体积开发新技术

2026-01-10 12:06:00

为何定义为体积开发?难道还有面积开发?您猜对了,体积开发就是与面积开发对应的概念。在传统的石油开发过程中,分层开发是经常采用的有效策略。在分层开发的过程中,每一层石油储层形状如同一张薄薄的煎饼,油井则如同一根吸管,每次把一张煎饼那样的油层一吸而空,然后再吸下一层。这种分层开发很有画面感,仿佛一摞煎饼一层一层被取走,每一层的厚度近似可以忽略,如同只有平面面积,所以称为面积开发。对于较早发现的油藏,通常具有高孔隙度、高渗透性的特征,分层开发可以获得非常好的开发效果。但近年来发现的许多油藏属于低孔隙度、低渗透性的油藏,如果仍然坚持分层开发的策略,就会发现,单井产量和生产速度都低得令人无语,甚至没有经济开采价值。那么,该如何开发这类低孔低渗油藏呢?这就是下面要向您介绍的体积开发。

现实中的体积开发,是指通过水平井钻井和大规模分段分簇压裂改造,建立油藏人工缝网系统,使体积内的储量成为可动用的商业开发储量,进而使石油资源得到有效规模动用的开发方式。

当地下构造能够形成油藏时,不同油藏的孔隙度和渗透率大小不一。业内研究表明,即使油藏基质的孔渗性质很差,流体在其中的渗流也仍然符合达西定律揭示的普遍规律,即流体的渗流量与渗流面积、流动距离和驱动压力密切相关,当渗流面积增大、流动距离减小、驱动压力增大时,基质中流体的渗流会更加顺畅。采用常规的分层开发方式对低孔隙度低渗透率油藏进行开发时,之所以产量和效率都很低下,其关键就在于流体的渗流面积不够大、流体在基质中的渗流距离太长、驱动压力不够大。体积开发要实现的目标就是扩大渗流面积、减小渗流距离。

假设有一个立方体形状的油藏,其边长为4a。在进行分层开发时,可以假定将其沿水平方向剖开,等分为上下两部分。那么,可以认为上下两个新增剖面的面积32a2就是渗流面积,而对应的渗流距离可以粗略地用a来代表。而在体积开发方案中,可以假定将这个立方体均匀分割为边长为a/4的小立方块,以同样方式进行估算,此时其渗流面积将扩大到1440a2,对应的渗流距离则减少到a/8。可见,在体积网格的情景下,影响渗流效果的渗流面积和渗流距离将得到同步改善。

以上述粗略的类比来描述体积开发当然有助于理解其原理,但这种过于简化的模型与油藏的实际情况相距甚远。在油田开发实践中,体积开发是历经艰苦并富有成效的探索形成的理论方法与工程技术体系,并有多个系列的技术装备与之配套。

体积开发的重要条件是形成大规模人工缝网系统。水力压裂的主裂缝沿着最大水平主应力方向延伸,在层间胶结薄弱处或闭合的天然裂缝处形成次裂缝,最终与天然裂缝耦合组成缝网系统。结合人工裂缝规模和主裂缝形态,在优质储层采用上下多层交错布井的方式,水力压裂后形成的体积缝网可最大限度地增加改造体积。

人工改造后的石油储层,纳米级孔喉、微米级次裂缝、天然裂缝和毫米级主裂缝多尺度相互耦合分布。与常规分层开发相比,低孔隙度、低渗透率油藏采用与常规工程技术不同的长水平井、分段分簇压裂等核心技术改造后,其储层中流体的流动方式也由常规层状油藏的以水平流动为主转变为层状页理缝的水平流动、垂直缝纵向流动等多重流动耦合的“复合体积流动”方式。石油在储层缝网系统中的流动,不仅包括基质内部的解吸扩散和水平方向的多向渗流,还有不同小层、不同水平井间体积缝网内沿垂向导流缝的纵向流体交换。体积缝网主裂缝内的游离石油在压力差的作用下首先流入井筒,随着压力降低和传导,基质内部的石油逐步通过次级裂缝和天然微裂缝运移至主裂缝,最终流入水平井筒。

开发实践表明,井网的一次性合理部署对石油的效益开发至关重要。早期的体积开发理论设想在后期进行井网加密,往往水平井的初始间距较大,在5001000米。随着认识的逐步深入,小井距水平井部署比例逐年增高。

但井距缩小后有些水平井开始呈现一定程度的互相干扰,于是井网部署规划的井距有回调的趋势。一般地质条件较好的油藏可以将井距稳定在260300米,而地质条件较差的地区,可以将井距缩小到100米或更低的数值。缩小井距可减小压裂设计缝长,有助于现场施工,大幅减少远井未改造油藏体积。此外,缩小井距的同时,通常需缩小簇间距,这两者密切相关。目前北美非常规储层水平井分段改造的簇间距从2030米缩小到510米。在小簇间距条件下,簇间形成网络裂缝已不是必要条件,两条裂缝切割的基质中石油与裂缝间渗流距离仅为数米;对于微米、纳米达西级渗透率储层,基质中的流体流动至裂缝所需的驱动压差已极大减小,基质中的石油动用基本无阻碍。近年来,人们又开始发展超长水平井开发技术,这种技术能够减少每米钻完井成本并提高井的经济指标,使压裂和钻井成本降低20%30%,相比短水平段井利润提高35%70%。超长水平井增加切割基质的压裂裂缝条数以及裂缝与基质的接触面积,能够最大化水平段的储量动用能力,延缓产量递减速度,大幅提高采收率,实现降本增效。

体积开发技术不仅可以在非常规储层广泛应用,在低饱和度油藏、稠油油藏,甚至常规油藏的开发中均可应用。体积开发技术能够有效提升石油开采的效率,已成为未来最具发展潜力的新兴石油开发技术,具有广阔的应用前景。

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