江懷友　李治平　鐘太賢　齊仁理　李　勇

摘要：低滲透油氣田開發(fā)成熟技術有注水、壓裂、注氣等，儲層精細描述和保護油氣層是開發(fā)關鍵。多分支井技術、地震裂縫成像和裂縫診斷技術、新型壓裂技術、注氣提高采收率等新技術快速發(fā)展，發(fā)達國家低滲透油氣田勘探開發(fā)技術日趨成熟。通過對世界低滲透油氣田勘探開發(fā)現(xiàn)狀進行研究，可實現(xiàn)低滲透油氣資源優(yōu)化利用，改善勘探開發(fā)效果，為低滲透油氣田的高水平、高效益勘探開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供理論及實踐依據(jù)。

關鍵詞：低滲透油氣田；勘探技術；開發(fā)技術；現(xiàn)狀分析；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TE321

文獻標識碼：A

引言

低滲透油藏通常具有低豐度、低壓、低產“三低”特點，其有效開發(fā)難度很大。低滲儲層中油氣富集區(qū)，特別是裂縫發(fā)育帶和相對高產區(qū)帶的識別評價、開發(fā)方案優(yōu)化、鉆采工藝、儲層改造、油井產量、開采成本、已開發(fā)油田的綜合調整等技術經濟問題，制約著低滲透油藏的有效和高效開發(fā)。

低滲透油田數(shù)量很多，儲藏著豐富的油氣資源，美國、俄羅斯、加拿大等產油國都發(fā)現(xiàn)了大量的低滲透油田。如美國的文圖拉油田可采儲量達到1×10⁸t，加拿大的帕賓那油田石油地質儲量為11×10⁸t，可采儲量為3×10⁸t。這類油田具有地質情況復雜、開采難度大、產能低和經濟效益差等特點。俄羅斯難以開采的石油儲量占剩余可采儲量的40％以上，從低滲透油藏中采出的石油占全部產量的25％。中國中低滲透原油儲量所占的比例越來越高，中國石油天然氣集團公司從“八五”期間的59％增長到“九五”期間的67％，“十五”期間則占到了70％左右。

1世界低滲透油氣田開發(fā)技術現(xiàn)狀

如何經濟有效地開發(fā)低滲透油氣藏已成為世界共同關注的難題。國外低滲透油田開發(fā)中，已廣泛應用并取得明顯經濟效益的主要技術有注水保持地層能量、壓裂改造油層和注氣等，儲層地質研究和保護油層措施是油田開發(fā)過程中的關鍵技術。

小井眼技術、水平井、多分支井技術和CO²泡沫酸化壓裂新技術應用，較大幅度地提高了單井產量，實現(xiàn)了低滲透油田少井高產和降低成本的目的。美國的文圖拉低滲透油田和加拿大的帕賓那油田分別采用上述技術成功地開發(fā)了地質情況復雜、開采難度大的低滲透油田。國外低滲透油氣田開發(fā)與開采技術形成了以下技術系列。

1.1低滲透油氣藏開發(fā)地質理論

礦物成熟度和結構成熟度低，長石和巖屑含量高，粘土或碳酸巖膠結物多，一般為長石砂巖和巖屑砂巖，石英砂巖少。原生粒間孔和次生溶孔發(fā)育，微孔隙多，孔徑細小，微孔隙喉道發(fā)育，孔隙結構差。基質孔隙具有低孔隙度和低滲透率。儲層裂縫發(fā)育，嚴重影響開發(fā)效果。儲層非均質性強，使含油性差異大。具有壓力敏感性，隨著壓力增大，孔隙和裂縫的滲透率呈負指數(shù)函數(shù)遞減，并具有一定的不可恢復性。含油飽和度低，可動流體飽和度更低，原因為粘土礦物和毛細管的吸附作用，裂縫和溶蝕孔洞提高可動流體飽和度。由于沉移作用造成的巖石顆粒成分、大小、分選、排列、膠結物的成分、含量、膠結類型等因素形成的低孔、低滲儲層。由于物源近，沉積物快速堆積，巖石顆粒相差懸殊，分選極差，不同大小顆粒及泥質充填在孔隙中形成的低孔低滲儲層。由于物源較遠，碎屑物質經過長距離搬運以后顆粒變細，沉積以后形成細粒、孔隙半徑小、泥質或鈣質含量高的低孔低滲儲層。由于沉積后的成巖作用和后生作用形成，包括壓實作用、膠結作用和溶蝕作用。使巖石隨埋藏深度增大，孔隙體積明顯減小，巖石顆粒排列變緊，使儲層物性變差。沉積物中的礦物質沉淀作用使巖石變得致密低滲的現(xiàn)象。石英次生加大、碳酸鹽膠結作用、硫酸鹽膠結作用、沸石膠結作用等。在低孔低滲儲層常形成次生溶蝕孔隙，對改善儲層的孔滲性有積極作用。裂縫提供了儲層基本的孔隙度和滲透率，裂縫提高了儲層的滲透率，裂縫造成儲層強烈的非均質性。

1.2油氣藏描述技術

包括野外露頭天然裂縫描述技術、巖心裂縫描述技術、成像與常規(guī)測井裂縫描述、儲層生產動態(tài)測試資料表征、三維地震、井間地震和井間電磁波等油氣藏表征、三維可視化、綜合地質研究等技術。油藏描述技術是對油氣藏特征進行定性與定量描述、預測，是進行剩余油分布預測和開發(fā)決策的主要技術。由于開發(fā)決策的內容不同，油藏描述技術和方法也不同，描述內容和精細有差別。對進入中后期開發(fā)的老油田，以確定剩余油分布為目的的油氣藏描述必須通過集成化的精細表征，提供準確的剩余油分布狀況，指導油氣田調整挖潛，改善開發(fā)效果。

1.3鉆井技術

包括氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、欠平衡鉆井技術等。

欠平衡鉆井亦稱欠平衡壓力鉆井，這一概念早在20世紀初就已提出，但是直至20世紀80年代初期，井控技術和井控設備出現(xiàn)使防止井噴成為可能，這種鉆井技術才得以發(fā)展和應用。

在美國和加拿大，欠平衡鉆井已經成為鉆井技術發(fā)展的熱點，并越來越多地與水平井、多分支井及小井眼鉆井技術相結合。在美國，欠平衡鉆井占總鉆井數(shù)的比例已經達到30％，歷年數(shù)據(jù)見圖1。

由于欠平衡鉆井技術對降低油層傷害、發(fā)現(xiàn)油層、解放油層有著突出的作用和效果，一直得到勘探開發(fā)界的重視，低壓和低滲透油氣藏最好的開發(fā)方法是水平井加空氣鉆井或氣體鉆井。

1.4完井技術

完井技術包括裸眼完井、水平井裸眼分段壓裂和智能完井管柱。

裸眼完井法是將套管下至生產層頂部進行固井，生產層段裸露的完井方法。多用于碳酸鹽巖、硬砂巖和膠結比較好、層位比較簡單的油層。優(yōu)點是生產層裸露面積大，油、氣流人井內的阻力小，但不適于有不同性質、不同壓力的多油層。根據(jù)鉆開生產層和下入套管的時間先后，裸眼完井法又分為先期裸眼完井法和后期裸眼完井法。

水平井裸眼分段壓裂是對完井時未下油層套管的水平油氣井進行的一種分段壓裂改造，可以提高水平段的孔滲情況，提高儲層的滲透能力。

智能完井管柱，每一個分支的流量可控制，如果某一分支井眼含水超過80％，就關閉這一分支井眼的生產，因此智能完井管柱可以實現(xiàn)分層開采，緩解層間矛盾改善開發(fā)效果。

裸眼完井法的操作相對簡單，在油田的開發(fā)中被廣泛應用，水平段裸眼分段壓裂技術是對油藏的一種改造技術，可以大幅度提高儲集層滲透能力，智能完井管柱在油井開發(fā)過程中后期使用，是提高層間開發(fā)效果的可靠手段。

1.5油氣井類型

油氣井類型包括直井、叢式井、小井眼井、水平井和多分支井。近年大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等鉆井技術獲得了迅速發(fā)展并大量投入實際應用。采用的技術包括導向鉆井組合、隨鉆測量系統(tǒng)、串接鉆井液馬達、PDC鉆頭和欠平衡鉆井等。

(1)水平井。水平井鉆井技術是在定向井鉆井技術的基礎上發(fā)展起來的。目前已作為常規(guī)鉆

井技術應用于各類油藏。水平井鉆井成本已降至直井的1.5～2.0倍，而水平井產量則是直井的4～8倍。2006年加拿大地下開采技術研究中發(fā)現(xiàn)，水平井(斜井)技術可應用于任何油藏，以大幅度提高油井產量和降低生產成本。

水平井鉆井技術正在向集成技術方向發(fā)展，在東德克薩斯和克利夫蘭低滲透砂巖氣藏中水平井的應用近年逐漸增多，取得了較好的經濟效益。

(2)多分支井。多分支井是在水平井、定向井基礎上發(fā)展起來的，指在一口主井眼(直井、定向井、水平井)中鉆出若干進入油氣藏的分支井眼。分支井可以從一個井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鉆穿不同深度的多套油氣層。哈里伯頓公司擁有分支井的全套鉆井、完井、開采和分支井重新進入等配套技術和工具裝備，擁有多數(shù)專利技術，技術處于世界領先地位。

多分支井在油田開發(fā)中解決如下問題：一是通過提高井眼與油藏的接觸長度，增加泄油面積，來提高井生產能力；二是降低井數(shù)，并且減少打井時的地面設備，對于海上油田可減小平臺尺寸和重量；三是降低鉆井和生產的單位成本，從而降低油田的整體開發(fā)成本；四是有效地應用有限的空間；五是減少巖屑和泥漿的排放，減少對環(huán)境的污染。

1.6儲層增產技術

包括氮氣泡沫壓裂、泡沫酸化酸壓、水平井裸眼分段泡沫壓裂、液態(tài)CO₂加砂壓裂、重復壓裂、微聚無聚壓裂液、輕型支撐劑可變形支撐劑和加纖維支撐劑、無聚合物CO₂壓裂、多級壓裂。

在得克薩斯Panhandle油田枯竭致密砂巖氣藏中應用斯倫貝謝公司CO₂壓裂技術后，裂縫半長提高41％，導流能力提高197％，產量提高29％，產層每英尺有效厚度的產量提高164％。作業(yè)成本顯著降低，其中處理液用量減少18％，沖洗液用量減少25％。由于無需強行起下作業(yè)、封隔器潤滑和壓井，降低了油管安裝成本。

壓裂作業(yè)成本很高，占總鉆完井費用的10％～15％，因此需要采取措施來降低成本。經過研究和開發(fā)，壓裂工藝由直井壓裂發(fā)展到重復壓裂、斜井和水平井壓裂、連續(xù)管壓裂和小井眼壓裂等多種壓裂技術，壓裂泵注程序也從單級壓裂發(fā)展到多級壓裂。連續(xù)管技術帶動了壓裂新技術的發(fā)展。連續(xù)管多層壓裂技術可以實現(xiàn)在一個井眼中通過一次起下鉆處理多個層，減少了起下鉆過程，節(jié)約了資金和時間。連續(xù)管壓裂技術方面比較有代表性的有斯倫貝謝公司的CoilFRAC系統(tǒng)和貝克休斯公司的Fastfrac系統(tǒng)。斯倫貝謝公司的CoilFRAC系統(tǒng)，除允許單層隔離壓裂外，還可以實現(xiàn)在一個井眼中先進行一個層段的射孔、壓裂和封堵作業(yè)，完成后上提再進行第2個甚至是第3個層段的壓裂作業(yè)。

1.7驅替方式

包括彈性驅、注水、注氣及水氣交替注入(圖2)、人造氣頂驅、蒸汽驅。目前由于CO₂排放引發(fā)環(huán)境問題，各大石油公司重視和發(fā)展CO₂驅油技術。美國40％的CO₂循環(huán)使用，60％埋在地下。

2008年統(tǒng)計世界低滲透油田EOR項目，油氣藏儲層滲透率小于50×10^-3μm²，EOR總計99個，其中氣驅82個，占83％，而CO₂混相驅EOR占91％。世界低滲透油田的EOR以氣驅為主，CO₂氣驅項目中以CO₂混相驅為主，熱采以蒸汽驅和火燒油層為主(表1)。

值得提出的是，對低滲透油藏，注蒸汽后采收率提高幅度大。一個主要的原因是注入蒸汽時，熱量通過熱傳導作用傳遞到滲透性較低的地區(qū)以及注水波及不到的地區(qū)。注蒸汽后油層含油飽和度降低。低滲透儲層中殘余油飽和度大約在10％左右。熱能一旦進入低滲透層，將通過熱膨脹作用、汽化作用、降粘作用提高采收率，采收率提高值均

1.8井網(wǎng)加密技術

應用井網(wǎng)加密技術能夠改善油田目前的開發(fā)效果，起到減緩產量遞減、降低含水上升率、延長油田的經濟開采期、實現(xiàn)較長時間的高產穩(wěn)產、減少儲量損失和提高原油采收率的作用。對于多層疊置的透鏡狀氣藏，由于單井泄氣面積小，井間加密是提高氣藏采收率的技術關鍵。美國低滲氣藏的開發(fā)經驗表明：通過井網(wǎng)加密，氣藏采收率可以提高26％～44％。

2國外低滲透油田開發(fā)實例及經驗總結

2.1開發(fā)實例

開發(fā)低滲透油田，一般首先利用天然能量開采，以延長無水開采期和低含水開采期。利用彈性能量和溶解氣驅能量開采，油層產能遞減快，一次采收率為8％～15％。轉入注水開發(fā)后，二次采收率為25％～30％。美國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞等國低滲透油田首先利用天然能量開采，只有極少數(shù)油田早期注水(投產即注水)。天然能量以溶解氣驅為主，其次為邊水驅和彈性驅。注氣為許多低滲透油田二次和三次開采方法，特別是CO₂驅油受到國際社會重視，既可以驅油增加產量，又可以實現(xiàn)二氧化碳地質埋存，緩解溫室效應。

(1)帕賓那油田位于加拿大西部，是大面積、低滲透、多油層油田。卡迪姆油藏是該油田最大的砂巖油藏，平均滲透率為24×10^-3～μm²。1981～1989年期間，加拿大Occidental石油公司投資1630×10⁴美元進行壓裂和鉆加密井增產作業(yè)。共壓裂83井次，平均單井次增加經濟可采儲量2130m³，共鉆加密調整井33口，每口井增加經濟可采大于35％。

儲量10930m³，取得了很好的開發(fā)效果。

(2)位于美國得克薩斯西部米德蘭盆地的斯普拉伯雷油田，是低孔隙度、低滲透率的致密砂巖地層油藏，經過40多年的注水開發(fā)，該油田多數(shù)區(qū)塊的采收率低于15％。研究人員開發(fā)了以控制油藏動態(tài)原理為基礎的數(shù)學模型，模型結果與產量遞減曲線及采收率值實現(xiàn)擬合，認為水驅應在基質滲透率高和裂縫強度大的區(qū)塊進行，實施后開發(fā)效果明顯改善。

2.2經驗總結

(1)要實現(xiàn)低滲透油氣田的高效開發(fā)，首先在政府層面上，應給予政策優(yōu)惠，對具有推廣價值的技術進行投資研發(fā)。20世紀70年代，美國能源部針對低滲透油藏和致密氣藏進行了大型水力壓裂技術研發(fā)與推廣，20世紀80年代進行了多井試驗，隨后開展的“微井眼鉆井”項目，目的在于保障國家能源安全，降低企業(yè)生產成本和經營風險。美國在30 a的開發(fā)實踐中，低滲透油田開發(fā)技術取得了顯著進展，在低滲透油藏的壓裂技術等方面均處于世界前列，取得了良好的經濟效益。

(2)石油公司(企業(yè))層面技術發(fā)展主要是解決生產中遇到的實際問題，開展多學科成熟技術與新技術的集成配套，注重技術的經濟實用性。

3低滲透油氣藏開發(fā)技術發(fā)展趨勢

為了高效開發(fā)低滲透油氣藏，取得較好的經濟效益，低滲透油氣藏開發(fā)應大力發(fā)展密井網(wǎng)、油層保護、小井眼、水平井、多分支井、欠平衡鉆井、低密度鉆井液及大型水力壓裂技術等新技術的應用，較大幅度地提高了單井產量，實現(xiàn)了低滲透油田少井高產和降低成本的目的，這些是今后低滲透油田開發(fā)的技術發(fā)展方向。

4中國低滲透油氣田開發(fā)建議

提高低滲透、特低滲透油藏有效儲層識別精度及相對富集區(qū)帶篩選；大幅度提高低滲透和特低滲透油藏單井產量，降低開發(fā)成本，簡化、優(yōu)化注采工藝與地面集輸流程。低滲透氣藏的開發(fā)方面，向應用大型和巨型壓裂提高單井產量的方向發(fā)展。超高壓氣藏開發(fā)方面，向著安全鉆采、實時監(jiān)測和測試方向發(fā)展。高含硫氣藏向防腐、天然氣凈化及硫的綜合利用技術方向發(fā)展。水平井、復雜結構并技術成為各類氣藏高效開發(fā)提高單井產氣量的主流開采技術。

5結論與認識

(1)低滲透油田數(shù)量眾多，儲藏著豐富的油氣資源，美國、俄羅斯、加拿大等產油國都發(fā)現(xiàn)了大量的低滲透油田。

(2)低滲透油氣田開發(fā)成熟技術有注水、壓裂、注氣等技術，小井眼技術、水平井、多分支井技術和CO₂泡沫酸化壓裂新技術應用，較大幅度地提高了單井產量，實現(xiàn)了低滲透油田少井高產和降低成本的目的。

(3)儲層精細描述和保護油氣層是開發(fā)低滲透油氣田的關鍵。多分支井技術、地震裂縫成像和裂縫診斷技術、新型壓裂技術、注氣提高采收率等新技術快速發(fā)展。

(4)世界低滲透油氣田勘探開發(fā)方興未艾。發(fā)達國家低滲透油氣田勘探開發(fā)技術日趨成熟。

(5)通過對世界低滲透油氣田勘探開發(fā)現(xiàn)狀進行研究，可實現(xiàn)低滲透油氣田資源優(yōu)化利用，改善勘探開發(fā)效果，為低滲透油氣資源的高水平、高效益勘探開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供理論及實踐依據(jù)。

編輯劉兆芝