中国海相碳酸盐岩储层酸化压裂改造技术现状及发展趋势

中国海相碳酸盐岩储层具有埋藏深、温度高、高含硫、孔缝洞发育分布不均匀等特点,酸化压裂改造面临一系列技术难题。在对典型海相碳酸盐岩储层地质特征进行了对比分析基础上,针对酸化压裂改造面临的技术挑战,从高温深井提高酸液有效作用距离的酸液体系、高闭合应力储层提高酸蚀裂缝导流能力的措施、缝洞型储层酸化降滤失措施、复杂地层流体应对技术、复杂结构井分段改造措施等方面对国内海相碳酸盐岩储层酸化压裂改造关键技术现状进行了综合分析,提出了海相碳酸盐岩层增产改造理论及工艺技术发展趋势。该研究结果为海相碳酸盐岩储层增产改造技术的发展提供了技术和理论支持。     

四川盆地深层含硫碳酸盐岩储层立体酸压核心理念与关键技术

四川盆地深层碳酸盐岩储层天然气勘探开发潜力巨大,且普遍含硫化氢,采用超长水平井开发方式能够在安全环保严格受控的基础上充分挖掘储层的生产潜力;但随着勘探开发层位转向深层、超深层,储层特征、井型、井筒条件发生改变,酸压改造技术也面临新的挑战。为此,在厘清深层含硫天然气碳酸盐储层酸压改造难点的基础上,丰富了立体酸压技术理念内涵,阐释了其核心理念和关键技术,并展望了发展方向。研究结果表明：(1)立体酸压技术包括3个新的内涵,分别为“布裂缝”“扩体积”“调导流”。(2)立体酸压核心理念和关键技术包括：基于储层精细刻画的长裸眼水平井智能布缝、动态布酸理念与调控技术,酸压裂缝体形态综合调控技术,多流体、变黏逆序多级交替注酸调控导流能力技术和一体化新型高温变黏酸体系。(3)针对8 000 m以深碳酸盐岩储层立体酸压,建议攻关外来流体扰动条件下超深井破裂压力精准预测、耐温220℃以上多功能酸液体系和暂堵材料的研发、酸压—返排—生产全过程酸压裂缝参数多维度动态评估与智能酸压技术,以及探索超深超高温高应力储层超临界CO₂酸压技术。结论认为,深层碳酸盐岩储层立体酸压理念新内涵的丰富和关键...     

非均质碳酸盐岩油气藏酸压数值模拟研究进展与展望

要实现深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏的高效开发,亟需相关酸化压裂技术理论的突破与创新。为了指导多种酸压工艺的现场实践,通过系统梳理和总结酸压数值模拟技术的已有研究成果,结合目前深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏酸压工程的技术需求,探索研究了当前酸压数值模拟面临的新挑战和需要突破的方向。研究结果表明:①酸压三维数值模拟基于解耦思想,将酸压模型分为水力裂缝初始形态构建、酸刻蚀模拟及导流能力计算等3个模块,其中酸刻蚀模拟模块是酸压数值模拟的核心;②地质统计学参数方法在水力裂缝初始形态建模中的应用已较为成熟,酸刻蚀模拟通过N-S方程组、酸平衡方程、酸液滤失模型及酸岩反应溶蚀力方程耦合求解,已初步实现了精细化和油藏工程尺度的模拟,酸蚀裂缝导流能力的计算主要基于局部立方定律进行求解,并考虑了多重因素对导流能力的影响。结论认为,酸压数值模拟面临的新挑战包括酸液在复杂流动介质中的多场耦合高效计算、酸刻蚀过程的精细模拟、酸蚀裂缝导流能力的准确计算以及酸压数值模拟与酸压工程应用的匹配;需要突破的方向是实现多场、多尺度的酸压数值模拟。     

顺北油气田超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术

顺北油气田碳酸盐岩储层具有超深、高温和高破裂压力等特点,酸压改造时存在酸蚀裂缝短、导流能力递减快等问题,为此,提出了应用深穿透酸压技术对超深碳酸盐岩储层进行改造的技术思路,并进行了技术攻关研究。合成了酸用稠化剂、高温缓蚀剂,研制了抗高温清洁酸,并进行了酸液非均匀刻蚀导流能力试验,分析了在闭合应力为20～90 MPa时仅注入清洁酸、仅注入胶凝酸和先注入清洁酸再注入胶凝酸3种注酸方式下裂缝的导流能力;同时,研究了酸液非均匀驱替流动机理,优化了非均匀刻蚀酸压工艺参数。研究发现,采用“清洁酸+胶凝酸”组合注入模式,不仅酸蚀裂缝导流能力有较大幅度提高,有效缝长也增加近1倍。超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术在顺北油气田进行了5井次现场试验,酸压施工成功率及有效率均达到100%,酸压后平均日产油107.7 m3,平均酸蚀缝长133.20 m,取得了明显的储层改造效果。研究认为,顺北油气田超深碳酸盐岩储层深穿透酸压技术可极大改善超深碳酸盐岩酸压效果,可为国内类似储层的酸压改造提供借鉴。      

高温深层碳酸盐岩储层酸化压裂改造技术

海相碳酸盐岩储层是当前油气勘探开发的重点和热点领域之一,而酸化压裂增产改造技术则是碳酸盐岩油气藏勘探开发的关键性技术.在研究中国西部碳酸盐岩油气藏开发方式的过程中,针对其埋藏深、温度高和非均质性强等特点,通过相应的基础理论研究、技术研发配套以及现场技术应用,形成了高温深层碳酸盐岩储层改造配套新技术.其具体包括改造前储层量化评估、耐高温改造液体系、均匀布酸酸化、深度酸压、加砂压裂、酸携砂压裂和水平井多段酸压等改造技术.该技术的广泛应用可以为碳酸盐岩储层的高效开发提供有力的技术支持.根据目前储层改造技术的发展现状,分析了当前面临的挑战以及进一步的发展方向.     

川东北地区高压气井酸化压裂技术研究及应用

川东北地区主要为海相碳酸盐岩气藏,基岩孔隙度和渗透率都普遍较低,储层具有埋藏深、温度高、产层厚、纵向岩性复杂、非均质性强、含酸性流体等复杂工程地质特征,气井实施压裂酸化作业必须解决高温深井所用酸液的缓速、缓蚀、降阻、降滤失、助排、粘温性、高温下的可靠转向性以及防二次沉淀等难题。酸液体系和酸化工艺需能提高酸液的有效作用距离,降低地层伤害,实现有效改造。在川东北地区采用解堵酸化、深度酸压工艺和混气酸压工艺可有效解除污染,延长酸压后有效酸蚀缝长,增强酸蚀裂缝导流能力。     

考虑多重滤失效应的前置液酸压有效缝长模拟

为了提高天然裂缝较发育的碳酸盐岩储层酸化压裂设计的准确性和有效性,在采用经典裂缝拟三维延伸数学模型模拟前置液造缝过程中裂缝几何尺寸动态变化的基础上,结合液相反应平衡原理和局部反应平衡原理,建立了考虑天然裂缝、蚓孔及基质多重滤失效应的酸液流动反应模型,以现场实例井的酸化压裂改造为例,使用所建模型模拟前置液酸压注酸过程中裂缝内酸液渗滤过程及酸岩动态刻蚀形态,通过酸液沿水力裂缝长度方向的浓度变化和残酸极限浓度综合确定酸蚀裂缝有效缝长,并与压力恢复试井的解释结果进行了对比。结果表明:(1)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中,沿裂缝长度方向的酸液滤失速度非定值,滤失速度曲线呈锯齿状波动变化,在酸蚀蚓孔与天然裂缝相遇时酸液滤失速度普遍大于基质处的滤失速度;(2)裂缝—孔隙型储层酸化压裂过程中酸液滤失严重,酸液有效作用距离大幅度降低;(3)验证井酸化压裂解堵增产效果显著,该井试井解释结果与所建立的数学模型模拟解释结果相吻合,说明所建立的前置液酸化压裂数学模型可靠。结论认为,考虑多重滤失效应的前置液酸化压裂数学模型更适用于裂缝—孔隙型储层的酸化压裂模拟。     

水平井体积压裂技术研究与应用

水平井体积压裂技术是有效开发低渗致密油气藏的关键技术。在深层及超深层碳酸盐岩油藏、致密砂岩油气藏和页岩气等领域,持续开展了裂缝与起裂扩展规律描述方法、裂缝参数优化方法、射孔工艺参数优化、多尺度压裂工艺参数优化方法、分段压裂工具、低伤害压裂酸化工作液体系、压后同步破胶及返排优化、体积裂缝诊断及效果评估方法等研究工作。在调研水平井体积压裂技术研究与现场应用最新进展的基础上,形成了以压前储层综合评价、油藏数值模拟、体积压裂优化设计方法、高效压裂液酸液体系、分段压裂工具/裂缝监测与诊断、压后返排优化控制等为主要内容的储层改造技术链,经华北鄂尔多斯致密砂岩气藏、新疆塔河超深层油藏及四川盆地深层页岩气等试验及推广,效果显著,极大地提高了裂缝的有效改造体积和勘探开发效果。对国内类似油气藏的压裂改造和增储上产均具有重要的借鉴和指导意义。     

复杂岩性储层导流能力的实验研究-酸蚀导流能力

酸化压裂是碳酸盐岩油气藏提高单井产量的常用增产工艺措施之一。酸压裂缝的长度和导流能力则是评价酸化压裂施工有效性的两个主要指标。复杂岩性储层的酸压反应机理、酸压工艺方法不同于常规碳酸盐岩储层，而目前国内外对于复杂岩性储层岩石导流能力认识较少。针对玉门青西油田复杂岩性储层，开展了一系列的室内酸蚀导流能力的实验研究，获得了一些重要结论。实验结果不仅指导了油田生产，而且提高了人们对复杂岩性油气藏增产机理的认识。     

交联酸加砂压裂技术的研究和应用

塔里木碳酸盐岩储层非均质性强,裂缝和孔洞关系复杂,在裂缝和孔洞不发育的低品位储层进行酸压效果差。在分析酸压和压裂特点的基础上,开展了交联酸携砂压裂技术研究和现场试验。该技术是携砂液使用交联酸,形成带有酸液刻蚀和支撑剂支撑的复合人工裂缝,扩大储层和人工裂缝的接触面积。交联酸耐温流变性和携砂性能好,酸岩反应过程中能保持较高的黏度和携砂能力。在酸岩反应速度和导流实验研究的基础上,提出在携砂阶段使用不同浓度酸液的工艺方法,在缝端和缝口分别发挥酸液刻蚀和压裂支撑的优势,保持人工裂缝的高导流值。交联酸压裂技术在塔里木油田现场应用8井次,施工成功率100%,为塔里木油田碳酸盐岩储层高效开发提供了新的技术路径。     

超深油气储集层改造技术进展与发展方向

通过对超深层油气储集层改造技术发展历史的系统总结,阐述了国内外超深层油气储集层改造技术的新进展。超深层缝网改造机理研究更加深入,改造液材料性能指标进一步提升,超深直井精细分层、超深大斜度井/水平井分段多簇改造技术日趋成熟。结合国内超深油气储集层的勘探开发趋势,论述了超深油气储集层改造的生产需求及技术难点,包括:①地质工程一体化技术研究及应用难度大;②入井改造材料要求高;③进一步提高超深巨厚储集层纵向剖面动用程度难度大;④对入井工具及地面配套高压设备要求高;⑤超深、高温、高压井实现高效改造难度大;⑥储集层改造直接监测及准确后评估难度大。结合国内超深油气储集层的复杂地质特点,提出了7个方面的技术发展方向:①系统构建基础研究方法与评价实验新技术;②加强地质认识,完善地质工程一体化工作运行机制;③研发针对性更强的超深层高效改造材料;④攻关超深巨厚储集层精细分层改造工艺技术;⑤探索超深层水平井缝控改造技术;⑥研发适用于超深油气储集层改造的水力裂缝直接监测技术;⑦研制耐高温、高压的井下改造工具及耐高压配套井口设备。     

哈拉哈塘区块碳酸盐岩储集层酸压改造评价方法

由于塔里木盆地哈拉哈塘区块碳酸盐岩储集层酸压形成的人工裂缝与天然缝洞系统沟通,从而提高了油井产量。综合运用酸压施工曲线分析法和裂缝导流能力曲线分析法对该区块近年来20多口酸压井的酸压改造效果进行评价和分类,研究了不同曲线对应的碳酸盐岩储集层缝洞发育情况和分布规律,分析了人工裂缝沟通天然缝洞系统的各种情况。研究结果可用于正确指导酸压设计优化和后期开发。     

超高温超深非均质碳酸盐岩储层地质工程一体化体积改造技术

冀中坳陷北部奥陶系潜山碳酸盐岩储层油气资源丰富,但由于岩性复杂（白云岩、灰岩夹杂）、超高温（180℃）、应力梯度高（0.023 MPa/m）、以往虽采用多种工艺尝试都未能实现突破。针对上述储层地质难题,开展以储层地质特点为基础的储层评价、工艺优选、方案设计等研究,形成了超高温超深非均质碳酸盐岩储层地质工程一体化的特色改造技术：1利用1 m³大型岩石物理实验和数值模拟手段,结合地质特点开展复杂缝网的地质与工程改造因素方案论证,结果表明储层虽以微细裂缝为主、连通差、两向应力差高（7.0~9.8 MPa）,但通过高排量、低黏高黏液体组合、暂堵转向等工艺仍可实现复杂缝网改造;2实现了超高温深层储层一体化改造技术,通过管柱安全力学校核、施工压力预测、求产与试采产能影响分析等,将以往的多次工序改为勘探求产和开发生产的一体化管柱,降低安全风险;3形成了180℃超高温、5 000 m超深碳酸盐岩储层"多级注入、暂堵转向、加砂酸压"工艺技术,实现了层间暂堵、层内转向的体积改造目标;4优选出180℃超高温羧甲基压裂液和酸液体系,180℃、170 s^-1下剪切120 min压裂液黏度仍保持在80 mPa·s,酸液在180℃条件下,170s^-1剪切60 min,黏度达30 mPa·s。该技术在安探1x井大规模施工,排量达11 m³/min,确保了大规模（3 000 m³）、高泵压（80~90 MPa）、多种组合液体（压裂液、酸液）、超高温（180℃）等各种不利条件下长达6 h安全、高效实施及后续半年以上安全稳产。经微地震监测和模拟表明,改造体积比以往改造技术增加3.5倍,实现了长、宽、高三维立体改造。压后产气量为40.9×10⁴m³/d,产油量为71 m³/d,试采井口压力保持在25 MPa以上,稳定产气量达10×10⁴m³/d,实现了勘探与开发、地质与工程一体化设计目标。     

四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发技术进展与发展方向

近年来,深层海相碳酸盐岩气藏成为四川盆地常规天然气增储上产的重要领域,但由于该类气藏成藏条件复杂、埋藏深且气水关系复杂,其高效开发面临着巨大的挑战。为此,通过剖析该盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发历程,结合深层碳酸盐岩气藏的开发特点与实践,总结梳理了专项技术,并指出了下一步的攻关方向。研究结果表明:①四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏的储量规模差异大、类型多,储层品质差、非均质性强,边、底水活跃,且原料气普遍含酸性气体,同时开发井多位于山地,钻遇地层纵向上展布复杂;②四川盆地已形成了一系列专项技术——深层低缓构造强非均质气藏精细描述技术、小尺度缝洞发育的有水气藏治水优化技术、深层复杂气井钻完井及增产工程技术、含硫气藏清洁安全开发配套技术,支撑了该盆地特大型海相碳酸盐岩气藏的高效建产及优化开发;③随着盆地内碳酸盐岩气藏开发开始向超深层的复杂构造带气藏转移,针对该类气藏的构造精细描述和薄储层预测技术、跨尺度数值模拟技术、钻完井及采气工程技术是下一步的技术攻关方向。结论认为,所形成的深层海相碳酸盐岩气藏高效开发专项技术为中国石油西南油气田建成百亿立方米特大型气田、实现天然气产量跨越式增长提供了有力的支撑,相关研究成果可以为国内外深层海相碳酸盐岩气藏的开发提供借鉴。     

酸压裂缝体形态与流动能力的控制因素——以鄂尔多斯盆地大牛地气田下奥陶统马家沟组马五_5亚段储层为例

立体改造技术是实现非均质碳酸盐岩油气藏立体开发的关键技术之一,而控制酸压裂缝体的形态和流动能力则是其核心。为了揭示控制酸压裂缝体形态和流动能力的主要因素,选取鄂尔多斯盆地大牛地气田下奥陶统马家沟组马五5亚段露头岩样,针对"滑溜水+高浓度酸液"酸压工艺,采用岩石力学真三轴耦合系统开展室内物理模拟实验;采用CT扫描技术来表征酸压裂缝体形态及获取裂缝宽度;在此基础上,研究了酸压裂缝体形态控制因素;然后,通过对裂缝系统的渗透率进行测试,分析了酸压裂缝体流动能力的控制因素。研究结果表明:①大牛地气田马五5亚段储层平均水平应力差异系数为0.25,酸压后能够形成复杂裂缝体;②酸液对裂缝条数的影响不明显,其对水力裂缝的溶蚀、疏通作用增加了裂缝宽度,酸蚀缝宽是酸液在水力裂缝主缝与分支缝、靠近注液端的水力裂缝与远端水力裂缝中竞争流动、反应的结果 ;③该气田马五5亚段储层进行酸压改造时的合理注酸强度为12.0 m~3/m,注酸排量应大于等于6.0 m~3/min;④进行立体酸压设计时,需要针对特定储层改造对象,确定注酸量的合理范围及最小合理注酸排量,进而优化注酸规模,以实现对储层的充分改造。结论认为,所取得的研究成果可以为致密碳酸盐岩储层立体酸压的优化设计提供指导。     

塔里木盆地超深层油气藏试油与储层改造技术进展及发展方向

近年来，中国石油塔里木油田公司（以下简称塔里木油田）在塔里木盆地超深层油气勘探陆续取得重大突破。这与其超深层试油与储层改造技术的进步是密不可分的，随着超深井的逐渐增多，试油与储层改造技术仍需要持续升级、完善。为此，通过总结塔里木油田试油与储层改造技术的发展历程，系统梳理了其在超深层油气藏试油与储层改造方面取得的主要技术进展，并结合新的勘探开发形势与要求，指出了塔里木盆地超深层油气藏试油与储层改造技术今后一个时期的发展方向。研究结果表明：①塔里木油田已形成了一系列专项技术——超深高温高压气井安全快速测试技术，超深层、高含硫、缝洞型碳酸盐岩气藏完井试油一体化技术，超深层缝洞型碳酸盐岩储层深度改造技术，以及超深层、高温高压裂缝性致密砂岩气藏储层缝网改造技术，支撑了该盆地超深层油气藏的陆续勘探突破和持续高效开发；②随着油气勘探开发深度领域迈向9 000 m，储层地质条件更加复杂，完井试油与储层改造技术面临着新的技术难题；③今后将围绕“可靠、安全、高效”的目标进行试油完井工具和工艺的持续升级和改进，需要不断完善储层改造地质工程一体化设计、改造工作液和材料以及耐高温高压工具和装备，以支撑精细化缝网体积改造；④新形势下，为了满足井完整性的要求，需要完善相关配套技术，同时建立套管磨损评价与地面管汇剩余寿命检测方法，以保障试油和储层改造工艺的顺利实施。结论认为，该研究成果可以为国内外超深层油气藏的安全高效建井与提产提供借鉴。     

理论创新和技术进步支撑引领百亿气田建设

"十二五"以来,中国石化西南油气分公司面对日益复杂的勘探开发对象和扭亏创效的巨大挑战,坚持科技创新,发展完善了陆相碎屑岩和海相碳酸盐岩两项勘探理论,形成了生物礁、河道砂岩和致密砂岩等三类气藏开发配套技术,创新发展了智能滑套分段改造工艺、喷封压一体化储层改造工艺、脉冲压裂技术、超深高含硫水平井钻完井及投产关键技术等工程技术。上述理论创新和技术进步有力支撑了四川盆地川西陆相碎屑岩、川西海相碳酸盐岩、川南海相页岩气、川东北元坝海相碳酸盐岩等领域的重大突破,发现了3个千亿立方米级规模天然气商业储量区,探明了2个、建成了3个大中型气田,天然气储产量创历史新高。"十三五"期间,将重点攻关深层海相碳酸盐岩气藏勘探开发、深层页岩气商业开发、高含硫气田安全开发和开发老区气藏提高采收率技术,到"十三五"末天然气年产量力争达到(100~120)×10~8 m~3。