第二界全国低渗透油气藏改造学术研

《第二届全国低渗透油气藏改造学术研讨会》简介

2004年12月此次会议由中国石油油气藏改造重点实验室主办，中国石油勘探开发研究院廊坊分院、石油大学（北京）、大庆石油学院、西安石油学院协办。参加会议有中国石油天然气股份有限公司副总裁罗英俊、中国石油天然气股份有限公司科技与信息部副总经理罗治斌、中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司副总经理吴奇等中石油、中石化等30家单位，近200人。会上分压裂工艺、酸工艺、压裂酸化材料三个组，共计49个专题发言。会议内容比较丰富，下面仅对廊坊分院三个专题简介，这三个专题比较系统的总结了目前的压裂、酸化发展现状及展望。

一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

1.整体优化压裂技术其研究的总体目标是使整个油气田获得最佳的开发效果，研究的思路是把整个油气藏作为一个研究单元，并对油气藏的各参数进行覆盖研究。

2.开发压裂技术

在研究内容上，比总体优化压裂多了一项重要的研究内容，即储层就地应力场的研究，主要是最大主应力方位的研究。

（一）压裂工艺技术系列的完善与最新发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

3.同井同层重复压裂技术目前国内外主要在以下三个方面取得了重要进展。（1）选井选层技术（2）重复压裂前储层就地应力场变化的预测技术

（3）改变相渗特性的压裂液技术（RPM）一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

4.深井、超深井压裂技术主要的技术要点有：（1）耐高温井具有延迟交联作用的压裂液体系研制，包括加重压裂液的研发；（2）中密高强度陶粒支撑剂评价与优选技术，包括小粒径支撑剂的应用；（3）岩石的弹塑性，即应力敏感性实验研究与模拟；（4）支撑剂段塞技术的应用；（5）排量与前置液量的优选技术；（6）滤失性精细评价技术；（7）平均砂液比优选技术及多级坡阶式加砂程序设计技术等。一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

5.低伤害压裂技术其技术要点有：（1）储层伤害和裂缝伤害的定量模拟和实验技术，一个重要的观点就是裂缝导流能力的伤害比储层的伤害更重要；（2）低伤害或无伤害压裂液技术，如活性水压裂液、清洁压裂液、清洁泡沫压裂液、低稠化剂浓度压裂液、线性胶压裂液、新型缔合压裂液、低分子压裂液等，推动了低伤害压裂工艺技术的革命；（3）工艺模拟优化技术，如防止停泵后支撑剂浓度不利再分布的优化技术（包括前置液量优化、顶替液量优化、压后返排策略的优化等）、前置液粘度与排量组合的优化技术、裂缝温度场的模拟与压裂液的分段破胶技术优化等

一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

6.大型压裂技术其技术要点主要有。（1）通过小型测试压裂获得准确的滤失系数；（2）压裂液具有很强的耐温耐剪切性能；（3）缝高控制技术。（4）排量优化技术；（5）压裂液快速破胶返排技术；（6）严格系统的现场质量控制技术等。7.压裂一充填防砂技术该技术使压裂的应用领域从低渗转向中高渗储层、核心技术是端部脱砂压裂技术（TSO）。起始于1987年，20世纪90年代主要应用于印尼的海上油田，取得重大进展是在墨西哥湾。技术体系主要包括压裂充填与绕丝筛管完井（TSO十砾石充填）、压裂充填无绕丝筛管（TSO十树脂支撑剂）两种

一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

8.裂缝性碳酸盐岩压裂技术9.煤层气压裂技术10.连续油管压裂技术一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

1.新型实验技术（1）压裂液动态流变性研究。考虑剪切历史效应、交联和破胶的热动力效应及零剪切速率下粘度（对输砂最重要）的确定方法。（2）含砂压裂液流变性研究。如用范50加一螺旋状的锤测量含砂液流变性、用高压模拟器结合光纤/光发射二极管可视化系统研究压裂液中支撑剂的输送行为及携砂液的摩阻计算研究等。（3）支撑剂新型导流能力试验技术。可考虑多相流效应、裂缝中的非达西流、可测试长期导流能力。（4）裂缝物理模拟试验技术。BakerOilTool公司推出的实验模拟装置，模拟的人造岩心直径为6ft，岩心高度为1ft，注人井筒的内径为6in，外径为9in，模拟的孔隙压力可达1800p8i，静水柱压力可达200—1500psi.（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

2.支撑剂回流控制技术支撑剂回流控制技术包括：（1）可溶性树脂包裹或液体树脂包裹支撑剂；（2）可变形的支撑剂（BJ公司）；（3）可胶结的支撑剂；（4）加SMA表面剂控制回流；（5）纤维素产品PROPNE（Schlumberger公司）；（6）排液时通过控制速度，来减少支撑剂的回流。3.裂缝诊断技术裂缝诊断技术包括：（1）压后试井分析；（2）净压力分析与裂缝模拟；（3）FMI成相测井；（4）地面测斜仪（测定裂缝方位）；（5）井下测斜仪（测定裂缝尺寸）；（6）微地震波技术；（7）三轴地震监测仪结合井底压力计；（8）放射性示踪剂测井及生产测井；（9）压后井温测井及井下电视；（10）利用井口压力波特性实时诊断裂缝的扩展形态（不受摩阻影响）；（11）生产数据的历史拟合。（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

4.压后压力降分析技术近期研制了一种模型，可利用压裂后的压力降落数据，对有效渗透率、地层压力和支撑半缝长进行有效的解释。同时，利用压后强制排液期间的压降数据也可对储层参数和裂缝参数进行较为精确的解释。5.选井选层技术目前已有基于数据库基础上的模糊集理论、人工神经网络模型及多元非线性统计模型等多种方法，可以有效地进行压裂的选井选层工作。并且影响压裂效果的因素也有量化的方法，使选井选层工作更为科学有效。同时，还可结合就地应力场的预测结果，更为科学有效地优选压裂井层。6.缝高控制技术目前的主要方法有：（1）变排量压裂技术;（2）人工应力隔层技术（上浮剂及下沉剂）；（3）低稠化剂浓度压裂技术；（4）清水压裂技术；（5）高砂比压裂技术；（6）三维裂缝模拟技术等。（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

7.基质和裂缝的伤害模拟技术近期用多相流模拟储层伤害机理。压裂施工中的缝壁压实伤害（裂缝壁面表皮系数及污染深度）模型也已经建立起来，为减少压裂施工中的壁面伤害提供了指导。同时，裂缝导流能力的定量伤害图版及无量纲公式都已建立起来。此外，相关的伤害实验装置已建立起来，如模拟高温条件下压裂液破胶液对导流能力的伤害实验已趋于成熟。在模拟方面，考虑储层伤害、裂缝导流能力伤害、启动压力、应力敏感性伤害及长期导流能力的压后产量预测模型已建立起来，并获得现场应用、由模拟结果，可反过来指导压裂的工艺参数及压裂液等的优化设计或设计调整。（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

8.压裂优化设计技术压裂优化设计技术包括：（1）基于遗传变异为基础的压裂经济优化智能专家系统；（2）多变量、多目标的压裂优化设计方法；（3）考虑非达西流、拟表皮系数和支撑剂指数的无量纲导流能力优化方法；（4）研究孔隙度分布的变化及其对缝长和缝宽的影响（当孔隙度变化幅度为11％一20％时，缝长和缝宽的变化幅度高达18％～100％）等。9.应力敏感实验技术及相应的油藏数值模拟技术目前的应力敏感性试验可模拟孔隙压力和围压条件下的水平向渗透率和垂向渗透率及孔隙度的变化，并且这种效应已被引人压裂井的油气藏数值模拟中。（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

10.压后放喷、抽汲及投产制度的优化技术在压后放喷策略上，不能笼统地推荐裂缝强制闭合技术。对裂缝主要向下延伸的情况，可立即有控制的放喷，而对裂缝主要向上延伸，或对层间物性差异较大的情况，应适当关井。在放喷油嘴的优选上，目前已研制出实时的动态优选模型，可在防止裂缝吐砂的前提下，最大限度地提高压裂液返排率。同时，在抽汲及压后生产制度的优选上。也有考虑应力敏感性伤害的优化模型。（二）压裂的单项技术发展一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

总的说来，国内在压裂技术方面已接近国际先进水平，具体体现在以下几个方面。1.设计软件目前为国际先进水平。如。裂缝模拟软件有TerraFrac，FracproPT10.0,StimPlan（F3D与P3D裂缝模拟）等；油藏模拟软件有DeskTopVIP，WorkBench（3D3P油藏模拟），CMG及ECLIPSE等。此外，还有开发方案经济评价模型。2.实验室主要设备一般从国外引进，总体达到国际20世纪90年代水平。包括；岩石力学。支撑剂。压裂液流变滤失与伤害、压裂液化学等实验室，都是中国石油天然气集团公司重点实验室。3．压裂施工设备共引进35套1000一2000hp压裂车组。目前在压裂施工技术上与国外的主要差距是连续加砂与压裂液连续混配装置。（三）国内目前的压裂现状一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

4.压裂材料总体上接近国际先进水平；但仍存在一定的差距。如，水基冻胶压裂液（瓜尔胶、有机硼、胶囊破胶剂）、泡沫压裂液等与美国的差距为：胶束压裂液、高温酶破胶等；支撑剂在低、中强陶粒方面性能较好，但在高强度陶粒方面与美国的差距较大。5.施工技术指标方面与美国接近如，最大井深：5910m；最高井温175℃；最大规模352t支撑剂，767m3压裂液；最高砂液比12lb／gal，一般；6—10lb／gal；平均砂液比最高6.5lb／gal，一般3—5lb／gal；单井最高使用水马力8000hp；单井一般使用水马力3000hp。6.裂缝诊断与现场实施监测、分析接近国际先进水平，但Tiltmeter还未引进。（三）国内目前的压裂现状一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

7.压后试井与三维模拟分析接近国际先进水平。8.技术系统的创新整体达到国际先进水平，如整体压裂技术系统、开发压裂技术系统、超深井压裂技术等。（三）国内目前的压裂现状一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

（四）今后的发展展望新型压裂材料技术低固相残渣或无固相残渣，低滤失、易返排、低成本、易操作是总体要求。目前，在压裂液研究上，需做以下工作：（1）进一步降低清洁压裂液的成本和提高耐温性能；（2）各种压裂液体系的化学成因及微观伤害机理研究；（3）压裂液携砂和支撑剂沉降的微观机理分析。支撑剂上，需加强：（1）回流控制方面的研究，如液体树脂技术；（2）长期裂缝导流能力的影响因素的量化研究，包括时间、闭合压力、多相流效应、非达西流效应等；（3）裂缝内油水、油气相渗曲线的实验方法研究。实验技术研究如裂缝扩展模拟的实验研究（包括斜井、水平井和各种不规则裂缝形态的实验模拟等），不同稠化剂浓度（或清洁压裂液、清水压裂液等）和不同排量下的支撑剂输砂剖面的实验研究及裂缝内的油水、油气和气水相渗曲线测试研究等。滤失伤害和返排机理研究多裂缝模拟研究弹塑性和塑性地层的裂缝扩展模型及产量预测模型研究裂缝诊断技术研究一、21世纪初水力压裂工艺技术的发展现状及展望

（四）今后的发展展望连续油管压裂技术。应用连续油管技术，配合井下封隔器总成，可一次压裂多层。目前主要用于浅井、多层的陆上油气藏，此外，也用于小井眼的压裂改造。目前世界上已有5000多井应用了该技术。分层压裂技术。进一步研究投球压裂、限流量压裂及封隔器压裂的前提、适用条件和技术优化等，并形成相关的设计软件。同时，针对薄互层的分压问题，研制滑套封隔器分层压裂工具。小井眼压裂技术。完善配套的井下工具、工艺参数优化研究及压裂液体系研究等。斜井、水平井压裂技术研究。主要研究裂缝的起裂和扩展规律。井下混配的压裂技术。也有称为“恰时”压裂技术，利用专用的井下工具，压裂液和支撑剂在井底才混合，可极大降低施工泵压，控制裂缝高度，保证大规模支撑剂的顺利泵注。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望1.

酸岩反应机理研究现状与发展灰岩储层酸岩反应实验研究进展白云岩储层酸岩反应实验研究进展高温酸岩反应动力学实验研室进展深度酸压酸液体系实验研究进展有机酸反应动力学研究二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望2.多级注人闭合酸化裂缝导流能力试验研究国内外酸蚀裂缝导流能力模拟试验表明，无论采用何种酸压技术或者采用何种酸液体系，将酸压技术与闭合裂缝酸化技术进行有效组合可以大幅度提高闭合裂缝的有效导流能力，对岩性均质性强、闭合压力高的储层都将是最佳的技术组合形式。3.酸液滤失机理及溶蚀孔洞形成机制研究二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望4.

酸压技术研究现状及进展“粘性指进前置液酸压”工艺技术胶凝酸（稠化酸）酸压工艺技术缓速酸工艺技术泡沫酸工艺技术有机酸反应动力学研究乳化酸工艺技术地下交联酸（滤失控制酸）工艺技术多级注入酸压技术二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望5.特殊酸化工艺技术闭合裂缝酸化（ClosedFractureAcidizing）工艺技术其特点是；让酸在低于储层破裂压力的条件下流过储层内“闭合’裂缝，在低排量下被注人的酸液，溶蚀裂缝壁面，产生不均匀溶袖形成沟槽，在施工压力消除及裂缝闭合后，酸蚀通道仍然具有较好的导流能力。平衡酸压工艺技术平衡酸压是针对低温白云岩二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望6.新型酸压及酸化技术“多级注入深度酸压十闭合裂缝酸化”技术多级注人深度酸压+闭合裂缝酸化’组合工艺技术是近年来国内外同时采用的一种较新的酸化工艺。即先采用前置液造缝，再交替注人酸液和前置液段塞。随后在裂缝闭合的情况下注人一定浓度的盐酸溶蚀裂缝壁面，形成高导流能力的流动通道，从而达到增产的目的、该技术对于某些难于处理的地层，例如滤矢量大，难于获得不均匀刻让的均质、柔软的储层（如白盟）重复酸压等均可获得极好的效果。理论研究与现场实践均证明，它作为一项有效的深度酸压的先进工艺技术具有十分广阔的发展前途。复杂岩性储层酸压技术针对玉门青西油田的岩性特征，国内有关研究者提出以增产技术的角度出发给储层命名，即将这种矿物组分既不是纯碳酸盐岩占优，也不是碎屑岩占忧的储层命名为复杂岩性储层。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望6.新型酸压及酸化技术清洁自转向酸酸化技术清洁自转向酸技术是国内外最新研究的热点和重要酸化技术，选用合适的转向剂是转向酸化的关键技术。在转向酸化技术研究中，国内外先后开发了固体颗粒、泡沫、乳化等酸化技术，但都各自存在一定局限性。在九十年代后期，随着清洁压裂液的开发与应用，利用粘然胶束流体无残渣、低伤害和遇水增粘、遇油被胶等特点，与酸化工艺技术相结合，国外大公司相继开发了清洁自转向酸技术，并在现场实验取得了良好的增产效果。水力喷射酸化冲击技术

M.J.Rees（2001）等人以及JimB.Surjaatmadja（2002）等均介绍了利用采用水力喷射跳冲击技术（HydrajetAcidSqueeze）和多段酸化处理技术在水平裸眼井中的成功应用,即利用动态分流技术和井底混合技术。该技术对水平井和大位移斜井有更好的应用价值。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望6.新型酸压及酸化技术其它酸化技术

DanielPerez（1998）等人报道了羟基酸体系与其它酸液体系组合应用的方式和效果。羟基酸，主要由乙醇和酸混合而成，在大型处理施工中，浓度应用可达总处理液的20％。该体系与常现的酸液中加人表面活性剂不同，常现表面活性剂只覆盖或渗人到酸渗透深度的1/5~1/2，而乙醇能深入地层井可以一定程度上降低酸的反应速率。此外，该体系有利于降低水的饱和度，从而提高气相相对渗透率，对于低渗透率的气藏有较好的效果。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望7.砂岩酸岩反应及二次伤害机理研究90年代以来、耐高温缓速酸和含P新型缓速酸是砂岩酸化体系开发的重点(Haliburton、BJ)。在机理及沉淀伤害研究中，以Sevoughian等人提出的包括溶解和沉淀反应动力学的广义地球化学模型最为先进。该模型在分布参数模型和广义参数模型的基础上，系统分析了砂岩酸化过程中不同矿物成分反应及不同的生成物（或沉淀物）反应速度等对地层伤害的影响。形成了4大新技术：（1）核磁共振分析技术人；（2）等离子体光量计（ICP）分析技术；（3）长岩心酸岩反应流动模拟试验技术；（4）ESEM环境电镜微观分析技术。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望8.酸化设计及实时监测评估软件发展现状二维及三维酸压设计软件多级注入闭合酸压设计软件“两酸三矿物”砂岩基质酸化设计软件标准的‘一酸二矿物’模型是依据矿物与HF酸反应速度将矿物分为快反应和慢反应两大类。快反应矿物包括长石、粘土矿物等，慢反应矿物主要为石英。这种模型没有考虑流速的影响，忽略了H2SiF6酸的再反应过程，只能适用于低温地层。近年来在标准的‘一酸二矿物’模型基础上，考虑流速对酸岩反应的影响，以及次生H2SiF6快反应矿物再反应生成Si(OH)4沉淀，而Si(OH)4

作为第三种矿物与HF酸反应这一复杂的酸岩反应过程，发展了“两酸三矿物”模型。这一地层特别适合高中温地层酸化模拟。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望8.酸化设计及实时监测评估软件发展现状基质酸化现场实时监测评估软件为了实现最优酸化，提高酸化有效率，国外开发研制了基质酸化现场实时监测评估技术。该技术在20世纪90年代得到进一步发展，并在现场广泛应用。根据储层基本参数，在酸化前制作施工压力、排量与堵塞比的关系图版，后来又制作出施工压力、排量与表皮系数的关系图版，现场施工时可直接在图上标出表皮系数的变化趋势。基质酸化优化设计专家系统近年来，ARCO公司和Schlumberger公司联合开发了新一代在微机上使用的基质酸化优化设计及评估综合系统，它将砂岩、碳酸岩盐基质酸化模拟计算，地层伤害机理分析，液体体积优选，酸液添加剂及酸液体系优选，现场实时监测评估结合在一起。此外还具有如：结垢预测、转向剂置放、临界压差估算、产量预测及经济评价等功能。美国UT大学亦将基质酸化专家系统与砂岩酸化模拟器综合在一起，开发研制了优化专家系统。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望9.新世纪酸压技术发展展望分形理论在深度酸压机理研究中的应用酸压理论研究的未来发展展望通过未来10余年对酸压理论的系统研究，有希望建立起以分形理论为基础的现代酸压理论体系，并应用于现场实践中。酸化及酸压技术发展展望（1）“多级注人酸压十闭合裂缝酸化”技术方法仍然是主流技术；（2）超深井深度酸压技术，可以考虑发展加重酸液的酸压技术方法，增大井筒净液柱压力降低井口施工压力，从而提高施工排量；（3）复杂岩性储层的酸压技术仍将是今后重点研究的方向；（4）针对多层、油水互薄层、缝高控制困难储层的酸压改造；（5）在砂岩油气藏中，砂岩储层的“酸压十闭合裂缝酸化技术’值得进行室内研究和现场试验应用。二、21世纪初酸压及酸化技术发展现状及展望9.新世纪酸压技术发展展望优化设计软件研究展望（1）目前酸压设计软件大多建立在经典酸压理论的基础上；但应用性还未达到水力压裂设计软件的水平，需要依靠分形几何学作为手段来实现质的飞跃。（2）天然裂缝下的酸压模型研究更难，需要加大力度攻关。（3）闭合裂缝酸化的理论模型及设计软件的研究是另一难点。（4）针对多层、油水互薄层、缝高控制困难储层的酸压改造；（5））砂岩酸化模型研究中，除“两酸三矿物’模型应用之外，广义地球化学模型除应用于研究砂岩酸化二次沉淀之外，应该在砂岩酸化设计及理论研究中得到更加广泛的应用。三、21世纪初压裂液技术现状与发展从压裂液体系来看，目前国内外应用的仍然是以水基压裂液为主体，泡沫压裂液和油基压裂液体系为补充、近年来，国内外在压裂液体系方面的重要进展是；（1）针对常规植物胶聚合物压裂液存在残渣和残胶状况，国内外发展了表面活性剂压裂液（“无聚合物”或“清洁压裂液”）；（2）针对高稠化剂浓度导致高伤害和高成本的特点，研究提出了低浓度瓜尔胶压裂液（CMG）；（3）利用低分子缔合与“治愈”的复合效应，提出了瓜尔胶可控制降解和低分子瓜尔胶压裂液；（4）适应国内低渗透低压油气藏改造的需要，发展了酸性交联的CO2泡沫压裂液；（5）针对低渗透边际油层，研究提出了低成本清水压裂技术。三、21世纪初压裂液技术现状与发展表面活性剂压裂液体系

流变性：由于低分子表面活性剂的缔合作用，形成了与常规高分子植物胶压裂液“高粘高弹’不同特点的流变性能，即“低粘高弹”特点。滤失性：表面活性剂压裂液的滤失机理与常规植物胶压裂液具有显著区别，植物胶压裂液以形成滤饼为特点，以造壁滤失系数Cш为主控制滤失，而表面活性剂压裂液没有残渣，不形成滤饼，以流体粘度控制滤失为主。在实验室评价中，采用常现滤纸静态滤失方法，滤失量大；不能完全表征流体特征，应采用储层岩心以动态滤失实验表征表面活性剂压裂液的滤失性能。破胶与助排性：表面活性剂压裂液是一种分子缔合体系，分子平衡一旦破坏，流体胶束缔合结构破坏地弹性丧失，即为破胶。利用储层烃类物质（原油和天然气），即可改变表面活性剂体系的介质极性，实现不需添加破胶剂破胶。表面活性剂压裂液自身具有较低的表面张力和界面张力，有降低毛管阻力作用，实现助排能力。低伤害特性：低伤害是表面活性剂压裂液的重要特征。由于没有残渣，不形成滤饼，降低了对岩心的基质渗透率和支撑裂缝导流能力的伤害。三、21世纪初压裂液技术现状与发展2.低浓度瓜尔胶压裂液近年来，美国BJ公司开发了一种新型低聚合物浓度