付 京，姚博文 ，雷征東，田 野，3，吳玉樹(shù)

1.科羅拉多礦業(yè)大學(xué)，科羅拉多 高登 80401

2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 海淀 100083

3.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500

引言

非常規(guī)油氣的開(kāi)發(fā)在過(guò)去十年中取得了重大突破，最具有代表性的技術(shù)為水力壓裂和水平鉆井技術(shù)的結(jié)合[1]。盡管如此，目前可以依靠天然能量的衰竭式開(kāi)發(fā)方式采出的原油量仍舊低于10%，在致密儲(chǔ)層中仍存在大量剩余油可供開(kāi)采[2]。衰竭式開(kāi)發(fā)后通常會(huì)采用壓裂技術(shù)，壓裂投產(chǎn)后的單井產(chǎn)量通常會(huì)在一年內(nèi)降低到初始產(chǎn)量的20%甚至更多[3]。由于較高的鉆井成本以及壓裂可能帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，針對(duì)非常規(guī)低滲油藏提高采收率的研究變得十分必要[4]。

北美石油公司一般將低滲透油藏統(tǒng)稱為致密油藏。在過(guò)去的十年間，北美石油公司已經(jīng)對(duì)致密油低滲油藏中的提高采收率（EOR）技術(shù)進(jìn)行了許多現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?？傮w來(lái)說(shuō)，大部分適用于常規(guī)油藏的提高采收率技術(shù)應(yīng)用于非常規(guī)儲(chǔ)層中的效果大多不太理想。對(duì)于常規(guī)油藏，一旦衰竭式開(kāi)發(fā)（一次采油）速度減慢，通?？墒褂盟?qū)采出大部分剩余原油[5]。但對(duì)于超低滲致密油藏，注水驅(qū)油的效果很差，因而大多數(shù)北美石油公司傾向于注氣開(kāi)發(fā)，如注入烴類或二氧化碳等氣體。注入氣可以很容易地通過(guò)裂縫進(jìn)入儲(chǔ)層，從而增加產(chǎn)量。非常規(guī)低滲油藏的主要流動(dòng)通道是裂縫，因此，產(chǎn)出（或注入）的流體大多通過(guò)水力壓裂裂縫（或天然裂縫）流動(dòng)，油氣的開(kāi)采大都也局限于裂縫網(wǎng)絡(luò)附近的低滲儲(chǔ)層。

注入低黏、易混相的氣體被認(rèn)為是針對(duì)低滲油藏提高采收率最有前景的一種技術(shù)[6]，但是其增油機(jī)理與常規(guī)油藏不同。盡管注入的流體可以通過(guò)裂縫進(jìn)入儲(chǔ)層，但是注入的流體隨后必須從裂縫進(jìn)入致密基質(zhì)；然后再通過(guò)多種機(jī)理組合，將剩余油提取至高滲裂縫網(wǎng)絡(luò)并最終由生產(chǎn)井采出。根據(jù)氣體的物理性質(zhì)、氣源和注入成本，以下幾種氣體通常被用于低滲油藏開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，包括：氣藏氣、油藏伴生氣、二氧化碳、氮?dú)饧翱諝?。近些年，?duì)于部分相對(duì)高滲（>0.1 mD）的非常規(guī)油藏（如Bakken 油藏），低礦化度水驅(qū)和表面活性劑驅(qū)也漸漸進(jìn)入工業(yè)界的視野[7]。

早期的實(shí)驗(yàn)研究[8-9]揭示了注氣在致密油藏中提高采收率的潛力。其主要增油機(jī)理包括注氣后的油相體積膨脹、油相黏度降低、巖石潤(rùn)濕性由油濕轉(zhuǎn)為水濕、界面張力（IFT）的降低[10-11]。隨后的研究也通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了注氣吞吐在巖芯尺度的可行性[12-18]以及部分學(xué)者通過(guò)模擬研究了其在油藏尺度上注氣的可行性[19-23]；但現(xiàn)場(chǎng)的先導(dǎo)試驗(yàn)的數(shù)量還有待提高。

美國(guó)的致密油產(chǎn)量占全世界90%以上[24]，因此，美國(guó)在北美致密油資源開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)非常具有指導(dǎo)意義。本文將總結(jié)和評(píng)價(jià)北美致密油資源開(kāi)發(fā)中的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)目前提高致密油低滲油藏采收率所面臨的主要困難和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

1 背景概述

作為非常規(guī)油藏開(kāi)發(fā)的領(lǐng)軍者，美國(guó)于2007年首先在Williston 盆地的Elm Coulee 油田Bakken組致密油開(kāi)發(fā)中取得了巨大成功，日產(chǎn)油量123 621 bbl（1 bbl=159 L）；2008年，Bakken 組致密油區(qū)實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)。2018 年9 月，美國(guó)正式超越沙特阿拉伯和俄羅斯，成為世界上最大的石油生產(chǎn)國(guó)。目前，致密油已經(jīng)成為美國(guó)原油生產(chǎn)最重要的油藏類型（2019 年大致占石油總產(chǎn)量的64%），并將持續(xù)引領(lǐng)著美國(guó)石油產(chǎn)量增長(zhǎng)。

目前，北美陸上已經(jīng)有19 個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了致密油資源，其中，已經(jīng)投入生產(chǎn)的地層主要分布于美國(guó)中陸（Mid-continent）和落基山（Rocky Mountain）地區(qū)，從阿爾伯塔盆地（Alberta Basin）中部一直延伸到得克薩斯州（Texas）南部。同時(shí)，西南地區(qū)及加利福尼亞（California）南部的Monterey 組也已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)致密油。已被證實(shí)的致密油預(yù)測(cè)區(qū)遍及落基山地區(qū)、墨西哥灣沿岸（Gulf of Mexico Coast）地區(qū)、西南地區(qū)和美國(guó)東北部地區(qū)，如圖1所示。北美致密油主要賦存于泥盆紀(jì)—新近紀(jì)，具有4 套主力產(chǎn)油層。其中，最著名的致密油地層為Williston 盆地的Bakken 組、得克薩斯州的Eagle Ford 組及加利福尼亞的San Joaquin 盆地的Monterey 組。這些致密油地層均具有區(qū)域性、大面積分布的特點(diǎn)。

截至2020 年底，美國(guó)境內(nèi)絕大部分致密油產(chǎn)量（98%）來(lái)自7 大盆地產(chǎn)區(qū)。當(dāng)前美國(guó)致密油產(chǎn)量占據(jù)北美致密油產(chǎn)量的絕大部分，其中，Permian、Eagle Ford 及Bakken 等3 大盆地的產(chǎn)量接近美國(guó)致密油產(chǎn)量的四分之三（74%）。Permian 盆地中的3 大致密油區(qū)Spraberry、Bone Spring 以及Wolfcamp的產(chǎn)量更是貢獻(xiàn)了美國(guó)致密油產(chǎn)量的36%。然而，Permian 油田在低滲儲(chǔ)層開(kāi)展的提高采收率試驗(yàn)數(shù)量較少，目前仍然采用鉆新井的方式來(lái)維持產(chǎn)量。因此，本文將對(duì)Eagle Ford 組和Bakken 組的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行分析并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2 Bakken 組致密油提高采收率試驗(yàn)

北美Bakken 組是北美開(kāi)發(fā)較早的區(qū)塊，也是進(jìn)行EOR 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試最多的致密油田。Bakken 組形成于泥盆紀(jì)晚期至石炭紀(jì)前期的Williston 盆地，面積約200 000 mi2（1 mi=1.61 km）。Bakken 組南至美國(guó)的北達(dá)科他州和蒙大拿州，北至加拿大的薩斯喀徹溫省和曼尼托巴?。▓D2）。Bakken 組儲(chǔ)層主要由3 層組成：上段（頁(yè)巖層），中段（砂巖、白云巖、粉砂巖和頁(yè)巖層）及下段（頁(yè)巖層）。中段地層深度距地表大約2 mi。上、下段頁(yè)巖層是具有豐富有機(jī)質(zhì)的海相沉積頁(yè)巖，是生油巖層及其他產(chǎn)油地層的蓋層，如圖3 所示。2013 年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)美國(guó)境內(nèi)的Bakken 組及下方的Three Forks 組進(jìn)行了油氣儲(chǔ)量評(píng)估，技術(shù)可采儲(chǔ)量可達(dá)74.0×108bbl，其中，36.5×108bbl 來(lái)自Bakken 組。根據(jù)美國(guó)能源信息署的信息[26]，目前，Bakken 組致密油的產(chǎn)量達(dá)到了1 500 kbbl/d，如圖4所示。

圖2 Bakken 組和Williston 盆地分布圖[26]Fig.2 Distribution map of Bakken Formation and Williston Basin

圖3 Bakken 組沉積地層示意圖[27]Fig.3 Sedimentary stratigraphic diagram of Bakken Formation

圖4 Bakken 組致密油歷史原油產(chǎn)量[28]Fig.4 Historical oil production from the Bakken Formation

Bakken 組在過(guò)去十年對(duì)美國(guó)石油行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。然而，Bakken 組致密油的主要開(kāi)發(fā)方式仍然是由儲(chǔ)層天然能量驅(qū)動(dòng)的衰竭式開(kāi)發(fā)，其預(yù)測(cè)采出程度低于10%。因此，業(yè)界將注意力越來(lái)越多地放在Bakken 組的提高采收率這一問(wèn)題上。在過(guò)去十年里，在Bakken 組已經(jīng)有一些注水或注氣的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，詳見(jiàn)表1。這些試驗(yàn)主要用于測(cè)試注氣或注水的可行性以及注入流體對(duì)產(chǎn)量的影響。

表1 Bakken 組致密油提高采收率現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況Tab.1 Field pilots of enhanced oil recovery in the Bakken Formation

2.1 基于CO2 的提高采收率試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2

在試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2 的CO2吞吐試驗(yàn)中，選用二氧化碳進(jìn)行高壓注入[29]。試驗(yàn)結(jié)果表明了在Bakken組注入二氧化碳的可行性，但是很難說(shuō)明任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是因?yàn)槎趸嫉淖⑷攵鴮?dǎo)致增產(chǎn)。

作業(yè)方EOG 用試驗(yàn)1（北達(dá)科他州16713 井）來(lái)評(píng)估向低于1 mD 儲(chǔ)層注入流體的可行性。注入計(jì)劃為：先后進(jìn)行為期60 d 和30 d 的注入燜井。注入流體是由Praxair 提供的食品級(jí)二氧化碳。選擇二氧化碳用于該測(cè)試的原因可能是因?yàn)槠浔人ざ鹊停菀鬃⑷氩⑶腋着c地層油混相。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，二氧化碳注入作業(yè)持續(xù)29 d。在開(kāi)始注入作業(yè)11 d 后，在距離該注入井約1 mi 遠(yuǎn)處的觀察井發(fā)現(xiàn)二氧化碳突破。該試驗(yàn)在2008年9 月共注入了二氧化碳5 010 bbl。2008 年10 月共注入了二氧化碳4 862 bbl。平均注入速度約為100×104ft3/d（1 ft=0.304 8 m）。然而，該試驗(yàn)并沒(méi)有公開(kāi)的測(cè)試后結(jié)果。根據(jù)該井和附近觀察井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行二氧化碳吞吐后，日產(chǎn)油量幾乎沒(méi)有增加。該井的日產(chǎn)油量曲線如圖5 所示。

圖5 注二氧化碳吞吐試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2 中兩口井的產(chǎn)油曲線[27]Fig.5 Oil production curves of CO2 injection Huff-n-Puff test 1 and test 2

試驗(yàn)2（美國(guó)蒙大拿州的二氧化碳吞吐試驗(yàn)）的目的與試驗(yàn)1 類似，間隔大約6 個(gè)月且目標(biāo)地層在Bakken 組的不同部分。二氧化碳的注入速度在（150～200）×104ft3/d，注入壓力在2 000～3 000 lb/in2（1 lb=0.454 kg），為期45 d。該試驗(yàn)的結(jié)果也與試驗(yàn)1 非常類似。其日產(chǎn)油量如圖5 所示。二氧化碳注入后的原油產(chǎn)量增加非常小。這部分增加的產(chǎn)量也可以歸因于裂縫由基巖滲出的流體所再次填充造成的產(chǎn)量增長(zhǎng)。根據(jù)Hoffman&Evans[29]所給出的信息，試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2 的注入壓力均保持在地層破裂壓力之下。這兩個(gè)試驗(yàn)均能夠以（100～200）×104ft3/d 的速度注入二氧化碳并且將注入壓力保持在極限閾值以下。但從這兩個(gè)試驗(yàn)的生產(chǎn)曲線（圖5）來(lái)看，很難說(shuō)明任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有因?yàn)樽⑷攵趸级鴮?dǎo)致的增產(chǎn)。

（2）試驗(yàn)3 和試驗(yàn)4

試驗(yàn)3 和試驗(yàn)4 是在位于Bakken 組中段的一口直井中進(jìn)行的二氧化碳吞吐作業(yè)，儲(chǔ)層厚度約為60 ft[29]，其研究范圍僅限于對(duì)注入能力的研究。

該先導(dǎo)試驗(yàn)的計(jì)劃是以（300～500）×103ft3/d 的速度注入20～30 d，隨后關(guān)井20 d，再恢復(fù)生產(chǎn)。在距離注入井約900 ft 遠(yuǎn)的一口觀察井不到24 h 即觀測(cè)到了二氧化碳突破，此后不久便停止了作業(yè)。與水平井氣吞吐法試驗(yàn)相比，該直井只有約百分之一的有效厚度可用于注入，但氣體流量?jī)H比典型水平井少了約20%。因此，這種情況下的每英尺注入量比以前的吞吐試驗(yàn)高出20 倍左右，這可能是氣體在該試驗(yàn)中如此迅速突破的原因。由于早期的二氧化碳突破，該試驗(yàn)沒(méi)有進(jìn)行后續(xù)的生產(chǎn)測(cè)試。

（3）試驗(yàn)5

此試驗(yàn)開(kāi)展于2017 年，目標(biāo)儲(chǔ)層在一個(gè)未經(jīng)開(kāi)發(fā)的油藏區(qū)域，注入氣體為二氧化碳，注入井為一口直井（未經(jīng)過(guò)水力壓裂）[31]。在原始油藏中使用垂直井進(jìn)行該測(cè)試消除了與水平井較長(zhǎng)有關(guān)的不確定性，例如，巖石屬性固有的未知非均質(zhì)性及沿井眼的水力壓裂裂縫的性質(zhì)和分布?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，盡管基質(zhì)注入能力較低，但注入的二氧化碳可通過(guò)Bakken 組中段的微裂縫進(jìn)入巖石基質(zhì)，進(jìn)而增強(qiáng)基質(zhì)中原油的流動(dòng)性[30]。因此，擴(kuò)散可能在使用二氧化碳來(lái)提高采收率中發(fā)揮重要作用。

該試驗(yàn)是在原始儲(chǔ)層中進(jìn)行的，完井程序不包括使用水力壓裂和支撐劑。該試驗(yàn)測(cè)試在4 d 內(nèi)注入了大約99 t 的二氧化碳。井底壓力和溫度數(shù)據(jù)分析表明，二氧化碳的注入半徑在50～70 ft，燜井時(shí)間為15 d。在對(duì)注入前和注入后的油樣進(jìn)行了油的成分分析時(shí)，重點(diǎn)確定了烴類化合物的分子量分布。

Bakken 組中段的基巖未采取增產(chǎn)措施，二氧化碳注入量穩(wěn)定在6～12 gal/min（1 gal=3.79 L），連續(xù)注入期間的井底壓力在9 400～9 470 lb/in.2，比初始孔隙壓力高800～870 lb/in.2。注入后觀測(cè)到采出物為二氧化碳和烴類化合物氣體的混合物。注入前和注入后油樣的分析表明，注入后油樣成分比試驗(yàn)前的油具有更多的低分子量烴?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，盡管基質(zhì)注入能力很低，但注入的二氧化碳可以穿透Bakken 組的中部并從基質(zhì)中提取剩余油。

2.2 基于烴類氣的提高采收率試驗(yàn)（試驗(yàn)6）

2014 年，依歐格資源公司（EOG Resources INC,EOG）將水驅(qū)試驗(yàn)中的注水井（表1 編號(hào)10）改為注氣井，用于檢驗(yàn)連續(xù)注入富氣提高采收率的效果（表1編號(hào)6）。因?yàn)猷従械膲毫押推渌鳂I(yè)也有可能導(dǎo)致該井產(chǎn)量增加，所以對(duì)此次試驗(yàn)結(jié)果的解釋并不唯一。但該試驗(yàn)表明了在Bakken 組中注入天然氣增油的可行性[29]。

在注水試驗(yàn)結(jié)束后，該注水井在隨后的4 個(gè)月中間歇地生產(chǎn)。2014 年6 月，EOG 將該井更改為注氣井。該試驗(yàn)使用從周圍的產(chǎn)油井開(kāi)采的富集天然氣作為注入流體。天然氣成分約55%甲烷，10%氮和35%乙烷及以上餾分。該作業(yè)連續(xù)進(jìn)行了55 d，平均注入速度約為160×104ft3/d，地面注入壓力為3 500 lb/in.2。

所有4 口觀察井在氣體注入之后的幾個(gè)月中產(chǎn)量均有所增加。然而，在與氣體注入相同的時(shí)間內(nèi)，有一口相鄰井進(jìn)行了水力壓裂作業(yè)。兩口生產(chǎn)井的增產(chǎn)可能歸因于壓裂響應(yīng)。

氣體注入作業(yè)7 d 后，監(jiān)測(cè)到觀察井產(chǎn)氣量有所增加。單井產(chǎn)氣量增加約16×104ft3/d，約為單井注氣量的10%。隨后，該井被關(guān)閉，直到氣體注入結(jié)束30 d 后才恢復(fù)生產(chǎn)。重新開(kāi)始生產(chǎn)后，該井日產(chǎn)氣量仍然很高。此外，日產(chǎn)油量也在恢復(fù)生產(chǎn)后短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值，然后恢復(fù)到正常遞減的范圍內(nèi)，注烴類氣后觀察井的產(chǎn)量顯著增加，如圖6 所示。雖然該注氣作業(yè)僅進(jìn)行了55 d，但試驗(yàn)仍表明，富氣可以用作注入流體來(lái)提高單井的產(chǎn)油量。此外，在非常規(guī)油田中，烴類氣比二氧化碳更易獲得，例如，可以直接選擇注入本井或鄰井的采出氣。

圖6 注烴類氣后觀察井的產(chǎn)量顯著增加[29]Fig.6 The production of the observation well increased significantly after hydrocarbon gas injection

2.3 注水或改進(jìn)注水的提高采收率試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)7

表1 中的第7 個(gè)測(cè)試是Meridian 公司在北達(dá)科他州的Bakken 組的上段進(jìn)行的低礦化度水吞吐試驗(yàn)[30]。該試驗(yàn)井是位于麥肯錫縣Bicentennial 油田的水平井。雖然該井沒(méi)有經(jīng)過(guò)水力壓裂，但儲(chǔ)層中存在高度發(fā)育的天然裂縫，為該井生產(chǎn)提供了足夠的滲流通道。先注水50 d，注入大約13 200 bbl 低礦化度水，隨后關(guān)井60 d，但在之后的衰竭式生產(chǎn)過(guò)程中，其產(chǎn)油量一直低于注水前的產(chǎn)量。該測(cè)試表明低礦化度水在Bakken 組的上段的注入能力沒(méi)有問(wèn)題，但注水后的增產(chǎn)效果并不理想。

（2）試驗(yàn)8

表1 中的第8 個(gè)測(cè)試為EOG 在2012 年進(jìn)行的注水吞吐試驗(yàn)。此試驗(yàn)中注水吞吐未能實(shí)現(xiàn)很好的增產(chǎn)效果。試驗(yàn)后期的產(chǎn)量增加也被歸因于鄰井水力壓裂而引發(fā)的“壓裂響應(yīng)”。

試驗(yàn)包含兩個(gè)周期的注水吞吐。試驗(yàn)最初計(jì)劃注水30 d，燜井10 d，隨后開(kāi)井生產(chǎn)。初始注入速度約為1 200 bbl/d。2012 年4 月總注水量為10 380 bbl；2012 年5 月則為28 797 bbl。在第一次注入作業(yè)結(jié)束后，進(jìn)行了超過(guò)兩周的燜井，以使注入水充分浸入地層。在第二次注入期開(kāi)始之前，該井進(jìn)行了約3～4 個(gè)月的正常生產(chǎn)。

如圖7 所示，每個(gè)周期后，注水吞吐均未能實(shí)現(xiàn)很好的增產(chǎn)效果。通過(guò)注水吞吐提高采收率的機(jī)理不同于注氣吞吐。由于水無(wú)法與油混相，僅有當(dāng)巖石相對(duì)親水，進(jìn)而水能夠通過(guò)滲吸的方式進(jìn)入巖石基質(zhì)，儲(chǔ)層中的原油才會(huì)因被注入水?dāng)D占孔隙空間而被排出。該井在2013 年底關(guān)井停產(chǎn)，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)距離該井1 000～3 000 ft 的新井需要進(jìn)行水力壓裂作業(yè)。約在2013 年底到2014 年初，該試驗(yàn)井突然觀察到產(chǎn)量增加了。這一結(jié)果被歸因于鄰井水力壓裂而引發(fā)的“壓裂響應(yīng)”[29]。

圖7 北達(dá)科他州Bakken 組注水吞吐試驗(yàn)中的油井產(chǎn)量曲線[29]Fig.7 Well production curves from the water injection huff-n-puff test in the Bakken Formation,North Dakota

（3）試驗(yàn)9

表1 中的第9 個(gè)試驗(yàn)是在北達(dá)科他州進(jìn)行的為期8 個(gè)月的水驅(qū)開(kāi)發(fā)測(cè)試。此次注水測(cè)試證明了該地層的注入水能力較好。然而，生產(chǎn)井的產(chǎn)油量仍然沒(méi)有因水驅(qū)而提高。

這是最早在北達(dá)科他州進(jìn)行的水平井水驅(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)使用采出水作為注入流體，注入井為水平井。井網(wǎng)分布如圖8 所示。在2012 年，注入井以約1 350 bbl/d 的速度持續(xù)注水8 個(gè)月，這導(dǎo)致了井底壓力增加到6 000 lb/in.2。在此期間，東側(cè)生產(chǎn)井和西側(cè)生產(chǎn)井的產(chǎn)水量都有明顯的增加，且在注水開(kāi)始一個(gè)月內(nèi)見(jiàn)水。在見(jiàn)水前，單井產(chǎn)油量并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的提高，如圖9 所示。圖9 為東側(cè)生產(chǎn)井的油水產(chǎn)量曲線，西側(cè)生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)與東側(cè)生產(chǎn)井也非常相似。北側(cè)和南側(cè)生產(chǎn)井的產(chǎn)油量也沒(méi)有增加。由于東側(cè)和西側(cè)兩個(gè)生產(chǎn)井產(chǎn)水量過(guò)高，該井在2012 年底和2013 年初關(guān)閉了大約6 個(gè)月。第二輪水驅(qū)試驗(yàn)持續(xù)了8 個(gè)月。第二次作業(yè)的注入速度比之前低很多，約為380 bbl/d。井底壓力沒(méi)有明顯增加并且保持在約5 500 lb/in.2。生產(chǎn)井中沒(méi)有出現(xiàn)類似第一次注入期間的產(chǎn)水增加，如圖9 所示。第二次注水作業(yè)證明在該地層的注水能力較好。然而，4 口生產(chǎn)井的產(chǎn)油量仍然沒(méi)有因水驅(qū)而提高。

圖8 水驅(qū)試驗(yàn)注采井網(wǎng)示意圖[29]Fig.8 Diagram of injection and production well pattern in water flooding test

圖9 北達(dá)科他州Bakken 組中水驅(qū)試驗(yàn)中的東側(cè)油井產(chǎn)量曲線[29]Fig.9 Well production curves from a water flooding test in the Bakken Formation,North Dakota

（4）試驗(yàn)10

試驗(yàn)10 是在美國(guó)蒙大拿州Bakken 組進(jìn)行的水驅(qū)試驗(yàn)。該試驗(yàn)又一次證明裂縫性低滲儲(chǔ)層具有較高的吸水能力。然而與試驗(yàn)9 相似，該水驅(qū)項(xiàng)目的結(jié)果也受到鄰井的水力壓裂作業(yè)影響。

在最初3 個(gè)月中，注水量達(dá)到1 700 bbl/d。在后面5 個(gè)月中，注水量逐漸降低至略低于1 000 bbl/d。在注水開(kāi)始后，大多數(shù)周圍的生產(chǎn)井均能觀察到油水產(chǎn)量增加。然而，根據(jù)Hoffman&Evans 的分析[29]，這些情況可大致歸因于壓裂響應(yīng)。值得注意的是，距離注入井約880 ft 的一口生產(chǎn)井明顯受到了水驅(qū)的影響。雖然在注水作業(yè)期間產(chǎn)油量沒(méi)有顯著增加，如圖10 所示，但是注入水在水驅(qū)開(kāi)始后的一周發(fā)生突破，之后該井的產(chǎn)水量顯著增加，單產(chǎn)油量并沒(méi)有明顯的提升。

在水驅(qū)試驗(yàn)的最后一個(gè)月內(nèi)，由于約一半的注入水通過(guò)水平井跟部的兩個(gè)壓裂段進(jìn)入地層，而其余的注入水則由其他9 個(gè)壓裂段分?jǐn)?，作業(yè)方在后面的水驅(qū)試驗(yàn)中嘗試?yán)@過(guò)這兩個(gè)壓裂段，然而這些嘗試并不成功，其后水驅(qū)試驗(yàn)停止，注入井關(guān)井。到2015 年初，生產(chǎn)井進(jìn)行了幾個(gè)月的關(guān)井，其恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)油量與前幾年相比有略微提高，如圖10 所示。鑒于此時(shí)附近沒(méi)有井在進(jìn)行壓裂作業(yè)，可以將其歸因于水驅(qū)或關(guān)井期間的壓力恢復(fù)。

圖10 蒙大拿州Bakken 組中水驅(qū)試驗(yàn)中的油井產(chǎn)量曲線[29]Fig.10 Well production curves from the water flooding test in the Bakken Formation,Montana

（5）試驗(yàn)11

表1 中的第11 個(gè)試驗(yàn)為基于非離子表面活性劑的水溶液生產(chǎn)促進(jìn)劑（PE）的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。作業(yè)方指出，對(duì)于油濕系統(tǒng)，改變儲(chǔ)層潤(rùn)濕性是提高產(chǎn)油量的關(guān)鍵機(jī)理。在1.5 a 的生產(chǎn)周期中，單井產(chǎn)量有明顯的增加[32]。

試驗(yàn)中應(yīng)用針對(duì)Bakken 組中段設(shè)計(jì)的生產(chǎn)促進(jìn)劑（PE），其特點(diǎn)是耐高溫（>110°C），耐高鹽（總?cè)芙夤腆w>220 000 mg/L）和耐高硬度（>15 000 mg/L）。選擇Bakken 組中段一口10 000 ft 長(zhǎng)的水力壓裂水平井中進(jìn)行吞吐試驗(yàn)，該井在吞吐試驗(yàn)前經(jīng)歷了2.5 a 衰竭式開(kāi)發(fā)。試驗(yàn)采用淡水稀釋的Bakken 采出水（礦化度1 500 mg/L）作為表面活性劑溶劑，燜井時(shí)間為4 個(gè)月。如圖11 所示，在接下來(lái)的1.5 a中，單井產(chǎn)量出現(xiàn)明顯提升（相對(duì)于衰竭式開(kāi)發(fā)的外推遞減曲線）。據(jù)估計(jì)，與僅由持續(xù)衰竭式生產(chǎn)的累計(jì)采油量相比，注表面活性劑吞吐后的累計(jì)采油量增加了25%。

圖11 注表面活性劑吞吐試驗(yàn)中的油井產(chǎn)油量和產(chǎn)水量曲線[32]Fig.11 Oil well oil cut,oil production and water production curve in surfactant injection huff-n-puff test

2.4 加拿大Bakken 組致密油的提高采收率試驗(yàn)

相較于美國(guó)，Bakken 組在加拿大部分的滲透率較高（0.01～0.10 mD[33]），相比于美國(guó)部分要高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，因而，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)更偏向于采用連續(xù)注入的方式，而不是有間歇性的吞吐注入法。

（1）試驗(yàn)12

試驗(yàn)12 是在加拿大薩斯喀徹溫省東南部Bakken 組進(jìn)行的注干氣提高采收率項(xiàng)目。在一年的時(shí)間內(nèi)，石油產(chǎn)量從130 bbl/d 增加到295 bbl/d[33]。作業(yè)方將其歸因于干氣循環(huán)注入儲(chǔ)層將地層油蒸發(fā)抽提，從而增加了單井的天然氣凝析液產(chǎn)量。

試驗(yàn)在一面積為1 280 acre（1 acre=0.004 km2）的區(qū)塊中進(jìn)行，井網(wǎng)如圖12 所示。該試驗(yàn)中，作業(yè)者將商業(yè)級(jí)別干氣注入一東西走向的水平井中。注入干氣的主要成分為甲烷，干氣通過(guò)管道直接輸送到注入井，之后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加壓并注入。注入速度在（35～100）×104ft3/d 變化，注采比在0.7～1.1。試驗(yàn)生產(chǎn)和注入數(shù)據(jù)如圖13 所示（1 mcf=28.32 m3）。

圖12 干氣驅(qū)試驗(yàn)的井位示意圖[33]Fig.12 Well location diagram of dry gas flooding test

圖13 干氣驅(qū)試驗(yàn)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線[33]Fig.13 Production performance curve of dry gas flooding test

作業(yè)方每周從所有生產(chǎn)井收集采出氣樣品，并完成了流體組分分析。該試驗(yàn)區(qū)塊產(chǎn)自Bakken 儲(chǔ)層天然氣凝液餾分C2—7在（225～250）×10?6bbl/ft3）內(nèi)。各個(gè)生產(chǎn)井的天然氣產(chǎn)量最多比基準(zhǔn)增加了約4 倍。由此可見(jiàn)，由于干氣循環(huán)注入儲(chǔ)層并將地層油蒸發(fā)抽提，單井天然氣凝液產(chǎn)量有所增加。Lightstream 聲稱該試驗(yàn)在2011-12—2014-12 顯著提高了原油產(chǎn)量。原油產(chǎn)量從初始產(chǎn)量130 bbl/d 增加到最高295 bbl/d。

（2）試驗(yàn)13

試驗(yàn)13 為在加拿大薩斯喀徹溫省Bakken 組進(jìn)行的一系列水驅(qū)試驗(yàn)[34]。試驗(yàn)表明水驅(qū)強(qiáng)化了生產(chǎn)井的生產(chǎn)能力并提高了采收率。

以一個(gè)在Bakken 組進(jìn)行的先導(dǎo)性試驗(yàn)為例，試驗(yàn)將一口水平井作為注入井，周圍4 口水平井作為生產(chǎn)井（如圖14 所示）。從2008 年到2009 年大部分時(shí)間，該試驗(yàn)區(qū)塊產(chǎn)量持續(xù)保持穩(wěn)定。生產(chǎn)井自達(dá)到歷史最高產(chǎn)量（約550 bbl/d）之后，其產(chǎn)量在其后的兩年中遞減了約25%。水驅(qū)強(qiáng)化了4 口生產(chǎn)井的生產(chǎn)能力并提高了采收率，使原油產(chǎn)量從注入作業(yè)前的50～100 bbl/d 增加到550 bbl/d，累計(jì)增加產(chǎn)量約50×104bbl，如圖15 所示。令人振奮的是，先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)邊界之外的生產(chǎn)井也觀察到了對(duì)水驅(qū)較好的生產(chǎn)響應(yīng)，這將進(jìn)一步提高水驅(qū)作業(yè)所增加的累計(jì)產(chǎn)油量。

圖14 水平井水驅(qū)試驗(yàn)三維井位示意圖[34]Fig.14 3D well location diagram of horizontal well water drive test

圖15 水平井水驅(qū)試驗(yàn)油水動(dòng)態(tài)曲線[34]Fig.15 Oil-water dynamic curve of horizontal well from water flooding test

3 Eagle Ford 組提高采收率試驗(yàn)

Eagle Ford 組是位于得克薩斯州南部在晚白堊紀(jì)的森諾曼期和土侖期形成的沉積巖層，主要由富含有機(jī)物質(zhì)的海相沉積頁(yè)巖和石灰?guī)r組成。該儲(chǔ)層深度在4 000～14 000 ft，平均厚度約475 ft，該儲(chǔ)層既生產(chǎn)原油也生產(chǎn)天然氣。從南到北依次從干氣，富氣氣藏過(guò)渡到凝析氣藏和最北的黑油油藏，并在最北部存在天然露頭（圖16）。據(jù)EIA 評(píng)估，Eagle Ford 組的原油產(chǎn)量在2014 年底達(dá)到1 700 kbbl/d的峰值，然后逐漸下降到1 200 kbbl/d，并將持續(xù)到2020 年中期（圖17）。

圖16 Eagle Ford 組平面分布示意圖[35]Fig.16 Planar distribution diagram of Eagle Ford Formation

圖17 Eagle Ford 組致密油的歷史原油產(chǎn)量[36]Fig.17 Historical oil production from the Eagle Ford Formation

3.1 注氣提高采收率試驗(yàn)

與Bakken 組基質(zhì)滲透率（美國(guó)0.10 mD，加拿大1.00 mD）相比，Eagle Ford 組的基質(zhì)滲透率很低（<0.01 mD），因此，不適于注水。目前開(kāi)展的先導(dǎo)試驗(yàn)大都基于注氣開(kāi)發(fā)，因而數(shù)量較Bakken 組少很多，并且由于連續(xù)注氣會(huì)造成較高的井底壓力，大部分試驗(yàn)采用吞吐注氣的方式（表2）。

表2 Eagle Ford 組致密油提高采收率試驗(yàn)概況Tab.2 Field pilots of enhanced oil recovery in tight oil reservoir of the Eagle Ford Formation

（1）試驗(yàn)A

據(jù)EOG 聲稱，他們過(guò)去三年中已經(jīng)成功進(jìn)行了4 個(gè)利用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的采出氣作為注入流體的試驗(yàn)項(xiàng)目，共計(jì)15 口水平生產(chǎn)井。這4 個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目位于油田不同位置，有諸多較為成熟的生產(chǎn)井表現(xiàn)出相對(duì)一致的結(jié)果。這些試驗(yàn)利用相對(duì)較低的資金成本顯著提高了原油生產(chǎn)。除此之外，EOG 還計(jì)劃在2016年進(jìn)行另外一個(gè)包含32 口生產(chǎn)井的提高采收率項(xiàng)目。EOG 稱通過(guò)注氣提高采收率的方法，累計(jì)產(chǎn)油量可以提高至一次采油的1.3～1.7 倍，開(kāi)發(fā)成本為6 USD/bbl（油氣當(dāng)量）或更低，如圖18所示。此外，由于該方法利用了現(xiàn)場(chǎng)容易獲得的采出氣，資金成本與操作成本也較低。然而，由于缺少公開(kāi)信息，現(xiàn)在還難以通過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)EOG 在Eagle Ford 的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行分析。

圖18 EOG 在Eagle Ford 組的注氣提高采收率效果Fig.18 Schematic of EOG′s EOR results in the Eagle Ford Formation

（2）試驗(yàn)B

Hoffman[36]統(tǒng)計(jì)了過(guò)去5 a 中Eagle Ford 組進(jìn)行的7 個(gè)注氣吞吐先導(dǎo)試驗(yàn)，其位置如圖19 中黑色星型所示。文中所有試驗(yàn)均采用烴類氣體作為注入流體，但其組分有所變化。Hoffman 總結(jié)了這些試驗(yàn)的區(qū)域、開(kāi)始時(shí)間、井?dāng)?shù)以及區(qū)塊內(nèi)井的總數(shù)。值得注意的是，Hoffman 的統(tǒng)計(jì)均以得克薩斯州鐵路委員會(huì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的公開(kāi)資料為基礎(chǔ)，其產(chǎn)量信息均以月份為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，因而可能存在誤差，且不包含任何的注入量信息。公布的產(chǎn)量信息以區(qū)塊為單位。如果一個(gè)區(qū)塊中包含多口生產(chǎn)井，則很難從中取得其中某一單井的生產(chǎn)信息。表2 中試驗(yàn)B～E、H 的運(yùn)營(yíng)方均為EOG。

圖19 Eagle Ford 組部分注氣吞吐試驗(yàn)井位分布圖[36]Fig.19 Location map of some gas injection and huff-n-puff test wells in Eagle Ford Formation

試驗(yàn)B 選取了一口與鄰井相對(duì)隔絕的生產(chǎn)井進(jìn)行吞吐試驗(yàn)，取得了較好的增產(chǎn)效果。該試驗(yàn)進(jìn)行了3 輪吞吐作業(yè)。從圖20 中的月產(chǎn)油量曲線可以看出，該井注氣產(chǎn)生了較好的增產(chǎn)效果。每輪注氣作業(yè)后，該井的月產(chǎn)量均提升至其早期峰值產(chǎn)量的一半左右。每輪生產(chǎn)周期大約持續(xù)3 個(gè)月。Hoffman[36]認(rèn)為該井的吞吐作業(yè)不僅在第一次注入后有較好的效果，其后兩次注入也產(chǎn)生了較高的原油產(chǎn)量，試驗(yàn)效果較為理想。

圖20 試驗(yàn)B 單井月產(chǎn)油曲線[36]Fig.20 Monthly single well oil production curve of test B

圖21 顯示了該井每個(gè)月的生產(chǎn)氣油比曲線。從2014 年之前的數(shù)據(jù)中可以看出，試驗(yàn)B 中的注入燜井持續(xù)時(shí)間約為4～6 周。其注入氣體為去除中質(zhì)組分（NGL）后的干氣，主要成分可能為90%～95%的甲烷以及5%～10%的乙烷以及其他組分。

圖21 試驗(yàn)B 單井生產(chǎn)氣油比曲線[36]Fig.21 single well gas oil ratio curve of test B

（3）試驗(yàn)C 和試驗(yàn)D

試驗(yàn)C 和試驗(yàn)D 是2015 年初開(kāi)始的多井試驗(yàn)，兩者的作業(yè)方式及增產(chǎn)結(jié)果非常類似，即累計(jì)產(chǎn)量均有所提高。兩個(gè)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)中均有多口生產(chǎn)井，其中一半左右被用來(lái)進(jìn)行注氣吞吐試驗(yàn)。圖22 是兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的原油月產(chǎn)量曲線，從月產(chǎn)量曲線偏離原有遞減趨勢(shì)可以得到注入試驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)。在注入作業(yè)開(kāi)始后，該區(qū)塊原油月產(chǎn)量約為原始遞減曲線預(yù)測(cè)產(chǎn)量的兩倍。因此，可以得出增油效果理想的結(jié)論。

圖22 試驗(yàn)C 與試驗(yàn)D 區(qū)塊月產(chǎn)油曲線[36]Fig.22 Monthly oil production curve of test C and test D

圖23 為試驗(yàn)C 和試驗(yàn)D 的累計(jì)產(chǎn)油曲線，其中，紫色為原始遞減曲線預(yù)測(cè)所得的累計(jì)產(chǎn)量。試驗(yàn)C 注入吞吐作業(yè)持續(xù)了約1.5 a，此后又生產(chǎn)了1.0 a，其累計(jì)產(chǎn)量比預(yù)計(jì)的衰竭開(kāi)采累計(jì)產(chǎn)量高出17%；試驗(yàn)D 注入吞吐作業(yè)持續(xù)了2.5 a，其累計(jì)產(chǎn)量比預(yù)計(jì)的衰竭開(kāi)采累計(jì)產(chǎn)量高出20%。

圖23 試驗(yàn)C 與試驗(yàn)D 區(qū)塊累計(jì)產(chǎn)油曲線[36]Fig.23 Cumulative oil production curve of test C and test D

（4）試驗(yàn)E

試驗(yàn)E 開(kāi)始于2015 年，該試驗(yàn)為4 口井同時(shí)進(jìn)行了注氣吞吐作業(yè)。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是盡量多的注入氣體。試驗(yàn)結(jié)果表明，該試驗(yàn)取得了較好的增油效果。Hoffman[36]估計(jì)其注氣速度可能高達(dá)（2～4）×106ft3/d，注入壓力僅略低于地層破裂壓力，并持續(xù)了長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月。此后該區(qū)塊內(nèi)4 口井轉(zhuǎn)入生產(chǎn)2～3 個(gè)月，然后，再次實(shí)施8～10 周的注氣燜井作業(yè)，并重復(fù)了4 個(gè)周期。其后，試驗(yàn)縮短了周期時(shí)間，采用了注氣燜井4～6 周再生產(chǎn)兩個(gè)月。縮短的注氣時(shí)間實(shí)現(xiàn)了很好的增油效果，累計(jì)產(chǎn)量曲線也有明顯的提升，如圖24 所示。

圖24 試驗(yàn)E 區(qū)塊實(shí)際單井月平均產(chǎn)量及累計(jì)產(chǎn)量曲線[36]Fig.24 Actual average monthly production per well and cumulative production curve in test E

Hoffman[36]以注氣吞吐后的平均產(chǎn)量為基準(zhǔn)進(jìn)行了產(chǎn)量遞減預(yù)測(cè)，如圖25 紫色曲線所示，其預(yù)測(cè)顯示持續(xù)的注氣吞吐到2028 年可以增油370 000 bbl，相比目前的衰竭開(kāi)發(fā)增產(chǎn)約50%。

圖25 試驗(yàn)E 區(qū)塊預(yù)計(jì)單井月平均產(chǎn)量及累計(jì)產(chǎn)量曲線[36]Fig.25 Estimated average monthly production per well and cumulative production curve in test E

（5）試驗(yàn)F 和試驗(yàn)G

與試驗(yàn)B～E 不同，試驗(yàn)F 和試驗(yàn)G 均為單井吞吐試驗(yàn)。試驗(yàn)F 和試驗(yàn)G 注入的烴類氣體成分更接近于產(chǎn)出氣（甲烷含量約70%，乙烷以上組分含量約30%）。這兩個(gè)試驗(yàn)最初注氣速度大致在（2.0～2.5）×106ft3/d，注入作業(yè)持續(xù)一個(gè)月，隨后在燜井后再重新生產(chǎn)一個(gè)月，總共進(jìn)行了3 輪吞吐作業(yè)。

試驗(yàn)F 所在的區(qū)塊中有4 口生產(chǎn)井，從圖26 僅能模糊地看出可能在2015 年底至2016 中期進(jìn)行了1～2 輪的吞吐作業(yè)；試驗(yàn)G 所在的區(qū)塊中有61 口生產(chǎn)井，因而無(wú)法判斷其試驗(yàn)效果。

圖26 試驗(yàn)F 和G 所在區(qū)塊的原油月平均產(chǎn)量曲線[36]Fig.26 Average monthly crude oil production curve of test F and test G

（6）試驗(yàn)H

試驗(yàn)H 為試驗(yàn)D 的后續(xù)大現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其規(guī)模擴(kuò)大到試驗(yàn)C 附近兩個(gè)區(qū)塊的32 口井，可以被認(rèn)為是試驗(yàn)D 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。這3 個(gè)區(qū)塊中共有41 口井，Hoffman[36]認(rèn)為其中大部分井都進(jìn)行了注氣吞吐作業(yè)。作業(yè)開(kāi)始時(shí)間在2016 年中期，并在相對(duì)不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)取得了較好的作業(yè)效果，如圖27 所示。

圖27 試驗(yàn)H 中SW 與NE 區(qū)塊原油月平均產(chǎn)量曲線[36]Fig.27 Monthly average crude oil production curves in SW and NE blocks in test H

（7）試驗(yàn)I

試驗(yàn)I 的目的是通過(guò)組分追蹤的方法在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中了解注氣吞吐的增產(chǎn)機(jī)理[37]，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明注氣吞吐可帶來(lái)較好的增產(chǎn)效果。

試驗(yàn)I 的井網(wǎng)布置如圖28 所示，圖28a 中紅色表示吞吐井，綠色表示間歇生產(chǎn)井。

圖28 試驗(yàn)區(qū)水平布置鳥瞰圖和縱向分布圖[37]Fig.28 Aerial view and vertical distribution of horizontal layout of the test area

前15 個(gè)注入期持續(xù)15～45 d，平均注入速度為（14～16）×106ft3/d。每個(gè)周期的累計(jì)注入量為（200～600）×106ft3。該項(xiàng)目注入氣體的平均組成為75%C1、13% C2、5%C3和7%C4+，但期間會(huì)略有變化。在吞吐期間，根據(jù)周期將氣體注入1～2 口井中。注入時(shí)關(guān)閉鄰井，以減輕連通裂縫內(nèi)氣體循環(huán)來(lái)維持注入壓力。當(dāng)這些井重新投入生產(chǎn)時(shí)，在4 口吞吐井和鄰近的生產(chǎn)井中，均觀察到了產(chǎn)量提高（與衰竭開(kāi)發(fā)基線相比）。

圖29 總結(jié)了注氣吞吐試驗(yàn)期間目標(biāo)井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)。

圖29 試驗(yàn)I 生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總圖[37]Fig.29 Production data summary of test I

實(shí)測(cè)累計(jì)采油量高于衰竭式開(kāi)發(fā)的預(yù)測(cè)采油量，表明注氣吞吐可帶來(lái)較好的增產(chǎn)效果。通過(guò)分析吞吐期間現(xiàn)場(chǎng)井流物的組成，產(chǎn)出的流體是注入的氣體和儲(chǔ)層油的混合物。在返回氣體中增加的C7+組分的含量主要是由于蒸發(fā)抽提效應(yīng)。在分離器條件下，這些較重的成分會(huì)重新凝結(jié)，進(jìn)而增加油相體積。

4 北美致密油藏開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

由于一次采油的采收率非常低，并且大部分適用于常規(guī)油藏的提高采收率技術(shù)對(duì)于非常規(guī)儲(chǔ)層中效果大多不太理想，人們逐漸開(kāi)始重視對(duì)非常規(guī)油藏的EOR 技術(shù)的研究。在過(guò)去10 年中，Bakken 組和Eagle Ford 組等非常規(guī)油藏的開(kāi)發(fā)對(duì)美國(guó)乃至全球的石油工業(yè)產(chǎn)生了重大影響[38-40]。北美Bakken組致密油非常規(guī)油藏的開(kāi)發(fā)取得了一定的成功，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是天然氣驅(qū)或水驅(qū)。早期的吞吐試驗(yàn)證明了將氣體或水注入低滲透油藏的可行性。其中一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試顯示出了提高采收率在非常規(guī)油藏中應(yīng)用的可行性。一些石油公司還在Eagle Ford 組頁(yè)巖上進(jìn)行了數(shù)次先導(dǎo)試驗(yàn)。結(jié)果表明，二氧化碳吞吐在某些試驗(yàn)中成功地提高了累積產(chǎn)量，注氣也表現(xiàn)出了在非常規(guī)油藏提高采收率中應(yīng)用的巨大潛力。由于試驗(yàn)的結(jié)果各不相同，并且這些試驗(yàn)項(xiàng)目是在許多不同的儲(chǔ)層用不同的過(guò)程以及不同注入流體進(jìn)行的，因此，可以從這些項(xiàng)目的結(jié)果中總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。

（1）盡管最初存在將流體注入低滲透性儲(chǔ)層的不確定性，但幾乎所有提高采收率的注入試驗(yàn)均證明，注入能力對(duì)于水力壓裂的低滲透性儲(chǔ)層不是問(wèn)題。雖然目的層的滲透率非常低，但是完井期間水力壓裂作業(yè)極大地改善了井的注入能力（或生產(chǎn)能力），這使得注入（或生產(chǎn)）的環(huán)境都更加理想。人工水力壓裂極大地增加了自由流動(dòng)流體和巖石基質(zhì)之間的接觸面積。因此，在進(jìn)行過(guò)增產(chǎn)措施的試驗(yàn)井中進(jìn)行注氣或注水操作基本沒(méi)有遇到困難。僅有一口試驗(yàn)井在較高注水速度的情況下井底壓力顯著增加，然而該井的最高井底壓力仍然低于危險(xiǎn)閾值。

（2）先導(dǎo)試驗(yàn)的注入剖面的不均一性是一個(gè)較為嚴(yán)重的問(wèn)題。對(duì)于這些試驗(yàn)，較短的突破時(shí)間（數(shù)天或數(shù)周）似乎都是正常情況。這不僅將在生產(chǎn)井中引起高產(chǎn)水或高產(chǎn)氣的問(wèn)題，在一些情況下還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)油量下降。目前還不能確切地計(jì)算或測(cè)量注入流體實(shí)際進(jìn)入巖石基質(zhì)驅(qū)替烴類的量。但從這些較短的突破時(shí)間來(lái)看，只有非常少量的注入流體可以對(duì)儲(chǔ)存大多數(shù)烴類的巖石基質(zhì)產(chǎn)生有效影響。此外，水力壓裂作業(yè)產(chǎn)生的人工裂縫可能會(huì)進(jìn)一步惡化這種現(xiàn)象。盡管人工裂縫降低了在低滲透油藏注水的難度，但也使得注入流體更容易形成高速通道，導(dǎo)致過(guò)早突破。

（3）壓裂響應(yīng)可能使經(jīng)過(guò)水力壓裂試驗(yàn)井的評(píng)估復(fù)雜化。雖然一些試驗(yàn)顯示出較為積極的結(jié)果，但是壓裂響應(yīng)也有可能導(dǎo)致產(chǎn)量上升，因而其影響并不能被排除。因此，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中非常重要的一點(diǎn)是，盡可能排除可能影響試驗(yàn)結(jié)果的作業(yè)，以期獲得可分析的結(jié)果。然而這樣做可能會(huì)明顯增加未來(lái)試驗(yàn)的成本。但是，如果不能排除所有干擾，就難以合理地分析試驗(yàn)的結(jié)果。

（4）大多數(shù)提高采收率現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果是參差不齊的。許多試驗(yàn)并沒(méi)有表現(xiàn)出任何由注入作業(yè)而增加的原油產(chǎn)量，而卻顯著增加了注入流體（主要是水或氣體）的產(chǎn)量。但是在Bakken 組進(jìn)行的水驅(qū)作業(yè)以及在Eagle Ford 組進(jìn)行的氣驅(qū)作業(yè)卻取得了成功。這兩個(gè)試驗(yàn)的作業(yè)方聲稱，他們成功地通過(guò)不同的提高采收率方法在各自的油藏有效地提高了原油產(chǎn)量，并且計(jì)劃在未來(lái)對(duì)這些試驗(yàn)進(jìn)行大規(guī)模推廣。由于這些試驗(yàn)項(xiàng)目極少有公開(kāi)的信息，這些試驗(yàn)的成功因素很難被總結(jié)。

（5）對(duì)于非常規(guī)油藏，特別是頁(yè)巖或致密油藏，注氣似乎是最有效的提高采收率技術(shù)。這些儲(chǔ)層中大多數(shù)采出原油的組分相對(duì)較輕，并伴隨有大量可用于回注的氣體。不將這些采出氣銷售或燃燒掉，而是將其作為注入流體來(lái)生產(chǎn)更多的原油在經(jīng)濟(jì)上更為可行。而對(duì)于注入氣體，試驗(yàn)結(jié)果顯示出天然氣比二氧化碳更有前景。這可能是由于天然氣更容易與地層油混相。

（6）注水試驗(yàn)取得了相互矛盾的結(jié)果，因此，其效果還有待于后續(xù)觀察。對(duì)于在美國(guó)部分Bakken組進(jìn)行的水驅(qū)試驗(yàn)，觀察井中產(chǎn)水量顯著增加且原油產(chǎn)量并無(wú)明顯提高。對(duì)于在加拿大部分Bakken組進(jìn)行的水驅(qū)作業(yè)則顯示出非常大的潛力。這可能是由于加拿大部分Bakken 組的滲透率較高。

（7）Bakken 組使用表面活性劑吞吐試驗(yàn)證明，利用特定的流體和地層潤(rùn)濕性改變劑進(jìn)行的單井增產(chǎn)過(guò)程，可以使產(chǎn)油量提升提高一倍以上。因此，對(duì)于油濕系統(tǒng)，改變潤(rùn)濕性可能是提高采收率的重要機(jī)理。

（8）這些先期探索實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有對(duì)優(yōu)化井間距和注入模式進(jìn)行相應(yīng)的研究。但通過(guò)比較結(jié)果，可以總結(jié)出幾個(gè)可能作為一般性經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的結(jié)論。對(duì)于驅(qū)油型作業(yè)，井間距應(yīng)足夠大，從而減少裂縫間的相互干擾。如果井間距不夠大，注入流體將在較短時(shí)間內(nèi)突破，并將極大地降低采油效率。此外，井間距也不能太大，否則不能有效地進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)于吞吐型作業(yè)，由于不存在注入流體突破的問(wèn)題，井間距則與單井能夠生產(chǎn)的儲(chǔ)層體積更為相關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

北美Bakken 組致密油非常規(guī)油藏的開(kāi)發(fā)取得了一定的成功，Bakken 組也是非常規(guī)油田進(jìn)行了最多的提高采收率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的區(qū)塊。大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是采用注氣的形式。早期的吞吐試驗(yàn)已經(jīng)證明了將氣體或水注入低滲透油藏的可行性。之后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為將來(lái)提高非常規(guī)油藏的采油率積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。其中一些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)顯示出了提高采收率在非常規(guī)油藏中應(yīng)用的可行性。石油公司還在Eagle Ford組頁(yè)巖上進(jìn)行了幾次先導(dǎo)試驗(yàn)。結(jié)果表明，二氧化碳吞吐在某些測(cè)試中成功地提高了累計(jì)產(chǎn)量。

通過(guò)分析這些試驗(yàn)，可以得出一些一般性結(jié)論：

（1）對(duì)于超低滲致密油藏，注氣似乎更有利于提高采收率，尤其是烴類氣體注入吞吐試驗(yàn)顯示了巨大的潛力。

（2）盡管最初擔(dān)心將流體注入低滲透油藏的難度，但幾乎所有針對(duì)提高采收率的注入試驗(yàn)都表明，在壓裂低滲透油藏中注入流體不存在預(yù)想的問(wèn)題。

（3）壓裂響應(yīng)可能使這些水力壓裂測(cè)試井的評(píng)估更加復(fù)雜。