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构造应力场在巨厚稠油油藏开发中的应用

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构造 力场 巨厚稠 油油 开发 中的 应用
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第 25 卷第 3 期1997 年 9 月石  油  钻  探  技  术R N G T SV o l. 25. N o. 3. 1997! 油气开采 #构造应力场在巨厚稠油油藏开发中的应用  张吉昌 罗玉庆 任起峰(辽宁盘锦  124010)提要  以辽河盆地冷 43 断块需要压裂投产的深层巨厚稠油油藏为例 , 运用井壁崩落、水力压裂、岩心分析等方法确定该油田最大水平主应力方位和大小 , 为该类油藏压裂裂缝延伸方向的预测和油田开发井网的合理部署奠定了基础 , 也为类似油藏的高效合理开发提供了理论依据。主题词  构造应力 稠油油藏 压裂裂缝 方位 岩心分析 井网 冷 43 块 辽河盆地引  言冷 43 断块位于辽河盆地西部凹陷冷家—雷东断裂背斜构造带的中部 , 东靠中央隆起 , 西接陈家凹陷 , 呈北东向长条状展布 , 构造形态为东部断层遮挡向西倾的单斜 , 倾角为 7°~ 13°。冷 43 断块开发目的层主要为 油层。油藏埋深为 1650~ 1940m , 油水界面为 1870m , 油层厚度为 8717m , 含油面积为 416, 地质储量为 3242万 t, 孔隙度为 1615% , 渗透率为 478× 10- 3,100℃原油粘度为 327~ 928m s, 20℃原油密度为 019298~ 019814kg l, 地层压力为 16185M 地层温度为 58℃。该套油层为一近岸陡坡水下扇砂体 , 油层厚度大 , 隔、夹层不发育。油藏类型为深层巨厚块状中等渗透性的普通稠油油藏。与其它稠油层相比 , 冷 43 断块 油层物性相对较差、流度低 , 若不对其进行改造将影响油井产能 , 因此油井投产前必须进行压裂。为提高冷 43 断块开发效果 , 在开发方案编制过程中 , 应用应力场研究成果成功地预测了压裂裂缝的延伸方向 , 为合理部署注采井网提供理论依据。一、构造应力场研究油田构造应力场研究方法大致可分为三类 \[1 \]:(1) 区域资料分析法。如板块作用、震源机制等方法 , 可以定性地给出油田及其周围大范围应力场的分布特点。根据辽河盆地周边中小地震情况给出的震源机制 P 轴出地点 , 确定该区域最大水平主应力方位为 N 70° ;(2) 钻井应力测量法。如水力压裂法 , 井壁崩落法 , 可以给出比较准确的应力大小和方位的测量结果。该方法资料容易获取 , 结果准确 , 是油田常用的方法 ;(3) 岩心分析法。如差应变法、波速各向异性法等。这些方法简便易行 , 但需定向岩心。目前常用岩石磁学方法对钻井岩心定向。本文则利用岩样在地磁场中所感应的剩磁—粘滞剩磁方法将岩心校正到现代地磁场方向上 , 从而对岩心定向。下面分别研究构造应力场的方位及大小 :11 构造应力场的方位应用井壁崩落法等三种方法 , 确定冷 43 断块油层最大水平主应力方位为 N , 其中 , 井壁崩落法和差应变法测试结果吻合较好 , 分别为N N , 而波速各向异性法测得的结果为 N 21 构造应力场的大小应用水力压裂法和岩心分析法确定冷 43 断块油层构造应力场的数值 , 结果见表 1。冷 43 断块 油层应力大小测试结果 表 1测试方法 a a a 测量井次 口水力压裂法 3517 2419 3018 53差应变方法 5717 3519 4816 5注 : 别为最大水平、最小水平、垂向主应力。X 国家“九五”重点科技攻关成果论文二、构造应力场应用11 预测压裂裂缝延伸方向在需要压裂投产的油田中 , 人们较为关注压裂裂缝的延伸方向 , 以此来指导油田开发井网的合理布置 , 从而避免水窜、气窜和提高开采效果。理论和大量实际资料证明 , 人工压裂张性破裂总是沿着阻力最小的方向延伸 , 即垂直于最小水平主应力的方向发生破裂。裂缝的形态受三向主应力的大小控制 ,若 则出现垂直裂缝 ; 若 则出现水平裂缝。而冷 43 断块 油层满足 因此易产生垂直裂缝 , 其人工压裂裂缝延伸的方向为 N 右。实际监测的人工压裂裂缝方位结果 (如图 1 所示 ) 证明了这个结论 , 即冷 43 断块冷 432862552 井和冷 432802558 井监测的压裂裂缝方位分别为N N , 与构造应力场预测的结果一致。图 1  冷 432862552 井和冷 432802558 井人工压裂裂缝方位21 指导新油田开发井网部署在垂向主应力大小为中间主应力的地区 , 压裂裂缝总是沿最大水平主应力方向延伸。因此 , 采油井和注水井不宜沿该方向排列 , 否则油井就会早期见水 , 甚至出现暴性水淹 , 使无水采油期缩短 , 降低了原油采收率和经济效益。按构造应力场最大水平主应力方向布置油水井排 , 应该满足下列条件 :(1) 在同一排中油水井不相间排列 ;(2) 在相邻的油水井排之间 , 油井及水井交错式分布 , 最大限度地避免死油区 ;(3) 缩短注入水墙与油井的距离 , 有利于提高水驱控制能力 ;(4) 采用适当的注采比 , 减少不必要的生产投入。根据上述原则 , 建议油田在进行井网部署时使用五点系统和反九点系统。五点系统使注采井排与最大水平主应力方向一致。任取 5 口井都是一个完好的反五点的五点井网结构 , 中心井为注水井 , 压裂后两翼裂缝上任一点分别与其相邻的两口油井距离相等 , 避免了在最大水平主应力方向上油水井相间的布井方式。这种井网适合于低渗透油田 \[2 \]。反九点系统 (初期注采比为 1∶ 3, 比较高 ) 一般能克服五点系统因生产井排液量低而导致低速注水、低压差生产的缺点 , 另外九点井网易于后期调整(如变五点注采系统 ) , 若适当调整井排方向可以使注水井与邻近油井在最大水平主应力方向上距离最远 , 从而避免过早发生水窜。这种井网适合于中、低渗透油田。在冷 43 断块 油层 , 为了不使油水井压裂裂缝相连通 , 并综合考虑冷 43 断块各套层系叠加后相互间的位置关系 , 确定了该油层 141m 正方形反九点井网对角线方位为 N , 与最大水平主应力夹角为 35°。层系间井网配置以 141m 井距 ~ ¸油层组反九点井网为基础 , 在其对角线中点位置加密油井而形成另一套反九点井网。这样 , 无论上层系还是下层系 , 油井压裂均可避免压裂裂缝直通水井 ,即使反九点井网后期调整成五点井网时 , 其油水井排方向与最大水平主应力方向夹角为 35° , 仍可避免沿裂缝发生水窜。1993 年 6 月采用 141m 井距九点系统面积注水法在下层系冷 432362656 井组上进行了初期注水试验。到 1994 年 9 月该井组累积注水 315× 104m 3, 注水能力 95m 3 d, 吸水强度 2111m 3 (d· m )。三口采油井 (冷 43 井、冷 432402656 井、冷 432362660 井 )在该井组注水 6 个月后 , 有 2 口井 (冷 43 井、冷 432362660 井 ) 开始见效。冷 43 井距注水井 200m , 与最大水平主应力方向夹角为 35° (角井 ) , 到 1994 年1 月动液面开始回升 , 到 1994 年 5 月动液面由 85000m , 产量稳定在 10t d 左右。冷 432362660井距注水井 141m , 与最大水平主应力方向夹角为55° (边井 ) , 到 1994 年 1 月开始见效 , 到 1994 年 4月产量由 8t d 上升到 10t d, 同时 , 地层压力由1615M 升到 1714M 井与角井在冷 432362656 井组注水后几乎同时见效。而另一口油井冷 432402656 井到 1994 年 9 月效果还不明显 (见图 2)。可见 , 压裂投产的油藏 , 按最大水平主应力方位部署油·45· 石  油  钻  探  技  术          1997 年 9 月水井排 , 可以提高开发效果。图 2 注水试验井组注采关系曲线三、结论与认识11 根据井壁崩落法等三种方法测定冷 43 块最大水平主应力方位为 N , 且 1 冷 43 块水力压裂裂缝延伸方位为 N ,且为垂直裂缝 , 并得到实际压裂监测资料的验证。可以用于指导新油田开发井网部署。31 采用反九点系统面积注水法 , 避开最大水平主应力方向部署油水井效果较好 , 提高了油藏注水开发效果。总之 , 构造应力场是客观存在的一种自然力 , 它必然影响油气开采的全过程。掌握构造应力场分布规律 , 对油田井网部署是十分重要和有益的。作者附言 : 参加本项研究工作的还有贾桂芬、尹万泉、黄元辉、陈忠等同志。● 1997— 02— 24 收稿 ; 1997— 07— 14 改回参 考 文 献\[ 1 \]  刘建忠等 1 油田应力测量 1 北京 : 地震出版社 , 1993\[ 2 \]  王世顺 1 利用地应力提高油藏整体压裂开发效益的设想 1 油田开发与地震减灾 1 北京 : 石油工业出版社 , 1991作 者 简 介王威 , 1966 年生。 1988 年毕业于辽河石油学校石油地质专业。现在辽河油田勘探开发研究院从事油田开发及编辑工作 , 工程师。张吉昌 , 1969 年生。 1991 年毕业于石油大学(华东 ) 石油地质专业。现在辽河油田勘探开发研究院从事油田地质研究工作 , 工程师。罗玉庆 (女 ) , 1964 年生。 1988 年毕业于辽河油田职工大学地质专业。现在辽河油田勘探开发研究院从事油田地质研究工作 , 助理工程师。任起峰 , 1967 年生。 1991 年毕业于石油大学(华东 ) 石油地质专业。现在辽河油田勘探开发研究院从事沉积岩沉积相教学工作 , 助理工程师。! 信息交流 #塔中 45 井喜喷高产油气流据《中国石油报》报道 : 1997 年 8 月 20 日 , 塔克拉玛干沙漠腹地的塔中 45 井完井试油 , 经酸化后在奥陶系获得高产油气流。塔里木石油会战职工在塔中北斜坡奥陶系碳酸盐岩寻找高产油气流的愿望终于实现。这是近几年塔里木油气勘探的又一重大突破。塔中 45 井是今年塔指新布第一轮探井中的一口预探井 , 位于塔中北斜坡一号断裂带最西端的奥陶系潜山上。潜山构造面积 44, 幅度 60m。塔中 45 井设计井深 6150m , 今年 2 月 3 日开钻 , 6 月 19 日钻至设计井深完钻。该井 8 月 7 日进行第一次完井试油时 , 仅获得 01107m 3 油 , 少量气。塔指决定对该井进行酸化和裸眼测试。之后 , 用 <7嘴求产 , 获日产油 216m , 天然气 1015 万 m 3。·55·第 25 卷第 3 期       王威等 : 构造应力场在巨厚稠油油藏开发中的应用L ef u, W u D W e X v ch d ep u ty m er o. 1 D om p u i O xp u on if on m fo rw o rd of so m of of to w e. is n ic t be w h is m a R uj v p H .L i Gu ix i, M l h T ak h th o il r w m be 3 B as a le,o m of m um ho p le by of co re m T is fo rm ed fo r o p p w of o p fo r h of o il co re w L 3 B L Z L if tw o tw o xp D L om 5W T he p of h w p 5 w T X w ls th of m p s in w l, r co p m w T no M u M .Z h i, v M H e H L H e J 998 年《石油钻探技术》  创刊 25 周年真诚奉献    适逢满百期合力创新  《石油钻探技术》 创刊于 1973 年 , 现已出版 25 卷共 97期。经国家科委批准 , 1979 年在全国发行 , 1988 年对国内外公开发行。她是我国石油天然气钻井方面历史最长的综合技术性刊物 , 历年来所刊中文钻井科技论文可谓最多、最全、信息密度最大且学术水平较高 , 深得国内外读者的厚爱和钻井界的好评 , 曾被授予“首次北京地区科技期刊全优奖”称号。她是首批及第二批中文核心期刊和历年中国科技论文统计源刊 , 被《中国石油文摘》和《中国地质文摘》等大量摘录 , 被美国《石油文摘》和《工程索引》等数据库大量录用 , 同时进入国际最大联机检索系统 D 际第二大联机检索系统 T 以及 U 际期刊指南数据库。 1996 年加入中国学术期刊 (光盘版 ) 全文检索系统并成为首批中文电子出版物之一。本刊选题注重指导性、先进性和实用性 , 坚持理论与实践相结合 , 以多刊快刊应用性文章为特色。主要报道国内石油钻探工程 (包括钻井、泥浆、固井、完井、开采专业 ) 以及钻探机械设备与自动化方面的科技进展和现场经验 , 适当介绍国外石油钻探技术发展的水平和动向。栏目众多 , 内容丰富 , 版面紧凑。适合于石油、海洋、地矿行业广大钻井工程技术人员、高等院校师生和经营管理者阅读。本刊自 1991 年试办、 1993 年开办彩色广告以来 , 成效显著 , 已成为石油、海洋、地矿、机电、化工、轻工、冶金、煤炭、军工等行业科技人员联系的纽带 , 是石油天然气行业走向市场的桥梁和迎接 21 世纪的使者 , 是科研人员和高校师生了解现场的益友。本刊广告刊出及时 , 收费合理 , 采用彩色桌面系统制作高精度彩页与插页。欢迎随时联系广告业务。本刊 1998 年仍为季刊 , 季末出版 (为纪念创刊 25 周年出满 100 期拟增刊 1 期 )。电脑排版 , 激光照相 (1016 线 ) ,胶版印刷 , 彩色封页与插页。每期定价 7 元 , 全年 4 期共 28元 (含平邮费 )。自办发行 , 邮汇与信汇均可。欢迎有关单位和个人及时订阅。订阅办法 :1. 认真填写订阅单及汇款单 , 切勿潦草 , 以免因地址不详无法邮寄。可破季订阅。在校学生凭介绍信半价优惠。2. 邮局汇款请寄 : 山东省德州市东风东路 35 号地矿部石油钻井研究所编辑出版室 (邮政编码 253005, 电话0534— 2622554— 8416, 传真 2622468, 电挂 0966)。订阅单第二、三联邮回发行单位。3. 银行汇款请寄 : 山东省德州市德城区工商银行东风西路分理处 , 帐号 24900020261, 户名“地矿部石油钻井研究所” , 并注明“期刊”字样。订阅单第二、三联邮回发行单位。 《石油钻探技术》编辑部·26· N G  T S     , 1997
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