低滲致密砂巖水藏開發(fā)對策

低滲致密砂巖水藏開發(fā)對策

中國在四川、鄂爾多斯、柴達(dá)木、塔利木和松遼等地發(fā)現(xiàn)了大量致密氣田，資源評價能力為16.1122m3。預(yù)計2030年中國低滲致密氣藏年產(chǎn)量將達(dá)到約600×108m3。低滲致密氣藏的有效開發(fā)存在諸多問題,迫切需要解決。如單井產(chǎn)量低,儲量動用程度差,采收率低,且氣井產(chǎn)水現(xiàn)象嚴(yán)重,穩(wěn)產(chǎn)難度大等。因此,需要從氣藏儲層特征出發(fā),認(rèn)清低滲致密氣藏滲流機(jī)理,建立相應(yīng)的氣藏工程方法,針對瓶頸問題研究關(guān)鍵解決技術(shù),提出有效開發(fā)對策。1層的特性1.1儲層分布特征以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田、四川盆地川中地區(qū)須家河組氣藏為代表的大型低滲致密砂巖氣藏以構(gòu)造-巖性氣藏為主,具有平緩構(gòu)造背景,儲層大面積廣泛分布的特征。沉積相有河流相、三角洲相、濱淺湖相等多種類型。層狀儲層往往沉積于濱海環(huán)境,包括三角洲前緣和陸盆沉積。大多數(shù)透鏡體低孔隙度儲層沉積在河流相環(huán)境中[4~6]。中國低滲致密砂巖氣藏儲量豐度較低,蘇里格氣田儲量豐度僅為1.32×108m3/km2,為低豐度氣田。川中須家河組氣藏儲量豐度為1×108~3×108m3/km2,為中低豐度天然氣藏。1.2致密砂巖層儲層蘇里格氣田和川中須家河組儲層滲透率0.0001~5mD,孔隙度一般為2%~15%。目前得到有效開發(fā)的致密砂巖層,孔隙度一般都在8%以上,8%~12%多見。儲層具有嚴(yán)重的非均質(zhì)性,儲層物性在縱、橫向上各向異性明顯,產(chǎn)層厚度和巖性都很不穩(wěn)定。氣藏低滲致密,豐度低,導(dǎo)致開發(fā)動用難度大。1.3砂體結(jié)構(gòu)單一,連通性差透鏡狀砂巖主要為河流相沉積,在縱向上呈疊置狀,整體上疊置連片分布,其基質(zhì)滲透率極低。受河流相沉積控制,各砂體規(guī)模大小不一,連通性較差。我國低滲致密氣藏中透鏡狀儲層儲量占比高達(dá)72%(美國約為43%),加劇了開發(fā)動用難度。1.4缺少類型孔隙壓實(shí)(壓溶)和膠結(jié)作用使低滲致密砂巖儲層孔隙度減少,次生孔隙是最主要的孔隙類型,占孔隙總體積的70%~80%。溶蝕作用是次生孔隙的主要來源,次生孔隙中最有意義的是粒間溶蝕孔。1.5微細(xì)孔喉發(fā)育毛細(xì)管壓力特別高,排驅(qū)壓力1~2MPa,在50%的潤濕相飽和度下,毛細(xì)管壓力達(dá)到7.0MPa。微細(xì)孔喉發(fā)育,小于0.1μm喉道控制孔隙比例超過50%,且隨滲透率的降低,其控制比例升高,最高達(dá)到90%。儲層滲流能力主要受喉道控制,大孔喉不發(fā)育,微細(xì)孔喉發(fā)育,導(dǎo)致儲層滲流能力低,儲量動用難。1.6儲層氣水界面由于儲層滲透性差,天然氣單靠浮力不能產(chǎn)生長距離運(yùn)移和大規(guī)模聚集,因此天然氣往往呈區(qū)域性廣泛分布于致密層中,一般無明顯的氣/水界面。在低滲儲層內(nèi)部有一定氣水分異,而致密儲層內(nèi)氣水分異困難。所以低滲致密交互共存的氣藏,儲層氣水關(guān)系十分復(fù)雜。因此,整體上,氣藏氣水分布不受構(gòu)造控制,只在單個連通體內(nèi),受構(gòu)造和巖性共同控制。1.7殘余水飽和度由于巖樣喉道細(xì)小,毛細(xì)管壓力高,導(dǎo)致儲層含水飽和度高,含水飽和度一般為30%~70%。滲透率越低,殘余水飽和度越高。由小于0.072μm的孔喉控制的水相為難以動用的束縛水。儲層高含水給氣藏開發(fā)帶來了一系列難題,如何防水、治水是氣藏有效開發(fā)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。2儲層滲透機(jī)理2.1含水飽和度對氣調(diào)與滲流的影響不同滲透率巖樣在不同含水飽和度下的氣相滲流能力測試結(jié)果表明,隨著含水飽和度的增大,氣相滲透率急劇降低;當(dāng)含水飽和度達(dá)到60%~80%時,氣相滲透率就基本降為零;儲層氣相滲流能力發(fā)生突變的臨界含水飽和度為40%。2.2孔喉處的水相對于氣藏來講,水相一般為潤濕相,主要分布在微細(xì)孔喉內(nèi)及巖石表面,氣體賦存在孔隙內(nèi),微細(xì)孔喉包圍、控制孔隙體,形成氣水互封的狀態(tài)。開發(fā)過程中,氣相產(chǎn)出要突破孔喉處水相的束縛。氣藏開發(fā)過程中,隨著儲層壓力逐步下降,壓力降傳導(dǎo)到孔隙內(nèi)的氣體中時,氣體體積迅速膨脹,對孔隙表面水相進(jìn)行擠壓,并對微細(xì)孔喉處的水相產(chǎn)生推動力,這種推動力只要大于某一微細(xì)孔喉處的毛細(xì)管力束縛,則這部分微細(xì)孔喉處及其控制的孔隙內(nèi)的殘余水就會被推動,從而運(yùn)移產(chǎn)出,成為可動水。對于低滲致密氣藏,由于微細(xì)孔喉發(fā)育,殘余水飽和度較高,衰竭式開發(fā)過程中壓力梯度大,因而可動水產(chǎn)出量較大,嚴(yán)重影響氣藏產(chǎn)能。2.3儲層產(chǎn)水受限制儲層不同水封氣量和可動水飽和度下氣井開發(fā)過程中的水侵動態(tài)數(shù)值計算結(jié)果表明,水封氣量和可動水飽和度共同影響儲層產(chǎn)水特征(見圖1)。在水封氣量不足時,即使可動水飽和度較高,由于儲層水相滲透率極低,也難以產(chǎn)水。如川中安岳氣田部分高含水儲層,既不產(chǎn)氣也不產(chǎn)水。在水封氣量充足時,隨可動水飽和度增加,氣井開發(fā)過程中的產(chǎn)水量顯著增加。由此可見,水封氣和可動水是低滲致密儲層產(chǎn)水的兩個必要條件,二者相互作用,可動水越多,水封氣量越大,氣井生產(chǎn)過程中的產(chǎn)水量就越大,對于產(chǎn)能的影響就越顯著。儲層產(chǎn)水還受驅(qū)替壓力梯度影響,驅(qū)替壓力梯度越大,儲層越容易產(chǎn)水。在高含水飽和度階段,驅(qū)替壓力梯度對產(chǎn)水的影響更大,在低含水飽和度階段,影響逐漸降低(圖2)。因而,對于高含水儲層,在早中期階段,需要適當(dāng)控制生產(chǎn)壓差,避免短時間內(nèi)大量產(chǎn)水,導(dǎo)致氣井暴性水淹。2.4率曲線存在左移低滲巖樣在不同壓力梯度下的氣、水兩相相對滲透率曲線表明,壓力梯度能顯著地影響氣、水相相對滲透率曲線特征(見圖3)。隨著壓力梯度的增大,氣相相對滲透率曲線存在左移的特點(diǎn),即在相同含水飽和度下,壓力梯度越大,氣相相對滲透率越低。在較小的壓力梯度下這種影響程度較大,壓力梯度增大到一定范圍后,這種影響減弱。而水相相對滲透率隨壓力梯度的增大而增大,尤其在較高含水飽和度下這種情況更明顯。隨著壓力梯度的增大,束縛水飽和度點(diǎn)和殘余氣飽和度點(diǎn)都逐漸左移,等滲點(diǎn)也逐漸左移并降低。這說明壓力梯度的增大降低了氣相的滲流能力,提高了水相的滲流能力,導(dǎo)致開發(fā)過程中壓力梯度越大,氣井生產(chǎn)水氣比越高(圖4)。2.5凝析油對兩相滲流能力的影響在鉆井和壓裂時,高毛細(xì)管壓力使得儲層極易吸收泥漿濾液或壓裂夜,造成儲層污染。各種作業(yè)過程中侵入的流體及在生產(chǎn)過程中因近井地帶溫度、壓力降低由于凝析作用產(chǎn)生的液體(包括油和水),由于地層能量的不足不能采出而滯留在近井地帶,形成液相滯留傷害,使近井地帶的氣相滲透率降低。含凝析油條件下的相滲測試對比結(jié)果表明,儲層內(nèi)含凝析油后,液相滲流能力降低,液相排出難度加大;液相飽和度增加,大幅降低氣相滲流能力。在束縛液相飽和度的基礎(chǔ)上,液相飽和度增加10%,氣相滲透率降低50%左右。其他類型的儲層傷害有泥漿顆粒侵入、巖石-流體反應(yīng)(黏土膨脹)、微粒運(yùn)移和潤濕反轉(zhuǎn)等。3有效開發(fā)對策3.1儲層分類評價低滲致密砂巖氣藏有效開發(fā)的前提是準(zhǔn)確優(yōu)選富集有效開發(fā)區(qū)。低滲致密氣藏儲量動用性差,需要從儲量大小、儲量動用性和動用速度三個方面出發(fā),結(jié)合儲層靜、動態(tài)特征,形成相應(yīng)的儲層評價方法,在該基礎(chǔ)上結(jié)合地質(zhì)特征,進(jìn)一步優(yōu)選有效開發(fā)區(qū),優(yōu)先開發(fā)“甜點(diǎn)”,技術(shù)成熟后,再逐步開發(fā)致密區(qū),實(shí)現(xiàn)有序、滾動開發(fā)。從儲量大小、可動用性及動用速度3個方面篩選了7個儲層評價參數(shù):孔隙度、滲透率、含氣飽和度、儲層有效厚度、主流喉道半徑、閾壓梯度和可動水飽和度,構(gòu)建了低滲砂巖含水氣藏儲層綜合分類評價參數(shù)體系。該參數(shù)體系能綜合反映低滲砂巖含水氣藏儲層滲流及開發(fā)的靜、動態(tài)特征。應(yīng)用模糊分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法對川中須家河組部分儲層進(jìn)行了分類評價,所得的儲層分類評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。廣安地區(qū)須家河組自下而上劃分為六段,分別為須一段~須六段。圖5和圖6是廣安2井區(qū)須六段120km2儲層和廣安106井區(qū)須四段400km2儲層評價圖,在此基礎(chǔ)上優(yōu)選了須六段中南部和須四段西北翼和南部為局部有效富集開發(fā)區(qū)。在富集區(qū)優(yōu)選時應(yīng)注重地質(zhì)與地震(二維、三維地震、微地震)相結(jié)合,靜態(tài)資料與動態(tài)資料相結(jié)合。3.2儲層可動水飽和度對于低滲致密產(chǎn)水氣藏,需要繪制儲層可動水飽和度平面和垂向分布圖,優(yōu)先選擇可動水飽和度低的區(qū)域布井,然后再根據(jù)可動水飽和度的垂向分布規(guī)律,選擇低產(chǎn)水層位射孔,確保射孔的有效性,提高氣層產(chǎn)氣能力,降低產(chǎn)水風(fēng)險;對于可動水飽和度較高的區(qū)域,如需布井,應(yīng)當(dāng)提前考慮配套的防水和排水工藝措施,在氣井完井階段實(shí)施相關(guān)措施,為后期有效排水提供方便。圖7和圖8是廣安氣田2井區(qū)須六段和廣安106井區(qū)須四段儲層可動水飽和度平面分布圖。廣安2井區(qū)須六段儲層總體可動水飽和度分布在5.8%~10%之間,儲層中南部可動水飽和度較低,為低產(chǎn)水風(fēng)險區(qū)塊。廣安106井區(qū)須四段可動水飽和度總體較高,分布在8%~13%之間,中部儲層可動水飽和度較低(8%~10%),為較低產(chǎn)水區(qū),西南和東南兩翼可動水飽和度高,產(chǎn)水風(fēng)險大。3.3臨界儲層厚度水平井開發(fā)低滲致密氣藏能有效增加井控儲量,提高單井產(chǎn)量,減少氣井井?dāng)?shù),降低開發(fā)成本,便于氣田開發(fā)管理,具有明顯的優(yōu)勢。但并非所有的儲層都適合水平井開發(fā),存在臨界儲層厚度。當(dāng)儲層厚度小于臨界厚度時更適合水平井開采,反之更適合直井開采。儲層滲透率不同,則對應(yīng)的適合水平井開發(fā)的臨界儲層厚度不同(見圖9)。3.4蘇里格氣田的加密井低滲致密含水儲層存在閾壓梯度,井控儲量低,開發(fā)一般采用逐漸加密方法。鉆加密井是低滲致密砂巖氣藏提高產(chǎn)量和采收率的重要手段,加密鉆井后,可增加氣田產(chǎn)量約56%~100%,增加整體井控儲量10%~60%。一個氣藏的最終井網(wǎng)密度,要經(jīng)過幾年的生產(chǎn)動態(tài)資料積累,并逐漸將井網(wǎng)加密到適度才能確定下來。蘇里格氣田蘇6加密區(qū)(生產(chǎn)時間超過6a)實(shí)施20口加密井,井距已加密到400~600m。蘇14加密區(qū)實(shí)施加密井10口,與原有8口老井配合,最小井距300m。3.5物理模擬試驗(yàn)合理制定氣井生產(chǎn)制度,對于提高單井產(chǎn)量至關(guān)重要。低滲致密砂巖高含水氣藏放壓和控壓開采條件下的氣藏開發(fā)動態(tài)物理模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,放壓開發(fā)采氣速度快,采氣時間短,但累計產(chǎn)氣量和采收率相對較低(見圖10)?？貕洪_采能更加有效地利用地層壓力,單位壓降采氣量更高,采收率也更高。在5MPa的相同廢棄壓力下,控壓開采比放壓開采的采收率更高。這主要是由于放壓開采過程中,儲層內(nèi)壓差更大,更易產(chǎn)生氣水兩相滲流,導(dǎo)致氣相滲流阻力加大。3.6考慮主要的壓敏效應(yīng)在氣藏合理配產(chǎn)過程中,需要根據(jù)儲層滲流特征,選擇合適理論方法計算無阻流量和配產(chǎn)。蘇里格儲層具有較強(qiáng)的壓敏效應(yīng),考慮壓敏效應(yīng)與否,無阻流量計算結(jié)果差別較大。在配產(chǎn)時,應(yīng)當(dāng)考慮壓敏效應(yīng)的影響。對于蘇里格氣田,配產(chǎn)越低,對儲層的傷害越小;但另一方面,產(chǎn)量要能滿足攜液要求。綜合考慮,確定蘇里格氣田合理配產(chǎn)為無阻流量的1/5~1/6。3.7醇處理“地層”目前國內(nèi)外比較成功的幾種壓裂、酸化工藝主要有:(1)大型水力壓裂;(2)大型再壓裂(二次壓裂);(3)限流量壓裂;(4)泡沫壓裂;(5)醇處理。通過醇處理近井地帶,可減少濾液對地層的傷害。其作用為:一是降低液相的界面張力,從而降低毛細(xì)管阻力;二是醇與濾液混合后可有較低的共沸點(diǎn),返排時易于成為氣態(tài)物排出;此外,醇還有使膨脹黏土收縮的作用,從而使地層滲透率得以恢復(fù)。低滲致密氣藏孔喉微細(xì),固液作用強(qiáng),極易受到外來液傷害,需要進(jìn)一步提升壓裂酸化增產(chǎn)改造水平,開發(fā)低傷害壓裂液,實(shí)現(xiàn)人工裂縫與井網(wǎng)的合理匹配,改善近井地帶的滲流能力,解除近井地帶污染,提高低滲氣藏的產(chǎn)量和采收率。3.8儲層保護(hù)的重要性低滲致密儲層極易受傷害,且傷害具有不可恢復(fù)性,因而需要更加重視對儲層的保護(hù)。降低鉆井和完井過程中對地層的損害,正確地鑒定和封隔氣藏,提高水力壓裂設(shè)計和質(zhì)量水平,可更好地開采低滲致密砂巖氣藏。國內(nèi)外實(shí)踐表明,采用空氣鉆井或負(fù)壓鉆井和新的壓裂液有助于降低地層損害。3.9困境三:中水相問題,需進(jìn)一步開發(fā)低滲致密氣藏的有效開發(fā)在很大程度上取決于如何將儲層壓力有效釋放,使得更多的天然氣依靠彈性膨脹能量采出。儲層中水相的存在,使得地層壓力難以整體下降,壓力降在近井地帶呈現(xiàn)。另外,水相在近井地帶和井筒聚集嚴(yán)重降低氣相滲流能力,嚴(yán)重的還會導(dǎo)致氣井水淹。需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變思想,建立“要采氣先排水”的開發(fā)思路。川中須家河組氣藏排水采氣實(shí)踐表明,泡沫排水采氣和優(yōu)選管柱的排水采氣工藝對增產(chǎn)具有顯著效果,已累計增產(chǎn)天然氣約2400×104m3。3.10降低氣藏廢棄壓力開發(fā)動態(tài)物理模擬試驗(yàn)表明,開發(fā)后期氣藏采出程度與廢棄壓力呈反比,廢棄壓力越低,采收率越高。氣藏開發(fā)過程中,應(yīng)最大限度地降低氣藏廢棄壓力。在地面管線入口壓力一定的條件下,通過增壓開采能有效降低氣藏廢棄壓力。西南油氣田2011年氣區(qū)增壓處理量已經(jīng)占年產(chǎn)氣量比例的46%。4束縛水為水動力變應(yīng),開發(fā)符合儲層特征的開發(fā)對策1)低滲致密砂巖含水氣藏具有大面積分布、低構(gòu)造、低孔滲、強(qiáng)非均質(zhì)性,次生孔隙發(fā)育,孔喉細(xì)小,毛細(xì)管壓力高,無明顯的氣/水界面,氣水關(guān)系復(fù)雜,含水飽和度高等儲層特征。2)儲層水相對氣相滲流能力影響顯著;在氣水互封狀態(tài)下,氣體彈性膨脹導(dǎo)致部分束縛水轉(zhuǎn)化為可動水;氣、水兩相滲流能力受壓力梯度影響,壓力梯度增大,氣相滲流能力降低,水相滲流能力升高。3)基于儲層特征