蘇里格低滲透氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)最新進(jìn)展

摘 要

摘要：蘇里格氣田發(fā)現(xiàn)于2000年，2010年天然氣產(chǎn)量達(dá)到105×108m3，生產(chǎn)能力達(dá)到135×1012m3/a，是我國(guó)目前儲(chǔ)量和產(chǎn)量最大的整裝氣田。該氣田儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，氣井壓
摘要：蘇里格氣田發(fā)現(xiàn)于2000年，2010年天然氣產(chǎn)量達(dá)到105×108m3，生產(chǎn)能力達(dá)到135×1012m3/a，是我國(guó)目前儲(chǔ)量和產(chǎn)量最大的整裝氣田。該氣田儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，氣井壓力下降快、單井采出量小，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。面對(duì)該氣田的開(kāi)發(fā)難題，以生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)為載體進(jìn)行了針對(duì)低滲透氣田高效開(kāi)發(fā)技術(shù)的攻關(guān)，形成了12項(xiàng)開(kāi)發(fā)配套技術(shù)。最近兩年在精細(xì)氣藏地質(zhì)描述技術(shù)、叢式井和水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)、儲(chǔ)層改造等關(guān)鍵技術(shù)上又取得了新的突破，應(yīng)用效果良好，初步探索出了適合蘇里格低滲透氣田高效開(kāi)發(fā)的方法，為今后蘇里格氣田年產(chǎn)230×1012m3/a開(kāi)發(fā)目標(biāo)和持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)保障。
關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；低滲透氣藏；高效開(kāi)發(fā)；氣藏描述；叢式井；儲(chǔ)集層；改造；最新進(jìn)展
1 地質(zhì)概況
蘇里格氣田行政區(qū)屬內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市和陜西省榆林市所轄。北起內(nèi)蒙古鄂托克旗，南至陜西省吳旗縣，東臨陜西省榆林市，西抵內(nèi)蒙古鄂托克前旗?？碧矫娣e為4×104km2，天然氣總資源量為3.8×1012m3。
   蘇里格氣田構(gòu)造形態(tài)為由北東向南西方向傾斜的單斜，晚古生代總體表現(xiàn)為海退式沉積，陸上沖積平原與三角洲沉積逐漸發(fā)育；到二疊世石盒子期河流沉積范圍擴(kuò)大，河流沖積體系沿北部盆地邊緣廣為發(fā)育，自下而上陸相沉積不斷增強(qiáng)，大陸環(huán)境由北向南逐步推進(jìn)。該氣田含氣層位主要為二疊系下石盒子組盒8段及山西組山1段。氣層埋深介于3200～3600m，儲(chǔ)層孔隙度介于5%～12%，滲透率介于0.06～2.O0mD，壓力系數(shù)為0.87，儲(chǔ)量豐度介于1×104～2×104m3/km2，是典型的低滲透率、低壓力、低豐度的“三低”氣田。蘇里格氣田2001年首次提交探明儲(chǔ)量，2003年底累計(jì)探明儲(chǔ)量5336×108m3，2007—2010年連續(xù)4年新增基本探明儲(chǔ)量超過(guò)5 000×108m3。截至2010年底，累計(jì)探明、基本探明天然氣儲(chǔ)量2.85×1012m3。
2 開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的最新進(jìn)展
    由于蘇里格氣田的低孔隙度、低滲透率、低壓力以及氣藏的強(qiáng)非均質(zhì)性，導(dǎo)致有效砂體連續(xù)性和連通性差，單井控制儲(chǔ)量低，單井產(chǎn)能低，壓力下降快，是最為復(fù)雜的氣田之一，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)，目前沒(méi)有成功的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。面對(duì)該氣田的開(kāi)發(fā)難題，對(duì)開(kāi)發(fā)配套技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)和創(chuàng)新，以生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)為載體進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，從而使氣田開(kāi)發(fā)水平持續(xù)提升，開(kāi)發(fā)建設(shè)指標(biāo)得到明顯改善。
2.1 精細(xì)氣藏地質(zhì)描述技術(shù)
    精細(xì)氣藏地質(zhì)描述就是對(duì)氣藏各種特征進(jìn)行三維空間的定量描述和預(yù)測(cè)，進(jìn)而對(duì)氣藏進(jìn)行綜合研究和評(píng)價(jià)，是對(duì)氣藏進(jìn)行定性、定量描述和評(píng)價(jià)的一項(xiàng)綜合研究的方法和技術(shù)，包括高分辨層序地層格架劃分技術(shù)、儲(chǔ)層成因類(lèi)型精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)、儲(chǔ)層構(gòu)型單元、相控儲(chǔ)層建模技術(shù)、有效砂體精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)，最終綜合這些技術(shù)的成果，確定有利目標(biāo)。
    精細(xì)氣藏地質(zhì)描述技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用，闡明了低滲透氣藏的地層格架，明確了蘇里格氣田儲(chǔ)層成因的類(lèi)型和展布、砂體的幾何形態(tài)和規(guī)模、儲(chǔ)層參數(shù)的分布和非均質(zhì)性，能夠保證計(jì)算儲(chǔ)量和進(jìn)行氣藏綜合評(píng)價(jià)。采用相控建模的技術(shù)建立三維地質(zhì)模型，為氣藏?cái)?shù)值模擬、合理選擇開(kāi)發(fā)方案、實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田高效開(kāi)發(fā)提供充分可靠的地質(zhì)依據(jù)。
2.1.1高分辨層序地層格架劃分技術(shù)
    高分辨層序地層格架，可有效地提高區(qū)域地層對(duì)比精度，從而為盆地分析、油氣地質(zhì)演化歷史解釋?zhuān)约坝行?chǔ)集砂體的展布規(guī)律和有利區(qū)塊預(yù)測(cè)等精細(xì)地質(zhì)研究提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。
    在對(duì)蘇里格地區(qū)地表露頭和鉆井巖心、測(cè)井、地震資料綜合分析的基礎(chǔ)上，利用Cross倡導(dǎo)的高分辨率層序地層學(xué)的理論體系和研究方法，根據(jù)基準(zhǔn)面升降旋回特點(diǎn)及等時(shí)對(duì)比原則、沉積物體積劃分與堆積方式、沉積體系配置以及層序界面特征等因素，將蘇里格氣田上古生界的山1段、盒8段組共劃分為3個(gè)長(zhǎng)期旋回、7個(gè)中期旋回和14個(gè)短期旋回(表1)，其中的長(zhǎng)、中期旋回層序分別與巖石地層劃分方案中的巖性段和亞段單元有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[1]。

2.1.2儲(chǔ)層成因類(lèi)型精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)
    蘇里格地區(qū)二疊系儲(chǔ)層的發(fā)育程度、類(lèi)型及其展布受沉積體系控制明顯，沉積相研究表明[2]，山1段和盒8段沉積早期時(shí)，物源相當(dāng)豐富，則形成盒8下亞段辮狀河沉積，晚時(shí)隨著北部?jī)?nèi)蒙古陸抬升相對(duì)減弱，沉積物補(bǔ)給量減小，河流進(jìn)積作用相應(yīng)減弱，河流類(lèi)型由
盒8下亞段辮狀河轉(zhuǎn)變?yōu)楹?上亞段曲流河沉積。依據(jù)沉積微相的詳細(xì)研究和劃分，將蘇里格地區(qū)盒8段和山1段儲(chǔ)層劃分為曲流河砂體和辮狀河砂體兩大類(lèi)以及河道滯留、點(diǎn)壩、天然堤、決口扇、廢棄河道、辮狀水道、心灘、溢岸共8種儲(chǔ)層成因類(lèi)型(圖1)，精細(xì)刻畫(huà)了不同成因類(lèi)型的儲(chǔ)層在平面上的組合關(guān)系(圖2)。

    蘇里格地區(qū)儲(chǔ)層成因類(lèi)型的精細(xì)刻畫(huà)，完善了蘇里格地區(qū)的儲(chǔ)層研究，為儲(chǔ)層構(gòu)型研究和地質(zhì)建模奠定了基礎(chǔ)。
2.1.3儲(chǔ)層構(gòu)型單元
    儲(chǔ)層構(gòu)型能反映不同成因、不同級(jí)次的儲(chǔ)層儲(chǔ)集單元與滲流屏障的空間配置及分布的差異性(圖3)，對(duì)于油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)具有重要意義。
 
    在河流相構(gòu)型單元中，河道砂體構(gòu)型單元、溢岸構(gòu)型單元相當(dāng)于傳統(tǒng)沉積微相概念中的微相組合國(guó)模，點(diǎn)壩、天然提、決口扇等則相當(dāng)于單一微相，而點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積體、側(cè)積面等則相當(dāng)于單一微相的內(nèi)部單元。構(gòu)型研究比傳統(tǒng)的沉積微相研究更為精細(xì)，目前我國(guó)油氣田生產(chǎn)部門(mén)對(duì)儲(chǔ)層研究多限于單一微相級(jí)別，對(duì)單一微相內(nèi)部的結(jié)構(gòu)單元研究很少，然而，這些微相內(nèi)部的構(gòu)型單元對(duì)油氣層內(nèi)部剩余油氣分布及開(kāi)發(fā)效果具有十分重要的控制作用。在蘇里格氣田高效開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)展高效開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的儲(chǔ)層構(gòu)型研究，使蘇里格氣田的儲(chǔ)層研究更加精細(xì)化和定量化。
2.1.4相控儲(chǔ)層建模技術(shù)
   對(duì)儲(chǔ)層參數(shù)建模而言，傳統(tǒng)的建模途徑主要為“一步建模”，即直接根據(jù)各井儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行井間插值或模擬，建立儲(chǔ)層參數(shù)三維分布模型。但這種方法對(duì)蘇里格氣田河流相強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，將嚴(yán)重影響建模精度。相控建模即首先建立沉積相、儲(chǔ)層構(gòu)型模型，然后根據(jù)不同沉積相的儲(chǔ)層參數(shù)分布規(guī)律，分相進(jìn)行井間插值或隨機(jī)模擬，建立儲(chǔ)層參數(shù)分布模型。這種多步隨機(jī)模擬方法不僅與研究的地質(zhì)現(xiàn)象吻合，而且避免大多數(shù)連續(xù)變量模型對(duì)平穩(wěn)性的嚴(yán)格要求[3]。
   蘇里格氣田為河流相沉積，相控儲(chǔ)層建模很好地解決了該氣田儲(chǔ)層橫向相變快和強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)，在高效開(kāi)發(fā)過(guò)程中，相控儲(chǔ)層建模取得了較好的效果(圖4)，為氣田開(kāi)發(fā)提供了可靠的地質(zhì)模型。
2.1.5有效砂體精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)
   蘇里格氣田是一個(gè)低孔隙度、低滲透、低豐度、大面積分布的巖性氣藏，砂體大面積分布。在河流相砂體廣泛發(fā)育的背景下有效砂體的連續(xù)性和連通性很差，有效砂體具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，造成單井控制儲(chǔ)量低，在動(dòng)態(tài)上表現(xiàn)為壓力下降快，恢復(fù)緩慢，穩(wěn)產(chǎn)能力差。要想提高單井產(chǎn)量，要么尋找高效富集井位，要么只能利用水平井或大型壓裂溝通多個(gè)孤立的有效砂體。這些措施的前提是必須搞清砂體與有效砂體的分布規(guī)律。因此，開(kāi)展以地震反演技術(shù)為核心的儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)，進(jìn)行蘇里格地區(qū)有效砂體研究，并取得了豐碩的成果，為水平井開(kāi)發(fā)部署提供了地質(zhì)依據(jù)。
    在建立蘇里格高效開(kāi)發(fā)區(qū)高分辨率等時(shí)地層格架的基礎(chǔ)上，明確儲(chǔ)層成因類(lèi)型，劃分儲(chǔ)層構(gòu)型單元，應(yīng)用相控儲(chǔ)層建模的成果，進(jìn)行有效砂體精細(xì)刻畫(huà)，充分利用上述技術(shù)的成果，最終確定有利目標(biāo)。通過(guò)氣藏精細(xì)描述關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，對(duì)有效儲(chǔ)層的成因類(lèi)型、規(guī)模大小、連通性、非均質(zhì)性等氣藏基本地質(zhì)條件進(jìn)行了準(zhǔn)確地刻畫(huà)，是實(shí)現(xiàn)蘇里格低滲透氣田高效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。
2.2 叢式井、水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)
    自2008年以來(lái)，蘇里格氣田叢式井、水平井技術(shù)助推開(kāi)發(fā)方式不斷轉(zhuǎn)變，采用“富集區(qū)整體部署，評(píng)價(jià)區(qū)隨鉆部署”的思路，實(shí)現(xiàn)叢式井井位優(yōu)化部署。2009年迅速推廣，叢式井比例不斷提高，2010年達(dá)到65.3%，叢式井Ⅰ+Ⅱ類(lèi)井比例穩(wěn)定在80%以上，效果顯著[4]。
    叢式井鉆井技術(shù)開(kāi)展了平臺(tái)井?dāng)?shù)優(yōu)化、井身剖面優(yōu)化、優(yōu)選PDC鉆頭、優(yōu)化鉆具組合等4個(gè)方面的工作，機(jī)械鉆速提高65%，鉆井周期縮短40%，形成了蘇里格氣田叢式井鉆井配套技術(shù)。
    在水平井井位優(yōu)選時(shí)，充分利用地震預(yù)測(cè)與地質(zhì)研究成果，突出“深化儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析、細(xì)化不同期次單砂體描述”，優(yōu)化水平井靶點(diǎn)設(shè)計(jì)。
    在蘇53-4水平井整體開(kāi)發(fā)區(qū)，取得重要進(jìn)展。2010年確定蘇53-4井區(qū)作為水平井規(guī)模開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。部署水平井20口(圖5)，建成產(chǎn)能4×108m3。開(kāi)鉆20口，完鉆19口，壓裂投產(chǎn)18口。完鉆水平井19口，平均水平段長(zhǎng)867.6m，平均砂巖段長(zhǎng)747.1m，砂巖鉆遇率達(dá)86.6%，平均有效儲(chǔ)層長(zhǎng)493.9m，有效儲(chǔ)層鉆遇率為57.4%。水平井整體開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)取得階段性成果。
 

    蘇里格氣田2010年共完鉆水平井87口，平均水平段長(zhǎng)929.1m，平均砂巖段長(zhǎng)766.1m，砂巖鉆遇率為82.5%，平均有效儲(chǔ)層長(zhǎng)549.3m，有效儲(chǔ)層鉆遇率為60.2%，試氣求產(chǎn)52口井，平均無(wú)阻流量為62.4×104m3/a。目前投產(chǎn)井平均日產(chǎn)氣量為6.6×104m3，水平井實(shí)施效果較好。
2.3 儲(chǔ)層改造技術(shù)
    自2000年以來(lái)，蘇里格氣田持續(xù)進(jìn)行改造技術(shù)的試驗(yàn)攻關(guān)，不斷取得階段性突破，形成了以不動(dòng)管柱機(jī)械分層壓裂工藝為主體的增產(chǎn)工藝體系，實(shí)現(xiàn)了直井4層連續(xù)分壓。2001—2005年進(jìn)行適度規(guī)模、機(jī)械分壓、低濃度胍膠壓裂。2006—2008年開(kāi)展多薄層壓裂、低傷害壓裂液壓裂。2008年至今施行直井多段分壓、陰離子表面活性劑壓裂液、羧甲基壓裂液壓裂。
    蘇里格氣田自主研發(fā)的水力噴射分段壓裂工具，實(shí)現(xiàn)了由壓裂改造1段到10段的突破。裸眼封隔器分段壓裂改造工具國(guó)產(chǎn)化試驗(yàn)取得突破，可實(shí)現(xiàn)10段改造，使每口水平井壓裂費(fèi)用降低100萬(wàn)元左右。裸眼封隔器分段壓裂改造技術(shù)在蘇里格氣田進(jìn)行了31口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其中3段改造3口井，平均無(wú)阻流量為10.1×104m3/d，產(chǎn)量為2.5×104m3/d。4～5段改造28口，產(chǎn)量為9.2×104m3/d。與直井相比，增產(chǎn)3～10倍(圖6)。

    為進(jìn)一步提高直井、叢式井改造層數(shù)，探索提高單井產(chǎn)量的新途徑，蘇里格氣田重點(diǎn)引進(jìn)了兩項(xiàng)多層連續(xù)分壓新工藝：TAP套管滑套完井分層壓裂技術(shù)和CobraMax連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)。前者已在桃2-9-2井試驗(yàn)，壓裂3段，加砂88.5m3，壓裂后日產(chǎn)氣2.23×104m3，試驗(yàn)效果良好。
3 結(jié)束語(yǔ)
    蘇里格氣田開(kāi)發(fā)立足于低滲透、低壓、低豐度的地質(zhì)條件，持續(xù)創(chuàng)新，深化管理，突出規(guī)模開(kāi)發(fā)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、效益開(kāi)發(fā)。精細(xì)氣藏地質(zhì)描述、叢式井和水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)、儲(chǔ)層改造等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，開(kāi)發(fā)方式實(shí)現(xiàn)了從直井開(kāi)發(fā)到“水平井、叢式井開(kāi)發(fā)并重”的轉(zhuǎn)變，氣田開(kāi)發(fā)水平持續(xù)提升。2010年產(chǎn)天然氣產(chǎn)量達(dá)到105×108m3，生產(chǎn)能力達(dá)到135×108m3，成為我國(guó)儲(chǔ)量和產(chǎn)量最大的整裝氣田。目前，正以實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田年產(chǎn)230×108m3為發(fā)展目標(biāo)，繼續(xù)加大技術(shù)攻關(guān)，努力實(shí)現(xiàn)蘇里格低滲透氣田的高效開(kāi)發(fā)。
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(本文作者：冉新權(quán) 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司)