低渗透油藏改造技术赵金州 ( 西南石油学院)我国发现和探明的油气藏主要集中在中、 新生代陆相沉积盆地中， 其中低渗透储层占有 相当的比例，而且这一比例将随勘探技术和油气藏改造技术的发展而提高经过多年生产实 践和理论研究，我国对低渗透储层的界限有了明确的认识，即低渗透油藏的渗透率上限为 5 0 x 1 0 - 3 耐 ， 下 限 为0 . 1 x 1 0 ' 1 耐 ， 低 渗 透 油 藏 的 上限 为0 . 1 x 1 0 - 3 耐 由 于 低渗 透 储 层 与中高渗透储层有不同的沉积和分布特征、 物性和孔隙结构特征、 裂缝特征、渗流特征， 低 渗透油气藏会带来特殊问题例如， 低速非达西渗流引起启动压力梯度，往往需要压裂( 甚 至 大型压裂) 才能获得较好的开发效果， 而且低渗透油气田的开发都有其独到的工艺技术 本文从低渗透储层的 地质、 开发特点出 发， 着重探讨整体压裂、 重复压裂、 碳酸盐岩酸压及 其它提高的储层改造技术一、低渗透储层特点1 . 低渗透油藏的沉积和分布特征我国 低渗透储层的成因是多方面的， 主要与沉积相及成岩作用密切相关近源沉积的碎 屑物质颗粒大小相差悬殊、 分选差，不同粒径颗粒及泥岩充填在孔隙中， 使储层总孔隙减 少，形成低渗透。
远源沉积离物源区较远， 水流所携带的碎屑物质经过长距离搬运， 使颗粒 变细， 沉积成岩 后， 形成颗粒细、 孔隙半径小、 泥质( 钙质) 含量高的 低渗透储层沉积后的 压实、 胶结和溶蚀等成岩作用和后生作用对储层物性起重要作用， 使储层的 孔隙度和渗透率 不断变化低渗透储层的非均质性普遍较强，包括微观非均质、层内非均质、层间非均质和平 面非均质对于远源、河流一湖泊沉积的储层，还要特别注意对砂体形态、大小和连续 性的描述， 在确定井网部署和注采系统时要充分考虑低渗透储层砂体在平面上分布特点 和规律2低渗透油藏的物性和孔隙结构特征低渗透储层的物性特点表现为低孔、低渗、 低饱、细喉的特征据油田3 2 个油层组( 包括个别井组) 1 2 1 2 0 个样品统计， 孔隙度在1 . 2 %一 3 0 . 2 %,平均 1 8 . 5 5 % 其中1 0 %一 1 5 %的占4 3 . 3 3 % 平均渗透 率在( 1 0 一 5 0 ) x 1 0 - 3 耐 的占3 7 . 5 %， 小于 l o x 1 0 - 3 耐 的占5 6 . 2 5 %. 3 2 个油层组均属于 低渗透油层， 其中 仍有高渗透油层组， 表明 储 层渗透性的非均质性比较强。
我国低渗透储集层含油饱和度总体上比较低，一般为5 5 %一 6 0 %，而且饱和度随渗透 率大小而变化， 但受油藏二次运移和聚集的漫长地质历史过程中形成的，因而不是严格的规律据3 2 个油层 1 1 9 5 块样品的分类统计，低渗透砂岩储层的孔隙主要有五种即粒间孔、 溶蚀孔、 微孔隙、晶间孔和裂隙孔， 其中粒间孔和溶蚀孔是低渗透储层的主要流动通道油2 2 7层的孔隙形态多为三角形、四 边形、多边形， 或三边一四边、三边一多边形， 孔喉配位都很 低，一般在2 一 5 沉积相、 岩性、 机械压实作用和成岩作用都影响到孔隙结构特征3 . 低渗透油藏的裂缝特征近年来，我国发现的具有裂缝的砂岩( 主要是低渗透油田) 越来越多，裂缝的作用在低渗 透砂岩油藏的开发实践中越来越重要，裂缝不仅决定了注水效果、 控制了 层系划分和井网布 置，从而决定了油田开发效果的好坏砂岩油藏裂缝的重要性都是在油田全面注水以后才认 识到的对裂缝表征和预测必须高度重视砂岩裂缝多为构造成因的张性和剪性缝， 具有明显的方向性，而且在原始状态下低渗透 砂岩裂缝是闭合的， 属于微裂缝或潜裂缝， 裂缝与岩石反差极小在测井曲线上难以识别， 但 在外力( 注水、 压裂) 长期作用下，这些潜在裂缝可能张开而发挥作用。
地应力方向和天然裂 缝方向严重影响油气开采效果岩心系统可以通过岩心裂缝观测描述和露头裂缝观测描述 可以通过测井方法识别裂缝， 通过钻井、 测试、注水、 压裂和生产动态等识别在宏观研究和定性分析基础上，采用主曲率数值模拟法、有限元法、概率统计法、模糊 数学法等可以进行裂缝数值模拟对裂缝的空间分布和发育规律进行全面预测， 并尽可能从 定量角度对裂缝方位、 密度、 尤其是渗透率场作出预测4 . 低渗 透油藏的 渗流特征低渗透油藏中， 油气水赖以 流动的通道很细微， 渗流阻力很大; 吸附作用、毛管力等液 固界面及液液界面的相互作用力显著， 导致低渗透油气藏渗流规律偏离达西定律 西安石油 学院阎庆来等用地层水通过天然岩心的流动实验也证明了压力梯度在比 较低的范围，渗流速 度的增加呈上凹型非线性曲线渗流过程存在启动压力梯度表示在渗流环境和条件下，流体 呈现出 有某种极限剪切应力，当剪切应力超过极限剪切应力时， 参与渗流过程的流体才有相 对运动5 . 低渗透油藏的开发特点由于低渗透储层物性差、岩性变化大、 孔隙结构复杂、非均质严重、天然能量低等特 点，因而决定了它在开采中与一般中高渗油田不同的开采特征。
① 由 于岩性致密、 孔喉半径小、 渗流阻力大，因而导致油井自 然产能低，生产压差大 但大 多数低渗 透 储层压裂改造 后的 增产幅 度大 例如， 偷树 林油田 空 气渗 透率 仅2 . 2 6 x 1 0 ' 3 斌 ， 几 乎 没 有自 然 产 能， 压 裂 改 造 后， 单 井 初 期日 产油9 - l o t , 稳 定 后为4 - 5 t ， 现以 投人 工业化开发② 低渗透油田一般天然能量都不充足，加之渗流阻力大，采用自 然消耗方式开发产量 下降快， 一次采收率低安塞油田 依靠天然能量开采初期， 采出1 %地质储量地层压力下降 3 . 9 M P a ，油井产量年递减2 5 . 8 %一 3 2 . 2 %.③低渗透油藏孔隙结构复杂、 连通性差、 含泥质多而易污染， 开发的普遍矛盾就是注 水井吸水能力低， 启动压力和注水压力高，而且随注水时间延长，矛盾加剧，甚至发展到注 不进水的地步另一方面油井见注水效果较慢， 压力、 产量变化幅度大， 有的甚至恢复不到 初期水平而且见水后，采( 液) 油指数下降，稳产十分困难二、 低渗油藏整体压裂技术水力压裂技术与其他学科交叉、 渗透， 建立了 新的压裂与开发的观念和方法， 低渗油藏 压裂开发技术被认为是水力压裂近期技术的重要发展。
它以油藏整体作为一个工作单元， 优2 2 8化水力压裂与油藏之间的组合，预测在水力裂缝存在的情况下， 油藏在一、二次采油阶段的 动态变化和裂缝对生产开发指标的影响，以及评估在压裂实施后实际结果与设计预期的偏离 程度，为进一步完善压裂设计方案提供基础针对一批低渗透油气藏， 我国应用了既要提高 单井产量又要保证注水开发油藏扫油效率的压裂开发技术，压后生产实践证明单井产量达到 了 工业要求，同时没有降低注水开发的 扫油效率， 提高了 这类低渗油气藏压裂开发效果， 取 得了经济开发效果，充分体现了低渗透油藏压裂开发技术上了新水平I . 低渗油藏整体压裂数值模拟技术近年来， 国内油田采用等值渗流阻力法和等连通系数法将水力裂缝的长度、 导流能力及 裂缝方位作为油藏的性质置人黑油模型中，对压裂开发的低渗透油田进行了整体压裂改造的 数值模拟计算， 将数模结果用于 总体优化压裂设计中 这种方法模拟计算的适应性较差， 模 拟结果受含裂缝网块几何尺寸变化的影响较大，而且早期动态拟合误差很大随着油藏数值 模拟技术的迅速发展，描述各类油藏多相渗流的数学模型及相应的数值模拟方法取得了 较大 突破， 但仍未考虑压裂裂缝的影响， 所采用的近似处理对整体压裂优化设计结果影响较大。
从油藏整体压裂改造的角度出发， 结合油藏数值模拟的原理和方法，提出一套新型的裂缝性 油藏整体压裂生产动态数学模型， 研制油藏整体压裂数值模拟软件， 是整体压裂数值模拟研 究发展的迫切要求 ; 整体压裂裂缝性油截中流体渗流数学模型① 基本假设裂缝性油藏整体压裂改造后，油、 气、 水三相渗流的介质和渗流特点与整体压裂前相比 具有很大的不同油气水在压后的储层中有三种渗流的通道:岩块中的孔隙介质是主要的储 油空间; 裂缝性油藏压裂后一部分潜在缝开启延伸形成填砂支撑裂 缝， 另一部分裂缝仍为充 填裂缝， 这两种裂缝都是沟通孔隙 介质和压裂裂缝的主要通道; 沿最大主应力方向 形成的水 力支撑裂缝则是流体流人井底的通道流体在整体压裂油藏介质中渗流特点也发生了显著变 化， 高导流能力的支撑裂缝克服了近井地带和裂缝中的渗流阻力，流体在较长的支撑裂缝中 的流动压力显著变化， 油气水在近井地带和裂缝中的 流动速度加快， 高速非达西流动常常发 生， 特别是裂缝性气藏压裂后近井带的非达西流动更为显著本文推导建立的模型基于如下假设 :a ， 流体在基质、 天然裂缝和压裂裂缝中流动时，岩块为主要储油空间，裂缝为油流通 道，岩块视为被裂缝系统所切割的互不连通的单元体的集合，它们既不能构成连续介质，也 不能供应源、 汇相， 岩块仅与裂缝系统发生质量交换;b . 油气水三相在基质、 天然裂缝中的流动服从达西定律，在压裂裂缝中的流动服从 F o r c h h e im e r 高速非达西流动方程， 且渗流为等温渗流;c . 油气之间存在相间质量交换， 油水、 气水两相互不相溶;d ， 岩石具有非均质性和各向异性，岩石和流体均为可压缩，考虑重力、毛管力、枯滞 力、岩石变形和相态变化等方面的因素;e . 油藏整体压裂后形成的压裂裂缝方向一致， 压裂裂缝为对称于井眼的双翼垂直裂缝;f . 压裂支撑裂缝的导流能力随位置和开采时间变化;B . 储层中的流体垂直裂缝壁面线形渗人压裂裂缝。
② 渗流方程A . 对于压裂裂缝系统2 2 9油相方程 v d P oa f v ) + Q ,fm + Q 二 最 ( O P ., s ,) pf气相方程 v '( p ga g,f v 4 5gpf) + ( P a a , f v ， ) + * + * = 最 ( op us , + Ow l ) ,水相方程v d p . a , f v (D w p f )B . 对于天然裂缝系统油相方程+ Q . f. + Q 、 二 最 ( $ p .. s . ) ,fv “ ( P . a , . r v 、 ) + a [ $ , P o ( o 、 ) ] +Q . . f 二最 ( O p o s ,) .f气相方程 ， - ( P g a g f v 4 5 g f ) +va [ V , P o ( 45 _-· ( P o ar v ‘ ) + a [ v . P g ( 4 , f ) 1 +(D f ) 1 +Q g , f =立‘ ， 刁 t ` 甲 占 0 +甲g s g / n f水相方程v ' ( p . a , ,f v 45 . f ) + a [c . 对于基岩系统油相方程a [ ， 。
户 : ( ，气相方程V . P . ( 41 ,., f ) 1 +Q ,ffi=旦( A -， 、 J 忿 `I甲w j w ， 川一O . f ) 1 十口 , fm( 知 , S , ) .︷-ata [ w p e ( o 二 一 g,} ) 1 + a [ V , P } ( 45 - f ) 1 + Q gf. 二水相方程a t ( oP gs g + op ., s. ) .入 [ 刀 w 尸 ， ( .③ 渗流辅助方程 辅助方程主要包括:压裂裂缝中、， 、 ， ， + 、 = 8 g ( o p , . )天然裂缝中和基质中的饱和度约束方程;毛管压力方 程; 相渗透率方程; 密度方程; 粘度方程;体积系数方程和非达西因子方程 非达西因子方程表示为: ， 二 { 召 rv lp ik ,。