多级压裂水平井周期性注气吞吐提高页岩油气藏采收率——以北美Eagle Ford非常规油气藏为例

在溶解气驱开发方式下,采用多级水力压裂水平井衰竭式开发页岩油气藏一次采油的采收率预测仅为5%~10%,因而如何提高采收率是一个不得不面对的棘手问题。近年来,对多级压裂水平井通过周期性注气吞吐来提高页岩油气藏采收率在北美Eagle Ford非常规油气藏的先导试验和大规模现场应用均取得了显著成效。为了加快中国非常规油气资源的高效开发利用,在调研相关文献的基础上,结合北美已有的成功经验,从作用机理、数值模拟和现场试验等多个方面对注气吞吐提高页岩油气藏采收率技术进行了论述,进而提出了有针对性的建议。研究结果表明:①大规模周期性注气吞吐作业能有效延长油井生命周期,提高页岩油气藏的采收程度,提高幅度是衰竭式的30%~70%;②对于溶解气油比低的油藏,注气吞吐提高采收率的机理是注入的气体扩散到压裂油藏中与剩余原油接触且溶解,使其体积膨胀,降低了原油黏度和表面张力,提高了原油的流动性,对于初始溶解气油比高的挥发油藏和凝析气藏,油相组分蒸发到注入的气体中是更重要的增油机理,而对于凝析气藏,在井筒附近的凝析油气化提高产量则是主要的增油机理;③上述增油机理决定了只有注入大量气体才能取得明显的效果,注入的天然气为甲烷含量90%的干气,北美注气吞吐大规模应用得益于比CO_(2)还便宜的低价天然气;(4)由于国内天然气价格较高,可以考虑采用CO_(2)吞吐,使用CO_(2)能减少温室气体的排放量,如其捕捉、存储和管输等问题能够得以解决,注CO_(2)吞吐应是国内首选。

超高温裂缝性变质片麻岩凝析油气藏缝网酸压改造技术——以海上A气田太古界潜山储层为例

为了解决海上水力加砂压裂增产措施受限、片麻岩基质酸化增产潜力有限和防砂完井方式带来的难题,基于海上大型整装太古界潜山片麻岩A凝析油气藏埋藏深、超高温异常高压、特高含凝析油、地露压差小、储层非均质性强、岩性复杂等特征,开展了缝网酸压地质和工程可行性系统研究,剖析了储层酸压改造难点及挑战,提出了复杂缝网酸压技术的实现途径,并研制出气湿反转剂、过筛管液体暂堵剂、低伤害缝网酸液体系。研究结果表明:①纳米气湿反转剂协同多氢螯合酸可有效刻蚀形成高导流缝网,并改变岩石润湿性,提高气相相对渗透率;②液体暂堵剂依靠相态转化实现暂堵和自清洁功效,能顺利通过筛管等防砂完井工具;③通过工艺参数优化设计,对海上A凝析油气藏H1井开展缝网酸压技术现场实践,泵注总液量489.8 m^(3),措施后单井产气量较改造前提升48%,凝析油产量提升11%,效果显著。结论认为,所研发的液体暂堵剂实现暂堵转向,优化了片麻岩缝网酸压改造用酸液体系和工艺参数,为海上超高温裂缝性片麻岩凝析油气藏高效开发提供了有效技术支撑,同时也为其他地区同类油气藏增产改造提供了借鉴。

非均质碳酸盐岩油气藏酸压数值模拟研究进展与展望

要实现深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏的高效开发,亟需相关酸化压裂技术理论的突破与创新。为了指导多种酸压工艺的现场实践,通过系统梳理和总结酸压数值模拟技术的已有研究成果,结合目前深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏酸压工程的技术需求,探索研究了当前酸压数值模拟面临的新挑战和需要突破的方向。研究结果表明:①酸压三维数值模拟基于解耦思想,将酸压模型分为水力裂缝初始形态构建、酸刻蚀模拟及导流能力计算等3个模块,其中酸刻蚀模拟模块是酸压数值模拟的核心;②地质统计学参数方法在水力裂缝初始形态建模中的应用已较为成熟,酸刻蚀模拟通过N-S方程组、酸平衡方程、酸液滤失模型及酸岩反应溶蚀力方程耦合求解,已初步实现了精细化和油藏工程尺度的模拟,酸蚀裂缝导流能力的计算主要基于局部立方定律进行求解,并考虑了多重因素对导流能力的影响。结论认为,酸压数值模拟面临的新挑战包括酸液在复杂流动介质中的多场耦合高效计算、酸刻蚀过程的精细模拟、酸蚀裂缝导流能力的准确计算以及酸压数值模拟与酸压工程应用的匹配;需要突破的方向是实现多场、多尺度的酸压数值模拟。

柴达木盆地东坪基岩气藏的特殊地质条件及其开发模式探讨

东坪气田位于柴达木盆地西北部阿尔金山前东段,是新近被发现的国内外罕见的基岩古潜山块状气藏.依据目前的地质认识,要实现该气藏的规模上产开发还存在着较大的难度.因此,评价该气藏的特殊地质条件和试采动态特征,探讨其开发模式和技术对策就显得格外迫切而重要.为此,在评价认识其圈闭类型,基岩储层岩性、物性和气藏类型等的基础上,对试采和测试资料进行了统计分析,总结出该气藏单井产能、压力降低、含水情况等基本特征,从静、动态的角度阐明了该基岩气藏特殊的开发地质条件.进而结合该气藏的开发难点,探讨了开发单元、井型井网、合理配产等关键问题,明确了该基岩气藏滚动上产的技术路线,提出了先直井后水平井、井距500～600m、单井产气量取值5×104～7×104 m3/d的开发方案.

影响四川盆地页岩气开发的非技术因素:定义与机理

四川盆地及其周缘页岩气可采资源量居全国首位,规模效益开发四川盆地页岩气对保障国家能源安全具有重大战略意义。页岩气开发不仅面临资源评价、钻井工程、压裂工程等方面的技术难题,还受到产业规划、扶持政策、地企协调等非技术因素的影响。为了解决页岩气开发过程中非技术因素概念界定、内涵和影响机理辨识的问题,基于利益相关者理论,以四川盆地南部地区(以下简称川南)页岩气开发为例,明确了影响页岩气开发非技术因素的定义和内涵,在实地调查、专家咨询和实践研究的基础上,构建了非技术因素贝叶斯网络模型,并进行了逆向推理和因果推断,定量辨识了影响川南页岩气开发的主要非技术因素和影响机理。研究结果表明:①影响页岩气开发的非技术因素指涉及页岩气产业兴起和发展进程中所有利益相关者的不确定性因素;②影响川南页岩气开发的主要非技术因素有页岩气产业政策、基层相关部门与企业的沟通机制、企业内部投资管理和群众个人认知;③针对页岩气开发不同阶段,应根据非技术因素影响机理,构建各利益相关者的协调机制,持续优化非技术因素调控措施。结论认为,非技术因素的明确对页岩开发具有重要作用,对推动形成技术因素和非技术因素双轮协同驱动页岩气规模高效开发的新局面具有重要指导意义,并可为保障四川盆地乃至我国页岩气顺利开发和页岩气产业高质量发展具有重要现实意义。

深层裂缝性碳酸盐岩油气藏立体酸压数值模拟

为了实现对深层裂缝性碳酸盐岩油气藏储层的有效改造,基于立体酸压的技术理念,结合裂缝性碳酸盐岩储层的特征,建立了综合考虑酸压过程中水力裂缝扩展、酸液在复杂介质中滤失、热传导影响的多场耦合酸压模型,开展了酸液刻蚀天然裂缝、水力裂缝数值模拟研究;在此基础上,对经过立体酸压改造形成的“酸压裂缝体”改造体积及无因次产能指数进行了分析,明确了影响立体酸压效果的主控因素。研究结果表明:①储层基质渗透率、天然裂缝初始流动能力是影响立体酸压后“酸压裂缝体”改造体积的主要因素,在基质渗透率较低(小于等于1.0 mD)并且天然裂缝较宽(大于等于150μm)的条件下,采用立体酸压能够获得较大的改造体积;②注酸量越大,改造体积越大,无因次产能指数也越大,而后两者的增量逐渐降低;③在基质渗透率为0.1 mD、天然裂缝宽度为250μm的条件下,注酸量超过600 m^(3)后,改造体积增量迅速降至10 m^(3)/m^(3)以下,而无因次产能指数增量则趋于平缓;④在基质渗透率相同的情况下,天然裂缝宽度越大无因次产能指数越高,而在裂缝宽度及密度相同的条件下,基质渗透率越低无因次产能指数越高;⑤通过立体酸压形成“酸压裂缝体”,对于裂缝性低渗透碳酸盐岩储层中油气井产能的提升效果更加显著;⑥为了同时获得天然裂缝和水力裂缝的良好改造效果,在立体酸压过程中需要适当增加注酸量。

四川盆地南部地区页岩气开发及其减污降碳再认识

为助推中国页岩气持续高质量发展,在溯源页岩气环境争议的基础上,结合四川盆地南部地区(以下简称川南)十余年来页岩气开发实践,总结了国内对页岩气开发生态环境影响的新认识,系统介绍了中国自主创新形成的页岩气清洁开采技术,并指明了下一步技术发展的方向。研究结果表明:①页岩气环境问题的广泛关注始于2009—2011年,经过激烈讨论,美国学术界主流意见认为,页岩气开发存在生态环境风险,但通过合理取水、确保井筒质量、妥善贮存和处置压裂返排液及钻井固体废物等措施可有效防范;②页岩气开发对中国温室气体排放量贡献有限,不会必然污染地下水环境,绿色开发应重点关注低碳钻井和压裂、废弃物处置、地下水保护等方向;③“电代油”钻井和压裂实现了施工过程无直接温室气体排放,川南页岩气压裂返排液在处理回用基础上已实现处理外排,油基岩屑处置对规模开发的制约也因热脱附技术的进步而突破;④页岩气清洁开采技术仍应在深度降碳、稳定减污、持续增效等方面开展技术创新和管理创新工作。结论认为,基于10余年来对中国页岩气开发生态环境保护的探索与再认识,可为中国未来页岩气绿色高效开发提供有益参考和借鉴。

中国页岩气效益开发:理论逻辑、实践逻辑与展望

实现效益开发不仅对中国页岩气产业可持续发展具有重要的意义,也是实现“双碳”目标的内在要求。为此,在系统梳理页岩气效益开发的内涵特征、理论逻辑和实践逻辑的基础上,对我国页岩气效益开发提出了建议。研究结果表明:①政府、企业和民众共同形成了页岩气效益开发的利益主体,页岩气开发具有十分明显的经济、社会、安全和环境效益;②保障国家能源安全、优化能源结构、促进经济社会发展是页岩气效益开发的现实需要,形成自主供给能力、自主技术体系和自主运营能力的战略目标决定了页岩气开发的经济逻辑、制度逻辑和社会逻辑,三者共同构成了页岩气效益开发的理论逻辑;③中国页岩气开发按照“点的突破—点面结合—由浅入深”的实践路径展开,以合资合作、促进资源地经济社会发展为实现效益开发的基本条件,以提高公共政策水平、整体运行效率、科学管理水平和降低社会交易成本为基本策略,形成了目标主导下的效益优先的实践逻辑;④在“双碳”目标的驱动下,通过制度创新和架构演化,将进一步推动页岩气的规模效益开发。结论认为,厘清中国页岩气效益开发的理论逻辑和实践逻辑,将有助于加快推动中国页岩气开的规模效益开发,该认识为页岩气的高效开发利用提供了理论和实践参考。

四川盆地页岩气勘探开发进展、挑战及对策

2020年中国页岩气年产量已经超过200×10^(8) m^(3),创造了我国天然气发展史上的一个奇迹。四川盆地已经并将继续成为我国页岩气勘探开发的主战场。为了进一步推动我国页岩气大规模高效益开发,在全球新冠肺炎疫情蔓延和国内提出“碳达峰碳中和”目标的新形势下,从资源勘探、气藏工程、钻采工程和产业规制4个方面梳理了四川盆地页岩气勘探开发的进展和挑战,提出了实现页岩气大规模高效开发的对策建议。研究结果表明:①四川盆地页岩气大规模高效开发必须以中浅层页岩气持续稳产和深层页岩气规模建产为基础;②较之于北美地区,四川盆地页岩气勘探开发在地理环境、地质条件、钻采技术、产业规制等方面具有自身的特点,很难复制北美大规模、高密度、连片化布井的开发模式,因此需要立足于“少井高产”的策略,一方面在页岩气井全生命周期,继续坚持采用地质工程一体化技术,开展“一体化研究、一体化设计、一体化实施和一体化迭代”,另一方面以问题为导向,从地质评价、开发政策、工程技术、产业规制等方面开展持续攻关,完善地质评价理论与技术、创新气藏工程理论与方法、研发降本增效工程技术、健全页岩气产业规制,形成技术要素与非技术要素协同促进的新格局。结论认为,该研究成果对于四川盆地乃至全国页岩气大规模高效益开发具有重要的借鉴指导意义。

支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验

对于岩石较软的地层,在压裂过程中的支撑剂嵌入会降低压裂充填后的裂缝宽度,同时嵌入区地层碎屑也会损害支撑剂充填层的导流能力,因而有必要对支撑剂的嵌入进行研究,并为压裂施工中的支撑剂优选提供依据。为此,运用API标准导流室和基于API标准导流室自行研制的测试仪器,对地层岩心的支撑剂嵌入情况进行了实验研究,并在支撑剂嵌入的基础上,考虑了地层碎屑对裂缝导流能力损害的影响。在国内首次对支撑剂嵌入后的岩心进行了微观分析,更加直观地反映了嵌入程度和嵌入状态。实验考察了不同铺砂浓度、不同压力下对不同岩心的支撑剂嵌入情况。实验表明:由于支撑剂的嵌入,会使支撑裂缝宽度有较大程度的减小;铺砂浓度越低,地层岩石越软,嵌入越严重。还模拟了支撑剂嵌入后不同碎屑浓度对同一种岩心的导流能力伤害程度,并发现在嵌入后的碎屑达到一定浓度后会直接堵塞孔道。

碳达峰目标下中国深海天然气水合物开发战略

规模化开发海洋天然气水合物(以下简称水合物)是中国能源发展的重大战略之一。为明确碳达峰目标下中国深海水合物的开发战略,根据水合物相关论文、专利的聚类分析结果,将其开发技术划分为室内模拟测试、地质勘探、钻探取样、三气合采、环境风险监测5种技术类型,并系统研究了水合物的开发现状和深海水合物的开发方向。研究结果表明:①海洋水合物的开采技术具有意义重大和难度巨大的双重属性,在国家层面具有战略性和革命性特征,在技术层面则具有前沿性和竞争性特点;②中国海域水合物规模化开发仍面临储层热、流、力、空间、结构、多场时空演化不清,从储层、井筒到水下采油树、海底管道及下游工艺设施中气—液—砂—水合物四相复杂流动规律不清、水合物再生机制不明等理论与技术难题;③对于深水浅层水合物的开发,高精度探测技术、地球物理、地质及测井、钻探等立体化、综合探测技术是其未来主要发展方向;④水合物资源评价方法正在向精细化发展,水合物资源开发模式与试采工程趋向水合物和油气联合开发,新型合采技术和合采设备将是下一步研发的热点和前沿方向,并提出了中国深海水合物的开发路径及2020—2035年开发理论与技术路线图。结论认为:①未来深海水合物开发战略的重点是探索和突破多类型、不同赋存形式的表层、浅层、深层水合物安全高效开采工艺;②针对深海水合物不同开发模式,急需建立由局部到整体、短期到长期的综合监测、系统评价机制,确保水合物的稳定试采和规模化开发。

纵向非均质油藏水驱油实验研究

针对纵向非均质油藏普遍存在层间矛盾突出、水驱采收率低、低渗储层难以动用的特点,纵向非均质严重影响了油藏的高效开发问题,开展了多层长岩芯水驱油实验。实验采用最新研制的带多测压点的多层长岩芯驱替模型,该模型可以记录沿程压力变化,更加准确地反映水驱动态。研究结果表明:不同的注水方式对中低渗层的采出程度影响很大;提高注入速度可以提高不同渗透层的压力,且渗透率越低压力提高幅度越大;层间干扰严重,不同工作制度下低渗层压力变化很大。该研究成果对于选择合理的开发层系组合、采取适当的注水方式具有指导意义,为今后非均质油藏高效开发提供了试验依据。

四川盆地天然气开发历程与关键技术进展

近期,国家规划在四川盆地建设天然气千亿立方米产能基地。为了推动和保障该产能基地的顺利建设,在回顾四川盆地天然气开发历程的基础上,提炼了各发展阶段的特点,论述了天然气开发领域基础理论和关键技术进展,展望了天然气开发关键技术发展方向。研究结果表明:①四川盆地现代天然气工业经历了探索起步期、储产缓增期、快速增长期、多源全兴期四个阶段;②钻井、储层改造技术主要体现在深井超深井钻井、水平井分段多簇密切割压裂和碳酸盐岩体积酸压,气藏工程主要体现在碳酸盐岩渗流模型表征、复杂气藏流体相态分析、压裂—生产一体化数值模拟、复杂气藏气井试井方面,排水采气技术主要体现在井筒积液规律诊断和组合式排采工艺,高含硫气藏安全生产在深井超深井安全高效建井和井下、地面设施腐蚀控制技术等方面取得长足进步;③未来发展主要面向碳酸盐岩气、致密砂岩气、页岩气和煤层气,深化复杂多重介质传质理论研究,着力提升钻完井、储层改造、排水采气等关键技术的信息化、智能化水平。结论认为,梳理的关键技术和发展方向将加快四川盆地天然气工业发展,促进该盆地尽快建成千亿立方米天然气生产基地。

气井泡沫排水采气的动态实验分析

大量现场实验结论证明了泡沫动态实验对于泡沫排水采气非常重要,使地层水、凝析油均可有效地从气井中排出。在改进了Ross Mile泡沫测定方法的基础上,建立了泡沫动态实验装置,用泡排剂LH和泡排剂UT-11C进行泡沫流动实验。利用两相流理论,开展了气流量和气流速度对气体携液量的影响研究和气液比与携液量的关系研究,定量地分析了气流量和气流速度对气体持液率的影响,对泡沫排水采气动态进行了探索性的研究,从而指导气田经济、高效、合理地开发。

注甲醇段塞解除凝析气井近井带堵塞实验

针对反凝析积液和水锁严重影响深层低渗透凝析气井产能的问题,基于室内实验,研究了先注甲醇段塞然后再注干气吞吐来解除反凝析积液和反渗吸水锁提高气井产能的机理和效果。实验测试了甲醇与地层水的配伍性、甲醇注入后地层水的饱和蒸气压和矿化度变化;利用RUSKA长岩心驱替实验设备,使用2个回压阀动态建立反凝析油饱和度,完成了先注甲醇段塞解除水锁,然后注干气吞吐的长岩心实验,测试了注甲醇前后的相对渗透率变化和注入压差的变化。研究表明,甲醇的注入使地层水饱和蒸气压升高,地层水矿化度降低,能与地层水完全互溶;水锁的存在增加了注甲醇的压差,甲醇的注入使注气吞吐的压差降低,从而提高了气井产能。

海洋非成岩天然气水合物原位快速制备实验及评价

我国的海洋天然气水合物(以下简称水合物)资源主要分布在沿海大陆架水深介于300~3 000 m的深水区,具有弱胶结、非成岩的特征,为了测试和研究该类型水合物必须原位、大量、快速制备样品,而目前常用的搅拌法、喷淋法、鼓泡法等制备技术却存在着生成速度慢、储气密度低等问题。为此,自主设计、研制了1 062 L非成岩水合物快速制备釜,针对我国南海非成岩水合物的物性特征,开展了搅拌法、鼓泡法、喷淋法单一制备方法及“三合一”法(上述3种方法相结合)水合物制备实验,测试了实验过程中温度、压力、电阻率及反应时间等数据,分析比较了几种不同制备方法的水合物生成情况与制备效率。实验结果表明:①搅拌法、鼓泡法、喷淋法制备水合物过程中,生成的水合物均缓慢增加并逐渐铺满整个液面;②搅拌法制备过程中可以观测到明显的诱导期,而喷淋法、鼓泡法及“三合一”法却无明显的诱导期;③单一制备方法及“三合一”法制备水合物过程中,电阻率均随反应时间的增加而增加,其变化趋势亦与水合物制备速率基本一致;④“三合一”法的制备周期明显短于单一制备方法(搅拌法、喷淋法、鼓泡法单一方法的制备时间分别约为“三合一”法的5.14倍、3.59倍、3.16倍)。结论认为,所研制的1 062 L水合物快速制备釜能够实现海洋非成岩水合物样品的原位、快速制备;较之于单一制备方法,“三合一”法大大提高了水合物的制备效率。

油田化学剂对石油加工过程的影响与对策研究(Ⅰ)

油田化学剂的使用是实现油田储层改造、原油增产、残余油开采以及原油输送的重要手段,在二次采油、三次采油、压裂酸化等油井增产措施与原油集输过程中均使用了大量的油田化学剂。这些油田化学剂部分直接进入原油中;部分与原油储层发生相互作用,以作用后产物的形式进入原油中,从而对原油后续加工过程产生较大影响。在调研了我国克拉玛依、塔里木、吐哈、长庆、青海等西部五大油田原油采输过程中使用的油田化学剂种类和组成后,开展了采油化学剂与原油储层之间的相互作用研究,给出了残余油田化学剂与采油化学剂-原油储层之间的作用产物在原油中的存在形式。

基于压力衰减法的页岩气体扩散系数应力敏感性实验

页岩气衰竭式开采过程中储层有效应力逐渐增大,且气体产出是跨越解吸、扩散和渗流的多尺度传质行为,其中扩散是沟通解吸和渗流的桥梁,但以往研究尚未对气体扩散能力的有效应力响应特征给予足够重视。为此,选用四川盆地南部地区(以下简称川南地区)志留系龙马溪组页岩样品,设计并开展了不同有效应力下的压力衰减实验,揭示有效应力变化对气体扩散能力的响应机制,提出页岩基块应力敏感指数(IS_(SGD)),以定量表征基于气体扩散能力的页岩基块应力敏感性。研究结果表明:①气体扩散量随有效应力增加而降低,且变化前期快、后期慢;②随有效应力增加,大于50 nm孔缝气体扩散时间缩短;③基块岩样IS_(SGD)为25.68%,应力敏感程度为中等偏弱,而裂缝岩样则表现出更强的应力敏感性。结论认为,随着有效应力增加,页岩基质孔隙中扩散系数降低,但微裂缝中原先以黏性流、滑脱流为主的流动通道被压缩,气体流动方式逐渐以扩散为主,气体扩散系数增大,但总体输运能力仍明显降低,因此推荐川南地区页岩储层有效应力维持在17~30 MPa,有助于基块向裂缝稳定供气。

低渗凝析气藏油气相渗曲线校正方法及其应用

常规油气相对渗透率的测试是在常温、低压下进行的,界面张力高(约30mN/m),而具有低界面张力(是常规界面张力的几百分之一)的真实地层高温高压平衡油气相渗测试的过程耗时长,并且非常复杂。为此,通过调研找到一种相对渗透率曲线校正的经验公式,并将其应用到常规相对渗透率曲线的校正中,以使常规油气相渗更接近渗流实际。首次将Henderson的方法应用于国内凝析气田的实际应用中,用QK低渗凝析气藏的平衡油气相对渗透率曲线与常规油气相对渗透率曲线进行了比较,取得相关校正参数,将得到的校正公式应用到FS凝析气田中,对其常规相对渗透率曲线进行校正,其校正结果与单井动态历史拟合所得的油气相对渗透率曲线较为一致,表明该方法可应用于其他类似凝析气田的相对渗透率曲线的校正。

BZ7油藏改善蒸汽吞吐开发效果配套技术

BZ7井区于1984年4月发现,属稠油油藏,2000年2月全面投入开发。该区目前以蒸汽吞吐生产为主,由于蒸汽温度高、强度大,在生产过程中存在套管变形,油层吸汽能力弱、油井出砂等现象。为改善开发效果,根据油藏地质特点,结合油田生产实际,开展了一系列研究工作。主要采取以下措施:①对低效井,实施上返补层、开展光油管注汽实验及氮气助排等措施;②对层间矛盾突出、汽窜干扰严重的合采井,实施分注合采或隔注等;③对出砂井,采取下割缝筛管、下螺杆泵、长柱塞泵排砂及下防汽增效泵等防砂措施;④在吞吐过程中根据实际情况实施大修、酸化、压裂、隔抽等措施。结果表明,这些措施效果明显,能够显著改善蒸汽吞吐开发效果,提高油田产量。这些技术对于其他类似油藏具有一定的借鉴意义,具有较好的推广价值。