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雷家地區(qū)沙四段致密油儲(chǔ)層改造因素分析

文檔作者：劉世瑞李楊張子明文檔來源： 1．東北石油大學(xué) ．中國石油遼河油田分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月19日
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繁23● 第1期
2016年2月 始 ： 藏
DOI：10．3969／j．issn．1006—6535．2016．01．013
雷家地區(qū)沙四段致密油儲(chǔ)層改造因素分析
劉世瑞 ，李 楊 ，張子明
(1．東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318；2．中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦124010)
0 引言
摘要：針對(duì)渤海灣盆地遼河坳陷雷家地區(qū)沙四段致密油儲(chǔ)層勘探程度較低、開發(fā)難度較大的問
題，綜合利用測(cè)錄井及巖心實(shí)驗(yàn)等資料，對(duì)雷家沙四段的儲(chǔ)層特征進(jìn)行了研究和室內(nèi)評(píng)價(jià)。將
該地區(qū)巖石劃分為3類16種巖性，確定微裂縫發(fā)育、孔滲能力好的泥晶云巖為優(yōu)勢(shì)巖性。從
工程上分析了儲(chǔ)層敏感性、天然裂縫發(fā)育程度、脆性、地應(yīng)力差等壓裂改造影響因素，并通過多
井次的壓裂工藝嘗試和探索，確定了“大排量、大液量”的復(fù)合體積壓裂工藝為該地區(qū)的有效
儲(chǔ)層改造方案。
關(guān)鍵詞：致密油；儲(chǔ)層特征；儲(chǔ)層改造；雷家地區(qū)；遼河坳陷
中圖分類號(hào)：TE348 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-6535(2016)O1-0058-04
繼頁巖氣革命之后，美國在致密油勘探開發(fā)領(lǐng)
域又取得新的巨大成功，其中以北美Bakken和
Eagle Ford致密油 為典型開發(fā)模式，掀起全球非
常規(guī)油氣資源勘探新熱點(diǎn)。中國近些年開始開展
致密油勘探工作并取得一定成果，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了鄂爾
多斯盆地延長組長6一長7段、準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝
組、四川I盆地中一下侏羅統(tǒng)、渤海灣盆地沙四段等
豐富的致密油資源。賈承造_2 等給出了中國致密
油的涵義以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。雷家地區(qū)沙四段儲(chǔ)層符
合致密油的一般規(guī)律，但由于其成藏條件及儲(chǔ)層特
征多樣性和復(fù)雜性 J，開發(fā)難度十分大。因此，需
要對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行針對(duì)性的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)，為下步儲(chǔ)
層改造工藝選擇提供依據(jù)。基于測(cè)錄井資料、相關(guān)
室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)以及區(qū)塊單井儲(chǔ)層改造效果，總結(jié)了
渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區(qū)沙四段致
密儲(chǔ)層巖石類型、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、物性、含油性、流
體性質(zhì)等儲(chǔ)層特征，分析了影響該地區(qū)儲(chǔ)層改造效
果的關(guān)鍵因素，建立了該地區(qū)地應(yīng)力大小及方向、
儲(chǔ)層脆性指數(shù)等參數(shù)評(píng)價(jià)方法。
1 儲(chǔ)層特征
渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區(qū) 沙
四段以濱淺湖一半深胡亞相沉積為主，形成一套湖
相碳酸鹽巖和泥巖的沉積組合，發(fā)育了杜家臺(tái)和高
升2個(gè)油層組，其中杜家臺(tái)油組劃分為3段。
1．1 巖性分類
根據(jù)雷家地區(qū)沙四段166塊x衍射巖石礦物
全巖分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，杜家臺(tái)組和高升組主要由黏土
礦物、石英、長石、方沸石、白云石、方解石等礦物組
成，其中石英、長石為粒徑小于0．01 mm的泥級(jí)細(xì)
碎屑，含量為8％～45％。根據(jù)組成礦物含量的不
同將雷家地區(qū)沙四段儲(chǔ)層劃分為16種巖性。
1．2 物性評(píng)價(jià)
通過對(duì)巖心觀察、鑄體、薄片、錄井等資料分析
表明，雷家地區(qū)沙四段儲(chǔ)集巖的孔隙類型主要為孔
隙一裂縫型。儲(chǔ)集空間類型主要為晶間孔、有機(jī)
孔、溶孔、成巖構(gòu)造縫、收縮縫。
經(jīng)過多組樣品分析，泥晶云巖類儲(chǔ)集空間以微
米孔為主，次為sI,TL和納米孔，其中微米~b：fL喉半
徑主要為1_000～25．000 m，納米TLTL喉半徑為
0．020～0．150 Ixm。同時(shí)在泥晶云巖、含泥云巖等
巖性中發(fā)育少量成巖構(gòu)造縫、溶蝕縫，能大大提高
儲(chǔ)層的滲流能力。含云巖或含方沸石泥巖、頁巖以
收稿日期：20150929；收稿日期：20151116
基金項(xiàng)目：中國石油股份公司重大科技專項(xiàng)“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題(2012E一30)
作者簡介：劉世瑞(1989一)，男，2012年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為東北石油大學(xué)地球科學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事礦物學(xué)
、巖石
學(xué)、礦床學(xué)等方向研究。
第1期 劉世瑞等：雷家地區(qū)沙四段致密油儲(chǔ)層改造因素分析 59
微孔和納米孔為主，孔隙直徑主要為0．005～0．145
txm，裂縫多以層理縫、收縮縫為主。因此，根據(jù)儲(chǔ)
集空間類型以及巖心壓汞曲線將泥晶云巖儲(chǔ)集空
間分為3類。
I類為微裂縫+破碎粒間孔+溶孔型(細(xì)喉不
均勻型)，平均孔隙度為13．2％，平均滲透率為
61．500~10 Ixm ，平均孔喉半徑為5．273 m。Ⅱ
類為溶孔+微孔型(微細(xì)喉不均勻型)，平均孔隙度
為8．2％，平均滲透率為0．430~10 Ixm ，平均孔喉
半徑為0．290 Ixm；llI類為微孑L型(微細(xì)喉道較均勻
形)，平均孔隙度為5．3％，平均滲透率為0．205×
10一 m ，平均孔喉半徑為0．176 m。由此可知，
雷家地區(qū)沙四段以微裂縫發(fā)育、孔滲能力好的云巖
類為優(yōu)勢(shì)巖性。
1．3 含油性評(píng)價(jià)
以巖心、巖屑和井壁取心為分析對(duì)象，結(jié)合巖
石地化錄井技術(shù)、錄井核磁和測(cè)井核磁等評(píng)價(jià)手
段，確定雷家地區(qū)杜家臺(tái)組和高升組總含烴量、可
動(dòng)流體、含油飽和度的范圍。杜家臺(tái)組為自生自儲(chǔ)
型儲(chǔ)層，儲(chǔ)層總含烴量為14．818～50．340 mg／g，高
于高升組(1．983～29．331 mg／g)，含油飽和度高。
利用核磁法 對(duì)不同巖性巖石進(jìn)行含油飽和度
測(cè)定，含泥泥晶云巖含油飽和度平均為81．15％，
120
90
60
30
0
注入孔隙體積倍數(shù)
a 15％鹽酸酸敏實(shí)驗(yàn)
6 7 8 9 1O l1 l2 l3
pH
c堿敏實(shí)驗(yàn)
l20
90
60
30
0
碳酸鹽質(zhì)頁巖含油飽和度平均為46．30％，含云泥
(頁)巖含油飽和度為29．95％。
1．4 流體性質(zhì)
遼河雷家沙四段儲(chǔ)層原油密度為0．89 g／em ，
50℃原油黏度為l2．78～86．7 mPa·s，含蠟量為
5．54％～16．71％ ，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量為21．38％ ～
39．90％，凝固點(diǎn)為24～38℃。油品接近于普通稠
油，且凝固點(diǎn)高、原油流動(dòng)性差，對(duì)后期儲(chǔ)層改造以
及壓裂液性能要求高。
2 儲(chǔ)層改造影響因素分析
非常規(guī)致密儲(chǔ)層難以獲得自然產(chǎn)能，必須通過
儲(chǔ)層改造的方式才能獲得高產(chǎn)。針對(duì)遼河雷家地
區(qū)沙四段的儲(chǔ)層特性，從工程角度提出以下幾點(diǎn)影
響儲(chǔ)層改造的主要因素。
2．1 黏土含量及儲(chǔ)層流體物性
遼河雷家沙四段黏土含量為9．2％ ～38．6％，
平均約為22．3％，其中主要以伊蒙混層為主，含量
約為54．1％～69．4％，并含有少量的綠泥石，約為
0．5％～1．3％，伊蒙混層比為26％一39％。
通過對(duì)儲(chǔ)層巖石進(jìn)行五敏實(shí)驗(yàn)(圖1，叼表征
實(shí)驗(yàn)前后滲透率的變化率)。實(shí)驗(yàn)表明，雷家沙四段
0．0 1．0 2．0 3．0 4．0
流速(柚L·rain )
c速敏實(shí)驗(yàn)
圖1 雷86井沙四段巖心五敏實(shí)驗(yàn)
礦化度／(mg·| )
b鹽敏實(shí)驗(yàn)
12O
90
喜60
30
0 10 20 30 40 50 60
注入孔隙體積倍數(shù)
b鹽敏實(shí)驗(yàn)
60 特種油氣藏 第23卷
儲(chǔ)層為強(qiáng)堿敏、中等偏弱水敏。絮凝法鹽敏實(shí)驗(yàn)表
明，當(dāng)儲(chǔ)層流體礦化度降低到2 000—3 000 mg／L
時(shí)，由于黏土礦物水化膨脹而導(dǎo)致滲透率大幅度降
低。因此，在壓裂酸化改造使用的壓裂液配方中，
應(yīng)當(dāng)優(yōu)選防膨劑，合理調(diào)整壓裂液pH值、礦化度
以及與地層水的配伍性。
2．2 天然裂縫發(fā)育程度
對(duì)比雷家多口井的巖心裂縫發(fā)育情況可知，靠
近斷裂附近的雷84、雷88井構(gòu)造縫和層理縫都較
發(fā)育，裂縫密度為2．2—2．4條／m。其中裂縫多以
全充填和半充填為主，充填物主要為方解石，其次
為方沸石和白云石。
根據(jù)薄片觀察統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)微裂縫普遍發(fā)育，
但規(guī)模較小，裂縫開度主要為10—40 m，與基質(zhì)
孑L喉處于同一數(shù)量級(jí)，能夠有效改善儲(chǔ)層的孔隙結(jié)
構(gòu)及儲(chǔ)滲性能。不同巖性其裂縫發(fā)育程度也不同，
對(duì)于碳酸鹽含量較高、脆性較強(qiáng)的巖性(如白云
巖、泥質(zhì)白云巖)，更易發(fā)育構(gòu)造縫；而泥質(zhì)含量
高、互層狀巖性(如泥頁巖)層理縫相對(duì)更發(fā)育。
2．3 地應(yīng)力及各向異性
根據(jù)鉆井井壁應(yīng)力垮塌橢圓井眼長短軸方向、
FMI實(shí)測(cè)裂縫方向以及壓裂裂縫監(jiān)測(cè)綜合確定，杜
家臺(tái)油層最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽饕荒蠔|向。
雷家沙四段縱向上巖性變化大，反映出地應(yīng)力隨著
巖性發(fā)生變化的特征。例如高升組以云質(zhì)頁巖為
主，最小主應(yīng)力梯度大，平均值為58．8 MPa，最大
和最小主應(yīng)力差高于6．6 MPa；而杜家臺(tái)組碳酸鹽
含量高，整體地應(yīng)力梯度小，最小主應(yīng)力平均為
52．0 MPa，應(yīng)力差小于5．0 MPa。根據(jù)北美頁巖氣
改造經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)力差值小有利于近井地帶形成復(fù)雜的
網(wǎng)狀裂縫，而最小主應(yīng)力對(duì)人工裂縫的開啟起主導(dǎo)
作用。因此，應(yīng)當(dāng)考慮根據(jù)不同的地應(yīng)力特點(diǎn)分類
優(yōu)化施工工藝。
2．4 脆性
研究表明，不同巖性的儲(chǔ)層其脆性差異較大，
含泥泥晶云巖和泥晶云巖脆性較好，泥巖和含碳酸
鹽頁巖脆性相對(duì)較差。因此，建立起2種基于測(cè)井
資料和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的脆性評(píng)價(jià)方法。第1種為巖石
力學(xué)參數(shù)法，參考北美Bakken組致密油提出的楊
氏模量和泊松比歸一法的脆性評(píng)價(jià)方法。。 。利
用聲波測(cè)井和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)相印證的方式，統(tǒng)計(jì)出
該地區(qū)楊氏模量為9—58 GPa、泊松比為0．19～
0．42，楊氏模量越大、泊松比越小，儲(chǔ)層的脆性越
好。第2種方法為巖石礦物組分法 ，利用ECS
i貝0井和x衍射全巖分析相校核的方式，確定儲(chǔ)層
巖石各脆性礦物所占比值高低。對(duì)比可得，雷家地
區(qū)杜三段和高升段脆性較好，脆性指數(shù)為40％～
60％，結(jié)合天然裂縫發(fā)育情況，確定雷家杜三段工
程品質(zhì)最佳，適合采用體積壓裂工藝建立復(fù)雜縫
網(wǎng)【 。 ]。
3 雷家致密油儲(chǔ)層改造方案優(yōu)選
北美Bakken地區(qū)致密油儲(chǔ)層改造主要采用低
黏滑溜水為主的體積壓裂技術(shù)，其特點(diǎn)為“大排
量、大液量、低砂比、小粒徑”，同時(shí)結(jié)合水平井分
段壓裂工藝，獲得了較高的水平井單井產(chǎn)量。通過
對(duì)比雷家地區(qū)與Bakken地區(qū)的儲(chǔ)層特征，發(fā)現(xiàn)二
者具有一定的相似性，可以借鑒Bakken致密油儲(chǔ)
層體積壓裂思路。但由于二者在地層敏感性、天然
裂縫發(fā)育程度、地應(yīng)力、脆性等因素存在一定差異，
因此，需要對(duì)該區(qū)塊開展工藝研究與試驗(yàn)，探索出
適合該區(qū)塊的儲(chǔ)層改造方案。
3．1 不同儲(chǔ)層改造方案對(duì)比
(1)雷96井采用“滑溜水+凍膠”的復(fù)合壓裂
改造方式。前置液階段采用10 m。／min排量泵人
低黏滑溜水，目的是在近井地帶造復(fù)雜裂縫，同時(shí)
小砂比段塞加砂起到一定支撐。隨后泵入高黏凍
膠拓寬主縫并向遠(yuǎn)端延伸，后續(xù)正常加砂。雷96
井共擠入350 m 滑溜水、400 m 胍膠，加入40-70
目陶粒5 rn ，20～40目高陶29 m 。壓裂后下泵生
產(chǎn)初期日產(chǎn)液為18 m ／d，13產(chǎn)油為9．2 t／d，3個(gè)
月后日產(chǎn)液降至6 m。／d，日產(chǎn)油為3．2 t／d，目前持
續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，壓裂改造效果較好。
(2)曙古173井采用純低黏滑溜水壓裂改造
方式?；锼┕づ帕繛?2 m ／min，同時(shí)低砂比
段塞加入40—70目陶粒12 m ，共擠入3 200 m?；?
溜水。壓裂后悶井144 h時(shí)后平穩(wěn)放噴，初期Et產(chǎn)
液為23．4 m ／d，可見油花，壓裂改造效果不理想。
(3)雷99井采用“凍膠+滑溜水+凍膠”的復(fù)合
壓裂改造方式。前期低排量泵入少量凍膠液，目的
第1期 劉世瑞等：雷家地區(qū)沙四段致密油儲(chǔ)層改造因素分析 61
是先造一條短主縫。然后提高排量泵人低黏滑溜水
使近井裂縫復(fù)雜化，隨后正常凍膠加砂。雷99井共
擠入150 m 滑溜水、560 m。胍膠，加入40～70目陶
粒34 m 、20-40目高密陶粒8 m 。壓裂后放噴初
期日產(chǎn)液為19．2 m ／d、Et產(chǎn)油為11．1 t／d，生產(chǎn)40
d后日產(chǎn)液為8．4 1TI ／d、日產(chǎn)油為6．3 t／d，壓裂改
造效果較好。
(4)高古l5井采用多級(jí)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂。壓裂
施工分為三級(jí)，每級(jí)正常加砂后擠入攜帶轉(zhuǎn)向劑的
原膠液，然后轉(zhuǎn)人下一級(jí)前置液階段，設(shè)計(jì)目的是
通過暫堵轉(zhuǎn)向的方式使得裂縫復(fù)雜化。高古15井
共擠入663 m 壓裂液、20～40目支撐劑66 m 、轉(zhuǎn)
向劑800 kg。壓裂后放噴初期日產(chǎn)液為4．6 m ／d、
日產(chǎn)油為2．3 t／d，半年后日產(chǎn)液為1 ITI ／d、日產(chǎn)油
為0．7 t／d，壓裂改造效果不理想。
3．2 分析與小結(jié)
通過以上研究及工藝試驗(yàn)分析，雷家地區(qū)致密
油儲(chǔ)層具有造復(fù)雜縫網(wǎng)的條件，采用“大排量、大
液量”體積壓裂改造效果明顯優(yōu)于常規(guī)加砂壓裂。
但由于儲(chǔ)層本身天然裂縫發(fā)育程度低使得人工裂
縫的復(fù)雜程度不高，純低黏滑溜水加低砂比攜砂難
以支撐起有效裂縫，故而造成壓裂后產(chǎn)能低下。復(fù)
合壓裂加砂階段采用大小粒徑支撐劑組合，增加大
粒徑支撐劑的比例提高人工裂縫的導(dǎo)流能力，有利
于生產(chǎn)井持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，對(duì)于雷家地區(qū)沙四
段致密油儲(chǔ)層，初步形成了以復(fù)合壓裂施工工藝為
主的思路，施工參數(shù)上優(yōu)化滑溜水與凍膠的用量比
例、施工排量、中低砂比、大小粒徑支撐劑組合的設(shè)
計(jì)模式。
4 結(jié)論與建議
(1)遼河雷家地區(qū)沙四段為典型致密油儲(chǔ)層，
其巖石類型劃分為3類16種巖性，其中泥質(zhì)云巖
為優(yōu)勢(shì)“甜點(diǎn)”巖性，物性及含油性較好。
(2)儲(chǔ)集空間中微孔、溶孔、構(gòu)造縫、成巖縫等
同時(shí)共存，局部儲(chǔ)層天然微裂縫發(fā)育，開度為10～
40 m，能有效改善儲(chǔ)層滲流能力，且為壓裂改造
裂縫復(fù)雜化提供有力條件。
(3)儲(chǔ)層黏土含量較高，具有強(qiáng)堿敏、中等偏
弱水敏特征，原油黏度較高、流動(dòng)性差，壓裂液優(yōu)選
應(yīng)考慮敏感性、原油乳化和防膨性能。
(4)“滑溜水+凍膠”的復(fù)合壓裂改造方式在
雷家地區(qū)取得了一定的效果，需要進(jìn)一步探索更有
效的施工工藝。
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