李士伦 （教授，博导）2003年4月2325日深部低渗致密气藏凝析气深部低渗致密气藏凝析气 藏开发的难点及其对策藏开发的难点及其对策1摘 要我国低渗致密气藏和凝析气藏的储量占相当 大的比例。随着深部油气勘探的发展，发现这类气 藏的可能性也更大。认识和掌握这类气藏的特殊规律（地质、开 发特征）是开发好低渗致密气藏的前提;确定合理的 开发方式、层系井网和气井生产制度是开发好这类 气藏的基础;采用先进实用配套的工艺技术，是开发 好这类气藏的保证。2重点介绍五项建议技术措施，即：深度压裂 改造技术，凝析气井井筒和近井地带积液的处理技 术，开发后期低于最大凝析压力条件下的注气技术 ，低渗致密凝析气藏多孔介质油气体系相态分析技 术和某些气藏工程分析技术。3一、低渗致密气藏的地质 特征和开发特征根据我国标准，有效渗透率根据我国标准，有效渗透率0.1100.1103 3mm2 2（绝对绝对 渗透率渗透率11201020103 3mm2 2）、）、孔隙度孔隙度15%15%为低渗气藏为低渗气藏 ，有效渗透率，有效渗透率35003500m m ）天然气资源量为天然气资源量为21.661021.66101212m m3 3，占全国天然气总资占全国天然气总资 源量的源量的57%57%，陆上主要集中在西部。，陆上主要集中在西部。对已开发的这类气藏，如何改善开发效果，发展先对已开发的这类气藏，如何改善开发效果，发展先 进实用配套的技术，对我国天然气工业持续稳定发展进实用配套的技术，对我国天然气工业持续稳定发展 ，有着十分重要的意义。，有着十分重要的意义。 41)构造特征 (1)断层断裂活动引起一系列构造、地层的变化，改变储层 埋藏条件，引起流体性质和压力系统的变异。 (2)透镜体准确确定透镜状砂层的大小、形态、方位和分布，是 能否成功开发这类气藏的关键。1 1、低渗致密气藏的地质特征、低渗致密气藏的地质特征5(3)(3)裂缝裂缝低渗致密储层只要能与裂缝搭配，就能形成相对低渗致密储层只要能与裂缝搭配，就能形成相对 高产的储层，对裂缝的系统研究是开发这类气藏的高产的储层，对裂缝的系统研究是开发这类气藏的 重要课题。裂缝主要对油气渗流作贡献，裂缝孔隙重要课题。裂缝主要对油气渗流作贡献，裂缝孔隙 度一般不会超过度一般不会超过2%2%。根据国内外大量资料表明，在。根据国内外大量资料表明，在 一定埋藏深度下，天然裂缝在地下一般呈闭合状态一定埋藏深度下，天然裂缝在地下一般呈闭合状态 ，缝宽多为，缝宽多为10501050mm，基本上表现为孔隙渗透特基本上表现为孔隙渗透特 征，这些层不压裂往往无自然产能。征，这些层不压裂往往无自然产能。62)储层特征低渗致密砂岩主要特征是：非均质性强，低孔低渗 和高含水饱和度。 （1）非均质性强低渗致密砂岩储层一般具有严重的非均质性，储 层物性在纵横向的各向异性非常明显，产层厚度和岩 性都不稳定，在很短距离内就会出现岩性、岩相变化 甚至岩性尖灭，以至在井间无法进行小层对比。 （2）低孔低渗孔隙结构研究能揭示储层内部的结构，它是微观 物理研究的核心，这类储层的孔隙结构主要特征是孔 隙类型的多样、孔喉半径小和泥质成分多。7-孔隙结构主要特 征一般这类储层孔隙有粒间孔隙、次生孔隙、微 孔隙和裂缝四种基本类型。粒间孔隙愈少，微孔隙所 占比例愈大，渗透率就愈低。低渗致密砂岩受后生成 岩作用影响明显，它以次生孔隙（包括成因岩作用新 生的孔隙和经改造后的原生孔隙两部分），并且往往 伴随着大量的微孔隙。不论何种成因，不论其性质有何差异，这类砂岩 都具有孔隙连通但喉道细小的特征，一般喉道小于 2m。泥质含量高，并伴生大量自生粘土，这是低渗 致密砂岩的又一明显特征。8-渗透率特 征 渗透率是储层渗流能力的决定因素，由于孔喉小， 微孔隙比重大，故渗透率很低。常规实验室测定的气 体渗透率与实际储层条件下的渗透率差别很大，这对 低渗致密气藏尤为突出，因此要尽量模拟地层条件测 定储层渗透率，地层条件下的渗透率不仅与上覆岩层 压力有关，还与地层水饱和度及其含盐量有关。埋藏 愈深，压实、胶结和成因作用愈强烈，所以，渗透率 随埋深的加大、压力的增高而急剧地减小。这类储层 岩石具有强烈的应力敏感特性，并且压力卸载后，渗 透率恢复不到原值。92、低渗致密气藏的开发特征1)单井控制储量和可采储量小，产量低，递减 快，气井稳产条件差。2）大多数气井需经加砂压裂和酸化才能获得较 高的产量或接近工业气井的标准。但随之而来的是 投产后的递减率高。3）主力气层储量动用充分，而非主力气层，储 量基本未动用，多为长井段多层合采，因此层间矛 盾更加突出。104 4）一般不出现分离的气水接触面，大多产水不大）一般不出现分离的气水接触面，大多产水不大 ，但储层的含水饱和度很高，一般为，但储层的含水饱和度很高，一般为30 30 70% 70%，通，通 常以常以40%40%作为估算储量的下限。因此井筒积液严重，作为估算储量的下限。因此井筒积液严重， 常给生产带来影响。常给生产带来影响。5 5）气井生产压差大，气藏单位地层压降产气量小）气井生产压差大，气藏单位地层压降产气量小 。由于生产压降大，井口压力就较低，所以，可供。由于生产压降大，井口压力就较低，所以，可供 利用的压力资源就有限。利用的压力资源就有限。6 6）孔隙结构特征差异大，毛管压力曲线都为细歪）孔隙结构特征差异大，毛管压力曲线都为细歪 度型，细喉峰非常突出，喉道半径均值很小，排驱度型，细喉峰非常突出，喉道半径均值很小，排驱 压力很高，这些特征对于气体渗流规律产生很大的压力很高，这些特征对于气体渗流规律产生很大的 影响。而在低渗致密储层中气体渗流特征与油藏油影响。而在低渗致密储层中气体渗流特征与油藏油 的渗流特征有相似之处，存在着的渗流特征有相似之处，存在着“启动压力启动压力”现象现象 。113、低渗致密气藏开发的十项 配套工艺技术1)钻井、完井和气层保护技术如采用“特低固相”钻井液，达到低固相、低密 度、低粘度和防塌、携砂能力强的要求。要防止 在压裂改造过程中对气层的污染。 2)优化射孔技术如采用负压射孔、深穿透射孔。123)气藏描述技术其核心是寻找有经济价值的高产富集区，优先投 入开发。其它的措施可列举以下方面：（1）用岩矿分析、扫描电镜和X衍射等方法和手段 确定岩土矿物成分、含量和产状。（2）开展沉积相研究，寻找有利相带。（3）开展成岩作用与成岩史研究，确定次生孔隙 在平面上和纵向上发育带。（4）开展气藏类型的研究，对储层不稳定的岩性 气藏进行井间砂体的预测。（5）开展地应力测定及裂缝系统的早期识别研究 。13（6 6）气藏构造、物性、含油气性和油气水分布的）气藏构造、物性、含油气性和油气水分布的 三维显示。三维显示。（7 7）开展测井系统的适应性试验，提高测井解释）开展测井系统的适应性试验，提高测井解释 水平及解释模型的建立。水平及解释模型的建立。（8 8）通过露头观察、定向岩心、应力大小及方向）通过露头观察、定向岩心、应力大小及方向 分析，来预测水力压裂裂缝方位。分析，来预测水力压裂裂缝方位。（9 9）用三维地震、垂直地震剖面和井间地震等方）用三维地震、垂直地震剖面和井间地震等方 法进行砂体的预测。法进行砂体的预测。（1010）综合评价这类气藏开发的可行性。）综合评价这类气藏开发的可行性。144)气藏工程分析技术渗流机理这个重大理论问题（非达西流，气体 滑脱，“启动压力”和临界流动压力梯度等），仍 需开展深入的研究和系统的实验。试井方法也仍 待完善和发展。155)低渗致密气层的压裂改造技术以美国为例，自1981年以来所钻的井有35 40% 都必须实行大型的水力压裂，使气井增产气量达到40 57%。1978年休斯顿米切尔能源公司在德克萨斯州 贝克奥恩一号井进行巨型压裂，泵入1150t砂子和 4600m3压裂液。美国前安然公司在四川八角场香四气 藏的加砂压裂和长庆气田压裂改造的经验都值得引起 我们的重视。166)低压低产气藏气井井筒举升技术四川、中原、大港等都有很好的经验。 7)气井动态监测技术 8)降低建设成本，采用科学、合理的地面流程 9)富含凝析油型凝析气藏全部或部分回注干气 保持压力技术1710）水平井技术水平井适用于这类气藏的一些特定地区。如由于构 造应力而产生各种裂缝，若水平井能很好地与垂向裂 缝相交，则渗流状况会有很大的改善。美国莫比尔公司在1982年开发（Sochlingen）索奇 林乾气藏，钻了3口直井，并采用了常规压裂技术，效 果均不理想。后来，钻成了世界上现今最深的水平井 （垂直井深达4784.5m），水平段长628m，还对水平 井进行多次压裂，井下形成了四条水力压裂缝，获得 了比直井高3 5倍的产量，气井达到了36.8104m3/d 的稳定产量。 18二、几项具体建议技 术191 深度压裂改造技术没有压裂改造，绝大部分低渗气井就没有工业产 量，它是开发低渗气藏凝析气藏的关键性技术。美国前安然公司虽已爆发丑闻而倒闭，但在四川 八角场气田低渗致密香四气藏的深度压裂改造仍给 我们很多的启示，它帮助我们开阔思路，增强我们 对低渗致密气藏开发的信心。（参见中国石油对外 合作经理部四川潘正富文章，2000.7）。20概况：位于四川省中部，1974年2月开始勘探，1981 年4月投入开发，香四气藏为其主力气藏。低渗致密气藏，1993年在中部30km2范围计算的天 然气控制储量为234108m3，气藏自然产能低，生产压 差在2434.3MPa之间，平均单井产量仅1104m3/d， 为典型的难采储量。构造平缓、完整、形态简单，闭合高度155m，闭合 面积181.5km2。储层孔渗物性差，孔隙度1.015.7%，平均8.3%， 渗透率0.052.5103m2，平均0.507103m2， 储层含水饱和度高，平均59.2%。储层内分布少量微细 裂缝，为油气运移主要通道。该储层属强水敏性储层。- -四川四川八角场气田八角场气田香四气藏香四气藏压裂情况压裂情况21该气藏属该气藏属异常高压气藏，原始地层压力高达异常高压气藏，原始地层压力高达 53.453.457.857.8MPaMPa，但产能低，生产压差大，在但产能低，生产压差大，在2424 34.334.3MPaMPa间，平均单井自然产能仅间，平均单井自然产能仅1101104 4m m3 3/d/d，采采 气指数气指数300300400400m m3 3/ /dMPadMPa。试采结论是香四气藏储量大，而自然产能低，试采结论是香四气藏储量大，而自然产能低， 要提高单井产量，必须对气藏进行深度改造。要提高单井产量，必须对气藏进行深度改造。221) 增产作业改造简史第一阶段酸化解堵（1986年以前）每井注入酸量318.7m3，浓度1115.1%，平均 泵压40MPa，排量150L/min，效果不明显。第二阶段加砂压裂（19861990）1987年相继在角46井、角13井进行大型加砂压裂 ，当时受井身条件和施工装备限制，最大注液排量 仅达到2.53m3/min。23第三阶段引进NOWSC和哈里伯顿公司技术（1991 1995） 三口井均施工成功，但未能大幅度提高单井产量。与此同时，四川石油管理局也开展了系列研究和评价 。1998年四川石油管理局引进了14台压裂装备，并进 行国内配套工作，储、运、配、供、注及施工控制能 力有了大幅度提高。1997年美国安然公司总承包了川 中合作区块的储层改造工作。242)安然公司的储层改造方案其主要技术 要点（1）气层保护及井的工程条件准备该公司在这方面做得很出色，从钻井液、完井 液的优选、作业用水水质的控制到钻井、完井全过 程的监控，无不贯穿着气层保护这一宗旨。对压裂 用水最后确定高价购买生活用水作为施工用水。在 三口施工井都选了大通径管汇注液，采用井口保