低渗砂泥交互油藏压裂开发理论和技术及应用-北京科技大学

项目名称 推荐单位 项目简介 低渗砂泥交互油藏压裂开发理论和技术及应用 北京科技大学 随着我国国民经济的快速发展，对石油需求不断增加，而我国中、高渗透油藏后备石油储量明显不足。低渗和特低渗透油田占石油地质储量的54%，其中砂泥交互这种薄互层油藏占低渗透总储量的50%，且大部分地质储量未能动用。因此，低渗透薄互层油藏的有效动用与高效开发将对我国经济持续发展具有重要意义。由于薄互层砂泥交互、纵向层数多、单层厚度薄、平面上应力分布复杂、物性差、丰度低，采用原有低渗开发技术开发低渗薄互层其效果差，缺少适应性技术，严重制约了其有效开发，使得低渗透砂泥交互薄互层油藏是低渗透油田中难开采的油藏，其有效开发非线性渗流理论方法、压裂控制技术是国际上极富挑战性的理论和技术难题，国内外也没有成型的理论方法及技术。目前，薄互层油藏多采用压裂直井、压裂水平井开发，但因缺乏上述理论支撑，压裂的有效支撑缝长短、水平井分段压裂效率低，导致开采过程中\采油速度低、采出程度低、单井产量低、稳产难度大\。因此，深入研究薄互层压裂开发耦合渗流规律，掌握薄互层压裂裂缝扩展规律，确定注水井、油井间驱替半径和合理井距，形成一套薄互层低渗透油藏压裂开发理论体系、开发方法和配套工艺势在必行。 研究成果属于油气田开发领域，涉及渗流力学、油气藏工程两个学科。项目主要来源于国家科技重大专项项目（2011ZX05051）“薄互层压裂裂缝控制与优化技术研究”、国家科技重大专项项目（2011ZX05009-004）“油田开采后期提高采收率新技术-低渗油藏长期开采后窜流规律及治理方法”和国家自然基金项目、科技支撑课题4项，教育部科技专项1项，胜利油田科技项目3项、大庆油田科技项目5项、玉门油田科技项目2项等。 本项目主要创新点如下：1）针对薄互层复杂渗流特性、启动压力梯度、压裂水平井产能预测及混合井网渗流规律这几个根本问题，首次建立了考虑薄互层砂体分布、物性差异、裂缝形态的压裂直井、压裂水平井、混合井网压裂非线性渗流数学模型；建立了反映薄互层低渗透储层非达西渗流特点的稳态、非稳态、两相及有效动用渗流数学模型；建立压裂混合井网产能预测方法；形成了薄互层压裂开发耦合渗流理论；提出了特（超）低渗透储层启动压力梯度的方向性和时效性，形成了人机交互拟合分析的低渗油藏压力分析技术；提出示踪剂具有“油藏特征色谱效应”，揭示了多孔介质储层中“示踪剂真实运移速度比水慢”的机理。2）针对薄互层储层的非均质性，目前水力压裂裂缝扩展模型中存在的不足，团队发明了一种水力压裂裂缝在砂泥岩薄互层油藏地质界面处扩展形态的判识方法。该方法利用砂泥岩薄互层各地层性质，引入复合材料的力学性质表征方法，建立了薄互层岩性力学参数方程，并基于Griffith断裂和界面裂缝扩展理论，首次建立了薄互层非平面裂缝起裂-扩展准则，实现了裂缝在砂/泥界面偏转、滑移、穿越等复杂扩展形态的描述、预测和判识，形成了薄互层裂缝控制与优化技术；3）原有实验技术不能对非线性渗流问题进行有效的测试，针对微观和宏观实验方法和测试技术难题，创新形成了低渗砂泥交互储层非线性渗流规律模拟方法及实验装置，开发了专门用于模拟低渗条件下的径向流模拟实验装置，建立了相应的实验方法和流程，可以实现高温高压和平面/纵向非均质条件下1注4采的井组模拟；针对调剖体系与低渗透油藏匹配关系，创新发展了实验装置和实验方法，形成了深度调剖流体运移理论和方法；4）建立了薄互层油藏快速数值模拟和压裂裂缝控制优化方法，提出并形成了薄互层水平井多级压裂、仿水平井压裂、分层适配井网压裂、非均质油藏矢量井网优化布井等开发方法和技术，实现了薄互层低渗透油藏的有效开发；5）研发了低渗薄互层压裂开发配套新材料、新工具及注采技术：①研发新型速溶瓜胶压裂液及在线实时连续混配技术；②研发耐高温清洁乳液/微乳液压裂液；③针对薄互层直井、水平井多级压裂发明必要的完井管柱；④研发了低渗储层高强度淀粉胶-有机胺两级封窜调堵体系，并给出调堵体系和工艺技术的适用界限；⑤研发了适用于不同窜流强度的低渗油藏调剖堵水用剂及相关技术。 自2011年始先后在胜利、吐哈、大庆、玉门等油田推广应用效果显著。仅胜利油田樊154-162等5个区块、吐哈油田三塘湖牛圈湖和牛东2个区块的统计，累产原油66.26万吨，实现产值30.3亿元、利润11.40亿元，经济效益和社会效益显著。 本项目成果申请专利47件，其中已授权发明专利39件、实用新型8件；获软件著作权20件；发表学术论文282篇，其中SCI,EI,ISTP收录81篇；出版专著7部。经鉴定和查新认为该项目成果引领了薄互层低渗透油藏压裂有效开发技术发展方向，整体达到国际先进水平，其中薄互层低渗透油藏压裂开发耦合渗流理论、薄互层非平面水力裂缝描述和预测方法、开发方法方面达到国际领先水平。

主要完成人及技术贡献 1、朱维耀 主持和负责整个项目的研究工作。制定了薄互层低渗透油田压裂开发渗流理论和裂缝控制优化技术的总体研究方案，组织进行了大量的渗流物理实验，建立了一系列渗流数学模型，系统地提出了薄互层低渗透油田压裂开发耦合渗流理论、开发方法和裂缝扩展理论，并组织应用和验证。发表与该项目密切相关的核心理论科技论文48篇，获得发明专利6件，获得软件著作权4项，出版科学技术专著3部。通过本项目指导博士后2名、博士研究生12名，硕士研究生16名。是该项目的突出贡献者。 2、王增林 主要负责对薄互层低渗透油田开发方法和工艺及工具进行了系列研究。针对胜利油田薄互层低渗透储层提出了大面积水平井多级压裂、混合井网压裂开发方法，并在胜利油田取得了现场实施。是胜利油田薄互层低渗透油藏开发方案和现场实施的总设计师。发表与该项目密切相关的科技论文5篇，获得发明专利6件。通过本项目指导博士后1名。是该项目的突出贡献者。 3、侯吉瑞 主要负责低渗透油藏径向流驱油物理模拟实验装置和方法。开发了专门用于模拟低渗条件下的径向流模拟实验装置，建立了相应的实验方法和流程。研发了低渗油藏调剖堵水用高强度淀粉胶及其定位调堵技术方法等，在确定油水前缘的基础上，实现高强度淀粉凝胶的准确定位设置，保证了调堵效果，并采用流变性等理论分析方法指导段塞优化设置和实施工艺。建立了裂缝性低渗油藏扩大气驱波及体积技术。筛选研发了低渗储层高强度淀粉胶-有机胺两级封窜调堵体系及相关技术，分别对裂缝和相对高渗基质进行窜逸控制，可有效改善CO2驱油效果。发表与该项目密切相关的科技论文80篇，获得发明专利18件。是该项目的突出贡献者。 4、李爱山 主要负责胜利油田薄互层低渗透油层压裂施工方案设计、压裂优化设计和现场实施、效果分析及评价等。对薄互层低渗透压裂施工的核心技术的形成起到了关键作用，并把理论研究应用到油田现场，取得了一定的成果，为项目顺利实施并取得突破起到了突出作用。发表与该项目密切相关的科技论文12篇，获得发明专利4件。是该项目的突出贡献者。 5、岳明 主要负责薄互层低渗透油藏非达西条件下直井压裂、水平井压裂和混合井网压裂渗流模型的建立及数值模拟程序的编制。在项目研究和应用过程中，进行了开发方案和压裂裂缝参数优化设计、并进行了效果分析与评价，对薄互层低渗透压裂开发的核心理论的形成和项目的顺利实施起到了关键作用。发表与该项目密切相关的科技论文6篇，获得发明专利1件，软件著作权4项。是该项目的主要贡献者。 6、孙玉凯 对薄互层低渗透油藏开发方法和油藏工程方法进行了系列研究。是吐哈油田薄互层低渗透油藏开发方案和现场实施的总设计师。对吐哈油田三塘湖采油厂进行压裂开发推广应用，使本项目在吐哈油田取得了成功。发表与该项目密切相关的科技论文7篇，是该项目的主要贡献者。 7、张全胜 项目主要参与人，具体负责薄互层大面积水平井压裂技术总体方案设计、压裂完井工具核心技术攻关等，负责研究报告的审核及完善，编制科研报告和汇报多媒体。在胜利油田进行大面积水平井压裂开发推广应用，使本项目在胜利油田取得了成功。发表与该项目密切相关的科技论文6篇，获得发明专利5件，是该项目的主要贡献者。 8、马收 负责薄互层水平井水力压裂设计、压裂完井工具核心技术攻关等，并负责水平井水力裂缝平面破裂-扩展物理模拟研究。在胜利油田进行水平井多级压裂开发推广应用，使本项目在胜利油田取得了成功。发表与该项目密切相关的科技论文15篇，获得发明专利1件。是该项目的主要贡献者。 9、赵凤兰 主要负责低渗透油藏径向流驱油物理模拟实验装置和方法。在系统研究的基础上，给出不同堵剂体系（凝胶、冻胶、地下聚合高强度淀粉胶、泡沫、颗粒/微球）等对低渗油藏封堵的适应性，并建立了相应的图版，为低渗油藏调堵剂种类优选、强度和用量等参数设计提供了理论依据。发表相关科技论文36篇，获得发明专利11件。是该项目的主要贡献者。 10、宋智勇 负责薄互层低渗透油田压裂开发的渗流及流固耦合实验研究，组织开展了大量的渗流物理模拟实验，完成了高温高压物性测试、微观与宏观渗流、流固耦合等渗流规律实验研究，揭示了薄互层非均质储层中的启动压力梯度、非达西、应力敏感性等复杂渗流特征，获得发明专利2件。是该项目的主要贡献者。 11、朱华银 负责薄互层特性的渗流物理实验研究，发明了能够模拟薄互层低渗透油藏条件的高温高压孔隙度、渗透率、毛管力等渗流参数测试方法及装置，完成了薄互层低渗透油藏储层物性参数及渗流规律的实验研究，获得授权发明专利2件，实用新型专利1件。是该项目的主要贡献者。 12、谢桂学 主要负责胜利油田薄互层低渗透油层压裂施工方案设计、压裂优化设计和现场实施。对薄互层低渗透压裂施工的核心技术的形成起到了重要作用，并把理论

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