藺力奎

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院(陜西西安710065)

特低滲儲層開發(fā)面臨的主要問題與開發(fā)困難原因分析

藺力奎

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院(陜西西安710065)

特低滲油藏開發(fā)是目前穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量的主要手段，然而特低滲油藏以其低孔低滲的儲層特征給開發(fā)帶來極大的挑戰(zhàn)。對國內(nèi)主要特低滲產(chǎn)油區(qū)的開采現(xiàn)狀及儲層特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。結(jié)果表明，特低滲透油藏開發(fā)所面臨的主要問題是油田天然能量小、地層吸水能力低、裂縫性儲層各向異性突出;開發(fā)困難的主要原因是儲層屬于中等偏強(qiáng)應(yīng)力敏感——強(qiáng)應(yīng)力敏感，水鎖效應(yīng)與賈敏效應(yīng)強(qiáng)，水敏性和酸敏性較強(qiáng)。

特低滲油藏;低孔低滲;非均質(zhì)性;應(yīng)力敏感;水鎖效應(yīng)

當(dāng)前，我國的勘探工作已經(jīng)進(jìn)入了低滲、特低滲儲層的階段。低滲透油氣藏在我國油氣勘探開發(fā)越來越占重要地位，尤其以西部特低滲油氣藏為主，而且低滲油藏儲量占了油氣勘探開發(fā)四分之三的比例。在待勘探的預(yù)測地質(zhì)儲量中低滲、特低滲儲層也將是我國今后石油開發(fā)的主力軍［1］。

在油氣田開發(fā)生產(chǎn)中，特低滲油藏較之中、高滲油藏更容易受到傷害且危害性更大，且不易解除。要搞好特低滲透油藏的開發(fā)就首先要明確目前特低滲透油藏開發(fā)中存在的主要問題并了解開發(fā)困難的原因，以便于有效的保護(hù)儲層，減少各類傷害，提高特低滲儲層的產(chǎn)量。

1 特低滲透儲層特點(diǎn)

特低滲儲層特征主要包括儲層物性特征、滲透率、孔隙度、油水飽和度、非均質(zhì)性征、巖性特征及水動(dòng)力特征及沉積物性特征等。特低滲透儲層在成因上是由于近源沉積，碎屑顆粒分選較差，加之成巖和膠結(jié)作用使得油層孔隙變小、喉道變細(xì)、滲透率變低［2］。根據(jù)對全國多個(gè)典型特低滲油層資料統(tǒng)計(jì)和分析，特低滲透儲層有以下基本特點(diǎn):①儲層物性差，滲透率低;由于顆粒細(xì)、分選差、膠結(jié)物含量高，經(jīng)壓實(shí)和后生成巖作用使儲層變得十分致密;②儲層孔隙度一般偏低;儲層孔喉細(xì)小，比表面積大，孔隙半徑及其分布差異較小，變化幅度大，大部分7%～22%，個(gè)別高達(dá)28%;③原始含水飽和度較高，原油物性較好:一般含水飽和度30%～40%，個(gè)別高達(dá)60%(美國堪頓油田)，原油密度多數(shù)小于0.85g/cm3，地層黏度小于3mPa·s;④油層砂泥交互，非均質(zhì)性嚴(yán)重;由于沉積環(huán)境不穩(wěn)定，砂層的厚薄變化大，層間滲透率變化大，有的砂巖泥質(zhì)含量高，地層水電阻率低，給油水層的劃分帶來很大困難;⑤天然裂縫相對發(fā)育;由于巖性堅(jiān)硬致密，不少存在不同程度的天然裂縫系統(tǒng)，且人工裂縫又多與天然裂縫的方向一致;因此，天然裂縫是低滲透砂巖油田開發(fā)必須認(rèn)真對待的因素;⑥油層受巖性控制，水動(dòng)力聯(lián)系差，邊底水驅(qū)動(dòng)不明顯，自然能量補(bǔ)給差，一次采收率低，只能達(dá)到8%～12%，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到25%～30%;⑦由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道小、泥質(zhì)含量高，以及各種敏感性礦物的存在，導(dǎo)致開采過程中易受傷害;⑧由于滲透率低，孔隙度低，流體的流動(dòng)具有非達(dá)西流的特征，必須通過酸化壓裂投產(chǎn)，才能獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值或必須通過壓裂增產(chǎn)，才能提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 特低滲透油藏開發(fā)面臨的主要問題

2.1 油井自然產(chǎn)能低，壓裂改造才具有工業(yè)開采價(jià)值

特低滲透油層自然產(chǎn)能很低，有的甚至沒有產(chǎn)能，采油指數(shù)一般都小于1t/(MPa·d)。長慶安塞油田平均空氣滲透率只有2.2×10-3μm2，試油時(shí)基本沒有自然產(chǎn)能，經(jīng)過水力加砂壓裂改造后，平均單井日產(chǎn)量達(dá)到3.6t［3］。大慶榆樹林油田平均空氣滲透率2.26×10-3μm2，原始自然產(chǎn)能小到1t，經(jīng)過采用優(yōu)質(zhì)壓裂液、高強(qiáng)度支撐劑分層壓裂后，初期平均產(chǎn)量可達(dá)9～10t/d.

2.2 油田天然能量小，產(chǎn)量和壓力下降快，一次采收率低

特低滲透油藏由于儲層連通很差、孔喉細(xì)小，滲流阻力大，而且邊底水都不活躍，導(dǎo)致其天然彈性能量很小。圖1為夏子街油田平均單井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)，從圖1可以看出:在開采初期產(chǎn)量遞減速率較快，中后期遞減趨于平緩，且產(chǎn)量處于低產(chǎn)階段，整體呈現(xiàn)指數(shù)遞減。圖2為小拐油田平均單井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)，油井產(chǎn)量在開采初期穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間相對較長，但在37個(gè)月之后，產(chǎn)量急速遞減，且一直處于2～4t/d的低產(chǎn)階段。說明開采初期地層能量十分充足，有源源不斷的邊底水供給，但隨著油井的開采，邊底水能量消耗殆盡，油井產(chǎn)量急劇下降。

表1是部分典型特低滲透油田產(chǎn)量與壓力變化數(shù)據(jù)。從表1可以看出產(chǎn)油量的年遞減率—般在25%～45%，最高達(dá)到60%;每采出1%地質(zhì)儲量，地層壓力下降3.2～4.0MPa。

圖1 夏子街油田平均單井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)

圖2 小拐油田平均單井產(chǎn)量動(dòng)態(tài)

表1 低滲透油田產(chǎn)量壓力變化數(shù)據(jù)

表2是我國低滲透油田采收率匯總表，可以看出我國低滲透油田中彈性開采階段采收率只有0.2%～9.56%，平均3.18%;溶解氣驅(qū)階段平均采收率13.98%，兩階段平均合計(jì)為17.16%。

表2 我國低滲透油田采收率匯總表

由此看出低滲透油田要改善開發(fā)效果、提高最終采收率，需要采取保持地層壓力的開發(fā)方式。

2.3 注水井吸水能力低，近井地層和注水壓力上升快

油井見注水效果差，低壓低產(chǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)都善、榆樹林、安塞、老君廟M層和新立等油田的統(tǒng)計(jì)，在井距250～300m條件下，油井一般在注水后6個(gè)月左右才開始見效。低滲透油田見注水效果不僅速度慢、時(shí)間長、比例小，而且生產(chǎn)井對注水效果的反應(yīng)也不很明顯。一般中高滲透油田注水后，油井壓力明顯回升，產(chǎn)量提高，甚至超過投產(chǎn)初期產(chǎn)量。而低滲透油田反應(yīng)很不明顯，見效好的井的壓力、產(chǎn)量略有回升;許多井只是保持穩(wěn)定或下降速度減緩，即使到注水見效的最高階段，油井產(chǎn)量也恢復(fù)不到初期產(chǎn)量水平，地層壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原始地層壓力。

2.4 裂縫性儲層各向異性突出

油層在不同方向水驅(qū)狀況差異明顯，見水后產(chǎn)量大幅度下降，油井見水后產(chǎn)液下降是特低滲透油田生產(chǎn)的必然規(guī)律，無水期是重要采油階段［4］。圖3是乾安油田(滲透率5.4×10-3μm2)無量綱采油、采液指數(shù)與含水關(guān)系圖。從圖中可以看出由于其特低滲(滲透率5.4×10-3μm2)的特點(diǎn)使其隨著含水率的上升無量綱采油指數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)遞減，其無量綱產(chǎn)液指數(shù)也大幅下降。

圖4是埕東油田(滲透率2 526×10-3μm2)無量綱采油、采液指數(shù)與含水關(guān)系圖。從圖4中可以看出其高滲(滲透率2 526×10-3μm2)的特點(diǎn)隨著含水率的上升無量綱采油指數(shù)呈現(xiàn)凸型遞減，而其無量綱采液指數(shù)卻大幅上升。從而可以說明特低滲儲層油井見水后產(chǎn)液量下降是生產(chǎn)的必然趨勢，其無水期是重要采油階段。

圖3 乾安油田(滲透率5.4×10-3μm2)無量綱采油、采液指數(shù)與含水關(guān)系

圖4 埕東油田(滲透率2 526×10-3μm2)無量綱采油、采液指數(shù)與含水關(guān)系

3 特低滲透油藏開采困難的主要原因

特低滲儲層開采困難的主要原因體現(xiàn)在儲層特征的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道小、泥質(zhì)含量高、滲透率低，而儲層的應(yīng)力敏感性、水敏性、酸敏、堿敏、速敏等以及毛細(xì)管阻力作用也都會造成儲層不同程度的傷害。

3.1 應(yīng)力敏感性

應(yīng)力敏感性是指在鉆井開發(fā)過程中，有效應(yīng)力變化引起儲層孔隙度、滲透率的改變。圖5中靖安長6油層巖樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果，原始滲透率1.44×10-3μm2，在凈有效覆壓24MPa時(shí)，其滲透率為0.524×10-3μm2，滲透率損失率為62.5%;如果恢復(fù)地層壓力，其滲透率0.70×10-3μm2，滲透率僅能恢復(fù)到原來的50%左右。

圖6中安塞長6油層巖樣進(jìn)行的應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原始滲透率2.73×10-3μm2，在凈有效覆壓25MPa時(shí)，其滲透率為1.10×10-3μm2，滲透率損失率為59.7%。如果恢復(fù)地層壓力，其滲透率為1.39× 10-3μm2，滲透率僅能恢復(fù)到原來的50%。

通過以上實(shí)驗(yàn)分析，在特低滲儲層中巖石的應(yīng)力敏感損害率均大于50%，屬于中等偏強(qiáng)應(yīng)力敏感即強(qiáng)應(yīng)力敏感。

3.2 毛細(xì)管阻力

毛細(xì)現(xiàn)象造成的損害主要表現(xiàn)為水鎖損害和賈敏效應(yīng)損害2種。

1)水鎖效應(yīng)。在油氣層開發(fā)過程中，由于鉆井液、固井液及酸化壓裂液等外來流體侵入儲層后，難以完全排出，使儲層的含水飽和度增加，油氣相滲透率降低，人們稱之為水鎖效應(yīng)［5］。

表3是長慶油田五里灣長6、安塞長6、以及玉門M2層位的巖心水鎖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表。注水之前巖心氣測滲透率均小于10×10-3μm2，屬于特低滲儲層。注水前后測得其滲透率見表3，可以測得巖心的水鎖損害指數(shù)I=K og/K ol均小于0.4，屬于強(qiáng)水鎖損害。

圖5 靖安長6油層凈有效覆壓—覆壓滲透率交匯圖

圖6 安塞長6油層凈有效覆壓—覆壓滲透率交匯圖

表3 水鎖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2)賈敏效應(yīng)。賈敏效應(yīng)是指毛細(xì)管中非潤濕相流體液滴對潤濕相液體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加阻力的現(xiàn)象。賈敏效應(yīng)包括以下兩種情況:①液滴在毛細(xì)管中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生附加阻力;②油滴在變斷面孔道中運(yùn)動(dòng)所受的毛細(xì)管阻力。

圖7是氣測滲透率在43×10-3μm2時(shí)測得的水驅(qū)油-油驅(qū)水的入口壓力曲線，可以看出無論潤濕相驅(qū)替非潤濕相(油驅(qū)水)還是潤濕相驅(qū)替非潤濕相(水驅(qū)油)，其入口壓力小于0.3MPa。圖8是氣測滲透率在0.493×10-3μm2時(shí)測得的水驅(qū)油-油驅(qū)水的入口壓力曲線，可以明顯的看出非潤濕相驅(qū)替潤濕相(水驅(qū)油)的入口壓力接近于5MPa。從而可以說明在一些壓力比較高的非致密儲層中，毛細(xì)管力不是很大，生產(chǎn)過程中存在足夠的驅(qū)動(dòng)壓力能將引起水鎖的濾液排出，水鎖效應(yīng)是暫時(shí)的。而在特低滲砂巖儲層中，由于孔隙喉道半徑小，毛細(xì)管力比較強(qiáng)，很難將引起水鎖的濾液全部排出，故水鎖效應(yīng)很難消除。因此，為了減輕水鎖效應(yīng)，首先應(yīng)在勘探、開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)保護(hù)好油氣層，盡力避免或減少各種作業(yè)液滲入油層，無法避免時(shí)應(yīng)盡量研究并采用低毛細(xì)管力的作業(yè)液。如有工作液進(jìn)入儲層，為了減小水鎖效應(yīng)，應(yīng)盡量快速反排，也可以采用帶表面活性劑的酸液進(jìn)行酸化解堵。

3)儲層敏感性。特低滲透油層一般都含有一定量的敏感性礦物，會出現(xiàn)一定的敏感性。例如國內(nèi)靖安油田長6儲層:弱水敏、弱酸敏、弱堿敏性;長慶油田長6油層:弱水敏、中偏弱酸敏、弱堿敏性;老君廟東低區(qū)M儲層:中等偏弱速敏、中等水敏、中等偏強(qiáng)酸敏、中等偏強(qiáng)堿敏;新疆卡6井區(qū)齊古組:中等偏強(qiáng)水敏、強(qiáng)鹽敏。

特低滲儲層中，由于流動(dòng)能力差，速敏傷害比較小，主要的問題是水敏性傷害和酸敏性傷害。特低滲儲層中實(shí)驗(yàn)測出的敏感性不見得就一定比中高滲儲層的敏感性強(qiáng)，但特低滲儲層經(jīng)受不起傷害。這類儲層中要特別注意水敏和酸敏性傷害。

圖7 賈敏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(滲透率43×10-3μm2)

圖8 賈敏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(滲透率0.493×10-3μm2)

4 特低滲油藏的開采對策及建議

特低滲儲層的物性及孔滲性差，且非均質(zhì)性較嚴(yán)重，在開發(fā)時(shí)要注重整體儲層的改造，要以增加儲層的孔滲性，減少儲層的各類傷害為原則去制定開發(fā)對策。特低滲儲層的開采對策主要有儲層改造和減少儲層傷害。

4.1 儲層改造

儲層改造的主要方式是增加地層孔滲性、滲流通道以及解除堵塞。這里主要包括低滲透油田的壓裂技術(shù)、低滲透油田的酸化技術(shù)和水平井開發(fā)技術(shù)。

1)低滲壓裂技術(shù)。目前國外的壓裂工藝包括低滲油層的優(yōu)化壓裂、低壓油井的泡沫壓裂、水力化學(xué)壓裂和改變應(yīng)力的壓裂技術(shù)。國內(nèi)壓裂工藝主要有整體壓裂優(yōu)化技術(shù)、限流法完井壓裂工藝技術(shù)、投球法多層壓裂工藝技術(shù)、分層高砂比壓裂工藝技術(shù)、高能氣體壓裂、復(fù)合壓裂工藝技術(shù)、重復(fù)壓裂等［6］。其中二氧化碳泡沫壓裂是國內(nèi)外增產(chǎn)技術(shù)中作為低壓、低滲、水敏性地層增產(chǎn)增注以及完井投產(chǎn)的非常有效的措施，其操作簡單，效果明顯，而且由于泡沫的可壓縮性有助于處理液從地層中返排，對井底的污染較少。

2)低滲油田酸化技術(shù)。在增注開采時(shí)，注入流體與地層不配伍，容易堵塞地層孔道，通過注入酸性混合液，利用酸與地層部分礦物的化學(xué)反應(yīng)，溶蝕儲層中的連通孔隙或裂縫壁面巖石，清除地層堵塞，增加孔隙和裂縫導(dǎo)流能力，從而使油氣井產(chǎn)量得到提升。

4.2 減少儲層傷害

儲層應(yīng)力敏感性、毛細(xì)管力的作用以及儲層的水敏、酸敏是引起特低滲透油田開發(fā)主要矛盾的重要原因。

1)為了減少儲層應(yīng)力敏感性應(yīng)當(dāng)合理確定生產(chǎn)井井底流壓，盡力保持注采平衡，使地層壓力不出現(xiàn)明顯下降。

2)為了減少水鎖效應(yīng)，應(yīng)在開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)盡量減少各種液體的進(jìn)入。為了減小賈敏效應(yīng)對注水開發(fā)的影響，可以考慮研究采用合適的表面活性劑。向注入水中投放優(yōu)化后的表面活性體系，可以有效地增加油水兩相同流區(qū)(增加5.1%)，而油水兩相同流區(qū)越大，水驅(qū)采收率越高，對本實(shí)驗(yàn)而言，用這種方法可以提高采收率6.9%(圖9)。這主要是因?yàn)楸砻婊钚詣w系可以改變低滲透油層中流體的滲流特性，使油水流度更加接近，減少油的“卡斷“現(xiàn)象，從而部分消除賈敏效應(yīng)，改善低滲透油藏的水驅(qū)開發(fā)效果。

圖9 油水相對滲透率曲線

3)特低滲儲層都具有一定的水敏、酸敏等敏感性。特低滲儲層中實(shí)驗(yàn)測出的敏感性不見得就一定比中高滲儲層的敏感性強(qiáng)，但特低滲儲層經(jīng)受不起傷害。這類儲層要特別注意水敏和酸敏性傷害。要采用濾液抑制性較強(qiáng)的工作液，而減輕粘土礦物的水化膨脹，降低水敏傷害;控制工作液的pH值在8～9，可以降低濾液造成的酸敏性傷害;在鉆完井時(shí)，要提高鉆完井的工作速度，縮短鉆完井工作周期，減少鉆完井液對儲層浸泡時(shí)間，有利于保護(hù)油氣儲層。

4)注水水質(zhì)要求。水質(zhì)要求是機(jī)械雜質(zhì)含量以及其料徑不堵塞喉道，注入水中溶解氣、細(xì)菌等造成腐蝕產(chǎn)物、沉淀不造成油氣層堵塞;與油層水相配伍;與油氣層的巖石以及原油相配伍。對于注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)油藏孔隙結(jié)構(gòu)和滲透率分級、流體化學(xué)性質(zhì)以及水源的水型通過實(shí)驗(yàn)來確定，在實(shí)際工作中往往是根據(jù)具體油藏特點(diǎn)制定相應(yīng)的控制指標(biāo)。

5 結(jié)論

1)特低滲透儲層以微孔隙和微細(xì)喉道為主，儲層比表面積大，造成滲透率很低，流體流動(dòng)具有非達(dá)西流的特征，孔隙中原始含水飽和度較高，原油物性較好，但儲層非均質(zhì)性較嚴(yán)重，物性較差。

2)特低滲油藏開發(fā)面臨的主要問題是儲層孔滲性不高，且井下壓力供給不足，使得油井自然產(chǎn)能較低，油田天然能量小，產(chǎn)量和壓力下降很快，一次采收率低;在注水開發(fā)時(shí)油井吸水能力低，注水效果較差，造成了儲層注水非均質(zhì)性較嚴(yán)重。

3)通過統(tǒng)計(jì)分析，主要特低滲產(chǎn)區(qū)的敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)表明:儲層應(yīng)力敏感性強(qiáng)，平均滲透率傷害可達(dá)到50%以上;水鎖效應(yīng)和賈敏效應(yīng)導(dǎo)致的滲透率損害可達(dá)到70%左右;儲層敏感性主要是水敏性和酸敏性傷害比較嚴(yán)重。

4)特低滲油藏的開采對策主要分為儲層改造和減少儲層傷害兩個(gè)方面。儲層改造分為壓裂技術(shù)和酸化技術(shù)，在開發(fā)過程中要注重儲層的整體改造。保持合理的地層壓力、加入表面活性劑和采用濾液抑制性較強(qiáng)的工作液可以明顯的減少儲層傷害。

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The development of the ultra-low permeability reservoirs is the main means formaintaining China stable oil production，but the low porosity and low permeability of the ultra-low permeability reservoirs are the greatest difficulty facing in the development of the ultra-low permeability reservoirs.The present development situation and the reservoir characteristics of the ultra-low permeability reservoirs in Chinesemain oil production areas are analyzed，and it is shown that themain problems facing in the development of the ultra-low permeability reservoirs are the small natural energy of oilfields，the small water absorbing capacity of reservoirs and the severe anisotropy of fractured reservoirs，and themain causes leading to the difficult development of them are severe stress，water and acid sensitivity，water locking effectand Jiamin effect.

ultra-low permeability reservoir;low porosity and low permeability;heterogeneity;stress sensitivity;water locking effect

尉立崗

2014-10-14

攝影/徐志武

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(編號:2012JQ5003)

藺力奎(1991-)，男，碩士研究生，主要從事開發(fā)地質(zhì)研究。