近年來,隨著中低滲儲量所占比例的不斷增加,中低滲油藏的合理開發已成為油藏開發研究及實踐的重點之壹,並已取得了顯著的成果,主要包括:
1.3.1精細研究地應力場及裂縫分布規律
地應力場及裂縫分布規律研究具有重要意義,它在註采井網設計、鉆井過程中井壁的穩定性、地層破裂壓力的預測、油層改造措施中裂縫方位及幾何尺寸的預測、油水井套管的應力損壞分析等方面具有重要作用[1-4]。
地應力場及裂縫分布規律主要包括以下內容:裂縫成因、裂縫體系及其分布,裂縫參數,裂縫延展性,現今應力場狀態及其對裂縫開啟性與封閉性的影響,儲層裂縫特征及評價。
主要研究手段是:利用地震資料研究儲層裂縫形成的構造背景,應用區域露頭地質調查資料,利用巖芯資料、通過古地磁恢復研究裂縫特征,利用測井資料計算分層應力剖面,采用現場測試技術研究地應力分布,應用應力——應變理論、采用數值模擬技術研究應力場狀態和裂縫發育分布規律。
1.3.2合理部署開發井網
中低滲油藏儲層非均質性嚴重,天然裂縫和人工裂縫加劇了儲層的非均質性,開發井網是否適應這種地質條件,將對開發效果產生重大影響。研究開發井網的合理部署,就是要研究開發井網與儲層非均質性、特別是與裂縫分布的匹配關系,以及合理的井網密度,從而減緩含水上升,提高波及系數,提高采收率。
①井網方式與裂縫的匹配。
理論研究及礦場實踐表明,井網部署與裂縫延展方向是否匹配,影響開發效果[1、2]。當註采主流線最大限度的與裂縫延展方向避開時,水驅控制程度增加;反之,水驅控制程度減小(圖1-1)。
目前壹般認為矩形井網對儲層裂縫分布的適應性較好,是值得推薦的布井方式[1、2、6、7]。
②合理井網密度。
科學合理的井網密度應既能使儲量損失小、采收率高、采油速度較高,又能取得較好的經濟效益。對於低滲透油田而言,井網密度是關系開發成功與否的關鍵問題。
低滲透油田註采壓差主要消耗在註采井底附近,註采井間的有效驅替壓差小。渤南油田資料計算的註采壓差剖面表明(圖1-2),80%的註采壓差消耗在註采井底30m範圍內,註采井間的驅替壓差僅占註采壓差的20%[3、4]。因此,低滲透油田註采井距不宜過大。
低滲透油田由於受導壓能力弱和非達西流特性的影響,其井距對產量影響較高滲透油田大。以華北油區留路油田留17塊為例[3、4],註水井地層壓力為43.7MPa,與之相距300m的采油井地層壓力只有16.2MPa,註采井間壓力消耗達27.5MPa。在兩井間加密采油井1口,註采井距縮短到150m,新采油井的地層壓力為32.7MPa,註采井間壓力消耗為11MPa。調整後油井產能及註水井的吸水能力大幅度增加,單井日產油由4.9t/d上升到8.6t/d,單井日註由17m3/d上升到54m3/d。
井距的大小還受到經濟因素的制約,勝利油區計算的經濟極限井網密度為7-8well/Km2,大於該值,則經濟效益差。
因此,低滲透油田開發應適當采用較小的井距,但應考慮經濟效益,選取適當的井網密度。
1.3.3優化開發方式,提高采收率
低滲透油田、尤其是異常高壓低滲透油田開發方式壹般采取初期利用天然能量開采,在壓力下降到壹定程度後,選擇適當時機人工補充能量開發。補充能量開發壹般采取註水方式,在保證水質的前提下,高壓註水。根據油藏特點還可采用周期註水的方式改善開發效果。另外,低滲油藏國外普遍采用註氣開發。
①充分利用天然能量。
低滲透油田尤其是高壓低滲透油田初期壓力高、註水困難,充分利用天然能量開采,在獲得較高的壹次采收率的同時,還可以延長無水采油期,改善開發效果[6、7]。國內外低滲透油田開發通常采取充分利用天然能量的方式開發,取得了好效果(表1-2)。
表1-2 國內外部分油田壹次采收率情況統計表
油田名 埋深(m) 原始地層壓力(MPa) 註水時
地層壓力(MPa) 采出程度(%)
多林納麥尼利特 2400 32 23 18.4
馬西深層 3944 56.8 38.8 8.4
中原文東 3450 59.9 33.5 4.9
柰斯庫勒 3478 59.13 39.3 8.14
牛25-C 3250 55 26 4.9
多林納維果德 3000 31.4 20.5 12
渤南五區 3250 33.5 27.6 0.87
②周期註水
周期註水提高水驅波及系數和采收率的機理主要是利用周期性地提高和降低註水壓力的方法增加油層系統的彈性能量,在油層內產生不穩定壓降,從而在不同滲透率區間產生相應的液體不穩定交流滲流。礦場實踐表明[1-4、6、7],非均質性嚴重的低滲透油田進行周期註水,可以比常規註水提高水驅波及系數10%-25%,采收率提高3%-4%。
③註入烴類混相驅
在高壓下使註入的天然氣與油層中的油發生混相形成混相帶,隨著註入壓力的繼續,混相前緣不斷向前驅動,從而把油采出來。實踐證實該方法提高采收率效果良好。
澳大利亞的締拉瓦拉油田油藏埋深3000多米,儲層滲透率在1×10-3μm2——15×10-3μm2之間,其中40%的儲層滲透率低於5×10-3μm2,儲層非均質性嚴重,連續性差。該油田1982年開始實施高壓註氣混相驅油試驗,1984年在全油田範圍內進行高壓註氣采油,測算采收率比水驅采收率提高20%[1、6]。
美國布裏傑湖油田是壹個深層低滲透油田,油層深度4680m,原始地層壓力51MPa,儲層平均滲透率為7.9×10-3μm2。該油田由於註水壓力高和水驅采收率低,以及缺乏水源,因此於1970年開始進行高壓註氣,日註氣量在18×104m3/d——43×104m3/d之間,註入壓力27 MPa——33.6 MPa。1970年底註氣見效,產油量由註氣前的461m3/d上升到509m3/d。測算采收率為43.4%,比水驅采收率提高17.4%[2、7]。
④註CO2
高壓下將CO2註入油層溶解於原油中,使原油粘度降低、體積膨脹、流動性變好,形成混相,降低界面張力,大幅度提高原油采收率。
註CO2壹般要求為:油層深度610-4000m,地層傾角小,地層壓力為14.1MPa以上,原油性質好。
美國的低滲透油田東北帕迪斯林格油田,油層深度2460-3060m,滲透率為0.9×10-3μm2——8.9×10-3μm2。該油田1953年投入開發,1960年開始註水開發。由於含水上升,產量迅速遞減。1980年開始實施註CO2改善開發效果。註CO2後原油產量大幅度增加,預計註CO2可使油田開發延長13年,提高采收率11%[6、7、10]。
1.3.4應用油層保護技術,防止油層傷害
國外極其重視低滲透油田的油層保護工作,在完井作業時,采用的壓井液和固井水泥比水的密度還低,甚至采用混氮氣柴油作完井液,以保護油層的自然產能。
國內勝利油區結合實際情況[3、4],自1991年開始進行中深層低滲透砂巖油藏油層傷害機理和油層保護技術的研究,發展並建立了微觀機理研究與宏觀模擬實驗相結合、物模實驗與專家系統判別相結合、室內研究與礦場實施相結合的研究路線與配套研究技術。
主要工作路線為:
①在實驗室利用試驗方法對引起地層傷害的原因進行評價,並建立了相容性流體體系的標準。
②對油藏進行油層物理和巖石礦物學特征研究,研制能夠定量描述油層傷害的預測工具。
③針對不同類型油藏掌握水巖反應及酸巖反應機理,並研制專門軟件用於註水、酸化增產和解除油層汙染的設計。
④形成了控制和解除地層傷害的施工工藝技術。
微觀機理研究主要借助電子掃描電鏡、電子探針、X衍射、巖石CT層析系統等先進儀器設備以及常規手段對巖石礦物組成、分布形態、孔隙結構特征等進行綜合分析研究。主要研究低滲透砂巖儲層敏感性礦物以及潛在的傷害因素。
宏觀模擬實驗主要通過引進和自行研制的大型巖芯流動實驗流程,在模擬地層溫度壓力條件下,對低滲透油田開發的各個環節的作業過程和入井液進行評價篩選實驗,探索油層傷害的機理、規律,研究解除和預防措施。
為了對勝利油區低滲透油藏的保護技術進行系統研究,專門建立了大型的油氣層保護數據庫,該數據庫包括59個數據文件庫,包括地質基礎分析化驗參數;鉆、試、采入井液及其現場測試和實施參數;油氣層保護管理參數。
在此基礎上,建立了油層保護計算機專家系統,該系統由神經網絡預測、探井預測、水巖反應機理三方面組成,通過該專家系統,可以借助鉆井巖屑分析資料和錄井資料對油藏有關油層傷害機理和油層保護研究的各種參數(比如敏感性、粘土礦物、孔隙度、滲透率等29個參數)進行專家預測和分析,為油藏開發設計提供依據,解決了探井無巖芯分析資料、開發井分析周期長、分析費用高的難題。
利用上述綜合研究技術,對樁120塊、史深100塊、車西、大蘆湖、渤南、濱南等十幾個油田區塊進行油層保護技術綜合研究攻關,在現場實施過程中取得了重大突破,獲得了明顯的經濟效益。
如孤北地區以前采用高密度、對油層傷害大的絡鐵鹽泥漿完鉆探井38口,只有10口井經過酸化壓裂才獲得低產工業油流,而其它井雖然口口見到良好的油氣顯示,但達不到工業產能。1997年在該地區采取低密度的正電膠泥漿和屏蔽暫堵技術,實施後,孤北105試油產量達到64.2t/d,孤北341試油產量達到40t/d。