楊 茜，趙子丹，沙 潔

（1.延長(zhǎng)油田杏子川采油廠，陜西 延安 710000；2.陜西延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710065）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)石油的需求不斷增長(zhǎng)，但產(chǎn)量增長(zhǎng)滯后，導(dǎo)致需求與產(chǎn)量的差距越來越大，原油凈進(jìn)口量不斷增加，對(duì)國外石油的依賴度逐年上升。2019年和2020年，我國的石油進(jìn)口分別達(dá)到了6.85×10t和6.49×10t，而2019年和2020年我國的石油產(chǎn)量分別為1.96×10t和2.02×10t，每年需要從國外進(jìn)口的石油超過石油消耗量的2/3，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，十三五期間我國的石油平均對(duì)外依存度達(dá)到67%，目前石油月進(jìn)口量已超過美國，居世界第一位。

目前，全世界超過30%的石油資源分布在低滲透儲(chǔ)層中，在中國，這個(gè)數(shù)字甚至達(dá)到了45%，低滲油藏的石油資源進(jìn)行合理有效地開發(fā)對(duì)于緩解我國目前面臨的原油產(chǎn)能嚴(yán)重不足，對(duì)進(jìn)口石油依存度過高以及促進(jìn)原油的可持續(xù)利用均具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略性意義與作用，但是，低滲透油氣田的規(guī)模勘探開發(fā)技術(shù)要求高，開發(fā)難度大，一直是世界范圍內(nèi)的重大工程問題，也是油田開發(fā)工程的前沿課題。1995年，位于陜西安塞的超低滲透油田開采成功并正式投產(chǎn)，標(biāo)志著我國在低滲透油藏勘探開發(fā)技術(shù)上的重大突破。經(jīng)過20多年的不懈努力，我國低滲透油氣資源的勘探取得了令人矚目的成就，發(fā)現(xiàn)了大量的低滲透油藏資源。

1 低滲透油藏開發(fā)理論

與中高滲透油藏相比，低滲透油藏具有不同的物理性質(zhì)和復(fù)雜的滲流特征。由于傳統(tǒng)的低滲油藏理論對(duì)儲(chǔ)層的相對(duì)非均質(zhì)性和裂縫滲流等因素考慮不足，因而在其實(shí)際運(yùn)用中有一些局限之處。近年來，通過一系列的室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析與數(shù)值模擬計(jì)算等方式為低滲透氣田的開發(fā)奠定了實(shí)用的理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究認(rèn)為，由于低滲透儲(chǔ)層的孔隙度小，儲(chǔ)層通透性差，滲流機(jī)理復(fù)雜，從而導(dǎo)致了儲(chǔ)層內(nèi)流體流動(dòng)呈低速非達(dá)西流動(dòng)的特征。主要體現(xiàn)在一方面，起始?jí)毫μ荻葘?duì)滲流有顯著影響；另一方面，有效應(yīng)力分布和孔隙結(jié)構(gòu)隨巖石骨架應(yīng)變而變化，從而使得低滲透儲(chǔ)層的非線性滲流產(chǎn)生了一定的影響，得到了一定程度的加強(qiáng)，如圖1所示。

在圖1中，我們可以明顯的看出來，低滲油藏地啟動(dòng)壓力梯度是隨著滲透率的增加而表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，兩者之間的函數(shù)關(guān)系接近于負(fù)指數(shù)函數(shù)，圖中可以觀察到啟動(dòng)壓力梯度隨儲(chǔ)層滲透率的變化關(guān)系存在著一個(gè)很明顯的拐點(diǎn)，表示著滲透率的一個(gè)臨界值，當(dāng)實(shí)際滲透率低于這個(gè)數(shù)值，則啟動(dòng)壓力梯度會(huì)急劇增大。這是由于滲透率越小，則表示儲(chǔ)層巖石間的孔隙越細(xì)，滲透面積越小，導(dǎo)致克服流體分散阻力上升，啟動(dòng)壓力梯度也相應(yīng)地隨著增加。

圖1 低滲透油藏啟動(dòng)壓力梯度隨著滲透性變化的趨勢(shì)圖示Fig.1 Schematic diagram of the trend of low permeability reservoir starting pressure gradient with permeability

另外，油田開發(fā)前，儲(chǔ)層巖層的支護(hù)力與巖石上覆層和巖石孔隙流體的壓力呈平衡狀態(tài)。但是，這種平衡狀態(tài)會(huì)伴隨著儲(chǔ)層流體的變化而導(dǎo)致孔隙壓力、巖層上覆層壓力發(fā)生改變，進(jìn)而影響這樣的平衡狀態(tài)。從而表現(xiàn)出巖石的應(yīng)力敏感性。

圖2反映了低滲油藏滲透率隨著巖芯應(yīng)力敏感性變化的趨勢(shì)。從圖中不難發(fā)現(xiàn)，低滲儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性較為明顯，滲透率隨著凈上覆應(yīng)力的增加而呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，但是下降的幅度在逐漸變緩。而隨著壓力的降低，儲(chǔ)層的滲透性隨即上升，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即便是壓力降低至初始狀態(tài)，其滲透率與初始滲透率的比值也只能達(dá)到0.6左右，說明其滲透率在應(yīng)力壓力釋放后，并沒有得以完全地恢復(fù)，因此，應(yīng)力敏感性導(dǎo)致的滲透率損失是不可逆的。

圖2 低滲透樣品的滲透率隨應(yīng)力敏感性的變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of permeability of low permeability sample with stress sensitivity

2 低滲透油藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 壓裂改造技術(shù)

定向射孔壓裂技術(shù)主要是在厚度不小于10 m且主應(yīng)力差不超過7 MPa的低滲透儲(chǔ)層中適用。其原理是通過定向射孔技術(shù)將起始?jí)毫逊较蜻M(jìn)行更改，這樣就使得壓裂裂縫的方向也隨著發(fā)生變化，并且形成了與上、中、下定向射孔相對(duì)應(yīng)的多裂縫壓裂，從而使儲(chǔ)層的流體排量增加，進(jìn)而提升低滲透儲(chǔ)層的油井產(chǎn)量，其原理如圖3所示。

圖3 定向壓裂射孔技術(shù)機(jī)理圖示Fig.3 Schematic diagram of directional volume perforating and fracturing technology

對(duì)定向射孔壓裂技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模與流程模擬試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在定向射孔壓裂過程中，當(dāng)儲(chǔ)層主應(yīng)力差在7 MPa以上時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致壓裂方向難以從射孔方向轉(zhuǎn)向至主應(yīng)力方向，另外，射孔方位角與主應(yīng)力方向也存在著一個(gè)最佳值，在這個(gè)最佳的條件下，壓裂轉(zhuǎn)向半徑也能夠達(dá)到最大值，從而最大程度地促進(jìn)儲(chǔ)層產(chǎn)油量的提升，相關(guān)研究表明，這個(gè)方向交角最佳值為45°。

對(duì)于儲(chǔ)層較厚但儲(chǔ)層中無夾層的油（氣）井，由于支撐劑垂直放置不均，常規(guī)壓裂時(shí)支撐劑可能在儲(chǔ)層下部沉淀，這樣的結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致無法對(duì)儲(chǔ)層的產(chǎn)能進(jìn)行充分釋放。在多級(jí)加砂壓裂技術(shù)實(shí)施過程中，壓裂過程分階段、分步驟進(jìn)行，每一個(gè)階段和步驟都必須要等待支撐劑與壓裂砂沉淀充分滲入融合后，才能進(jìn)入下一個(gè)階段的壓裂過程。最后，累積的支撐劑在砂壓的作用下，阻止了裂縫進(jìn)一步下深，從而提高了上部油層的裂縫導(dǎo)流能力。

多級(jí)暫堵壓裂技術(shù)主要適用于儲(chǔ)層頂部和底部具有天然微裂縫且主應(yīng)力差值較小的低滲透油藏，其技術(shù)特點(diǎn)主要在于通過從不同的位置和方向逐級(jí)加入含有高濃度暫堵劑的壓裂液，使得儲(chǔ)層井底壓力升高，從而不斷引起次生裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)而形成了新的裂縫分支，從而提高低滲油藏儲(chǔ)層的滲透性。

2.2 增注增能提高采收率技術(shù)

這種增注技術(shù)主要應(yīng)用于注水困難的低滲油藏，包括整體減壓、局部增壓和異形沖壓解堵3種方式。整體減壓的目的是在目標(biāo)區(qū)域選擇合適的注入介質(zhì)，加入注水站，并隨之抵達(dá)儲(chǔ)層深部以降低壓力，避免膨脹與垢結(jié)。局部增壓是將離心壓力泵的加壓水注入井內(nèi)，形成沖擊抑制。異形沖壓是燃燒井中形成的孔產(chǎn)生的沖擊力用于重復(fù)井中的流體，并對(duì)儲(chǔ)層中的水產(chǎn)生很大影響。同時(shí)，在3~5 MPa的高溫高壓射流加工周圍產(chǎn)生了一條直徑較小的微裂紋。同時(shí)，酸更有效，能進(jìn)一步滲入地層，有效去除深層污染和堵塞，提高井眼附近的導(dǎo)電性，重新填充儲(chǔ)層并注入深層壓力。

適用于油層厚、互層豐富、縱向非均質(zhì)性強(qiáng)的低滲透油藏，分層注水方式有3種：小位置、小套管井、橋塞偏心多段。在小位置分層注水中，通過油管下入磁性定位測(cè)試儀，定位井下注水配套工具，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確注水。該技術(shù)成熟且易于操作，但耗時(shí)較長(zhǎng)，測(cè)試成本較高。針對(duì)特低滲透油藏114.3 mm（4.5in）小套管混合注水井，開發(fā)了小套管分層注水技術(shù)。該工藝在下入井下工具管柱，調(diào)整進(jìn)口封隔器后，當(dāng)壓力達(dá)到30 MPa時(shí)，拆下閥蓋滑蓋，實(shí)現(xiàn)分塞噴射。舊工藝技術(shù)新型實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配可靠。采用偏心多級(jí)注水，配合分段開箱、磁定位、管柱錨固相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高梯度井、深井、小空間井分層注水，同時(shí)，我們開發(fā)了一種逐漸支持打包的工具，填料和非金屬液壓管的開啟速度是現(xiàn)有技術(shù)的兩倍。

相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，在低滲油藏儲(chǔ)層中，天然裂縫是極其普遍存在的，因而注水將有大概率沿著砂巖的軸向裂縫“形成指進(jìn)”，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層采注在水平和垂直位置存在不平衡，通過對(duì)注采井網(wǎng)的合理化布置，可以有效緩解注采不平衡的狀態(tài)。其中，注采井網(wǎng)的優(yōu)化模式包括菱形反轉(zhuǎn)9點(diǎn)井網(wǎng)（圖4a）和矩形五點(diǎn)井網(wǎng)（圖4b），皆具有良好的適應(yīng)性和靈活性，有助于實(shí)現(xiàn)井網(wǎng)與裂縫的優(yōu)化配置，有利于壓裂規(guī)模和裂縫密度的增加，從而實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量和穩(wěn)定產(chǎn)期的提升。

圖4 注采井網(wǎng)優(yōu)化示意圖Fig.4 Schematic diagram of optimization of injection-production well pattern

3 解堵工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)低滲透油井壓裂后產(chǎn)量較低的情況，可以采用了DQ-1復(fù)合封堵技術(shù)。在解堵方面，DQ-1復(fù)合堵漏技術(shù)不僅具有一般的酸化功能，還可以去除壓裂堵塞物、蠟、膠體、瀝青等對(duì)油層的污染，能有效處理微生物和硫化亞鐵對(duì)油層的堵塞，恢復(fù)和提高儲(chǔ)層的有效滲透率。

3.1 DQ-1復(fù)合解堵技術(shù)

根據(jù)低滲油層的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，制定了以下方案：

（2）作業(yè)前應(yīng)清除有機(jī)雜物，有效清除積蠟；

（3）除具有一般酸化功能外，解堵劑還可以有效地解除聚合物微生物和硫化亞鐵對(duì)油層的堵塞，從而解除雙井附近的堵塞（與酸化相結(jié)合）、氧化有機(jī)堵塞物和細(xì)菌。DQ-1的主劑可以大大降低聚合物的粘度，從而使其強(qiáng)氧化作用在降解中發(fā)揮作用，能在極低溫度、極短時(shí)間內(nèi)快速殺滅細(xì)菌，徹底消除細(xì)菌對(duì)地層滲透率的危害，同時(shí)，它也是一種選擇性硫化物氧化劑，有助于去除硫化亞鐵沉積物，避免鐵的二次沉積，從而增加巖石的孔隙體積，增加儲(chǔ)層的滲透率；

（4）在解堵劑溶液中，我們選擇泥漿酸和緩凝酸的組合配方，合理增加緩凝酸的用量，減少對(duì)地層骨架的損害。為防止常規(guī)酸化工藝對(duì)低滲油層的傷害，選擇與之配套的粘土穩(wěn)定劑、破乳劑和抑制劑；

（5）對(duì)于含液量低、含水量高的油井，通過加入互溶劑、清蠟劑等有機(jī)溶劑，相應(yīng)減少酸的用量，使巖石表面性質(zhì)由油潤濕變?yōu)樗疂櫇?，從而提高油相滲透率，降低水相滲透率，從而達(dá)到沉淀聚油的目的。

4 實(shí)際應(yīng)用案例

某低滲井于2016年5月8日完井，井深690.5 m，通過射孔和完井壓裂投產(chǎn)。低滲油層厚度24.7 m，射孔間隔490~495 m，厚度4 m，孔隙度15.36%，滲透率6.12×10μm，含油飽和度31.82%。該井產(chǎn)量下降的主要原因是壓裂液排放不干凈，造成羥丙基瓜爾膠等高聚物堵塞，同時(shí)，該井蠟垢形成較重，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。因此，采用復(fù)合DQ-1解堵劑解堵，可以解除蠟、聚合物等有機(jī)物和無機(jī)物的堵塞，提高單井產(chǎn)量。

（1）解決方案。注入清洗液清洗管柱和射孔段；加入DQ-1復(fù)合解堵劑，去除聚合物、有機(jī)物和過濾器，降低pH值，防止硫化亞鐵再次沉淀，有效殺滅微生物。對(duì)井旁地層進(jìn)行全面處理，疏通滲流通道。

（2）配方和劑量。表1列出了配方和劑量。

表1 復(fù)合解堵劑的配方及其用量Tab.1 The formula and dosage of the compound block-removing agent

2020年，采用DQ-1復(fù)合解堵技術(shù)在某油田采油廠的6口井實(shí)施作業(yè)，運(yùn)行后統(tǒng)計(jì)效果如表2所示。

表2 采用DQ-1復(fù)合解堵技術(shù)的低滲油藏產(chǎn)油統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量Tab.2 Oil production statistics of low-permeability reservoirs using DQ-1 composite blocking removal technology

對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，通過DQ-1解堵技術(shù)后，可以顯著地提升低滲油藏的產(chǎn)油量，在統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)每口井增產(chǎn)在54~111.6 t不等，平均每口油井每天增產(chǎn)量約1.27 t，可以看出來經(jīng)過解堵后的油井增產(chǎn)還是比較明顯的。

5 結(jié)語

（1）通過仔細(xì)分析，優(yōu)化了適合低滲油田酸液封堵的新配方方案，增加了酸液的解堵半徑和添加劑的用量，從而保護(hù)了油管、抽油桿和泵，防止了Ca、Mg沉淀造成新的污染；

（2）選擇泥漿酸和緩速酸的組合配方，以減少對(duì)地層骨架的損害，有效防止常規(guī)酸化工藝對(duì)低滲油層造成的損害；

（3）針對(duì)高含水油井進(jìn)行了配方優(yōu)化。通過添加互溶劑、除蠟劑等有機(jī)溶劑，相應(yīng)減少酸的用量，改變巖石表面性質(zhì)，使巖石表面由油潤濕變?yōu)樗疂櫇?，從而提高油相滲透率，降低水相滲透率，從而達(dá)到減水增油的目的；

（4）針對(duì)低滲油田的特點(diǎn)，選擇了合理的施工工藝。在擠壓排液過程中，采用小排量擠壓方法，延長(zhǎng)了井筒周圍封堵液的持續(xù)時(shí)間，有效地解除了井筒附近的堵塞，提高了滲透率。