基于低滲油藏增能解堵技術(shù)研究

楊 茜，趙子丹，沙 潔

（1.延長油田杏子川采油廠，陜西 延安 710000；2.陜西延長石油有限責(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，對石油的需求不斷增長，但產(chǎn)量增長滯后，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)計數(shù)據(jù)表明，十三五期間我國的石油平均對外依存度達(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層中，在中國，這個數(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)對于緩解我國目前面臨的原油產(chǎn)能嚴(yán)重不足，對進(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)?？碧介_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)的低滲油藏理論對儲層的相對非均質(zhì)性和裂縫滲流等因素考慮不足，因而在其實際運(yùn)用中有一些局限之處。近年來，通過一系列的室內(nèi)試驗、理論分析與數(shù)值模擬計算等方式為低滲透氣田的開發(fā)奠定了實用的理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究認(rèn)為，由于低滲透儲層的孔隙度小，儲層通透性差，滲流機(jī)理復(fù)雜，從而導(dǎo)致了儲層內(nèi)流體流動呈低速非達(dá)西流動的特征。主要體現(xiàn)在一方面，起始壓力梯度對滲流有顯著影響；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，低滲油藏地啟動壓力梯度是隨著滲透率的增加而表現(xiàn)出減少的趨勢，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壓力梯度隨儲層滲透率的變化關(guān)系存在著一個很明顯的拐點，表示著滲透率的一個臨界值，當(dāng)實際滲透率低于這個數(shù)值，則啟動壓力梯度會急劇增大。這是由于滲透率越小，則表示儲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，啟動壓力梯度也相應(yīng)地隨著增加。

圖1 低滲透油藏啟動壓力梯度隨著滲透性變化的趨勢圖示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)會伴隨著儲層流體的變化而導(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。從圖中不難發(fā)現(xiàn)，低滲儲層的應(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，但是下降的幅度在逐漸變緩。而隨著壓力的降低，儲層的滲透性隨即上升，但是實驗結(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的低滲透儲層中適用。其原理是通過定向射孔技術(shù)將起始壓裂方向進(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、下定向射孔相對應(yīng)的多裂縫壓裂，從而使儲層的流體排量增加，進(jìn)而提升低滲透儲層的油井產(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后發(fā)現(xiàn)，在定向射孔壓裂過程中，當(dāng)儲層主應(yīng)力差在7 MPa以上時，就會導(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最佳值，在這個最佳的條件下，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)儲層產(chǎn)油量的提升，相關(guān)研究表明，這個方向交角最佳值為45°。

對于儲層較厚但儲層中無夾層的油（氣）井，由于支撐劑垂直放置不均，常規(guī)壓裂時支撐劑可能在儲層下部沉淀，這樣的結(jié)果可能會導(dǎo)致無法對儲層的產(chǎn)能進(jìn)行充分釋放。在多級加砂壓裂技術(shù)實施過程中，壓裂過程分階段、分步驟進(jìn)行，每一個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。

多級暫堵壓裂技術(shù)主要適用于儲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)特點主要在于通過從不同的位置和方向逐級加入含有高濃度暫堵劑的壓裂液，使得儲層井底壓力升高，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，并對儲層中的水產(chǎn)生很大影響。同時，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，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試儀，定位井下注水配套工具，實現(xiàn)準(zhǔn)確注水。該技術(shù)成熟且易于操作，但耗時較長，測試成本較高。針對特低滲透油藏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，拆下閥蓋滑蓋，實現(xiàn)分塞噴射。舊工藝技術(shù)新型實用，結(jié)構(gòu)簡單，裝配可靠。采用偏心多級注水，配合分段開箱、磁定位、管柱錨固相結(jié)合，實現(xiàn)了高梯度井、深井、小空間井分層注水，同時，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，在低滲油藏儲層中，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)致儲層采注在水平和垂直位置存在不平衡，通過對注采井網(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點井網(wǎng)（圖4a）和矩形五點井網(wǎng)（圖4b），皆具有良好的適應(yīng)性和靈活性，有助于實現(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

針對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、瀝青等對油層的污染，能有效處理微生物和硫化亞鐵對油層的堵塞，恢復(fù)和提高儲層的有效滲透率。

3.1 DQ-1復(fù)合解堵技術(shù)

根據(jù)低滲油層的特點，結(jié)合實際情況，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、極短時間內(nèi)快速殺滅細(xì)菌，徹底消除細(xì)菌對地層滲透率的危害，同時，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，減少對地層骨架的損害。為防止常規(guī)酸化工藝對低滲油層的傷害，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，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口井實施作業(yè)，運(yùn)行后統(tǒng)計效果如表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)計產(chǎn)量Tab.2 Oil production statistics of low-permeability reservoirs using DQ-1 composite blocking removal technology

對表中的數(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)計時間內(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，以減少對地層骨架的損害，有效防止常規(guī)酸化工藝對低滲油層造成的損害；

（3）針對高含水油井進(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）針對低滲油田的特點，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，延長了井筒周圍封堵液的持續(xù)時間，有效地解除了井筒附近的堵塞，提高了滲透率。