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低渗致密气藏-凝析气藏开发难点与对策

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致密 凝析气藏 开发 难点 对策
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收 稿 日 期 !!""#$"%$!!作 者 简 介 !李 士 伦 "&%#’$#$男 $浙 江 绍 兴 人 $教 授 $博 士 生 导 师 $油 气 田 开 发 % 联 系 电 话 !"(&)$!*+!%#)我 国 致 密 气 藏 和 凝 析气 藏 的 储 量 占 相 当 大 的 比例 $而 其 中 相 当 部 分 处 于 低产 低 效 状 态 % 认 识 和 掌 握 这类 气 藏 的 特 殊 规 律 "地 质 &开 发 特 征 ’是 开 发 好 低 渗 致密 气 藏 的 前 提 (确 定 合 理 的开 发 方 式 &层 系 井 网 和 气 井生 产 制 度 是 开 发 好 这 类 气藏 的 基 础 (采 用 先 进 实 用 配套 的 工 艺 技 术 是 开 发 好 这 类 气 藏 的 保 证 %根 据 我 国 标 准 $ 有 效 渗 透 率 为 ",&-&"$#.&"-&"$#!/!)绝 对 渗 透 率 &-&"$#.!"-&"$#!/!’&孔 隙 度 为 &"!.&’!的 气 藏 为 低 渗 气 藏 ( 有 效 渗 透 率 !",&-&"$#!/!"绝 对 渗 率 !&-&"$#!/!’&孔 隙 度 !&"!的 气 藏 为 致密 气 藏 (我 国 深 层 "0# ’"" /’天 然 气 资 源 量 在 !&,**-&"&!/#以 上 $占 全 国 天 然 气 总 资 源 量 的 ’)!$陆 上 主要 集 中 在 中 西 部 &松 辽 &渤 海 湾 &四 川 &塔 里 木 &吐 哈 &柴 达 木 等 盆 地 &南 方 地 区 和 近 海 海 域 等 &" 个 地 区 的 深部 地 层 中 $随 着 深 部 油 气 勘 探 的 发 展 $发 现 这 类 气 藏 的可 能 性 愈 大 %对 已 开 发 的 这 类 气 藏 $发 展 先 进 实 用 配 套的 开 发 与 开 采 技 术 $有 着 十 分 重 要 的 意 义*&$++%& 低 渗 致 密 气 藏 地 质 及 开 发 特 征&,& 影 响 低 渗 致 密 气 藏 储 集 特 征 的 构 造 因 素!&" 断 层 断 裂 活 动 引 起 一 系 列 构 造 &地 层 的 变化 $改 变 储 集 层 埋 藏 条 件 $引 起 流 体 性 质 和 压 力 系 统的 变 异 %!!" 透 镜 体 透 镜 体 在 低 渗 致 密 砂 岩 中 占 相 当大 的 比 重 % 如 何 准 确 确 定 透 镜 状 砂 层 的 大 小 &形 态 &方位 和 分 布 $是 能 否 成 功 开 发 这 类 气 藏 的 关 键 %!#" 裂 缝 低 渗 致 密 储 集 层 的 渗 透 能 力 低 $但 只要 能 与 裂 缝 搭 配 $就 能 形 成 相 对 高 产 $裂 缝 主 要 对 油气 渗 流 做 贡 献 $裂 缝 孔 隙 度 一 般 不 会 超 过 !!, 国 内 外大 量 资 料 表 明 $在 一 定 埋 藏 深 度 下 $天 然 裂 缝 在 地 下一 般 呈 闭 合 状 态 $缝 宽 多 为 &".’" !/$基 本 上 表 现 为孔 隙 渗 透 特 征 % 这 些 层 不 压 裂 往 往 无 产 能 %&,! 低 渗 致 密 气 藏 储 集 层 特 征!&" 非 均 质 性 强 物 性 的 各 向 异 性 非 常 明 显 $产层 厚 度 和 岩 性 都 不 稳 定 $在 很 短 距 离 内 就 会 出 现 岩 性 &岩 相 变 化 甚 至 尖 灭 $以 至 在 井 间 较 难 进 行 小 层 对 比 %!!" 低 孔 低 渗 一 般 这 类 储 集 层 孔 隙 有 粒 间 孔隙 &次 生 孔 隙 &微 孔 隙 和 裂 缝 四 种 基 本 类 型 % 低 渗 致 密砂 岩 受 后 生 成 岩 作 用 影 响 明 显 $ 它 以 次 生 孔 隙 为 主 %不 论 何 种 成 因 $不 论 其 性 质 有 何 差 异 $这 类 砂 岩 都 具有 孔 隙 连 通 但 喉 道 细 小 的 特 征 $ 一 般 喉 道 小 于 ! !/,泥 质 含 量 高 $并 伴 生 大 量 自 生 粘 土 $这 是 低 渗 致 密 砂岩 的 又 一 明 显 特 征 %常 规 实 验 室 测 定 的 气 体 渗 透 率 与 实 际 储 集 层 条件 下 的 渗 透 率 差 别 很 大 $ 这 对 低 渗 致 密 气 藏 尤 为 突出 $因 此 要 尽 量 模 拟 地 层 条 件 测 定 其 渗 透 率 % 渗 透 率随 埋 深 的 加 大 &压 力 的 增 高 而 急 剧 地 减 小 $并 且 在 压力 卸 载 后 $渗 透 率 恢 复 不 到 原 值 %!#" 含 水 饱 和 度 高 相 渗 曲 线 特 征 是 !低 渗 储 集层 的 束 缚 水 饱 和 度 一 般 高 达 +"!.’"!$ 残 余 气 饱 和度 也 高 $两 相 共 渗 区 较 窄 % 同 时 随 着 含 水 饱 和 度 的 增低 渗 致 密 气 藏 !凝 析 气 藏 开 发 难 点 与 对 策李 士 伦 ! 孙 雷 !杜 建 芬 !汤 勇 !周 守 信 !郭 平 !刘 建 仪)西 南 石 油 学 院 国 家 油 气 藏 地 质 及 开 发 重 点 实 验 室 $四 川 成 都 *&"’""’摘 要 "我 国 低 渗 "致 密 气 藏 和 凝 析 气 藏 的 储 量 占 相 当 大 的 比 例 !而 其 中 相 当 部 分 处 于 低 产 状 态 !开 发 好 这 类 气 藏 对 石油 工 业 持 续 稳 定 发 展 具 有 十 分 重 要 的 意 义 # 围 绕 深 层 低 渗 致 密 气 藏 "凝 析 气 藏 开 发 问 题 !首 先 分 析 了 低 渗 致 密 气 藏 的地 质 特 征 和 开 发 特 征 !提 出 了 低 渗 致 密 气 藏 开 发 的 十 项 配 套 工 艺 技 术 !最 后 重 点 建 议 了 五 项 技 术 措 施 !即 深 度 压 裂 改造 技 术 !凝 析 气 井 井 筒 和 近 井 地 带 积 液 的 处 理 技 术 "开 发 后 期 低 于 最 大 凝 析 压 力 条 件 下 的 注 气 技 术 !低 渗 致 密 凝 析 气藏 多 孔 介 质 油 气 体 系 相 态 分 析 技 术 和 某 些 适 合 于 低 渗 致 密 气 藏 和 凝 析 气 藏 的 气 藏 工 程 分 析 技 术 $关 键 词 "低 渗 储 集 层 %致 密 层 %气 藏 %凝 析 气 藏 %开 发 %压 裂 %注 气 %相 态中 图 分 类 号 "12#) 文 献 标 识 码 "3文 章 编 号 "&""&$#()#)!""+’"!$"&’*$"+第 !’ 卷 第 ! 期 新 疆 石 油 地 质 456, !’$75, !!""+ 年 + 月 897:937; ?2@A ;2>?>;B 3!""+加 !气 体 相 对 渗 透 率 大 幅 度 下 降 !而 水 的 相 对 渗 透 率也 上 不 去 " 岩 石 一 般 为 弱 亲 水 到 亲 水 "!"# 低 渗 致 密 气 藏 的 开 发 特 征#!$ 单 井 控 制 储 量 和 可 采 储 量 小 !供 气 范 围 小 !产 量 低 !递 减 快 !气 井 稳 产 条 件 差 %&$$ 气 井 的 自 然 产 能 低 !大 多 数 气 井 需 经 加 砂 压裂 和 酸 化 才 能 获 得 较 高 的 产 量 或 接 近 工 业 气 井 的 标准 % 投 产 后 的 递 减 率 高 %&#$ 气 藏 内 主 力 气 层 采 气 速 度 较 大 !采 出 程 度 较高 !储 量 动 用 充 分 !而 非 主 力 气 层 采 气 速 度 低 !储 量 基本 未 动 用 !若 为 长 井 段 多 层 合 采 !层 间 矛 盾 更 加 突 出 %&%$ 一 般 不 出 现 分 离 的 气 水 接 触 面 !储 集 层 的 含水 饱 和 度 一 般 为 #&!’(&!!因 此 井 筒 积 液 严 重 !常 给生 产 带 来 影 响 %&)$ 气 井 生 产 压 差 大 !采 气 指 数 小 % 生 产 压 降 大 !井 口 压 力 低 !可 供 利 用 的 压 力 资 源 有 限 %&*$ 由 于 孔 隙 结 构 特 征 差 异 大 !毛 管 压 力 曲 线 都为 细 歪 度 型 !细 喉 峰 非 常 突 出 !喉 道 半 径 均 值 很 小 !使排 驱 压 力 很 高 !也 存 在 着 ’启 动 压 力 (现 象 %$ 适 于 低 渗 致 密 气 藏 开 发 的 十 项 配 套 工艺 技 术!!" 钻 井 #完 井 和 气 层 保 护 技 术 采 用 )特 低 固相 (钻 井 液 !达 到 低 固 相 *低 密 度 *低 粘 度 和 防 塌 *携 砂能 力 强 的 要 求 !防 止 在 压 裂 改 造 过 程 中 对 气 层 的 污 染 "!$"优 化 射 孔 技 术 如 采 用 负 压 射 孔 *深 穿 透 射 孔 "!#" 气 藏 描 述 技 术 用 岩 矿 分 析 *扫 描 电 镜 和 +衍 射 等 方 法 和 手 段 确 定 岩 土 矿 物 的 成 分 * 含 量 和 产状 +开 展 沉 积 相 研 究 !寻 找 有 利 相 带 +开 展 成 岩 作 用 与成 岩 史 研 究 !确 定 次 生 孔 隙 在 横 纵 上 发 育 带 +开 展 气藏 类 型 研 究 !对 储 集 层 不 稳 定 的 岩 性 气 藏 进 行 井 间 砂体 的 预 测 +开 展 地 应 力 测 定 及 裂 缝 系 统 的 早 期 识 别 研究 +气 藏 构 造 *物 性 *含 油 气 性 和 油 气 水 分 布 的 三 维 显示 +开 展 测 井 系 统 的 适 应 性 试 验 !提 高 测 井 解 释 水 平及 解 释 模 型 的 建 立 +通 过 露 头 观 察 *定 向 岩 心 *应 力 大小 及 方 向 分 析 !来 预 测 水 力 压 裂 裂 缝 方 位 +用 三 维 地震 * 垂 直 地 震 剖 面 和 井 间 地 震 等 方 法 进 行 砂 体 的 预测 +综 合 评 价 这 类 气 藏 开 发 的 可 行 性 "!%" 气 藏 工 程 分 析 技 术 对 渗 流 机 理 &非 达 西流 *气 体 滑 脱 *,启 动 压 力 (和 临 界 流 动 压 力 梯 度 等 $进行 深 入 研 究 和 系 统 实 验 !试 井 方 法 也 仍 待 完 善 和 发 展 %!)" 低 渗 致 密 气 层 的 压 裂 改 造 技 术 美 国 前 安然 公 司 在 四 川 八 角 场 香 四 气 藏 的 加 砂 压 裂 和 长 庆 气田 压 裂 改 造 的 经 验 值 得 引 起 我 们 的 重 视 %!*" 低 压 低 产 气 藏 气 井 井 筒 举 升 技 术 四 川 *中原 *大 港 等 都 有 很 好 的 经 验 %!(" 气 井 动 态 监 测 技 术 $!," 采 用 科 学 %合 理 的 地 面 流 程 &降 低 建 设 成 本 $!-" 富 含 凝 析 油 型 凝 析 气 藏 全 部 或 部 分 回 注 干气 保 持 压 力 技 术 $!!&" 水 平 井 技 术 由 于 构 造 应 力 而 产 生 的 各 种裂 缝 !若 水 平 井 能 很 好 地 与 垂 向 裂 缝 相 交 !则 渗 流 状况 会 有 很 大 的 改 善 %# 几 项 建 议 技 术#"! 深 度 压 裂 改 造 技 术美 国 前 安 然 公 司 在 四 川 八 角 场 气 田 低 渗 致 密 香四 气 藏 的 深 度 压 裂 改 造 仍 给 我 们 很 多 的 启 示 % 该 气 田位 于 四 川 省 中 部 !!-(% 年 $ 月 开 始 勘 探 !!-,! 年 % 月投 入 开 发 ! 其 主 力 气 藏 香 四 气 藏 为 低 渗 致 密 气 藏 !!年 在 中 部 #& ./$范 围 计 算 的 天 然 气 控 制 储 量 为$#%0!&,/#! 气 藏 自 然 产 能 低 ! 生 产 压 差 为 $%’#%"#123!平 均 单 井 产 量 仅 !4!&%/#6!采 气 指 数 #&&7%&& /#6123" !年 四 川 引 进 了 !% 台 压 裂 装 备 !并进 行 国 内 配 套 工 作 !储 *运 *配 *供 *注 及 施 工 控 制 能 力有 了 大 幅 度 提 高 % 其 主 要 技 术 要 点 -!!" 气 层 保 护 及 井 的 工 程 条 件 准 备 安 然 公 司在 这 方 面 做 得 很 出 色 !从 钻 井 液 *完 井 液 的 优 选 *作 业用 水 水 质 的 控 制 到 钻 井 *完 井 全 过 程 的 监 控 !无 不 贯穿 着 气 层 保 护 这 一 宗 旨 % 在 压 裂 时 确 定 高 价 购 买 生 活用 水 作 为 施 工 用 水 %在 三 口 施 工 井 都 选 了 大 口 径 管 汇注 液 !采 用 井 口 保 护 器 对 井 口 装 置 实 施 保 护 !为 大 型加 砂 压 裂 创 造 了 良 好 的 井 筒 和 井 口 工 程 条 件 %!$" 压 裂 液 及 支 撑 剂 的 优 选 由 于 储 集 层 敏 感 !所 以 对 液 体 配 方 *药 品 采 购 *配 液 用 水 及 配 液 过 程 严格 把 关 % 选 定 万 庄 分 院 的 瓜 尔 胶 压 裂 液 配 方 !用 适 当降 低 粉 剂 含 量 来 进 一 步 降 低 液 体 对 储 集 层 的 伤 害 %并选 定 美 国 839:; 公 司 的 高 强 度 陶 粒 作 为 支 撑 剂 %!#" 施 工 参 数 优 选 进 行 单 井 模 拟 和 用 压 裂 模拟 器 确 定 有 效 裂 缝 长 度 与 施 工 规 模 的 关 系 %还 优 化 注液 排 量 *注 液 程 序 !用 最 少 注 入 量 和 最 小 投 入 获 得 有效 裂 缝 长 度 %!%" 测 试 压 裂 及 其 对 施 工 方 案 的 校 正 破 裂 压力 *闭 合 压 力 *液 体 在 地 层 中 的 滤 失 系 数 是 施 工 优 化的 关 键 参 数 % 为 降 低 施 工 风 险 !尽 可 能 减 少 前 置 液 用量 !在 每 口 井 加 砂 压 裂 前 都 进 行 测 试 压 裂 !根 据 这 些资 料 的 处 理 结 果 来 修 正 加 砂 压 裂 施 工 方 案 %!)" 建 立 施 工 保 证 体 系 优 质 的 施 工 装 备 配 置 !施 工 用 水 水 质 控 制 !压 裂 液 罐 及 其 清 洁 处 理 !压 裂 液添 加 剂 质 量 控 制 及 压 裂 液 配 置 全 过 程 质 量 控 制 !供液 *供 砂 *泵 注 和 施 工 监 控 等 %!*" 压 后 排 液 技 术 由 于 香 四 储 集 层 !容 易 受 到伤 害 !所 以 尽 量 减 少 液 体 在 地 层 中 停 留 时 间 !并 采 取第 $) 卷 第 $ 期 李 士 伦 !等 致 密 气 藏 *凝 析 气 藏 开 发 难 点 与 对 策 .!)("# $%&’%()* +)" ,"角 !-# $.&’’/" 微 量 "角 0123 $.&’!!)’ ,)3 表 1 三 口 作 业 井 的 增 产 效 果井 号层 位!三 叠 系 香溪 群 四 层 "储 集 层厚 度!4"施 工 前 产 量!1304%6"施 工 后测 试 产 量!1304%6"强 制 裂 缝 闭 合 #快 速 排 液 的 技 术 措 施 $改 善 施 工 效 率 $为 此 安 装 了 #789: 公 司 的 放 喷 测 试 装 置 $ 并 辅 助 安装 了 快 速 排 液 管 线 $可 做 到 停 泵 后 立 即 排 液 %三 口 井 施 工 后 的 效 果 见 表 1 所 示 %角 !-# 井 因 施工 后 很 长 一 段 未 生 产 $ 仅 累 计 产 气 !0;1304.$ 油 水 103 4./ 角 0123 和 角 !"# 井 生 产 情 况 见 表 ,/./, 凝 析 气 井 注 干 气 吞 吐 技 术 及 其 他我 国 相 当 部 分 的 凝 析 气 藏 凝 析 油 含 量 中 偏 低 $处于 保 持 压 力 开 发 的 经 济 极 限 边 缘 % 此 外 $地 层 压 力 与初 始 凝 析 压 力 差 值 小 $多 属 饱 和 凝 析 气 藏 $最 大 反 凝析 液 量 又 小 于 临 界 流 动 凝 析 油 饱 和 度 很 多 $若 不 保 持压 力 开 发 $不 但 凝 析 油 的 采 收 率 低 $而 且 凝 析 油 积 聚在 近 井 地 带 和 井 筒 内 $影 响 气 相 对 渗 透 率 和 气 井 的 产能 $成 为 衰 竭 式 开 发 凝 析 气 藏 时 气 井 开 采 中 特 别 需 要重 视 解 决 的 问 题 $下 面 介 绍 一 些 解 决 的 办 法 %!1" 注 干 气 单 井 吞 吐 在 俄 罗 斯 某 些 凝 析 气 田已 有 现 场 试 验 的 实 例 $我 国 塔 西 南 柯 克 亚 凝 析 气 田 已有 数 口 井 实 施 $取 得 了 好 的 效 果 $成 功 地 恢 复 了 已 停产 的 凝 析 气 井 生 产 %!," 采 用 富 气 处 理 近 井 地 带 这 类 气 体 包 括 脱了 凝 析 油 后 富 含 ?@A?"在 建 立 液 滴 模 型 基 础 上 导出 了 气 井 排 液 最 小 携 液 速 度 和 产 量 公 式’1($但 与 实 际相 差 较 远 $西 南 石 油 学 院 李 闽 认 为 气 液 在 井 筒 中 向 上运 动 过 程 液 滴 呈 扁 平 形 的 可 能 性 大 $采 用 此 观 点 导 出了 新 的 公 式 $与 实 际 接 近 $也 受 到 国 外 的 重 视 %中 原 油田 在 生 产 实 践 中 研 究 总 结 了 利 用 动 能 因 子 判 别 带 液状 态 和 调 整 气 井 生 产 制 度 的 方 法 %!(" 凝 析 气 井 的 泡 沫 排 液 处 理 根 据 大 港 油 田衰 竭 式 开 发 凝 析 气 藏 的 经 验 $ 在 相 同 的 埋 藏 深 度 下 $定 容 气 驱 凝 析 气 藏 的 气 井 !近 . 333 4 井 深 "因 井 筒积 凝 析 液 $停 喷 的 流 压 一 般 比 纯 气 井 高 ! 水 驱气 藏 $当 边 水 窜 入 井 底 后 $井 筒 不 仅 积 油 $还 积 水 $这使 停 喷 流 压 要 比 定 容 气 驱 凝 析 气 藏 的 井 高 "=1" 港 马 世 煜 1$他 们 开 发 了 发 泡 剂 % 中 原 油 田 研制 开 发 了 泡 剂 和 列 泡 排 剂 % 俄 罗 斯 曾 用乙 烯 #丙 酮 氧 化 物 的 共 聚 物 作 起 泡 剂 %!H" 注 表 面 活 性 剂 水 $调 节 岩 石 的 润 湿 性 $使 多孔 介 质 亲 水 化 以 采 出 吸 附 在 岩 石 表 面 的 凝 析 油 %!"" 增 压 喉 以 高 压 气 带 低 压 气 $从 而 降 低 低 压气 井 的 井 底 回 压 %将 增 压 喉 原 理 运 用 于 井 下 可 形 成 加速 泵 !在 油 田 上 称 喷 射 泵 "$集 气 举 和 喷 射 于 一 身 $现场 试 验 表 明 $与 气 举 工 艺 相 比 $加 速 泵 排 水 采 气 工 艺不 但 能 提 高 排 水 量 $而 且 还 能 降 低 注 气 量 %中 原 油 田 也 研 制 开 发 了 增 压 喉 $ 并 利 用 它 将 文1+0 井 高 压 气 带 动 文 ,0 井 低 压 气 $实 践 表 明 $对 地 层渗 透 性 好 #正 常 生 产 压 差 小 的 井 有 效 % 在 低 渗 气 藏 开发 后 期 $生 产 压 差 大 $增 压 喉 对 井 底 回 压 的 降 低 量 显得 很 微 小 时 $相 对 来 说 $增 产 的 效 果 就 差 % 此 外 $在 井的 自 然 产 量 降 到 最 小 携 液 量 的 初 期 时 采 用 此 装 置 比较 有 效 % 俄 罗 斯 用 此 法 也 获 得 一 定 成 效 $核 心 问 题 是提 高 增 压 喉 的 效 率 %!-" 各 油 田 在 排 液 采 气 方 面 的 创 造 尤 其 在 四川 $形 成 了 系 列 配 套 的 排 水 采 气 工 艺 技 术 % 中 原 油 田在 排 液 !水 或 凝 析 油 $水 和 凝 析 油 "采 气 方 面 也 有 不 少创 造 $如 )小 油 管 排 液 *+激 动 式 ,排 液 !大 油 嘴 放 喷 "*多 级 !0=! 个 "气 举 管 柱 排 液 *泡 排 *复 合 排 液 采 气 !液氮 气 举 复 合 诱 喷 排 液 工 艺 #液 氮 复 合 排 液工 艺 #高 压 气 举 复 合 排 液 工 艺 等 "*抽 油 机 排 液工 艺 *电 潜 泵 排 液 工 艺 $等 等 %%/% 凝 析 气 藏 开 发 后 期 低 于 最 大 凝 析 压 力 下 的 低 压注 干 气 技 术从 1年 起 历 时 13 年 俄 罗 斯 在 乌 克 蒂 尔 大 型凝 析 气 田 实 施 了 大 规 模 工 业 性 回 注 干 气 试 验 $但 是 在开 发 后 期 回 注 干 气 $此 时 气 藏 的 地 层 压 力 已 经 降 到 最大 凝 析 压 力 以 下 !地 层 压 力 为 H=13 分 析 通 过新 疆 石 油 地 质 ,330 年3 ,/(H %(/%H %!/,( (/H, 0/!- %/!,333/! 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