沁水盆地南部中深部煤层气储层特征及开发技术对策

为了实现沁水盆地南部中深部煤层气高效开发,以郑庄北-沁南西区块为研究对象,基于参数井取心分析测试、注入/压降测试、地应力循环测试结果和大量动静态数据,通过与浅部对比,阐述了中深部煤储层特征,分析了从浅部到中深部煤层直井压裂和水平井分段压裂两种开发技术的改进,进而提出了中深部煤层气主体开发技术。结果表明,郑庄北-沁南西区块3号煤平均埋深1200 m左右,为中深部煤层气储层。随着埋深增加,研究区含气量和吸附时间均先增加后降低,含气量和吸附时间峰值分别位于埋深1100~1200 m和800~1000 m;随着埋深增加,研究区地应力场类型发生了2次转换,埋深小于600 m时,为逆断层型地应力场类型,水力压裂易形成水平缝,利于造长缝;埋深大于1000 m时为走滑断层型地应力场类型,水力压裂易形成垂直缝,裂缝延伸较短;埋深为600~1000 m时,地应力场由逆断层型向走滑断层型转换阶段,水力压裂形成的裂缝系统较为复杂。与浅层相比,中深部储层含气量、解吸效率和应力场发生明显转变。随着埋深增加,无论是直井(定向井)还是水平井,均应采用更大的压裂规模才能获得较好的效果。对于直井,埋深大于800 m后,压裂液量达到1500 m^(3)以上、排量12~15 m^(3)/min以上、砂比10%~14%以上,单井日产气量可以达到1000 m^(3)以上;对于水平井,埋深大于800 m后,压裂段间距控制在70~90 m以下,单段液量、砂量分别达到2000、150 m^(3)以上,排量达到15 m^(3)/min以上开发效果较好,单井产量突破18000 m^(3)。随着埋深增加,水平井开发方式明显优于直井,以二开全通径水平井井型结构、优质层段识别技术和大规模、大排量缝网压裂为核心的水平井开发方式是适用于沁水盆地南部中深部煤层气高效开发的主体工艺技术。

三轴应力下CO_(2)置换开采天然气水合物实验研究

为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO_(2)置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明:在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH4置换效率影响较小,但对CO_(2)水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH4置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO_(2)封存;CH4置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO_(2)水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO_(2)封存效率。

基于压裂液自发吸入模型的页岩气压裂液滤失定量预测

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细管力作用引起的压裂液自发吸入模型,然后对压裂液滤失量进行定量计算,并在现场进行了验证。最后,引入无量纲吸入率参数分析了控制压裂液滤失的关键因素。研究结果表明:(1)页岩气水平井压裂施工中大约50%~95%的压裂液通过基质吸入,压裂液吸入量仅与吸入率参数、裂缝面积和吸收时间有关;(2)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比超过阈值时,吸入率参数主要由岩石的孔径分布参数决定,流体黏度的影响非常有限;(3)当孔径分布参数介于0.5~0.7时,吸入率参数达到相对较高的值,即更多的压裂液被吸收到地层中;(4)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比大于10,孔径分布参数小于0.8时,优化后的自吸模型具有较大的适用性;(5)由毛细管力机理引起的压裂液滤失量与实际储层观察到的滤失量相近,可认为页岩储层有足够的存储滤失液的能力,不会影响地下水层中的饮用水。结论认为,建立的压裂液自发吸入模型,能够准确预测页岩气水平井压裂液滤失量,为非常规油气的生产及环境保护提供了技术支撑。

南川常压海相页岩气注CO_(2)吞吐提高采收率工程实践

当前研究实验和模拟论证了注CO_(2)吞吐提高页岩气采收率的理论可行性,然而其实际工程效果尚未得到现场试验的验证。为此,基于四川盆地南川常压海相页岩气藏地质赋存及生产特征,开展了页岩等温吸附和CO_(2)—CH_(4)竞争吸附机理研究,实施了国内首次常压海相页岩气衰减井CO_(2)吞吐现场试验,并提出了构建成套技术体系的攻关方向。研究结果表明:①气井生产到后期进入低压低产阶段,表现出地层能量不足的特征,是提高气井采出程度的重要阶段;②常压页岩的CH_(4)和CO_(2)吸附能力明显高于低压或高压页岩,采用CO_(2)提采更具可行性和必要性;③相同条件下的常压、高压和低压3组页岩样品均表现出对CO_(2)的吸附量大于对CH_(4)的吸附量,且对气体的吸附能力依次为南川(常压海相)页岩>长宁(高压海相)页岩>延长(低压陆相)页岩;④试验井注CO_(2)吞吐增产效果明显,页岩气单井预测最终可采储量(EUR)从0.75×10^(8) m^(3)上升到0.90×10^(8) m^(3),单井控制储量5.186×10^(8) m^(3),预计采收率提高了2.9%。结论认为:①实施的国内首次常压海相页岩气衰减井注CO_(2)吞吐试验取得突破性进展,为我国页岩气井提高采收率技术研发与应用提供了重要借鉴与参考;②亟需开展页岩气衰减井CO_(2)提采资源潜力与时机评估、提采效果定量评价与工艺优化等研究,并形成页岩气衰减井注CO_(2)吞吐提高采收率成套关键技术及标准体系。

衰竭底水气藏注CO_(2)提高天然气采收率与碳封存机理

气藏注CO_(2)提高天然气采收率并实现碳封存有望成为大幅度提高天然气产量与碳减排协同的潜在关键技术。为了给底水气藏注CO_(2)高效开发提供指导,针对地层水盐度对CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡影响、气藏注气过程中压力变化对CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡影响、注采方案对注CO_(2)提高气藏采收率影响、盐度对注CO_(2)提产及封存影响等目前认识不清的问题开展了CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡规律及注CO_(2)提采与封存数值模拟研究。研究结果表明:①随着盐度增加,CO_(2)和CH_(4)在盐水中的溶解度降低,液相的密度和黏度增加,盐度对气相性质几乎没有影响;②随着压力增加,CO_(2)和CH_(4)在液相中的溶解度均增加,气相、液相密度和黏度均增加,液相偏差因子随压力增加而增加,气相偏差因子先减小后增加;③同注同采方案CH_(4)产量更稳定且产出的CO_(2)少,而先注后采方案则会加速CO_(2)与CH_(4)的混合,CO_(2)封存量低,前者更适合注CO_(2)提采及封存;④在不考虑盐析效应的前提下,盐度对CH_(4)采收率和CO_(2)封存量的影响几乎可以忽略不计,不同盐度的衰竭底水气藏中CH_(4)采收率均超过80%、CO_(2)封存率均超过99%,短期注CO_(2)过程中,CO_(2)主要以气态或超临界态的形式被封存,少部分CO_(2)溶解在液相中,100年后CO_(2)在液相中的溶解质量分数约为5%。结论认为,衰竭底水气藏注CO_(2)能增压补能、驱替置换残余天然气,提高采收率并实现碳封存。

致密灰岩水平井复合缝网加砂压裂技术研究与矿场实践

鄂尔多斯盆地太原组石灰岩资源丰富,是长庆油田天然气勘探开发的重要接替领域。但由于储层致密、厚度薄、酸岩反应速率快等因素,以往多种酸压工艺均未能获得产量突破。为此,转变增产技术思路,强化裂缝扩展规律实验研究、压裂液及关键材料研发配套、体积压裂模式精细刻画,形成“多段少簇密集造缝、酸压—加砂双元复合”为一体的水平井复合缝网加砂压裂技术。通过开展大露头压裂物理模拟实验,结合储层地质特点及岩石力学特征,明确储层高脆性、低两向水平主应力差、微裂缝发育特征,采用体积压裂工艺能够实现复杂缝网改造;集“深度酸压+大规模加砂”双重技术优势,构建“水力缝网+酸蚀裂缝”相结合的高导流裂缝流动通道,结合水平井密切割压裂大幅提高裂缝改造体积;针对石灰岩高杨氏模量、高破裂压力、高裂缝延伸压力、低裂缝宽度的三高一低特征,通过提高套管承压等级、差异化裂缝铺砂设计,形成多尺度小粒径连续加砂模式,解决了高杨氏模量储层加砂难问题;基于基质、壁面、裂缝三级伤害评价,研发低伤害变黏滑溜水体系,实现高杨氏模量储层造缝、成网、携砂需求。现场试验4口井,平均单井产量为59.7×10^(4)m^(3)/d,较酸压直井提高5~20倍以上,增产效果显著。目前,水平井复合缝网加砂压裂技术已成为太原组石灰岩水平井储层改造的主体技术,为该类气藏的勘探突破及有效开发提供了有力的技术保障。

柿庄北煤层气区块煤层压裂裂缝扩展规律及影响因素

揭示煤层气储层压裂裂缝扩展规律及影响因素,对于制定压裂工艺及高效开发煤层气资源具有重要的意义。利用沁水盆地柿庄北煤层气区块的钻井取心、测井、井下节理观测、压裂施工及微震监测等数据,系统分析了水力压裂裂缝扩展规律及影响因素。结果表明:研究区主要采用清水压裂液,压裂施工曲线可分划为上升型、下降型、平稳型和波动型4类;微震监测表明压裂裂缝走向主要在37°~55°和42°~70°,压裂裂缝网络长度范围在69.5~157.5 m,宽度在35.0~68.5 m。Ⅰ型地应力(σ_(v)>σ_(H)>σ_(h))状态下,压裂裂缝容易沿着垂向扩展,多数压裂曲线为下降型或稳定型;Ⅱ型地应力(σ_(H)>σ_(v)>σ_(h))状态下,压裂裂缝扩展方向相对单一,多数为单一形状的垂直裂缝,裂缝网络宽度较小;Ⅲ型地应力(σ_(H>σ_(h)>σ_(v))状态下,压裂裂缝沿水平方向扩展,裂缝形态复杂。侧压系数λ与压裂裂缝网络长度呈正相关关系,与压裂裂缝网络宽度呈负相关;若λ大于0.3,压裂裂缝网络长度常大于90 m。压裂裂缝扩展到节理(裂隙)时能够出现穿越、沟通和俘获3种类型;其中沟通型压裂效果较好,多数煤层气井具有高产稳产的特点;穿越型的压裂裂缝延展长度有限,俘获型的压裂裂缝多数与节理(裂隙)重合,这2类压裂井的产气效果相对较差。随着原生+碎裂结构煤占比的增大,压裂裂缝网络长度逐渐增大,宽度逐渐减小;当原生+碎裂结构煤厚度占比小于40%,压裂裂缝网络长度难以超过110 m。上述成果可为煤层压裂改造提供理论基础及地质保障。

压裂泵注智能决策系统设计理念与路径探讨

油气藏改造过程中的压裂泵注具有工艺复杂多变、过程不可逆、高风险等特点,需要及时准确地进行决策调控,进而提升压裂改造效果。目前决策方式主要以压裂设计泵注程序为基础,人为调控泵注参数。随着人工智能技术的发展,构建压裂泵注智能决策系统、实现自主决策已成为可能。为此,在综述国内外压裂泵注决策研究现状的基础上,提出了基于强化学习理论的压裂泵注智能决策设计理念,并探讨了实现路径。研究结果表明:(1)压裂泵注智能决策系统的核心是泵注决策智能体,由其自主决策泵注程序和优化参数,同时将决策动作传递给地面装备,构成闭环调控,实现泵注过程“自动驾驶”;(2)基于强化学习理论的压裂泵注智能决策设计理念,即以强化学习为核心,以压裂大数据为基础,以机理模型认识和专家先验知识为约束,构建压裂仿真环境,训练泵注决策智能体,可以实现泵注参数实时优化决策与地面装备闭环调控;(3)压裂泵注智能决策系统主要通过压裂工况自主判识、裂缝扩展动态感知与风险预警、压裂泵注参数优化决策、地面装备自主调控、压裂泵注数字孪生等技术实现系统功能。结论认为,基于强化学习理论的压裂泵注智能决策设计理念,有望为加快压裂泵注智能化进程提供有益参考,有助于油气的高效开发。

断控型缝洞气藏酸压规模与无阻流量的关系研究

顺北二区发育典型的超深断控型缝洞储集体,由于钻井过程泥浆漏失量大,通常选择酸压或是酸洗完井作为解堵增产措施。为了研究酸液用量和酸压规模对无阻流量的影响,研究基于顺北二区地质特征,建立了钻遇裂缝(漏失井)和未钻遇裂缝两种情况的数值模型,利用裂缝扩展—气藏数值模拟方法,对两种情况井的酸压缝形态进行了模拟,进一步模拟了两种地质条件和不同酸压规模下的气井早期无阻流量,并用现场数据进行了反演验证。对比结果发现,当气井钻遇裂缝带时,酸压可以提高气井无阻流量,但幅度不大,酸压的规模不宜过大;当气井未钻遇裂缝带时,酸压则可以明确大幅度提高气井无阻流量和控制储量。

气井高速非达西效应主控因素分析

气藏开发实践表明,高速非达西效应对气井产能有着重要影响,不同的气藏,高速非达西效应的影响程度是不同的。对于地层压力较低的气藏,当气井产量较高时,高速非达西效应表现比较强;而对于地层压力较高的气藏,相同的气井产量,高速非达西效应可能并不强。其原因在于气体在较高的地层压力下压缩程度很强,密度、黏度更大,天然气的渗流速度更低,高速非达西效应更弱。根据气井产能方程和雷诺数方程,从气井产量、储层物性和气体性质等方面对影响非达西效应的主要因素进行了敏感性研究,基于临界雷诺数得到了达西和非达西渗流界限,建立了天然气达西渗流图版。通过该图版,可以明确非达西效应的强弱,进而为确定气井配产上限提供指导。

基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩储层分类标准——以松南断陷查干花气田为例

以松南断陷查干花气田火石岭组火山岩为例,平均孔隙度、渗透率分别为4.5%和0.08×10^(-3)μm^(2),储层致密且非均质性强,需要大套储层一起试气才能达标,储层分类标准难以确定。利用物性数据、高压压汞、核磁共振等实验进行火山岩储层微观结构分析,通过多参数对比建立了微观分类标准,采用核磁测井作为衔接,从微观参数推导到宏观参数,综合建立了火山岩储层分类评价标准,其中包括微观结构的孔喉半径、排驱压力、退汞饱和度等,以及核磁测井和实验的T2谱分布、离心饱和度,还有宏观参数孔隙度、渗透率、饱和度、声波时差、岩性密度、电阻率,将储层由好到坏划分为A、B和C类,该方法可操作性强,为新钻井的测试方案以及勘探、开发水平井的“甜点”层优选提供了可靠依据。研究方法与认识对开展火山岩储层的分类研究具有一定的参考意义。

基于产量损失率的气井合理配产方法研究

合理配产对气井生产具有非常重要的作用。现有的配产方法一般是按照无阻流量的1/6∼1/3来进行。在研究气体在地层中的非达西效应的基础上,提出了产量损失率的概念,通过量化非达西效应造成的产量损失,建立了气井产量损失率与无因次产量的图版。对于每一个配产,可得到与其相应的产量损失率,非达西效应对气井产量的影响就有了定量化的表征。因此,可根据产量损失率来进行合理配产。对于某些高压气藏,由于地层压力高,气体压缩程度大,地层条件下非达西效应并不强,产量损失率比较低,这类气井就可以将产量配高一些。该配产方法可实现量化储层气体非达西渗流损失,实现气井合理配产。该研究成果能在气井常规配产方法的基础上,进一步优化气井配产制度,更好地满足气井长期稳产、高效开发的需求,为气藏开发提供有益的借鉴。

低渗致密气藏防水锁剂配方性能评价

基于吐哈油田低渗致密气藏,研发一种新型气藏防水锁剂GY-HE85,对其界面张力、表面张力和润湿性等基本性能进行研究,并分析了岩心渗透率恢复效果。实验结果表明,氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配后,碳氢表面活性剂除降低界面张力的作用之外,由于异电性亲水基之间强烈的静电吸引作用,表面活性剂分子在更低含量即可达到饱和吸附,还可降低表面活性剂的使用量。防水锁剂GY-HE85含量为0.1%~0.5%(w)的溶液时,表面张力为20.23~47.52 mN/m,随着溶液含量减小,拟黏附功逐渐降低,降幅呈“先快后慢”趋势,防水锁剂GY-HE85溶液优选含量为0.3%(w)。防水锁剂GY-HE85溶液具有较好的抗吸附性能,岩心渗透率恢复率在86.44%~91.20%,较好地预防了致密气藏储层“水锁”现象的发生。

裂缝性气藏采收率影响因素数值模拟——以塔里木盆地博孜大北气田为例

博孜-大北区块油气资源丰富,开发潜力巨大。由于目的层埋藏深度大、构造复杂、断裂裂缝发育、储层致密、温度压力高、水体分布复杂且活跃,气藏开发特征差异大,部分气藏水侵速度快,严重影响气藏开发效果和最终采收率。在确定八种主要影响采收率因素的基础上,数值模拟分析了各因素对采收率的影响,并运用灰色关联度模型进行了权重排序。研究结果表明,裂缝发育程度、气藏幅度、治水对策/排水规模、废弃压力、井网密度对采收率影响较大,气藏厚度、水体大小、采气速度、井网井型对采收率影响较小,其中采气速度、治水对策及排水规模、井网井型及布井方式属于人为可控因素,可通过控制措施达到最佳开发效益;废弃压力属于可变因素,可通过工艺措施降低废弃地层压力以提高采收率。气藏采收率影响因素权重分析为气藏高效开发提供了实施依据。

长庆气田老井侧钻水平井钻完井压裂技术研究与应用

长庆气田具有典型三低特征,递减率高,低产低效井比例逐年增加,老井挖潜技术成为气田稳产的重要手段之一。2019年以来,在前期先导试验的基础上,通过地质选井选层、Φ139.7mm套管开窗侧钻、小直径裸眼封隔器、精细化压裂等关键技术完善和提升,攻关形成了一套适合长庆致密砂岩气藏的老井侧钻水平井钻完井技术。截止2022年累计开展现场试验81口井,水平段施工能力达到1 200m,平均钻井周期由攻关前41.3天缩短到29.2天,压后初期投产平均日产气达到2.6万方,同时开展了侧钻水平井固井完井桥塞分段压裂探索试验,压后初期投产平均日产气3.2万方,较裸眼完井提高了23%,提产效果显著。

苏里格气田气井增产挖潜技术对策

本文根据苏里格气田地质特征及气井生产情况分析了气井增产挖潜的必要性,从储层、积液、井筒、地面四个方面对增产技术进行研究分析,提出了16项增产挖潜技术系列,从多个角度全方位对挖潜技术进行介绍,有效地解决了苏里格气田低产气井增产挖潜难题,保障了低产气井系统化、规模化评价挖潜实施。

青石峁含水气藏排水采气新工艺试验进展

青石峁气田是长庆气区上产稳产的战略接替新区,对深化鄂尔多斯盆地致密气勘探开发、推动油田高质量发展具有重要意义。与苏里格、神木等致密砂岩气藏相比,青石峁气田构造复杂、埋藏深(平均埋深4 200 m)、储层薄、含气性差、单井产量低、水气比高。前期形成的柱塞气举、泡沫排水等主体排水采气技术对该类气井适用性差,平均措施有效率不足50%。针对青石峁含水气藏常规排水采气措施有效率低的问题,开展了气动射流强排、分级接力式柱塞气举排水采气新工艺试验,拓展了技术路线,满足不同水气比气井的效益开发。

考虑产水量变化的气井井筒结垢堵塞预测

为提高气井解堵措施的针对性,综合考虑气井井筒无机物结垢的热力学和动力学影响,特别是考虑气井产水量变化与垢在井筒内壁的黏附系数,建立了气井井筒结垢堵塞预测模型,并应用于靖边气田。结果表明:基于平滑指数法预测了气井日产水量,预测时间越长,累积产水量的误差越小。加权系数α越小,预测结果越精准,模型中α取0.2;通过现场生产资料拟合,垢在井筒内壁的黏附系数取0.001时,能够取得较为满意的预测结果;现场应用结果表明该模型预测的结垢堵塞物组成和堵塞程度与现场相符,对气井井筒除垢解堵措施具有指导意义。

天然气开发基础实验与应用研究进展

中国天然气开发实验技术取得了重要进展,已建设形成岩心样品制备、储层物性与岩石孔喉结构测试、储层敏感性评价、流体赋存状态及气水渗流特征研究、气藏开采物理模拟等5类技术序列,研发了一维、二维、三维系统配套的物理模拟实验方法及其装置,实现了在室内重构气藏地质条件、再现气藏开采方式和气藏开发全过程仿真模拟评价,为气藏开发基础研究提供了条件和保障;历时近20年持续坚持基础实验与理论研究,完成中国陆上五大盆地十余个气田基础实验测试上万组次,形成了较为系统的低渗透致密含水砂岩气藏储量动用机理和有水气藏控水开发机理认识体系,为鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地等盆地气田高效开发奠定了理论基础;当前,中国天然气开发面临新区优质资源发现难度大和普遍产水储量动用难度大的双重困境,提高采收率是持续上产或保持稳产的重要保障,需要在现有天然气开发实验技术基础上进一步加快研发天然气提高采收率实验新技术,加强室内实验与矿场试验结合推动基础理论研究走向现场应用实践。

大宁-吉县区深部煤层气甜点特征及有利区评价

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县地区,具备丰富的深部煤层气资源,是中国煤层气勘探开发老区,勘察面积高达5 784.175 km^(2).通过对大宁-吉县地区深埋在1 700~2 400 m范围内本溪组8#煤矿进行研究分析,总结出深部煤层甜点的储层性好、含气量高等特点,描述了煤层厚度、构造和水动力对煤层气富集的影响,并将丰度、含气量和煤层可压性综合指数等作为评价依据,对深部煤层地质工程的有利区进行评价,最终将地质工程甜点有利区划分为三类.