储层物性断裂对坪北长9低渗透油藏开发的影响.pdf

第2 3 卷第3 期 2 0 1 3丘 9 fl 江 汉 石 油 科 技 J I AN GHAN P E TRO L E UM S CI ENC E AND T EC HNO L 0G Y Vo 1 2 3 No 3 S e p 2 0 1 3 储层物性 断裂对坪北长9 低渗透油藏 开发 的影响 金 鑫 ，漆 智先 ，黄 灿 ，钟慧娟 ( 中国石化 江汉油 田分公 司勘探开发研究 院 ，湖北武汉 4 3 0 2 2 3 ) 摘要 ： 在 引入储层物陛断裂概念的同时，从储层段的岩心观察入手，对砂岩镜下铸体薄片和扫描电镜 鉴定结果进行统计分析 ，提出了坪北长9 油组储层物性断裂 系统存在的客观性 ；以盆地构造运动形成的应力 场为线索展 开机理分析 ，进一步证 实了坪北长9 油组储层物性断裂 系统存在的必然性。 当原始地层未被开启 时其表现为隐性特征 ，经人工压裂以及超前注水后则会引起储层物性 断裂系统的沟通 ，表现出微裂缝的分布 规律及特征 ，人工裂缝 、天然裂缝以及储层物性断裂系统交织在一起 ，对低渗透油藏开发影响较 大。研究证 明 当实施注水开发时，应注意控制好相应的注水压力和岩石裂缝开启压力，采用菱形 ( 直井注水一 水平井分 段压裂采油式 )井网开发微裂缝发育油藏 ，实施超前注水，加大井距 ，减小排距 ，沿储层物性断裂带线状强 化注水，低渗透油气藏的开发效果将会得到有效的改善。 关键词： 坪北地区；长9 油组 ；储层物性断裂；低渗透油藏开发 坪北油 田地处黄土高原中部，位于陕西省延安 市安塞县和子长县境 内，面积约 1 0 0 k m ；构造位置 处 于鄂尔 多斯 盆地东 部陕北斜 坡 中部 的坪桥鼻褶 带 ，构造相对稳定地 层倾角约1 。，长9 油组属内陆 湖泊浅水缓坡一角洲沉积背景下 的低渗透油藏 ，钻 井取心资料显示裂缝发育 ( 见图 1 )，除此之外 ， 我们认为还有一个客观存在的储层物性断裂系统。 1 概念引入 储层物性断裂是指在盆地基底区域性深大断裂 长期活动或区域性构造应力场 的影响下， 储集层虽未 发生明显的褶皱或断裂等位移变形， 但是其成岩作用 特征、孔隙和裂隙等物性特征却明显受区域性构造 应力场控制， 从而表现出一定的方向性。储集层物性 断裂的特点是没有明显的几何断距和相对位移， 没有 截然的断层面， 但是它以其相对优异的储集层物性特 征将两侧具有一定连续性和相似性的储集层分隔并 形 成物性 圈闭区带 。物性断裂 带的形成和展布方 向， 与盆地基底深大断裂的长期继承 l生活动和区域性 构造应力场具有明显的力学上的相关I生。 2 机理分析 鄂尔多斯 盆地上 三叠统裂 缝展布方 向为E W、 S N、N E 向，只有在局部地区发育N W向裂缝 ，为三 期盆地构造运动所致 ( 图3 )。早期受 印支运动影 响，盆地构造应力场最大主应力方向以S N向为主 ， 燕 L L I 期地应力场的主压应力轴迹方向为N W S E 向。 喜马拉雅期 ，构造应力场发生 了根本性的改变 ，即 挤压方向由燕山期的N W向为主转变为N E向。根据 裂缝形成的力学机制及应力与应变的关系可知，印 支期产生的裂缝主要 为s N 向，燕山期产生的裂缝主 图1 长9 岩 心照 片 第一作者简介： 金鑫 ，女， 学士， 高级工程 师， 现从事 构造、沉积 、储层与石油地质综合研究。 3 ( ) 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 地 内现今构造 力场 的最大水平主应力方位为N E 向，N E 向微裂缝因与最大主应力方向平行而具有较 高的开启程度 ，成为高效导流缝。基底断裂控制的 盆地沉积体系及砂体展布方向为N E 向，在该方向具 有相对较高的渗透率 ，与N E 向裂缝共 同作用也表现 为N E 向裂缝发育 ( 2)。 坪北长9 油组储层物性断裂特征与 区域储层微 裂缝的发育特征基本一致。 3 坪北长9 油组储层物性断裂 系统 的 发育特征 储层物性断裂系统发育特征研究主要从岩心观 察和砂岩镜下薄片鉴定统计人手。储层物性断裂系 统在原始地层压力条件下表现为隐性 的且均处于闭 合状态，随着地层的开启以及压力系统的改变，则 表现出显性的微裂缝特征，所以我们可以通过岩心 观察从宏观 J 二 观察储层物性断裂 与断裂系统之间的 关系 ，通过薄片电镜统计研究储层物性断裂系统之 间的连通性和方向性 。应用上述方法对坪北区块长 9 N层物性断裂系统进行研究取得如下认识。 3 1 方 向性 岩心观察发现 ，储层物性断裂系统与显裂缝组 系相同 ，储 层物性 断裂系统发育具有一定 的方 向 性 ，并且和组系的方 向近于平行 ，反映储层物性断 裂的形成机理和显裂缝相同，均为一定应力场作用 下 的产物 ( 罔5)。显裂缝组 系的方向性前人基本 取得 了一致认识 ，认 为鄂尔多斯盆地延长组最大主 应力及裂缝展布方向为北东7 0 。 ；( ) 。 3 2条带性 储层物性断裂系统分布平面上具有条带性的特 点 ，储层物性断裂问呈平行或雁式 、放射状 、羽状 排列 ，其方向大体与 区域构造裂缝走 向相同，即以 北东方向为主。且显裂缝发育的地方 ，储层物性断 裂所形成的微裂缝也发育( 图5 ) 。 3 3充填性 储层物性断裂依其对渗流的有效性可分为有效 缝和无效缝 ，有效缝充填原油 、对油气的渗流起主 导作用 ，无效缝被石英 ，方解石和泥质充填( 图5 ) ， 对油气渗流不起作用或者所起作用甚微 。储层物性 断裂所形成的微裂缝 中矿物充填之后 ，若其介质环 境发生变化 ，局部常产生溶蚀作用。 4 坪北长9 油组储层物性断裂系统的 控制因素 4 1 储层物性断裂系统发育与岩性的关 系 大量岩石力学实验研究表明，岩性对储层物性 断裂系统发育程度有很大影响 ，不同类型岩石 ，其 抗张 ，抗压 ，抗剪强度相差很大，这直接影响到岩 石 的破坏程度和破坏方式。影 响储层物性断裂系统 发育的岩 I生因素包括岩石成分 、粒度 、结构 ，胶结 程度 ，孔隙性等。通常含脆性组分较高的岩石一般 储层物性断裂系统较为发育，如钙质砂岩 、粉砂岩 等岩石中物性断裂发育 ，而泥岩中物性断裂相对较 小 。岩石的颗粒和孔 隙大小也影响着物性断裂的发 育程度 ，随着岩石颗粒和孔隙 的减小岩石变得致 密 ，脆性更强 ，也更容易形成物性断裂。粒度和结 构均匀的岩石 比粒度和结构非均匀的岩石储层物性 断裂系统发育。 长9 储层岩性均较致密，结构成熟度低。据薄 片 分析 ，长 9 颗 粒分 选 中一 差 ，颗 粒最 大 粒径 为 0 3 3 m m，粒径 主要分 布在0 0 5 - - 0 2 5 m m之间 。砂 岩 碎屑成分分析 中发现钙质，白云质，灰质等脆性成 分。 不同强度和力学性质的岩石，在相同应力场作 用下 ，储层 物性断裂 系统 的发 育程度不 同。颗粒 细 、砂层薄 的储层岩 石 ，物性 断裂规模 小 ，密度 大 ，颗粒粗 ，厚度大 的砂岩储层，储层物性断裂系 统发育的规模大，但密度小。岩性是影响储层物性 断裂系统发育的内在 因素，岩石中脆性成分高，颗 粒细 ，孔隙度低 ，在相同的应力作用下 ，其物性断 裂更发育。反映储层物性断裂 系统发育与砂岩的岩 性 、粒度等参数有关 。 泥岩隔 、夹层具有较高的脆性碎屑成分 ，极大 地提高了泥岩 中储层物性断裂系统的发育程度。泥 岩中不同组 系的构造缝和水平成岩缝相互连通 ，形 成物性断裂网络 ，使 泥岩层的渗透性增大 ，分隔性 变差 。此类特低渗透砂岩储层 的泥岩隔 、夹层具有 一 定的储集性 ；泥岩隔 ，夹层 中的物性断裂在低渗 3 2 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 图6安 塞油 田坪桥 油区水 淹 区分布 略 图 ， 。 。、 t I 一 _ I l -， L ， 、， - 一， ， 、 、 ， r 、 广 H t ， ， 、 -I4 一 “ 1 = - ， I 士 一 ： 0 L 、 _ 忡 订 T 二 T 图8水 平井 开发井 网示意 图 5 储层物性断裂系统对油气藏开发的 影响及应对措施 沟通后的储层物性断裂系统是低渗透储层流通 的主要渗流通道，控制了低渗透油藏的渗流系统， 从而影响着油藏的注水开发方案及其开发效果。低 渗透油藏，由于储层物性断裂系统的存在，地层开 启前后的储层渗流能力差异明显 ，使得油 田注水开 发后平面矛盾十分严重。当注采井点同时分布在储 层物性断裂带以及延伸方 向上时，沟通后所形成的 显裂缝会造成油井过早见水并大量出水 ，有时候水 的定 向推进会造成灾难性的后果 ( 图6)；而在垂 直于裂缝的方向上，由于基质的渗透率很低，使得 油井很难见到注水效果； 造成裂缝两侧的采油井压 力低 、产量低。 5 1 储层物性断裂 系统对低渗透油藏注水开发的影 响 现今应力场通过影响各组裂缝开度影响地层 的 渗透性。与现今应力场最大主压应力近平行分布 的 裂缝呈拉张状态 ，连通性好，开度大 ，渗透率高 ； 1 5 o 1 2 。 0 骨 0 I9。 憝 0 6 0 0 3 0 0 o 。 | 。 _ 0 0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 狰 圃 匪 ， 肝 a 图7 坪桥 油 区长9 岩 心应 力敏感 性特 征 图9排状注水井网示意图 与现今应力场最大主压应力斜交的裂缝介于两者之 间。因此，在大多数低渗砂岩中，虽然各组裂缝密 度不同，由于受现今应力场的影响，常存在一个与 现今应力场最大主应力方向近平行的主渗透裂缝方 向，这是油田开发早期井网部署的主要依据。 储层物性断裂系统具有明显 的应力敏感性质。 在油 田的开采过程中，随着地层压力的下降，裂缝 中流体压力会逐渐下降 ，则裂缝所受的闭合应力增 大 ，开度和渗透率变小 ，并具有一定的不可恢复性 ( 图7)。即使后期注水地层压力 回升 ，裂缝开度 和渗透率也不可能完全复原，这就是裂缝渗透率的 应力敏感性特征，因此 ，注水维持地层能量 ，对低 渗透储层的开发十分必要。 因此注水时要注意：若注水太晚，一些裂缝会 因地层压力下降过 陕而闭合无效 ，注水难度增大 ， 注水效果变差；若注水强度太大，注入水充填在渗 透性较高的裂缝中，使次一级的裂缝和基质孔隙中 的油封堵而成为剩余油 ；同时 ，注入水沿裂缝快速 3 4 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 计算采用油水井排距为1 0 01 2 0 m。 5 3对策研究 低渗 、特低渗透油藏开发的关键是能否建立有 效的压力驱替体统，因此 ，我们首先确定合理的压 力 系统 ，方法是 ：对 于地层一定 ，排距一定 的油 藏 ，超前注水一定时间后 ，原始地层压力提高 ，油 井投产后 ，油水井之间有一个压力分布 ，地层压力 提高的不同，任一点的压力梯度不同，当地层压力 提高到一定值、对应任一点的压力梯度都大于该储 层 的启动压力梯度时 ，即认为该超前注水建立了有 效驱替压力系统。 5 3 1 注水压 力保持 水平确 定 渗流从无限大带状油藏一端面流出，其渗流规 律服从达西渗流， 且压力梯度较小，可以看出是平 面一维不稳定渗流，其方程为 ： P 一 1 a p a 2 1 1 a 生产井的井底压力恒定时的初始和内外边界条 件为 ： 舱? ， = 一 I 一 根据数值模拟研究结果，随着超前注水时间延 长 ，累积注入体积增 大 ，单井产量不是呈直线上 升 ，当地 层 压 力 保 持 水 平 为 原 始 地 层 压 力 的 1 1 5 1 2 0 左 右 ，单 井 产量增 幅达到 最大 ( 图 1 1 )。 5 3 2注水 强度 的确 定 律 ， 为 对于菱形反九点井网或菱形井网，根据达西定 考虑启动压力梯度影响，注水井注水强度公式 Q h 从上式可以看出，注水强度与注水井井底流压 有关 ，因此 ，首先应确定注水井允许的最大注入压 力 ，根据开发经验，一般注水井最大流压 以不超过 地层破压的9 0 为准 ，这样，上式即可确定最大注 水强度为2 m3 m ( 图l 2)。 6 结论 ( 1 )坪北地区延长组长9 油组低渗透砂岩储层 物性断裂系统发育具有条带性特点，主体方向为北 东方向。 ( 2)储层物性断裂系统是改善特低渗透储层 渗透性的重要因素。 ( 3 )鄂尔多斯 盆地虽为褶皱和断裂构造不发 育的稳定型盆地。但在应力作用下，坚硬脆性岩石 仍可以发生破裂形成物性断裂系统，尤其是小规模 的物性断裂发育。物性断裂的分布规律和发育程度 主要与岩I 生、沉积微相带和岩层厚度有关。 ( 4)强调对储层物性断裂系统的重视， 是对以 注水开发方式为主，提高低渗透油藏采收率的开发 理念的补充和完善， 旨在提醒地质家们在储层物性断 裂系统较为发育的低 渗透地区 ，经人工压裂形成的 人工裂缝与储层物生断裂系统交织在一起 ，当实施 注水开发时 ，应注意控制好相应的注水压力和岩石 裂缝开启压力以及方向 ，采用菱形 ( 直井注水一 水 平井分段压裂采油式 )井网开发储层物性断裂系统 发育油藏，实施超前注水 ，加大井距 ，减小排距 ， 实 施沿 断裂 带 线状 强 化注水 ，最大 注 水强度 为 2 m m，且地层压力保持在原始地层压力的1 2 0 左 右时，开发效果最佳 。 参考文献 【 1 】 邸领军 鄂尔多斯盆地储集层物性断裂对超低渗油气藏 的控制作用 石油勘探与开发 ，2 13 0 6 ( 0 6 ) ，3 3( 6)： 6 67- 6 70 2 邸领军， 张东阳， 王宏科 鄂尔多斯盆地喜山期构造运动与 油气藏【 J 石油学报， 2 0 0 3 ， 2 4( 2 ) ：3 4 _ 3 7 【 3 】 赵文智， 胡素云， 汪泽成， 等 鄂尔多斯盆地基底断裂在上三 叠统延长组石油聚集中的控制作用 石油勘探与开 发 ， 2 0 0 3 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 5 【 4 】 姚宗惠， 张明山， 曾令邦等 鄂尔多斯盆地北部断裂分析 ( 下转第4 1 页 ) 第3 期 章文 斌等 ：建 页H F 一 2 井 国产 油基钻 井液 应 用技 术 4 1 (1 )新井 眼通过采用粗颗粒 与硬质细颗粒堵 漏材料复配 ( 酸 l生暂堵剂、H I C M J 、H l s e a l 、刚性堵 漏 剂c 、D 型1 提承压后 ，侧钻后钻遇与老井眼垂深 对 应 的漏层 时在密度 比老井 眼高 出很多 的情况下 ( 老井眼 1 2 3 ，侧钻后1 4 0 g ， cr n 3 )未发生大规 模 的漏失。 ( 2)新井眼钻进过程中采 用含堵漏材料 的油 基 钻井液钻进过程 中，起下钻摩阻2 01 0 0 k N，定 向作业顺利 ，定向施工 中基本未出现严重脱压等问 题 ，很好 的满足了新井 眼造斜段和长水平段的润滑 防卡、井眼清洁要求 ，全井钻井施工安全、IIF , N。 ( 3)新井 眼钻井液粘度都在 1 0 0 s 以上 ，但循 环 过程 中流动性好 ，当钻井液停止循环静止时 ，能 够迅速形成结构 ，悬 浮钻屑；油基钻井液具有 良好 的流变性 、相对低的H T I ， 失水 、强的抑制防塌能 力 实现了钻探全过程安全无事故 ，有效解决 了新井 眼段井壁稳定 ( 振动筛上返出岩屑棱角分明 )、井 眼净化。顺利地完成了勘探任务。 6 认识及建议 ( 1 )新井眼油基钻井液施 工井段 ，振动筛上 返 出的岩屑正常，菱角分明，未出现大的剥落掉 块 ，起下钻顺利 ，下钻到底后 ，井底基本无沉砂 ， 定 向施工顺利 ；水平 电测一次成功，新井眼电测井 径规则 ；