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低渗砂岩油气田增产改造技术7

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砂岩 油气田 增产 改造 技术
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中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院低渗砂岩油气田提高单井产能钻采工艺方法 — 增产改造川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院长庆分院2011年 8月中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院 前言一、 低渗储层压裂改造的必要性二、长庆压裂改造特色单项技术汇报提纲1、压裂优化设计与压后评价2、低渗油田开发压裂技术3、缝内转向压裂工艺技术4、油井堵水技术5、稠化水酸性清洁压裂液技术6、二氧化碳泡沫压裂技术7、射孔孔眼颗粒封堵技术8、直井分层压裂改造技术9、水平井分段压裂改造技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院一、前 言长庆油田属于典型的“三低”油气田,储层普遍具有“低压、低孔、低渗”特征,绝大部分井不经压裂改造基本无自然产能。长庆油田的 40余年的发展历程是一个储层增产改造技术不断发展和完善的过程。通过增产改造技术的不断发展和完善,先后成功开发了“安塞油田”、“西峰油田”以及“苏里格气田”等低品位、高难度的油气田。并形成了一系列低渗透油气田增产改造配套技术,例如:开发压裂技术、低伤害压裂液技术、分段压裂技术,缝内转向压裂技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院开采层位 三叠系延长组油层埋深 (m) 1000~ 3000储层温度( ℃ ) 40— 75油层渗透率 (× 103孔隙度 (%) 7~ 14产量占总产量比例( %) 长庆油田三叠系延长组储层参数表1、储层特征长庆油田主要含油层系为 三叠系延长组储层 ,产量占到长庆油田总产量的 截至 2008年底,共投入开发油田 32个,储层普遍具有 “ 低孔、低渗、低压、非均质性强 ”等特点,井均无初产,压裂技术和油层保护技术成为油田开发中关键技术。一、低渗储层压裂改造的必要性中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院2、低渗储层地质流体渗流特征非达西渗流流动特征研究发现流体性质对渗流特征的影响表现为:随粘度增大,非线性延伸越长,曲线曲率越小,临界压力梯度和启动压力梯度越大,非线性特性越强烈。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院3、 边界层影响水的边界层厚度为 滑油的边界层厚度为 原油边界层的厚度则在 界层流体不易参与流体流动,只有当驱替压差达到一定程度时才参与流动。渗透率低于10× 10均孔隙喉道半径仅为 界层厚度与其在同一个数量级上。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院4、渗透率对启动压力梯度的影响试验表明,原油通过渗透率小于 1× 10具有启动压力梯度,且启动压力梯度随岩样渗透率的下降而急剧增大。同时,启动压力与油层润湿性、原油粘度、温度、束缚水饱和度、岩性矿物、空喉结构特点等综合影响。岩样编号润湿性 空气渗透率 (10启动压力梯度 (m)1 弱亲水 亲水 亲水 亲水 同渗透率岩样启动压力梯度的实验结果中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院5、压裂对渗流方式的影响图为含人工裂缝储层的平面径向流场图,可以看出其等势线为一族共焦椭圆,压裂后,近井地带的渗流方式发生变化,渗流阻力减小,降低了启动压力梯度对流体渗流的影响,提高了单井产量。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院二、长庆压裂改造特色单项技术钻采工程技术研究院长庆分院是中石油川庆钻探工程有限公司下属单位 。其增产改造研究团队长期从事特低渗透油气田增产稳产技术的研究工作 ,依托低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 , 形成了地质 、 增产改造方案设计和增产效果评价的完整技术系列 , 自主研发了 水平井分段改造 、 缝内转向压裂和稠化水压裂液等多项特色技术组成的技术系列 。 目前 , 技术服务领域已扩大到中国 3大石油公司 。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院整体压裂技术水平井分段压裂工艺技术开发压裂技术缝内转向压裂技术低渗油藏压裂酸化技术底水油藏改造技术裂缝深度暂堵酸化技术产建区块压裂技术老井重复压裂技术 堵水压裂技术特殊井压裂技术压裂液技术压裂优化设计与评估技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院多级注入-闭合酸化技术低渗气藏压裂酸化技术普通酸 +稠化酸酸压工艺变粘酸酸压工艺加砂压裂工艺技术裂 地质分析小型测试压裂室 内试 验压裂优化设计流程示意图压裂施工实时监测压裂参数优化压裂工艺方案制定产量预测经济预测压后测试产量与经济评价低压、低渗透油气田压裂酸化具有自身特点,压裂优化设计中对地层与工艺、单井与区块、裂缝与井网、伤害与保护、投入与产出等应全面进行优化。★ 与油藏工程结合的储层评价★ 小型压裂测试与解释★ 裂缝系统评估★ 压裂液体系评价★ 压裂酸化效果预测评估★ 风险评估★ 压裂施工实时监测分析与评估★ 压力数据拟合与分析★ 试井解释与分析★ 压裂工艺过程分析与评估★ 压裂效果评价★ 经济效果评估压前评估 压后评估1、压裂优化设计与压后评价中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院2、低渗油田开发压裂技术定 义将压裂裂缝作为贯穿油田开发全过程中的一个重要地质特征,以提高采收率为总体目标,通过 开发井网 与 压裂裂缝 系统优化匹配设计,达到改善区块整体开发效果的目的。解决问题解决注采井网的开发矛盾,实现最大面积波及系数矩形井网与裂缝方位优化组合示意图( 1)注采井网设计(行列式 /五点井网 … )( 2)压裂井别选择(注水井 /采油井)( 3)裂缝长度、导流能力设计中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院应用实例实验区名称: 实验区面积: 6储层有效渗透率: 10原生产井网: 反九点井网地质条件井网: 矩形井网;采油井井距: 480× 330m;注水井井距: 960× 330m ;压裂井型: 采油井压裂,注水井不压裂;优化裂缝半长: 170果跟踪 8年):( 1)平均单井产量: 增加 d;( 2)采收率: 提高 7%;( 3)最大净现值: 提高 ( 4)投资回收期: 缩短 发压裂效果跟踪中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院技术推广矩形井网330× 480550排距井网100× 10 10 砂岩油藏目前 , 应用该项技术不仅使安塞 、 靖安 、 大路沟 、 10油田得到经济有效开发 , 也使得以西峰 、 华庆为代表的 10超低渗难动用油田储层实现了有效开发 ,并实现区块建产 500万吨以上 。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院针对低渗油田水驱开发 , 井网内地层压力 、剩余油分布不均 , 高含水区和死油区并存 , 低产井常规重复压裂效果差等问题 , 研究了缝内转向重复压裂工艺技术 。技术特点堵老缝 、 压新缝 , 实现裂缝转向 。生产中多条裂缝共同发挥作用 。缝内转向压裂裂缝延伸示意图技术背景3、缝内转向压裂工艺技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院实例井 1: 温度曲线18 加入转向剂前后井底施工压力明显不同 , 微地震裂缝监测显示该井重复压裂形成了十字交叉的两条人工裂缝 。现场测试内容: 井底压力、微地震裂缝实时监测实例井 2: 微地震裂缝实时监测00 压裂裂缝延伸方向发生了明显的变化 。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院典型井压裂施工压力监测曲线现场应用效果(老井):缝内转向压裂工艺技术已在长庆 、 新疆 、 中石化等老油田 应用 800多口井 , 在低渗透油田老井应用 660口井次 , 已 累计增油 68万吨 左右 , 措施 有效率平均 老井重复压裂后平均产量比压前产量提高 1倍左右 。 取得了明显的增产效果 。 部分井实现了单井增油和有效天数 “ 双过千 ” 的佳绩 。加入转向剂缝内转向压裂技术在不同区块老井的应用效果油田 层位 推广时间 井数 口产量, t/d 有效天数天单井增油施前 措施后长庆长 6 200067 8 20057 3 20039 疆 乌尔禾 , 克拉玛依 20049 国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院年度 油田 井数 层位初次产量 复压产量 有效率%投产产量(第三个月)油m3/d 含水%2003 安塞 3 长 6 006 姬源 4 延 9、 长 4+5 007 姬源 8 长 1、 长 4+5 008 姬源 5 长 4+5、 长 8 009姬源西峰靖安24 长 1、 长 4+5 新井重复压裂技术在安塞 、 姬源和靖安等油田特低渗油层产建区域应用 44口井 , 措施有效率 100%, 使得大部分井都实现了顺利投产 。现场应用效果(低效新井):低产、低效新井应用效果中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院井号 措施 层位 射孔井段 m 厚度 排结果砂量量m3/次压裂 长 4+ 2125 1975油花 4+ 5 200 2050 4+52上段初次压裂形成的支撑裂缝向上偏离目的层段,在其上部干层形成较长的支撑裂缝。对投产产量影响较大。实例: 艺技术 加砂量 量m3/比 % 破压m3/d)油(t/d)含水(%)5 85 0 0转向压裂 18 2 05抽汲不产液 ,排出总液量 35过地质资料分析认为该井物性较好 , 压裂后应具有一定的产能 。 重复压裂采用缝内转向压裂技术 , 加砂 18试油日产液 42m3/d,日产油 26t/d,投产一年后日产液 d, 日产油 d, 重复压裂改造效果明显 。实例: 井堵水技术技术背景:由于储层天然微裂缝发育或者压裂过程中单翼裂缝的过度延伸 , 部分油井在生产过程中含水上升快或暴性水淹情况严重 。 为改变这种现状 , 自 2007年起开展了油井堵水工艺技术研究 。从油井出发堵水 , 增强堵水针对性;封堵过长的人工裂缝及其远端和水井连通的微裂缝 , 屏蔽水流通道;通过 “ 过顶替 ” 预留采油裂缝 。技术特点西4 0 - 0 3 3 采油曲线02468050681106014 71007014 71008014 71009014 70102030405060708090100日产液 日产油 含 水中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院堵剂名称 基液粘度( 成胶时间 ( h) 成胶强度( 堵率 % 动态有效期(年) 备注堵油率 堵水率08于 10000 46 封堵微裂缝08于 10000 30 93 0~20( 45~10 大于 10000 34 88 04 弹性胶体 100 100 时成胶 ,封堵远端裂缝水层00 高强度固体 100 100 时成胶 ,封口弱凝胶 凝胶 凝胶 凝胶 凝胶 缝性见水油井 老井堵水 38口井 , 有效率 增油率 累计增油 5224t;超前注水区域 新井堵水 16口井 , 有效率 100%, 单井产水量 d, 动液面80↗ 1471m。水井调剖 1口井 , 同井组中 5口油井 4口井产量增加 ( 井组提高 d) ;底水油藏油井堵水 4口井 ,有效率 100%, 3口井产液量由 26m3/d;化学封堵套损井套损部位 1口井 , 措施后 3年 , 产量恢复 、 含水和动液面稳定应用效果中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院对应井组效果: 措施井对应的 38个井组中 , 有 22个井组实现增产 , 井组日增油 12个井组降低了递减速度 , 堵前递减 1t/d, 堵后递减 d。2010年在西峰油田施工的 3口井 , 对应井组均有明显控水稳油效果 。 3个见效井组 15口井 , 堵水后日产液 日产油 含水 井组实现增产 数10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 221 231 241 251 261 271日产液 日产油 含 水油井堵水施工中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院前日产液 日产油 含水 。0204060801001200510152025日期20054产油 含 水堵水 +转向压裂2009口井 , 3口井增产 , 平均单井日增油 累计增油 645t。油井堵水 转向压裂中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院柳 77 该井 1998年 8月投产 , 措施前 (2008年 9月 )日产液 日产油 水 2010年 日产油 水 措施有效天数为 612天 , 有效期内目前平均日增油达 累计增油 77 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11时间(h)压力(水 规压裂或酸化无法有效解除油田老井人工裂缝和储层基质的垢物堵塞 ;常规水基胍胶压裂液残渣含量高,对储层伤害大,常规清洁压裂液配液要求高,成本高,难以推广。技术背景技术原理稠化水酸性清洁压裂液主要成分 液态稠化剂 与水简单混合即可 快速交联携砂 ,温度升高、遇 原油和地层水 稀释即可破胶。液体系列 适用储层条件 技术成熟度 基液 增稠剂 交联剂 破胶剂低温系列 温度 破胶性 :无需添加破胶剂 , 遇原油和地层水破胶 , 破胶液粘度 89%。技术指标(低温体系)中高温体系( 60 ,已完成室内评价)低温体系( <80 ℃ ,已大面积推广)中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院稠化水酸性清洁压裂液老油田油井压裂改造效果统计表老油田油井压裂 应用 105口井 , 措施有效率 单井 日增油 1.5/d。老油田注水井增注改造 应用 25口井 ,单井 日增注 d, 已累计增注 53271产建区块新井压裂 应用 107口井 , 投产第三个月单井产量比邻井 提高 d。井数口压前 压后 目前( 日增油t/d 油t/d 含水 % 液m3/d 油t/d 含水 % 液m3/d 油t/d 含水 %105 0075 11应用效果井数口措施前 目前( 日增注量(m3/d)累计增注(效天数(d)油压(配注(日注(油压(配注(日注(5 3271 150稠化水压裂降压增注措施效果表井别 井数 口投产第一个月 投产第三个月液m3/液m3/d 含水 %试验井 107 比井 116 化水压裂投产井生产动态数据表中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院6、二氧化碳泡沫压裂技术技术背景长庆上古生界低渗砂岩气层水锁伤害严重, 水锁伤害率在 25 为降低压裂液中液相的比例 , 降低储层伤害 , 开展了 技术原理该体系主要由三部分组成: 气相 ( 二氧化碳 ) 、 液相和表面活性剂 。液态 与水基胍胶压裂液实现气 、 水混相交联 , 形成稳定的 达到压裂携砂性能要求 。 泡沫液携带支撑剂进入裂缝内 , 施工结束后 ,压力释放 , 气体膨胀 , 压裂液迅速返排出地面 。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院技术特点粘度高( 80℃ 、 1700, 携砂和悬砂性能好;5%,储层平均伤害率为 11%;入地液态 后返排率高达 98%;水基胍胶压裂液酸性交联,稳泡时间大于 90泡沫压裂液摩阻仅相当于清水的 40达到的技术指标最大井深 3800m,最高温度 130℃ ;单井最大加砂量 高砂比 最大泡沫质量 66%。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院力压裂对比井井数 平均无阻流量 井数 平均无阻流量(口) ( 104m3/d) (口) ( 104m3/d)33 9 与水力压裂对比井相比较 , 104m3/d, 提高 , 增产效果明显 。形成有效应力遮挡,避免井筒内液体通过射孔孔眼进入地层,或地层流体通过射孔孔眼流入井筒。( 1)、解决问题( 2)、技术原理多级封堵颗粒在携带液的悬浮作用下,进入射孔段,携带液滤失,封堵颗粒在 高温( 130~ 150℃ )、 高压 ( 15~ 20下胶结成 无渗透性 的固体物质,隔断储层与井筒的流体流动通道。7、射孔孔眼颗粒封堵技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院水相渗透率接近 0;在高温、高压、地层流体下不降解;反向承压 6~ 15可解除。封堵颗粒压块后形态图( 3)、封堵颗粒的性能指标正向挤注 41)应用地区: 中海油气井;( 2)目的: 封堵非目的层射孔段,选层进行压裂改造;( 3) 封堵效果: 压前无前出,压后日产气 10× 104 d,产水少量,已生产时间 10个月。产水层,对三段射孔段进行封堵补孔,进行压裂作业( 4)、现场应用情况中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院工艺原理:下入管柱 坐封 压裂第一层 压裂第二层 完井生产8、直井分层压裂改造技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院分层工具类型及适用性:工具类型: 不动管柱分压层数: 1适用套管尺寸: 41/2 〞 、 5 〞 、51/2 〞 和 7〞 。层压裂 分层压裂高出平均日产气量(104m3/d)应用效果该工艺已在气田开发中推广应用,施工成功率较高,应用效果较好,有效的缩短了试气周期,提高了单井产量。苏里格气田分层与单层、合层压裂效果对比酸化压裂井次 360余井次管柱工作最长时间 48天工艺成功率 100%封隔器处最大井斜 71°最高井温 155℃封隔器最大下深 626251)提高单井产量;( 2)可减缓底水油气藏的底水锥进速度;( 3)节约土地面积;( 4)可实现对不连续砂体的沟通;( 5)增大薄油气层的泄流面积;……节约土地、沟通不连续砂体减缓底水锥进速度 对薄油气层进行强化处理9、水平井分段压裂改造技术中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院长庆油田自 1993年起开展了水平井钻井 、 分段压裂的 可行性试验研究 。 并在室内研究和现场应用的基础上 , 结合储层特点 , 对水平井布井 、射孔 、 压裂 、 井筒封隔技术 、 裂缝数目 、 施工参数的优化等基础领域进行了探索研究 。1994年采用 填砂 +液体胶塞封隔技术 在国内首次实现了水平井的分段隔离 、 分段改造; 2004年在国内首次将 水平井机械隔离分段压裂技术成功应用于塞平 5井 、 大庆双平 1井; 近两年来 , 开始在苏里格气田大规模应用 裸眼封隔器分段压裂和水力喷射分段压裂 工艺 进行水平井的压裂改造 ,并取得了突出显著成效 。随着油气田品位的不段下降 , 水平井分段压裂工艺向着更长水平段 、更多分压段数方向发展 , 套管 为目前讨论和研究的热门技术 。中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院裂缝参数的优化设计限流法分段压裂液体胶塞分段压裂封隔器、桥塞分段压裂连续上提封隔器卡封压裂裸眼封隔器分段压裂水力喷射分段压裂
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