复杂油气藏压裂酸化技术

复杂油气藏压裂酸化技术
• ● 低压低渗油气藏
• 典型的低压低渗气藏有： • 苏里格气田上古生界二叠系石盒子组和山西组，压力系
数0.8~0.9MPa/100m,渗透率0.5×10-3 ~ 3.0×10-3um2 • 大牛地气田上古生界二叠系石盒子组和山西组，压力系 数0.67 ~ 0.98MPa/100m,渗透率0.3×10-3 ~ 0.9×10-3um2 • 红 台 区 块 小 草 湖 洼 陷 气 藏 ， 压 力 系 数 0.63~0. 84MPa/100m,渗透率1.0×10-3 ~ 5.0×10-3um2 • 老君庙M油藏，压力系数0.9~1.0MPa/100m
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•● 重复压裂机理与技术研究
• 针对老油田增产挖潜和中高含水油田控水稳油进一步提高 采收率，在国内外率先提出了堵老缝压新缝重复压裂技术，其基 本原理是先采用堵剂封堵老裂缝，再在其它方位压开新裂缝。通 过井筒周围应力场研究，揭示了压新缝力学机理，并通过理论分 析、室内实验和现场实践证明了压新缝的可能性以及提出了堵老 缝压新缝重复压裂的时机问题。这套技术已在长庆、中原、胜利 等油田获得成功应用。
施工方式
测试压裂 酸化 压裂 压裂
井口压力 破裂压力 梯度
85.8MPa/2290.0 m ＞0.037MPa /m 95.0MPa/2278.0 m ＞0.042MPa/m 86.0 MPa/2715.0 m ＞0.032MPa/m
92 MPa/5100.0 m ＞0.018MPa/m
• 这类油气藏改造的难点是压裂时地层压不开，酸化时 酸液注不进。
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•● 高含硫高CO2气藏
•典型气藏有：
气田名称
产层
甲烷(％) CO2 H2S(%)
建南气藏
长兴组
85.89
9.30 4.05
重庆气矿
飞仙关组
川东北海相碳酸盐 飞仙关组
岩气藏
75.29 77.96
5.44 9.1
10.49 12.6
川东北陆相碎屑岩 气藏
• 特别是川东北部是川渝地区增储上产的主要区域，其改造的
• 目前又研制成功了高温、低固相、高粘度、低成本、 缓速性能好、缓蚀效率高的冻胶酸和胶凝酸，为塔河油田 进一步开展酸带砂压裂改造作好了技术储备。特别是高粘 胶凝酸使用的胶凝剂（聚合物）含量从一般酸液体系的 0.8%~1.0%降到0.5% ~1.0%，减少了酸压过程中高粘聚合 物对储层造成的潜在伤害。
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•● 高温/超高温、深层/超深层异常高压、低孔低渗 油气藏 • 典型油气藏有：
• 准噶尔盆地侏罗系高温深层异常高压碎屑岩油藏，如成
1井测试结果如下： •成1井测试结果
• 井深，米 •5036.5～5056.5 •5087.9～5099.0 •5323.0～5328.5
测试压力/井深 92.3/ 5008 86.49/5041 89.61/5270
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• ● 低压低渗气藏
• 这类油气藏普遍具有低压、低渗、低产、低丰度的特 点，压裂改造是实现高效开发(经济开发)的关键。 • 改造难点：压裂液体系水体滤入气层产生水锁，水体 表面张力越大，热力学水锁效应越显著；油气藏越致密， 压力系数越低，动力学水锁效应越显著。从而形成严重的 水相圈闭损害，大大降低改造效果或导致改造无效。
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•● 缝洞裂隙型碳酸盐岩油气藏
•
这类油气藏的主要特征是溶洞和大裂缝或裂隙
相当发育，是主要的储集空间和渗流通道。最典型的
油气藏是塔里木盆地塔河油田，其改造难点是由于裂
缝和溶洞的存在，使得缝洞型储层酸压在流体滤失模
拟与控制、酸岩反应机理研究和工作液体系研究、产
能预测方法研究等方面的难度非常大。
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•● 复杂岩性油藏酸压技术
• 提出了研究复杂岩性裂缝性储层酸压机理实验方案和技 术思路，通过大量复杂岩性储层酸岩反应实验研究，得出了酸 岩表面反应动力学方程与酸岩系统反应动力学方程；开展了复 杂岩性储层酸蚀裂缝导流能力系统实验研究；对低渗透复杂岩 性储层提出了采用乳化酸携砂酸压技术进行改造，获得了适合 青西裂缝性低渗透复杂岩性储层增产改造的携砂乳化酸液体系， 形成的配套技术已在玉门青西油田应用，并且建议玉门青西开 展酸带砂压裂改造。
发手段的典型油气藏包括： •● 复杂岩性油气藏 • 储层岩性属于陆源碎屑岩、碳酸盐岩和粘土矿物各以 一定比例均衡存在；或某一类矿物与其它两类矿物总量之 和比例相对均衡；与碳酸盐岩单纯占优，或碎屑岩单纯占 优不同。 •
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• 最典型的油气藏是玉门酒西盆地白垩系青西油 田，如窿8井全岩分析结果如下：
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•二、技术发展与创新 ••近年来在复杂油气藏取得的主要理论和技术突破,包括：
•● 压裂裂缝延伸数学模型研究
• 在国内率先，与国外几乎同步开展了裂缝三维延伸力学机理和数学
模拟研究，逐步建立和完善了拟三维和全三维裂缝延伸数学模型，通过三 维延伸模型导出了三维酸压、水力压裂和三维压后评估等模型，裂缝三维 延伸模型考虑地层的多层和非均质特征，即任意多层的地层厚度、地应力 和岩石力学参数（如泊松比、弹性模量、断裂韧性）变化的影响，能模拟 任意多层各种应力分布模式以及裂缝穿层后的延伸情况，更为重要的是模 型考虑了多层压裂时流量的初始分配和实时再分配问题。
压裂酸化的工作对象越来越复杂，高温/超高温、深层/
超深层、复杂岩性储层、复杂流体储层、缝洞和裂缝储
层、高含硫储层、异常破裂压力储层、中高含水老油田、
低压低渗油气藏等复杂油气藏、水平井、大位移井等复
杂结构井压裂酸化改造的技术难度越来越大。
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• 近年来发现或开发并且压裂酸化技术作为主要投产开
主要难点是：在压裂酸化改造中，硫化氢强烈的还原性和化学反应
活性，导致硫化亚铁和单质硫等大量沉淀，造成压裂酸化过程中严
重的二次伤害，气井改造后效果很差或无效。
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•● 异常破裂压力油气藏
• 典型油气藏包括：
井名 地区
官3 井 赤水官渡构造带
Y2 井 合561
新疆焉耆盆地
川西致密碎屑岩 须家河组
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•● 酸化压裂设计软件研制
• 在多年机理研究、理论研究和设计方法研究成果的基础上，开 发了具有自主知识产权的系列压裂、酸化模拟、设计、预测软件，完 成了“油藏压裂模拟设计软件系统”和“酸压模拟设计平台系统” 的设计和研制。这些软件为现场压裂酸化施工提供了强有力的工具， 广泛应用于我国油气田压裂酸化的模拟、设计、分析。首次完整实现 了变排量、变支撑剂类型、变压裂液类型和变砂比的四变注液工艺模 拟，在国内首次完整地对泡沫液在井筒及裂缝中流动进行模拟，并实 现了考虑酸蚀蚓孔和酸液三维流动的酸压裂缝中酸液流动反应模拟。
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••● 压裂裂缝延伸数学模型研究
• 这些研究丰富了压裂、酸压优化设计理论和方法，更为重要的是由 此提出并研究形成了针对气顶、底水或薄层油气藏的控缝高压裂技术， 也为端部脱砂压裂技术的应用提供了理论依据。控制缝高压裂在国内首 次研究成功人造遮挡层压裂技术，为控缝高压裂技术在全国的推广应用 提供了重要的技术源头。同时建立了一套应用密度和声波测井曲线计算 地应力剖面的数学模型以及基于地应力剖面的模糊聚类分层方法。这套 技术目前正应用于海拉尔盆地控缝高压裂改造。
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•● 缝洞裂隙型碳酸盐岩油气藏
• • 同时由于裂隙缝洞的存在，改造后含水上升快， 稳产难度大。现在中石化又提出了“塔河下面找塔河” 的战略，并且最近在塔河油田的深层已有新的重大发 现，这又给高温超深层储层改造提出了新的课题。
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•● 复杂结构井
• 主要指水平井和大位移井。
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• ● 凝析气藏
• 我国凝析气藏分布广泛、资源丰富，但大多数埋藏深、渗
透率低，不能自然投产，必须压裂开发。凝析气藏压裂与常规 气藏、黑油油藏压裂有显著区别，主要表现在凝析气藏压裂后 在井筒和压裂裂缝周围有大量的凝析油析出并饱和地层而产生 凝析油环，对储层产生严重伤害，大大降低天然气产量。如何 有效降低凝析油(液)环是凝析气藏压裂改造的关键和难点。 • 国内外对凝析气藏水力压裂改造没有进行专门的系统研究， 仍采用常规油气藏的设计计算与工艺方法。
• 我国已在陆地和海域的14个油气区钻有水平井和大位 移井140余口，中原油田多个开发区块油气井属于大斜度井。 • 水平井和大位移井压裂过程中，裂缝的起压位置、裂 缝初始方位、起裂压力、裂缝形态，裂缝条数优化(压裂方 式)等属于攻关难题。 • 根据查新报告，国内外没有专门的水平井、大位移井 压裂设计软件及商业性应用的报道。
复杂油气藏压裂酸化技术
• 陆源碎屑岩、碳酸盐岩、粘土矿物基本各占1/3，该油田 是中石油产能建设的重点区块，也是玉门油田再创辉煌的希望 所在，必须采取改造才能正常投产。 • 该类油藏的改造难点是： • 这类储层导致加砂压裂和酸压的低效性和无效性。碳酸 盐岩含量低、酸溶性矿物不连续分布使酸蚀裂缝壁面产生均匀 的低强度刻蚀；高含量的粘土矿物使压裂过程中的水敏、碱敏 和支撑剂嵌入引起二次伤害和裂缝闭合失效。
复杂油气藏压裂酸化技 术
2020/11/14
复杂油气藏压裂酸化技术
•复杂油气藏压裂酸化技术
•一、特点与难点
•
•二、技术发展与创新
•三、存在问题及建议
•
•※ 堵老缝压新缝重复压裂杂油气藏压裂酸化技术
•一、特点与难点
•
“九五” 以来，随着油气勘探开发的不断深入，
复杂油气藏压裂酸化技术
•● 压裂增产效果评价模型和技术
• 依据油藏数值模拟原理，考虑地层非均质性、非达西效应、裂缝长
期导流能力、天然裂缝等因素影响，结合压裂油气井实际工作制度的变化， 建立了单井压后效果预测模型，在油田应用中不断改进和完善了“单井压 裂产能数值模拟软件”。提出了一套地层测试资料、油气井实际生产历史 资料的拟合方法，形成了一套实用的单井压裂增产评价、效果预测和方案 优化的技术和方法。该技术最近在四川盆地官南构造须家河气藏官10井、 官3-侧1井，准噶尔盆地的永1井，二连油田的太43井、太47井等的历史拟 合、增产评价等得到了较好的应用，为这些井（特别是探区、新井、新层） 的压裂方案设计和实施提供了有力的支撑。
复杂油气藏压裂酸化技术
•● 缝洞型油藏酸压机理模型研究
• 首次建立了考虑大裂缝和溶洞的缝洞型油藏压后 产能数值模拟模型，并研制了缝洞型油藏压裂的产能 模拟器，配套形成了高温深层缝洞型裂隙性碳酸盐岩 储层酸压技术，该技术已成为塔河油田开发和进一步 勘探的主力技术。
复杂油气藏压裂酸化技术
•● 缝洞型油藏酸压机理模型研究
复杂油气藏压裂酸化技术
•● 油藏整体压裂数值模拟
• 在我国提出油藏整体压裂开发概念后,提出了一套全新的整体压
裂开发的设计思路、设计原则和优化设计方法。考虑启动压力、压裂 裂缝的非对称和任意方位、渗透率随孔隙压力变化等因素，建立了非 线性流固耦合整体压裂数值模拟模型，研制了“区块整体压裂模拟设 计软件系统”。并应用这一核心技术，完成了新疆小拐油藏、新疆53东 上乌尔禾组油藏、吉林油田英101区块、胜利油田河口采油厂、大港油 田协作项目涉及的阿塞拜疆KARABAGLI油田等的整体压裂方案编制。
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•● 缝洞型油藏酸压机理模型研究
• 缝洞型（裂缝+溶洞）碳酸盐岩油气藏的酸化压裂方案 设计模型完全不同于均质或一般非均质油气藏，特别是在流 体滤失规律、酸岩反应规律和流体渗流规律方面存在显著的 差异。针对缝洞型油藏渗流特征，在国内外首次建立了三重 介质(裂缝+溶洞+基质)压裂液滤失的解析计算模型，首次提 出了考虑酸蚀蚓孔的酸液滤失计算方法，建立了考虑酸液纵 向传质的三维酸液流动反应数值计算模型；
温度,℃ 压力系数
126.4
1.84
126.9
1.72
134.0
1.70
复杂油气藏压裂酸化技术
• 千米桥潜山超高温深层凝析气藏，井深4500-5700米，温 度150-180℃。 • 这类油气藏改造难点是： • 没有满足超高温和超深井的低伤害、低摩阻、高密度要求 的压裂酸化工作液体系。 • 难以形成宽裂缝、不能解决砂堵和支撑剂破碎而导致支撑 裂缝失效的问题。 • 对于碳酸盐岩高温储层酸压时，一般酸液的酸岩反应速度 快、导致酸蚀作用距离短。 • 地层压不开、酸液注不进。