致密油及其开采技术探究

2023-02-11

前言

随着经济建设步伐加快, 我国原油对外依存度逐年攀升。为了保证石油资源的安全供给, 有必要加强国内油气资源的勘探开发, 然而老油田产量降低, 采收率下降, 所发现的常规油气规模越来越小, 开发难度上升, 成本提高, 在已有的基础上对常规油气的勘探开发很难取得新的成效[1]。

致密油和致密气就属于非常规油气的范围, 致密油的开发在美国威利斯盆地巴肯组率先取得成功, 产气量和产油量突破很大, 俨然已成为全球非常规油气勘探开发的重要领域[2]。我国20世纪70年代开始勘探致密油, 并不断有进步。从目前看来, 我国的致密油气资源分布广泛, 具有非常好的经济价值, 是现阶段应该着力发展的非常规资源[3]。借鉴国外致密油气的成功开发经验, 着力开展我国致密油气勘探开发工作, 这对于解决我国能源供应紧张局面具有重要意义。

一、致密油藏特征及定义

美国成功的开采页岩气改变了其能源需求的市场, 从而世界的格局也被影响。随后美国又把这些开采技术和经验引入到低渗透油藏中原油的开采, 即致密油 (tight oil) [2]。我国学者贾承造等认为“致密油是指以吸附或游离态存在于生油岩中, 或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中, 未经过大规模长距离运移的石油聚集”[4]。

综合各种文献和专家的意见, 我们可以将致密油定义为蕴藏在低渗透率油层, 包括致密砂岩、粉砂岩、致密碳酸盐岩以及页岩等致密储层中的石油资源, 其开发主要使用水平井技术和压裂技术。目前, 考虑到中国的实际情况, 我国的致密油可以理解为低渗透油气藏中的油气资源, 低渗透即致密, 致密就是低渗透。

致密油藏的典型特征是储集层物性差, 但源储一体或紧邻, 含油条件好, 储量大, 油气连续分布, 即为连续型沉积矿藏。油质较轻, 单井产量低或者没有产量, 在特定条件和技术下可得到工业需求产量。形成致密油的关键是致密储层的连续分布、具有较高成熟度的良好生油层[5]。

美国典型的致密油气藏主要有美国威利斯顿盆地的Bakken油田、德克萨斯州的Eagle Ford、加拿大阿尔伯塔的Cardium。总的来说, 致密气藏与致密油藏大致相似, 储层物性很差, 一般发育天然裂缝。我国致密油藏主要分布在长庆油田鄂尔多斯盆地。

二、致密油开采存在的问题

致密油储层一般渗透率相当低, 孔隙基本上是纳米或者微米级的空隙, 喉道小, 以至于渗流能力差, 所以生产中存在很多问题:

(1) 致密油的开采存在多井低产的问题, 投资回收期长, 运行成本高。

(2) 渗流方面表现为非达西流, 对采收率的提高有一定的影响。

(3) 低压储层采液指数和采油指数下降后, 常规注水很难恢复。

(4) 油藏性质较差, 钻完井过程中容易伤害储层。

(5) 水平井技术成熟, 但是整体配套技术跟不上, 这是我国致密油藏开发的主要难题。同时在这方面世界上也没有较好的解决方法, 只有在美国这方面进步较大, 主要得益于连续油管技术的先进。

三、致密油开采技术

目前, 水平井钻完井、长水平井段多级压裂及其配套的实时监测技术是致密油开采的主要技术。水平井钻井技术及其高级完井方法和水力压裂技术打开了美国开采致密油的大门。在很多基础技术方面, 如钻井、完井、增产措施等, 致密油藏的开采和许多常规油藏一样。了解地层自然裂缝系统、油层在地层中的位置、地层压力、区域地质应力等对于石油工程师设计井眼轨道、压裂增产方式和完井技术是非常重要的, 这能够使泄油面积达到最大以及获得理想的采收率。

1. 国外致密油开采技术

(1) 水平井钻完井技术

致密油藏储层产量低、生产周期一般较长, 而水平钻井技术的应用正好解决了这些问题, 所以它是目前国外开采致密油的主要手段。水平井钻井技术起源于二十世纪, 随着技术的不断发展和创新, 水平井被广泛的应用, 而且效果十分显著, 规模也逐渐增大, 每年新增水平井数在两千口以上。美国巴肯油田前期主要使用直井开采, 效果不是很好, 直到使用水平井技术后, 产量才显著提高, 并且水平段越长, 产量越高。目前钻水平井的方法有三种:旋转和滑动钻井、连续油管钻井、旋转导向系统钻井[6]。

主要的完井方式包括固套管后射孔完井、裸眼射孔完井、组合式桥塞完井、机械式组合完井等[7]。近几年, 在致密油开发中产生了一个新的概念:智能完井, 该技术综合运用传感技术、信息技术和控制技术来提高油井产能, 实现经济利益最大化, 也代表了完井技术发展的方向[8]。

(2) 水平井多级压裂技术。

水平井多级压裂技术是国外致密油开采的主要压裂技术, 该技术由几部分组成, 包括水平井钻完井、分段压裂和微地震检测技术[9]。分段压裂分为裸眼分段压裂、限流压裂、水力喷砂压裂以及连续油管压裂。

(3) 其他压裂技术

在致密油的开发中还有许多传统和新型的压裂方法, 这些方法在开采致密油中也具有发挥了重要作用。这些技术包括重复压裂和近几年发展起来的同步压裂技术和通道压裂技术。

2. 国内致密油开采技术

中国非常规油气资源丰富, 不过, 勘探开发还处于早期阶段, 鄂尔多斯盆地是典型的低渗透油藏发育区, 致密油具有很大的开发潜力[10]。

随着技术的发展和科研人员不断的创新, 我国的致密油气资源基本实现了规模开发, 形成了配套的技术。目前致密油气的开发中, 广泛使用并且经济效益显著的技术还是水平井技术、多分支井技术、注水保持地层能量、优化井网技术、注气以及小井眼技术, 这些技术的应用显著的提高了单井产量, 有一定的经济效益。

(1) 钻完井技术

我国开发致密油藏使用的钻井技术主要有气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井和欠平衡钻井。近几年发展起来的有多分支井技术、小井眼钻井技术等。而完井技术跟国外相差不大, 采用的技术都是一样的。

2006年, 根据水平分支井的技术优势, 长庆油田结合油层的渗透率、孔隙度等特征, 进行了分支井的应用。完井之后该井试采两个多月的产量稳定, 跟同一区块常规水平井单井相比产量翻了两番, 增产效果非常明显。

(2) 压裂技术

我国致密油的开采采用的主要压裂技术是水力压裂, 但是也只能在一定时间内提高采油速度, 不能提高最终采收率。除此之外还有一些其他的压裂技术, 与国外相同。

(3) 其他技术

相对常规油气的开采而言, 致密油的开采除了在钻完井方式和压裂技术上有所改进之外, 还有一些其它配套的技术, 例如驱替技术, 主要包括注水注气, 可以有效提高采收率;井网加密技术, 可以有效弥补单井产能不高的缺点, 最大限度提高油田采收率。

四、总结和认识

1.目前, 国内外对于致密油的定义不统一, 考虑到我国的实际情况, 将致密油定义为:赋存于低孔隙度和渗透率油层, 包括致密砂岩、粉砂岩、致密碳酸盐岩以及页岩等致密储层中的石油资源, 其开发须要进行压裂。

2.我国的致密油资源丰富, 是未来一段时间我国石油上产的关键, 可以着力开发。

3.国外致密油能实现经济开采, 在开采技术上处于领先地位, 很多经验技术值得我国借鉴。

我国致密油藏特征和国外致密油藏特征有些不同, 不能照搬照抄国外的模式, 而是应该按照我国的实际情况来制定开采技术策略, 实现规模开采。

5.我国应该开展水平井、多分支井的技术攻关, 普及水平井开采技术, 但是在技术攻关过程中要考虑到经济因素和配套的技术, 不能一味的跟着国外先进技术走。

(6) 加大水平井储层改造技术的试验范围, 找出适合我国地层的相应压裂技术, 同时应加强储集层保护技术的研究, 确保在增产施工中使储集层的物性不被破坏。

摘要：目前, 常规油气资源的开采已经不能满足能源供应, 我们把目光开始聚集在非常规油气藏上。致密油气藏的分布广泛, 储量丰富, 是非常规油气藏的一个重要部分, 掌握致密油气的开采技术, 对于解决我国的石油需求有很大的意义。本文主要阐述致密油的一些开采技术, 通过对国内外低渗油田开采技术的调研, 对致密油气藏的开采技术进行了总结, 希望对我国致密油气藏开采的理论和技术提供一些参考。

关键词：致密油,开采技术,探究