低渗透油田高效开采技术与低渗透油田高效开采技术与 发展趋势发展趋势 主 要 内 容 n制约低渗透油藏高效开采的关键因素 n国外水力压裂技术的新进展 制约低渗透油藏高效开采的关键因素 n建立有效的注采驱动压力体系 （井网类型、井网与裂缝方位匹配、井距 、注采压力、启动压力等） n水力压裂增产与伤害的协调 常规油藏 注水井 采油井 低渗油藏 注水井 采油井 由于渗透率低和启动压力的作用，导 致注采井间无法建立有效的水动力系 统，致使注水压力上升，采油井压力 下降注不进、采不出！ N E 裂缝方向 breakthrough direction 安塞油田坪桥区井位图 裂缝导致方向性见水 水力压裂增产与伤害的协调 压裂过程中压裂液的伤害： 地层 天然裂缝 填砂裂缝的伤害 乌审旗岩心水基压裂液伤害结果 水基压裂液：渗透率伤害率为74.897.6%。 压裂液进行添加剂优化后：渗透率伤害率为63.088.0%。 1、基质伤害：滤液的伤害 破胶液残渣粒度与孔喉直径对比 Davg=103.70umD50=101.30um Dmax=116.00um Davg=11.59um D50=0.109um Dmax=10100um Particle Diameter of Unbroken Gel, um 破胶液残渣粒 度大于孔喉直 径，无颗粒侵 入伤害！ 2、天然裂缝伤害：残渣、冻胶 残渣堵塞天然裂缝，降低裂缝渗透率；破胶剂难 以进入天然裂缝，冻胶破胶不彻底，增加油气渗流 阻力。 3、填砂裂缝伤害：滤饼、残渣 支撑剂嵌入滤饼降低填砂裂缝导流能力； 残渣堵塞裂缝孔隙。 压裂液残渣伤害实验研究 压裂液浓度伤害对比：Carbo Pro 20/40支撑剂 4.支撑剂嵌入实验研究 10 Kg/m2铺砂浓度实验结果 贵阳林海30/60目陶粒嵌入实验 新工艺新工艺 清水压裂及其进展 新材料新材料 高强度超低密度支撑剂（ULW） 主主 要要 内内 容容 国外水力压裂技术的新进展 所谓的清水压裂，除了早期用清水不带砂外 ，多数是用化学处理剂，如减阻剂、活性剂、 防膨剂处理过的清水或线性胶，这种水也常常 称作滑溜水（滑溜水（slick water-slick water-fracfrac) )。 作业中带有少量砂的，但也有加砂量较多的 ，砂比常为3.5%。用用水量多，排量大水量多，排量大是它们的 共性，至于造缝导流能力的大小 与储层物性 有关。 、新工艺清水压裂技术及其进展 低渗透油气藏高效开采的关键： 降低压裂液对地层的伤害！ 降低开采成本！ 清水压裂技术 清水压裂技术的发展历程 两个砂岩地层的应用效果对比 清水压裂对致密气藏伤害评价 清水压裂增产机理及适应性 压裂液返排监测技术 70年代中期，在俄克拉荷马西北的密西西 比裂缝性石灰岩地层进行了有规模的清水 压裂；用大量的清水，每分钟排量为8 12方，砂比为1.75%，由于砂量及砂比都 较低，难以长期支撑形成的裂缝。 1986 至1987年在吉丁斯油田（澳斯汀白垩 石灰岩地层）进行了清水压裂，基质岩石的 渗透率为0.005至 0.2毫达西，地层厚度为50 至 500英尺。压裂后，油井从平均日产油 0.64方增加至6.4方。压裂规模平均2400方 清水，排量平均7方，平均用浓度7.5至15% 的盐酸500方。 清水压裂技术新进展 1988年联合太平洋能源（UPR）公司 在其第一口水平井中也进行了清水压 裂，在作业中使用了蜡珠作为分流剂 。 95年以后，广泛应用于裂缝性致密砂 岩气藏；提出了冻胶与滑溜水联合的 混合清水压裂技术。 1995年UPR公司东得克萨斯盆地棉花谷致密、 低渗砂岩地层 施工概况施工概况：泰勒段砂岩，对150口井进行了250次 的清水压裂 储层情况：储层情况： 渗透率0.001至0.05毫达西 无论纵向上和横向上都非常不均质，纵向上砂 页岩交替，砂层总厚为1000到1500英尺 清水压裂技术应用实例1 压裂工艺：压裂工艺： 采用大量清水与少量的化学剂（降阻剂、活性剂、 防膨剂等） 20/40目的 Ottawa砂子，总砂用量在2273公斤到 136吨之间 砂比3.5%，少数作业中使用砂比达到15%的尾随 支撑剂 排量为1.6方到13方，用水量约为64方到3180方， 前置液占40%到50% 棉花谷泰勒砂层A气田大型清水压裂与常规压裂的比较 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较 泰勒砂层气藏清水压裂与常规压裂产量对比 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较 泰勒砂层C气田清水压裂与常规压裂产量的比较 造缝后导流能力不足 ！ 所以要根据地层物性 设计合理的导流能力 、选择施工工艺 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较 90 年代中期安纳达柯石油公司东得克萨斯棉花谷上侏罗 纪博西尔砂层 储层情况：储层情况： 博西尔砂层位于棉花谷砂岩之下，是黑灰色页岩间夹有 细砂、粉细泥质砂岩的大厚层 粘土的主要成分是绿泥石与伊利石 平均孔隙度与渗透率分别为610%及0.005 0.05毫达西 低渗储层的含水饱和度为50%，高渗透率储层为5% 清水压裂技术应用实例2混合清水压裂 工艺技术工艺技术混合混合清水压裂法：清水压裂法： 在工艺实践中发现，对某些储层清水压裂导 流能力得不到保证，采用了混合清水压裂工艺： 用清水造一定的缝长及缝宽后，继以硼交链的3.6 4.2 公斤/方的胍胶压裂液，带有20/40、40/70目 砂子，从而产生较高导流能力的水力裂缝。 EXT-4气井清水压裂加少量砂子压后采气曲线 EXT-9气井清水压裂加大量砂子压后采气曲线 EXT-15气井混合清水压裂压后采气曲线 研究的目的 在上侏罗系砂岩的博西尔地层进行了清水压 裂，施工中泵入大量清水并在裂缝扩展过程中又 毫无防滤措施，在这样致密的砂层内毛管力自吸 现象又严重地存在；同时考虑到泵入水在裂缝扩 展过程中，也会受到应力依赖的渗透率的影响。 所以采用数值模拟方法研究这些因素对气井产能 的影响。 清水压裂对致密砂岩地层伤害评价 压裂施工及监测情况 滑溜水1590方 40/70目涂层砂（ RCS）50方 平均排量12方 井口平均作业压力53 MPa 微地震成象监测 有有 效效 厚厚 度：度：169169ft ft 孔孔 隙隙 度：度：8.89%8.89% 水平渗透率：水平渗透率：0.0297 0.0297 mdmd 垂向渗透率：垂向渗透率：0.002970.00297mdmd 新工艺 清水压裂中水锁及岩石物性应力依赖性的影响 采用油藏油藏地质力学地质力学压裂模拟压裂模拟的综合模型 进行拟合，拟合时的限制条件如下： 压裂压力约在8184.5 MPa之间; 裂缝微震成像的半长约为106 137米，垂直于缝的 宽度很大（每边可达15米地层变形的范围！）; 返排期间水产量递减很快，到生产晚期基本为常数; 不稳定试井得出的缝长较短，缝导流能力约为 1.523dc.cm。 研究方法数值模拟方法 （地层裂缝模型，单相与气水两相） 拟合时的计算参数拟合时的计算参数 1 渗 透 率：0.030.0107 md 2 导流能力：1.52 dc.cm 3 填砂缝长： 67 m 压裂作业拟合结果 Qg Qw 排液与生产时间的拟合 停泵时，滤 失区达到了 15英尺 停泵时刻裂缝壁面附近地层含水饱和度分布停泵时刻裂缝壁面附近地层含水饱和度分布 平均进水深度 5-10英尺 停泵时停泵时井筒附近井筒附近地层含水饱和度分布地层含水饱和度分布 水侵入区域在井底周围已大大减少，但在 缝端部的含水饱和度仍然很高，此处的排 液程度较低，排液的初速度与井底周围的 水饱和度、滤失区的厚度有关，并受控于 随应力而变化的渗透率。 生产生产1010天后裂缝附近地层含水饱和度的分布天后裂缝附近地层含水饱和度的分布 水锁和水相渗透率对产量影响水锁和水相渗透率对产量影响 单相气与气水两相流对产 量影响不大！ 因此，水锁影响并不大！ 渗透率伤害（粘土膨胀、堵塞等渗透率伤害（粘土膨胀、堵塞等 ）对产量影响）对产量影响 裂缝附近地层渗透率降低 2 2 ，产量降低10101515！ 因此，清水压裂也应 针对性地选择添加剂 ，以减少对储层的伤 害！ 岩石中的天然裂缝多半是表面粗糙，闭合后仍能保持 一定的缝隙，这样形成的导流能力，对低渗储层来说 已经足够了。这种情况已在实验室中观察到。 常规冻胶压裂，由于排液不完善，裂缝的导流能力受 残渣伤害等有所降低，清水压裂基本上不存在不易排 液的问题。 清水（线性胶）易于使砂子沉到垂直缝周边较细的天 然裂缝中，扩大了渗滤面积。 压裂过程中岩石脱落下来的碎屑（特别是在页岩地层 中）它们可能形成“自撑”式的支撑剂。 清水压裂增产机理常规解释 认为剪切力能使裂缝壁面从原位置上移动，从而 产生不重合并出现许多粗糙泡体表面，由于存在剪切 滑移，在裂缝延伸过程中也能使已存在的微隙裂开， 并使断层面及其它弱面张开，这些现象可以发生在水 力裂缝的端部或裂缝周围的滤失带中。 剪切膨胀扩展裂缝基本假设 清水压裂增产机理新解释新解释 剪切膨胀扩展裂缝物理过程 当裂缝周边的岩石在 压力超过门槛压力后， 即发生“滑移”破坏， 两个裂缝粗糙面的滑动 ，使垂直于缝面的缝隙 膨胀。停泵后，张开了 的粗糙面使它们不能再 滑回到原来的位置，从 而剪切膨胀的裂缝渗透 率得到保持。 清水压裂在这种情况下的成功与否，取决于取决于是否存在着有利的天然 裂缝系统以及它们对压力及原有的就地应力的响应程度。 质地强硬的岩石有许多粗糙的节理，很高的抗剪程度，很好的剪切 与裂缝导流能力的耦合性，清水压裂适用（裂缝性致密砂岩、灰岩裂缝性致密砂岩、灰岩 地层地层等）； 强度较弱的岩石如泥质砂岩就不适合清水压裂； 储层的裂缝网状分布及流体流动过程都可以用以评价是否应该采用 清水压裂。 清水压裂增产的适应性 由于由于清水压裂 可免去制备冻胶所消耗的化学剂量，包括成胶剂、交链剂 与破胶剂，不含残渣，不会堵塞地层； 减少了砂（支撑剂）的用量及运砂的费用 所以所以 清水压裂与常规冻胶压裂在相同规模的作业中可节省费用 40% 40% 60%60%。对于那些渗透率很低的边际油气田，清水压裂 将是开采这类油气田的重要措施，也是降低采油成本，增加 动用储量的有效途径。 清水压裂技术结论 、记录泵入水的回采率，但是此值受地层产 出水的影响很大。 、 、计量排液中的聚合物浓度，此方法操作上 非常复杂，测试结果也不十分确切，由于滤失而 使聚合物浓度提高，在泵入水回采率的计算方面 ，可能产生误导。 、分析注入前后的聚合物溶液以确定碳水化 合物的总含量，从而计算水的回采率。此方法同 样受缝中滤失的影响。 压裂液排液或回排的监测常规方法常规方法 返排率？返排率？ 问 题 F获得的水回采率都不是从作业中各个压 裂液段中得到，是笼统的整个作业过程 中的情况。 F有时返排率很高，但压后生产动态很差 ！（往往是最后注入的一段液体未排出 堵塞了裂缝！） ？ 特点：特点： 示踪剂具有独特性质，各不相同：它们彼 此不起反应，与岩层或金属管类也没有化学 反应；不随时间或温度的变化而发生降解， 示踪剂在极低浓度（50ppt）下仍可被察觉。 无论在运输、泵入或废弃时，都是安全的。 易溶于水，滤失后也不会浓集。 性质各异的压裂用化学示踪剂（性质各异的压裂用化学示踪剂（CF