（石油与天然气工程专业论文）腰英台油田低渗透储层改造技术研究.pdf

腰英台油田低渗透储层改造技术研究 摘要 世界上低渗透资源较为丰富，受目前技术开采手段的限制，仍有 大量的地质储量没有动用。低渗透资源同样是我国一巨大的潜在资 源，它在今后的原油稳产中发挥着越来越重要的作用，吉林的腰英台 油田属于低渗透难采储层。 通过对腰英台油田青山口组储层的开发现状进行分析，指出了改 造开发过程中存在的矛盾及难点。主要表现在物性差、孔喉细小、天 然微裂缝发育，应力敏感性强、多层、薄层、间互层发育，构造复杂， 储层非均质性严重及储量丰度低，井网控制程度差等特征。针对上述 矛盾，首先是加强了基础理论与试验研究，在低渗透储层的非达西渗 流规律、注水梯度、开发过程中孔隙特征研究、水伤害、工作液流变 性、低渗透驱替试验等方面建立了先迸的试验手段，并取得了一些新 的认识。基础研究的发展促进了相关技术的仓新，近年来针对裂缝性 油藏发展了分步暂堵、控缝降滤新工艺；在多层、薄层储层的改造中 应用了限流压裂技术、双转向控缝技术、增能助排新技术。在全三维 软件的应用模拟、压裂材料( 压裂液、压裂支撑剂) 、压裂施工实时 监测技术等方面已接近或达到了国内外先进水平，大大提高了现代压 裂改造技术水平。 关键词：低渗透，储层改造，油藏工程，压裂工艺 t h er e s e a r c ho fl o w p e r m e a b i l i t yr e s e r v o i rr e f o r mf o r y a o y m g t a i o i lf i e l d a b s t r a c t t h e r ea r eal o to fl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r si nt h ew o r l d u n d e rt h e l i m i to fe c o n o m i cr e c o v e r yt e c h n o l o g y , m u c ho ft h e ma r eu n t o u c h e d a l s o t h el o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r sa l eo n eo ft h ep o t e n t i a lr e s o l l r c e si no u r c o u n t ya n dc f i np l a ym o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l e i nt h es t a b i l i t y p r o d u c t i o no fc r u d eo i l y a o c m g t a io i lf i e l di nj i l i np r o v i n c ei so n eo f t h e m b ya n a l y s i so ft h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fy a o 、c m g t a io i lf i e l d ，w e f i n de x i s tc o n t r a d i c ta n dd i f f i c u l t yi nt h ed e v e l o p m e n t t h a ti s ，p h y s i c a l p r o p e r t yi sb a da n dr a d i u so f p o r e sa n dt h r o a t si ss m a l l a l s om a n yn a t u r e f i - a e t u r e sd e v e l o p a n dt h ep r e s s u r es e n s i t i v i t yi ss t r o n g t h er e s e r v o i r d e v e l o p sm u l t i l a y e r , t h i nb e da n di n t e r s t r a t i f i e dl a y e r , s ot h et e c t o n i ci s v e r yc o m p l e x t h er e s e r v o i rh a st h ec h a r a c t e r so fs e v e r ei n h o m o g e n e i t y , l o wr e s e r v e sa b u n d a n c ea n dl o wc o n t r o ll e v e lo fw e l lp a r e m t or e s o l v e t h ea b o v ep r o b l e m s , b a s i ct h e o r ya n de x p e r i m e n ts t u d yi se n h a n c e d 血s t l y m a n ya d v a n c e de x p e r i m e n tm e t h o d sa l ee s t a b l i s h e d t h o s em e t h o d s c o n c e r nn o n d a r c yf l o wm e c h a n i s mo fl o wp e r m e a b i l i t yr e s e f v o i r w a t e r i n j e c t i o n 删c n t ，p o r ec h a r a c t e rs t u d yi nd e v e l o p m e n t ，w a t e rd a m a g e ， w o r df l u i dd e 阻t u r i z i n g , a n de t c w i t ht h o s em e t h o d s , s o m en e w c o g n i t i o n i s g o t m s ke v a l u a t i o nt e c h n o l o g y o fd e v e l o p i n gl o w p e r m e a b i l i t yr e s e r v o i ri sp r e s e n t e da n db ym u l t i v a r i a n tc o m p a r ea n a l y s i s ， h y d r a u l i cf r a c t u r i n gc a nb ec o m b i n e dw i t hp a t t e r na n dd e n s i t yo fw e l l n e t w o r kf i r m l ya n de f f e c t i v e l y , w h i c hm a k e st h ed e v e l o p m e n to f r e s e r v o i r b a s eo r lt h ep r e s e n tt e c h n o l o g yl e v e lo ff o r m a t i o nr e f o r m f u n d a m e n t a l r e s e a r c hp r o m o t e st h ei n n o v a t i o no fr e l a t i v et e c h n o l o g y r e c e n t l y , t h e n e w t e c h n o l o g yo f t e m p o r a r yb l o c k i n gb ys t e p sa n df l u i dl o s sd e c r e a s eb y c o n t r o lf r a c t u r ei sd e v e l o p e df o rf r a c t u r e dr e s e r v o i r i nt h er e f o r mo f m u l t i l a y e ra n dt h i nb e dr e s e r v o i r , n e wt e c h n o l o g i e so fl i m i t e de n t r y f r a c t u r i n g , d o u b l es w i v e lf l a e l l i r ec o n 缸- o la n dc l e a n u pb ye n e r g i z m i o na r e a p p l i e d w ea r e i nt h el e a d e rs i t u a t i o ni nt h ea p p l i c a t i o no ff u l l3 d s o f t w a r e ，f r a c t u r em a t e r i a l ( f r a c a l , n gf l u i da n dp r o p p a n t ) a n dr e a l t i m e m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y t h o s et e c h n o l o g i e s h a v e i m p r o v e dm o d e m f i a e t u r i n gt e c h n o l o g yl e v e rl a r g e l y k e yw o r d s ：l o wp e r m e a b i l i 够r e s e r v o i rr e f o r m ，r e s e r v o i re n g i n e e r i n g ， f r a c t u r i n gt e c h n o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的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的地方外， 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 中国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作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：剥血红砷年，月四日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，e p , 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 硝每j 其奠b ；知：7 一脚日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 目的意义 世界上低渗透资源较为丰富，由于目前经济开采手段的限制，仍 有大量的地质储量没有动用。据统计，世界上已证实的常规原油地质 储量为4 2 0 0 x1 0 h ，而低渗透油藏地质储量则接近9 5 0 xl o s t 。我国的 低渗透资源也相当丰富，广为分布。预测全国低渗透储量在1 7 0 x1 0 h 以上，仅在胜利油田就还有近1 7 6 亿吨低渗透油藏未动用开发。低渗 透资源是我国一巨大的潜在资源，它将在今后的原油稳产中发挥越来 越重要的作用。 在低渗透油藏的开发方面，储层的改造是迄今为止应用最广泛、 效益最高的低渗油藏开采方法。以胜利油田为例，截止到2 0 0 4 年底， 胜利油田累计探明低渗油藏储量5 8 7 x 1 0 8 t ，目前已动用储量4 1 1 l o s t ，可采出储量为0 7 5 1 0 h ，年产油量为2 2 6 万吨，是胜利油田原 油稳产高产的重要组成部分。 作为中石化近几年开发重点区块之一的腰英台油田是华东分公 司在东北探区探明的较整装的低渗透油藏，通过腰英台油田青山口组 储层的开发现状进行分析，找到了改造开发过程中存在的矛盾及难 点。 主要表现在： ( 1 ) 青山口组油层低孔渗、物性差、孔喉细小； ( 2 ) 应力敏感性强、多层、薄层、间互层发育； ( 3 ) 构造复杂，储层非均质性严重及储量丰度低，井网控制程 度差等特征； 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文第l 章前言 ( 4 ) 产层与隔层应力差异小、裂缝发育压裂液滤失大等特点。 由于储层微裂缝发育，给压裂工艺带来一定的难度，油井压裂效 果不够理想。产量低的主要原因是现有的工艺改造手段不能经济有效 地动用这些油藏。因此，如何更好的提高压裂工艺技术水平，从而进 一步的有效的提高采收率，是下步研究的重点。 1 2 国内外现状 低渗透储量由于基质渗透性差，天然裂缝对于储层的渗流起到了 关键作用，但由于裂缝及隐式裂缝的发育，造成了储层敏感性较强； 受非均质、天然裂缝、水力裂缝的影响，导致渗流方向、水力裂缝方 向、构造应力场方向不一致，同时储层流固耦合明显，缺乏对这类储 层压裂产能预测的手段。压裂过程中水力裂缝的扩展受天然裂缝影响 不完全沿着最大水平主应力的方向延伸，并且受缝内净压作用天然裂 缝的开启，增强了工作液的滤失，极易造成压裂过程早期砂堵。 针对低渗透裂缝性油藏储层改造过程中出现的问题，国内外也开 展过相关的研究，其主要做法就是通过研究天然裂缝对压裂液滤失的 影响，找到双重介质储层的水力裂缝延伸规律，科学的匹配针对裂缝 性油藏的压裂改造工艺。尽管先前开展了粉砂暂堵试验，但国内外对 于双重介质水力压裂增产尚缺乏有效的工艺方法。 1 3 总体思路和主要研究内容 1 3 1 总体思路 本着“理论研究、室内实验与现场评价相结合”的原则，开展了 有效的研究工作，该项目的总体研究思路如下； 首先开展了室内岩心敏感性评价、压裂液优选试验及岩石力学特 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 性研究、压裂压力资料的分析、储层的岩石力学与分层应力、天然裂 缝对工作液滤失的影响等工作，结合室内实验结果、应力计算结果， 建立了储层天然裂缝描述及构造应力场模型，完成了天然裂缝的分布 预测的工作，同时对动静态岩石力学参数进行了对比，应用全三维压 裂模拟软件进行拟合分析，根据拟合与分析获得的了天然裂缝对压裂 净压力的影响，确定了相应的压裂技术方案，在前期研究的结果上最 后进行了裂缝性油藏的压裂工艺方案的优化设计。 1 3 ，2 主要研究内容 ( 1 ) 压裂油藏工程 首先开展了储层敏感性实验，主要是应力敏感、水敏感试验；为 储层保护及工作液优选提供依据，同时结合岩石力学和地应力研究为 压裂工艺及注采井网的优化提供依据；利用测井资料计算分层应力剖 面，并采用水力压裂压力修正分层应力计算模式，为压裂优化设计提 供了基础；天然裂缝对压裂滤失主要是利用g 函数复合导数的方法进 行了研究。 ( 2 ) 压裂工艺技术 通过敏感性实验优选了适合该储层的工作液体系，并利用 r c v - 6 3 0 0 毛细管流变仪在油藏温度和施工剪切条件下测定压裂液的 破胶特性，应用c a r r e a u 软件进行工作液破胶性能和流变特性进行了 预测。 压裂施工工艺方面，针对储层层多、层薄、压裂目的层上下存在 水层的特征，开展了射孔方案优化、“悬塞”压裂、双转向控缝、限 流压裂等工艺的配套应用研究，形成了基本上适合腰英台区块的压裂 工艺。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 第2 章压裂油藏工程研究 为了提高该块压裂效果和开发技术配套水平，首先开展了储层敏 感性实验，主要是应力敏感、水敏感试验，为储层保护及工作液优选 提供依据；结合岩石力学、地应力及天然裂缝分布研究为压裂工艺及 注采井网的优化提供依据；利用测井资料计算分层应力剖面，并采用 水力压裂压力修正分层应力计算模式，为压裂优化设计提供了数据； 天然裂缝对压裂滤失主要是利用g 函数复合导数的方法进行了研究， 通过上述四个方面的研究，为区块压裂工艺研究提供了基础。 2 1 储层的敏感性试验 腰英台油田储层岩性以粉砂岩为主，少量泥质粉砂岩和细砂岩， 单层砂岩厚1 5 m ；孔隙度1 5 1 9 8 ：渗透率0 0 5 1 0 8 1 0 。岬1 2 。薄 片鉴定分析表明，砂岩的矿物成分主要由石英、长石、岩屑组成。其中 石英含量一般为3 0 * , - 4 2 ，长石含量一般为3 2 - 4 5 ，岩屑含量一 般为2 0 - 3 4 ，为岩屑质长石砂岩。胶结物以灰质和泥质为主，含少 量硅质。灰质以方解石为主，其含量在2 0 , - 1 5 ，最高可达3 5 ，泥质 含量一般为5 - 2 0 。硅质主要以石英次生加大边和粒间自形晶体两 种形式存在，含量在l - 3 。 不同层段的物性存在着差异，青一段储层岩心孔隙度最大值为 1 2 8 3 ，最小值为7 2 9 ，一般为7 2 9 1 1 2 9 ，平均为1 0 7 2 ； 渗透率值最大值为0 2 4x1 0 。t t m 2 ，最小值为0 0 1x1 0 d u m 2 ，一般为 0 0 1 0 1 3 1 0 d p x n 2 ，平均0 0 9 l o - 3 l a m 2 ；测井解释储层孔隙度最大 值为1 8 1 ，最小值为4 1 ，平均为1 1 1 ；渗透率最大值为5 7 x 1 0 。p m 2 ，最小值为0 1x1 0 。岫1 2 ，基本上为0 2 1 6 1 0 3 l a m 2 。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 青二段储层岩心孔皲度最大值为1 9 4 4 。最小值为7 3 8 ，一般 为1 0 1 6 ，平均为1 2 6 5 ；渗透率最大值为1 4 7 5 1 0 一l a n a 2 ，最小 值为o o l x l 0 。岬1 2 ，一般为o 1 5 1 0 。p m 2 ，平均3 3 1 0 。3 肛m 2 ； 测井解释储层孔隙度最大值为2 0 8 ，最小值为0 5 ，平均为1 0 6 5 ： 渗透率最大值为l o 5 1 0 。m 2 ，最小值为o 1x1 0 。p a - n 2 ，基本上为 o 1 1 o 1 0 m 2 。 青三段储层岩心孔隙度最大值为1 8 6 4 ，最小值为3 0 8 ，一般 为8 1 7 ，平均为1 1 9 5 ：渗透率最大值为1 4 7 5 1 0 3 i x r n 2 ，最小 值为o 0 1x1 0 1 t , m 2 ，一般小于l 1 0 3 “i n 2 ，平均1 7 4 1 0 j p 存；测 井解释结果，储层孔隙度最大值为1 6 1 ，最小值为5 3 ，平均为 1 0 ，7 ；渗透率最大为11 , 4 x1 0 3 u m z ，最小为o r 】x1 0 d 岫2 ，基本上 为o 1 1 2 1 0 4 p , m 2 。 总体上青山口组储层孔隙度平均为1 1 7 ，渗透率平均为1 5 1 l o - 3 r t m 2 。 2 1 1 常规敏感性评价 储层岩心的常规敏感性评价主要包括注入速率改变引起岩心渗 透率变化的速敏、地层水矿化度降低引起渗透率降低的水敏、外来流 体和地层不配伍导致岩心渗透率降低的盐敏、酸化溶液进入地层后因 不配伍引起岩心渗透率下降的酸敏、碱性介质导致渗透率降低的碱敏 等。其敏感性评价指标见表2 1 。下面分别就青山口组储层敏感性评 价过程和结果进行分析。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 表2 - i常规敏感性评价指标 评价指标( ) 项目 无弱中等偏弱中等偏强强 速敏性 d k 55 d k 3 03 0 d k 5 05 0 7 0 水敏性l 55 i 。3 03 0 l 5 05 0 7 0 盐敏性找出渗透率发生明显变化时的临界矿化度 酸敏性 i o 55 i o 3 03 0 l 5 05 0 7 0 碱敏性，55 i 3 03 0 ，5 05 0 7 0 ( 1 ) 速敏性评价 速敏性评价的实验原理在于以不同的注入速率向岩心注入地层 水，注入速度应由小到大，在各个注入速度下测定岩石注入此种流体 时的稳定渗透率，从注入速度和渗透率的变化曲线上，判断其临晃注 入速度。临界流速的确定是速敏性研究的关键。通过速敏产生机理可 知，不同流体粘度不同，对岩石中地层微粒的浸润程度和携带能力也 不同，因此注入不同的流体时其临界速率应不一样。目前，对速敏评 价采用标准盐水为注入流体，矿化度为8 0 0 0 m g l ，试验温度为9 0 ， 对青山口组储层岩心进行了速敏性评价实验( 评价结果见图2 1 ) 。 图2 1 青山口组速敏试验评价结果 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 ( 2 ) 水敏性评价 地层被钻开之前，地层中的敏感性矿物与地层水达到了膨胀平 衡，当盐水的化学离子组分改变或者矿化度改变时都可能破坏这种平 衡从而引起敏感性矿物膨胀、分散或运移，引起岩石渗透率降低，最 终使储集层的产能降低。这种由于外来流体在离子组分或浓度方面与 地层岩石不配伍造成岩石渗透率降低的作用叫作水敏。评价的目的在 于提供一个能使岩石渗透率较为稳定的驱替流体盐度范围。进行水敏 性评价时一般选用模拟地层水、次地层水( 离子组分不变，但矿化度 减半) 和去离子水依次进行驱替。为防止速敏现象的发生，在动态评 价过程中，注入速率应低于临界流速。测试结果见图2 - 2 。 ( 3 ) 盐敏性评价 盐敏性是指储层中系列盐溶液注入后，由于粘土矿物等敏感性矿 物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。系列盐溶液的注入顺序， 按盐度递减的规律进行，目的是了解储层岩样在系列盐溶液的盐度不 断变化的条件下，岩心渗透率的变化过程和程度，找出盐度递减的系 列盐溶液中渗透率明显下降的临界盐度，以及各种工作液在盐度曲线 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 中的位置。因此，通过盐敏性评价可以观察储层对所接触流体盐度变 化的敏感程度，从而确定是否有必要在储层接触低盐度液体时予以保 护。应用青山口组储层岩样，以标准盐水、次标准盐水、四分之一矿 化度标准盐水、八分之一标准盐水和蒸馏水按照石油行业标准进行了 动态驱替实验。实验结果( 见图2 3 ) 表明：青山口组储层的临界矿 化度为1 0 0 0 m g l 。 ( 4 ) 酸敏性评价 酸敏性是指酸液进入地层后，与地层中的酸敏性矿物发生反应， 产生沉淀获释放出微粒，使地层渗透率下降的现象。评价试验的目的 在于了解拟处理地层所用的酸是否会对地层发生损害，及损害程度， 以求比较有效地进行酸化处理。目前使用的酸液体系主要有盐酸、土 酸和氟硼酸体系等，敏感性评价标准中的酸液主要选择盐酸和土酸。 本文使用了1 5 h c l 的盐酸体系和1 2 h c i + 3 h f 的土酸体系在9 0 作用下进行评价试验。评价结果见图2 4 。 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 图2 4 青山口组酸敏试验评价结果 ( 5 ) 碱敏性评价 大多数钻井液、完井液的性质都偏向碱性，碱性流体进入地层后 容易引起地层水中的钙镁等二价阳离子沉淀，促使岩石颗粒表面或某 些矿物中的二价阳离子释放进而沉淀，促使地层微粒分散运移伤害储 层。因此，在进行相应的碱性介质入井之前应对其和地层固相、地层 流体的配伍性进行评价，考察对储层的伤害情况。碱敏性评价的程序 与酸敏基本相同，只是碱性溶液的注入以逐级增加p h 值的连续方式 进行( 评价结果见图2 - 5 ) 。 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 2 ，1 。2 应力敏感性评价 应力敏感性包括气体应力敏感性和液体应力敏感性。当气体通过 岩心时，如果给岩心施加一定的围压，岩心受到压缩，渗透率降低， 这种现象叫作岩心的气体应力敏感性。岩心的气体应力敏感性与岩心 的本身属性特征如岩石的矿物组成、结构、孔隙结构、原始孔渗特性、 岩石的抗压缩性和抗压强度等因素决定，并且受到岩石的含水饱和度 和围压的施加方式等多种因素影响。评价过程中采用了高温高压驱替 装置r f r a 系统和常规的气测渗透率仪相结合，通过控时升降围压测 试，进行气体应力敏感性评价；同时利用高温高压驱替装置r p t a 系 统进行液体应力敏感性评价，液体应力敏感性评价包括净围压和背压 系统评价，净围压的变化范围为3 5 m p a - 2 1 0 m p a ，回压变化范围为 2 8 m p a - 7 0 m p a ，评价全过程系统温度为9 0 ，驱替排量为 1 0 ( h n l m i n 。 实验过程中岩心施加最高至4 3 5 m p a 围压，设计了围压上升和围 压下降两个过程，围压上升过程模拟孔隙流体压力降低和净上覆压力 增大的过程；围压下降模拟孔隙流体压力升高和净上覆岩体压力减小 的过程，即模拟渗透率恢复的过程。实验中共设计了3 5 m p a 、7 0 m p a 、 1 4 0 b l p a 、2 1 0 m p a 、2 8 0 l p a 、3 5 0 t p a 等6 个围压上升点或下降点， 每个围压点的稳定时间为3 0 分钟。当围压达到稳定时闻后，利用气 钡i 渗透率仪测试该围压点下的气测渗透率值。以升围压时的第一个围 压点3 5 m p a 时的气测渗透率作为最大渗透率值1 ( k m a x l ) ：以最大围 压点3 5 0 m p a 时的气测渗透率值为最小渗透率值( k m i n ) ；以降围压 恢复过程的最后一个围压点3 5 m p a 为最大渗透率值2 ，代表此研究过 程最大渗透率恢复值( k m a x 2 ) ，利用k m a x l ，k m i n 和k m a x 2 可以计算 中国石油大学 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 该过程最大渗透率伤害程度k 和渗透率不可恢复度j ( d ： k ( ) = 1 0 0 ( k m a x l k m i n ) k m a x l( 2 - 1 ) i ( d ( ) = 1 0 0 ( k m a x l - k n l a x 2 ) k m a x 2( 2 2 ) 综合升围压、降围压过程气测渗透率的变化趋势、最大渗透率伤 害程度k “和渗透率不可恢复度k 。对围压对岩心气测渗透率的影响进 行评价。 ( 1 ) 气体应力敏感性评价 为增强覆压下数据的可对比性，消除岩石受压缩时间随机变化对 结果的影响，使用控时覆压下气测渗透率交化进行评价。实验仪器采 用传统的气测渗透率仪和美国制造的高温高压驱替装置帆系统相 结合。实验测试时，先利用传统的气测渗透率仪测定近地表条件下岩 心的氦气渗透率，作为岩心的原始气测渗透率，然后把岩心置入r p t a 系统的岩心夹持器，改变气流路径，让气体从氮气瓶流出，进入常规 的气测渗透率仪，并经调压阀调压后，进入加围压的r p t a 岩心夹持 器，r p t a 岩心夹持器的出口端与常规气测渗透率仪的下游相连接。 最后利用常规气测渗透率仪的方法计算该围压条件下岩心的气测渗 透率( 评价结果见图2 - 6 ) 。 图2 - 6 青山口组储层气体应力敏感性试验评价结果 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 表2 - 2 应力敏感性评价指标 渗透率损害率( )损害程度 仇5 无 5 玩3 0 弱 3 0 q 5 0中等偏弱 5 0 b 7 0中等偏强 7 0 9 0 极强 ( 2 ) 液体应力敏感性 储层岩石所受净应力改变时，孔喉通道变形、裂缝闭合或张开， 导致储层岩石渗流能力发生变化。液体应力敏感性评价包括净围压的 应力敏感性评价和回压的应力敏感性评价，评价目的就是要找出临界 应力极其敏感程度，具体的评价指标见表2 - 2 ，评价结果见图2 7 、2 - 8 、 2 9 、2 1 0 。 图2 7 青山口组储层应力( 净围压) 敏感曲线 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 图2 - 8 青山口组储层压力( 净围压) 曲线 图2 - 9 青山口组储层应力( 回压) 敏感曲线 图2 1 0 青山口组储层压力( 回压) 曲线 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 2 1 3 综合评价 通过对青山口储层常规敏感性评价和应力敏感性研究，得到以下 几点结论： 1 ) 青山口组储层孔隙度在3 0 8 1 9 4 4 之间，平均值为1 1 7 ， 储层渗透率在o 0 1 1 1 4 4 x1 0 。p m 2 范围内，平均为1 5 1x1 0 3 a n n 2 ，储 层物性较差。 2 ) 通过储层常规敏感性评价表明，青山口组储层临界流速为 1 5 0 m l m i n ，速敏指数为o 1 1 0 1 4 ，储层具有弱速敏性：水敏指数为 0 1 0 1 - 0 3 5 7 ，属弱水敏至中等偏弱水敏；临界盐度为1 0 0 0 m g l ，具有 弱盐敏性；酸敏指数为0 0 2 o 0 6 之间，酸敏程度为弱酸敏；碱敏指 数为0 0 4 2 0 2 5 7 ，储层具有弱碱敏性。 3 1 通过应力敏感性评价表明，青山口储层的临界应力为7 0 m p a ， 净围压的伤害率在1 0 - 7 7 之间，应力敏感程度从弱到强均有；回压 的伤害率在3 1 8 之间，应力敏感程度较弱，临界回压为4 2 m p a 左右。 图2 1 1 、2 1 2 给出了围压加载前后渗透率的损失程度，可以看 到随着围压的增加，裂缝发育的d b l 8 、d b 2 4 井渗透率降低幅度大 于裂缝不发育岩心，当围压逐渐减小时，d b l 8 、d b 2 4 井岩心渗透率 恢复程度与裂缝不发育的岩- t l , 相比较小，这说明增压过程对天然裂缝 的渗透率的伤害是比较大的，并且这种伤害具有不可逆性。图2 1 2 中d b l 8 、d b 2 4 井的岩心渗透率下降幅度达到了8 8 2 9 5 9 ，从损失 绝对值看渗透率损失较大，应该主要是微裂缝闭合导致的，表明了物 性参数的变化与储层岩石的裂缝发育状况密切相关。通过该类试验可 对天然裂缝的发育状况有定性的了解，即d b 2 4 、d b l 8 井岩心的天 然裂缝较为发育，现场的施工压力变化特征也反映了天然裂缝发育的 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 特点，d b l 3 井压裂过程中第二条裂缝的张开仅需要比旌工净压力高 0 i l m p a ，当净压力为2 m p a 时，多条天然裂缝逐渐开启形成较大的 压裂液滤失网络，裂缝滤失系数是基质滤失的9 0 倍，当净压力增加 到4 1 6 m p a 时，裂缝滤失系数是基质滤失的9 3 6 倍。说明缝内净压 力增加2 倍，天然裂缝引起的滤失增加1 0 倍，这与室内结果的分析 是一致的。同时该试验结果对压后生产制度的优化有一定的指导意 义，应适当的控制生产压差、保持合理的注水时机( 当地层孔隙压力 比原始孔隙压力低7 m p a 时应考虑采取注水等措施) ，避免由于孔隙 压力减少、有效围压的增大导致天然裂缝渗透率发生不可逆的降低， 影响开采效果。 图2 - 1 1 裂缝发育岩心与不发育岩心的渗透率变化对比 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 图2 1 2 裂缝发育岩心与不发育岩心的渗透率降低幅度对比 胆 ； 。i il i l 蔓 石| i 一 _ r 一 图2 1 3d b l 3 井净压力与滤失系数关系 2 2 注采井网布置 低渗透油田整体压裂改造后受水力裂缝与储层非均质性的影响， 相对均质低渗透储层水力裂缝的延伸方向即最大水平主应力方向也 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 是储层的最大渗流方向，但是受储层非均质、天然裂缝、水力裂缝的 共同影响，储层的最大渗流方向与构造应力场方向、水力裂缝方向往 往并不一致，通过对储层构造应力场、天然裂缝发育分布的研究，搞 清储层构造应力场、水力裂缝、储层的最大渗流方向，按照储层的最 大渗流方向布井。 图2 1 4 典型压裂注采井网示意图 图2 - 1 5 注采井排布置建议方案 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 根据构造应力场与天然裂缝研究分析结果，按照上述原则，建议 采用的井排方向为北东1 2 0 - 1 4 0 度左右。如图2 1 5 所示，对于d b l 8 井区目前已经转注的井要密切观察注水后的生产动态，特别是搞清楚 见效方向是天然裂缝其主导作用，还是水力裂缝起主导作用，这也可 以通过系统试井、注示踪剂检测等手段进一步验证。 另外从近期转注后油井的生产动态可以初步得到储层渗流主方 向的相关情况。目前已转注井组包括d b l 8 - 1 - 6 、d b l 8 2 1 、d b l 8 2 5 三个井组。 d b l 8 1 6 井组2 0 0 4 年7 月2 8 日以前由d b l 8 、d b l 8 2 6 、d b l 8 - 卜6 三口采油井组成，7 月2 8 日d b l 8 1 6 转注，8 月9 日1 0 日d b l 8 、 d b l 8 2 6 井压裂后增产效果明显；2 0 0 4 年l o 月1 5 日该井区产量 8 3 7 t d 较比2 0 0 3 年1 2 月2 0 日3 9 6 t d ，有明显的上升，可以看出 d b l 8 一卜6 与d b l 8 2 6 连通性较好，该井组主要渗流方向近东西向。 d b l 8 - 2 1 井组由水井d b l 8 2 - l 、油井d b l 8 - 2 - 2 和d b 2 4 三口井 组成，该井区由2 0 0 4 年3 月的2 t d 上升到2 0 0 4 年1 0 月的产量 7 7 6 t d ，主要是6 月2 9 日d b l 8 2 2 压裂，d b 2 4 的7 月和9 月的两 次检泵效果较好，另外d b l 8 - 2 - 1 注水后井组能量得到了一定的补充， 5 7 月d b l 8 2 1 水井因作业停注井组产液、产油有一定程度的下降。 1 0 月9 日恢复分层注水后，井区产量即呈现上涨趋势。 d b l 8 2 5 井组包括油井四口d b l 8 2 6 、d b l 8 3 6 、d b l 8 、d b 2 6 ， d b l 8 2 5 和d b l 8 3 5 两口水井，井组产量由2 0 0 3 年1 1 月的3 4 1 t d 上升到2 0 0 4 年1 0 月的1 5 2 2 t d ，主要是8 月8 日和1 0 日的d b l 8 与d b l 8 2 6 压裂增产。7 月2 9 日后d b l 8 2 5 、d b l 8 - 3 - 5 分层注水， 目前见效不明显，尚需进一步的观察。 1 3 生垦互垫盔堂! 兰奎! 王堡塑主堂堡丝奎 蔓! 童垦型迪壁三堡堕窒 图2 1 6d b l 8 - 1 6 井组注采动态曲线 图2 1 7d b l 8 - 2 1 井组注采动态曲线 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 图2 1 8d b l 8 2 5 井组注采动态曲线 2 3 分层地应力计算模式 地应力剖面上分析是十分复杂的，其中含有多种岩性的岩石。且 各种岩石的力学性质均不相同，地层的柱状应力分布及层与层之间的 力学关系是油田开发中比较关心的问题。 利用声波、伽玛、密度等已有的常规测井资料，通过数据处理可 德出随井深变化的连续岩石力学参数。运用这些参数及地应力参数、 地层孔隙压力等资料可确定地层随深度变化的三向应力分布。柱状应 力剖面计算公式如下： 玢= 压磊 印= 溉 一0 5 a t , 2 一a t 2 2 1 w ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) ( 2 - 5 ) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文1第2 章压裂油藏工程研究 e ：乌。丝群 ( 2 删 ：& ：一& ： r - - 上( 1 - 2 u ) 0 - u )( 2 7 ) 缸22 ( i 一力 g - p o a t e 2 - 志 化- 8 ) 其中：v p 一纵波速度：v s 横波速度；t c 一纵波时差；at s 一 横波时差；e _ 杨氏模量；u 一泊松比；p 厂体积密度；g - 剪切模量；r 一 出砂系数。 利用上述岩石力学参数可求得相对应的地层应力剖面。利用上述 结果可用于：( 1 ) 根据油气水从高应力井段向低地应力井段运移的规 律，判断油气层的等级；( z ) 依据层与层之间的力学关系。确定夹层 和油层的最小主应力的大小，判断压裂施工中油层可能被压开裂缝的 高度及上下窜距，并结合压裂旄工曲线和压裂前后井温曲线的变化来 进一步论证，为压裂设计提供建议。 2 3 1 岩石力学参数测井计算方法 声波测并中声源发射的声波能量较小，作用在岩石上的时间也很 短，所以对声波来说，岩石看作是弹性体。因此可用弹性波在介质中 的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。在均匀无限地层中，声 速主要取决于岩石的弹性和密度。可见，若测出声波在地层中的传播 速度，则可反映该地层的弹性状态。 声波速度测并澌量滑行波通过地层传播的时差t 。纵波时差t p 和横波时差t s 可由测井曲线中得到，经过换算即可得到纵、横声波 速度： 2 l 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 矿：l 。9 出9 ( 2 9 ) k = 瓦1 常规测井作业中，并不做全波列测井，即缺失横波测井资料，针 对某一地层就要借助经验公式来估计横波速度。对于大多数地层，其 泊松比一般在0 2 o 3 之间，因此有： = ( 0 6 1 o 5 3 ) 匕 ( 2 1 0 ) 基于回归的经验公式有： 以= 0 7 1 1 8 v p 一0 4 0 7 0 3 4 西+ o 0 4 3 5 ( p e e - 1 6 t g ) ( 2 一1 1 ) 圪= 0 7 0 4 v p o 5 5 4 ( 2 - 1 2 ) k = 4 1 1 4 4 v p + 1 8 0 3 5 6 8 6 ( 2 一1 3 ) 根据现场测并数据回归求纵、横波转换关系式： 圪= 0 4 5 1 8 v p + 0 6 0 2 0 3 ( 2 1 4 ) 常规的补偿密度测井可求得密度值，除了井壁非常凹凸不平的情 况之外，该数值用于计算弹性模量是足够准确的。在油气层中，由于 孔隙度较大，因而对密度值进行油气影响校正。校正公式如下： p = 岛+ o 5 仍s ( p m p ，) ( 2 1 5 ) 式中：p ：修正后的密度；p 吲测井密度值；p ：地层骨架 的密度；p ，：地层液体密度；巾：孔隙度；s ：含油气饱和度。 利用自然伽玛测井资料来估算泥质的含量，具体方法有两种： 相对值法： 吃：_ = 2 g c 鬲u r 汀 i 。- - 1 ( 2 - 1 6 ( z - l o 、) 2 _ 商矫 式中：k ：为泥质的体积含量；g c u r ：为希尔奇指数，与地质时 代有关，可根据取芯分析资料与自然伽玛测井值进行统计确定，对于 老地层取2 ； 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 i 。：为泥质含量指数， k 2 面g r = - g 面k i ( 2 - 1 7 ) g r ，g 是。g r 。分别表示目的层的、纯泥岩层的和纯砂岩层的自然伽玛 值。 斯仑贝谢公司泥质体积含量k 计算公式： 玩：立堕 ( 2 1 8 ) j “p 女g r s h b o 1 。 式中： b 。为纯地层的前景值，b 产p “g ( p l 。g r 。) 。 ph ，p ，p 。，p 。分别为目的层、泥岩层、纯砂岩、纯石灰岩的 体积密度，由密度测井曲线读出。 g r ，g 氏，g r 。，g r “分别为目的层、泥岩层、纯砂岩、纯石灰岩的 自然伽玛测井值。 孔隙度采用w y l l i e 等人提出的公式： 西：竺二竺竺( 2 1 9 ) j & f & 。 式中：巾为岩石孔陈度；t 为岩石声波时差测井值：6t 为岩 石骨架声波时差值；t ，为岩石孔隙流体声波时差值。 2 ，3 2 静态和动态弹性参数 测并获得的力学参数是动态力学参数，与实验室静态岩石弹性参 数存在着一定的差值，静态弹性模量普遍小于动态弹性模量，而静态 泊松比有的大于动态泊松比，有的小于动态泊松比。根据实际受载情 况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要，利用声波法得到的参 数不能直接用于工程分析中。因此利用现场提供的纵波测井、密度测 井、地层压力、部分岩心等资料，寻找动、静弹性参数之闯的关系有 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章压裂油藏工程研究 着积极的意义。 假设岩石为各向同性无限弹性体，则根据纵波速度和横波速度计 算动态泊松比和动态杨氏模量的关系式为： b = p 圪2 ( 3 2 4 v 2 ) “2 2 v , 2 ) ( 2 - 2 0 ) 鳓= ( 2 2 v , 2 ) 2 ( 2 一一2 ) ( 2 - 2 1 ) 其中：1 ta 为动态波松比；e o 为动态杨氏模量；v ，为纵波速度；v i 为横波速度；p 为密度。 通过三轴试验研究发现，静态泊松比、弹性模量用： 箴= o 0 1 7 e ”“( 2 2 2 ) 臣= 1 1 3 4 3 + 易+ o 8 5 0 6 ( 2 2 3 ) 来描述岩石泊松比和弹性模量的变化规律。 其中：| lt 、e d 为动态泊松比、动态弹性模量( 1 0 4 m p a ) i i 。、e 。 为静态泊松比、静态杨氏模量( 1 0 4 m p a ) 。 ( 1 ) 青山口组岩石力学参数测定结果： 取青山口组储层岩心，进行了凯塞效