義18井區(qū)泥頁巖裂縫油藏儲(chǔ)層改造方式優(yōu)選

劉向軍, 朱建英, 唐存知

(1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所， 廣東 廣州 510640； 2.中國石化股份勝利油田分公司 河口采油廠， 山東 東營 257200)

0 引言

我國泥頁巖裂縫性油氣藏廣泛分布，包括東部松遼、渤海灣、南襄、江漢、蘇北等裂谷盆地和西部柴達(dá)木、酒西、吐哈等前陸擠壓盆地等都廣泛發(fā)育厚層生油泥質(zhì)巖.在這些生油泥頁巖中，大部分都已勘探到具有工業(yè)價(jià)值的泥質(zhì)巖類油藏[1].近年來，隨著我國油氣資源開采的逐步深入，油氣勘探向復(fù)雜巖性發(fā)展[2]，泥頁巖油氣藏必將成為增加油氣儲(chǔ)量的重要方向之一.

河口地區(qū)是濟(jì)陽坳陷泥頁巖裂縫油氣藏最發(fā)育的地區(qū)之一[3]，20世紀(jì)90年代開展了大量研究，主要集中在地震識(shí)別[4]、成藏機(jī)理、儲(chǔ)層物性、資源潛力及測井評(píng)價(jià)技術(shù)等方面[5]，但由于在工藝上研究力度不夠，對(duì)羅67等井實(shí)施壓裂措施后[6]，效果也不理想，同時(shí)也沒有其它有效的增產(chǎn)措施，使泥頁巖裂縫性油氣藏勘探有所降溫[7].

本文意在運(yùn)用油水井儲(chǔ)層改造優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，對(duì)壓裂和酸化兩種儲(chǔ)層改造方式的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià)，優(yōu)選出適用于義18井區(qū)的儲(chǔ)層改造方式，以達(dá)到改造義18井區(qū)泥頁巖裂縫油藏、提高井區(qū)開發(fā)效果的目的.

1 油藏概況及儲(chǔ)層改造方式優(yōu)選的必要性

1.1 義18井區(qū)油藏概況

渤南油田義18井區(qū)構(gòu)造上位于渤南洼陷的中部斷階帶的西部，南北被近東西向的斷層所切割，內(nèi)部又發(fā)育了一系列的斷層橋，構(gòu)造高點(diǎn)位于義18井附近，平均油藏埋深2 780 m，地層傾角2.8度.義18井區(qū)位于四扣洼陷和渤南洼陷的凸起處，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響在該處沙一段成藏，地層發(fā)育比較穩(wěn)定.

沙一段屬于濱淺湖-半深湖相沉積，主要沉積厚層油頁巖、油泥巖、夾薄層白云巖，儲(chǔ)集空間主要包括構(gòu)造裂縫和頁理縫.沙一段電測孔隙度10.34%，電測滲透率3.7×10-3μm2，屬低孔、特低滲儲(chǔ)層.根據(jù)義18井區(qū)試油資料，地面原油密度0.887 5 g/cm3，地面原油粘度28 mPa·s，含硫0.8%，凝固點(diǎn)35 ℃.地層水總礦4 697 mg/L，NaHCO3型.油藏類型為受斷層和巖性因素共同控制的泥頁巖裂縫油藏.

1.2 儲(chǔ)層改造方式優(yōu)選的必要性

泥頁巖油氣藏的儲(chǔ)集空間多數(shù)都是以裂縫為主.因此，泥頁巖裂縫性油藏影響產(chǎn)能的關(guān)鍵因素是裂縫(包括孔隙)的發(fā)育程度與連通狀況.多數(shù)井射孔后自然產(chǎn)能低甚至無產(chǎn)量，需要通過儲(chǔ)層改造來溝通裂縫，使之成為有效通道.

由于義18井區(qū)油藏類型特殊，為受斷層和巖性因素共同控制的泥頁巖裂縫油藏.為提高義18井區(qū)泥頁巖裂縫性油藏油井產(chǎn)能，需要對(duì)其儲(chǔ)層改造方式進(jìn)行優(yōu)選，使其對(duì)該類油藏更具適應(yīng)性和針對(duì)性.優(yōu)選結(jié)果將對(duì)國內(nèi)外類似油藏的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義.

2 油水井儲(chǔ)層改造優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

根據(jù)所研究油藏義18井區(qū)的生產(chǎn)特點(diǎn)和水力裂縫的滲流特征，建立油藏與裂縫的物理模型和數(shù)學(xué)模型[8].

2.1 物理模型的建立

根據(jù)所研究區(qū)塊的井網(wǎng)部署情況，以五點(diǎn)法布井方式為例,介紹計(jì)算模型.同時(shí)，考慮到該區(qū)塊壓裂裂縫為垂直裂縫，建立如下物理模型.

圖1 油藏與裂縫物理模型示意圖

2.2 數(shù)學(xué)模型的建立

開發(fā)低滲透油藏時(shí)，一般采用注水保持地層能量.在研究過程中，采用了油井和水井都帶有垂直裂縫的三維兩相油藏?cái)?shù)值模擬模型.

假設(shè)條件：(1)油藏為三維兩相流動(dòng)，油層水平；(2)油藏為非均質(zhì)，滲透率各向異性；(3)油層油藏流體微可壓縮，且壓縮系數(shù)保持不變；(4)忽略毛管力和重力的影響.建立的數(shù)學(xué)模型如下所示.

(1)

2.3 油水井儲(chǔ)層改造優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的形成

通過建立油藏的差分方程、裂縫的差分方程，以及對(duì)邊界條件的處理和差分方程的求解等來完成的數(shù)值模擬模型的求解，最后形成了“油水井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件”和“油水井酸化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件”，分別對(duì)油水井壓裂、酸化進(jìn)行模擬分析.

3 儲(chǔ)層改造方式優(yōu)選

3.1 地層滲透率對(duì)壓裂和酸化的影響

運(yùn)用“油水井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件”，對(duì)油水井實(shí)施壓裂措施進(jìn)行了模擬.從圖2和圖4中看出，日產(chǎn)油量和日注水量的斜率基本相同，說明地層滲透率對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)的影響基本相同，并與地層滲透率成正比一致.隨著滲透率的增加,不同縫長的曲線之間的間距加大，即地層滲透率高的地層，壓裂的增產(chǎn)、增注效果較好，提高生產(chǎn)初期的采油速度的幅度較大.

運(yùn)用“油水井酸化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件”，對(duì)油水井酸化措施進(jìn)行了模擬.從圖3和圖5中看出，日產(chǎn)油量和日注水量的斜率基本相同，說明地層滲透率對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)的影響基本相同，并與地層滲透率成正比一致.隨著滲透率的增加, 油、水井酸化的增油效果越明顯，說明在高滲透率的地層進(jìn)行酸化會(huì)取得更好的效益.

通過對(duì)壓裂和酸化措施模擬進(jìn)行對(duì)比，對(duì)這兩種措施增產(chǎn)增注效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，可知酸化措施后的開發(fā)指標(biāo)隨各影響因素的變化規(guī)律與壓裂措施相同，但酸化措施的增產(chǎn)增注效果要小于壓裂措施.

圖2 生產(chǎn)初期日產(chǎn)油量對(duì)比(壓裂)

圖3 生產(chǎn)初期日產(chǎn)油量對(duì)比(酸化)

圖4 生產(chǎn)初期日注水量對(duì)比(壓裂)

圖5 生產(chǎn)初期日注水量對(duì)比(酸化)

3.2 裂縫導(dǎo)流能力衰減系數(shù)的影響

在壓裂后的生產(chǎn)中，裂縫導(dǎo)流能力的衰減主要來自于[9]：壓裂液對(duì)支撐劑的腐蝕、溶解作用和溫度的長期影響，以及微粒運(yùn)移及再分布[10].圖6和圖7為本文的裂縫導(dǎo)流能力與時(shí)間的函數(shù).kf=kf0·e-bt+K0是由油田現(xiàn)場的產(chǎn)量、注水量隨時(shí)間變化的曲線回歸而得，因此這里的導(dǎo)流能力衰減系數(shù)b的含義還包括了地層傷害及堵塞的影響而導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力下降的因素.

由圖6和圖7可知，井網(wǎng)的累積產(chǎn)油量、累積注水量和采收率隨裂縫導(dǎo)流能力衰減系數(shù)的增大而減小.由此可得,降低裂縫導(dǎo)流能力衰減系數(shù)可提高產(chǎn)油量和采收率.

圖6 累積產(chǎn)油量與時(shí)間關(guān)系曲線

圖7 累積注水量與時(shí)間關(guān)系曲線

3.3 不同酸化半徑的影響

通常情況下，酸化設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)場常用簡化的下式來計(jì)算酸液用量.

v=π·R2·H·Φ

(2)

其中：v-酸液用量；R-酸化半徑；H-層厚；Φ-孔隙度.因此，若已知酸液用量可以根據(jù)此式推算酸化半徑.

如圖8所示，隨著油水井酸化半徑的增加，日產(chǎn)油量的增加在采油初期較為明顯，在油井見水后，油井的酸化半徑的變化對(duì)采油量基本沒有影響.這主要是因?yàn)樗峄霃接邢?

從圖9中可以看出，日注水量隨酸化半徑的增加而增加.且日注水量隨時(shí)間的變化曲線是生產(chǎn)初期緩升，見水后陡降，但很快又緩升.

圖8 日產(chǎn)油量與時(shí)間關(guān)系

圖9 日注水量與時(shí)間關(guān)系

4 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)以上研究所得成果，對(duì)河口采油廠義18井區(qū)的義18-斜10井實(shí)施了壓裂措施，采用胍膠壓裂液體系(含防膨劑)，支撐劑選擇粒徑為0.425～0.85 mm中密度高強(qiáng)度陶粒，加砂70 m3，實(shí)施后日增油3.5噸，效果明顯.

后來，又在大10-斜5井(該井儲(chǔ)層物性與義18-斜10井相似)上實(shí)施了壓裂措施，仍采用胍膠壓裂液體系(含防膨劑)，加0.425～0.85 mm中密度高強(qiáng)度陶粒砂75 m3，實(shí)施后日液從3.6噸上升到13.1噸，日油從2.3噸上升到10.8噸，截止到2012年底累計(jì)增產(chǎn)原油773噸.

5 結(jié)論

酸化措施后的開發(fā)指標(biāo)，隨各影響因素的變化規(guī)律與壓裂措施相同，但酸化措施的增產(chǎn)增注效果要遠(yuǎn)小于壓裂措施，且酸化有效期也較短.這主要是因?yàn)樗峄瘞У臐B透率遠(yuǎn)小于裂縫內(nèi)的滲透率，且酸化半徑有限.因此，現(xiàn)場主要用酸化方法來解決近井地帶污染堵塞問題和壓裂前的預(yù)處理，對(duì)義18井區(qū)泥頁巖裂縫油藏儲(chǔ)層方式宜優(yōu)選壓裂改造方式.

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