低渗强非均质性碳酸盐岩气藏优化配产新方法

针对低渗强非均质性碳酸盐岩气藏开发早期经典气井优化配产方法的不适应问题,文中建立了基于节点分析法的径向复合地层系统流动方程,以及地层压力描述方程、流动压力描述方程与井筒流动方程联合求解的动态资料耦合优化配产方法。在产量优化过程中,首先用图解法确定气井的产量区间,再采用耦合优化配产方法确定气井不同生产制度下油压、稳产期等动态变化规律,以此为依据对气井配产进行优化。该方法已在四川盆地某特大型气藏进行了应用,应用结果符合气藏地质和生产动态认识,验证了其实用性与可靠性。

碳酸盐岩气藏改建储气库可行性综合地质分析——以川东地区WSC石炭系气藏为例

储气库建设是季节调峰和确保稳定供气的重要工程,而开展储气库可行性综合地质分析是储气库评价的基础,国内相关研究较少。基于川东地区WSC石炭系气藏的地质特征和现有勘探生产资料情况,建立了断层发育的裂缝性碳酸盐岩储层改建储气库的思路和流程。通过对研究区石炭系气藏沉积和储层分布特征分析认为,总体发育以Ⅱ、Ⅲ类储层为主的裂缝孔隙型储层,储层物性以黄二段下部的1亚段最好,南部的池30-池10-池18井区为最有利储层发育区,区内发育的9条大断层控制了构造圈闭的形态和规模。在储层特征研究的基础上,综合盖层完整性、断层稳定性和储层稳定性等方面进行综合地质分析,认为研究区盖层的遮盖力强、突破压力大、断层封闭性好、储集空间孔隙度渗透率高,综合储层物性特征评价、断层和盖层封闭性的评价结果,认为研究区石炭系气藏的地质条件良好,在地质评价角度上适宜改建储气库。

四川盆地海相碳酸盐岩全油气系统成藏特征与有序分布规律

基于四川盆地海相油气勘探现状和进展,以主力烃源岩为核心,依据成藏要素组合关系划分四川盆地海相碳酸盐岩全油气系统,并分析各个含油气系统的成藏特征,总结常规-非常规一体化成藏规律,指明未来有利勘探方向。研究认为:(1)受多期伸展-聚敛构造旋回的控制,四川盆地海相发育3套区域性烃源岩和3套区域性盖层,可划分出寒武系、志留系和二叠系3个全油气系统。3个全油气系统以独立成藏为主,单一系统内天然气具有亲缘性。同时,局部地区大型断裂带贯穿多套全油气系统,形成断控复式全油气系统。(2)全油气系统内普遍发育“陆棚相页岩气聚集—台缘相控气藏—台内断-相共控型气藏”的成藏序列,具有立体成藏、有序分布的规律。(3)优质烃源岩是大气田形成的基础,全油气系统内天然气具有近源和源内富集的规律,规模性储层的发育与保持是天然气富集的保障,“多元生烃、油气转化、动态调整”是海相油气成藏的特色,良好的保存条件是天然气成藏的关键。(4)大型台缘带礁滩相带、深层页岩气与通源断裂相关的大型岩性复合体是未来四川盆地海相油气勘探的主要方向。

熵权法与层次分析法在四川盆地碳酸盐岩气藏开发效果评价中的应用

在气藏开发过程中,由于多种因素的影响导致不同气藏的开发效果存在差异。目前四川盆地碳酸盐岩气藏开发效果评价,主要是在现有评价标准的基础上对气藏的储量、开发或经济等指标进行评价,综合考虑多方面指标权重的评价方法较少;同时,适用的评价标准也较少,多数是采用通用的行业标准或者数据归一化标准,而评价标准应随评价样本的变化而变化,才能更准确地刻画评价对象。为此,选取磨溪下寒武统龙王庙组气藏(简称“磨溪龙王庙组气藏”)等55个代表性气藏作为样本,开展了四川盆地碳酸盐岩气藏开发效果评价方法研究,研究结果表明:①采用主成分分析方法从众多评价指标中进行筛选,建立适合四川盆地碳酸盐岩气藏开发效果评价的指标体系,具体评价指标有内部收益率、单位完全成本、亿立方米产能投资、净现值、储量动用率、井控储量、标定采收率、采气速度、稳产期末采出程度、稳产年限、递减期递减率等11项;②采用熵权法和层次分析法相结合的数学方法,从定量和定性方面分析了不同指标对开发效果的影响权重,11项开发效果评价指标按指标权重从大到小排序后的前三位为内部收益率、井控储量、净现值,即这3项指标是对气藏开发效果影响最显著的因素;③采用聚类分析法确定各指标评分量化标准,构建适用于四川盆地碳酸盐岩气藏的开发效果评价新方法,并应用于气藏,得到相应的开发效果评价结果,与气藏的实际开发效果较为吻合。新方法的构建与应用,不仅可以评估处于开发中后期阶段的气藏开发效果,也可以通过指标间的对比分析而找到造成气藏开发效果差异的影响因素,可为今后不同气藏开发方案的制定与实施提供技术参考。

边底水碳酸盐岩气藏提高采收率的微观驱气效率

边底水碳酸盐岩气藏储量丰富,是目前塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等油气产区重要的开发对象,边底水碳酸盐岩气藏在开发中后期普遍面临水侵影响,将引起驱气效率和采收率下降等问题。为此,首先通过耦合流体流动方程和界面追踪方程,建立了孔隙尺度水气非混相流动模型,然后基于随机生长4参数法生成的非均质多孔介质模拟了水驱气过程,最后明确了剩余气的分布和形成机理,并探讨了微观驱气效率的变化机制。研究结果表明:①剩余气的分布包括盲端剩余气、孔喉间剩余气和簇状剩余气,其比例和规模受微观孔隙结构、润湿性和毛细管数共同控制,通过改变生产压差,打乱原有压力系统及气体膨胀,能进一步动用剩余气,进而提高微观驱气效率;②微观驱气效率与渗流过程密切相关,每一条水相优势通道的形成或扩大都会引起出口含水率的急剧上升并使驱气效率的增速变缓;③气藏微观孔隙结构和润湿性特征是确定的,通过优化毛细管数改变界面推进模式能有效提高微观驱气效率。结论认为,对于实际气井,应基于储层微观孔隙结构和润湿性特征,揭示气水界面推进力学机制的演变规律,进而确定最优毛细管数;明确孔隙尺度水气渗流特征及微观驱气物理机制,有助于指导气藏提高采收率方案的设计。

一种低渗碳酸盐岩气藏气井积液的早期判识方法

岩溶风化壳型低渗碳酸盐岩气藏受沉积成岩作用影响,储层非均质性强,一旦含水,开发难度极大。以鄂尔多斯盆地靖边气田为例,目前该类气藏整体进入开发中后期,因现有方法判识滞后且精度较低,气井气液流动状态难以及时准确识别,面临单井产量低、气井积液产水等问题,造成剩余储量动用难、气藏采收率低。根据低渗碳酸盐岩气藏渗流机理与生产特征,提出了基于常规生产资料的井筒积液早期判识技术,并在此基础上改进了积液产水气井生产制度以及气水动态分布预测技术思路,细化了“动态控水、地质避水”的剩余储量动用策略。靖边气田据此实施了“气水流动状态判识+生产制度动态优化+气水分布预测”的一体化技术流程,使老井控水、新井防水能力切实提升,典型产水单元水气比趋于稳定、连续生产气井比例提升20%,近3年年均增产气量1.8×10^(8) m^(3),年均提高采收率0.1%。

碳酸盐岩缝洞型底水气藏开发技术对策研究现状

强构造改造条件下形成的碳酸盐岩缝洞型底水气藏流体分布特征通常十分复杂,非系统指导下形成的气藏开发技术对策往往难以应对底水沿裂缝纵窜横侵的特性,加甚气藏出水的同时降低气藏开发效率,加持部分气藏异常高压和气藏含硫的影响,导致气藏开发风险上升的同时增加了气藏整体开发难度。基于该类型气藏在全球天然气市场的重要地位和巨大的勘探潜力,需要在对其现有发展速度进行保护的基础上拓展该类型气藏的开发程度。本文通过分析国内外已开发碳酸盐岩缝洞型底水气藏的典型实例,针对气藏开发过程中出现的气藏出水、构造复杂、气藏含硫、异常高压、开发经验匮乏五大问题,从技术优化改造、先进技术引进、开发经验学习三方面提出开发技术对策,并从气藏整体开发的宏观角度出发对气藏整体开发方案制定流程进行总结,该研究思路同时也适用于岩性不同、类型不同、储集空间不同的气藏开发,可为我国未来天然气工业发展的技术储备奠定基础。

应力对超深层碳酸盐岩气藏孔喉结构的影响

超深层碳酸盐岩气藏埋藏深,应力状态复杂,非均质性极强,应力变化前后孔喉结构的变化规律尚不明确。选取高石梯-磨溪区块台内灯四气藏储层岩心,通过CT扫描得到应力实验和压裂实验前后不同类型储层的孔喉尺寸分布、缝洞占比和连通性等,研究应力和压裂对超深层碳酸盐岩储层孔喉结构的影响规律。结果表明:在受压恢复后,孔洞型和缝洞型岩心的孔隙和喉道个数均大幅度下降且主要集中在半径在1 mm以下的微孔、中孔和0.04mm以下的微喉,孔隙平均半径、喉道平均半径和喉道平均长度均大幅度增加,缝洞比例大幅度增加,孔隙和喉道总体积趋于减小;孔洞型岩心连通孔喉体积占比大幅下降,而缝洞型岩心由于裂缝发育,其连通孔喉体积占比维持原有水平。压裂后,孔洞型岩心孔隙个数大幅度下降,减少的孔隙半径主要集中在0.5 mm以下的微孔和中孔,孔隙平均半径大幅度上升,增加的孔隙半径主要集中在0.5~0.8 mm,孔隙体积总体呈上升趋势,喉道个数、喉道平均半径、喉道平均长度和喉道总体积均趋于增加,缝洞比例大幅度增加,连通孔喉体积大幅度提高。实验表明超深层碳酸盐岩储层受压恢复后,渗流能力不降反而大幅度提升,压裂主要通过提高孔喉空间中裂缝占比来改善孔喉连通性。

深层碳酸盐岩气藏改建储气库注采能力预测方法及应用

深层碳酸盐岩气藏改建储气库具有高低压变化幅度大、应力敏感、强非均质性等特点,采用常规方法计算其注采能力会导致产能误差大。针对上述问题,考虑应力敏感和气体物性变化的影响,对二项式产能方程进行修正,在此基础上建立了适合深层碳酸盐岩气藏改建储气库的注采能力计算方法,并结合四川盆地沙坪场石炭系气藏开展实例计算,进行影响因素分析。结果表明:对于Ⅰ、Ⅱ类孔缝组合模式储层,气井合理采气量在低压下受流出动态控制,在高压下受冲蚀流量限制,合理注气量在高压下受流出动态控制,在低压下受冲蚀流量限制;而对于Ⅲ类孔缝组合模式储层,气井合理注、采气量主要受流出动态控制。应力敏感对气井最大注气量的影响为0.81%~9.69%,气体物性参数变化的影响为5.15%~35.29%;现有井筒结构条件下,当注气量为55×10^(4)~70×10^(4)m^(3)/d时,摩阻压力损失可达10 MPa;当油管内径从62.0 mm增至112.0 mm,最大注气量可增至2.6倍。研究结果可为深层碳酸盐岩储气库注采能力计算提供技术支撑,对该类储气库的建设运行具有指导意义。

碳酸盐岩气藏应力敏感特征及微观机理

在模拟原始地层温度、应力条件下开展储集层应力敏感测试,评价碳酸盐岩岩心的应力敏感特征;在毛管压力曲线标定下,引入变分形维数建立了弛豫时间与孔径的转换公式,基于核磁共振定量分析了不同尺度孔喉条件下因应力敏感造成的孔隙体积损失,厘清了碳酸盐岩气藏应力敏感的微观机理。研究发现,裂缝会显著改变碳酸盐岩储集层的应力敏感特征,随着初始渗透率的增加,孔隙型储集层的应力敏感系数先减小后增大,裂缝-孔隙型储集层则单调增大;应力敏感造成的孔隙体积损失主要来源于中孔尺度(0.02~0.50μm)孔隙,贡献率超过50%,单条高角度裂缝对应力敏感、不可逆伤害的贡献率分别为9.6%和15.7%;碳酸盐岩气藏应力敏感的微观机理主要为裂缝闭合、孔隙弹性收缩和骨架塑性变形。

应用径向流产能模拟法确定超深层碳酸盐岩气藏储层物性下限——以高石梯-磨溪区块为例

传统产能模拟法在确定气藏储层物性下限时模拟的线性流与实际矿场单井生产时的径向流不符,且基于岩心出口端气体流速与矿场井筒气体流速相等的假设条件与物模需要的相似准则不符。通过改进线性流的实验方法即径向流模拟法,设计新的实验装置,模拟更符合气藏实际流线的平面径向流,将室内径向流实验得到的气体流量通过相似准则转换到实际矿场,可以更为真实地评价目的储层的渗流能力,并最终得到符合目的储层气藏产能特征的物性下限。结果表明:改进后的径向流产能模拟方法所获得的气井产能比改进前的线性流产能模拟方法提高约100倍;改进后的径向流产能模拟方法得到的物性下限更低,更符合高石梯-磨溪区块灯四段超深层碳酸盐岩气藏低孔、低渗但单井产能高的实际情况。研究成果能够更准确地评价超深层碳酸盐岩气藏储层的物性下限。

超深层碳酸盐岩气藏流动物质平衡新方法

超深层碳酸盐岩气藏一般具有压力高、含硫、非均质性强等特点,动态监测风险较高。为提升动态资料在气藏动态诊断中的作用,文中通过对考虑岩石弹性能量的物质平衡方程和气井拟压力形式的稳定渗流方程联合求解,推导了超深层常压—高压气藏拟压力形式的流动物质平衡方程。在此基础上,建立了水侵、井间干扰和动态储量增加影响下的流动物质平衡方程修正式,并提出结合动态资料建立气井生产诊断图版以及水侵量、动态储量变化量的图解方法。四川盆地超深层碳酸盐岩气藏的矿场应用揭示,采用文中方法,可以提前诊断弱舌进水侵、井间干扰和动态储量变化等信息。这是对常规动态监测方法的有效补充,并为开发管理部门及时掌握气藏动态和科学决策奠定坚实的基础。

川中龙女寺—合川栖霞组碳酸盐岩储集层特征及主控因素

四川盆地龙女寺—合川区块中二叠统栖霞组气藏是川中地区薄储集层、强非均质碳酸盐岩气藏的典型代表,该气藏储层具有低孔隙、低渗透的物性特征。仅依据静态资料对储集层精细表征存在的不确定性,制约了气藏井位目标部署及科学、高效开发。利用岩心、岩屑、薄片、地球物理等资料,在明确储集层基本特征基础上,依据物性参数和孔隙结构参数,结合气藏地球物理响应和生产动态特征,形成了储集层分类评价体系。进而刻画了不同类型储集层分布和储集层发育模式,明确了储集层发育主控因素。研究结果表明:(1)龙女寺—合川区块栖霞组气藏储集岩以晶粒云岩、颗粒云岩、灰质云岩为主,主要储集层类型为裂缝-孔洞型和孔洞型;(2)以物性参数和孔喉结构参数作为主要的储集层分类评价指标,形成了具有针对性的储集层分类评价标准,明确了研究区优质储集层类型主要为Ⅰ类和Ⅱ类储集层,以及不同储集层类型的空间展布特征;(3)气藏发育5个储集层厚值区,栖二上亚段储集层发育优于栖二下亚段,优质储集层纵向呈薄层叠置,平面连片分布,形成了“准同生期滩体+岩溶”与“准同生期滩体+岩溶+断裂”两类优质储集层发育模式;(4)沉积前古地貌斜坡为有利的滩体发育区,滩相沉积作用控制储集层分布,岩溶作用是优质储集层形成的关键,构造作用改善栖霞组储渗能力,有利于优质储集层的形成。

致密碳酸盐岩气藏钻井液水相圈闭损害与防治

为了确定钻井液对致密碳酸盐岩气藏的损害程度及钻井液液相侵入深度,以采取适宜的水相圈闭损害防治措施,文中采用现场所用钻井液,开展了毛细管自吸实验、考虑侵入-返排过程的水相圈闭损害程度实验以及钻井液动态滤失量随时间的变化实验,根据动态滤失量实验数据,建立一种更符合现场的钻井液液相侵入深度计算模型,并根据钻井液对致密碳酸盐岩气藏的损害情况,开展了适用于致密碳酸盐岩气藏的水相圈闭损害防治剂筛选及效果评价实验。结果表明:钻井液滤液自吸最终含水饱和度为57.86%~73.57%,不可恢复渗透率损害率为31.57%~65.24%,钻井液液相侵入深度平均为2.528 m;钻井液中加入水相圈闭损害防治剂F后,自吸量减少了0.208 PV,渗透率损害率降低了30.3%。根据研究结果,制定了钻井液水相圈闭损害预防、解除措施。

非均质深层碳酸盐岩气藏衰竭开发规律实验研究

针对深层碳酸盐岩气藏非均质性强、产能差异大的问题,通过地层条件下单岩心衰竭实验对比研究了不同孔隙结构储层的衰竭开发规律;开展两岩心串联衰竭实验模拟研究了层内非均质性对气藏衰竭开发的影响;结合孔隙尺度流动模拟揭示了微观孔隙结构对气藏衰竭开发供气能力的影响。研究表明:深层碳酸盐岩气藏采收率与渗透率接近对数关系,产气量主要受孔隙度的控制,15 MPa废弃压力下的束缚水岩心采收率为51.50%~64.97%。孔洞和裂缝的非均匀分布是造成深层碳酸盐岩气藏产能差异大的主要原因,近井地带和远井地带的孔隙结构分别影响气藏产气速度和供气能力。提高近井地带渗透率、控压生产有利于促进气藏同步开发并延长稳产周期。

基于梯度提升决策树算法的碳酸盐岩气藏水平井分段酸压效果评价

四川盆地高石梯—磨溪区块上震旦统灯影组四段碳酸盐岩气藏为低孔、低渗储层,一般采用水平井+分段酸压技术开发。但是该气藏非均质性强,气井产能差异大,对分段酸压效果评价和酸压设计提出了巨大的挑战。基于数据驱动的思想,收集研究区15口水平井共计96段的地质、工程和试气资料。其中,地质资料包括酸压段的孔隙度、渗透率、含水饱和度、Ⅰ+Ⅱ类储层占比、Ⅲ类储层占比及非储层段占比;工程资料包括酸压段的酸液强度和排量;试气资料为折算每百米酸压段的测试产量。随后以酸压段为研究对象,建立了基于梯度提升决策树算法的酸压产能模型,该模型预测精度较高,对于测试集平均相对误差仅4.46%。并基于该模型研究了地质工程参数对酸压效果的影响,明确了渗透率和Ⅰ+Ⅱ类储层占比是影响酸压效果的关键参数。最后基于建立的产能模型,结合粒子群算法,开展了酸压施工参数优化和产能预测研究。在现场应用1口井共计8段,取得了良好的增产改造效果,且模型预测产量与实际产量较为接近,平均相对误差小于10%。研究成果有望为工区的分段酸压设计提供指导,提高单井开发效果。

不同孔-缝-洞组合碳酸盐岩储层气水两相孔隙尺度流动模拟

碳酸盐岩储层孔缝洞组合类型多样,从孔隙尺度刻画和认识气水两相在不同类型储层中的流动规律具有重要的科学意义。建立了适用于深层碳酸盐岩储层气水两相流动的多松弛颜色梯度格子玻尔兹曼模型(LBM),实现了气水两相在多孔介质中的可视化模拟,揭示了成藏过程(气驱水)和水侵过程(水驱气)不同孔缝洞组合流动通道中的气水两相动态流动行为。研究表明,碳酸盐岩气藏成藏过程中主要存在的残余水类型有盲端孔隙水、洞穴边部残余水、水膜水、“H型”残余水和网状残余水;水侵过程中,主要存在的封闭气类型有盲端孔隙封闭气、变径卡断气、绕流封闭气、“H型”封闭气和网状封闭气;由于洞穴体积较大,成藏和水侵过程中缝洞型储层残余水饱和度和封闭气饱和度均最大;裂缝型和缝洞型储层的气相渗流能力随含水饱和度变化波动明显,呈非线性变化规律。研究成果可为深层碳酸盐岩气藏微观渗流、水侵动态预测等提供理论支撑。

一种适用于碳酸盐岩储层的无固相易酸溶新型钻井液

鄂尔多斯盆地大牛地气田下古生界碳酸盐岩储层微裂缝发育,原钾铵基钻井液固相易进入微裂缝造成储层伤害且不易解除,勘探开发实践证实酸化后渗透率恢复值仅为51.40%,直接影响了该地区天然气的勘探开发效果。为此,针对大牛地气田马五5亚段碳酸盐岩储层黏土含量低、井壁稳定性好和完井酸压后增产不理想等情况,优选了酸溶性羧甲基纤维素钠盐和抗高温淀粉等天然高分子处理剂,配套了杀菌剂和润滑剂,构建了一种低密度无固相易酸溶新型钻井液。研究结果表明:①与原钾铵基钻井液相比,低密度无固相易酸溶钻井液具有无固相、易酸溶和返排快等特点,实钻密度下降0.04~0.06 g/cm^(3),固相含量小于2%,且与储层配伍性良好,可有效预防并减小钻井过程钻井液对储层的伤害;②该钻井液聚合物酸溶率95.45%,泥饼酸溶率100%,渗透率恢复值比钾铵基钻井液提升了43.89%,有利于下古生界碳酸盐岩气藏天然气渗流通道微裂缝的疏通恢复。结论认为:①该钻井液现场完钻10口水平井,同样的复合加砂酸压后,产气量较邻井提高76%;②该钻井液从源头保护储层避免伤害,可满足大牛地气田碳酸盐岩钻井储层保护的需求,为有效提升碳酸盐岩天然气的勘探开发效果提供了技术支撑。

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏注CO_2可行性研究

为了探索塔河油田注水替油开发后期提高采收率的技术手段,开展了注CO2驱油实验和数值模拟研究。选择典型碳酸盐岩缝洞单元S86,采用物理模拟和理论模拟相结合的方法,评价了塔河油田稀油注CO2开发的可行性。利用高温高压PVT仪研究了S86地层流体注CO2气的增容膨胀性;利用细管实验测试了地层流体注CO2的最小混相压力。在实验分析和模拟的基础上,运用组分模型开展了塔河油田S86区块注气数值模拟研究,对比了衰竭式开发、注水开发、注烃类气和注CO2气开发的效果。研究结果认为,塔河油田S86区块稀油注CO2混相压力为26.3MPa,在地层条件下可实现混相驱;数值模拟结果显示注CO2驱在水驱基础上可提高采出程度9.45%。

不同类型碳酸盐岩气藏开发特征

碳酸盐岩气藏在世界范围内已经发现的气藏中占有重要地位。近年来中国的碳酸盐岩气藏勘探开发也呈现出快速发展的态势,特别是在塔里木、鄂尔多斯和四川盆地,碳酸盐岩气藏已经成为陆上开发有前景的气藏类型。碳酸盐岩气藏的开发不同于碎屑岩气藏,正确认识碳酸盐岩气藏的类型和开发特征对于增强碳酸盐岩气藏开发的理论性和系统性具有十分重要的意义。基于中国碳酸盐岩气藏开发的实践,按照"实用性、指导性和科学性"的划分原则将碳酸盐岩气藏分为缝洞型、礁滩型、岩溶风化壳型和层状白云岩型4种类型。缝洞型碳酸盐岩油气藏以多缝洞单元为特征;礁滩型碳酸盐岩气藏以多气-水单元为特征;岩溶风化壳型碳酸盐岩以发育不同规模尺度优劣储集体为特征;层状白云岩气藏以发育层状白云岩储层为特征。碳酸盐岩气藏类型划分和开发特征研究为全面认识碳酸盐岩气藏奠定了基础,同时为相同类型碳酸盐岩气藏的开发提供有效指导。