低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用_马珍福.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：马珍福，邵现振，李刚，等低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用非常规油气，（）：，（）：低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用马珍福，邵现振，李刚，唐林，杨鹏，颜丙富，陈德春，庄栋，张红（中石化胜利油田河口采油厂，山东 东营 ；中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 ）摘要：为了对低渗油藏压驱注入后储层渗透率的动态响应机制以及压驱参数对增注效果的影响规律进行进一步研究，以渤南油田义区块为研究对象，根据其地质特征建立了有限元数值模型，明确压驱后孔隙压力和渗透率的动态演化过程，借助油藏数值模拟软件将压驱后储层孔渗变化进行表征并进行压驱注入参数模拟和优化，对优化结果进行矿场验证。研究结果表明：）实施压驱工艺后，储层构造和裂缝等因素造成的能量补充不均衡是导致油井增产差异明显的主要原因；）压驱流体的携能作用会率先引起孔隙压力的显著提升，孔隙压力的改变使得地应力场的分布随之改变，进而导致储层岩心发生体积形变，最终影响储层渗透率的大小及分布；）通过开展水驱开采效果模拟并进行压驱注入参数优选，当压驱排量为 ，注入总量为 时，其增渗增产效果最好，按照优选结果实施后发现该井组的平均日产油量比之前提高 倍。该研究为解决低渗油藏注采困难等工程问题提供理论指导。关键词：压驱机理；体积扩容；增渗增注；数值模拟；参数优化中图分类号：文献标识码：，（.，；.，（），）：，收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目“爆燃压裂中饱和脆性岩石细观损伤机制及其对宏观破坏的控制规律”（）第一作者简介：马珍福（），男，研究生学历，高级工程师，主要从事油气田开发管理工作。：年月马珍福等：低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用 ，：），；），；），：；引言近年来，我国已探明尚未开采的油藏中，低渗和超低渗的非常规油气藏占比较大，因此对其的开采已经成为我国未来油气田开发事业的难点与重点。对于低渗和超低渗油藏的开发，正在逐步朝着注水开发的方向发展，然而该类油藏储层相对致密，甚至无裂缝和裂隙，因此注水开发过程中的压力传递问题成为增产增注的关键所在。为了改善地层渗流条件，提高低渗油藏的产能，目前对储层进行压裂改造和化学增渗成为了油气田开发现场的常用手段。然而，常规压裂工艺易受储层地质条件的影响，由于油藏储层性质的差异，油田现场施工效果不甚理想，而化学法增渗又受技术和成本等限制，且会对储层造成不同程度伤害和污染。针对这种情况，胜利油田率先提出一种新型的工艺技术 低渗油藏压驱扩容增渗工艺技术，即以低于储层破裂压力将高排量、大液量及低黏液体向地层内注入，通过改变地层应力场，使得裂缝两端面因受剪切应力而发生撕裂和滑移，进而导致裂缝容积增大和储层渗 透 性增 强 的 一 种 新 型 技术。岩石 扩 容 理 论 最 早 出 自 由 剑 桥 大 学 的 教授 于 年提出的砂土的强度和扩容理论模型。教授 于 年总结了砂岩的扩容角，提出了扩容性能和临界强度角的理论关系。等人 于 年起对加拿大阿尔伯塔地区的海相 和 油砂进行了三轴岩石力学实验，在三轴试验中测得了体积扩容。国内虽然在岩石的扩容机理研究方面起步较晚，但水力扩容压驱技术在油田的应用已走在前端，从 年起在新疆风城油田 开发中，为实现快速建立井间连通，提高后续注蒸汽能力，目前已累计实施 余井次。虽然国内外许多学者对岩石扩容理论和技术开展了相关的研究，取得了一些成果和认识，但这些研究成果更多的是岩石力学响应及扩容演化机理研究，而对于压驱注水开发的扩容增透规律、数值模拟及压驱注水开发工艺效果并没有形成统一的理论方法。该文以渤南油田义区块为研究对象，基于 有限元分析软件建立了压驱注水油藏数值模型进行模拟，明确压驱注水后储层压力和渗透率的响应规律，分析扩容增渗机理，结合现场施工后增产增注效果对关键技术参数进行优化，为油田后续开发提供重要的理论支撑。压驱扩容增渗工艺技术低渗和特低渗油田具有储层物性差、渗透率低以及孔隙结构复杂等特点，在开发过程中地层能量耗散严重，衰减迅速，严重影响油田的开发潜力。注水开发作为二次增能开发的主要技术适用于能量衰减油藏开发，然而低渗油藏的特点决定了常规注水难以有效补充地层能量，使得水驱波及程度低，油井受效时间短，从而导致最终开发效果不理想。因此，只有在注入压力梯度超过某一启动压非常规油气油气开发 力梯度时，流体才能被压入地层。压驱扩容增渗工艺技术通过将高排量、大液量及低黏液体向地层内注入，促使携能流体从井内挤入地层并在地层中渗流扩散，极大地将储层压力提升至破裂点压力，从而在注水井井周附近区域形成损伤增渗带，提高储层的渗流能力，以达到解决注水困难和补充地层能量的目的 。高压携能流体进入地层后首先引起储层孔隙压力的大幅提升，孔隙体积受流体挤压而膨胀，随着孔隙压力的持续增大，在其张拉作用下，储层内天然微裂缝、微裂纹也逐渐开启，持续的高压携能流体的注入进一步使得裂缝尖端产生张裂、扩展和延伸，地层内的裂隙、裂缝逐渐串联沟通形成连网状结构，从而极大提高低渗储层的渗透性 。在此过程中，一方面，岩心骨架颗粒在剪切作用下发生翻滚、旋转，另一方面，岩层内微裂隙因流体的挤入而发生错动、滑移，使得储层产生无法恢复的塑性损伤形变，形成不可逆的渗流通道，极大改善储层渗透能力。此外，压驱注水后，储层岩石力学性质也会发生变化，应力场分布也趋于均匀，岩心塑性增强，更利于建立有效驱替。低渗岩石骨架颗粒压驱扩容增渗机理如图所示，低渗岩层压驱扩容增渗机理如图所示。图低渗岩石骨架颗粒压驱扩容增渗机理 图低渗岩层压驱扩容增渗机理 义 区块开发现状义区块位于山东省东营市河口区境内，区域上位于渤南油田三区西部，地处平原。该区块南为渤南大断层，是该区块控藏的主断层，走向近西北东南向，延伸长度大于，断距为 ，北东倾，倾角为 ；北断层为渤南大断层的伴生断层，走向近北东向，延伸长度大于，断距约为 ，北西倾，倾角为 。这条断层为该研究区块的 主 控 断 层，闭 合 高 度 为 ，圈 闭 面 积 。该研究区块为典型的构造岩性油藏，其主力含油层系为沙三段砂组，沙三段砂组平均油藏埋深为 ，含油面积为 ，地质储量为 ，标定采收率为，可采储量为 。根据现场提供的油藏地质资料，义 区块属于中孔、特低渗油田，具有储层物性差、胶结程度高、孔喉分选性差以及非均质性较强等特点。自 年 月投入开发，已经经过了 多年时间的开采，地层能量亏空严重，且由于储层较为致密，注采压力传递困难，因此，于 年月底对井组以平均注入排量为 、总注入量为 开展压驱施工，以达到补充地层能量、延长增注增产效果 能 力 的 目 的，施 工 后 各 油 井 增 产 效 果 如图图所示。图井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，图井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，年月马珍福等：低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用图井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，从各油井施工后日产液量和日产油量的变化来看：井压驱后不受效，日产油量和日产液量都呈现为降低的趋势；井在压驱后受效不明显，压驱前后该井的日产油量和日产液量几乎无明显变化；井在压驱施工后短暂受效，具体表现为该油井的日产油量和日产液量短期内有提升，随后又逐渐降低。因此，整个压驱井组的开发现状表现在个方面：）储层致密，注入排量较小，无法造成大幅度增渗，注采压力传递困难，地层能量亏空严重；）由于储层构造、裂缝和渗透率分布等因素导致各井水驱效果差异明显。）水驱压力传导无明显规律，能量补充不均衡。因此，需要开展压驱增产效果的数值模拟，明确压驱过程中注入参数对储层的增渗效果及驱油效果的影响规律。压驱增注增产数值模拟 模型构建根据渤南油田储层物性现状，构建非均质低渗储层压驱模型，设定计算模型的长和宽各为 ，模型边界压力为封闭边界，边界无位移，有限元网格采用 含应变位移和孔压个自由度，在模型中设定个注入点和个采出点以模拟反五点井网。以渤南油田义区块的油藏性质和储层特征作为赋值依据，对储层模型网格赋与的特性描述参数如表所示，网格划分后的模拟储层井位分布如图所示。表扩容增渗模拟参数设计表 弹性模量 泊松比平均渗透率（）孔隙度地层压力 岩石屈服强度 岩石抗压强度 最大水平主应力 最小水平主应力 图非均质低渗储层模型井位分布图 基于 有限元软件模拟计算注水过程中的压驱扩容增渗现象，将整个模拟过程分为个阶段，第阶段为压驱注水阶段，在此阶段以高注入排量生产 ；第阶段为正常注水阶段，压驱扩容增渗完成后将注入排量减小至，此阶段持续 。压驱注水增渗动态响应在压驱注水过程中，注入流体在岩心中流动扩散会率先引起储层孔隙压力的剧烈变化，不同注入时刻下储层内孔隙压力演化过程如图所示。由图可知，低渗储层中的非均质性和地应力差异会严重影响压驱过程中孔隙压力的分布范围、均匀性以及孔隙压力梯度大小。整个压驱过程中，孔隙压力的分布呈现出以最大主应力方向为长轴的“椭圆状”，从注入井至储层边界孔隙压力逐渐降低；压驱结束后转为正常注水，储层孔隙压力逐渐向四周扩散并趋于平衡，分布较为均匀。图所示为压驱过程不同时刻下增渗范围分布图。由图可知：由于流体的携能作用会引起孔隙压力的显著提升，储层地应力场的分布随之改变，非常规油气油气开发 进而使得储层岩心发生体积形变，最终影响储层渗透率的大小及分布，因此在压驱过程中，储层增渗范围也呈现出“椭圆状”，且其增渗程度由注入井至储层边界逐渐降低，压驱结束转为正常注水后，随着孔隙压力的扩散降低，其增渗程度也随之下降，这是由于在高孔隙压力作用下，岩石骨架有效应力逐渐减小，孔隙弹性膨胀，引起可恢复的弹性增渗；同时，高孔隙压力梯度引起岩石发生塑性损伤形变，激发岩石基质中细观裂纹发生起裂扩展，形成不可逆的渗流通道，引起不可恢复的塑性增渗。图不同时刻下压驱孔压分布图 图压驱过程不同时刻下增渗范围分布图 水驱动态模拟通过开展压驱数值模拟，明确了压驱注水增渗机理，并在上述研究的基础上，将压驱后储层孔渗变化进行表征，从而借助油藏数值模拟手段，开展以水驱开采效果为指标的压驱注入参数优化研究，明确压驱参数对开采效果的影响规律，为后续压驱设计提供支撑。设定的计算模拟区的大小为 ，东西方向和南北方向均匀划分成 个网格，最终形成 共 个网格数目，各采出井之间的距离为 。在模型中设定个注入井和个采出井以模拟反五点井网，并将压驱有限元模拟的增渗范围及程度嵌入该模型。水驱动态模型注采井位及扩容增渗分布如图所示。图水驱动态模型注采井位及扩容增渗分布 年月马珍福等：低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用）不同压驱排量水驱效果模拟在上述对义区块以 的注入排量压驱施工中，整个井组的增产效果不明显，初步推测所选注入排量较小，因此在该基础上增大压驱注入排量，拟确定压驱排量为 ，和 。利用数值模拟模型，探究不同注水量下的生产井的采油速度和采出程度的变化，从而优选对该区块地层能量合理补充的最佳压驱注入参数。图 所示为不同压驱注入排量下水驱效果图。图 不同压驱注入排量下水驱效果图 为了更直观观察模拟结果的变化趋势，分别绘制不同注入排量下的采油速度和采出程度变化曲线，如图 和图 所示。图 不同压驱注入排量下的采油速度 图 不同压驱注入排量下的采出程度 从图 和图 中可以看出，采油速度和采出程度随压驱排量的增加呈现出先增大后减小趋势，当注入排量在 时，该井组的采油速度及采出程度最好，分别达到 和 ；当压驱排量超过 后，采油速度及采出程度不断降低，表明压驱排量越大，受储层非均质性的影响越明显。这是由于当注入排量超过某一定值时，受储层非均质性及水力裂缝的不利影响渐渐大于水驱增渗能力，采油速度及采出程度随之降低。）不同压驱总注入量水驱效果模拟结合油田现场开采施工数据及该井组储层能量亏空情况（亏空 ），在水驱模拟过程中，拟确定总注入量为 ，和 。利用数值模拟模型，探究不同注水量下的生产井的采油速度和采出程度的变化，从而优选对该区块地层能量合理补充的最佳压驱注入参数。图 所示为不同压驱总注入量下水驱效果图。为了更直观观察模拟结果的变化趋势，分别绘制不同压驱总注入量下的采油速度和采出程度变化曲线，如图 和图 所示。从图 和图 可以看出，采油速度和采出程度随压驱总注入量的增加呈现出先增大后减小趋势，当压驱总注入量为 时，该井组的采油速度和最终采收率最好，分别达到 和 。压驱注入量过小，能量补充不足，难非常规油气油气开发 以达到理想水驱效果，压驱注入量过大，受储层非均质性的影响越发明显，又会导致油井见水较早，降低采 收率，因 此，总注入量 选 取 略 大 于 地 层 亏空值。图 不同压驱总注入量下水驱效果图 图 不同压驱总注入量下的采油速度 图 不同压驱总注入量下的采出程度 压驱扩容增注技术在油田现场应用按照上述模拟优选的压驱注入排量和注入总量，于 年月对义区块 井组口井进行现场施工，施工后各油井增产效果如图 图 所示。从各油井施工后日产液量和日产油量的变化来看：压驱施工后口油井都有明显的受效，其中 井受效最为明显，日产油量由 提升至 ；井的日产油量由 提升至 ；井的日产油量由 提升至 。整个井组的平均日产油量平均提升 倍，且该井组受效时间较长，压驱增注增产效果较好。图 井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，图 井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，年月马珍福等：低渗油藏扩容压驱工艺技术在渤南油田的应用图 井组 井日产油、日产液及含水率动态曲线 ，结论以渤南油田义区块为研究对象，分析了其开发现状，通过 有限元软件模拟计算注水过程中的压驱扩容增渗现象，深入探究了压驱注水扩容增渗机理；基于目标区块储层相关参数，建立了压驱注水油藏数值模型，对压驱注入参数进行优选和实际应用。基于以上研究得到如下结论：）对于储层致密的低渗油藏，如何解决注水开发过程中的压力传递问题成为增产增注的关键所在。压驱扩容增渗工艺技术能够将高排量、大液量及低黏液体注入地层，从而在注水井井周附近区域形成损伤增渗带，提高储层的渗流能力，以达到解决注水困难以及补充地层能量的目的。）压驱注水过程中，由于储层构造、裂缝和渗透率分布等因素导致能量补充不均衡，各油井水驱程度存在差异，增产效果不明显。）低渗油藏压驱注水过程中，携能流体进入地层率先引起孔隙压力的变化，储层地应力随之重新分布，进而引起岩石骨架产生体积应变，这种变形又引起储层渗透性改变。）由压驱注水油藏数值模拟结果来看，当压驱排量为 ，注入总量为 时，其增渗增产效果最好，按照优选结果实施后发现该井组的平均日产油量比之前提高 倍。参考文献：刘雪芬，辜文治 注水在特低超低渗透油藏开发中的研究现状与展望 石油化工应用，（）：，（）：赵迪斐，郭英海，刘静，等页岩储层非均质性地质理论的研究现状、进展与方向评述 非常规油气，（）：，（）：李远兵，崔体江，孙江成，等 特高压注水技术在中原油田的研究与应用石油钻采工艺，（）：，（）：，（）：王永辉，李永平，程兴生，等高温深层碳酸盐岩储层酸化压裂改造技术 石油学报，（）：，（）：胡永全，林辉，赵金洲，等 重复压裂技术研究 天然气工业，（）：，（）：罗明坤低透气性煤层酸化压裂复合增透技术研究阜新：辽宁工程技术大学，：，姜培海，张政，唐衔，等非常规油气聚集主控因素及油气富集综合分析非常规油气，（）：，（）：林伯韬，陈森，潘竟军，等风城陆相超稠油油砂微压裂扩容机理实验研究石油钻采工艺，（）：，（）：，王静，蒋明，向洪，等 鄯善油田三类油层压驱新工艺的研究与应用 石油工业技术监督，（）：，（）：陈锋，张 青 庆，姚 威，等含 泥 盐 岩 的 扩 容 特 性 与 剪 胀 角 模型 岩土力学，（）：，非常规油气油气开发 ，（）：，（）：，（）：刘名，姜丹，李婷，等风城油田水平井辅助 技术参数优化 特种油气藏，（）：，（）：刘玉明，孙雷，杨凯雷，等 海上低渗油田保压开采驱替方式实验评 价研究 油气藏评价与开发，（）：，（）：车起君，蒋远征，周小英，等长庆特低渗透油藏超前注水开发规律研究石油化工应用，（）：，（）：林森虎，邹才能，袁选俊，等美国致密油开发现状及启示岩性油气藏，（）：，（）：张春荣低渗透油田高压注水开发探讨断块油气田，（）：，（）：郭明涛，唐跃刚，苏雪峰，等 高压注水对煤孔隙结构影响的试验研究 煤炭科学技术，（）：，（）：郭艳培 流固耦合作用下煤岩渗流演化与润湿分布规律研究青岛：山东科技大学，：，姜许健，潘昭才，张文波，等 高压注水替油技术在裂隙型油藏中的应用石油天然气学报，（）：，（）：长庆探区三维地震技术支撑页岩油开发三维地震技术为长庆探区页岩油开发取得突破性进展发挥了重要作用。今年月底，在东方物探公司研究院长庆分院提供技术支撑的国内首个百万吨页岩油开发示范区，口页岩油井单井产量创长庆油田纪录。今年年初以来，长庆分院页岩油技术攻关项目组在鄂尔多斯盆地油气勘探开发中，继续坚持前后方一体化技术支撑服务模式，持续优化“三个阶段、七个好”的地震、地质、工程一体化支撑方案，运用三维地震精细刻画平台区微构造特征，持续提升超薄甜点预测精度，深入攻关微裂缝空间形态，积极探索以平台为单元的地震油藏建模方法，系统完善页岩油甜点新认识，在页岩油平台部署、水平井优化设计、动态随钻跟踪导向、试油压裂方案优化以及压后施工跟踪分析等方面做了大量有效工作，为长庆油田油气勘探评价开发作出重要贡献。通过近年的三维地震技术攻关及靠前支撑实践，目前，长庆分院页岩油技术攻关项目组已形成 项面向页岩油开发的处理解释一体化关键配套技术，应用效果显著，为实现鄂尔多斯盆地页岩油效益规模开发提供了坚实的物探保障。（非常规油气摘自中国石油新闻中心）