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“工笔”细刻画 气藏变“透明”

华北油气开展单砂体精细刻画技术攻关,形成了剩余气描述技术体系并成功应用,支撑大牛地气田持续稳产

来源:中国石化报 时间:2024-01-29 07:44

□付豫蓉 马献珍 贾春晓 任广磊 赵 茜

“每当大牛地气田稳产上产形势出现吃紧的关键时期,总能迎来新的转机。”华北油气采气一厂地质研究所所长张家伟说。

大牛地气田在历经十几年规模开发后,建成气井2000余口,按照早期复合砂体气藏认识,气田加密调整井部署已没有“立足之地”,尤其是2017~2018年,每年新建年产能仅1亿~1.5亿立方米,不能支撑气田稳产。“2018年底,我们开始立项研究单砂体刻画技术并成功应用,达到国际领先水平,扭转了气田快速递减趋势,新建年产能12.7亿立方米,支撑气田硬稳产30亿立方米。”张家伟说。

大牛地气田冬季钻井施工场景。董鹏飞 影

新技术带来新转机

大牛地气田具有低压、低渗、低丰度、低产特性,属于非常规致密砂岩气藏,稳产难度大,综合递减率高。在气田开发初期,科研人员把气田分为盒1、盒2、山1、山2等7个气藏14套复合砂体,依据“先肥后瘦”原则,运用“直井单采”和“直井多层合采”,对优质的Ⅰ、Ⅱ类储层进行了有效开发。接着,他们针对次级的Ⅲ、Ⅳ类储层,运用水平井技术,也实现了效益开发。大牛地气田年产气量逐年增加,2014年产气40亿立方米。

“这期间我们一直运用复合砂体的理念部署井位,均获得了预期产量。”华北油气勘探开发研究院大牛地天然气所所长李晓慧介绍,随着油气开发持续深入,储层内部剩余气分布变得更为零散与复杂,层间、平面储量动用不清,复合砂体刻画已经不能满足开发调整需求。

2017年,华北油气部署了一批新井,但效果未达预期。2018年底,单砂体刻画技术研究全面展开。

2019年,科研人员加快对全气田、全层系单砂体的精细描述。他们整理、分析了气田1800余口井的数据,从中归拢砂体表征的数据,完成单砂体划分,将纵向14个小层细分为29个单砂体,实现全区闭合,完成主力目的层单砂体刻画。这相当于把一整栋大楼重新划分隔间、改造装修,难度与复杂程度可想而知。

正是在单砂体刻画的基础上,科研人员评价出了井网未控型储量6.8亿立方米,加密调整可新增年产能0.37亿立方米;评价出井控未动型储量33亿立方米,补孔合采可新增年产能0.55亿立方米。

随着该技术不断修正和完善,目前已完成了从点到线、面,再到立体的升级,形成了三维立体构型,客观展示出气藏的展布方向,为井位部署提供支撑。

精准定位加密调整井

打开大牛地气田气井分布图,井位密密麻麻,要如何在这些气井中间部署加密调整井成为难题。

大66井区为Ⅱ、Ⅲ类储量叠合区,具有纵向层位多、单层气层薄、连片性差的特点。开发初期,以直井“多层合采”开发方式为主,整体来看井网控制程度高,但层间动用差异大,规模开发后剩余气呈碎片化分布。

为“吃干榨净”剩余气,科研人员创新思维,开展“小井组、小网格”建模数模一体化剩余气研究,分析多层合采气藏的层间动用差异及平面波及状况,探索形成“小区域集中攻关、多层系立体部署、储量极致动用”的思路,分别部署两口水平井和一口定向井,实现了对该井组区域盒3、盒1、山2、太2、太1等层系剩余储量的充分控制,将剩余气“一网打尽”。采用三井式混合井型加密井组开发至今,大66井区累计产气3378万立方米,平均日产气8.1万立方米。

大12井区为水平井加密区,水平井在施工过程中,其井眼轨迹在进入水平段之前要有一个造斜段,井口与着陆点一般有300~350米靶前距,存在剩余气。2022年,华北油气在水平井DPT-30井与DPT-48井靶前距之间的太2层,部署了加密井D12P-95井,试获日产气2万立方米。

还有一种情况是井间加密,早期部署的水平井井距为500米,在水平段尾端会出现压裂改造不到位的情况。为挖潜这部分剩余气,2022年,科研人员在DPT-16井与DPT-42井针对太2层部署了加密井D12P-74井,采用1000米水平段错位设计,将井距调整为300米,获得了预期产量。

在外扩区块,科研人员依据单砂体展布方向,判定有充分的剩余资源,在大70井区部署了水平井小井组D70-P1井、D70-P2井、D70-P3井,其水平段目的层分别是山1-1、山1-2和山1-3,这些气层均在较窄的河道内。单砂体刻画技术将这些1~5米厚的“甜点”刻画出来,为井位部署提供了支撑。

措施挖潜“唤醒”低效井

大牛地气田已开发的层位储量逐步减少,每年都会产生部分低效、无效的气井,甄别具有储量潜力的气井成为精细化勘探开发的重要任务。随着单砂体刻画技术逐步成熟,哪里存在什么类型的剩余气也清晰起来。

2019年,华北油气勘探开发研究院大牛地天然气所整理出一大批低效、关停的老井进行挖潜。

D1-1-144井是2006年投产的气井,原来的生产层位是盒3、太2层。科研人员通过研究认为其他未动用气层具有较好的储量潜力,于是决定重新下入套管,对未动用的盒1、盒2、山1气层进行压裂改造,该井投产后,日增产气4400立方米。

华北采气一厂生产技术室副主任王排营说:“使用这种方法治理气井的效果有时相当于施工一口新井,但成本只有新井的50%。”

DK13-FP8井是2020年部署在下古生界的定向井,因产气量较低没有投产,一直处于关停状态。科研人员按照地质评价有潜力、工程工艺有对策、经济评价有效益的原则,类比邻井储层特征,认为该井上古生界气层具有潜力。通过封堵下古生界气层,上返打开上古生界山1、盒3气层,DK13-FP8井日产气2.3万立方米。

“针对这个类型井筒条件完好的关停井,下一步我们计划利用开窗侧钻技术,在井筒上钻一个新井眼,直达目的层。”王排营说。

华北油气采气员工在调整输气管线运行流程。付豫蓉 摄

支撑气田立体开发

“这是大牛地和东胜气田的第83个井组,一个井组平台上可以施工多口单井,这些井眼轨迹像大树的根一样,分别扎到不同的气藏层位,通过立体开发把天然气采出来。”正在井组施工的华北五普钻井队队长邢大伟介绍。

丛式井组立体开发具有大幅度降本、集约化环保、多层系增储等诸多优势。但鄂尔多斯盆地致密低渗油气藏储层非均质性较强、河道较窄,“甜点”分布零散。

“由于整体动用难度较大,我们进一步推广井组立体开发模式,攻关钻井轨迹控制、精准导向及储层保护等关键技术,使其能够适应气藏开发,将零散的‘珍珠’精准穿起来。”华北油气石油工程技术研究院院长王翔说。

“我们依据单砂体刻画研究,建立不同沉积类型砂体的构型模式,形成三维精细表征技术,使气藏空间展布更加直观,部署井位时做到有的放矢。”华北油气勘探开发研究院油气田开发专家闫淑红介绍。

目前,大牛地气田可以在同一个井组平台上部署三维水平井、鱼钩状井等各种复杂轨迹的开发井,实现储量动用最大化。

“一段一策”指引压裂改造

压裂作业是致密砂岩气提高单井产量的有效手段。以复合砂体理念部署井位时,科研人员认为只要在砂体中压裂就可以沟通气层,而实际上会因隔夹层存在遗漏含气砂体。

单砂体刻画技术应用后,压裂作业更具针对性,可根据单砂体“甜点”的外部形态、体积、内部构型等,有目标、有方向地设计压裂段间距、压裂规模、控逢高、造长缝等参数。“早期设计水平井水平段的段间距是100米左右,后来发现气层之间有隔夹层,造成压裂改造不充分,效果差,之后就按照砂体构型规模将段间距优化为30~50米。”闫淑红说。

通过不断探索,他们以剩余气充分动用为目标,总结出“一段一策,合理布缝”的施工模式:当遇到纵向上的叠加层,就适当增加压裂缝高,尽可能沟通更多气层;当气层横向延伸较长,就运用能够造长缝的压裂工艺;当遇到显示效果差的气层,就缩小压裂规模,或者不压裂。

根据单砂体刻画情况有针对性地实施“大规模、密切割”压裂方式,压裂改造见到明显效果,水平井平均单井日产量达到3.5万立方米,单井井控储量提高50%。

大牛地气田分流河道砂体展布模式图 郭萌萌 提供

新闻会客厅


华北油气首席专家、油气开发管理部经理 王国壮

石油勘探开发研究院华北地区勘探开发研究中心党支部书记、副经理 严 谨

问:什么是致密气?有何特点?

王国壮:致密砂岩气藏(简称:致密气)在世界各大含油气盆地广泛分布,是重要的天然气藏类型之一。根据第四次油气资源评价结果,我国陆上致密气总资源量21.85万亿立方米,其中鄂尔多斯盆地上古生界致密气资源量13.3万亿立方米,占全国的60%。

我国致密储层非均质性强,单个有效砂体规模小,呈孤立状非均匀分布,低孔薄层导致三维地震储层预测及“甜点”描述难度大,优质储层难以发现。

因致密储层孔喉细小,相当比例的天然气储存于纳米级储集空间或非连通孔隙中,难以产出,储量动用难度大。同时,由于储层致密,天然气充注过程中地层水驱替不充分,导致气藏中除存在传统意义上的“束缚水”外,还存在大量毛细管“滞留水”,在开采过程中会随着生产压差增大变成“可动水”,在气藏中形成气水两相流,导致气相渗透率降低。另外,致密储层固有的启动压力梯度、强应力敏感、水锁等特性,都导致采收率降低。

严 谨:全球致密气资源丰富,分布范围十分广泛,已成为非常规天然气勘探开发的重要领域之一,但世界上尚无统一的致密气标准和界限,不同国家根据不同时期的资源状况、技术经济条件、税收政策来确定其标准和界限。我国致密气是指覆压基质渗透率小于或等于0.1毫达西的砂岩类气层,单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限,但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量。

1927年,致密气最早发现于美国的圣胡安盆地。目前,全球已发现致密气的盆地约70个,可采资源量209.7万亿立方米。我国自1971年发现川西中坝气田之后开始致密气研究,随着地质理论和开发技术不断进步,致密气勘探开发取得了显著进展,已成为天然气增储上产的重要领域。

问:当前,中国石化致密气勘探开发取得了哪些进展?

严 谨:中国石化致密气主要分布在鄂尔多斯和四川盆地,具有埋藏深度大、气层厚度小、非均质性强、含气饱和度低、气水关系复杂的地质特征,开发具有“三低一快一长”的特点。近年来,中国石化以提高单井产量、降低开发成本为目标,借鉴国外致密气开发经验,结合自身致密气的地质特征,通过自主研发创新,形成了储层“甜点”预测及有利区定量优选、多层系多井型开发优化、直井多层压裂和水平井分段压裂、排水采气等关键技术,建成了新场、大牛地、中江、东胜等大型气田,推动了致密气的规模化开发。围绕致密气田长效稳产,形成了致密气藏剩余气定量表征及综合调整优化技术系列,主要包括复杂沉积体系单砂体精细描述技术、基于致密储层渗流特征的复杂剩余气定量表征技术、井网立体调整优化技术、全生命周期气藏-井筒-地面一体化压力利用技术,实现了大牛地、新场致密气田长期稳产。

问:致密气勘探开发的下一步攻关方向是什么?

王国壮:一是持续加强三维地震采集、处理、解释一体化,有效提升地震资料品质,攻关形成不同类型致密储层及“甜点”有效预测技术;二是加强地震地质一体化,持续深化单砂体精细描述,建立接近气藏实际的精细地质模型,明确剩余气空间分布特征,采取新井、侧钻、补孔等针对性措施精准挖潜;三是深化不同类型气井开采规律研究,优化合理开采方式,持续深化不同开发阶段有效排采技术研究与应用,降低地层废弃压力。

链 接

单砂体刻画是什么?

鄂尔多斯盆地成藏地质条件复杂,部分地区致密气呈现层数多、层薄、低渗背景下相对高渗的特点。把地层纵向上逐级细分,可以将复合的砂层组或油气层组细分到单砂层。同一单砂层在平面上可以划分为若干个(孤立的)单砂体,单砂体是指自身内部垂向和平面连续,与其上、下砂体被泥岩等非渗透夹层分隔的砂体。

单砂体构型研究、单砂体刻画是大牛地气田开发中后期储层描述的重点,通过对储层内部不同级次单元要素进行解剖,描述储集层内部的非均质性,刻画不同级次储层构成单元的单砂体几何形态、规模、叠置关系等,实现剩余油气的高效挖潜。

近几年,华北油气又综合利用数字化平台,通过井位图导航,采用点、线、面、体多角度的地层对比形成三维立体的地层构型,将单砂体存在位置、大小、走向等参数标注清晰,科研人员可以直观看到单砂体的展布方向,明确各类储层平面展布特征,打造出“透明”气藏,为剩余气研究、井位部署提供技术支撑。

单砂体刻画技术系列包括哪些内容?

第一,垂向期次划分技术,运用数字化应用平台,在地层格架控制下,确定单砂体沉积期次划分方案,实现全气田期次划分的吻合。

第二,成因机理研究技术,通过沉积分析及模拟、野外露头观测等,明确大牛地气田上古生界储层砂体构型以辫状河、三角洲平原分流河道、障壁岛沉积为主,为单砂体构型解剖指明了方向。

第三,构型模式建立技术,在建立储层成因模式的基础上,弄清楚不同沉积类型单砂体的形态、规模、叠置关系及内部构型特征,精细刻画储层的空间展布。

第四,密井网构型解剖技术,通过对密井网解剖,建立了露头-岩芯-测井间的联系,为精细描述单砂体的位置、形态、规模、叠置关系奠定了基础。

第五,精细定量表征技术,通过大量现代沉积、野外露头观测、岩芯描述的研究及1800余口气井详细对比,形成了以“垂向分期、曲线定位、侧向划界、心滩刻画”为核心的构型表征技术,为开展单砂体剩余气三维定量表征和井网完善奠定基础。

该技术的形成和应用有何意义?

一是在砂体展布方面可由已知推未知。利用已钻井资料,通过三维地质建模分析,开展沉积模拟、密井网解剖,可以明确未钻井区域有效砂体展布特征,量化不同类型单砂体发育规模的关键参数,精细预测井间储层展布,指导井位的实钻跟踪调整。

二是明确剩余气挖潜对策。通过单砂体精细表征及数值模拟,可以按照压力波及范围和层内阻流带、层间阻隔层特征,将剩余气细分为井网未控型、井间未波及型、渗流阻隔型、层间未控型、层间未打开型、层间干扰型等6类,结合地层压力监测资料,明确不同开发单元的剩余气分布模式与挖潜方向。

三是指导钻井、压裂现场施工。基于单砂体描述成果,分析有效砂体叠置特征,通过“建模数模一体化”动态模拟与效益比选,“地质工程一体化”优化不同砂体叠置模式下的水平井轨迹设计,制定优化地质、工程“双甜点”压裂改造方案,提高单井产能。

(毛 严 整理)




(责任编辑:王莹 )