海上疏松砂岩稠油油田开发技术研究及应用

海上疏松砂岩稠油油田开发技术研究及应用中海石油（中国）有限公司研究中心2007.11曾祥林2汇报内容引言开发技术研究技术应用及实施效果评价结论与建议二一四三3南堡35-2油田位于渤海湾盆地、渤中凹陷北部石臼坨凸起的西南端。该油田具有岩石胶结疏松，原油粘度高、密度大，存在边底水等特点，是目前海上已开发稠油油田中最稠也是最具挑战性的油田。一、引言4国际惯例：粘度超过400mPa.s(陆地稠油粘度超过150mPa.s)，一般采用热采。一、引言主要指标辅助指标开采方式名称粘度(mPa·s)相对密度（20℃）50（或100）～100000.9200I-150～1500.9200可以先注水I-2150～100000.9200热采特稠油10000～500000.9500热采超稠油（天然沥青）500000.9800热采稠油分类类别Ⅰ注：红色的数字指油层条件下粘度,其余的指油层温度下脱气油粘度。亚类IIIII普通稠油海上稠油油藏因为受成本、空间等限制，采用常规热采方式开发难度大。5平均校正生产平均采油单井米采油指数系数压差厚度指数日产油量(m3/(MPa.d.m))(MPa)(m)(m3/(MPa.d))(m3/d)(m3/d)(m3/d)(m3/d)7井区1.860.62.525.027.969.8600.640.73.035.015.747400.641.03.010-126.4-7.919-242290108水平井取值分支水平井取值表3.1-2南堡35-2油田单井产能确定定向井取值南区合采单层北区区块南区定向井产能低，尤其是单层区域，在海上难以达到经济界限有效厚度日产油生产压差表皮系数表皮产生压降采油指数实际米采油指数S=0米采油指数S=5米采油指数(m)(m3/d)(MPa)(MPa)(m3/(MPa.d))(m3/(MPa.d.m))(m3/(MPa.d.m))(m3/(MPa.d.m))Nml-零76.839.63.6-0.15-0.0910.91.611.57Nml-I76.029.62.3-2.22-1.4512.72.121.306.434.63.0-1.19-0.7711.81.861.44614.034.27.012.854.474.90.350.950.518sa6.027.07.16.373.813.80.631.350.6129.08.41.7-1.444.90.5569.538.56.716.044.295.70.451.680.798Sa8.046.76.20.740.857.60.950.950.649.331.05.86.93.45.40.581.230.64注：7井、8Sa井的日产油量为酸化后的产量。1井S=0时的米采油指数是根据7井平均米采油指数校正系数换算的。Nml-零北区Nml-I南区平均值7井平均井号区块油组表3.1-1南堡35-2油田单井采油指数校正南区原油粘度高，测试产能低一、引言如果采用常规定向井开发，产量低于经济极限产量，远远不能满足海洋石油的经济高效开发的要求。因此，需要寻求适合海上稠油油田高效开发的技术！6汇报内容引言开发技术研究技术应用及实施效果评价二一三结论与建议四7二、开发技术研究分支水平井适度出砂通过分支水平井技术，来增大油层暴露面积，增加原油流动性，充分释放油井产能直接下筛管，简易防砂完井，节约生产成本，适当放大挡砂精度，让地层里的砂适度地从筛管里随着原油一起产出，改善近井地带渗透性，提高单井产能分支水平井适度出砂技术8分支水平井基础研究－理论模型研究分支井的流动状态复杂：（1）各个分支段的倾角、分支段的结构、流体类型都将造成对主井筒流动的影响；（2）多个流汇；（3）变质量管流。（1）按各分支主轴方向划分成若干小段，在每个小段上等质量流，分段计算，再按势能从低到高逐段累加。（2）按投影分解成直井和水平井，按各自产能公式计算再叠加。解决思路9分支水平井基础研究－理论模型研究构造鱼骨刺井的三维空间结构划分微元段分段计算表皮系数分段分类计算产能压力控制分段计算产量破坏模型出砂带扩展模型分段产量叠加携砂管流模型油井产能评价分支水平井的产能评价步骤10分支水平井基础研究－产能实验研究11多分支井井网和采收率研究推荐分支水平井井网方案1：定向井为主井网21定向井、6口多分支井、11口注水井10.5％单井产油量分别为13.2×104m3方案2：多分支井为主井网4口定向井、17口分支水平井、6口注水井10.6％单井产油量分别为18.6×104m3通过方案优化，在采收率相近的条件下采用以多分支井为主的开发方案少打11口井分支水平井基础研究－数值模拟方案优化研究12分析地层砂粒度大小及分布（1）适度出砂原理选择合理的防砂方式设计合理的压降控制模式结合油砂处理能力及地层砂粒度区间，设计合理的防砂范围（防粗排细）技术要点：确保能够改善近井地带的储层物性，充分发挥油层的产能井筒内流体流速能够携砂，防止井筒内砂粒沉积、堵塞确保出砂后地层的稳定性（不坍塌、不大范围骨架出砂和掏空）井底压力确保原油能被举升到指定高度游离砂剥蚀砂适度出砂技术研究—理论模型研究13蚯蚓洞模型：流固耦合（1）形成条件：压力梯度岩石强度（2）延伸方向：压力梯度/强度最大的方向（3）延伸特点：支化，侵蚀和冲刷交替（4）几何特点：类似于植物根系的网络岩心实验油藏模型强度、临界流速或临界压力梯度压力及流速分布是否出砂？蚯蚓洞网络蚯蚓洞网络出砂带孔渗蚯蚓洞内粘度、压力、渗透率蚯蚓洞产量井筒产量否是临界流速CKrqc4蚯蚓洞数量67.000))(()(rrrNrN2.000))(()(rrrDrD蚯蚓洞尺寸（2）出砂规律预测适度出砂技术研究—理论模型研究14计算出砂临界压差设计适度出砂的压力控制模式给定一生产时间计算对应井底压力下的塑性半径计算弹性带、塑性带内应力-应变分布由破坏准则计算出砂带范围根据蚯蚓洞模型和剥蚀模型计算出砂量计算出砂带内孔隙度计算压实和出砂的综合渗透率计算油井产量下一生产时间（3）适度出砂增产产能评价计算步骤适度出砂技术研究—理论模型研究15研制开发了全尺寸井眼出/防砂模拟试验装置。从而弥补了室内小范围评价方式，使得防砂管的评价手段：从机理研究上升到工程评价研究；防砂现象从局部到宏观。通过这套设备可以进行不同防砂方式下的防砂效果模拟试验研究，确保防砂效果。评价防砂方式的优缺点及适用性；优选防砂方式；防砂管管型及相关参数。适度出砂技术研究－出砂模拟实验研究16适度出砂技术研究－理论模型研究中海石油研究中心曾祥林17汇报内容引言开发技术研究技术应用及实施效果评价二一三结论与建议四18陆地与现场交流，保证了决策与实施的一致性。B12m井陆地、现场交流图件截屏1.1.及时掌握现场的钻及时掌握现场的钻井动态，进行随钻跟井动态，进行随钻跟踪。踪。22..及时收集第一手资及时收集第一手资料，解决疑难技术问料，解决疑难技术问题。题。33..及时修正地质模及时修正地质模式的认识，提出调式的认识，提出调整建议。整建议。4.4.及时反映新认识及时反映新认识和存在问题，供领和存在问题，供领导决策。导决策。四个及时旋转导向工具＋LWD三、技术应用及实施效果评价1.随钻一体化研究与实施19地质油藏测井地震随钻建模提出下一口井井位调整意见单井部分开发井（5口）完钻后，对砂体进行重新描述对下一批井的井位、井型、井网进行调整根据油田地质油藏特征，以提高产能为目的油藏数模地质油藏测井地震随钻建模提出下一口井井位调整意见单井部分开发井（5口）完钻后，对砂体进行重新描述对下一批井的井位、井型、井网进行调整根据油田地质油藏特征，以提高产能为目的油藏数模随钻调整示意图随钻调整示意图三、技术应用及实施效果评价1.随钻一体化研究与实施20三、技术应用及实施效果评价适度出砂－简化防砂方式采用优质筛管适度防砂单井完井费用较砾石充填防砂节约约310万元2.适度出砂技术应用21防砂参数优选－适度出砂NB35-2-6井Nml0油组地层砂粒度分析曲线01020304050607080901001101001000Diameter(microns)Cumulative%931.2945.8945.25944.25943.25931.5931.1930.6930.1929.5994.3993.7993.3992.7992.3991.7991.3990.4989.8989.3支撑剂粒径D50=0.72-1.12mm×8倍地层砂粒度中值d50＝0.09-0-0.14mmHRWP适度防砂技术支撑剂目数17/25（US目）查表绕丝筛管筛缝宽度0.016Gauge支撑剂粒径D50=0.9-1.4mm支撑剂目数14/18（US目）×10倍压裂充填适度防砂技术查表市售支撑剂目数16/30（US目）优质筛管过滤介质压裂充填防砂支撑剂目数16/30目支撑剂目数20/40目绕丝筛管筛缝宽度0.012Gauge高速水充填防砂根据最新数据分析，目前推荐的防砂参数做进一步放大。优质筛管：230微米过滤精度三、技术应用及实施效果评价2.适度出砂技术应用22砾石充防砂裸眼+优质筛管防砂适度出砂S=+5S=-5~-10S=+15~30三、技术应用及实施效果评价传统防砂目前防砂进一步2.适度出砂技术应用23南堡35-2油田共有18口油井应用分支水平井适度出砂技术。钻井压裂适度防砂井平均产能是周边定向井的3倍，达到了单层的5倍。南区的分支水平井开发也取得了较好的效果，分支水平井的产能也是周边定向井的2倍以上，明显高于定向井产能。0.0030.0060.0090.00120.00A6mhA7mA9mA10mA01A04A05A11A12A13A18A19A20A21A26A28A29产油量(m^3/d)定向井钻井压裂适度出砂井0.0020.0040.0060.00B03mB04mB07mB8mB9mB12mB13mB14mB18mB20mB21mB23mB01B5B10B17B22B24B26产油量(m^3/d)钻井压裂适度出砂井定向井3.分支水平井适度出砂技术的现场应用情况三、技术应用及实施效果评价24客观上，分支水平井距边底水较近主观上，生产压差过大，压力激动，造成底水锥进严重见水后含水升迅速A6mh井生产曲线040801201602002402005-9-102005-9-252005-10-102005-10-252005-11-92005-11-24时间产量（m^3/d）020406080100含水率％，含砂量％％产油量产液量含水率含砂量A9m井生产曲线03060901201501802102402703002005-9-252005-10-252005-11-242005-12-242006-1-232006-2-222006-3-242006-4-232006-5-23时间产量（m^3/d）020406080100含水率％，含砂量％％产油量产液量含水率含砂量检泵B4m井生产曲线03060901201501802102006-3-132006-4-122006-5-122006-6-112006-7-112006-8-10时间产量（m^3/d）020406080100含水率％，含砂量％％产油量产液量含水率含砂量3.分支水平井适度出砂技术的现场应用情况三、技术应用及实施效果评价25汇报内容引言开发技术研究技术应用及实施效果评价二一三结论与建议四26四、结论及建议1.结论南堡35-2油田的建成投产，成功攻克了海上稠油油田开发的难题，为渤海已发现的一批稠油油田的后续开发探索出了成功的经验。多分支井适度出砂技术应用该类型海上稠油油藏，油井的产能大幅度增加，为普通直井产能的5～6倍。多分支井适度出砂技术在实际应用中也存在含水上升过快的问题，目前还缺乏有效的稳油控水的措施。在渤海已开发的油田中，疏松砂岩稠油油田占80％左右。如果将适度出砂应用于该类型油藏中，将能大幅度提高油井产能，进而提高油藏采收率；经济效益也将大幅度提高。272.建