劉向軍, 朱建英, 唐存知

(1.中國科學院 廣州地球化學研究所， 廣東 廣州 510640； 2.中國石化股份勝利油田分公司 河口采油廠， 山東 東營 257200)

0 引言

我國泥頁巖裂縫性油氣藏廣泛分布，包括東部松遼、渤海灣、南襄、江漢、蘇北等裂谷盆地和西部柴達木、酒西、吐哈等前陸擠壓盆地等都廣泛發(fā)育厚層生油泥質巖.在這些生油泥頁巖中，大部分都已勘探到具有工業(yè)價值的泥質巖類油藏[1].近年來，隨著我國油氣資源開采的逐步深入，油氣勘探向復雜巖性發(fā)展[2]，泥頁巖油氣藏必將成為增加油氣儲量的重要方向之一.

河口地區(qū)是濟陽坳陷泥頁巖裂縫油氣藏最發(fā)育的地區(qū)之一[3]，20世紀90年代開展了大量研究，主要集中在地震識別[4]、成藏機理、儲層物性、資源潛力及測井評價技術等方面[5]，但由于在工藝上研究力度不夠，對羅67等井實施壓裂措施后[6]，效果也不理想，同時也沒有其它有效的增產(chǎn)措施，使泥頁巖裂縫性油氣藏勘探有所降溫[7].

本文意在運用油水井儲層改造優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件，對壓裂和酸化兩種儲層改造方式的各項工藝參數(shù)進行模擬和評價，優(yōu)選出適用于義18井區(qū)的儲層改造方式，以達到改造義18井區(qū)泥頁巖裂縫油藏、提高井區(qū)開發(fā)效果的目的.

1 油藏概況及儲層改造方式優(yōu)選的必要性

1.1 義18井區(qū)油藏概況

渤南油田義18井區(qū)構造上位于渤南洼陷的中部斷階帶的西部，南北被近東西向的斷層所切割，內部又發(fā)育了一系列的斷層橋，構造高點位于義18井附近，平均油藏埋深2 780 m，地層傾角2.8度.義18井區(qū)位于四扣洼陷和渤南洼陷的凸起處，受構造運動影響在該處沙一段成藏，地層發(fā)育比較穩(wěn)定.

沙一段屬于濱淺湖-半深湖相沉積，主要沉積厚層油頁巖、油泥巖、夾薄層白云巖，儲集空間主要包括構造裂縫和頁理縫.沙一段電測孔隙度10.34%，電測滲透率3.7×10-3μm2，屬低孔、特低滲儲層.根據(jù)義18井區(qū)試油資料，地面原油密度0.887 5 g/cm3，地面原油粘度28 mPa·s，含硫0.8%，凝固點35 ℃.地層水總礦4 697 mg/L，NaHCO3型.油藏類型為受斷層和巖性因素共同控制的泥頁巖裂縫油藏.

1.2 儲層改造方式優(yōu)選的必要性

泥頁巖油氣藏的儲集空間多數(shù)都是以裂縫為主.因此，泥頁巖裂縫性油藏影響產(chǎn)能的關鍵因素是裂縫(包括孔隙)的發(fā)育程度與連通狀況.多數(shù)井射孔后自然產(chǎn)能低甚至無產(chǎn)量，需要通過儲層改造來溝通裂縫，使之成為有效通道.

由于義18井區(qū)油藏類型特殊，為受斷層和巖性因素共同控制的泥頁巖裂縫油藏.為提高義18井區(qū)泥頁巖裂縫性油藏油井產(chǎn)能，需要對其儲層改造方式進行優(yōu)選，使其對該類油藏更具適應性和針對性.優(yōu)選結果將對國內外類似油藏的開發(fā)具有重要的指導和借鑒意義.

2 油水井儲層改造優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件

根據(jù)所研究油藏義18井區(qū)的生產(chǎn)特點和水力裂縫的滲流特征，建立油藏與裂縫的物理模型和數(shù)學模型[8].

2.1 物理模型的建立

根據(jù)所研究區(qū)塊的井網(wǎng)部署情況，以五點法布井方式為例,介紹計算模型.同時，考慮到該區(qū)塊壓裂裂縫為垂直裂縫，建立如下物理模型.

圖1 油藏與裂縫物理模型示意圖

2.2 數(shù)學模型的建立

開發(fā)低滲透油藏時，一般采用注水保持地層能量.在研究過程中，采用了油井和水井都帶有垂直裂縫的三維兩相油藏數(shù)值模擬模型.

假設條件：(1)油藏為三維兩相流動，油層水平；(2)油藏為非均質，滲透率各向異性；(3)油層油藏流體微可壓縮，且壓縮系數(shù)保持不變；(4)忽略毛管力和重力的影響.建立的數(shù)學模型如下所示.

(1)

2.3 油水井儲層改造優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件的形成

通過建立油藏的差分方程、裂縫的差分方程，以及對邊界條件的處理和差分方程的求解等來完成的數(shù)值模擬模型的求解，最后形成了“油水井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件”和“油水井酸化設計系統(tǒng)軟件”，分別對油水井壓裂、酸化進行模擬分析.

3 儲層改造方式優(yōu)選

3.1 地層滲透率對壓裂和酸化的影響

運用“油水井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件”，對油水井實施壓裂措施進行了模擬.從圖2和圖4中看出，日產(chǎn)油量和日注水量的斜率基本相同，說明地層滲透率對這兩項指標的影響基本相同，并與地層滲透率成正比一致.隨著滲透率的增加,不同縫長的曲線之間的間距加大，即地層滲透率高的地層，壓裂的增產(chǎn)、增注效果較好，提高生產(chǎn)初期的采油速度的幅度較大.

運用“油水井酸化設計系統(tǒng)軟件”，對油水井酸化措施進行了模擬.從圖3和圖5中看出，日產(chǎn)油量和日注水量的斜率基本相同，說明地層滲透率對這兩項指標的影響基本相同，并與地層滲透率成正比一致.隨著滲透率的增加, 油、水井酸化的增油效果越明顯，說明在高滲透率的地層進行酸化會取得更好的效益.

通過對壓裂和酸化措施模擬進行對比，對這兩種措施增產(chǎn)增注效果進行評價和分析，可知酸化措施后的開發(fā)指標隨各影響因素的變化規(guī)律與壓裂措施相同，但酸化措施的增產(chǎn)增注效果要小于壓裂措施.

圖2 生產(chǎn)初期日產(chǎn)油量對比(壓裂)

圖3 生產(chǎn)初期日產(chǎn)油量對比(酸化)

圖4 生產(chǎn)初期日注水量對比(壓裂)

圖5 生產(chǎn)初期日注水量對比(酸化)

3.2 裂縫導流能力衰減系數(shù)的影響

在壓裂后的生產(chǎn)中，裂縫導流能力的衰減主要來自于[9]：壓裂液對支撐劑的腐蝕、溶解作用和溫度的長期影響，以及微粒運移及再分布[10].圖6和圖7為本文的裂縫導流能力與時間的函數(shù).kf=kf0·e-bt+K0是由油田現(xiàn)場的產(chǎn)量、注水量隨時間變化的曲線回歸而得，因此這里的導流能力衰減系數(shù)b的含義還包括了地層傷害及堵塞的影響而導致裂縫導流能力下降的因素.

由圖6和圖7可知，井網(wǎng)的累積產(chǎn)油量、累積注水量和采收率隨裂縫導流能力衰減系數(shù)的增大而減小.由此可得,降低裂縫導流能力衰減系數(shù)可提高產(chǎn)油量和采收率.

圖6 累積產(chǎn)油量與時間關系曲線

圖7 累積注水量與時間關系曲線

3.3 不同酸化半徑的影響

通常情況下，酸化設計時現(xiàn)場常用簡化的下式來計算酸液用量.

v=π·R2·H·Φ

(2)

其中：v-酸液用量；R-酸化半徑；H-層厚；Φ-孔隙度.因此，若已知酸液用量可以根據(jù)此式推算酸化半徑.

如圖8所示，隨著油水井酸化半徑的增加，日產(chǎn)油量的增加在采油初期較為明顯，在油井見水后，油井的酸化半徑的變化對采油量基本沒有影響.這主要是因為酸化半徑有限.

從圖9中可以看出，日注水量隨酸化半徑的增加而增加.且日注水量隨時間的變化曲線是生產(chǎn)初期緩升，見水后陡降，但很快又緩升.

圖8 日產(chǎn)油量與時間關系

圖9 日注水量與時間關系

4 現(xiàn)場應用

根據(jù)以上研究所得成果，對河口采油廠義18井區(qū)的義18-斜10井實施了壓裂措施，采用胍膠壓裂液體系(含防膨劑)，支撐劑選擇粒徑為0.425～0.85 mm中密度高強度陶粒，加砂70 m3，實施后日增油3.5噸，效果明顯.

后來，又在大10-斜5井(該井儲層物性與義18-斜10井相似)上實施了壓裂措施，仍采用胍膠壓裂液體系(含防膨劑)，加0.425～0.85 mm中密度高強度陶粒砂75 m3，實施后日液從3.6噸上升到13.1噸，日油從2.3噸上升到10.8噸，截止到2012年底累計增產(chǎn)原油773噸.

5 結論

酸化措施后的開發(fā)指標，隨各影響因素的變化規(guī)律與壓裂措施相同，但酸化措施的增產(chǎn)增注效果要遠小于壓裂措施，且酸化有效期也較短.這主要是因為酸化帶的滲透率遠小于裂縫內的滲透率，且酸化半徑有限.因此，現(xiàn)場主要用酸化方法來解決近井地帶污染堵塞問題和壓裂前的預處理，對義18井區(qū)泥頁巖裂縫油藏儲層方式宜優(yōu)選壓裂改造方式.

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