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全球低渗透油气开发瞭望

来源:中国石油工具网 日期:2010-12-10 浏览量:
低渗透油藏通常具有低丰度、低压、 低产“三低”特点,其有效开发难度很大。低渗储层中油气富集区,特别 是裂缝发育带和相对高产区带的识别评价、开发方案优化、钻采工艺、储层改 造、油井产量、开采成本、已开发油田的综合调整等技术经济问题,制约着低 渗油藏的有效和高效开发。
 
  低渗透油田数量很多,储藏着丰富的油气资源,美国、俄罗斯、加拿大等产油国都发现了大量的低渗透油田。 如美国的文图拉油田可采储量达到1×108t,加拿大的帕宾那油田地质储量为 11×108t,可采储量为3×108t。这类油田具有地质情况复杂、开采难度大、 产能低和经济效益差等特点。俄罗斯难以开采的石油储量占剩余可采储量的 40%以上,从低渗透油藏中采出的石油占全部产量的25%。中国中低渗透 原油储量的比例越来越高,探明低渗透地质储量占我国探明油气资源地质储量 1/3以上,占“九五”以来新增储量和投入开发的地质储量的3/4左右。已探 明的低渗透油气田有285个,它们广泛分布在各含油气盆地的21个油区。
 
  技术现状
  
  油气藏描述包括野外露头天然裂 缝描述技术、岩芯裂缝描述技术、成像与常规测井裂缝描述、储层生产动态测 试资料表征、三维地震、井间地震和井
间电磁波等油气藏表征、三维可视化、 综合地质研究等技术。
 
  钻井  包括气体钻井、雾化钻井、 泡沫钻井、欠平衡钻井技术与装备等。欠平衡钻井亦称欠平衡压力钻井,这一 概念早在20世纪初就已提出,但是直到20世纪80年代初期,井控技术和井 控设备出现使防止井喷成为可能,这种钻井技术才得以发展和应用。在美国和 加拿大,欠平衡钻井已经成为钻井技术发展的热点,并越来越多地与水平井、 多分支井及小井眼钻井技术相结合,在美国欠平衡钻井占总钻井数的比例已经 达到30%(图1)。
 
  完井  完井技术包括裸眼完井、水 平井裸眼分段压裂和智能完井管柱。裸眼完井法,是将套管下至生产层顶部进 行固井,生产层段裸露的完井方法。优点是生产层裸露面积大,油、气流入井 内的阻力小,但不适于有不同性质、不同压力的多油层。根据钻开生产层和下 入套管的时间先后,裸眼完井法又分为先期裸眼完井法和后期裸眼完井法。水 平井裸眼分段压裂是对完井时未下油层套管的水平油气井进行的一种分段压裂 改造,可以提高水平段的的孔渗情况,提高储层的渗透能力。智能完井管柱, 每一个分支的流量可控制,如果某一分支井眼含水超过80%,就关闭这一分 支井眼的生产,因此智能完井管柱可以实现分层开采,缓解层间矛盾改善开发 效果。
 
  油气井类型  油气井包括水平井和多分支井。水平井钻井技术是在定向 井钻井技术的基础上发展起来的。目前已作为常规钻井技术应用于各类油藏。 水平井钻井成本已降至直井的1.5~2.0 倍,而水平井产量则是直井的4~8 倍。2006年加拿大地下开采技术研究中发现,水平井(斜井)技术是可以应 用在任何油藏大幅度提高油井产量的技术,生产成本也可以大幅度降低。在东 德克萨斯和克利夫兰低渗透砂岩气藏中水平井的应用近年逐渐增多,取得了较 好的经济效益(图2、图3)。
 
  多分支井是在水平井、定向井基础 上发展起来的,指在一口主井眼(直井、定向井、水平井)中钻出若干进入 油气藏的分支井眼。分支井可以从一个
井眼中获得最大的总水平位移,在相同 或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层(图4)。哈里伯顿公司拥有分支井 的全套钻井、完井、开采和分支井重新
进入等配套技术和工具装备,拥有多数 专利技术,技术处于世界领先地位。
 
  多分支井在油田开发中解决如下问 题:一是通过提高井眼与油藏的接触长度,增加泄油面积,来提高井生产能 力;二是降低井数,并且降低打井时的地面设备,对于海上油田可减小平台尺 寸重量;三是降低钻井和生产的单位成本,从而降低油田的整体开发成本;四 是有效地应用有限的空间;五是减少岩屑和泥浆的排放,减少对环境的污染。
 
  储层增产  包括氮气泡沫压裂、泡沫酸化酸压、水平井裸眼分段泡沫压 裂、液态CO2加砂压裂、重复压裂、微聚无聚压裂液、轻型支撑剂可变形支 撑剂和加纤维支撑剂、无聚合物CO2压裂、多级压裂。在得克萨斯Panhandle 油田枯竭致密砂岩气藏中应用斯伦贝谢公司C02压裂技术,结果表明,裂 缝半长度提高41%,导流能力提高197%,产量提高29%,产层每英尺有效厚度的产量提高164%(图5)。作业成本显著降低,其中处理液用量减少18%,冲洗液用量减少25%。由于无 需强行起下作业、封隔器润滑和压井,降低了油管安装成本。
 
  压裂作业成本很高,占总钻完井费用的10%~15%,因此需要采取措施 来降低成本。经过研究和开发,压裂工艺由直井压裂发展到重复压裂、斜井和 水平井压裂、连续管压裂和小井眼压裂等多种压裂技术,压裂泵注程序也从单级压裂发展到多级压裂。连续管技术带动了压裂新技术的发展。连续管多层压裂技术可以实现在一个井眼中通过一次起下钻处理多个层。减少了起下钻过程,节约了资金和时间。连续管压裂技术方面比较有代表性的有斯伦贝谢公司的CoilFRAC系统和贝克休斯公司的Fastfrac系统。斯伦贝谢公司的CoilFRAC系统,允许单层隔离压裂外,还可以实现在一个井眼中先进行一个层段的射孔、压裂和封堵作业,完成后上提再进行第二个甚至是第三个层段的压裂作业。
 
  驱替方式  包括弹性驱、注水、注气及水气交注(图6)、人造气顶驱、蒸汽驱。目前由于CO2排放引发环境问 题,各大石油公司重视和发展CO2驱油技术(图7)。
 
  2008年统计世界低渗透油田EOR 项目,油气藏储层渗透率小于50× 10 -3μm 2 ,EOR总计99个,其中气驱 82个,占83%,而CO2混相驱EOR占91%。世界低渗透油田的EOR以气驱 为主,CO2气驱项目中以CO2混相驱为主,热采以蒸汽驱和火烧油层为主(图 8、9、10)。
 
  对低渗透油藏,注蒸汽后采收率提高幅度相当大。一个主要的原因是注入 蒸汽时,热量通过热传导作用传递到渗透性较低的地区以及蒸汽波及不到的地 区。尽管这个结果是从垂向驱油效率和平面驱油效率差异的主要原因。二维垂 向水驱和蒸汽驱两种情况下:采收率提高值均大于35%。注蒸汽后油层含油 饱和度减少。低渗透层中残余油饱和度大约在10%左右。热能一旦进入低渗 透层,将通过热膨胀作用、汽化作用、降粘作用提高采收率。另一方面,对低 渗透油层,水驱后的含油饱和度接近初始含油饱和度(50%)。而且,注入 的蒸汽可以更好地驱替的油层。汽化作用使残余油饱和度减少到1%左右,而 该区水驱后残余油饱和度为10%。在Belridse油田南部(加利福尼亚州)的低 渗透、裂缝性轻质油藏已经开展了大量的注蒸汽现场试验。其中两个试验的结 果证明这些油藏注蒸汽的效果非常好。
 
  井网加密  为了改善油田目前的开 发效果,减缓产量递减,降低含水上升率,延长油田的经济开采期,实现 其较长时间的高产稳产,减少储量损失,提高原油采收率,井网加密技术 在开采中发挥了关键作用。对于多层叠置的透镜状气藏,由于单井泄气面 积小,井间加密是提高气藏采收率的技术关键。美国低渗气藏的开发经验 表明:通过井网加密,气藏采收率可以提高26%~44%(图11)。
 
  发展趋势  
 
  为了高效开发低渗透油气,取得较好的经济效益,渗透油藏油气开发向着 应用保护油层为主的小井眼、水平井、多分支井、欠平衡钻井、低密度钻井 液及大型水力压裂技术与装备开发低渗透油气田。小井眼技术、水平井技术和 CO2泡沫酸化压裂新技术应用,较大幅度地提高了单井产量,实现了低渗透油 田少井高产和降低成本的目的。密井网、油藏保护、水力压裂、水平井、多 分支井开发技术和小井眼开发技术成为低渗透油田开发的发展方向。