（矿业工程专业论文）博兴洼陷低渗透油田高效开发配套技术研究与应用.pdf

论文题目：博兴洼陷低渗透油田高效开发配套技术研究与应用 专业：矿业工程 硕士生：张云龙 ( 签名) 猛丞堑 指导教师：张志沛( 签名) 主丝至! 冬 蒲玉国( 签名) 碴：圣! 鲴 摘要 低渗透油田的高效开发一直是油田开发技术人员十分关注的问题，已成为国内外油 田开发的重大课题之一，针对低渗透、低丰度油藏递减快、稳产难、采收率低的特点， 本次研究以博兴洼陷典型的低渗透油藏大芦湖油田、纯化油田及小营油田为研究对象， 研究低渗透油田高效开发配套技术，通过深入细致的研究低渗透油田高效开发配套技术 ( 大型压裂、超前注水、c 0 2 吞吐、小泵深抽，新钻井轨迹技术) ，认识每种技术的特 点和实用范围，最终有效提高低渗透油田的采收率。 本文有三个成果： ( 1 ) 采用直增稳降稳钻井轨迹技术，形成目的层接近直井的轨迹，这样对于后 期的压裂可达到与直井同样的效果； ( 2 ) 应用超前注水技术，确定了合理压力保持水平、注水时机、采油井投产时机 等参数。 ( 3 ) 压裂中采用柴油、液氮降滤技术和油溶性粉陶降滤技术； 本文成果对其它地区类似油藏钻井与开发具有借鉴意义。 关键词：低渗透油藏；大型压裂；c 0 2 吞吐；小泵深抽技术；超前注水 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h ec o m p l e t es e t o ft e c h n i qu e sf o rh i g he 衔c i e n td e v e l o p m e n t o nl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r r o i ri nb o x i n go i lf i e l d s p e c i a l 够 ： m i n i n ge n g i n e e r i n g n a m e： z h a n gy h nl o n g i n s t r u c t o r： z h a n gz h ip e i p uy hg u o a b s t r a c t ( s i g n a t u ( s i g n a t u ( s i g n a t u n l eh i g he m c i e n td e v e l o p m e n to nl o wp e m e a b i l i t yr e s e r v o i r 、v 嬲a na 骶n t i v eq u e s t i o n b yt e c h l l i c a lp e r s o n so fo i lf i e l d ，a l l dh a db e e no n eo fm o m e n t o u sd i s c u s s i o n si nt h e 、r l d r 印i dd e c l i i l i n go fp r o d c i n gr a t e ，h a r dt ok e 印m e1 1 i 曲p r o d c i n gr a t ea n dg e tl o wr e c o v e 巧a r e t h ec o m m o np r o b l e m si n d e v e l o p i n g t h el o wp e 咖e a _ b i l i t ya n d1 0 wa b u n d a n c eo i l r e s e r v o i r w i t hr e s e a r c h i n gt h ed a l u l l uo i lf i e l d ，c h u n h u ao i lf i e l da i l dx i a o y i n go i lf i e l d ，t h e c o m p l e t es e to ft e c l u l i q u e sf o rk 曲e m c i e md e v e l o p m e n to nl o wp e 硼e a b i l i t ) rr e s e r v o i rw 邪 d i s c u s s e d t h es e to ft e c h l l i q u e sf o rh i 曲e m c i e n td e v e l o p m e n t ( s u c ha s ：b i gm o d e lo f a d d i n g s a n d 觎c t u r et e c h ，p r e l i m a n a 巧两e c t i o n ，c 0 2 狮e c t i o n ，d e v e l o p m e n tc l o s e l y s p a c e dw e l l s ， d e p t h - p u m p i n gw i t hs m a l ld i 锄e t e rp 啪p ，n e wd r i l l i n gt r a c kt e c h n o l o g y ) w e r el u c u b r a t e d ， a n dt h ec h 骶l c t e r i s t i ca i l dp r a c t i c a lc o i l f i n ew e r er e c o g i l i z e da f e s h f i n a l l y ，t t l er e c o v e r ) rr a t i o o fl o wp e m e a b i l i t yr e s e r v o i rw 嬲e n e c t i v e l yi n c r e a s e d i nt 1 1 i sp a p e r ，t 1 1 r e er e s u l t sw e r eg o t t e n ： ( 1 ) t 1 1 er e d u c i n gf i l t r a t et e c l m o l o g y 诵t ho i l s o l u b l et e m p o r a 巧p l u g g i n ga i l do i l - s o l u b l e p o 批d rp o w d e rw e r ea p p l i e di nf h c t u r e ( 2 ) t h es t r a i g h t 搬坨k i na i ml a y e rw 舔f o m l e db yd r i l l i r 培仃a c k t e c l m o l o g yo f “s 的i 出a d d s t e a d y s u b t r a c t - s t e a d y ，a n dt h ee 仃e c t i o no fu p p e r 触c t u r ew a sa ss i m i l a ra s s 佩出w e n ( 3 )t h ep a 鞠m e t e ro ft h ek e e pp r e s sl e v e l ，i n j e c t i o no p p o 删t ) ra n dp r o d u c t i o n o p p o 枷t ) ，、 ，e r ec o n f i 咖e d i i lt h ep r e l i m 锄a 巧i n j e c t i o nt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：l o wp e 姗e a b i l i 够r e s e o i r b i gm o d e lo f a d d i n gs a l l df r a c t u r et e c h t h e s i s c 0 2i n j e c t i o nd 印t h p 啪p i i 培w i t l ls m a l ld i 锄e t e rp 眦p p r e l i m a n a 嗲i 巧e c t i o n ：a p p l i c a t i o ns 砌y 姿料技夫学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：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 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他入或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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。 学位论文作者签名：弓散曩矗日期：力叶弓 l 前言 选题目的及意义 低渗透油藏是指储层渗透率小于5 0 1 矿耐的油藏，世界上低渗透油阳资源十分丰 富，分布范围广泛，我国目前已探明低渗透储量5 2 1 4 亿t ，占全部探明储量的2 6 1 ， 己动用的牟= 围为2 66 6 亿t ，仝崮有近5 0 的低渗透储量没有得到动用，占探明低渗透 储量的3 1 ，且近十年来新增探明储量中低渗储量所占比例逐年上升，低渗透油藏的丌 发占有越柬越蕈要的地位。 博若洼陷是东营凹陷内一个次一级的构造单元，位于东营凹陷西南部，西邻高青平南 断层，东以千村断层为界北邻东营中央隆起带东南端，南接鲁西隆起。洼艏东西向呈 地颦式，南北呈箕状是来营凹陷的四个生烃律陷之一。目前投入开发了纯化、粱家楼、 乔庄、小营、高青、l f 理庄、大芦湖、金家等8 个油田，累计探明含油面积1 6 22 时， 地质储量1 7 8 1 9 1 0 4 t ，动用含油面积1 5 64 k m 2 ，地质储量1 7 2 2 7 x l0 4 t 。其中低渗透油藏 ( 渗透率低于5 0 1 0 。u m 2 ) 主要为纯化油m 、大芦湖油用及小营油田沙四段，r 报古油 面积1 1 62 k m 2 ，地质储量1 0 8 5 5 10 4 t ，占全博兴洼陷动用地质储量的6 15 ，年产油量 保持在6 25 i0 4 t 以卜，占博兴洼陷年产油量的6 3 ，在低渗透油藏中，除梁1 1 2 块之 外，全部投入泣水”发。 鉴于以上背景，因此对低渗透油减进行开发配套技术研究以提高采收率具有广泛的 推广价值，该研究可以为此类油藏台理丌发模式提供理论依据( 图11 ) 。 阿11 博兴洼陷地理位置蚓 西安科技大学工程硕士学位论文 1 2 研究内容和技术路线 1 ) 主要研究内容 在研究中通过5 项整体配套技术，即低渗油藏大型压裂、超前注水、低渗油藏c 0 2 吞吐、低渗油藏深抽技术，低渗透油田新钻井轨迹技术，5 项整体配套技术的研究与运 用，充分发挥了低渗透油田的生产潜能，实现低渗透油藏的高效开发，对该油藏提高最 终采收率有着重要的意义。 ( 1 ) 大型压裂：大型压裂由于造缝长、宽度大，填砂裂缝改变了井底附近的油水渗流 状态，由于原来的径向流变成由油层单向流向裂缝、再由裂缝单向流入井筒的双线型流， 由于从径向流改变为线型流，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗，因而油气井 产量或注水量就会大幅度提高。 ( 2 ) 超前注水：根据上覆压力和渗透率、孔隙度的关系可以看出，随着上覆压力的上 升，渗透率和孔隙度分别呈下降趋势，而且该过程为一不可逆过程，因此低渗透油田必 须早期注水。 ( 3 ) c 0 2 吞吐：国内外的实践证明，低渗透油藏采用二氧化碳、烃气混相驱及氮气非 混相驱油均取得了较好的提高采收率效果，如：帕迪斯林格油田通过注c 0 2 可延长开发 时间1 3 年。 ( 4 ) 深抽：深抽就是利用加深泵挂的方法增加泵的沉没压力，提高泵的充满程度，从 而增加原油产量，适合于油气比较高，液面较深，供液不足的油井。针对低渗透油藏的 这种特点，进行深抽技术研究与探索，对这部分井加深泵挂，增加沉没压力，提高泵的 充满程度，来获得较高的单井产液量，该项技术的成功应用必将为提高此类油藏开发效 果具有较好的指导意义。 ( 5 ) 新钻井轨迹：直增稳降稳钻井轨迹，该井身轨迹设计要求在目的层段上l0 0 m 通过降斜钻井，形成目的层接近直井的轨迹，这样对于后期的压裂可达到与直井同样的 效果，同时上部造斜点及增斜段合理，满足下步采油工具的正常下入。 2 ) 技术路线 立足于油藏地质与开发方案要求，以获得油藏开发最大经济效益为目标，突出油田 开发配套技术研究，提高油藏注水开发的采油速度及最终采收率，借鉴“九五”、“十五” 对低渗透油藏开发相关的单项技术的攻关研究，形成的阶段成果，研究低渗透储层的地 质特征与油藏开发特点，尤其是与中高渗储层区别与不同，在此基础上分析影响低渗透 油田开发的因素，深入细致的研究低渗透油田高效开发配套技术，重点是通过室内试验、 数值模拟或者物模实验等相关数据及结果，根据分析化验结果，认清每种技术的特点和 实用范围，最终有效提高低渗透油f f j 的采收率。 2 l 前言 每种技术的特点和实片j 范围 图1 2 论文技术路线图 1 3 研究现状分析 低渗透油田的高效开发一直是油田开发技术人员十分关注的问题，已成为国内外油 田开发的重大课题之一，由国外低渗透砂岩油田地质开发综合数据表可以看出，采收 率在2 0 5 0 之间，大部分在3 0 左右，国内平均为2 3 3 ，高于国内水平，这主要是 国外在低渗透油田高效开发配套技术方面研究与应用较早，如美国和加拿大等国近些年 实施的c 0 2 混相驱见到了显著的效果。国内低渗透油田高效开发单项技术，如压裂、油 层保护等技术早在5 0 年代已经出现和应用，如7 0 年代压裂技术应用于低渗油藏储层改 造，迄今为止，低渗透油藏油层压裂技术在各个方面得到了发展：从重视基础研究使压裂 设计实现优化并向三维模拟设计发展；压裂液向无害化方向发展；支撑剂向包层方向发 展；压裂工艺技术则多种多样，以适应不同的需要，还有近几年出现的大型压裂也是压 裂技术发展的一个新的标志。 3 西安科技大学工程硕士学位论文 表1 1国外低渗透砂岩油田地质开发综合数据表 兰! 兰：鳖鳖鲨翌鎏堡至：茎整墨塑：薹 北贝尔邦克美国 1 9 2 0 嚣 岩性7 6 1 2 5 08 8 2 8 钌 o 0 44 6 巴罗岛 澳奎利 1 9 6 7 嚣 构造 1 0 - 2 55 71 2 0 0 08 2o 1 83 0 小牛塘 北斯坦利 朗吉累油田 小溪油田 比弗溪麦迪逊 快乐泉弗朗梯尔 多林纳维果德 哈西迈萨呜德 多林纳麦尼利特 多林纳曼亚夫 美国 美国 美国 美国 美国 美国 乌克兰 阿尔及 利哑 乌克兰 乌克兰 1 9 4 31 4 0 3 1 9 4 3 1 9 5 9 1 9 4 5 1 9 5 0 1 9 5 7 1 9 5 8 1 9 5 0 1 9 5 8 新达米特里也夫库姆 俄罗斯 1 9 5 2 红叉砂岩油田 哈茨佐格德洛 帕寅那( j 区) 美国 1 9 4 0 美国 1 9 7 5 加拿大 1 9 5 8 2 0 4 2 3 2 8 0 3 4 2 0 3 0 6 0 2 4 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 3 3 9 0 1 6 0 0 3 2 0 0 2 7 0 0 3 0 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 5 6 7 1 3 3 0 2 9 0 0 1 5 4 8 构造 岩性 构造 岩性 岩性 岩性 岩性 岩性 岩性 岩性 1 4 3 3 6 8 8 4 6 6 5 7 6 3 “ 3 0 5 0 2 8 4 5 2 3 0 3 8 6 1 6 5 5 6 1 36 1 3 0 0 2 52 0 4 0 07 7 4 6 51 4 5 72 4 8 1 21 0 0 05 1 5 04 2 9i 5 5 4 0 02 2 0 0 0 01 3 0 0 0 1 - 52 2 5 5 8 1 7 24 7 1 25 0 4 71 2 4 83 9 02 0 1 o 1 6 - o 0 84 2 约o 0 6 4 2 o 1 6 - o 0 85 2 o 1 6 0 2 o 1 8 0 0 8 1 5 6 o 1 9 o 2 0 1 3 0 2 1 0 0 4 1 2 4 o 6 4 4 6 4 0 4 8 4 3 3 2 3 2 2 9 3 4 2 4 2 2 0 2 1 油层保护技术在7 0 年代国外开始从分析油气层岩心入手来研究油气损害的机理， 和防治措施，我国在8 0 年代，在引进国外保护油气层技术的基础上，全面展开油层保 护技术研究工作，并在“七五”期间将之列为国家重点攻关项目，近些年此项技术得到进 一步推广应用和发展，并取得较好的效果【1 8 】。 。 低渗透油田开发配套技术研究是近几年在原有单项技术的基础上发展起来的结合 技术，在我国大王北油田人5 2 块低渗透油藏，在总结渤南低渗透油田开发过程中存在 问题的基础上，形成了适合生产特点的6 项整体配套技术，既大孔径、深穿透射孔完井 技术、油井水与压裂技术、水力泵深抽技术、高压注水技术、水井增注技术和油层保护 技术，在一定程度上改善了低渗透油藏的被动开发局面，为此类油藏合理开发模式提供 了一些理论依据。 4 2 博兴洼陷低渗透油藏开发现状 2 博兴洼陷低渗透油藏开发现状 目前博兴洼陷低渗透油藏沉积类型有两种，一种是深水浊积的厚层特低渗透油藏， 主要是大芦湖油田沙三中，其特点是储层物性较差，渗透率在1 8 1 0 4 x l o 。心，平均 为5 7 3 l o 3 岬2 ，孔隙度1 2 1 1 9 ，平均为1 5 ，含油饱和度为5 1 7 ，但砂体比较发 育，有效厚度一般在l o 3 5 m ，平均为1 9 7m ，储层储量丰度一般为4 7 1 0 0 1 0 4 饥2 ， 为中深层、低丰度、低产能油藏。另一种是滨浅湖沉积的薄互层低渗透油藏，主要是纯 化油田、梁家楼油田以及小营油田的沙四段，其主要特点是含油小层较多，单层厚度薄， 根据储层渗透率的级差，又可以将其分为两类，第一类是渗透率大于5 l o 刁岬2 常规薄 互层低渗透油藏，其平均储量丰度1 1 5 3 1 0 4 蹦，为中深层、中丰度、中低产能油藏。 另一类是渗透率低于5 1 0 。3 岬2 薄互层特低渗透油藏，其储量丰度5 7 5 1 0 4 t i 甜，为中 深层、低丰度、特低产能油藏。 表2 1 博兴洼陷低渗透油藏地质特征统计表 2 1 低渗透油藏主要的地质特征 博兴沣陷沙三段沙四段形成于裂谷盆地强烈沉降阶段，为一套分布面积广、沉积 厚度大的深水湖相暗色泥岩、油页岩夹砂岩沉积，是洼陷的主要烃源岩层，有利于自生 自储岩性油气藏的形成。 烃源岩主要发育于沙三中下段，厚度约2 0 0 _ - 3 0 0 米，最大可达8 0 0 米左右。有机 质类型以腐泥型和腐殖腐泥型为主，有机碳含量一般为1 5 3 ，有机质成熟度较高， 有利于形成大量成熟油气。 博兴沣陷在不同的演化阶段发育不同类型的储集体。该地区主要发育三角洲一浊积 扇沉积体系，洼陷周边地区形成各种三角洲砂体，而重力流成因的砂体主要集中在洼陷 5 西安科技大学工程硕士学位论文 内部，地层上倾尖灭、岩性透镜体圈闭为隐蔽油气藏的形成奠定了物质基础。目前，该 地区已发现岩性油气藏和岩性一构造圈闭复合油气藏，如梁家楼油田、大卢湖油田等。 樊东地区j 下在开发的樊1 2 8 区块就是滑塌重力流所形成的透镜状砂体与断层构成的复合 型油气藏。 2 1 1 砂岩岩性特征 根据统计博兴洼陷低渗透薄油藏岩心观察和薄片资料分析，砂岩岩性包括有长石细 粉砂岩、长石粗粉砂岩、长石粉砂岩，其中主要以长石细粉砂岩为主。陆源碎屑矿物成 分为石英、长石和岩屑，含量分别为5 6 4 、3 5 、8 6 ，石英与长石+ 岩屑的含量的 比值接近l ，砂岩属中成熟度砂岩。 据粒度资料统计：粒度中值最大为o 1 2 n u n ，最小为0 0 7 n u n ，平均0 1 咖。分选差， 分选系数一般1 5 8 2 9 6 ，平均1 9 7 ，砂岩颗粒磨圆度多为次棱角状，接触关系为点一线 式接触，胶结类型为孔隙式胶结。 2 1 2 储层特征 2 1 2 1 油层多、单层薄 博兴洼陷低渗透油藏含油井段长，油层多，单层厚度小。如在纯化油田沙四上1 0 0 m 含油井段内小层多达2 5 个，视分层系数最多达2 5 层井，最小为8 层井，一般为1 3 1 6 层井，平均为1 4 层井，平均单层厚度仅为1 2 m 。沙四下油层井段长3 5 0 m ，小层多 达3 4 个，视分层系数最多达3 4 层井，最小为5 层井，一般为8 3 0 层井，平均为1 9 层井，平均单层厚度仅为2 m 。 而在大芦湖油田主力含油层系4 7 砂组，共划分了2 3 个小层，其中4 砂组划分了5 个小层，5 砂组划分了4 个小层，6 、7 砂组各划分了7 个小层。( 表2 2 ) 表2 2 分层系数统计表 6 2 博兴洼陷低渗透油藏开发现状 2 1 2 2 储层物性差 博兴洼陷低渗透为低渗中孔储层，空气渗透率5 7 3 5 2 1 x l o 3 心，孔隙度1 2 1 1 9 ， 储层物性相对较差，从平面上看，在油田主体部位物性相对好一些，而在外围区域物性 较差。( 表2 3 ) 表2 3 低渗透油藏储层物性 2 1 2 3 储层非均质性较强 博兴洼陷油区层间物性差异大，非均质性较强。统计纯化油田沙四上1 7 个小层的 渗透率，表明渗透率最低仅为o 5 x 1 0 3 岬2 ，最高为1 3 6 8 1 0 。岬2 ，层问渗透率差级、 突进系数分别为2 7 4 和2 o ，变异系数为0 7 3 。 表2 4 层间渗透率非均质参数表 2 1 3 流体性质 博兴洼陷低渗油藏原油性质好，地面原油密度平均0 8 5 8 4 o 8 8 6 3 9 c m 3 ，原油粘度 1 6 4 9 2 5 皿p a s ，凝固点3 3 4 0 ；根据本块高压物性资料统计，地下原油密度 o 7 5 9 7 0 7 6 0 8 c m 3 ，地下原油粘度1 3 2 1 4 2 m p a s ，体积系数1 2 0 1 1 2 3 2 ，原始油气比 4 9 2 6 5 6 m 3 t ，饱和压力9 0 9 1 1 17 m p a 。 据该块地层水分析：氯离子含量：1 2 0 5 3 4 4 3 2 5 m 酣，总矿化度：2 0 4 7 2 9 7 2 4 1 4 m g l ，水型为c a c l 2 型。根据资料统计，平均地层温度为1 2 9 3 ，温度梯度 3 9 1 0 0 m ；原始地层压力为3 5 8 m p a ，压力梯度为1 2 9 m p “1 0 0 m ，压力系数1 3 ，属 常温高压油藏。 7 西安科技大学工程硕士学位论文 2 2 低渗透油藏开发中存在的主要问题 2 2 1 油井低液低产，管理难度大 到目前为止，博兴洼陷低渗透油藏共投产油井6 3 1 口，开井5 7 7 口，平均单井日液 能力9 1 t ，日油能力3 t ，从产量分级来看，低产井比例多，日产低于3 t 的井有3 5 9 口， 占低渗透油田油井总数的6 2 2 ，而平均单井日产油能力仅1 3 t ，同时从动液面来看， 单井产量小于1 t 的油井，平均动液面为1 5 9 8 7 m ，沉没度只有4 8 2 m ，而产量在1 3 t 的 油井，平均动液面为1 4 8 2 4 m ，沉没度只有1 6 1 8 m ，因为供液能力较差，油井低能低产， 管理难度大。 2 2 2 产油能力和吸水能力低，油井见注水效果缓慢 低渗透油层自然生产能力很低，甚至没有自然产能，一般都要经过压裂改造后才能 正式投产。即使经压裂改造，其生产能力也都很低，采油指数一般只有( 1 2 ) 以d m p a ) ， 相当于中高渗透油层的几十分之。 低渗透油层注水井不仅吸水能力低，而且启动压力高，注水井附近地层压力上升很 快，甚至井口压力和泵压达到平衡而仃止吸水。不少油田的注水井因注不进水而被迫关 井仃注，或转为间歇注水。 由于低渗透层渗流阻力大，大部分能量都消耗在注水井周围，油井见注水效果程度 差。在2 5 0 3 0 0 m 井距条件下，一般注水半年至一年后油井才能见到注水效果，见效后 油井压力、产量相对保持稳定，上升现象很不明显。 2 2 3 非均质性严重，层间干扰大 根据纯化油田沙四上1 7 个小层的渗透率，渗透率最低仅为0 5 1 0 。3 肛m 2 ，最高为 1 3 6 8 x 1 0 。3 “m 2 ，小层间渗透率差级、突进系数分别为2 7 4 和2 o ，变异系数为0 7 3 ，层 间非均质严重，造成开发过程中层间干扰严重。 表2 5 层间渗透率非均质参数表 8 2 博兴洼陷低渗透油藏开发现状 2 2 4 渗流规律不遵循达西定律，具有启动压力梯度 低渗透储层由于孔喉细小、比表面积和原油边界层厚度大、贾敏效应和表面分子力 作用强烈，其渗流规律不遵循达西定律，具有非达西型渗流特征。渗流直线段的延长线 不通过坐标原点( 达西型渗流通过坐标原点) ，而与压力梯度轴相交，其交点即为启动压 力梯度，渗透率越低，启动压力递度越大。 2 2 5 储层物性差造成油田注水效果差，水井注不进，油井采不出 博兴洼陷低渗薄互层油藏统计小营油田梁8 块水井资料沙四上油藏从1 9 9 0 年5 月开始注水到目前，共实施油井转注2 1 口。由于该块储层渗透率低，油压压逐渐升高 到补充，油井提液困难，造成全区产量继续下降，区块单井同产油由注水初期7 4 t 下降 到目前的2 2 t 左右。该阶段累产油2 2 4 x 1 0 4 t ，阶段采出程度4 0 7 。 目前全区总井数3 6 口，其中油井3 0 口，注水井6 口；目前油井开井2 6 口，日液 9 3 5 1 t ，日油5 8 0 5 t ，平均单井产油2 2 3 t ，综合含水3 7 9 2 ，目前井区累油2 7 2 6 3 6 幸1 0 4 一， 累水1 0 5 8 2 8 m 3 ，采油速度0 3 5 ，采出程度4 9 6 ，平均动液面1 0 2 5 m ，注水井开井4 口，日注水能力1 7 3 m 3 ，月注采比0 8 8 ，累积注水4 7 9 5 3 1 牛1 0 4 m 3 。 9 西安科技大学工程硕士学位论文 3 低渗透油田开发配套技术研究与应用 3 1 低渗透油藏大型压裂研究 由于博兴洼陷薄互层低渗储层发育，探明低渗透储量占博兴洼陷探明储量的5 5 ， 其中薄互层低渗透储量为7 3 l l 1 0 4 t ，占博兴沣陷低渗透储量的7 2 ，其中有6 0 0 x 1 0 4 t 由于不能突破产能关没有得到动用，在已经动用的薄互层低渗透储量中有3 0 0 0 1 0 4 t 储 量产能低、含水低、采出程度低，另外已控制的薄互层低渗透储量达4 4 0 0 1 0 4 t ，由于 产能较低，目前尚未上报储量。通过精细地质研究和工艺方案的优化，确定大型压裂能 否成为提高薄互层低渗透油藏产能的一种有效技术手段。 3 1 1 大型压裂渗流机理研究 3 1 1 1 大型压裂渗流机理 大型压裂由于造缝长、宽度大，填砂裂缝改变了井底附近的油水渗流状态，由于原 来的径向流变成由油层单向流向裂缝，再由裂缝单向流入井筒的双线型流( 图3 1 ) ，由于 从径向流改变为线型流，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗，因而油气井产量 或注水量就会大幅度提高。 。 图3 1 双线型流动 3 1 1 2 增产倍数与裂缝几何尺寸及导流能力关系 目前大型压裂的对象尝试深层低渗透地层，运用麦克奎尔与西克拉用电模型作出的 垂直裂缝条件下三个参数的关系曲线( 图3 2 ) 。 纵坐标是无因次增产倍数： m 。( 靠) ( 3 1 ) 1 0 3 低渗透油田开发配套技术研究与应用 图3 2 垂直裂缝条件下三个参数的关系曲线图 式中：j o 、j r 压裂前后油井的采油指数； r c 、斯一井的供油半径及井半径。 横坐标是： k r ，f 4 0 ， 、 t 、不瓦芴雨矿_ j 式中：k f w r 裂缝的导流能力，达西英尺；线下的数字是平方微米米 l o 地层渗透率，毫达西；线下的数字是平方微米卓1 0 3 把横坐标上的数值看成裂缝与地层导流能力的比值，在同样情况下，裂缝导流能力 愈高，则增产倍数也愈高，造缝愈长，倍数也愈高。从曲线的变化趋势上看，在横坐标 上以0 4 平方微米一米为界，在它的左边要提高增产倍数，则应以增加裂缝导流能力为 主。以裂缝长度为供油半径的5 0 这条曲线为例，导流能力比从o 1 提高到0 4 ，增产 倍数则从3 倍提高到6 倍多。此时增加缝长对倍数并不起多大的作用。在o 4 的右边， 曲线趋于平缓，增产主要靠增加缝的长度，进一步提高裂缝的导流能力基本上不能增加 增产倍数。图3 1 是体现三个主要参数的关系曲线，给我们的概念是： a 、对低渗地层( k 0 0 1 平方微米) ，而闭合压力又较高，不易获得较高 西安科技大学工程硕士学位论文 的导流能力，常位于1 0 4 的左边，这时要得到好的压裂效果，主要是靠提高裂缝的导流 能力，在这样情况下片面追求缝长是得不到很好的效果的。 c 、我国的油气田属于这两种情况的都有。在压裂设计中，应解决它们的主要矛盾， 对特低渗透地层，应加大压裂规模，造缝要长。有的属于中等渗透率地层或深地层高闭 合压力，则应着眼于裂缝导流能力的改善。在这里要强调一点，在这种情况下，要防止 由于各种原因降低缝面或裂缝中的渗透性。 上述几种情况不包括透镜体产层的压裂。 为了不断提高压裂水平，应摸索这方面的经验，将来定出切实可行的技术界限。 裂缝导流能力、裂缝长度的计算中，都用到裂缝几何尺寸的参数，裂缝的几何尺寸 是指裂缝的长、宽、高。 3 1 1 3 大型压裂裂缝宽度与非达西流动的关系 与常规压裂对比裂缝的多层支撑与单层甚至部分单层支撑相比有另一个优点，就是 裂缝越宽支撑剂颗粒越大越有利于保持达西流动。在单层或部分单层支撑剂的较窄的裂 缝中，流体在裂缝中处于非达西流动条件次下速度可能增加很高，形成湍流效应或惯性 效应，极大地增加了裂缝的流动阻力，降低了压裂裂缝的油气井产能，而对于宽裂缝恰 恰相反。 3 1 2 大型压裂适应性分析 3 1 2 1 大型压裂加砂量大，造缝长，大大提高油井单井产能 大型压裂加砂量大，使造缝长，且宽度大，大大增加了油井单井产能，如果储层渗 透率不变情况下， 根据公式半、志( 3 3 ) 裂缝导流能力愈高，则增产倍数也愈高，造缝愈长，倍数也愈高。从曲线的变化趋 势上看，如果压裂半缝长增加o 5 倍则导流能力比从o 1 提高到0 4 ，增产倍数则从3 倍 提高到6 倍多。 3 1 2 2 大型压裂造缝长、高度大增加了储层动用程度 与大型压裂相比，常规压裂规模小，造缝宽度、长度小，由于低渗薄互层油藏层薄， 层多、单层薄、埋藏深、物性差、岩性复杂、非均质严重，常规压裂裂缝通常沿物性好、 岩性脆的方向延伸，而对于物性差的岩层常规压裂裂缝难以延伸，造成低渗油藏得不到 动用，储量损失，而大型压裂规模大、造缝长度、宽度大，与常规压裂相比大型压裂延 1 2 3 低渗透油田开发配套技术研究与应用 伸压力大、加沙量大延伸长度长，对于物性差的储层具有较好的压裂效果，对于低渗薄 互层油藏，储量动用程度大大提高，从而提高了油井单井产能。 3 1 2 - 3 在特定的沉积相条件下，大型压裂能够增加油井产能 在特定的沉积相条件下，大型压裂裂缝纵向裂缝深度大、裂缝长，如果裂缝 由低渗亚相延伸到高渗亚相，或者裂缝扩展到油层深处产层( 如透镜体) 和天然 裂缝，增产的效果会更显著，博兴洼陷低渗薄互层有藏主要是湖相沉积体系，发 育了湖湾亚相。滨浅湖沉积亚相和浅半深潮沉积亚相，根据沉积部位，砂层厚度 及沉积结构与沉积构造和砂层展布形态，可划分为四种沉积微相：a ：滨岸滩砂， b ：砂坝与滩间沙，c ：外岸滩砂，d ：狄泥坪，由于低渗薄互层油藏沉积相变化复 杂，相变快，大型压裂裂缝深度大，长的特点是应这一特点，从而大大的提高油 井产能。 3 1 2 4 大型压裂增加了油井单控储量 大型压裂由于造缝长、宽度大以及大量次生裂缝存在的特点，在裂缝周围流体渗流 机理改变，大大增大了单井的供油半径，大大提高了油井单井的控制面积，增加了油井 单井的控制储量。 3 1 3 大型压裂配套工艺研究 在大型压裂优选储层的同时为保证成功的压裂施工，对大型压裂配套工艺进行了研 究，对降滤技术进行优化，提高压裂液效率，同时配以三维裂缝模拟及裂缝测试技术， 确保大型压裂施工的成功： 1 ) 柴油降滤 对渗透率小于l x l 0 刁m 2 的地层，应在压裂液中加入浓度为5 的柴油，压裂液滤 失控制效率较高。因为柴油在水溶液中能形成水包油( 微) 乳状液，可对透过滤饼的液 体产生两相流动阻力，从而降低滤饼对水的渗透率，提高油相渗透率，所以柴油具有降 低初滤失量、减小综合滤失系数的作用。 2 ) 液氮降滤 由于液氮在压裂液中可形成一定干度的泡沫，泡沫占据孔隙空间，封堵大孔隙，对 降低压裂液的初滤失和综合滤失系数有积极的作用。因此，在压裂过程中应加入液氮。 液氮在压裂后放喷排液时，由于井底压力降低，受压缩的氮气迅速膨胀，助推压裂液进 入井筒，达到助排目的，从而提高压裂效果。 3 ) 粉陶降滤 大量的压裂液滤失在天然裂缝中，造成压裂过早脱砂，导致施工成功率较低，加砂 1 3 西安科技太学工程硕士学位论五 量小。在压裂形成的主裂缝延伸过程中，粉陶遇到微裂缝时可以在相交处彤成堵摩，达到 捧制和减少j 1 i 裂被向天然裂缝滤失的目的。粱1 1 2 块微裂缝发育，冈此粉陶是该区最有 - 敛的降滤技术。 4 ) 仝三维压裂模拟 采_ 【i j 全三维水力裂缝模拟软什进行三裂优化设计能合理地确定用液量、排量、加 砂比、砂置等施j 参数，凶粱1 1 2 块缚口新投产井都有密度测井曲线，所以，应川 f r a c n r o p l 二维三裂软件模拟能进行孔0 和近井箭、裂缝高度、裂缝滤失、裂缝温度， 立撑剂输送和多条裂缝等模拟，为成功压裂提供依据。 0 “攀堕皇型坐坐! 生 引| | 。 “i， “ ”二一： 、。“1 ；n “l h 1 l m 【w_一 幽33 纯9 7 8 井水蚓射扎方窠胜裂校拟敬粜时比 根据模拟结果：址裂井段跨度过妖、射孔层分散，胍裂效果差，射孔层相对集巾可 以有效提高压裂效粜。 5 ) 裂缝测试 随者压裂工艺的不断完善和发展，裂缝测试已成为压裂技术巾较重要的部分。其l | j ， 压降测试叮得到压裂液的综合滤失系数，为准确醴计压裂疗案提供依据；裂缝方能测试 可为裂缝的走向和多条裂缝的形成提供检测手段。 粱1 1 2 块已有4 口井实施了大型压裂改造，压裂成功率和有效率均为1 0 0 。其中， 粱9 3 井为重复压裂井， 入陶粒4 3 m 3 小能白喷生产。梁1 1 2 8 、梁1 1 2 3 2 和粱1 1 2 4 3 井为新投产计，分别加入陶粒3 6 ，3 5 和4 9 m 3 ，压裂后均为白喷生产。梁1 1 2 8 弗26 m m 油嘴摔制生产。生产稳定后产液量为1 94 似，产油最1 76 埘。梁1 1 2 3 2 和粱1 1 2 _ 4 3 井 均是5 m m 油嘴控制生产，自口者丘裂层储油性差1 3 和1 4 号层测井解释为台油水层， 2 0 和2 1 号层测井解释为油水i 司层，故压裂后含水较高，产液量1 7o 删，产油帚98 删； 后着产液量4 30 伽产：油量3 03 埘。 够芗 嘲可 二_ 3 低渗透油田开发配套技术研究与应用 根据该井密度测井曲线，用f r a c p r o p t 软件进行模拟设计，模拟结果是前置液阶段 加入2 m 3 粉陶和4 m 3 柴油，压裂施工全过程加入8 m 3 液氮。工艺参数为前置液量1 0 2 2m 3 ， 携砂液量1 1 3 8m 3 ，加砂比1 0 7 0 ，平均砂比3 0 8 ，加入的支撑剂为o 2 2 4 0 4 5 m m 陶粒1 2m 3 和0 4 5 o 9 0 m m 陶粒2 4m 3 。模拟支撑缝长1 7 9 5 m ，支撑缝高4 0 9 m ， 平均支撑缝宽2 4 5 1 1 i l 。 完全按设计方案进行施工，经泵和停泵和压降测试，计算最小主应力是5 3 7 m p a ， 压裂液滤失较大，综合滤失系数为2 9 6 8 x l o a m m i n 2 。 在该井压裂旋工时，通过地面检波器对人工裂缝扩展过程中辐射出的信号进行接 收，间接测定水平主应力。由于大量微裂缝存在，在井筒附近形成多条次裂缝，而远离 井筒，则是一条主裂缝，主裂缝方向为北东1 0 3 ，次裂缝方向为北东2 7 。 3 1 4 大型压裂技术应用效果分析 近期优选梁1 1 2 8 大型压裂，获得日产油3 6 t 的好效果，后又相继在梁1 1 2 3 2 、梁 1 1 2 4 3 、l 9 3 、g 7 2 、f 1 2 8 、l 8 墙1 8 、l 8 7 1 2 等9 口井实施，有6 口井取得了好的效 果。从可对比的l 1 1 2 块5 口油井及l 8 块6 口油井生产情况看，大型压裂比常规压裂效 果好，主要表现在： 1 ) 初期产能高 与常规压裂对比，大型压裂加砂量是常规压裂加砂量的3 4 倍，通过l 1 1 2 块常规 压裂平均初期日产3 6 t ，大型压裂平均初期日产2 5 t ，初期产量是常规压裂的7 0 倍；l 8 块常规压裂初期日产5 7 t ，大型压裂平均初期同产1 8 0 t ，是常规压裂的3 倍。 3 1 梁1 1 2 块大型压裂工艺参数表 2 ) 稳产期长 统计大型压裂投产新井梁1 1 2 8 、1 1 2 3 2 、l1 2 4 3 均自喷生产，统计3 口自喷井初 期产能平均为2 5 t ，采油强度为平均为2 3 2 们m ，比采油指数为1 0 2 们皿m p a 。生产平 1 5 西安科技大学工程硕士学位论文 均生产9 个月后平均2 2 5 t ，递减率为1 2 ，常规压裂油井l l l 6 井初期日油3 6 t ，7 个 月后日油1 1 t ，递减率为9 9 ，常规压裂与大型压裂对比递减率是常规压裂的8 倍，稳 产期明显增长。 表3 2 梁家楼油田l 1 1 2 块大型压裂产量统计表 l “6s 4 2 9 3 1 8 3 7 5 72 0 0 4 26 73 65 9 15 5i 14 75 8 76 3 8 常规 0 0 7 2 l 口6 73 65 9 15 51 14 75 8 76 3 8 l l l 2 4 3c 1 2 2 7 1 5 3 - 2 8 1 82 0 0 4 22 9 72 792 52 3l o 83 4 9 25 9 9大型 7 5 0 3 l l l 2 8c 1 3 2 7 1 7 o - 2 1 2 6 馋2 0 0 3 12 2 62 l7 22 42 24 34 6 6 54 8 0大型 7 5 0 0 3 口2 6 1 52 48 62 4 52 2 57 88 1 5 71 0 7 9 统计小营油田统计大型压裂措施井梁8 8 1 8 井初期产能平均为1 8 t ，生产平均生产 8 个月后平均1 3 2 t ，递减率为3 3 ，常规压裂油井初期日油5 7 t ，5 个月后同油1 4 t ， 递减率7 5 ，常规压裂递减率是大型压裂递减率的2 2 倍，与常规压裂对比大型压裂稳 产期远远高于常规压裂，单井产能也大大增加。 表3 3 小营油田大型压裂产最统计表 3 ) 供油半径增大，单控储量增加，弹性开发物质基础有保障 实测大型压裂半缝长平均1 8 0 m ，而常规压裂半缝长1 2 0 m ，单井增加了1 2 0 m 供油 半径。单控储量增加，弹性丌发物质基础得以保障。 1 6 3 低渗透油田开发配套技术研究与应用 梁1 1 2 块应用大型压裂技术实施了产能建设，新增动用含油面积5 9 融n 2 ，地质储 量2 5 5 1 0 4 t ，新钻井1 1 口，增建产能3 7 1 0 4 t ，当年产油2 6 1 0 4 t 。 通过大型压裂措施效果分析，取得以下几点认识： ( 1 ) 大型压裂是薄互层特低渗透油藏提高产能、经济开发的有效手段 实践证明应用大型压裂技术实现了极大缝长、较高初产，提高了单井储量控制范围， 满足经济极限可采储量，经济上、技术上可行，是薄互层特低渗油藏经济开发的有效手 段。 ( 2 ) 动用程度低的储层大型压裂效果更好 周围井累采油少，储层隔层厚度大，新补孔层压裂效果好。如特低渗的小营油田 l 8 8 1 8 井压裂后自喷生产，日增油达1 7 t ，效果很好。 l 8 8 1 8 和l 8 7 1 2 两口井从加砂量看，l 8 8 1 8 井加砂量为4 2 m 3 ，每m 加砂量为 5 5m 3 ，l 8 7 1 2 井加砂量为4 2 1 n 1 3 ，每米加砂量为6 m 3 ，差别不大。从破裂压力来看， l 8 8 1 8 井为6 0 5 m p a ，l 8 7 一1 2 为5 5 6 m p a ，基本相近，造成这两口井压裂效果差别大 的主要是油层的动用程度不同( l 8 7 1 2 为老井，l 8 8 1 8 为新补开的层) 。 ( 3 ) 大型压裂技术在单井设计中经济规模的界定需进一步细化 单井受井区油层差异及构造位置、应力状况差异影响，增产效果不一。压裂规模与 单井产能之问并非正比关系，因此不能单向的增大压裂规模，需要根据油层厚度、含油 性等因素，选择经济合理的施工规模。 3 2 超前注水技术 3 2 1 超前注水技术的机理 超前注水是针对低渗透、特低渗透油层具有启动压力梯度及油层具有弹一塑性形变 等特点，根据非达西流提出的改善这类储层开发效果的一项技术。国内外许多实验表明， 当储层渗透率低到一定程度后，其渗流特征不符合达西定律，即驱动压力梯度较小时， 储层液体不能流动，只有驱动压力梯度达到一定值后，液体才开始流动，这时的驱动压 力梯度叫启