超低渗油藏有效开发技术研究

黄 俊 张誉才 鲁军辉

(1.长江大学石油工程学院油气钻采工程湖北省重点实验室，武汉 430100;2.湖北省天然气发展有限公司，武汉 430000;3.上海海洋石油局第三海洋地质调查大队，上海 200137)

我国低渗透油气藏分布广泛，开发潜力巨大。目前，我国已投入开发的低渗油藏基本采用注水开发，由于超低渗油藏特殊的渗流特征，采用常规注水方式开采的开发效果并不理想［2－3］。研究人员根据超低渗油藏的渗流特征对以往的注水方式进行了改善，开发效果明显。注气(包括空气、氮气、二氧化碳等)也是改善低渗油藏开发效果的有效方法［4－5］。国外部分低渗油藏采用注气方式成功开发，开发效果较注水开发改善明显。国内部分油田也开展了现场试验，取得初步的效果［6－7］。进一步开发动用超低渗油藏储量，提升我国石油产量自给水平，目前仍是研究的课题之一。在此，笔者对超低渗油藏的有效开发技术进行研究。

1 超低渗油藏渗流特征

超低渗油藏具有储层颗粒细小、孔喉细微、胶结物含量高等特征。由于流体赖以流动的孔喉细小，孔隙微观结构影响程度大，孔隙介质与流体作用相对较强，因此，流体在超低渗介质中的渗流规律不再遵循线性的达西公式。

Н Л布兹列夫斯基在1924年发现启动压力梯度［8］，Von Engelhardt、Mitchell、Alvaro Prada 等人都曾先后发现低渗透介质中的非线性渗流现象［9－14］。在这些研究显示，储层渗透率的大小随着水力梯度变化的变化非常明显。

国内有研究者发现，水或原油在超低渗岩石孔隙中渗流时，由于岩石孔隙开度小(≤1 μm)，比表面大，加剧了边界层对油水渗流的影响。此时，只有附加一个压力梯度才能破坏边界层并使油水开始流动，该附加压力梯度即为启动压力梯度［15－17］。启动压力梯度的存在使得流体的渗流过程成为非达西渗流，有效压力系统难以建立［18－19］;同时，由于低渗透油藏大多属于应力敏感性油藏，随着注入水的进入或地层流体的采出，地层岩石的有效覆压将会发生变化，岩石发生形变，从而引起地层孔隙度和渗透率发生变化。由于这种变化的不可逆性，最终将会影响油藏的产能和开发效果。因此，启动压力梯度及应力敏感是超低渗油藏最显著的渗流特征。

王道富等人对长庆低渗油藏某区块100多块岩心的室内实验研究发现，超低渗透油藏随着渗透率的降低，地层流体的启动压力梯度急剧增加，两者之间呈幂函数关系［20］。岩心应力敏感系数与岩心初始渗透率在双对数坐标下呈线性关系，而且对于超低渗透油藏，应力敏感的影响显著增加，只要存在压力降，就会有渗透率的损失。

李忠兴等人根据非达西渗流试验和压力敏感试验，建立了考虑启动压力梯度和岩石压力敏感的数学模型，并给出了均值无限大油藏中一口井的产能预测公式，即为超低渗透油藏渗流理论模型，为超低渗油藏的开发提供了理论依据［21］。

2 超低渗透油藏注水开发要点

启动压力梯度及应力敏感导致超低渗油藏的注水开发现状不理想，采油速度和采收率较低。由前面分析可知，保持合理的地层压力是超低渗油藏开发的关键因素。依据变形介质的压敏效应机理和非线性达西渗流理论，研究人员创建了以提高地层能量、克服启动压力、降低压敏伤害、建立有效的驱替压力系统的超前注水技术，同时，对于超低渗油藏的储层改造技术也有了新的要求。

2.1 超前注水配套技术

超前注水技术能够提高单井产量和最终采收率。王道富等人根据低渗透油藏非线性渗流数学模型，提出了在超前注水期运用保持合理地层压力水平、注水压力、注水强度和注水时机的开发技术［20］，该技术在长庆等低渗透油田现场应用后取得较好的开发效果，单井产量提高15% ～20%。

2.2 超低渗油藏储层改造技术

我国低渗油田大多含有裂缝，通过储层改造技术实现裂缝与基质的良好匹配，降低启动压力梯度和储层压敏伤害，建立注水渗流条件下的有效驱替不仅可以实现超低渗油藏的有效开发，更是超低渗油藏开发的关键。

长庆油田针对超低渗透厚油层采用了多级加砂压裂技术，不仅保证了横向上的深度改造，而且实现了纵向上的有效支撑，增产效果明显。同时，为了提高横向改造程度，还采用了直井水力射孔射流压裂工艺技术，有效改善了平面和剖面渗流条件，与采用常规压裂措施相比增产效果突出［21］。王忍峰等人针对超低渗储层物性差、平面非均质性强等特点，提出了通过压裂改造，形成主裂缝与次生裂缝相结合的裂缝系统储层改造新思路，以降低油水渗流阻力，突破储层非均质性的屏蔽影响，扩大油井的泄流面积，从而达到增产的目的［22］。在西峰油田超低渗区块试验的多裂缝压裂工艺以该思路为技术路线，沟通了天然微裂缝和形成的新裂缝，扩大了水力压裂泄流面积，增产效果良好。

超低渗油藏的注水开发同储层的压裂改造密不可分，但压裂改造技术不能仅从单井出发，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，即设计水力裂缝 (缝宽、缝长、裂缝方位及支撑缝渗透率)要与注采井网、油层分布及油水运动合理配置，以最大限度地维持高产稳产、提高采收率和经济效益。在总体优化设计的基础上，再进行单井工程设计及现场施工设计。

3 超低渗透油藏注空气采油技术

超低渗油藏由于储层喉道极为细小，即使高压注水也难以保持注采平衡，而且储层极易受到注入流体的伤害。早在20世纪初，针对特低渗油藏提出了注气开采技术，用以解决该类油藏注水开发有效压力系统难以建立的问题［23－24］。

目前，我国许多油田都已进入中、高含水期，注水开发技术投入与经济效益之间的矛盾日益突出。注空气相比注CO2、N2、烟道气或烃类气体开采低渗透轻质油油藏是一项富有创造性的提高采收率新技术。其来源广阔，不受空间和地域限制，气源最丰富，成本最廉价，而且空气注入性强，对超低渗油藏具有良好的适应性，因此，应用前景极为广阔。

注空气驱油机理多且复杂，各种机理的相对重要性取决于油藏特性。低渗轻质油藏注空气提高采收率的主要机理:一是传统的注气效应;二是注入的空气与原油发生氧化作用，形成间接的烟道气驱或氮气驱。

60年代以来，美国人对空气驱油技术做了大量室内实验和数值模拟研究，并且现场进行了相应试验，现场注空气驱油配套技术逐渐完善。从1967年开始，美国的阿莫科石油开采公司及其他石油公司在美国南北Dakota州的Willston盆地实施了一些商业性规模的注空气驱油项目。在这些项目中，空气驱油藏由于注入能力特低，注水难度极大。从现场试验情况来看，Amoco石油公司实施的两个试验项目增油效果明显，提高采收率10%［25］。目前，美国Williston盆地东南部的Coral Creek油田进行了空气驱先导性试验，阿根廷的Barrancas油田进行了空气驱可行性评价，印度尼西亚Handil油田进行了空气驱先导性试验。综合分析各自的开发数据可以看出，空气驱可以提高14% ～16%的采收率［26－28］。

我国在广西百色油田、吐哈鄯善油田、陕北吴旗延长油矿、长庆马岭油田、中原油田胡12块等地都进行了注空气驱的现场试验。其中，陕北吴旗延长油矿油藏深度为1920 m，油藏温度为53℃，渗透率区间0.55 ×10－3～3.5 ×10－3μm2，试验过程中未发生安全事故。为防止气窜，后来空气驱改为空气泡沫驱。孙黎娟等人对超低渗油藏注气采油的可行性进行了研究［29］。结果表明，对于超低渗岩心，气驱比水驱平均提高3.8%的采收率，而且注气所需压力远远低于注水压力，注气的最小合理井距也远大于注水井合理井距。

总结国内外矿场经验可以看出，无论从技术上还是经济上，采用注空气驱油都是成功的，项目均有较大的净利润回报，前景非常广阔。油藏埋藏越深，温度越高，实施注空气驱油条件越好。

4 结语

(1)启动压力梯度和应力敏感与地层渗透率之间均为幂函数关系，对超低渗油藏的有效开发影响较大。在制定超低渗油藏开发方案时，不仅要进行总体设计，还需要综合考虑两者各自的影响因素。

(2)超前注水技术有利于建立较高的压力系统和注水渗流条件下的有效驱替，但现场应用要求严格，要根据油藏条件确定合理的超前注水压力保持水平、注水压力、注水强度和注水时间，以提高单井产能并减缓油田产能的综合递减率。

(3)储层改造是超低渗油藏开发的最根本技术之一，前置酸加砂压裂技术、多级加砂压裂技术、多裂缝压裂技术等都为超低渗油藏的开发开辟了新的途径。

(4)注空气驱油适应于各种类型油藏，也是目前挖掘低渗透油藏剩余储量最廉价、最有发展前景的三次采油方法之一，能够建立比注水更有效的压力系统。我国空气驱技术起步较晚，在吸收引进国外先进配套技术的同时，更要形成我国低渗油藏注空气驱油技术的完整体系。

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