CN116480326A - 一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：以降压方式对井筒周边的低渗未固结储层进行开采，将井筒周边的气、水抽排出，在井筒周边形成排水强化区，所述排水强化区的周边形成有用于第二阶段开采的气、水赋集区；步骤2：对所述排水强化区进行增渗作业，以在所述排水强化区中形成增渗通道，所述增渗通道连通至所述用于第二阶段开采的气、水赋集区，然后再采用降压的方式将所述用于第二阶段开采的气、水赋集区中的气、水抽排出；重复步骤2最终形成井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，最大化的挖掘低渗未固结储层的资源潜力，提高气体、水合物等资源的开采效率。

Description

一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物、低渗未固结气藏开采，具体涉及一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法。

背景技术

低渗未固结储层典型的代表为天然气水合物(以下简称水合物)储层，水合物具有储气密度高、燃烧热值高等特点，是一种清洁高效的能源资源和化工原料，主要分布在陆地冻土带和沿海大陆架，全球已累计发现超过230个水合物矿区，总量达7.6×10¹⁸m³，是已知含碳化合物(包括煤、石油和常规天然气等)总和的2倍。

我国海域天然气水合物资源主要赋存于水深超过1000m，泥线下埋深超过100m的地层中，由于储层形成地质年代较晚，因此，水合物储层普遍面临两个方面的问题。一是储层浅软未固结，泥质含量高，一般达到30％-40％，这就导致储层在增产改造方面面临巨大困难，泥质粉砂储层受到较高孔隙压力作用后，不仅裂缝的延展规律受地层非均质性和地层应力的影响杂乱无章，储层可压性差。同时，即便压出裂缝，也会因为水合物分解产生的泥水及地应力作用在短期内闭合，支撑剂在非成岩地层的支撑效果差，容易嵌入地层，发挥不了支撑地层孔隙的作用，同时，压裂施工中，裂缝延展不易控制，且水合物埋藏较浅，极易沟通海水层，安全性较差。二是储层低渗性，一般渗透率＜10md，在油气行业中属于超低渗储层，在开采阶段低渗储层也会因水合物分解产生的水、气运移携带泥砂在孔隙堵塞，造成孔隙结构更加紧密，渗透率更低，因此，可开采性更差。

水合物储层的特性决定了现有的开采方式不能有效的提高产能，并延长稳产周期。现有技术中，以中海油为代表的研究团队提出了“固态流化”的开采方式，这种方式类似于矿产的采矿，将含水合物储层全部打碎进入海面的分离设备，然后将气分离出，将泥砂和水重新注入至地层。这种方式存在两个方面的问题，一是成本较高，同时对处理设备能力要求较高。二是对储层的原生结构破坏较大，容易引发海底滑坡等地质灾害。因此，其应用推广价值仍有待继续研究。以水合物储层为代表的低渗未固结储层均面临增产效果差，稳产周期短的难题。

发明内容

为了解决海域低渗未固结储层开采过程中面临的增产难、稳产难的问题，本发明提供了一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：以降压方式对井筒周边的低渗未固结储层进行开采，将井筒周边的气、水抽排出，在井筒周边形成排水强化区，所述排水强化区的周边形成有用于第二阶段开采的气、水赋集区；

步骤2：对所述排水强化区进行增渗作业，以在所述排水强化区中形成增渗通道，所述增渗通道连通至所述用于第二阶段开采的气、水赋集区，然后再采用降压的方式将所述用于第二阶段开采的气、水赋集区中的气、水抽排出，所述排水强化区得到扩展形成第二阶段开采排水强化区，所述第二阶段开采排水强化区周边形成有用于第三阶段开采的气、水赋集区；

步骤3：重复上述步骤2，对所述第二阶段开采排水强化区再进行增渗作业，最终形成以井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，实现多轮次的反复生产，直至整个矿体能够被完全的开采。

进一步地，通过如下方式对排水强化区进行增渗作业：

将液体和支撑剂混合形成含砂溶液，然后利用注入泵将含砂溶液注入至井筒，在注入泵提高压力后，液压力会通过含砂溶液作用在排水强化区，形成不同类型的增渗通道。

进一步地，所述增渗通道为裂缝、孔洞形式，增渗通道内充满支撑剂。

进一步地，所述支撑剂为陶粒、石英砂、覆膜砂、CaO复合颗粒、磁性颗粒中的一种或多种。

进一步地，通过混合撬来将所述液体和支撑剂混合。

进一步地，所述注入泵将含砂溶液通过注入管线进入连续油管来注入至井筒。

进一步地，所述液体存储在注入液体储存室，所述支撑剂储存在支撑剂储存室。

进一步地，根据生产参数来确定是否对排水强化区进行增渗作业，所述生产参数包括含日产水数量、产气量、出砂量和井底流压。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过采用本申请的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，只需进行一次井筒工具的安装，通过排水采气的方式使浅软未固结地层自行强化，最终形成井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，不需进行大规模压裂改造的基础上最大化的挖掘低渗储层的资源潜力，提高低渗未固结储层的气藏、水合物藏等资源的开采效率。同时，由于在第二阶段及后续的开采都会进行增渗作业，产生增渗通道，也就是说，远近不同的气藏、水合物藏区域都将会通过增渗通道连通，那么在第二轮及以后的每一次开采时，远近不同的气藏、水合物藏等区域都会被重复进行抽压开采，从而可以大大地提高水合物的开采率，打破了传统意义上增产效果和稳产周期的概念。

附图说明

图1为第一阶段开采初期状态示意图；

图2为第一阶段开采结束状态示意图；

图3为第二阶段再增渗作业示意图；

图4为第二阶段开采结束状态示意图；

图5为第二阶段再增渗施工流程示意图；

图中：1、地层；2、水、水合物、伴生气；3、钻完井污染带；4、井壁；5、增渗区域；6、支撑剂；7、套管；8、套管开孔；9、筛管；10、拉应力作用区；11、气、水赋集区；12、压应力作用区；13、排水强化区；14、增渗通道；15、第二阶段排水强化区；16、注入泵；17、混合撬；18、支撑剂储存室；19、注入液体储存室；20、含砂溶液；21、连续油管；22、井架；23、注入管线。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

为了解决低渗未固结储层开采过程中面临的增产难、稳产难的问题，本发明创新性的提出了一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，具体包括如下创新点：

为了应对低渗未固结储层渗透性低、强度低的难题，创新性提出地层排水强化的方法，主要是在第一个开采阶段正常生产，将近井筒周边的气、水排出，同时降低井筒压力，近井带储层因失去水、气和部分细砂而逐渐密实，同时含水率降低，强度提高。因此，在利用压裂、挤压充填等改造方式进行改造时，能够表现出较好的可压性，同时，改造出的孔缝形态也能够维持相对较长的时间。

为了应对低渗未固结气藏、水合物藏等资源开采稳产周期短的难题，创新性的提出多轮增渗开采方法，在近井筒周边储层气体、天然气水合物、伴生气等资源开采完后，随即进行增渗作业，人工增渗改造出的通道能够沟通相对较远区域的气体、水合物等资源，然后再次进行生产作业，当该区域的气体、水合物、伴生气资源开采完后，重复上述的过程进行生产。最终形成井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，最大化的挖掘低渗未固结储层的资源潜力。打破了传统意义上稳产周期的概念，对低渗未固结储层提出了多轮增渗开采的工艺理念。

下面以水合物藏水平井筒开采，井筒的剖面为例进行描述，图1所示为第一阶段开采初期状态示意图，在图1中，地层1为水合物储层，具有粒径中值细、泥质含量高、渗透率低、储层未固结等特性；水、水合物、伴生气2，为便于描述，将水、水合物、伴生气等能够在生产阶段产生流动的气液固进行集合，以表述在生产阶段气、水的运移状态，真实水合物储层中，伴生气、水、和水合物是以不均匀状态分布在储层孔隙中；钻完井污染带3为在钻井、完井期间，因为人为施工造成的该区域的气、水、水合物提前释放，使该区域不具有生产潜力；井壁4表示在钻井阶段，形成孔眼过程中在地层中形成的壁面，总体上，井壁呈现为不规则圆筒状；增渗区域5表示在开采初期，采用水力压裂、水力射孔、割缝、爆炸改造、激光改造、化学溶蚀等方式在近井筒储层中形成的空腔，空腔能够增大与地层的接触面积，增加储层的渗透率，具有增产效果；支撑剂6可为陶粒、石英砂、覆膜砂、CaO复合颗粒、磁性颗粒等不同类型的充填或支撑颗粒，其作用主要有两个，一是提供支撑作用，维持增渗区域5的空腔结构稳定，二是能够阻挡一部分地层进入井筒的泥砂，起到防砂作用；套管7为钢结构，主要起到支撑井壁作用，同时为筛管9的置入提供空间；套管开孔8可根据开采需求，在地面预先置缝，或者进入井筒后，根据不同的改造方式，在套管上产生孔、割缝等不同形态，为气液砂进入井筒的必经通道；筛管9为一种高渗多孔结构，主要用于防砂，同时能够允许液体、气体进入，一般为复合筛管、绕丝筛管、预充填筛管、割缝筛管、GEOFORM筛管等。

第一阶段开采主要以降压开采为主，随着井筒压力降低，水合物会因为压力降低而发生化学反应，水合物分解成水和甲烷气体，随着储层孔隙运移至井筒并抽排出。在本阶段中，随着水合物分解水和地层原生孔隙水的逐渐抽排出，井筒中降压效果逐渐弱化，表现为虽然井筒内液面很低，但是日产气量无明显增加，这也和地层排水后，孔隙度降低、渗透率降低有关。随着产气的逐渐进行，排水区逐渐远离井筒，直至近井筒形成一个低渗高强度带，即排水强化区13，此时，外部的水合物、伴生气无法进入或很难进入井筒，产水产气量明显降低。当前阶段的地层排水强化作用结束。如图2所示，为第一阶段开采结束状态示意图，图2中，拉应力作用区10受到第一阶段降压开采的影响，在压力能够影响的边缘外，储层会受到来自井筒方向的拉应力，表现为该区域的储层孔隙增大；气、水赋集区11受到井筒排水降压的影响，在远离井筒一定距离的区域，会因受到拉张作用力，而使得孔隙度增大，因此能够赋集附近区域的气、水，形成第二阶段开采的重要产能供给区；压应力作用区12受到井筒排水降压的影响，井筒周围储层会受到来自井筒的抽吸力，因此靠外侧地层对内侧会产生一定的压应力；排水强化区13，近井带储层排水采气后，储层孔隙部分失水，造成孔隙坍缩闭合，储层骨架受井筒抽吸力持续作用而加强，但同时渗透率降低。第一阶段开采结束，经过排水采气后，近井带储层渗透率降低，强度提高，形成排水强化区13，因此，储层可压性提高。因此，对排水强化区13实行第二阶段开采前的增渗作业。

如图3所示，为第二阶段再增渗作业示意图，图中，增渗通道14一般为裂缝形式，施工排量不同时，也可能表现为孔喉状形态，增渗通道内充满支撑剂，能够起到高导流通道的作用，将第一阶段采气涉及的排水强化区13外的地层水合物和伴生气沟通，支撑第二阶段的采气生产，第二阶段也是采用降压开采的方式，如图4所示，为第二阶段开采结束状态示意图，图中，第二阶段排水强化区15经过与第一阶段排水采气相同的方式，排水强化区得到扩展，扩展后，该区域整体渗透率降低，强度提高，因此可改造性提升。为第三阶段的排水采气，强化地层提供基础。

下面以海域天然气水合物水平井开采为例，进行上述排水强化再增渗多轮开采方法的阐述，主要包括如下步骤：

S1、选取合适的海上作业区，制定合理的海上生产作业实施方案，包括确定第一阶段的改造区域，改造方法，防砂筛管的类型等。也包括对第一产气阶段的时长预测，以及第二阶段再增渗作业的施工方案，例如采用挤压充填增渗或者地层微压裂增渗，同时准备好前两轮的开采所用的施工物资，包含携砂液，充填颗粒等。

S2、开采第一阶段主要以降压开采为主，随着井筒压力降低，水合物会因为压力降低而发生化学反应，水合物分解成水和甲烷气体，随着储层孔隙运移至井筒并排出。在本阶段中，随着水合物分解水和地层原生孔隙水的逐渐排出，在井筒中降压效果逐渐弱化，表现为虽然井筒内液面很低，但是日产气量无明显增加，这也和地层排水后，孔隙度降低、渗透率降低有关。随着产气的逐渐进行，排水区逐渐远离井筒，直至近井筒形成一个低渗高强度带，即排水强化区，外部的水合物、伴生气无法进入或很难进入井筒，产水产气量明显降低，当前阶段的地层排水强化作用结束。

S3、根据第一阶段的生产参数，主要包含日产水数量、产气量、出砂量和井底流压确定，当日产气量明显降低至不具备经济开采价值后，一般为100000m³每天，随即开展再增渗作业，作业主要依靠地面设备、井筒，施工材料主要包括增渗液体，支撑剂，如图5所示，具体步骤包括，将支撑剂储层室18、注入液体储存室19内的液体和支撑剂，通过混合撬17混合，利用注入泵16通过注入管线23进入连续油管21，并进入井筒，在注入泵16提高压力后，液压力会通过含砂溶液20作用在排水强化区，同时产生不同类型的增渗通道14，沟通远井地层的水合物和伴生气，实现下一阶段的排水产气以及地层强化作业。在图5中，井架22用于给连续油管21和注入管线23提供作业空间和作业动力。

S4、当第二阶段的生产持续至日产气量无法满足经济性要求后，重复步骤S3，对第二阶段的排水强化区进行再增渗作业，从而实现多轮次的反复生产，直至整个矿体能够被完全的开采.

如此，通过采用本申请的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，只需进行一次井筒工具的安装，通过排水采气的方式对浅软未固结地层进行自行强化，最终形成井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，不需进行大规模压裂改造的基础上最大化的挖掘水合物储层的资源潜力，提高水合物的开采效率。同时，由于在第二阶段以及以后的开采都会进行增渗作业，产生增渗通道，也就是说，远近不同的水合物区域都将会通过增渗通道连通，那么在第二轮及以后的每一次开采时，远近不同的水合物区域都会被重复进行抽压开采，从而可以大大地提高水合物的开采率，打破了传统意义上稳产周期的概念。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：以降压方式对井筒周边的低渗未固结储层进行开采，将井筒周边的气、水抽排出，在井筒周边形成排水强化区，所述排水强化区的周边形成有用于第二阶段开采的气、水赋集区；

步骤2：对所述排水强化区进行增渗作业，以在所述排水强化区中形成增渗通道，所述增渗通道连通至所述用于第二阶段开采的气、水赋集区，然后再采用降压的方式将所述用于第二阶段开采的气、水赋集区中的气、水抽排出，所述排水强化区得到扩展形成第二阶段开采排水强化区，所述第二阶段开采排水强化区周边形成有用于第三阶段开采的气、水赋集区；

步骤3：重复上述步骤2，对所述第二阶段开采排水强化区再进行增渗作业，最终形成以井筒为中心，由近及远，渐进式的开采模式，实现多轮次的反复生产，直至整个矿体能够被完全的开采。

2.如权利要求1所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，通过如下方式对排水强化区进行增渗作业：

将液体和支撑剂混合形成含砂溶液，然后利用注入泵将含砂溶液注入至井筒，在注入泵提高压力后，液压力会通过含砂溶液作用在排水强化区，形成不同类型的增渗通道。

3.如权利要求1或2所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，所述增渗通道为裂缝、孔洞形式，增渗通道内充满支撑剂。

4.如权利要求3所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，所述支撑剂为陶粒、石英砂、覆膜砂、CaO复合颗粒、磁性颗粒中的一种或多种。

5.如权利要求2所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，通过混合撬来将所述液体和支撑剂混合。

6.如权利要求2所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，所述注入泵将含砂溶液通过注入管线进入连续油管来注入至井筒。

7.如权利要求2所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，所述液体存储在注入液体储存室，所述支撑剂储存在支撑剂储存室。

8.如权利要求1所述的低渗未固结储层排水强化再增渗多轮开采方法，其特征在于，根据生产参数来确定是否对排水强化区进行增渗作业，所述生产参数包括含日产水数量、产气量、出砂量和井底流压。