鄂爾多斯盆地低滲透氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)及開(kāi)發(fā)前景

摘 要

摘要：鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源，但是儲(chǔ)層隱蔽性強(qiáng)、非均質(zhì)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)難度極大。“十一五”期間，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司通過(guò)不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，探
摘要：鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源，但是儲(chǔ)層隱蔽性強(qiáng)、非均質(zhì)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)難度極大。“十一五”期間，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司通過(guò)不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，探索形成了低滲透氣藏效益開(kāi)發(fā)建設(shè)模式，突破了水平井、致密儲(chǔ)層改造等提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)，建成了年產(chǎn)天然氣200×108m3以上的生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。目前長(zhǎng)慶油田未動(dòng)用天然氣儲(chǔ)量規(guī)模達(dá)數(shù)萬(wàn)億立方米，仍具有相當(dāng)大的開(kāi)發(fā)潛力，但是這些未動(dòng)用儲(chǔ)量主要賦存于多薄層致密砂巖儲(chǔ)層中且氣水關(guān)系復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)儲(chǔ)量的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)，提出以提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低開(kāi)發(fā)成本為目標(biāo)，并加強(qiáng)以下5個(gè)方面技術(shù)攻關(guān)的工作思路：多薄層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)、氣水層綜合判識(shí)技術(shù)、水平井快速鉆井及分段改造技術(shù)、直井多層改造技術(shù)、提高采收率技術(shù)。還展望了該盆地的天然氣開(kāi)發(fā)前景。
關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地低滲透氣藏；經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)；關(guān)鍵技術(shù)；提高單井產(chǎn)量；前景展望；中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司
    鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源，但是具有典型的“三低”特征(低滲透率、低壓力、低豐度)，儲(chǔ)層隱蔽性強(qiáng)，非均質(zhì)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)難度極大。“十一五”期間，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司)通過(guò)不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，積極探索現(xiàn)代管理方法，著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，形成了以“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化建設(shè)、數(shù)字化管理、市場(chǎng)化運(yùn)作”為核心的低滲透氣藏效益開(kāi)發(fā)建設(shè)模式[1]，突破了水平井、致密儲(chǔ)層改造等提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)，建成了年產(chǎn)天然氣200×108m3以上的生產(chǎn)能力，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。2010年公司年產(chǎn)氣量達(dá)到211×108m3，長(zhǎng)慶氣區(qū)已經(jīng)成為我國(guó)重要的天然氣生產(chǎn)基地[2]。
1 “十一五”期間天然氣開(kāi)發(fā)主要做法與成果
1.1 地球物理勘探技術(shù)不斷進(jìn)步，為氣田開(kāi)發(fā)提供了有力支撐
1.1.1儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)
   對(duì)于靖邊氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏，通過(guò)地震正演建立預(yù)測(cè)模型，利用大量的二維地震資料定性預(yù)測(cè)全區(qū)奧陶系頂部古地貌。在水平井部署區(qū)，應(yīng)用三維地震拓頻及相干技術(shù)，定量解釋奧陶系頂部侵蝕量，準(zhǔn)確地描述奧陶系古地貌和微構(gòu)造的空間形態(tài)，為水平井部署提供依據(jù)。
    對(duì)于榆林、子洲氣田下二疊統(tǒng)山西組山2段砂巖，通過(guò)已知井建立波形特征識(shí)別模式，對(duì)全區(qū)目標(biāo)砂巖進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。在具有一定井控程度的開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，通過(guò)井約束地震反演，定量預(yù)測(cè)山2段砂巖厚度。在砂巖預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)山2段砂巖與圍巖的組合特點(diǎn)，將其定性為第Ⅰ類(lèi)(高阻抗砂巖)AV0響應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用中，利用地震道集中目標(biāo)反射振幅隨偏移距增大而減小來(lái)定性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的含氣性。
    對(duì)于蘇里格氣田下二疊統(tǒng)下石盒子組盒8段致密砂巖，從地震資料采集、處理、解釋3個(gè)方面入手，經(jīng)過(guò)不斷探索和努力，實(shí)現(xiàn)了“模擬到數(shù)字、二維到三維、疊后到疊前、砂層到氣層”的4大轉(zhuǎn)變。①資料采集實(shí)現(xiàn)了從模擬到全數(shù)字的轉(zhuǎn)變，得到了包含完整AVO信息的地震資料；②資料處理以最大限度保持疊前動(dòng)力學(xué)信息為目的的高保真去噪處理，得到了寬頻、保真、全面的地震資料；③資料解釋從疊后阻抗反演向疊前多參數(shù)反演的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了從砂體預(yù)測(cè)到氣層預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)變[3](圖1)。在水平井開(kāi)發(fā)區(qū)，進(jìn)一步開(kāi)展高密度全數(shù)字三維地震，并充分發(fā)揮三維地震的優(yōu)勢(shì)，采取疊前、疊后預(yù)測(cè)相結(jié)合的思路，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)盒8段儲(chǔ)層的微構(gòu)造特征并全方位描述該儲(chǔ)層的空間展布。在此基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用三維可視化技術(shù)和手段，進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)和叢式井部署，大幅度提高了三維區(qū)叢式井鉆井成功率和水平井的儲(chǔ)層鉆遇率。

1.1.2儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)
    以高精度數(shù)控和成像、核磁測(cè)井為基礎(chǔ)，以孔隙結(jié)構(gòu)和含氣性定量評(píng)價(jià)為核心，形成了致密砂巖有效儲(chǔ)層識(shí)別、氣水層快速判識(shí)、儲(chǔ)層參數(shù)精確計(jì)算、測(cè)井產(chǎn)能分級(jí)預(yù)測(cè)等技術(shù)系列，為蘇里格氣田快速上產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。
    ① 針對(duì)蘇里格氣田存在高阻產(chǎn)水、低阻出氣、氣水關(guān)系復(fù)雜的情況，綜合采用測(cè)井、氣測(cè)信息，準(zhǔn)確識(shí)別流體性質(zhì)，精細(xì)解釋氣水層，為科學(xué)制訂試氣方案提供了依據(jù)；②針對(duì)蘇里格地區(qū)盒8段、山1段儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型普遍呈現(xiàn)粒間溶孔(中孔為主)、晶間孔(微孔為主)并存的雙孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，巖電關(guān)系與常規(guī)的粒間孔隙儲(chǔ)層存在明顯差異，提出了雙孔隙類(lèi)型測(cè)井含氣飽和度解釋模型，提高了含氣飽和度解釋精度(圖2)；③針對(duì)致密砂巖成巖作用強(qiáng)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，形成了以核磁測(cè)井為基礎(chǔ)的孔隙結(jié)構(gòu)定量評(píng)價(jià)技術(shù)，為低滲透致密砂巖有效儲(chǔ)層劃分提供了可靠依據(jù)。

1.2 鉆井提速助推了氣田大規(guī)模開(kāi)發(fā)
1.2.1直井和叢式井快速鉆井技術(shù)
    通過(guò)強(qiáng)化井身剖面優(yōu)化、軌跡控制及PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)等技術(shù)攻關(guān)研究，大幅度縮短了鉆井周期，井深3500m左右的直井由平均45d縮短到15d左右，叢式井由平均35d降到20d左右。
1.2.2水平井快速鉆井技術(shù)
    ① 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，取消了導(dǎo)眼，為水平井快速鉆井奠定基礎(chǔ)；②優(yōu)化合理的靶前距，將剖面類(lèi)型從中短半徑轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)半徑，靶前距從350m增加到500m，復(fù)合鉆井段達(dá)到70%以上；③從鉆頭冠狀結(jié)構(gòu)、裙部長(zhǎng)度和刀翼數(shù)量3個(gè)方面改進(jìn)，優(yōu)選出了適合地層特點(diǎn)、滿(mǎn)足工藝需求的優(yōu)質(zhì)高效PDC鉆頭；④不斷完善鉆井液體系，斜井段采用雙鉀鹽聚磺鉆井液體系，抑制了“雙石層”的坍塌，減少了井下復(fù)雜，克服了PDC鉆頭泥包、粘卡等難題，水平段采用無(wú)土相低傷害暫堵鉆(完)井液體系，有效地保護(hù)了儲(chǔ)層[5]。通過(guò)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、選擇合理靶前距，優(yōu)選鉆頭及不斷完善鉆井液體系等技術(shù)手段，大大縮短了鉆井周期，為水平井規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)保障。
1.3 水平井技術(shù)有效地提高了“三低”氣藏單井產(chǎn)量
1.3.1井位優(yōu)選及軌跡優(yōu)化技術(shù)
    針對(duì)蘇里格氣田有效儲(chǔ)層較薄、連續(xù)性差的特征，充分利用三維地震資料，做好“六圖一表”(地震剖面、砂體厚度、氣層厚度、氣層頂面、底面構(gòu)造和氣藏剖面圖及靶點(diǎn)預(yù)測(cè)表)，優(yōu)化水平井靶點(diǎn)設(shè)計(jì)(圖3)；鉆井過(guò)程中，通過(guò)充分應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)錄井資料，對(duì)巖性、粒度、顏色實(shí)時(shí)觀察，對(duì)鉆時(shí)、氣測(cè)隨鉆分析對(duì)比等手段，精細(xì)調(diào)整井身軌跡[6]。

1.3.2水平井儲(chǔ)層改造技術(shù)
    針對(duì)水平井改造面臨的難題，近年來(lái)公司以提高單井產(chǎn)量和作業(yè)效率為目標(biāo)，深化室內(nèi)基礎(chǔ)研究、優(yōu)化分段改造工藝、實(shí)現(xiàn)工具系列化，初步形成了以水力噴砂壓裂為主體的水平井多段壓裂改造技術(shù)體系。
1.3.2.1 研發(fā)形成了具有長(zhǎng)慶特色的水力噴射分段壓裂技術(shù)[7]
    該技術(shù)通過(guò)高速水射流射開(kāi)套管和地層并形成一定深度的噴孔，流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，在噴孔附近產(chǎn)生水力裂縫，實(shí)現(xiàn)壓裂作業(yè)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了射孔、壓裂、隔離一體化，具有適用多種完井方式(裸眼、套管、篩管)、不同儲(chǔ)層類(lèi)型(砂巖、碳酸鹽巖)、井下管柱簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高等特點(diǎn)。2008年在長(zhǎng)慶氣區(qū)第一口水平井壓裂試驗(yàn)獲得成功，壓后增產(chǎn)5倍，堅(jiān)定了蘇里格水平井開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的信心，由此引領(lǐng)了水平井分段壓裂的強(qiáng)力攻關(guān)與試驗(yàn)。但該技術(shù)在初期采用油管拖動(dòng)水力噴射多段壓裂工藝，存在壓裂段數(shù)少、井控風(fēng)險(xiǎn)大等不足，2009年又創(chuàng)新提出了水力噴砂+多級(jí)滑套實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱多段壓裂的技術(shù)思路，形成了氣田不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從Φ114.3mm套管一次壓裂3段到5段再到7段得跨越(圖4)，并在Φ152.4mm裸眼實(shí)現(xiàn)一次壓裂10段得重大突破，2010年實(shí)施井平均壓裂7段，平均無(wú)阻流量達(dá)57.3×104m3/d，取得了較好效果。
1.3.2.2 裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)[8～9]
   為進(jìn)一步探索水平井分段壓裂技術(shù)，積極開(kāi)展對(duì)外合作，引進(jìn)了裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)，通過(guò)消化、吸收，自主研發(fā)了裸眼封隔器分段壓裂工具。2010年，在蘇里格氣田規(guī)模應(yīng)用裸眼封隔器分段壓裂井平均試氣井口產(chǎn)量11.2×104m3/d，總體實(shí)施效果較好。
   截至2010年底，蘇里格氣田完鉆水平井平均水平段長(zhǎng)929m，砂巖鉆遇率為82.3%，有效儲(chǔ)層鉆遇率為60.5%。投產(chǎn)井初期產(chǎn)量達(dá)7.8×104m3/d，預(yù)測(cè)單井配產(chǎn)5.0×104m3/d可以穩(wěn)產(chǎn)3年，最終累計(jì)采氣量7000×104m3/d以上。
1.4 不斷完善不同類(lèi)型氣藏地面集輸模式
   根據(jù)不同氣藏的儲(chǔ)層物性特征、氣井生產(chǎn)特點(diǎn)、氣質(zhì)狀況和開(kāi)發(fā)區(qū)域地形、地貌特點(diǎn)，優(yōu)化、簡(jiǎn)化了地面工藝流程。形成了以靖邊、榆林、蘇里格氣田為代表的3種地面集輸模式[10]：①靖邊氣田采用以多井高壓集氣、集中注醇等“三多三簡(jiǎn)”的開(kāi)發(fā)地面配套工藝技術(shù)；②榆林氣田采用以“節(jié)流制冷、低溫分離、高效聚結(jié)、小站脫烴”為主體技術(shù)的地面集輸工藝；③蘇里格氣田是以“井下節(jié)流、井口不加熱、不注醇、中低壓集氣、井間串接”等為核心技術(shù)的“中低壓集氣模式”。近年來(lái)，又創(chuàng)新發(fā)展了蘇里格氣田數(shù)字化集氣站管理新模式，實(shí)現(xiàn)了中心站少量值班人員管理多座無(wú)人值守?cái)?shù)字化集氣站，達(dá)到了“三減少、兩提高”的目的。三減少：減少站場(chǎng)生產(chǎn)定員50%以上，集氣站面積減少20%，減少水、電、氣消耗，降低運(yùn)行成本；兩提高：一是由中心管理站對(duì)集氣站集中監(jiān)視、控制，提高管理、調(diào)度的效率，二是提高氣田管理水平和生產(chǎn)運(yùn)行安全保障能力。
1.5 深化氣田生產(chǎn)管理，夯實(shí)調(diào)峰供氣基礎(chǔ)
    氣田生產(chǎn)受下游用戶(hù)需求變化的影響極大，在目前儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)滯后的情況下，公司以“保民生、保穩(wěn)定”為宗旨，采取以下措施，初步構(gòu)建了應(yīng)急調(diào)峰機(jī)制，確保了安全平穩(wěn)供氣。
    ① 努力推進(jìn)天然氣一體化系統(tǒng)工程。對(duì)蘇里格氣田穩(wěn)定生產(chǎn)、穩(wěn)定供氣，靖邊、榆林氣田高產(chǎn)井在夏季實(shí)施保護(hù)性開(kāi)采，確保其調(diào)峰能力；加快靖邊南區(qū)產(chǎn)能建設(shè)，建設(shè)一定規(guī)模的調(diào)峰產(chǎn)能。②加大氣藏、氣井管理力度，降低氣藏非均衡開(kāi)采程度。以氣藏開(kāi)發(fā)單元管理為基礎(chǔ)[2]，進(jìn)一步完善氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，研究井間、層間、區(qū)塊間連通關(guān)系和不同區(qū)域動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量規(guī)模，掌握氣藏剩余儲(chǔ)量的分布規(guī)律和可動(dòng)用性，不斷修正和完善氣藏動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型，及時(shí)提出調(diào)整挖潛措施。與此同時(shí)，通過(guò)排水采氣、噴射引流等手段提高低壓、低產(chǎn)氣井的開(kāi)井時(shí)率，降低中、高產(chǎn)井的生產(chǎn)負(fù)荷，保護(hù)氣井調(diào)峰產(chǎn)能。③開(kāi)展氣田生產(chǎn)大調(diào)查工作，科學(xué)安排生產(chǎn)計(jì)劃。分新井和老井兩個(gè)層面逐井落實(shí)生產(chǎn)能力。對(duì)于新井，按月編制投產(chǎn)運(yùn)行大表，逐井落實(shí)投產(chǎn)時(shí)間，在實(shí)施過(guò)程中，優(yōu)先考慮能進(jìn)系統(tǒng)的井，最大限度地發(fā)揮新井作用；對(duì)于老井，采用多種氣藏工程方法核實(shí)氣井產(chǎn)能。同時(shí)調(diào)查氣田采氣、集輸、凈化處理系統(tǒng)，尋找制約氣井產(chǎn)能發(fā)揮的主要因素。④充分利用數(shù)字化管理的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)主要參數(shù)的監(jiān)控，對(duì)重點(diǎn)氣井及集輸管線(xiàn)系統(tǒng)實(shí)行全天候監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整氣井、集氣站、處理廠、管線(xiàn)的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。
2 開(kāi)發(fā)前景展望
    目前長(zhǎng)慶氣區(qū)未動(dòng)用儲(chǔ)量規(guī)模達(dá)數(shù)萬(wàn)億立方米，仍具有相當(dāng)大的開(kāi)發(fā)潛力，但是這些未動(dòng)用儲(chǔ)量主要賦存于多薄層致密砂巖儲(chǔ)層中且氣水關(guān)系復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度將會(huì)進(jìn)一步加大。為確保“十二五”期間建成年產(chǎn)350×108m3的生產(chǎn)能力，下一步必須以提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低開(kāi)發(fā)成本為目標(biāo)，重點(diǎn)開(kāi)展以下科研工作：
    1) 拓展高密度、寬方位三維地震技術(shù)和多方位井中地震技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)一步開(kāi)展巨厚低降速帶區(qū)和流沙區(qū)的地震采集方法攻關(guān)，優(yōu)化現(xiàn)有采集參數(shù)，提高地震子波一致性，拓寬地震原始資料頻帶，提高主頻。加強(qiáng)地表一致性處理、疊前多域高保真去噪方面的處理方法研究，最大限度地提高地震資料目標(biāo)層附近的成像質(zhì)量。繼續(xù)以有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)為目的，完善現(xiàn)有儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)系列，采用疊前與疊后預(yù)測(cè)相結(jié)合的思路，深化三維地震微構(gòu)造形態(tài)和儲(chǔ)層空間展布的研究，為水平井部署和設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確和更直接的依據(jù)。
    2) 優(yōu)選測(cè)井系列組合，加強(qiáng)氣水層綜合判識(shí)技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，在氣層分類(lèi)的基礎(chǔ)上，深化加權(quán)儲(chǔ)能系數(shù)的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法，建立不同地區(qū)氣井分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，提高測(cè)井解釋精度。
    3) 開(kāi)展大斜度井段及水平段PDC鉆頭試驗(yàn)、長(zhǎng)泥巖段鉆井工藝技術(shù)，進(jìn)一步縮短水平井鉆井周期；加強(qiáng)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)，深化壓裂液傷害機(jī)理、多層系裂縫壓裂擴(kuò)展規(guī)律等基礎(chǔ)理論研究，完善不動(dòng)管柱水力噴砂及裸眼封隔器分壓工藝，實(shí)現(xiàn)10段以上水平井壓裂目標(biāo)，引進(jìn)水力橋塞+射孔分段壓裂技術(shù)；加強(qiáng)分支水平井、長(zhǎng)水平段井等特殊工藝井試驗(yàn)，進(jìn)一步提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度，提高采收率。
    4) 不斷完善多層低傷害壓裂液、不動(dòng)管柱機(jī)械封隔分層壓裂技術(shù)，加強(qiáng)套管滑套分層壓裂、連續(xù)油管多層壓裂關(guān)鍵工具的自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)直井多層壓裂10層以上。
    5) 強(qiáng)化氣藏精細(xì)描述，查明剩余儲(chǔ)量分布狀況，以經(jīng)濟(jì)合理為目標(biāo)，優(yōu)化開(kāi)發(fā)井網(wǎng)；加強(qiáng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)跟蹤分析，針對(duì)不同生產(chǎn)階段的氣井，確立合適的生產(chǎn)制度及有效的排水采氣工藝；不斷探索新方法以降低氣井廢棄條件。
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(本文作者：張明祿 吳正 樊友宏 史松群 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司)