裂的裂缝引起 了近缝地带孔隙压力的重新分布和支撑了的裂缝使地应力场改变。应力场的变化在一定 范围内有可能使复压裂缝垂直于或不同于初压裂缝的方位。 a 水力裂缝诱发的应力场 垂直于最小主应力的裂缝在两个水平主应力方向上都诱发压应力。最大的诱发应力 的大小等于裂缝闭合后作用在支撑剂上的净压力( 超出闭合压力的值) 并垂直于缝面。裂 缝的存在对应力场的影响，随着远离缝面而迅速减小。 为了使复压裂缝与初压裂缝在方位上有差别，应使诱发的压应力足够大，致使两个 水平应力分量发生变化，导致原最小主应力变成最大主应力。此时重复压裂的裂缝方位 则垂直于初压裂缝方位。如果作用在支撑剂上的净压力不大，上述机制只能在两个主应 力差值相差不大的情况下才能发生。由于压应力离开裂缝后，随距离的增加迅速减小， 有可能使新生的裂缝又重新转向，平行于初压裂缝。 b 生产诱发的应力场 由于从初次压裂的裂缝中产出液体，在裂缝周围油藏中的压力梯度发生变化，也影 响到应力场。如果应力场的某点单元岩石受到限制，该点应力的降低值与该点的压降成 正比。在裂缝附近，平行或垂直于缝面上都会有由于孔隙压力的变化而诱发出来的张应 力。但此张应力被稍远于裂缝的压应力所抵销，如果由于孔隙压力诱发的应力差大于原 先存在的两个平面上的最大与最小主应力差，那么这两个应力就要换向。此时的复压裂 缝将垂直于初压裂缝。 如果生产时的井底流压不变，随着生产的继续，受压力影响的地区，将离裂缝向远 处扩展。同时随着张应力在水平面上影响距离的增加，在缝面上诱发的应力，先是增加， 7 西安石油大学硕士学位论文 然后减少。应力差改变所需的时间幅度取决于距井眼的距离与地层的性质。在诱发张应 力影响区域之外，重复压裂的裂缝还要平行与初次压裂的裂缝延伸。随后压应力影响的 范围已扩展到远离裂缝的地区，在裂缝转向平行于初压裂缝之前，已经延伸到相当远的 位置。在以后的时间里，诱发的张应力可能已无力超过原先在离井某距离的最大最小主 应力差，在此位置上复压裂缝的方位将开始稍有转向。因此可以说原先两个主应力差比 较小时，复压裂缝在垂直于初压裂缝的方向上得到最大延伸。在初次压裂后的3 5 5 年 是复压裂缝转向的有利时机，此时压力差达到了改变符号的最大值，复压裂缝在转向前 一般可达9 0 m 长。从孔隙压力垂向分布上看，复压裂缝的端部己穿透到高孔隙压力区， 这是提高产量的有利保证。 常规重复压裂技术较为经济，施工风险性也小，但由于它仍然是在老裂缝上进行延 伸和扩展，所以在增产方面也有它的局限性，主要适用于以下油井： 1 ) 储层物性较好具备一定增油潜力、初期改造规模偏低、地层压力恢复水平较高的 井； 2 ) 试井解释资料显示，地层明显有堵塞现象或老裂缝壁面失效的井。 2 3 2 缝内转向压裂技术 缝内转向压裂主要以水力压裂方式在地层中已形成的裂缝周围首先形成。使之不能 向前、向上、向下扩展或延伸。为后继泵入的携砂液形成无控制的“回填”砂堆，减小 了滤失面积导致裂缝内压力增长过快，使入地液量与缝宽的增加不成比例，为形成新缝 创造有利条件；加入裂缝转向剂对老裂缝进行封堵，形成高压环境，再在地层中的其它 方位发展新的具有一定长度的高导流能力裂缝，改变液流和裂缝方向，增加了裂缝泄油 面积，提高油层对产量的贡献率，从而满足油田开发的需要。 缝内转向压裂技术具有一定的风险性，但对于一些特殊井却具有较好的针对性，同 常规重复压裂技术相比；更具备增大泄油面积和提高注水效果的能力， 主要适用于： ( 1 ) 位于注采井网水线方向的井； ( 2 ) 油井地层压力较高、生产动态显示有注水见效迹象的井； ( 3 ) 储层物性条件好、采出程度较高的低产井，可增大其裂缝泄油面积，提高储层的 贡献率。 2 3 3 端部脱砂压裂技术1 2 1 埘l 端部脱砂压裂工艺技术的特点是有意在一定缝长的端部( 周边) 形成砂堵，阻止裂缝 向前延伸，同时以一定的排量继续泵入不同支撑剂浓度的压裂液，迫使裂缝“膨胀”获 得较宽的裂缝和较高的砂浓度，达到提高导流能力的目的。 在高渗层中进行压裂的原则应是缝相对较短而导流能力要求很高。在一定闭合压力 8 第二章长庆油田重复压裂技术研究现状 下，选择适当的支撑剂类型、粒径，并选用闭合后对填砂裂缝伤害最小的压力液体系， 有可能得到需要的填砂渗透率。如果考虑到支撑剂的嵌入、破碎及微粒迁移等各种因素 增加支撑剂的层数，亦即增加缝内支撑剂的浓度，这将是保证高渗透率的有效措施，但 此时必然会导致缝宽增大。因此提高填砂裂缝导流能力必然是缝宽与填砂裂缝渗透率同 时提高的结果。 当缝长延伸到设计长度时，也正是前置液完全滤失于地层的时刻。后到的携砂液到 达此处后，由于液体的迅速滤失，形成难以流动的砂堆，随即发生砂堵。继续泵入携砂 液，由于缝端被堵没有出路。致使裂缝加宽、膨胀，并在缝中填满了支撑剂。随着地层 破裂，裂缝延伸，压力不断升高之后，接着是压力下降，这是由于随着长度的增加，造 成过多的滤失所致。前置液完全滤失后在端部形成砂堵，出现在施工后期压力迅速上升 即描述此过程，此时形成的动缝宽可能有常规压裂的2 倍。常规开采的出砂井，由于井 底附近径向流所引起的巨大压降，使液流作用在砂粒上的拖曳力超过砂子之间的粘着力 而进入井中，砂层被破坏。这种不稳定性会导致井底附近渗透率变差、产量减少、作业 工作量加大等一系列问题。端部脱砂技术能降低井底附近的压降梯度，也能收到砾石充 填支撑砂层的作用。端部脱砂技术的使用条件是被深度污染且酸化不可能有效解除的中 高渗地层；不适于采用酸化处理的地层；存在底水、气顶或靠近注水井的地层或由于缝 高及缝长的限制，不可能进行大规模压裂的油井；胶结疏松的易出砂地层。 端部脱砂压裂工艺基于一般压裂形成最佳的增产缝长，利用控制脱砂和暂堵剂加入， 在裂缝内形成高压环境，从而产生新的支裂缝或沟通更多微裂缝，其结果就是裂缝的泄 油面积就成倍增加。更为重要的是，产生比原裂缝更宽的新的支裂缝，沟通更多微裂缝， 形成裂缝网络，扩大油井泄油面积，促使新裂缝向水线方向靠近，使注水受效面积增加， 对注水增产是非常有利的。 对于靖安特低渗油田，当裂缝导流能力达到2 0 ，7 肚m 2 c m ，就能达到改造要求，在裂 缝脱砂的环境下，该导流能力值远大于普通压裂。该工艺适用于： 1 1 适用于任何需要通过压裂来提高单井产量的油井； 2 l 油层隔层条件不好、初期采用分层压的井，可提高其在纵向上的支撑力度和缝端 的导流能力； 3 1 位于水线侧向上，长期见不到注水效果的井，能够沟通更多的泄油空间和扩大注 水受效范围。 2 3 4 高停泵、高滤失储层压裂工艺技术阳埘l 高停泵、高滤失储层在压裂施工过程中容易出现压不开和低砂比砂堵现象，在大庆 外围徐家围子火山岩储层和吉林油田营城组天然气井压裂改造中也出现过类似问题。在 国内外石油工程刊物上虽然有用粉砂段塞处理高滤失储层的相关论述，但对于高停泵压 力梯度问题没有相关的处理措施，也没有对类似储层出现的高停泵、高滤失问题进行系 西安石油大学硕士学位论文 统的原因分析和处理措施原理细分，普遍采用笼统的措施工艺进行处理。因此，针对高 停泵、高滤失储层进行原因分析和类型划分，并开展针对性处理措施工艺的研究是十分 必要的。 大庆徐家围子深层气井火山岩储层的压裂改造过程中出现的高停泵、高滤失等压不 开、低砂比等储层。以徐深2 0 2 井为例进行分析。测试压裂解释结果显示，有天然裂缝 存在，滤失系数为3 0 1 0 4 ，系统摩阻4 5 6 8 m p a ；近井摩阻1 0 4 m p a ；地面停泵压力梯 度为o 0 1 1 3 m p a m ；净压力为8 4 m p a 。地层破裂压力高，停泵压力7 6 3 9 m p a 。第二次 停泵压力7 6 $ 7 m p a ，憋停后重新起车，停泵压力6 3 6 2 m p a ，3 5 m 3 m i n 施工，粉砂进井 压力6 9 5 m p a 升到7 8 6 9 m p a 。前置液5 0 m 3 、8 0 m ，1 2 0 m 3 后加入三段粉砂处理后施工 压力由最高7 8 6 9 m p a 降到4 8 8 7 m p a ，压力下降3 0 o m p a ，最高砂比1 8 ，加入陶粒 2 2 o m 3 。 大庆徐家围子深层气井火山岩储层的压裂改造过程中出现的高停泵、高滤失等压不 开、低砂比等储层。以徐深2 0 2 井为例进行分析。测试压裂解释结果显示，有天然裂缝 存在，滤失系数为3 0 1 0 。4 ，系统摩阻4 5 6 8 m p a ；近井摩阻1 0 4 m p a ；地面停泵压力梯 度为0 o l l 3 m p a m ：净压力为8 4 m p a 。地层破裂压力高，停泵压力7 6 3 9 m p a 。第二次 停泵压力7 6 $ 7 m p a ，憋停后重新起车，停泵压力6 3 6 2 m p a ，3 5 m 3 m i n 旖工，粉砂迸并 压力6 9 5 m p a 升到7 8 6 9 m p a 。前置液5 0 m 3 、$ o m 3 、1 2 0 m 3 后加入三段粉砂处理后施工 压力由最高7 8 6 9 m p a 降到4 8 8 7 m p a ，压力下降3 0 o m p a ，最高砂比1 8 o ，加入陶粒 2 2 。o m 3 。 针对不同类型的高停泵、高滤失储层进行适应性处理措施： 1 ) 测试压裂特征参数界限的划分 通过深入认识地质特征和测试压裂诊断分析来对近井摩阻、停泵压力梯度、地层滤 失系数、闭合压力等决定施工成败的特征参数进行定量分析。确定采取不同处理措旖的 参数界限值。 通过滤失速率标准化曲线可以判断裂缝的闭合时间及压力值。在压力衰减期间，如 果滤失速率接近常量，只能用标准的a p 对时间的双对数曲线来确定o 5 斜率的线性流。 在滤失速率变动的情况下，滤失速率标准化曲线提供了一个更精确的诊断工具。它等价 于流动速率变动下的标准的压力瞬变分析。如果在标准的双对数曲线上可以清楚地识别 线性流，那就没有必要使用滤失速率标准化曲线。通过滤失速率标准化曲线可以判断裂 缝的闭合时间及压力值，为对比分析提供依据。 2 ) 应用粉砂段塞及高粘度胶塞技术处理高停泵、高滤失储层 冻胶具有比较大的表面张力，在地层中有较大的粘滞力和毛细管力。粘滞力与地层 孔隙大小，压裂液破胶液粘度，残渣含量，颗粒大小以及油水乳化的贾敏效应有关。冻胶粘 度在4 0 0 5 0 0 m p a s 以上( 依据不同情况而定) ，而普通压裂液成胶以后粘度只有5 0 m p a - s 左右，说明冻胶的粘滞力比普通压裂液大许多。而且由于冻胶表面张力比普通压裂液大 1 0 第二章长庆油田重复压裂技术研究现状 许多，那么冻胶在地层中的毛细管力也比普通压裂液大许多。以上因素说明：相对于普 通压裂液来说，如果裂缝比较发育或者多条裂缝同时延伸，冻胶要进入这些细小的裂缝 所需要克服的阻力更大，而选择一条主裂缝开启并延伸，有利于形成主裂缝。粉砂段塞 的作用机理在于粉砂微粒削减了裂缝的端部效应。小粒径的粉砂进入微裂缝后，随着压 裂液的滤失作用，粉砂段塞前端逐渐滤失干净。粉砂颗粒占据微裂缝端部将傲裂缝端部 结构改变，即改变了微裂缝中的压力分布p ( x ) 及裂缝顶端附近区域的宽度，使缝端造缝 效应减弱，最终消失，微裂缝不再向前延伸。我们应用的粉砂主要为1 0 0 - - - 1 5 0 目粉砂进 行处理。在国外也有加4 0 6 0 目粉砂段塞成功应用的案例。 2 3 5 复合压裂技术 油层增产改造工艺的种类较多，水力压裂和高能气体压裂是目前常用的压裂增产技 术。 水力压裂就是用高压泵将液体增压后注入地层，迫使地层形成裂缝，然后加入一定 能量的支撑剂使裂缝保存下来，提高井眼附近裂缝区的平均渗透率。在通常情况下，水 力压裂将产生对称井筒的裂缝，由于缝中充填有砂或陶粒等支撑剂，其对流体渗流能力 远远大于油层，油气并压裂后，由于油气向井底的渗流由原来的径向流改变为扶地层基 本上单向地流入裂缝，然后由裂缝单向地流向井底。通俗地讲，水力压裂之所以能使油 气井增产，具有小溪变河流的效果。 高能气体压裂是利用火药发生器，在压裂井段内，点火爆燃后产生高压，高温气体 通过炮眼进入地层，使地层破裂后产生多条裂缝，利用裂缝不整合面及瞬间的蠕动使裂 缝保存下来，从而达到压裂解堵的作用，使油井增产，裂缝半径长般为1 0 , - - 2 0 m 。 复合压裂是高能气体压裂和水力压裂分施工，整体作用的一种工艺。它是在高能气 体压裂效果的基础上，再进行水力压裂，利用水力压裂的支撑剂冲填高能气体压裂裂缝， 使井眼附近形成高导流能力区，从而进一步提高水力压裂的改造效果。它主要用于有一 定厚度和孔渗条件的砂层。这项技术也是今后水力压裂的发展方向。 西安石油大学硕士学位论文 第三章低渗储层暂堵酸化工艺技术研究 针对油井酸化措施后，出现了在增油的同时油井含水大幅度上升的问题。通过分析 其主要原因是酸化只对高渗带的油层物性得到改善，而油层的低渗带的物性得不到相应 的改善 2 5 - 3 0 j 。根据这一情况，建立了暂堵酸化工艺技术，通过现场试验及应用，取得 了较好的控水增油效果，丰富了低渗透油田油井酸化工艺技术，对于开发低渗透油田， 延长五里湾油田低含水采油期，具有极为重要的现实意义。 3 1 油井常规酸化效果分析 目前采油三厂针对出现产液量下降，通过分析认为近井地带存在堵塞的油水井，通 常采取小型常规酸化措施，即在低于储集层岩石破裂压力下( 般低于地层破裂压力2 3 m p a ) 将酸液挤入储集层孔隙空间，使酸液沿径向渗入近井地带地层而溶解地层孔隙空 间内的胶结物、钙、镁垢、泥质、砂粒、以及其它堵塞物，扩大孔隙空间而恢复或提高 近井地带油层渗透率，达到增产、稳产目的。常规酸化所用酸液一般为土酸，酸液配方 为：1 2 的盐酸+ 4 的氢氟酸+ o 5 的甲醛+ 防膨剂+ 稳定剂。施工酸液用量一般在 3 l o r e 不等。 3 1 1 实施工作量及效果 油水井酸化已成为我厂的主要增产增注工艺措施之一，在油田生产过程中发挥着主 要作用。近三年来措施总增油量2 7 9 万吨，酸化措施增油量1 1 2 2 万吨，占总增油量的 4 0 2 。 表3 1 采油三厂近几年油井酸化措施工作量及效果统计表 年度措施施工总井 有效并数 可比井数有效率 年度增油占年度总增平均单井日 年度增油量数量油量比例增油量 ( 万吨) ( 口)( 口)( 口) ( )( 万吨) ( ) ( 吨) 2 0 0 3 年 9 38 28 28 09 2 43 2 03 4 4 1 6 0 2 0 0 4 年 8 8j 0 91 0 91 0 59 6 ，33 6 l4 1 0l ，5 2 2 0 0 5 笠 9 81 2 41 2 41 1 89 5 24 4 l4 5 o1 7 8 合计 2 7 93 1 53 1 53 0 39 6 21 1 2 24 0 2 1 7 2 3 1 2 存在问题 通过对近三年来酸化后油井含水上升情况的统计分析认为：酸化后含水上升井所占 比例较大的作业区为油房庄、红井子、吴旗等老区。含水上升值较大的井也集中在老区 侏罗系油藏。从2 0 0 3 年- 2 0 0 5 年酸化情况看，含水上升井所占可比井数的比例较大，2 0 0 3 年占5 5 9 ，2 0 0 4 年占4 0 4 ，2 0 0 5 年占3 6 6 。同时从这些数据可以看出从2 0 0 3 年到 2 0 0 5 年含水上升井所占比例呈下降的趋势，这主要是由于工艺所技术人员及时发现问题 第三章低渗储层暂堵酸化工艺技术研究 并及时采取了措施，将酸化液配方做了调整。由常规酸化转变为改性土酸和乳化酸酸化， 取得了明显的效果。 表3 2 采油三厂近几年酸化措施含水上升井统计 酸化井数 可比井数含水上升井数含水上升井数占可比井数比例 年度 ( 口)( 口)( 口) ( ) 2 0 0 38 25 93 35 5 9 2 0 0 41 0 98 93 64 0 4 2 0 0 51 2 4i o l3 73 6 6 3 1 3 原因分析 常规酸化施工，酸化目的主要是为了疏通低渗透率出油孔道，开发挖掘低渗透率油 层产油潜力，清除油井开发或开 采过程中产生的微粒运移及结垢 物对油层孔道的污染。然而，采 油三厂油藏除了具有低渗特性 外，同时又具有非均质性极强特 点，同一井位不同层位以及同一 井位同一层位中，岩石渗透率值 级差较大，而且不排除天然裂缝 的存在，况且大多数油井在开采 过程中都采取过压裂人造裂缝措 施，油层的非均质性极强圳 圈3 - 1 酸液指进示意图 油井常规酸化后含水上升的原因 分析如下。 l 由于地层本身的非均质性，以及开采过程中采取的压裂措施形成人工造缝的影 响，在不采取其它任何措施下，进行常规酸化旌工，往往会造成酸化过程中酸液的“指 进”现象。即酸化过程中，由于酸液进入地层将遵循流动阻力最小原理，酸液首先沿着 流动阻力小的高渗层、大孔道或裂缝流动，造成酸液无法均匀遍及储层。这种情况将会 造成酸液很少进入或根本无法进入酸化的低渗透层，或被堵塞及污染的出油孔道。因此， 酸液不能按设计方案进入低渗透层位或污染层位，无法达到酸化目的，造成酸化效果的 大大降低。 2 ) 由于高渗层、大孔道或裂缝得到进一步酸化，加大储层的渗透率差异，往往会造 成出水孔道与出油孔道的相互沟通，从而造成油井酸化后采出液中，含水上升，增油效 果不显著的现象。 西安石油大学硕士学位论文 3 1 4 实例分析( 盘古梁油田) 统计分析了盘古梁油田平面上渗透率的差异性，计算了各小层渗透率的级差、突进 系数、变异系数。从统计结果的对比看，盘古粱长6 油层组中从单项渗透率非均质参数 来看，如渗透率级差较大值为长6 1 1 2 、长6 1 2 。1 小层，级差分别为：1 6 1 0 0 和1 6 0 4 0 ：级 差最小值为长6 3 纠小层，仅为3 6 ；突进系数亦是长6 1 1 - 2 、长6 l 纠较大，分别为：5 8 4 和5 3 7 ，突进系数最小值亦为长白2 ，为1 9 5 ；变异系数的较大值出现在长6 1 - 2 长6 3 2 - 2 及长6 l 纠小层中，变异系数值分别为o 7 1 、0 6 0 和o 5 7 ；在平面上长6 i “2 、长6 1 2 、长 6 3 2 2 等小层的平面非均质性较强，而长6 3 2 。1 、长6 1 2 - 3 等小层平面非均质性较弱。但将1 5 个小层的渗透率非均质参数综合对比，再结合小层层数、分布发育状况通盘对比分析， 在研究区物性较好而渗透率非均质性相对较弱的仍为长6 1 2 、长6 1 2 。3 和长6 2 1 、长6 2 1 。2 小层。 裹3 3 盘古粱长6 油层组小层渗透率非均质性统计表 渗透率非均质 小层号 最小最大平均级差突进系数变异系数 长6 t 1 o 2 76 7 32 5 3 2 4 ，6 42 6 5o 5 s 长6 1 1 2 0 1 01 6 1 02 7 61 6 1 o o 5 8 40 7 l 长6 l 。10 1 01 6 0 42 9 91 6 0 45 3 70 5 7 长6 1 2 2o 8 91 2 0 l3 2 91 3 4 93 6 50 ，4 6 长6 l 。3 0 8 09 5 4 3 4 l1 1 8 82 80 3 8 长6 2 “ 0 6 01 0 2 63 2 5 1 7 1 23 1 6 o “ 长6 2 1 。 0 4 79 6 43 1 92 0 3 83 ，0 20 4 5 长6 2 1 。0 4 31 3 1 83 2 33 0 6 54 0 80 4 8 长6 2 2 。1 0 1 51 1 9 72 7 27 9 84 40 4 9 长6 2 2 。0 2 25 5 62 6 82