中国深层、超深层气藏开发关键技术与对策建议

中国在深层、超深层油气勘探开发方面已经取得了重要进展,中国石油天然气集团有限公司(以下简称中国石油)已在塔里木盆地和四川盆地建成两大深层、超深层天然气生产基地,但目前仍存在制约此类气藏高效开发的核心问题。为促进深层、超深层气藏实现高效开发,回顾了中国石油在不同类型深层、超深层典型气藏的开发实践历程,系统梳理了气藏开发过程中面临的问题与挑战,总结了气藏开发的关键技术,最后提出了深层、超深层气藏开发对策与建议。研究结果表明:①形成了深层、超深层岩溶型碳酸盐岩气藏小洞微缝储层量化表征技术和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏多尺度裂缝动静态描述技术,实现了储层孔隙结构特征参数的量化表征和不同尺度裂缝的精细刻画与空间预测,提高了开发井的成功率,确保了储量高效动用;②形成了开发单元划分与水侵通道刻画技术和裂缝非均匀水侵动态评价技术,实现了不同开发阶段水侵动态评价和水侵状况准确预报,为不同开发单元制订差异化的开发技术政策奠定了基础;③建立了岩溶型碳酸盐岩气藏全生命周期递进式控水开发模式和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏控排水协同提高采收率技术,实现了气藏均衡开发,整体提高了气藏采收率。结论认为,深层、超深层气藏地质、工程环境复杂,储层非均质性强,需进一步加强气藏前期评价、布井模式攻关、不同区块水侵规律等方面研究,且需做好气田群协同开发的整体研究。

松辽盆地北部深层火山岩气藏勘探开发关键技术

松辽盆地北部徐家围子断陷火山岩气藏是徐深气田的主力气藏,具有岩性多样、储层非均质性强的特点,面临气藏富集规律不清、优质储层预测难、气井产能和井控储量变化规律复杂、剩余气挖潜难度大等一系列技术难点和挑战。通过开展火山岩气藏成藏演化过程分析、火山岩喷发期次描述、有效储层预测、井控储量评价、剩余潜力描述等工作,攻关形成了火山岩气藏成藏评价、三级火山体精细刻画、动态储量评价、剩余潜力评价及挖潜等技术。建立了“低渗增长型+高渗稳定型”2类动态储量模式及动静结合“六参数”挖潜技术政策界限,落实了烃源岩生气期及气藏成藏期,明确了气藏富集受源岩、断裂、储层、盖层四因素的联合控制,实现了对火山岩储层内部结构的精细表征,搞清了2类气井动态储量增长规律,形成了不同类型剩余气的挖潜技术对策。基于火山岩气藏一系列勘探开发关键技术的创新,徐深气田的天然气产量逐年攀升,形成的系列技术在大庆油田已得到全面推广应用,并取得了明显效果,有效支撑了大庆油田天然气产量的持续稳定增长。研究成果可为同类型气藏的勘探开发提供有效的技术指导。

致密砂岩气藏微观孔隙结构多尺度联合表征

致密砂岩的微观孔隙结构对气藏的开发至关重要。文中以临兴地区下石盒子组盒8段为研究对象,采用多种实验方法对致密砂岩孔隙结构进行精确表征。研究结果显示:致密砂岩主要孔隙类型为长石溶孔和岩屑溶孔,其次为粒间孔、晶间孔和微裂隙;高压压汞、CO_(2)吸附、N_(2)吸附以及渗吸-核磁等实验结果均反映了研究区致密砂岩孔隙结构具有较好的连通性;多尺度联合法表征的致密砂岩孔径分布以微孔为主,介孔次之,大孔最少;微孔的大量分布为比表面积做出主要贡献,介孔、大孔贡献较少,孔容主要由微孔、介孔贡献,大孔贡献较少;核磁共振计算的孔径分布比例与多尺度联合法的计算值在介孔、大孔阶段具有较好一致性,在微孔阶段,多尺度联合法的计算值大于核磁共振法,表明微孔为气藏的主要气体储集空间,而介孔和大孔为气体运移的主要通道,多尺度联合法在致密砂岩储层孔隙结构精细表征方面更具特色。

高含水致密凝析气藏稳产技术应用——以四川盆地安岳气田须家河组气藏为例

四川盆地安岳气田上三叠统须家河组二段气藏为低孔、低渗、有水、中含凝析油、弹性气驱、高压岩性圈闭的砂岩气藏,气藏底水能量充足。针对气井生产过程中受地层水水侵和反凝析污染影响造成稳产难度较大的情况,结合储层及气井产液特征,开展有水凝析气井稳产技术应用实践,分析并总结应用实践经验和成果,选取了应用效果较好的注气吞吐、电潜泵排水、车载压缩机气举、柱塞气举排液和自动化开关井5种稳产技术。结果表明:①针对储层反凝析液伤害,形成单井注气吞吐技术应用选井原则;②针对气藏水体赋存特征和水侵模式特征,调整气藏排水采气对策思路,采用电潜泵排水技术和车载压缩机气举技术;③针对地层压力低、举升能量不足,优化油、气、水三相流动条件下的柱塞气举排液技术;④针对低压间歇生产井采用自动化开关井技术,增加生产效率,降低人工成本。对5种主要稳产技术的应用情况进行了分析评价,认为一系列稳产技术的应用有助于安岳气田须二段气藏稳定生产,为类似高含水致密凝析气藏的稳产提供了借鉴和参考。

致密砂岩气藏与页岩气藏展布模式

在阐述美国和中国致密砂岩气和页岩气资源潜力和年产量的基础上,系统梳理致密砂岩气藏与页岩气藏展布的研究沿革,分析页岩气藏、致密砂岩气藏展布特征及致密砂岩气成因类型。研究表明:(1)美国致密砂岩气在天然气总产量中占比由2008年的35%降至2023年的8%左右;美国页岩气2023年产量为8310×10^(8)m^(3),在天然气总产量中占比由2000—2008年的5%~17%升至2023年的70%以上。(2)中国致密砂岩气占天然气总产量比例由2010年的16%升至2023年的28%以上;2012年中国开始生产页岩气,2023年产量达250×10^(8)m^(3),约占天然气全国总产量的11%。(3)页岩气藏展布模式为连续型,根据页岩气藏是否有断层切割及断距与气层厚度的关系,连续型页岩气藏可分为连续式和断续式两种。(4)与以往大部分学者认为致密砂岩气藏展布模式为连续型的认识不同,致密砂岩气藏展布模式不是连续型;根据圈闭类型,致密砂岩气藏可分为岩性型、背斜型和向斜型3种。(5)中国3大克拉通盆地和埃及Obavied次盆的致密砂岩气为煤成气,美国阿巴拉契亚盆地和阿曼迦巴盐盆地的致密砂岩气为油型气。

致密砂岩气藏稳产后期动用效果评价与动用潜力分析:以子洲气田山2气藏为例

以子洲气田山2气藏为例,利用钻井及生产动态资料,通过对地质储量、动储量、累产气、累产水和动静储量比的计算与分析,采用综合评判指数法和类比法,详细评价了山2致密砂岩气藏动用效果和动用潜力。结果表明:山2气藏平面动用严重不均衡。7个井区中,主砂体带中部的榆30井区动用效果最好,属Ⅰ类动用区;主砂体带南部的洲3和北部榆81井区动用效果中等,为Ⅱ类动用区;主砂体周边的榆69、榆48、麒麟沟和榆29井区动用效果差,属Ⅲ类动用区。初步预测山2气藏整体动用潜力为198.1×10^(8) m^(3)。其中,Ⅲ类区的动用潜力为174.7×10^(8) m^(3),占88.2%,是山2气藏后续挖潜重点。

水侵气藏型储气库全周期高效建设微观模拟实验

借助微观可视化模型与微流控技术,开展了水侵气藏型储气库初期建库阶段注气驱水及循环储采阶段采气底水上侵、储气排驱水体的模拟实验,分析气液界面稳定机制、气液渗流与赋存规律,探索储气库全周期高效运行的优化调控方式。研究表明:储气库初期建库阶段应调控注气速度,充分发挥重力作用保证气液界面宏观稳定运移,大幅度提高气体的波及能力,为储气库后续循环储采阶段提供更大的储气孔隙空间。储气库循环储采阶段,恒定的储采气速度导致孔隙空间利用率低,逐渐提高储采气速度,从“小吞小吐”逐渐过渡到“大吞大吐”,可以持续打破孔喉内流体的平衡受力状态,扩大储气孔隙空间与流动通道,有利于储气库扩容增效和调峰保供。

非均质气藏井间地层压力计算方法及应用

中国陆相沉积气藏储层普遍存在非均质性,常规地层压力计算方法具有很大局限性,难以准确评价井间地层压力。本文以均质地层中的点源解为基础,采用边界元思想,建立了一种可用于非均质气藏井间地层压力计算的半解析方法。基本思想是将非均质储层进行分块处理,分别建立单个均质区域的压力方程,通过各区交界面处的压力和流量连续条件,将各区压力方程耦合求解,并将求解结果回代至单个区域的压力方程,从而计算地层中任意一点的压力。建立了理论模型,对所提出的井间地层压力计算方法进行了数值验证,并将其应用于长庆靖边气田某区块。结果表明,本文所建立的非均质气藏井间地层压力半解析计算方法与数值模拟计算结果相吻合,仅在早期和井筒附近存在微小差异;半解析方法能很好地预测实际气藏中单井及井间的地层压力变化,与实测数据趋势一致。

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。

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。

迪北区块深层致密砂岩气藏氮气钻完井技术应用及认识

针对塔里木油田迪北区块目的层阿合组致密砂岩储层岩性致密、地层压力高、煤层发育,应用常规液体介质的钻完井技术对储层损害严重,为此特引入氮气钻完井技术,并在DX1井开展现场试验,获得日产气量82.39×104m3,日产油量100.8 m3的高产。但由于地层岩性的复杂性,氮气钻完井过程中,出现了井壁垮塌严重、内防喷工具失效、井控装备冲蚀等问题,制约了氮气钻完井技术在该区块的推广应用。通过对井身结构、钻具组合、井口装备、排砂管线、内防喷工具以及配套工艺流程等关键工艺、装备的改进优化,形成适用于高压高产深层致密砂岩储层的氮气钻完井配套工艺技术,并在DB104井开展了现场试验,试验效果显著。与同区块液体介质钻井的钻完井方式相比,DB104井日产气增加了400余倍,日产油量增加了6倍。通过DX1井和DB104井证明,只要工艺、装备、措施得当,氮气钻完井技术在迪北区块这类高温高压深层致密砂岩气藏中对储层具有重要的保护作用,可为塔里木油田乃至全国高压高产致密砂岩储层的高效勘探开发提供技术支撑。

致密砂岩气藏高产富集规律研究——以川西坳陷新场—合兴场须家河组二段气藏为例

四川盆地川西坳陷须家河组致密砂岩气藏储量巨大,具有砂体厚、物性差、非均质性强、气水分布复杂等特点,给气藏的开发评价及建产选区带来极大难度。为实现气藏高效评价开发,以新场—合兴场须家河组二段气藏为研究对象,基于气藏静、动态特征,深度分析了典型井的古、今构造位置,断层特征,裂缝和储层品质等对产能的影响,明确气井高产的主要控制因素。通过分析各控制因素的综合作用,结合成藏研究成果,探讨天然气富集高产规律,结果表明新场—合兴场须家河组二段气藏气井可分为高产高效、中产中效、低产低效3种类型。高产高效和中产中效气井产量高、稳产好,主要分布在北南向四级烃源断层和五级断层附近,裂缝发育、优质储层厚度大,具有良好的地质条件。明确了气藏富集高产遵循古、今构造控藏,烃源断层控富,有效裂缝控产,优质储层控稳的规律,为该气藏的高效开发奠定了基础。

基于微观流固耦合的超深层致密砂岩气藏应力敏感性分析

超深层致密砂岩气藏具有强应力敏感性,目前常用的研究方法包括压力脉冲实验法和实时在线CT扫描法两种,压力脉冲实验法不能揭示产生应力敏感性的微观机理,而实时在线CT扫描法也无法模拟深部地层高压、高应力的条件。为解决应力敏感性实验研究的不足,基于离散单元法与管道网络模型建立了微观流固耦合算法,编制了模拟器,并对模拟器力学计算和流固耦合模块的正确性进行了验证,分析了应力大小、加载方向和孔隙压力对岩心渗透率的影响,最后从微观上揭示了超深层致密砂岩气藏的应力敏感性机理。研究结果表明:①应力通过增加与之垂直方向上喉道两侧的法向压力,减小喉道的水力半径,进而降低储层的渗透率;②较高的孔隙压力能够阻碍岩石颗粒在应力作用下的移动,从而减缓了孔隙和喉道的变形,使模型保持较高的渗透率;③致密砂岩气藏的渗透率受到应力和地层压力的共同控制,并且具有各向异性,在垂直于最小主应力方向上形成渗透率较大的优势通道;④异常高压阻碍了地应力的压实作用,有利于保护储层孔隙,使地层有较好的储集性能和较高的渗透率。结论认为,根据离散元法结合孔隙网络模型建立的流固耦合方法可为理解超深层致密砂岩应力敏感性提供理论参考,并为超深层致密砂岩气藏的科学高效开发提供指导。

各向异性致密砂岩气藏分段压裂水平井气水两相产能预测模型

致密砂岩气藏具有储层物性差、孔喉结构复杂、各向异性强、初始含水饱和度覆盖范围大等特征,导致储层中流体的渗流机理复杂,为气井产能的准确预测及评价带来了巨大挑战。为此,基于气水两相非达西渗流理论,综合考虑储层各向异性、储层基质和裂缝不同程度的应力敏感性和两相启动压力梯度、高速非达西渗流效应、气体滑脱效应以及裂缝导流能力与缝间干扰等复杂因素,利用坐标变换、扰动椭圆理论、等价发展矩形理论、当量井径原理、压力叠加原理、水电相似原理等方法,建立了适用于各向异性致密砂岩气藏分段压裂水平井气水两相产能预测的新模型。通过矿场实例验证了新模型的准确性和实用性,并绘制了气水两相产能预测曲线,评价了敏感参数对产能的影响规律。研究结果表明:随着气体滑脱效应、裂缝导流能力、裂缝半长、裂缝条数、水平井井筒与地层主渗透率方向夹角的增大,压裂水平井的无阻流量增大;而随着储层各向异性、储层应力敏感性、裂缝应力敏感性、两相启动压力梯度、生产水气比增大,压裂水平井的无阻流量降低;水相对气相的流动具有抑制作用,且驱替压差越大,抑制作用越显著,因此需提前采取防水和治水措施。该研究成果进一步缩小了致密砂岩气藏产能预测结果与矿场实际产量的差距,有助于致密砂岩气藏的参数评估、动态预测以及产能评价和勘探开发决策制定。

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。

超深层裂缝性致密砂岩气藏多尺度耦合流动数值模拟

塔里木盆地克拉苏气田白垩系气藏是罕见的超深层裂缝性致密砂岩气藏,该类气藏的储渗空间具有显著的多尺度特征,基质与多尺度裂缝、断层介质的渗透率级差相差5~6个数量级,常规渗流理论难以准确描述其流动规律和开发机理。为此,基于单裂缝流动物理实验结果及流体力学理论,结合多尺度裂缝几何信息,应用均化理论和体积平均尺度升级方法,将多尺度介质划分为5个流动系统,建立了考虑介质间的非稳态窜流多尺度耦合流动数学模型,并应用有限体积法对耦合流动模型进行了数值求解和数值试井分析。研究结果表明:(1)不同尺度裂缝中具有不同的流动特征,随缝宽增加流速加快,流动模态发生变化;(2)多尺度耦合流动模型与双重介质模型结果存在较大差异,导数曲线具有不同趋势特征;(3)应用所建立的多尺度耦合流动模型成功解释了气藏实际试井数据,模型能够反映实际地层中的流动过程。结论认为,超深层裂缝性致密砂岩气藏多尺度耦合流动模型揭示了多尺度裂缝以及致密基质间逐级动用、协同供气的开发机理,可为类似气藏制订合理开发技术政策及气藏提高采收率提供理论和技术支撑。

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。

带油环凝析气藏衰竭式开发中——后期提高采收率

针对塔里木盆地Y5凝析气藏衰竭式开发过程中地层压力和气井产能快速降低、生产气油比逐渐下降、凝析油密度和黏度逐渐升高、开发效果迅速变差等问题,将生产动态特征与地层流体组分评价相结合,重新认识该气藏为带油环层状边水凝析气藏,并采用数值模拟方法确定其油环厚度。为改善开发效果,提高凝析油气采收率,系统开展带油环凝析气藏衰竭式开发中—后期提高采收率机理研究可知:完善井网、实施循环注气开发能大幅提高油气采收率,注入介质以二氧化碳最佳,气藏自产气次之;注气方式以重力辅助气驱模式最佳。基于气藏类型和提高采收率机理研究,编制了该气藏循环注气提高采收率方案,预测原油采收率较衰竭式开发提高29.96%。该气藏循环注气开发后累计注气0.19×10^(8) m^(3),地层压力恢复4.31 MPa,气井产能恢复到方案实施前的3.09倍,可为其他同类型气藏开发中—后期提高采收率提供借鉴。

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。

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。