低渗透油田开发概论

第16卷 第3期大庆石油地质与开发Vol116,No.3

1997年9月P1G1O1D1D1SEPT.,1997

低渗透油田开发概论

李道品

(中国石油天然气总公司咨询中心)

摘 要 主题词

本文对影响低渗透油田开发效果的主要因素,提高油井产量、改善开发效

果的主要技术措施和减少投资、降低成本的主要途径,进行了简要论述。

低渗透油田 开发效果 技术措施

作者简介 李道品,男,1933年生,1954年毕业于西北大学石油地质专业,教授级高级工程师,从事油藏工程研究和管理工作,地址:(100724)北京市766信箱中国石油天然气总公司。

在全国陆上动用的石油地质储量中,低渗透油层(<50@10-3Lm2)储量占11%左右;在探明未动用的石油地质储量中,低渗透油层储量占50%以上;而在近几年探明的石油地质储量中,低渗透油层储量占60%以上。例如:1990年探明低渗透油层地质储量21214@10t,占当年总探明储量的45.9%;1995年探明低渗透油层地质储量增加到30796@104t,占当年总探明储量的比例高达72.7%。从上述数据可以看出,开发好低渗透油田对我国石油工业今后的持续稳定发展有着十分重要的意义。

由于低渗透油田的客观地质特点(主要是生产能力低),造成了开发过程中的诸多突出矛盾。在诸多矛盾中开发技术需要和经济效益要求这一对矛盾是主要矛盾,即从开发好低渗透油田出发,需要较多的技术和资金投入,如钻井和注水等,而投入较多,又会降低经济效益,甚至没有效益。在这一对矛盾中,技术措施又是矛盾的主要方面。因为技术措施的恰当、正确与否,直接影响着经济效益的高低与好坏。

我们认为,需要以辩证的思想方法和观点来分析、认识这种矛盾,以开拓、进取的精神去处理、解决这个矛盾。

投入的技术、资金太少,不适应低渗透油田的基本需要,就不可能开发好低渗透油田,也就没有经济效益可言,这将会使已花费的大量勘探资金长期积压起来,甚至沉没。如果投入的技术、资金适当增加,能够适应低渗透油田的基本要求,则可以提高油井产量,加快资金回收速度,提高原油最终采收率,增加总的产出值,这样可以相对地改善低渗透油田开发的经济效益。

在低渗透油田开发的具体工作中,一方面对于必要的环节,采用先进、实用的技术(如高效注水、总体压裂等),努力提高油井产量,另一方面又要尽可能地简化工艺技术流程,千方百计减少投资,节省费用,降低成本。只有这样,才能使更多的低渗透油田/活0起来,使低渗透油田开发的效果和效益日益改善和提高。当然,最后还是要以经济效益为准则(没有经济效益不能开发),进行综合评价、论证和决策。

本着以上认识,下面集中对三个方面的问题,即影响低渗透油田开发效果的主要因素,提高油井产量、改善开发效果的主要技术措施和减少投资、降低成本的主要途径,进行简要论述。4

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一、影响低渗透油田开发效果的主要因素

1,油层孔喉细小、比表面积大、渗透率低

低渗透储层或由于近源沉积,碎屑物质分选程度差;或因为远源沉积,岩石颗粒细,以及成岩压实和胶结作用,使之油层孔隙小、喉道细、比表面积大、渗透率低。

低渗透油层以小)微孔隙和细)微细喉道为主,平均孔隙直径一般为26~43Lm,喉道半径中值只有0.1~2.0Lm,比表面积高达2~20m2/g。储层孔喉细小和比表面积大,不仅直接形成了渗透率低的结果,而且是低渗透油层一系列开采特征的根本原因。

2,渗流规律不遵循达西定律,具有启动压力梯度低渗透储层由于孔喉细小、比表面积和原油边界层厚度大、贾敏效应和表面分子力作用强烈,其渗流规律不遵循达西定律,具有非达西型渗流特征。渗流直线段的延长线不通过坐标原点(达西型渗流通过坐标原点),而与压力梯度轴相交,其交点即为启动压力梯度,渗透率越低,启动压力梯度越大(图1)

3,弹性能量小,利用天然能量方式开采其压力和

产量下降快

低渗透油田由于储层连通性差、渗流阻力大,一般边、底水都不活跃,弹性能量很小。除少数异常高压油田外,弹性阶段采收率只有1%~2%,溶解气驱采收率也不高。在消耗天然能量方式开采条件下,地层压力大幅度下降,油田产量急剧递减,生产管理都非常被动。4,产油能力和吸水能力低,油井见注水效果缓慢低渗透油层自然生产能力很低,甚至没有自然产能,一般都要经过压裂改造后才能正式投入生产。即使经过压裂改造,其生产能力也都很低,采油指数一般只有1~2t/(MPa#d),相当于中、高渗透油层的几十分之一。

低渗透油层注水井不仅吸水能力低,而且启动压力高,注水井附近地层压力上升很快,甚至井口压力和泵压达到平衡而停止吸水。不少油田的注水井因注不进水而被迫关井停注,或转为间歇注水。

由于低渗透层渗流阻力大,大部分能量都消耗在注水井周围,油井见注水效果程度差。在250~300m井距条件下,一般注水半年至一年后油井才能见到注水效果,见效后油井压力、产量相对保持稳定,上升现象很不明显。

5,油井见水后产液(油)指数大幅度下降

由于油水粘度比和岩石润湿性等多种因素的影响,低渗透油井见水后产液(油)指数大幅度下降。当含水达到50%~60%时,无因次产液指数最低,只有0.4左右,无因次采油指数更低,只有0.15(图2)。

低渗透油层的这种特性,对油井见水后的提液和稳产造成极大的困难。

6,裂缝性低渗透砂岩油田,沿裂缝方向油井水窜、水淹严重

我国带裂缝的砂岩油田其基质岩块绝大多数都是低渗透油层,构成裂缝性低渗透砂岩油图1 低渗透岩心中液流渗流特征

(据何庆来)

第3期 李道品:低渗透油田开发概论田。这类油田注水井吸水能力高,沿裂缝方向的油井水窜、水淹现象十分严重。有的油田在注水井投注几天甚至几小时后,相邻的油井即遭到暴性水淹。但裂缝具有双重作用,调整、控制得当,也可取得较好的开发效果。

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二、提高油井产量,

改善开发效果的主要措施

改善低渗透油田开发效果和经济效益的关键是提高和稳定油井产量。针对影响低渗透油田开发效果的主要因素,总结各项专题讨论,提高油井产量、改善油田开发效果的主要措施是:

1,优选富集区块

我国不少低渗透油田含油面积很大,达上百甚

图2 低渗透油层无因次采液(油)

指数变化曲线(据范乃福)

至几百平方公里,但油层有效厚度较小,单位面积储量较少。这时需要利用三维地震和钻探试油资料,进行早期油藏描述,预测砂体发育区带,掌握油水变化规律,优选油层比较发育、储量丰度较高的有利区块首先投入开发,取得成功经验和经济效益后再逐步滚动、扩大开发规模。

2,确定合理井网密度

合理井网密度是开发好低渗透油田的关键环节。从低渗透油田地质特点出发,需要较大的井网密度才能取得较好的开发效果,但钻井太多又会降低经济效益。应该辩证地认识和处理好这个矛盾。比较恰当的做法是:在经济最佳和经济极限井网密度之间,优选一种比较合理适用的井网密度。这种井网密度既能满足低渗透油田开发的基本要求,又能取得较好的(不是最佳的)经济效益。低渗透油田开发层系的划分可以适当/粗0一些,即一套层系中开采的油层可以多一些,厚度可以大一些。

3,重视油层保护

低渗透油层不仅孔喉细小,而且一般含泥质较多,容易受到污染和损害,所以对低渗透油层要特别重视油层保护工作。

从钻井打开油层开始,到完井、射孔以及井下作业整个过程都要针对油层不同特点和敏感性能,采取相应的油层保护措施。在油层保护工作中要注意实效和节约的原则,既要达到好的实际效果,又要节约投资费用。4,采用高效射孔技术

采用深穿透、高强度、无杵堵、油管传输和负压的高效射孔技术,可以提高低渗透储层油井的完善程度和生产能力,对于深层低渗透油井还可降低地层破裂压力,增强压裂效果。但对于较浅的低渗透油田,如果普通射孔弹可以达到目的,满足要求,就不一定都采用高效射孔技术,这样可以节省费用,降低成本。

5,采用总体压裂优化设计和实施技术

压裂改造是开发低渗透油田最根本的工艺技术,但不能仅从单井出发,追求短期最高的增产油量,而应采用总体优化设计和实施技术。36大庆石油地质与开发 P1G1O1D1D1 第16卷

总体压裂优化设计是以油藏为一个单元,优化设计水力裂缝(一定的缝长、缝宽、支撑缝渗透率及裂缝方位)与油层分布、注采井网和油水运动的合理配置,以达到最大限度地持续高产稳产、提高扫油效率和经济效益。

在总体优化设计的基础上,再进行单井工程设计、施工参数优选、施工过程监测和压裂效果的分析评估。

6,早期注水保持地层压力

我国大多数低渗透油田弹性能量很小,利用天然能量开采,压力产量下降很快,因而一般都应采取早期注水、保持地层压力的开发方式。

榆树林等油田摸索和积累了比较成熟的经验,开发一个油田(区块)时,先钻注水井,进行排液,在生产井投产的同时,注水井全面转注,作到同步注水采油。对于没有裂缝的低渗透砂岩油田,可以在地层微破裂条件下注水,适当提高注采比,以保持地层压力在原始压力附近。

另外,对异常高压和弹性能量大的油田,开始可利用天然能量开采,待地层压力降至静水柱压力或饱和压力附近时再开始注水。这样既有利于注水工程的实施,又可以采出较多的弹性无水原油。

对低渗透油田要采取防腐、杀菌、除氧和精细过滤等一系列技术措施,确保注入水质量合乎规定标准。有条件的地区,对低渗透油田还应开展注气保持压力开发方式的试验。

7,对裂缝性砂岩油田要特别注意作好井网部署,控制好注水压力

对裂缝性砂岩油藏一定要作好早期裂缝识别工作,特别要搞清裂缝主要发育方向,在此基础上作好井网部署。

裂缝性砂岩油田开发井网部署的根本原则是/沿裂缝方向灵活井排距布井0,即平行于裂缝主要发育方向布井,实行线状注水方式,井距可适当增大,排距应适当缩小。具体数值根据裂缝发育程度和基质渗透率高低研究确定。

对裂缝性砂岩油田要严格控制好注水压力,注水压力不能超过地层裂缝张开和延伸压力。恢复压力不能过急,注采比不能过高。

8,搞好深抽工艺技术

低渗透油田油井见水后产液(油)指数大幅度下降,这是实际存在的客观规律,只有不断加大抽油深度(低渗透油田绝大多数都是机械采油井),增大生产压差,提高油井产液量,才可能减缓递减速度,保持产量的相对稳定。因而在低渗透油田开发中要十分重视机械采油工作,不断加大抽油深度,搞好降粘防蜡,提高抽油泵效。

9,试验推广水平井开发技术

对于油层单层厚度大于6m、分布比较稳定的低渗透油田,应积极试验和推广利用水平井开发技术。

特低渗透的榆树林油田茂平1井和安塞油田塞平1井都初步取得较好效果。水平井压裂后产量为周围直井的3~5倍,成本为直井的2~3倍。如果进一步将水平井成本降低到直井的2倍以下,产量稳定为直井的4倍左右,则水平井就可较大规模地推广和实用。当然还需要深入一步研究和解决水平井整体注水开发油藏问题。

10,采用水动力学和混相驱方法改善低渗透油田开发效果、提高原油最终采收率油田研究和生产试验说明,采用水动力学方法,如周期注水、改变液流方向和间注间采等,

第3期 李道品:低渗透油田开发概论对改善低渗透油田、特别是裂缝性低渗透油田的开发效果比较明显。

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通过提高采收率方法初步筛选,聚合物驱对低渗透油田不太实用,CO2混相驱和烃类气体混相驱效果较好,采收率可以提高10%~25%。近期我国天然气储量资源增长较大,CO2资源也有新的发现。我国低渗透油田采收率太低,应该积极开展混相驱提高采收率的研究和现场试验。

三、减少投资、降低成本的主要途径

1,钻小井眼井

钻小井眼井主要目的是为了降低钻井费用。在40至50年代,国外钻小井眼井比较普遍,以后一段时间停顿。80年代以来,在油价降低的状况下,国外钻小井眼井又越来越多。据报

导,钻小井眼井,可节约资金30%左右。

我国50)60年代新疆、吉林等油田曾钻过2700多口小井眼井,后因多种原因影响而停止,这和世界发展趋势十分相似。

现在大庆、吉林等油田已开始钻小井眼井工业试验,预计在技术、设备、工具配套之后,可取得较好的效果。

2,无油管采油

华北油田第四采油厂试验的无油管抽油技术和大庆油田第八采油厂试验的无油管螺杆泵采油技术,都说明无油管采油技术可以较大幅度的减少投资、节约电力、提高经济效益。

如果将无油管采油技术与钻小井眼井技术联合运用,则减少投资、降低成本的效果将更为显著。

3,简化地面工程建设

低渗透油田的地面工程应该而且完全可以大大简化,以减少油田开发建设投资。在这方面近几年来我国已经积累了不少好的经验,例如:长庆安塞油田本着三从一新(从简、从省、从快和更新观念)的原则,根据地面条件复杂的特点,因地制宜地创出了/单、短、简、小、串0的安塞式集输流程。大庆榆树林油田针对位处高寒地区和油井产量低的矛盾创出了/单管同径小环0和液面恢复法量油、取消计量站的榆树林式集输流程。推广和发展这些经验,一定会进一步减少低渗透油田地面工程建设投资。当然对于必需的工程技术,如保证水质的精细过滤等工程,仍然应该保质保量,坚持搞好。

4,改进经营管理机制

新开发的低渗透油田应该彻底打破过去/大而全、小而全0的框框,运用完全新的经营管理机制,充分依靠老区的技术装备和人员力量,采取/作业区0的经营管理模式,这样可以进一步节省建设投资,减少管理费用,降低生产成本、提高经济效益。

对低渗透油田的开发,通过理论研究和生产实践,我们已有了一定程度的认识和经验。一方面要搞好开发部署,努力提高油井产量,进一步改善开发效果;另一方面要千方百计减少投资,节省费用,降低成本。总结、推广和发展这些经验,必将使我国低渗透油田的开发创出一个新局面。

(收稿日期1996-10-15)

编辑 赵成国761997年 第16卷 第3期 大庆石油地质与开发 P.G.O.D.D.

TERINTHENORTHERNPARTOFSONGLIAOBASIN

ABSTRACTThepaperdiscussesthephysicochemicalproperties,chemicalcompositionandthemainionicassociationcharacteristicsoftheformationwaterinthenorthernpartofSongliaoBasin.Inaddition,itstudiesthedistributaryfeaturesofthreespecialelementsBr,I,B(positiveandnegativeion)intheinorganiccompositionoftheformationwaterandminormetallicele-ments.Intheend,thearticlediscussestheformationwater.stypes,distribution,hydrochemicalcompositionandverticallychangingcharacteristics.

KEYWORDSSongliaoBasin,Northernpart,Formationwater,Chemicalcomposition,Physicalproperty,Chemicalproperty,CharacteristicsHuangFutang,TanWei&FengZihui13C-NMRCHROMATOGRAPHICCHARACTERISTICSOFLOW-MATURECRUDEOILINSANZHAODEPRESSION

ABSTRACTThroughtheanalysesofthe13C-NMRchromatographicshapesandparameterchar-acteristicsoflow-matureoilandmatureone,thepaperdrawstwoconclusions:¹Theabovetwokindsofcrudeoilcanbeclassifiedbytheirmolecularstructures;ºThelow-maturecrudeoilmaybetheresultofthealgalsubstancegeneratingintohydrocarbonattheearlyperiodofdiagenesis.

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KEYWORDSSanzhaoDepression,Low-maturecrudeoil,C-NMR,Averagemolecularstructure

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STUDYONTHEPOREMICROSTRUCTURECHARACTERISTICSOFOSTRACODAFOSSILINNENJIANGFORMATIONOFSONGLIAOBASIN

ABSTRACTThestudyonmicrostructurecharacteristicsofthefiveporesonthesurfaceofostraco-daatNenjiangFormationofSongliaoBasininCretaceousshowsthatduringthedepositionalperiodofNenjiangFormationinCretaceous,SongliaoBasinshouldbeacontinentaldepositionalsystemandpalaeolacustrineenviromentandfurthermoreitswaterbodypropertyshouldbefresh-saltish.

KEYWORDSSongliaoBasin,Cretaceous,NenjiangFormation,Ostracodafossil,MicrostructurecharacteristicsHuangQinghua,XuJinghui&ZhangYanxin

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BRIEFINTRODUCTIONTOLOW-PERMEABILITYOILFIELDDEVELOPMENT

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PERCOLATINGRULEOFTHENON-NEWTONIANPOWER-LAWFLUIDINTHEHORI-ZONTALWELLOFFRACTALRESERVOIRSABSTRACTAmodelofnon-Newtonianpower-lawfluidinthehorizontalwellof(dua-lporosity)fractalreservoirsispresentedinthepaper.Inaddition,itsapproximatesolutionandproductivityformulaofthehorizontalwellareobtained.Theeffectsofparameter,power-lawexponent,elasticreserveratioandcrossflowcoefficientonpercolatingrulearecalculated.Theanalysisshowsthatthetransientbehaviorcanbedividedintofiveflowperiods:¹Linearflowperiodinwellboreatfirst;º+»Radialandellipsoidflowatearlystage;¼Interactionperiodofdua-lporositymediain

themediumstage;½Ellipsoidflowperiodindua-lporositymediainthelatestage.

KEYWORDSFractalreservoir,HorizontalWell,Non-Newtonianpower-lawfluid,Welltestanaly-sisLiFanhua&LiuCiqunPRESSUREFALL-OFFCURVESOFTHEINTERWELLFLOWAMONGGASWELLS