基于低渗油藏增能解堵技术研究

2022-04-29赵子丹

粘接 2022年4期

杨茜，赵子丹，沙洁

（1.延长油田杏子川采油厂，陕西延安 710000；2.陕西延长石油有限责任公司研究院，陕西西安 710065）

随着我国经济的快速发展，对石油的需求不断增长，但产量增长滞后，导致需求与产量的差距越来越大，原油净进口量不断增加，对国外石油的依赖度逐年上升。2019年和2020年，我国的石油进口分别达到了6.85×10t和6.49×10t，而2019年和2020年我国的石油产量分别为1.96×10t和2.02×10t，每年需要从国外进口的石油超过石油消耗量的2/3，相关统计数据表明，十三五期间我国的石油平均对外依存度达到67%，目前石油月进口量已超过美国，居世界第一位。

目前，全世界超过30%的石油资源分布在低渗透储层中，在中国，这个数字甚至达到了45%，低渗油藏的石油资源进行合理有效地开发对于缓解我国目前面临的原油产能严重不足，对进口石油依存度过高以及促进原油的可持续利用均具有至关重要的战略性意义与作用，但是，低渗透油气田的规模勘探开发技术要求高，开发难度大，一直是世界范围内的重大工程问题，也是油田开发工程的前沿课题。1995年，位于陕西安塞的超低渗透油田开采成功并正式投产，标志着我国在低渗透油藏勘探开发技术上的重大突破。经过20多年的不懈努力，我国低渗透油气资源的勘探取得了令人瞩目的成就，发现了大量的低渗透油藏资源。

1 低渗透油藏开发理论

与中高渗透油藏相比，低渗透油藏具有不同的物理性质和复杂的渗流特征。由于传统的低渗油藏理论对储层的相对非均质性和裂缝渗流等因素考虑不足，因而在其实际运用中有一些局限之处。近年来，通过一系列的室内试验、理论分析与数值模拟计算等方式为低渗透气田的开发奠定了实用的理论基础。

相关研究认为，由于低渗透储层的孔隙度小，储层通透性差，渗流机理复杂，从而导致了储层内流体流动呈低速非达西流动的特征。主要体现在一方面，起始压力梯度对渗流有显著影响；另一方面，有效应力分布和孔隙结构随岩石骨架应变而变化，从而使得低渗透储层的非线性渗流产生了一定的影响，得到了一定程度的加强，如图1所示。

在图1中，我们可以明显的看出来，低渗油藏地启动压力梯度是随着渗透率的增加而表现出减少的趋势，两者之间的函数关系接近于负指数函数，图中可以观察到启动压力梯度随储层渗透率的变化关系存在着一个很明显的拐点，表示着渗透率的一个临界值，当实际渗透率低于这个数值，则启动压力梯度会急剧增大。这是由于渗透率越小，则表示储层岩石间的孔隙越细，渗透面积越小，导致克服流体分散阻力上升，启动压力梯度也相应地随着增加。

图1 低渗透油藏启动压力梯度随着渗透性变化的趋势图示Fig.1 Schematic diagram of the trend of low permeability reservoir starting pressure gradient with permeability

另外，油田开发前，储层岩层的支护力与岩石上覆层和岩石孔隙流体的压力呈平衡状态。但是，这种平衡状态会伴随着储层流体的变化而导致孔隙压力、岩层上覆层压力发生改变，进而影响这样的平衡状态。从而表现出岩石的应力敏感性。

图2反映了低渗油藏渗透率随着岩芯应力敏感性变化的趋势。从图中不难发现，低渗储层的应力敏感性较为明显，渗透率随着净上覆应力的增加而呈现持续下降的趋势，但是下降的幅度在逐渐变缓。而随着压力的降低，储层的渗透性随即上升，但是实验结果表明，即便是压力降低至初始状态，其渗透率与初始渗透率的比值也只能达到0.6左右，说明其渗透率在应力压力释放后，并没有得以完全地恢复，因此，应力敏感性导致的渗透率损失是不可逆的。

图2 低渗透样品的渗透率随应力敏感性的变化趋势Fig.2 Variation trend of permeability of low permeability sample with stress sensitivity

2 低渗透油藏开发关键技术

2.1 压裂改造技术

定向射孔压裂技术主要是在厚度不小于10 m且主应力差不超过7 MPa的低渗透储层中适用。其原理是通过定向射孔技术将起始压裂方向进行更改，这样就使得压裂裂缝的方向也随着发生变化，并且形成了与上、中、下定向射孔相对应的多裂缝压裂，从而使储层的流体排量增加，进而提升低渗透储层的油井产量，其原理如图3所示。

图3 定向压裂射孔技术机理图示Fig.3 Schematic diagram of directional volume perforating and fracturing technology

对定向射孔压裂技术进行数据建模与流程模拟试验后发现，在定向射孔压裂过程中，当储层主应力差在7 MPa以上时，就会导致压裂方向难以从射孔方向转向至主应力方向，另外，射孔方位角与主应力方向也存在着一个最佳值，在这个最佳的条件下，压裂转向半径也能够达到最大值，从而最大程度地促进储层产油量的提升，相关研究表明，这个方向交角最佳值为45°。

对于储层较厚但储层中无夹层的油（气）井，由于支撑剂垂直放置不均，常规压裂时支撑剂可能在储层下部沉淀，这样的结果可能会导致无法对储层的产能进行充分释放。在多级加砂压裂技术实施过程中，压裂过程分阶段、分步骤进行，每一个阶段和步骤都必须要等待支撑剂与压裂砂沉淀充分渗入融合后，才能进入下一个阶段的压裂过程。最后，累积的支撑剂在砂压的作用下，阻止了裂缝进一步下深，从而提高了上部油层的裂缝导流能力。

多级暂堵压裂技术主要适用于储层顶部和底部具有天然微裂缝且主应力差值较小的低渗透油藏，其技术特点主要在于通过从不同的位置和方向逐级加入含有高浓度暂堵剂的压裂液，使得储层井底压力升高，从而不断引起次生裂缝的产生，进而形成了新的裂缝分支，从而提高低渗油藏储层的渗透性。

2.2 增注增能提高采收率技术

这种增注技术主要应用于注水困难的低渗油藏，包括整体减压、局部增压和异形冲压解堵3种方式。整体减压的目的是在目标区域选择合适的注入介质，加入注水站，并随之抵达储层深部以降低压力，避免膨胀与垢结。局部增压是将离心压力泵的加压水注入井内，形成冲击抑制。异形冲压是燃烧井中形成的孔产生的冲击力用于重复井中的流体，并对储层中的水产生很大影响。同时，在3~5 MPa的高温高压射流加工周围产生了一条直径较小的微裂纹。同时，酸更有效，能进一步渗入地层，有效去除深层污染和堵塞，提高井眼附近的导电性，重新填充储层并注入深层压力。

适用于油层厚、互层丰富、纵向非均质性强的低渗透油藏，分层注水方式有3种：小位置、小套管井、桥塞偏心多段。在小位置分层注水中，通过油管下入磁性定位测试仪，定位井下注水配套工具，实现准确注水。该技术成熟且易于操作，但耗时较长，测试成本较高。针对特低渗透油藏114.3 mm（4.5in）小套管混合注水井，开发了小套管分层注水技术。该工艺在下入井下工具管柱，调整进口封隔器后，当压力达到30 MPa时，拆下阀盖滑盖，实现分塞喷射。旧工艺技术新型实用，结构简单，装配可靠。采用偏心多级注水，配合分段开箱、磁定位、管柱锚固相结合，实现了高梯度井、深井、小空间井分层注水，同时，我们开发了一种逐渐支持打包的工具，填料和非金属液压管的开启速度是现有技术的两倍。

相关研究已经证实，在低渗油藏储层中，天然裂缝是极其普遍存在的，因而注水将有大概率沿着砂岩的轴向裂缝“形成指进”，从而导致储层采注在水平和垂直位置存在不平衡，通过对注采井网的合理化布置，可以有效缓解注采不平衡的状态。其中，注采井网的优化模式包括菱形反转9点井网（图4a）和矩形五点井网（图4b），皆具有良好的适应性和灵活性，有助于实现井网与裂缝的优化配置，有利于压裂规模和裂缝密度的增加，从而实现单井产量和稳定产期的提升。

图4 注采井网优化示意图Fig.4 Schematic diagram of optimization of injection-production well pattern

3 解堵工艺设计

针对低渗透油井压裂后产量较低的情况，可以采用了DQ-1复合封堵技术。在解堵方面，DQ-1复合堵漏技术不仅具有一般的酸化功能，还可以去除压裂堵塞物、蜡、胶体、沥青等对油层的污染，能有效处理微生物和硫化亚铁对油层的堵塞，恢复和提高储层的有效渗透率。

3.1 DQ-1复合解堵技术

根据低渗油层的特点，结合实际情况，制定了以下方案：

（2）作业前应清除有机杂物，有效清除积蜡；

（3）除具有一般酸化功能外，解堵剂还可以有效地解除聚合物微生物和硫化亚铁对油层的堵塞，从而解除双井附近的堵塞（与酸化相结合）、氧化有机堵塞物和细菌。DQ-1的主剂可以大大降低聚合物的粘度，从而使其强氧化作用在降解中发挥作用，能在极低温度、极短时间内快速杀灭细菌，彻底消除细菌对地层渗透率的危害，同时，它也是一种选择性硫化物氧化剂，有助于去除硫化亚铁沉积物，避免铁的二次沉积，从而增加岩石的孔隙体积，增加储层的渗透率；

（4）在解堵剂溶液中，我们选择泥浆酸和缓凝酸的组合配方，合理增加缓凝酸的用量，减少对地层骨架的损害。为防止常规酸化工艺对低渗油层的伤害，选择与之配套的粘土稳定剂、破乳剂和抑制剂；

（5）对于含液量低、含水量高的油井，通过加入互溶剂、清蜡剂等有机溶剂，相应减少酸的用量，使岩石表面性质由油润湿变为水润湿，从而提高油相渗透率，降低水相渗透率，从而达到沉淀聚油的目的。

4 实际应用案例

某低渗井于2016年5月8日完井，井深690.5 m，通过射孔和完井压裂投产。低渗油层厚度24.7 m，射孔间隔490~495 m，厚度4 m，孔隙度15.36%，渗透率6.12×10μm，含油饱和度31.82%。该井产量下降的主要原因是压裂液排放不干净，造成羟丙基瓜尔胶等高聚物堵塞，同时，该井蜡垢形成较重，导致产量下降。因此，采用复合DQ-1解堵剂解堵，可以解除蜡、聚合物等有机物和无机物的堵塞，提高单井产量。

（1）解决方案。注入清洗液清洗管柱和射孔段；加入DQ-1复合解堵剂，去除聚合物、有机物和过滤器，降低pH值，防止硫化亚铁再次沉淀，有效杀灭微生物。对井旁地层进行全面处理，疏通渗流通道。

（2）配方和剂量。表1列出了配方和剂量。