致密油藏開(kāi)發(fā)特征及開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

王　寧，高　東，文　斌，孫　健（.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安　70065；.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川　750006）

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致密油藏開(kāi)發(fā)特征及開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

王寧1，高東2，文斌1，孫健1
（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

摘要：對(duì)致密油藏的廣義與狹義概念，二者的適用范圍進(jìn)行了闡述，對(duì)比常規(guī)油藏，分析了致密油藏的開(kāi)發(fā)特征、產(chǎn)生原因及國(guó)內(nèi)致密油藏的開(kāi)發(fā)技術(shù)。致密油藏具有明顯的開(kāi)發(fā)特征：（1）初期油水同產(chǎn)，含水率穩(wěn)定，一段時(shí)間后含水率下降；（2）油井的動(dòng)液面隨著時(shí)間的推移變化很快；（3）致密油藏衰竭式開(kāi)發(fā)時(shí)，遞減呈“三段式”特征。水平井體積壓裂衰竭式開(kāi)發(fā)遞減快，一次采收率低，常規(guī)注水開(kāi)發(fā)不適用于致密油藏，注水吞吐、體積壓裂悶井、重復(fù)壓裂開(kāi)發(fā)等是現(xiàn)階段提高致密油藏采收率的重要開(kāi)發(fā)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：致密油藏；體積壓裂；開(kāi)發(fā)特征；開(kāi)發(fā)技術(shù)

近年來(lái)北美致密油產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年全美致密油產(chǎn)量將達(dá)到1.5×108t[1]。致密油的快速發(fā)展已使美國(guó)石油的對(duì)外依存度降低至40 %[2]，對(duì)世界原油供給的貢獻(xiàn)超過(guò)了10 %[3]，目前我國(guó)石油對(duì)外依存度超過(guò)60 %。致密油勘探開(kāi)發(fā)起步較晚，但資源潛力巨大，全國(guó)累計(jì)地質(zhì)資源量達(dá)80億～100億噸[5]，致密油將是我國(guó)未來(lái)重要的能源接替資源。本文討論了致密油藏的概念，分析致密油藏開(kāi)發(fā)特征及其產(chǎn)生的原因，介紹目前國(guó)內(nèi)致密油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)，以期為其他致密油區(qū)的開(kāi)發(fā)提供參考。

1　致密油藏概念

對(duì)于致密油藏，其概念有廣義與狹義之分[6]。廣義致密油是指儲(chǔ)存在低孔、低滲的致密儲(chǔ)層中的石油資源，其開(kāi)發(fā)方式需要使用與頁(yè)巖氣類似的水平井及體積壓裂技術(shù)；狹義致密油是指來(lái)自頁(yè)巖以外的低孔、低滲的致密儲(chǔ)層中的石油資源，其開(kāi)采同樣需要水平井及體積壓裂技術(shù)。廣義致密油的概念包括頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)的石油資源，著重強(qiáng)調(diào)的是儲(chǔ)層的致密性。

目前國(guó)外多數(shù)機(jī)構(gòu)使用的致密油均為廣義致密油的概念，比如美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）所公布的Bakken、Eagle Ford和Barnett儲(chǔ)層的致密油地質(zhì)儲(chǔ)量，阿爾伯塔能源保護(hù)委員會(huì)（AERCB）所預(yù)測(cè)的致密油日產(chǎn)量，這些數(shù)據(jù)都包含頁(yè)巖儲(chǔ)層中的石油資源。

我國(guó)一些學(xué)者給出的致密油的定義為狹義致密油的概念，比如鄒才能將致密油定義為“致密油是致密儲(chǔ)層油的簡(jiǎn)稱，是指覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1× 10-3μm2的砂巖、灰?guī)r等儲(chǔ)集油層[7]”；賈承造認(rèn)為“致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中，或與生油巖互層、緊臨的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖中，未經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的石油聚集[4]。”

2　致密油藏開(kāi)發(fā)特征

致密油藏孔吼系統(tǒng)以納米級(jí)為主，微米級(jí)共存，儲(chǔ)層的滲流能力差。與常規(guī)油氣藏相比，致密油藏在衰竭式開(kāi)采時(shí)呈現(xiàn)不同開(kāi)發(fā)特征。

2.1開(kāi)發(fā)特征

開(kāi)發(fā)初期，往往油水同時(shí)產(chǎn)出，含水率相對(duì)穩(wěn)定，生產(chǎn)一定時(shí)間之后，含水率下降。在生產(chǎn)一段時(shí)間后，含水率均有不同程度的下降（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1　Cardium致密油藏生產(chǎn)1個(gè)月和36個(gè)月油井含水率變化[9]

圖2　西233致密油示范區(qū)油井初期及目前含水率[10]

這是由于致密油藏油水過(guò)渡帶和油氣過(guò)渡帶的范圍要比常規(guī)油藏寬[8]，在初期生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)出水來(lái)自于油水兩相區(qū)內(nèi)的自由水，在生產(chǎn)一個(gè)階段之后，伴隨著更多的自由水的產(chǎn)出，兩相區(qū)內(nèi)的可動(dòng)水逐漸減少，因此含水率也將逐漸降到相對(duì)較低的水平（見(jiàn)圖3）。

圖3　常規(guī)油藏與致密油藏過(guò)渡區(qū)

2.2開(kāi)發(fā)特征

油井的動(dòng)液面隨著時(shí)間的推移變化很快。常規(guī)油藏，當(dāng)井筒內(nèi)的液體被采出后，由于儲(chǔ)層允許流體通過(guò)的能力較強(qiáng)，因此流體會(huì)迅速補(bǔ)充，油井的動(dòng)液面基本穩(wěn)定。致密油藏儲(chǔ)層，流體在儲(chǔ)層內(nèi)的流動(dòng)能力較差，流體不能及時(shí)補(bǔ)充，因而動(dòng)液面發(fā)生很大變化。因此，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中控制產(chǎn)量，保持井底流壓高于飽和壓力十分重要。長(zhǎng)慶油田YP10井，初期產(chǎn)量很高，動(dòng)液面下降迅速，使得地層原油脫氣，遞減快[10]（見(jiàn)圖4）。

圖4　致密油藏動(dòng)液面變化示意圖

2.3開(kāi)發(fā)特征

致密油藏衰竭式開(kāi)發(fā)時(shí)，遞減呈“三段式”特征。油井經(jīng)過(guò)大規(guī)模體積壓裂之后，初期能夠保持高產(chǎn)。一段時(shí)間后，進(jìn)入“快速遞減區(qū)”，該階段內(nèi)的產(chǎn)量快速下降，此后，遞減率隨之降低，進(jìn)入“遞減過(guò)渡區(qū)”，該階段內(nèi)產(chǎn)量繼續(xù)遞減，但遞減速度明顯變小，最后進(jìn)入第三階段“穩(wěn)定遞減區(qū)”，該區(qū)內(nèi)遞減率基本保持不變，產(chǎn)量較初期已大幅度降低，此后長(zhǎng)時(shí)間維持低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)狀態(tài)。美國(guó)的巴肯、巴內(nèi)特、加拿大巴肯致密油區(qū)，中石化勝利致密油區(qū)及長(zhǎng)慶致密油區(qū)油井均表現(xiàn)為“三段式”開(kāi)發(fā)特征[11]。一般的水平井進(jìn)行水力壓裂衰竭式開(kāi)發(fā)，通常的采收率只有5 %～10 %[12]（見(jiàn)圖5）。

圖5　致密油藏“三段式”遞減規(guī)律

3　開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

對(duì)于致密油藏，國(guó)內(nèi)外通常采用“水平井+體積壓裂”的基本方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。但在基本方式開(kāi)發(fā)時(shí)，遞減快，一次采收率低，因此，有必要進(jìn)行開(kāi)發(fā)技術(shù)的探討，以提高最終的采收率。

3.1衰竭式開(kāi)發(fā)

國(guó)外致密油開(kāi)采較多使用衰竭式開(kāi)發(fā)，不追求長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)，前期大液量生產(chǎn)，以盡快收回投資，油井快速遞減，后期長(zhǎng)期低產(chǎn)[13，14]。體積壓裂形成縫網(wǎng)，極大程度的改善了儲(chǔ)層的滲流能力，但隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)，地層壓力將會(huì)快速下降，遞減快，累計(jì)產(chǎn)油量低，采出程度低。

3.2常規(guī)注水開(kāi)發(fā)

鑒于衰竭式開(kāi)發(fā)的不足，借鑒常規(guī)油藏注水開(kāi)發(fā)，提出致密油藏注水開(kāi)發(fā)。目前，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)慶油田安83區(qū)長(zhǎng)7致密油進(jìn)行了注水開(kāi)發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有效驅(qū)替系統(tǒng)難建立，常規(guī)注水開(kāi)發(fā)水驅(qū)效果差。儲(chǔ)層在經(jīng)過(guò)大型體積壓裂之后，縫網(wǎng)十分發(fā)育，隨著入地液量的增多，注入水沿著裂縫快速推進(jìn)，對(duì)于水平井來(lái)說(shuō)，水淹風(fēng)險(xiǎn)高，不宜采用注水開(kāi)發(fā)的方式[14]。

3.3注水吞吐開(kāi)發(fā)

根據(jù)儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性，進(jìn)行注水吞吐開(kāi)發(fā)[15]。水注入后先充滿高孔裂縫等有利部位，關(guān)井憋壓，在毛細(xì)管力的作用下，水進(jìn)入并將低滲孔道中的原油排到高滲孔道（人工壓裂縫），部分注入水留在低滲孔道內(nèi)，悶井一段時(shí)間，儲(chǔ)層中油水重新分布，隨后開(kāi)井降壓，使注入水和被置換出的油一起開(kāi)采出來(lái)。注水吞吐開(kāi)發(fā)技術(shù)使得原油從基質(zhì)孔隙進(jìn)入裂縫，利于開(kāi)采，同時(shí)注水使地層壓力提高。對(duì)于異常低壓致密油藏，注水首先起到了提高地層能量的作用。目前吐哈油田、長(zhǎng)慶油田在致密油區(qū)進(jìn)行了相關(guān)注水吞吐試驗(yàn)，取得一些認(rèn)識(shí)[14-16]。

3.4大型體積壓裂不返排悶井開(kāi)發(fā)

在體積壓裂的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大入地液量，增大壓裂規(guī)模，借鑒注水吞吐開(kāi)發(fā)的原理，不進(jìn)行壓裂液的返排，壓后悶井，一段時(shí)間后降壓開(kāi)采。根據(jù)胡尖山油田試驗(yàn)表明[14]，壓裂不返排悶井與同改造強(qiáng)度體積壓裂井相比有穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，增油效果好的特點(diǎn)。因此可認(rèn)為這種方式能有效補(bǔ)充地層能量，悶井使油水置換，有利于油井高效開(kāi)采。

3.5重復(fù)壓裂開(kāi)發(fā)

致密油藏在開(kāi)采一段時(shí)間之后，地層能量降低，投產(chǎn)前壓裂形成的人工裂縫部分會(huì)由開(kāi)啟狀態(tài)轉(zhuǎn)向閉合狀態(tài)，因此，在產(chǎn)量降低之后，可進(jìn)行“重復(fù)式”壓裂改造[17]。在初次壓裂應(yīng)力的影響下，重復(fù)式壓裂可以形成新的裂縫改造體系，提高動(dòng)用程度，同時(shí)壓裂后也可補(bǔ)充地層能量，有效提高單井產(chǎn)量。

4　結(jié)論

我國(guó)致密油藏開(kāi)發(fā)起步較晚，目前正處于試驗(yàn)探索階段。致密油藏開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)致密油藏的地質(zhì)特征，正確對(duì)待開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)“初期高產(chǎn)，快速遞減，長(zhǎng)期低產(chǎn)”特征現(xiàn)象，在衰竭式一次開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，探索科學(xué)的開(kāi)發(fā)技術(shù)將會(huì)在一定程度上提高致密油藏的采收率。

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復(fù)旦研發(fā)出長(zhǎng)壽命脫硝催化劑

近日，復(fù)旦大學(xué)唐幸福教授帶領(lǐng)的環(huán)境催化課題組研發(fā)出一種新型脫硝催化劑，可以有效地控制PM2.5前體物NOx的排放。

據(jù)介紹，這種新型催化劑可以同時(shí)抗堿金屬和抗SO2，而傳統(tǒng)催化劑遭遇煙氣環(huán)境中的這兩種“毒物”會(huì)“中毒”失活，喪失作用。同時(shí)，新型催化劑比傳統(tǒng)催化劑壽命延長(zhǎng)10倍以上，特別是在傳統(tǒng)催化劑無(wú)法發(fā)揮作用的燃煤工業(yè)鍋爐和特種鍋爐的NOx排放控制方面，也可以保持較高的活性，解決傳統(tǒng)催化劑壽命較短、需要經(jīng)常更換的問(wèn)題。

脫硫脫硝是解決霧霾問(wèn)題的重要方法，選擇性催化還原NOx的煙氣脫硝技術(shù)（SCR）以脫硝效率高而得到了廣泛應(yīng)用，催化劑是該技術(shù)的核心。

（摘自中國(guó)化工信息2016年第3期）

油氣工程

Developement characteristic and technique analysis of tight oil reservoir

WANG Ning1，GAO Dong2，WEN Bin1，SUN Jian1
（1.College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China；2.Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

Abstract:The concept of broad and narrow tight oil reservoirs and the scope of the two are described,compared to conventional reservoir,the development characteristics and the causes of tight oil reservoir are analyzed,domestic tight reservoir development techniques are introduced.Tight oil reservoir development has obvious characteristics.（1）In the early stage, both the water and oil is produced,the water cut remain unchanged,after a period of time,it drops.（2）Fluid level changes rapidly over time.（3）When tight oil reservoir is developed by natural depletion, it shows "three-stage" feature.Horizontal well with volumetric fracturing production drops fastly,the first recovery rate is low,and the conventional waterflooding is not suitable for tight oil reservoir development.Cyclic water injection, volume of fracturing and closing in wells and repeated fracturing technique are important development techniques to improve the tight oil reserviors recovery at present.

Key words：tight oil；volumetric fraturing；development characteristic；development technique

*收稿日期：2016－01-08

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.004

中圖分類號(hào)：TE348

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0015-04