低渗透油田的采油工艺技术

（大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆 163453）

摘  要：随着低渗透油藏注水技术的发展和应用，油田开发后期由于储层非均质性而导致的高渗层出现了窜水和出水现象，大量剩余油无法在中、低渗透层中被扫走，造成了油井产量下降、含水增加、经济效益差等问题。因此，低渗透油层的开发是提高采收率的关键。本文分析了低渗透油藏的储层特征，建立了低渗透油藏中、高含水期注水开发调整模式，研究了动态裂缝的形成机理和分布规律，剩余油描述和扩展波及体积，并提出了高效采油的策略。

关键词：低渗透;油田开发；注水开发

1 油田典型低渗储层特征分析

1.1物理性质比较

低渗透储层孔渗低、非均质性强、孔隙结构复杂、产量递减快、采收率低。 因此，了解不同类型低渗透储层的特征对于有效开发具有重要意义。 以大庆和长庆为例，对比了它们的低渗透（上覆基质渗透率为10-50×10-3 μm2）、特低渗透（上覆基质渗透率为1-10×10 −3 μm2) 和超低渗透（上覆基质渗透率为 0.2–1.0 × 10−3 μm2）储层，使用速率控制的汞注入、核磁共振和非线性渗流物理模拟实验。

主喉道半径是高压压汞测得的喉道对渗透率的累积贡献率达到80%时对应的喉道半径。它是表征储层岩石微观孔隙结构、影响储层流体渗流能力的重要参数。对比大庆和长庆参数来看，低渗、特低渗和超低渗储层物性参数差异明显。低渗透储层的主喉道半径较小，可动流体百分比较低，假启动压力梯度较高。这些结果表明，在超低渗透油藏中很难建立有效的压力驱动系统，并且需要在工业化利用之前进行大规模的体积压裂。

1.2储层分布特征

图1显示低渗透砾岩油藏微观孔隙结构图，大孔隙出现在流体流入砾岩储层的位置。这些构造导致水驱后剩余油分布不均。

图1 低渗透砾岩油藏大孔隙发育图

1.3 传统的提高采油率技术

传统的提高采收率方法是指很好提高或提高油藏石油采收率的方法，包括二次和三次采油方法。一般而言，在二次水驱或气驱后，常规储层的恢复系数可以从约 20% 提高到约 35-45%。三次采油方法是指利用物理、化学、生物技术从成熟油田经济地回收碳氢化合物，包括一致性控制、化学驱、CO2和采用纳米粒子提高采油率的大多数当前技术。一般而言，采用三次采油的方法，常规油田的石油采收率可以进一步提高 5-20%。

1.3.1 水驱

一次采收后，通常注入水以补充储层能量并驱替剩余油[148]。已经很好地研究了水驱的波及和驱替效率。扫描效率很大程度上取决于迁移率，理论上，迁移率越低，波及效率越高。在宏观尺度上，由于注入水比一般油藏油重，粘度小，水驱遭受重力分异和指进问题，导致早期突破。储层的非均质性和天然裂缝可能通过允许水通过储层的高渗透部分并形成以水为主的通道而进一步降低波及效率。

1.3.2 气体注入

作为美国主要的采油方法，注气通常使用 CO2、N2 或天然气在不混溶或混溶条件下驱油。与水驱相比，注气具有更高的驱替效率，适用范围更广，尤其是低渗透油藏和稠油油藏。非混相注气的主要采油机制是补充储层压力以将油推向生产井和将气体溶解到油相中以使其更轻、更不粘稠。对于混相过程，除上述机制外，注入气油之间的界面张力显着降低甚至消除，显着提高微观驱替效率。

1.3.3 水气交替注入

另一个有效控制注入气体流动性的选择是水交替气体 注入，其中先注入气体，然后再注入水。这种替代顺序可以重复多次。注入的气段塞与前方的油库形成混相带，而水段塞改变了天然气的注入剖面，阻止了天然气的指进和窜出。

1.3.4 热采

热采是指有意将热量引入地下矿床以采收碳氢化合物，主要是从重油储层中采收。在过去的几十年中，已经研究并实施了循环蒸汽吞吐或蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、蒸汽辅助重力泄油和原位燃烧。粘度降低、热膨胀和渗吸是与辅助溶液气体驱动和重力泄油相关的主要采油机制。

1.3.5 化学驱动

化学驱使用化学品来提高驱替流体的波及效率或驱替效率。常用的化学品包括碱、表面活性剂、聚合物、凝胶、乳液以及它们的组合，如碱聚合物、表面活性剂聚合物、碱表面活性剂聚合物等。 在实践中，通常注射不同配方和尺寸的段塞依次进入油藏以优化化学性能。

2  低渗透油藏注水开发调整模式及关键技术

大多数低渗透油藏采用高压注水和超前注水方式开发。由于人工裂缝、天然裂缝和水驱形成的动力裂缝的多重作用，沿裂缝方向渗水速度较快，含水陡峭。然而，裂缝横向存在少量水，从而导致更多的剩余油可能无法采收。以长庆望窑注水试验区为例，沿裂缝方向和裂缝横向布置9口检查井。监测结果显示，检查井沿裂缝方向布置的裂缝含水量为 100%；距裂缝带两侧约80 m处的检查井含水量为30%～40%，距裂缝带两侧100 m以上的检查井含水量小于 10%；这表明裂缝横向的原油开采量较低。针对这些特点，提出了“沿裂缝带注水、侧向驱替”的水驱开发调整模式，包括以下三项关键技术。

2.1 动态裂缝形成机理及分布规律

低渗透储层物性较差，导致注入井周围地层压力增加。当地层压力达到一定限度时，地层中就会产生微裂缝，并在特定的注水条件下不断延伸，形成动态裂缝。大量的试验和动态反映证实了裂缝对低渗透油藏渗流和水驱的影响很大，这种影响是控制剩余油平面分布的决定性因素。地应力和注水参数决定了这些动态裂缝的延伸方向和长度。从安塞油田王窑区756口井的试验结果可以看出，动态裂缝的延伸方向与水平最大主应力方向一致。此外，注水强度越大，注水时间越长，动态裂缝的延伸范围越大。

不少的研究调查发现，由于埋藏深度、裂缝方向、孔隙流体压力和当前地应力的控制，不同储层层段的开启压力变化显着。可根据当地天然裂缝的成熟度确定合理的注入压力。在天然裂缝较少的地区，注水压力不能大于地层裂缝压力，避免大规模压裂导致见水。在裂缝较密的地区，当裂缝张开压力小于地层压裂压力时，可合理设置注入压力小于地层压裂压力，避免天然裂缝大规模张开连接。或者，可根据地层压裂压力适当设定注入压力，避免新的大规模压裂。

2.2 剩余油描述

部分研究者采用物理和数值模拟方法研究低渗透油藏残余油。使用自主研发的基于相似理论和等效介质理论的高压大模型物理模拟实验系统进行井组物理模拟，数值模拟技术主要考虑动态裂缝对渣油分布行为的影响。经过对王耀试验区残油分布模拟发现，平面上的残油分布受裂缝与井网的对应关系控制，并且模拟结果显示了水驱的带状特征。残油在裂缝两侧呈不规则条带状和纺锤状分布。

2.3 扩扫容积技术

在低渗油藏注水开发过程中，人工压裂结合注水加压产生的动态裂缝，形成动态裂缝带。 沿最大主应力方向注水，控制动态裂缝的产生，利用裂缝实现近线性侧向位移； 这有助于将波及体积技术应用于不同类型的储层。 采用该技术，新疆八区乌尔禾组、大庆朝阳沟毛9区块、长庆王窑试验区采收率均超过3%。

3  低渗透油藏有效利用开发模式及关键技术

针对低渗透小喉道油藏存在的问题和建立有效驱替的困难，建立了低渗透油藏水平井+体积压裂开发模式。这种开发方式大大提高了初始单井产量，促进了超低渗透油藏的大规模生产。该模式包括以下四种方法和关键技术。

3.1 体积变换技术的核心理论与优化设计方法

该理论的核心是“打破”储层基质，形成裂缝网络，最大化裂缝壁与储层基质之间的接触面积，最小化基质流体对裂缝的阻力，大大提高储层的整体渗透率，实现油藏的“立体转换”。该技术可大幅度提高单井产量，降低油藏有效利用下限。这需要开发地质、工程一体化的优化设计方法； 还需要将地质、油藏、工程（钻井改造）有机结合。

3.2 水平井轨迹优化调整技术

低渗透储层具有储量丰度低、物性差、裂缝发育、非均质性强等特点。针对油藏开发选择的技术难点，提出了三项特色技术；这些是储层定量分类评价、裂缝识别和描述以及精细储层建模。井位优化技术以沉积和成岩相研究为核心，以储层综合评价为核心，在低渗透储层中找到水平井开发的“甜点”。轨迹优化设计技术的核心是确定纵向的主要贡献区间。同时引入三维地质建模，确定三维空间中主要贡献层的分布，解决低渗透油藏轨迹设计难的问题，确保水平井遇到更好的油层。

3.3 水平井注采井网优化技术

利用油藏非线性渗流数值模拟技术，结合现场实际，采用井网优化设计方法，形成了基于纺锤形压裂和五点井网的水平井注采模式。行距的确定主要基于低渗透储层的流体渗流模式，不遵循达西定律，具有非线性渗流特性。根据非线性渗流理论，确定了极限驱井距和有效驱井距。研究结果表明，纺锤形五点井网在相同含水率下具有单井产量高、采收率高等优点。

3.4 水平井分段压裂技术

低渗透油藏一般为为块状砂体块状油藏，大规模开发平面砂的水平井分段多簇压裂技术已证明适用于该类油藏。 大部分油藏地区为多层薄砂体、窄砂体的油藏，开发薄夹层的水平井射孔压裂技术已证明适用于该类油藏。

水平井钻井和体积压裂已被证明是可以显着增加储层接触的有效增产方法，并已应用于低渗透到超低渗透储层的开发。对于致密储层，水力压裂通常会导致高度复杂的水力网络。了解水力压裂对油井性能的影响非常重要。一些研究者使用井压瞬态分析和速率瞬态分析 的半解析解来确定不同水力压裂的流入性能。针对大部分低渗透油藏地质特征，提出了以水平井钻井和体积压裂为基础的水平井分段多簇压裂技术。实现了从两翼规则扩张的分段压裂技术向多条裂缝成簇、扩大与储层接触体积的分段多簇压裂技术过渡。进一步加强地质工程一体化，按照产能将平面划分为区块，考虑垂直贯穿理念，建立了水平井贯穿压裂技术。除了这些技术外，渗吸采油技术在超低渗透油藏和致密油藏的开发中也发挥了积极作用。因此，吸胀受到了广泛的关注，需要对吸胀机理进行深入研究。

4  总结

（1）针对低渗透油藏，建立中高含水阶段注水开发调整模式，沿裂缝带、沿侧向驱替注水。发展了动态裂缝形成机理和分布规律、剩余油描述、扩大波及体积等研究方法和技术。

（1）确定了水平井与体积压裂相结合的低渗透油藏开发模式，即在油藏大规模开发平面砂时，采用水平井分段多组分压裂技术，随着薄夹层的开发，水平井射孔压裂技术已应用于我国油田。针对不同特征的储层，开展了体积压裂岩心理论与优化设计、水平井轨迹优化调整、水平井注采井网优化、水平井分段压裂等研究。

参考文献：

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