CN113417617B - 一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法 - Google Patents

一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法。其包括以下步骤：压裂及参数设计；注入渗吸介质；进行大规模压裂；焖井；放喷及生产。本发明方法充分考虑并利用了致密油藏的毛管力大，渗吸作用强储层物性，在相同的技术前提下能够实现油藏采收率最大化。

Description

一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发领域，具体涉及一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法。
背景技术
目前，常规中高渗油藏的勘探开发已经进入末期、难度加大，并且国家对进口能源的依赖日益加重，我国自身能源供给面临严重挑战，所以致密油等非常规石油天然气的勘探开发成为提高自身能源供给能力的方向及突破口。我国致密油气资源储量相当可观，然而由于该类油藏储层“特低孔特低渗”性质常规方法开采致密油气田根本无法产生工业油流。当前致密油藏主要开发方式为“水平井+体积压裂”，该方式主要原理为打开储层渗流通道、降低渗流阻力，在天然压力或机械举升的作用下，通过高导流能力裂缝将原油送到地面，然而该方法技术成本高，储层动用程度差，产能下降快，采收率低等问题突出。所以致密油藏高效开发存在诸多问题，难以实现大规模开发。
中国发明专利CN105952430B，公开了一种致密油藏低产水平井体积压裂补充能量方法，该方法通过将分段压裂管柱下入水平井重复压裂的第一段，实现目的改造井段与其它井段之间封隔；小排量挤入解堵液，达到井筒孔眼附近、近井筒地带、深部裂缝壁面及微裂缝通道清洗的目的；大排量注入大量低摩阻驱油型压裂液；加入不同尺度暂堵剂实现近井筒和裂缝远端二级桥堵；泵注携带组合粒径支撑剂的补能型压裂液，获得主支裂缝网络系统；压裂结束后，关井扩压1～2天后放喷反洗，上提分段压裂管柱至下一段，完成分段体积压裂重复改造和能量补充；冲砂完井、复产。在重复改造过程中集体积压裂与补充能量为一体，缩短流体渗流距离，动用缝间和井间剩余油；实现油藏深部能量有效补充，提高地层压力水平。综上，该方法通过重复压裂目的层位后再注入功能性压裂液实现补能增产；该方法步骤复杂、压裂用料较多。
中国发明专利申请CN110761762A，公开了一种致密砂岩油藏提高压裂体积的方法。该方法通过大规模压裂前预先在储层制造微裂缝的方式提高压裂效果，类似于本发明于压裂前注入流体增大地层能量，产生微裂缝作用，但该专利预先造缝是通过采用特殊设备-空化激波，作用单一。
渗吸(imbibition)作用又称为毛细填充(capillary filling)或毛细上升(capillary rise)。根据基质外渗吸液的流动状况，渗吸可分为静态自发渗吸(spontaneous imbibition)和动态渗吸(dynamic imbibition)，当基质外渗吸液处于静止不流动状态下时，渗吸称为静态自发渗吸；当基质外渗吸液处于流动状态时，渗吸为动态渗吸；裂缝中的水在压力梯度作用下流动，同时由于毛管力作用一部分水渗吸到基质中，并将原油替换到裂缝，裂缝中原油随着水的流动被驱替出来，这个过程称为裂缝与基质的交渗流动。交渗流动是裂缝性水湿油藏重要的采油机理。同理，致密油藏进行体积压裂后，储层情况类似于双重孔隙介质的裂缝性油藏。
发明内容
针对致密油藏高效开发存在的问题，本发明提供一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法。本发明方法将渗析机理与压裂技术相结合，充分发挥渗吸介质的渗吸替油作用，实现渗吸介质价值的最大化利用，从而实现致密油藏增产增效的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法，其包括以下步骤：压裂及参数设计；注入渗吸介质；进行大规模压裂；焖井；放喷及生产。
优选地，压裂及参数设计包括：地应力分析，计算压裂目的层段附近的地层应力情况；目的层力学参数计算，计算压裂目的层段附近的力学参数；计算脆性指数，综合分析认识到目的层各段可压性；计算目的层高导流通道适应性指数，确定适用于目的油井压裂方法及参数，并对压裂参数进行优化；优化施工泵注程序，加大分支缝网的铺砂浓度。
优选地，压裂及参数设计还包括对目标储层岩心渗吸作用与效果评价分析，基于评价分析结果设计渗吸介质注入方案及各工艺参数，并进行优化。
进一步优选地，采用压裂及油藏数模软件Meyer与CMG对渗介质注入参数及压裂参数进行设计。
优选地，确定焖井时间的方法：根据目标层位岩石室内渗吸实验数据计算渗吸速率及渗吸平衡时间等数学公式，结合设计注入的渗吸介质用量，设计焖井时间使得渗吸介质与储层原油充分替换。
进一步优选地，建立渗吸经验公式如下：
式中：v吸为渗吸速度，m/s；μ为渗吸液粘度，mPa·s；t为渗吸时间，s；e、a由储层岩石物性决定，需要由室内岩石渗吸实验拟合可得；
计算焖井时间时首先通过室内岩心实验拟合确定e、a，再由渗吸速度乘以岩心孔喉截面积计算岩心的体积渗吸流量，最后在已知注入量、渗吸采收程度等条件下计算得出焖井时间。
优选地，在放喷及生产过程中控制压裂液返排速率，防止渗吸介质产出。
进一步优选地，所述渗吸介质为渗吸液和CO2，根据两类渗吸介质的增产机理和目标储层原油及岩石物性特征确定渗吸介质的注入顺序、注入量。
优选地，若目标储层微裂缝发育较弱、渗吸液难以注入，储层原油粘度大，先注入CO2再注入渗吸液，实现微裂缝起缝、降低原油粘度，便于渗吸液与地层流体接触沟通；若目标储层易发生气窜，先注入渗吸液再注入CO2，防止气窜同时CO2可顶替渗吸液运移储层深处，增大渗吸液波及范围。
本申请所述渗吸液为油田所用常规渗吸液，本申请不作具体限定。
申请人通过对致密储层特征进行研究发现致密油储层“特低空特低渗”性质虽然制约着其高效开发，但基质孔喉半径小使其具有一定的优点，即致密油储层毛细管力高、渗吸作用强。体积压裂技术主要目的是为了改善储层渗流条件，但仅能开采动用紧邻裂缝边缘的储层原油，裂缝之间及缝网边部大部分原油无法动用，从而导致基质内原油难以采出，致使致密油藏采收率低问题产生。同时压裂过程中压裂液滤失也影响着压裂效果，若充分考虑致密储层强渗吸作用，设计合适流体注入地层中，通过渗吸作用注入流体能够有效地进入基质储层，与储层原油发生置换同时又能够降低压裂液滤失量，从而实现增大储层动用程度，提高油藏采收率。所以将渗吸机理与压裂技术相结合对致密油藏开发具有重大的指导意义。
与现有技术相比，本申请具有以下优势：
1)基于渗吸机理提高致密油压后产能，充分考虑并利用了致密油藏的毛管力大，渗吸作用强储层物性，在相同的技术前提下能够实现油藏采收率最大化。
2)渗吸液与CO2在正式压裂前注入能够在地层中进行一定程度的储层改造、产生微裂缝具有压裂前置液的部分功能，对大规模压裂具有一定的辅助作用。
3)大规模压裂过程中将渗吸液与压裂液相结合的方法，将压裂液和渗吸液同时注入地层能够最大程度的降低工艺的复杂性，既能够完成体积压裂改造储层的目的，又使得渗吸液均匀的分散于裂缝网络内，更好的实现渗吸替油目的。
4)渗吸液和CO2的渗吸与扩散等作用不仅可以实现渗吸替油目的，还能够提高储层能量、使得致密油藏能够较长时间的衰竭能量开发。
目前该方法已在胜利油田桩42某致密油储层进行现场验证。由现场油井生产资料可知，试验井自2019年12月已统计80天产能情况，目前仍保持单井产量有3.8t/d，累计产油量达到234.7t，并且当前产量高于油井初期产能。与相邻区块普通方法压裂油井产能相比该方法压裂油井产能具有明显优势，普通方法压裂油井生产3个月产能仅有1t/d左右或已无产能，甚至存在普通方法压裂后油井无法产生工业油流。通过现场试验表明，有效利用渗吸机理基础上改善致密油藏压裂改造效果、补充地层能量方法能够有效的增大油井压后产能，实现对致密油藏增产增效的生产要求。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一具体实施例所述基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法的流程图；
图2为本发明一具体实施例所述目标层位岩石室内渗吸实验结果图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所述，所述基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法，包括以下步骤：
1)压裂及参数设计：
地应力分析，计算压裂目的层段附近的地层应力情况；目的层力学参数计算，计算压裂目的层段附近的力学参数；计算脆性指数，综合分析认识到目的层各段可压性；计算目的层高导流通道适应性指数，确定适用于目的油井压裂方法及参数，并对压裂参数进行优化；优化施工泵注程序，加大分支缝网的铺砂浓度。
对目标储层岩心渗吸作用与效果评价分析，基于评价分析结果设计渗吸介质注入方案及各工艺参数，并进行优化。
采用压裂及油藏数模软件Meyer与CMG对渗介质注入参数及压裂参数进行设计。
所述渗吸介质为渗吸液和CO2，根据两类渗吸介质的增产机理和目标储层原油及岩石物性特征确定渗吸介质的注入顺序、注入量。
若目标储层微裂缝发育较弱、渗吸液难以注入，储层原油粘度大，先注入CO2再注入渗吸液，实现微裂缝起缝、降低原油粘度，便于渗吸液与地层流体接触沟通；若目标储层易发生气窜，先注入渗吸液再注入CO2，防止气窜同时CO2可顶替渗吸液运移储层深处，增大渗吸液波及范围。
2)按设计方案注入渗吸液、CO2；
3)进行大规模压裂；
4)焖井：根据目标层位岩石室内渗吸实验数据计算渗吸速率及渗吸平衡时间等数学公式，结合设计注入的渗吸介质用量，设计焖井时间使得渗吸介质与储层原油充分替换。
建立渗吸经验公式如下：
式中：v吸为渗吸速度，m/s；μ为渗吸液粘度，mPa·s；t为渗吸时间，s；e、a由储层岩石物性决定，需要由室内岩石渗吸实验拟合可得；
计算焖井时间时首先通过室内岩心实验拟合确定e、a，再由渗吸速度乘以岩心孔喉截面积计算岩心的体积渗吸流量，并计算焖井时间。
5)放喷及生产：控制压裂液返排速率，防止渗吸介质产出。
实施例2
以胜利油田桩42某致密油储层为例，所述基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法，具体步骤如下：
1、设计原则及依据：地应力分析，计算压裂目的层段附近的地层应力情况；目的层力学参数计算，计算压裂目的层段附近的力学参数。通过计算，该井油层段水平最大最小主应力差值5-8MPa。计算脆性指数0.4-0.45，综合分析认识到目的层各段可压性中等，压裂过程中可通过大排量有利于分支缝网的形成。计算目的层高导流通道适应性指数(杨氏模量与地层应力比值)为600-750之间，研究表明适应性指数超过350认为对于通道压裂具有好的地质力学性质，因此该井采用高导流通道压裂工艺，保证满足原油运移的高导流通道，防止吐砂，而且可以减少支撑剂用量达到有效沟通范围。
2、工艺设计：压裂工艺，结合前期研究成果、力学参数计算、前期生产分析，优化采用压裂排采一体化技术，设计配套的缝网形态和工艺。压裂方式，压裂目的层3099.3-3105.9m，本井为老井上返压裂，水泥返高未到地面，设计采用油管压裂。压裂材料选择，储层温度130℃，低渗储层，为降低地层伤害，设计采用变粘度压裂液体系，采用现场实时混配模式，可实时改变粘度。优化施工泵注程序，加大分支缝网的铺砂浓度，采用70/140目、40/70目组合支撑剂加砂。
3、压裂参数优化：采用压裂及油藏数模软件Meyer与CMG对渗吸液注入参数及压裂裂缝长度，排量等压裂参数进行设计。优化二氧化碳注入量600t，渗吸液注入量500t，动用范围长400m，宽100m，注入排量2.0m3/min，渗吸焖井时间1-2d，压后焖井时间1-2d或者压后压力降为4MPa开井。裂缝参数优化结果见详见表1。
表1裂缝参数设计统计表
4、正式施工：(1)试压：接好地面管线，走泵试压至55MPa，5min不刺不漏为合格。(2)打平衡：油管建立25MPa压力后，用700型水泥车油套环空打平衡，平衡压力15-25MPa。(4)施工：按泵注程序表2施工注入渗吸液等，油管限压50MPa，施工过程中技术服务人员应注意施工压力变化，根据现场情况适当调整排量等相关参数，确保施工顺利进行。
表2渗吸液及CO2泵注程序表
(5)施工结束后关井1.5天。(6)试压：接好地面管线，走泵试压至87MPa，5min不刺不漏为合格。(7)打平衡：油管建立25MPa压力后，用700型水泥车油套环空打平衡，平衡压力20-30MPa。(8)施工：大规模体积压裂，油管限压83MPa，施工过程中技术服务人员应注意施工压力变化，根据现场情况适当调整排量等相关参数，确保施工顺利进行。
5、焖井及放喷：压裂施工结束后关井1.5天或者压力降至4MPa开始放喷，严格控制放喷速度不大于5.0m3/h。实际渗吸过程中随着渗吸时间的延长，渗吸速度逐渐降低，建立渗吸经验公式如下：
式中：v吸为渗吸速度，m/s；μ为渗吸液粘度，mPa·s；t为渗吸时间，s；e、a由储层岩石物性决定，需要由室内岩石渗吸实验拟合可得。计算焖井时间时首先通过室内岩心实验拟合确定e、a，再由渗吸速度乘以岩心孔喉截面积计算岩心的体积渗吸流量，并计算焖井时间。
由现场油井生产资料可知，试验井自2019年12月已统计80天产能情况，目前仍保持单井产量有3.8t/d，累计产油量达到234.7t，并且当前产量高于油井初期产能。与相邻区块普通方法压裂油井产能相比该方法压裂油井产能具有明显优势，普通方法压裂油井生产3个月产能仅有1t/d左右或已无产能，甚至存在普通方法压裂后油井无法产生工业油流。通过现场试验表明，有效利用渗吸机理基础上改善致密油藏压裂改造效果、补充地层能量方法能够有效的增大油井压后产能，实现对致密油藏增产增效的生产要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于渗吸机理提高致密油藏体积压裂产能的方法，其特征在于，其包括以下步骤：压裂及参数设计；注入渗吸介质；进行大规模压裂；焖井；放喷及生产；
压裂及参数设计包括：地应力分析，计算压裂目的层段附近的地层应力情况；目的层力学参数计算，计算压裂目的层段附近的力学参数；计算脆性指数，综合分析认识到目的层各段可压性；计算目的层高导流通道适应性指数，确定适用于目的油井压裂方法及参数，并对压裂参数进行优化；优化施工泵注程序，加大分支缝网的铺砂浓度；
采用大规模压裂及油藏数模软件Meyer与CMG对渗吸介质注入参数及压裂参数进行设计；
确定焖井时间的方法：根据目标层位岩石室内渗吸实验数据计算渗吸速率及渗吸平衡时间数学公式，结合设计注入的渗吸介质用量，设计焖井时间使得渗吸介质与储层原油充分替换；
建立渗吸经验公式如下：
式中：v吸为渗吸速度，m/s；μ为渗吸液粘度，mPa·s；t为渗吸时间，s；e、a由储层岩石物性决定，需要由室内岩石渗吸实验拟合可得；
计算焖井时间时首先通过室内岩心实验拟合确定e、a，再由渗吸速度乘以岩心孔喉截面积计算岩心的体积渗吸流量，并计算焖井时间；
所述渗吸介质为渗吸液和CO2，根据两类渗吸介质的增产机理和目标储层原油及岩石物性特征确定渗吸介质的注入顺序、注入量。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，压裂及参数设计还包括对目标储层岩心渗吸作用与效果评价分析，基于评价分析结果设计渗吸介质注入方案及各工艺参数，并进行优化。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在放喷及生产过程中控制压裂液返排速率，防止渗吸介质产出。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若目标储层微裂缝发育较弱、渗吸液难以注入，储层原油粘度大，先注入CO2再注入渗吸液，实现微裂缝起缝、降低原油粘度，便于渗吸液与地层流体接触沟通；若目标储层易发生气窜，先注入渗吸液再注入CO2，防止气窜同时CO2可顶替渗吸液运移储层深处，增大渗吸液波及范围。
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