多級(jí)壓裂水平井周期性注氣吞吐提高頁(yè)巖油氣藏采收率
——以北美Eagle Ford非常規(guī)油氣藏為例

王 勇 湯 勇 李士倫 劉 昕

1. 中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 2.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

0 引言

現(xiàn)代頁(yè)巖油藏壓裂技術(shù)采用了重復(fù)的堵塞—射孔—壓裂多級(jí)作業(yè)，高效地生成井筒附近的復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，極大地增加了井與儲(chǔ)層的接觸面積，提高了油藏流體的導(dǎo)流能力，超低滲透頁(yè)巖油藏得以經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)發(fā)，給美國(guó)的油氣開(kāi)發(fā)帶來(lái)了革命性的變革，促使其于2020年成為油氣凈出口國(guó)。頁(yè)巖油氣井的單井初期日產(chǎn)量較高（可以超過(guò)160 m3），但有限的壓裂油藏巖石內(nèi)的溶解氣驅(qū)開(kāi)采方式導(dǎo)致產(chǎn)量的遞減速度非?？?，2年后的單井日產(chǎn)量已不足初期產(chǎn)量的1/4，累計(jì)產(chǎn)量則是最終采出程度的一半，利用Arps遞減曲線分析預(yù)測(cè)的最終采收率一般僅為5%～10%。在過(guò)去的10余年里，業(yè)界一直在探索和嘗試經(jīng)濟(jì)有效地提高頁(yè)巖油藏和致密砂巖油藏采收率的方法。中國(guó)頁(yè)巖油氣資源豐富，近年來(lái)已經(jīng)在準(zhǔn)噶爾、松遼、渤海灣、鄂爾多斯、四川等盆地取得了重大突破，對(duì)于國(guó)內(nèi)主要盆地的頁(yè)巖油氣特征也取得了一些重要的認(rèn)識(shí)[1-4]，但目前對(duì)于提高頁(yè)巖油采收率的研究還不多見(jiàn)。北美作為世界頁(yè)巖油產(chǎn)量供應(yīng)大國(guó)，在開(kāi)發(fā)非常規(guī)致密油領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。為了助推中國(guó)頁(yè)巖油氣革命，筆者基于大量非常規(guī)油藏提高采收率相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研[5-15]，結(jié)合北美油田管理的成功經(jīng)驗(yàn)，從注氣吞吐的作用機(jī)理、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等多個(gè)方面對(duì)注氣吞吐提高頁(yè)巖油藏采收率進(jìn)行了詳細(xì)論述；進(jìn)而歸納總結(jié)分析研究結(jié)果，提出了有針對(duì)性的意見(jiàn)和建議，以期有助于加快我國(guó)非常規(guī)油氣資源的高效開(kāi)發(fā)利用。

1 注氣吞吐提高頁(yè)巖油藏采收率的機(jī)理

常規(guī)油藏注氣提高采收率多采用注氣井和生產(chǎn)井驅(qū)替/掃油的方式，但頁(yè)巖油藏或致密油藏的超低滲透率導(dǎo)致驅(qū)替的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此只能對(duì)單個(gè)多級(jí)壓裂的水平井實(shí)施周期性的自注和自采，使得剩余油和注入天然氣直接充分接觸，促使油組分溶解/蒸發(fā)到氣體中或與氣體混合并膨脹，增加剩余油的流動(dòng)性，以此來(lái)達(dá)到提高頁(yè)巖油采收率的目的。

1.1 注氣吞吐1個(gè)周期的3個(gè)階段

注氣吞吐提高頁(yè)巖油采收率1個(gè)周期一般包括3個(gè)階段：注氣、燜井和生產(chǎn)。

1）注氣階段：用大功率的壓縮機(jī)將大量干氣注入生產(chǎn)井以提高井筒附近油藏的壓力。目標(biāo)是注入氣體能夠盡可能地從壓裂縫滲流到油藏，注入氣體后的油藏壓力最好高于注入氣體和原油的最小混相壓力（MMP）。

2）燜井階段：注氣結(jié)束后，關(guān)井使注入氣體可以與剩余油充分接觸和混合，剩余油的輕質(zhì)組分能溶解或蒸發(fā)到氣體中或與氣體混合，或剩余油與注入氣體充分混合后體積膨脹。關(guān)井時(shí)間可以從幾天到幾個(gè)月。對(duì)于關(guān)井時(shí)間的長(zhǎng)短一直都存在著爭(zhēng)議，因?yàn)闋F井的增產(chǎn)效果很難量化。關(guān)井的時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。因此要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究，通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以確定最優(yōu)的關(guān)井時(shí)間。

3）生產(chǎn)階段：燜井后開(kāi)井生產(chǎn)。如果單井鉆遇的油藏密閉性足夠好，注入氣體沒(méi)有橫向井組和縱向?qū)酉档牧魇В筒貕毫?yīng)明顯高于注氣前的壓力，有利于剩余油的流動(dòng)。此時(shí)油藏中油的體積增大，黏度降低，流動(dòng)效率增加。

4）持續(xù)生產(chǎn)至油藏壓力降低后，再重復(fù)進(jìn)行新一輪的注氣吞吐作業(yè)。

1.2 增油機(jī)理分析

頁(yè)巖油藏不可能采用常規(guī)油藏驅(qū)替/掃油的方式提高采收率，因?yàn)轫?yè)巖油藏的滲透率太低，只有注入氣體經(jīng)裂縫滲流到油藏中與裂縫表面的剩余油一次接觸過(guò)程，而非常規(guī)油藏驅(qū)替時(shí)的多次接觸過(guò)程[16]。

對(duì)于溶解氣油比低的油藏，注氣吞吐提高采收率的機(jī)理是注入的氣體擴(kuò)散到壓裂油藏中與剩余原油接觸且溶解，使其體積膨脹，實(shí)現(xiàn)二次溶解氣驅(qū)，而且黏度降低，減少了表面張力[17-18]、提高了原油的流動(dòng)性。由于吞吐過(guò)程是一次接觸，不是驅(qū)替過(guò)程的多次接觸，在開(kāi)井生產(chǎn)階段，油藏壓力也迅速降低，所以常規(guī)注氣的混相機(jī)理在吞吐過(guò)程中作用不顯著。對(duì)于初始溶解氣油比高的揮發(fā)油藏和凝析氣藏，油相組分蒸發(fā)到注入的氣體中是更重要的增油機(jī)理。對(duì)于凝析氣藏，在井筒附近的凝析油氣化提高產(chǎn)量，初期的增產(chǎn)效果會(huì)很好。

本文參考文獻(xiàn)[19-20]針對(duì)初始?xì)庥捅冉橛?0～3 500 m3/m3的一系列儲(chǔ)層流體進(jìn)行數(shù)模研究，注氣吞吐增油機(jī)理如圖1所示。圖1中縱軸的開(kāi)發(fā)效率是注氣提高采收率除以一次衰竭式開(kāi)發(fā)采收率，雖然開(kāi)發(fā)效率對(duì)于不同的流體類型油藏都是相似的，但是由圖1還是可以看出，其中黑油油藏的增產(chǎn)效果為最好，因?yàn)槿芙鈿庥捅鹊偷挠筒卦蛢?chǔ)量更高。凝析氣藏的蒸發(fā)機(jī)理決定了在實(shí)際作業(yè)中需要注入更多的氣體，增加了設(shè)備成本和操作費(fèi)用，所以最好選擇初始?xì)庥捅冉橛?0～180 m3/m3的油藏進(jìn)行注氣開(kāi)發(fā)，其次是揮發(fā)性油藏，而凝析氣藏則一般不推薦采取注氣吞吐提高采收率的措施。一次接觸的機(jī)理決定了油藏中壓裂的裂縫表面積越大，二次采油的采收率越高。當(dāng)然壓裂的表面積越大，一次衰竭式開(kāi)發(fā)的采收率也越高。因此，衰竭式開(kāi)發(fā)效果好的井，二次采油篩選時(shí)應(yīng)予以優(yōu)先考慮。

圖1 注氣吞吐提高致密油藏采收率機(jī)理示意圖

2 注氣吞吐設(shè)計(jì)流程

注氣吞吐項(xiàng)目全油田開(kāi)發(fā)工作流程如表 1所示，整個(gè)過(guò)程需要由地質(zhì)、油藏、地面工程和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)人員組成的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)的通力協(xié)作，才有可能順利完成設(shè)計(jì)、建造、啟動(dòng)和操作[21]。不同項(xiàng)目階段的工作重點(diǎn)、內(nèi)容以及做法，可以從以下6個(gè)方面逐一展開(kāi)分析。

表1 注氣吞吐項(xiàng)目全油田開(kāi)發(fā)工作流程表

2.1 篩選注氣吞吐井組

先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱先導(dǎo)區(qū)）的井組必須選擇油田中最具有代表性的井組，在先導(dǎo)試驗(yàn)中獲取的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、注入采出方式和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)都可以直接復(fù)制到全油田的其他井組。篩選的項(xiàng)目包括：井組的規(guī)模、已開(kāi)發(fā)的井?dāng)?shù)、烴類的成熟度、油藏壓力、井身結(jié)構(gòu)、完井方式、地面設(shè)施、儲(chǔ)量和有無(wú)斷層發(fā)育等。在篩選吞吐井組階段，收集先導(dǎo)區(qū)流體的資料非常重要，在選擇PVT取樣井的時(shí)候，推薦選擇新上線的生產(chǎn)井，因?yàn)樾戮臍庥捅雀咏谟筒亓黧w，用這樣氣油比的流體在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)樣得到的儲(chǔ)層流體更具有代表性。頁(yè)巖油的老井油藏壓力已遞減到原始流體的泡點(diǎn)壓力以下，氣油比高，不建議用較高氣油比的流體樣品轉(zhuǎn)樣到PVT筒。提高采收率PVT實(shí)驗(yàn)，除了常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目——等組分膨脹、閃蒸分離和分離器測(cè)試，還必須包括提高采收率研究所需的溶解性注氣膨脹和最小混相壓力（MMP）。這些數(shù)據(jù)對(duì)于在先導(dǎo)地區(qū)建立準(zhǔn)確的狀態(tài)方程（EOS）模型是至關(guān)重要的。圖 2是用狀態(tài)方程擬合膨脹實(shí)驗(yàn)的氣油比、泡點(diǎn)壓力、膨脹體積和流體密度結(jié)果。正確估計(jì)原始地質(zhì)儲(chǔ)量直接關(guān)系到地層注氣能力的評(píng)估，對(duì)注氣量的確定至關(guān)重要；井組的完井方式?jīng)Q定了巖石壓裂體積（SRV），而吞吐過(guò)程的增油量則依賴于SRV的大小，因?yàn)橛筒氐牧黧w就是和注入的氣體在裂縫的表面發(fā)生接觸獲取能量和增加體積。因此SRV的大小是篩選井組的重要指標(biāo)之一。井組最好能靠近輸氣管線，因?yàn)樽饬坑锌赡軙?huì)超過(guò)先導(dǎo)區(qū)的采氣量。

圖2 狀態(tài)方程擬合注氣膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果（124.44℃）

2.2 形成可行性報(bào)告

對(duì)篩選出井組的油藏描述主要針對(duì)裂縫橫向和垂向的連通性、剩余油氣的儲(chǔ)量和可能存在的高滲帶，因?yàn)槊荛]的井組油藏系統(tǒng)是注氣吞吐項(xiàng)目是否具有經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。如果自然裂縫發(fā)育，井間的連通則更為復(fù)雜。如圖3-a所示[22]，一般水平井的水平段都垂直于最大水平主應(yīng)力（SHmax）的方向，水力壓裂裂縫在最小水平主應(yīng)力（SHmin）的方向打開(kāi)，那么淺藍(lán)色曲線代表的自然裂縫和綠色箭頭的水力壓裂縫都垂直于井筒的方向；如圖3-b所示[22]，有時(shí)候由于場(chǎng)地受限或者實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的水平段提升經(jīng)濟(jì)效益，井的水平段和自然裂縫與水平最大主應(yīng)力（SHmax）的方向就存在一定的夾角，自然裂縫可以提供更多的注入氣體通道，這與圖3-a是明顯不同的。因此，加強(qiáng)油藏巖石力學(xué)的研究，對(duì)自然裂縫的方位和密度進(jìn)行描述，建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案并在先導(dǎo)試驗(yàn)時(shí)加以確認(rèn)。圖3中的紅線是收集井，藍(lán)線是吞吐井或觀測(cè)井。

圖3 水平井水平段的方位與自然裂縫的位置關(guān)系示意圖

2.3 先導(dǎo)區(qū)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案

一般先導(dǎo)區(qū)包括幾口井或10～20口井，對(duì)先導(dǎo)區(qū)的地質(zhì)建模和數(shù)值模擬能更好地完善工程設(shè)計(jì)。地質(zhì)建模是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，關(guān)鍵的結(jié)果包括先導(dǎo)區(qū)各井的空間位置、地質(zhì)構(gòu)造、巖石物性和復(fù)雜地質(zhì)條件下產(chǎn)生的自然裂縫和斷層導(dǎo)致的注氣通道?，F(xiàn)代壓裂技術(shù)的壓裂強(qiáng)度大，在壓裂時(shí)為了避免井間干擾，各井在產(chǎn)層中可能錯(cuò)層開(kāi)發(fā)。由于注入氣體密度小，有可能超覆，所以最佳的邊界收集井最好是在垂向位置相對(duì)高的井。數(shù)值模擬的目的是，通過(guò)歷史擬合確認(rèn)每口井的流動(dòng)單位的大?。ㄓ蒘RV和自然裂縫的大小決定）和一次采油最終采出程度的范圍。水力壓裂縫模擬和產(chǎn)量不穩(wěn)定流動(dòng)分析（RTA）研究成果都應(yīng)該結(jié)合到歷史擬合里，經(jīng)過(guò)多次迭代修正模型。為了減少計(jì)算工作量，建議模型選用7～9口井。數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)方案可以采用不同的循環(huán)周期、注入模式和壓裂縫設(shè)計(jì)，用于指導(dǎo)地面設(shè)施的設(shè)計(jì)和設(shè)備操作條件的制訂等。當(dāng)然最重要的是對(duì)比一次采油的采出程度，確認(rèn)所實(shí)施項(xiàng)目到底是提高采收率還是加速開(kāi)采。由先導(dǎo)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)會(huì)輸入到模型中，以便對(duì)模型做進(jìn)一步的修正。

注氣吞吐井場(chǎng)布局如圖4所示。圖4中的黃線是壓縮機(jī)高壓氣輸出管線、井口及附近管線和油管。這些管線都要承受62 MPa以上的壓力，必須選用高強(qiáng)度4 130的合金鋼。在氣體注入以前用線狀加熱器進(jìn)行加熱，目的是減少注入氣體與地層之間的溫差，保護(hù)油井的套管和油管不會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s變形而報(bào)廢。

圖4 注氣吞吐井場(chǎng)布局示意圖

從圖4可以看出，伴生氣的回收要經(jīng)過(guò)脫除硫化氫（凈化）和脫水處理，還需要升壓才能進(jìn)入高壓壓縮機(jī)回注。由于井組的伴生氣產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足42.45×104m3/d注氣量的需要，所以還要敷設(shè)管線到最近的氣源，從中游輸氣公司購(gòu)買補(bǔ)充氣體。這條管線應(yīng)該是雙向的，在開(kāi)井生產(chǎn)的前兩天，日產(chǎn)氣量很大，如果井組的設(shè)施受限不能完全處理時(shí)，也可以通過(guò)這條管線直接將氣賣給輸氣公司，避免放空浪費(fèi)資源、污染環(huán)境。在選擇先導(dǎo)井組時(shí)，離氣源近的井組應(yīng)該是首選，這樣可以節(jié)省敷設(shè)管線的費(fèi)用。

井場(chǎng)的回流流程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了循環(huán)使用注入和采出的氣體，在注氣早期的階段需要從輸氣公司購(gòu)買大量補(bǔ)充氣，但購(gòu)買的氣量會(huì)逐漸減少直到實(shí)現(xiàn)自給。由此減少了操作費(fèi)用，提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 先導(dǎo)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

先導(dǎo)試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為6～12個(gè)月，測(cè)試期間要考慮的主要因素包括注入氣體速度的優(yōu)化、燜井時(shí)間和油產(chǎn)量提高的幅度，評(píng)估注氣井組的密閉性，判斷井間水力壓裂后是否有連通，確定項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)將輸入到地質(zhì)和數(shù)值模型進(jìn)一步修正和優(yōu)化模型，以便為項(xiàng)目提供更加可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果。

一般工程概念設(shè)計(jì)都由第三方工程公司完成，需要提交的主要成果包括：①初步的注氣吞吐井場(chǎng)布局；②主要設(shè)備清單和初步工藝流程圖（PFD）；③主要設(shè)備和管道/管材的初步選型、壓縮機(jī)組的選型和規(guī)格；④初步資本和操作費(fèi)的估算（準(zhǔn)確度為±25%）；⑤制訂初步的總體開(kāi)發(fā)項(xiàng)目方案

2.5 油田大規(guī)模應(yīng)用

通過(guò)將先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到毗鄰的井組，如果先導(dǎo)測(cè)試包括2～4個(gè)井組或10～20口井，全面擴(kuò)展的第一階段可能包括另外6～8個(gè)井組或40～60口井。在這個(gè)過(guò)程中，先導(dǎo)試驗(yàn)確定的目的、操作費(fèi)用等關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）仍然需要包括在監(jiān)測(cè)計(jì)劃里。這樣不斷驗(yàn)證設(shè)計(jì)中的假設(shè)和監(jiān)控 KPI ，持續(xù)改進(jìn)作業(yè)。當(dāng)然這一步的主要目標(biāo)是降低成本、簡(jiǎn)化作業(yè)并減少作業(yè)成本。

2.6 先導(dǎo)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)計(jì)劃

監(jiān)測(cè)計(jì)劃的關(guān)注目標(biāo)主要是項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、氣體的管理和利用、井底到地面的設(shè)備優(yōu)化，所以主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：①流量——油氣水的產(chǎn)出量、注氣量、購(gòu)入的補(bǔ)充氣量、循環(huán)氣量、燃料氣用量和氣舉用氣量等；②壓力和溫度——井口壓力和溫度、井底壓力和溫度；③機(jī)械類監(jiān)測(cè)——油管張力、壓縮機(jī)效率、氣舉效率、管線一致性、套管一致性和裂縫診斷測(cè)試等；④流體和組分——硫化氫濃度、氣和水含量、產(chǎn)出水分析、原油組分、原油密度、注入及產(chǎn)出氣組分分析和注氣示蹤劑等。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果

Eagle Ford非常規(guī)油氣藏位于美國(guó)得克薩斯州西南部。Eagle Ford（也稱為鷹灘）油氣藏白堊紀(jì)自源油氣頁(yè)巖系統(tǒng)，是從墨西哥灣盆地向白堊紀(jì)西部?jī)?nèi)陸航道過(guò)渡時(shí)沉積的海相頁(yè)巖，富含鈣質(zhì)有機(jī)質(zhì)，脆性大易壓裂，天然氣儲(chǔ)量預(yù)計(jì)達(dá)到5 889×108m3；原油儲(chǔ)量預(yù)計(jì)達(dá)到5.336×108m3。儲(chǔ)層深度介于1 200～4 200 m，按有機(jī)質(zhì)成熟度的不同，從南向北依次為油區(qū)、揮發(fā)油區(qū)，凝析氣區(qū)和干氣區(qū)，面積達(dá)到7.77×102km2，下Eagle Ford層是該油氣藏主要的目標(biāo)層，層厚介于33～57 m，蓋層和下部的石灰?guī)r層都是天然的壓裂屏障，能有效地將水利壓裂縫控制在油層中，注入氣體不會(huì)縱向竄流，開(kāi)展注氣吞吐作業(yè)提高油藏采收率具有得天獨(dú)厚的有利條件。自2008年以來(lái)，Eagle Ford油氣藏已經(jīng)完鉆了近3萬(wàn)多口井[21]。這些井的水平段長(zhǎng)度介于1 200～4 500 m。近年來(lái)的壓裂設(shè)計(jì)目標(biāo)是建立井筒附近復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，一般每級(jí)有10～12個(gè)射孔簇，每個(gè)射孔簇的長(zhǎng)度介于4～9 m，每米的水平段長(zhǎng)度采用了2 300～8 200 kg支撐劑，平均有40級(jí)。隨著油田開(kāi)發(fā)到了中后期，作業(yè)者開(kāi)始對(duì)有前景和實(shí)用的注氣提高采收率的方法進(jìn)行評(píng)估。2012—2019年，超過(guò)300口Eagle Ford油井已獲得批準(zhǔn)可以進(jìn)行注氣吞吐作業(yè)，已注氣的井超過(guò)200口[23]。2012年EOG能源公司開(kāi)始在Eagle Ford油氣藏進(jìn)行井組吞吐注入伴生天然氣先導(dǎo)項(xiàng)目試驗(yàn)并取得了成功，共開(kāi)展了10個(gè)有商業(yè)價(jià)值的項(xiàng)目，累計(jì)采用了26個(gè)壓縮機(jī)。截止到2018年，EOG公司對(duì)約150口井進(jìn)行了吞吐作業(yè)（圖5）。據(jù)該公司披露，注氣吞吐可以比衰竭式開(kāi)發(fā)提高頁(yè)巖油藏采收率30%～70%[24]。

一般每個(gè)項(xiàng)目區(qū)配有2～4臺(tái)壓縮機(jī)，合計(jì)有20多口井，合計(jì)日注氣量介于0.1×107～170×107m3。絕大多數(shù)的開(kāi)發(fā)區(qū)都針對(duì)的是黑油油藏和揮發(fā)油藏。這些井的平均長(zhǎng)度在1 770 m左右。EOG公司采用的超大型的壓縮機(jī)日注氣量達(dá)到42.45×104m3，設(shè)計(jì)出口壓力為69 MPa。從油田的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果看[25]，頁(yè)巖油藏的最終采收率增加了30%～70%（圖5）。2016年32口井合計(jì)增產(chǎn)頁(yè)巖油4.78×104m3，EOR的效率可達(dá)到1.69～2.81 m3/104m3（EOR的效率是累計(jì)增產(chǎn)的油體積除以累計(jì)注入的氣量），而每桶油僅增加6美元成本。據(jù)EOG公司的介紹，每口井的成本是100萬(wàn)美元左右[21]，估計(jì)是考慮了壓縮機(jī)的再利用，根據(jù)估算投入的成本應(yīng)該介于150萬(wàn)～500萬(wàn)美元，EOG公司計(jì)算的項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值是設(shè)備投資的2倍。當(dāng)然當(dāng)時(shí)的天然氣價(jià)格應(yīng)該是0.09美元/m3。EOG公司注入的主要還是干氣——甲烷含量為90%、乙烷及以上的含量在10%左右，絕大多數(shù)都是從輸氣公司購(gòu)買的補(bǔ)充氣，也有少量油田生產(chǎn)的伴生氣。

圖5 EOG公司某注氣吞吐項(xiàng)目的相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)圖

從圖6[25]可以看出，EOG公司一般采用井組注氣作業(yè)。因?yàn)榫嘟橛?0～150 m，現(xiàn)代壓裂技術(shù)使得井間的裂縫在很大程度上都是重疊連通的。圖7是一個(gè)簡(jiǎn)化的先導(dǎo)試驗(yàn)時(shí)采用的井組功能示意圖。從圖7可以看出，井組兩側(cè)的1、2、10、11號(hào)井被設(shè)計(jì)為收集井或者叫密閉井，其作用一方面是收集從可能連通的裂縫滲流過(guò)來(lái)的中間吞吐井注入的氣，另一方面是作為隔斷確保井組內(nèi)注入的氣體能密閉在井組油藏內(nèi)，并且在作業(yè)時(shí)這4口井保持正常生產(chǎn)以防止注入的氣流到處竄流，從而確保項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。在Eagle Ford油氣藏，有的時(shí)候臨近的井組是別的作業(yè)者的，所以更有必要設(shè)置收集井。當(dāng)然兩側(cè)的井也可以關(guān)井憋壓，但考慮到生產(chǎn)效率降低會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，所以一直開(kāi)井正常生產(chǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，也觀察到收集井的注氣受效，油產(chǎn)量上升。位于井組中間的6號(hào)井是觀測(cè)井，安裝了井下壓力計(jì)，所以在先導(dǎo)試驗(yàn)期間都處于關(guān)井狀態(tài)監(jiān)測(cè)壓力的變化，為數(shù)值模擬提供壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史擬合修正模型。在油田開(kāi)發(fā)階段，則可以把觀測(cè)井改為吞吐井。1個(gè)井組2臺(tái)壓縮機(jī)，一備一用，所以在一個(gè)先導(dǎo)區(qū)，一次僅有1口井進(jìn)行注氣作業(yè)。單井的注氣時(shí)間一般為10～20 d，時(shí)間長(zhǎng)短需根據(jù)油藏的壓力衰竭程度和地層的注入能力來(lái)確定，以保證在一次注氣完成后，油藏的壓力能達(dá)到最小混相壓力（MMP）或接近初始油藏壓力。在第一吞吐井組（3、4、5號(hào)井）的3口井注氣期間，第二井組（7、8、9號(hào)井）保持正常生產(chǎn)。在第一吞吐井組3口井注氣完成后，同時(shí)開(kāi)井生產(chǎn)，然后第二吞吐井組開(kāi)始注入流程?？傊?個(gè)吞吐井組輪換注入和采出循環(huán)。在這個(gè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)周期的設(shè)計(jì)中，每個(gè)井組的3口井分別采用了3個(gè)燜井時(shí)間——0、15、30天，目的是根據(jù)先導(dǎo)試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化合理的燜井時(shí)間。

圖6 Eagle Ford作業(yè)者開(kāi)展的吞吐項(xiàng)目位置圖

圖7 先導(dǎo)試驗(yàn)井組功能示意圖

4 結(jié)論與建議

1）注氣吞吐設(shè)計(jì)流程主要包括以下步驟：①篩選吞吐井組，遴選出油田中最具有代表性的井組；②形成可行性報(bào)告，評(píng)估裂縫連通關(guān)系以及注入氣在井組油藏的密閉程度；③形成先導(dǎo)區(qū)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，建立地質(zhì)模型并完成數(shù)值模擬預(yù)測(cè)；④開(kāi)展先導(dǎo)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，評(píng)估注氣在井組的密閉性，收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，更新地質(zhì)模型；⑤油田大規(guī)模開(kāi)發(fā)，將先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到毗鄰的井組，更新經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，持續(xù)優(yōu)化方案。

2）對(duì)于溶解氣油比低的油藏，注氣吞吐提高采收率的機(jī)理是注入的氣體擴(kuò)散到壓裂油藏中與剩余原油接觸且溶解，使其體積膨脹，降低了原油黏度和表面張力，提高了原油的流動(dòng)性；對(duì)于初始溶解氣油比高的揮發(fā)油藏和凝析氣藏，油相組分蒸發(fā)到注入的氣體中是更重要的增油機(jī)理；而對(duì)于凝析氣藏，在井筒附近的凝析油氣化提高產(chǎn)量則是其主要的增油機(jī)理。

3）EOG公司和其他作業(yè)者在Eagle Ford油氣藏成功運(yùn)用周期性吞吐注干氣技術(shù)來(lái)提高中后期油井的經(jīng)濟(jì)性，從而延長(zhǎng)井的儲(chǔ)量年限，增加的可采儲(chǔ)量是最終采出程度的30%～70%，而且投入比鉆完新井要少。

4）注氣吞吐提高頁(yè)巖油采收率的機(jī)理決定了只有注入大量氣體才能取得明顯的效果，在EOG公司成功的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，選擇的井都已衰竭式生產(chǎn)2年以上，井筒附近油藏壓力已下降到7 MPa左右開(kāi)始注氣作業(yè)。最大日注氣量都在42.45×104m3，平均28.30×104m3。這對(duì)于壓縮機(jī)的功率、地面管線、采油樹(shù)和油管的強(qiáng)度都有很高的要求。

5）Eagle Ford油氣藏用于注氣吞吐的干氣流量充足且價(jià)格低廉，加之通過(guò)附近已有的管道輸送，因而氣體輸送量大、高效、便捷。在國(guó)內(nèi)有可能由于天然氣價(jià)格較高而導(dǎo)致項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性變差，這時(shí)可以考慮采用CO2來(lái)吞吐。實(shí)驗(yàn)室的巖心實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，注入CO2提高頁(yè)巖油藏采收率的潛力最大，其次才是天然氣。使用CO2不僅能夠增油，還可以減少溫室氣體的排放量，如果CO2的捕捉、存儲(chǔ)和管輸問(wèn)題能夠得以解決，注CO2應(yīng)該是首選。

6）適用于評(píng)估Eagle Ford油氣藏注氣吞吐項(xiàng)目的工作流程很值得借鑒，它是一個(gè)系統(tǒng)而循序漸進(jìn)的過(guò)程，每一步都利用可用數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在不斷的實(shí)踐中，多學(xué)科團(tuán)隊(duì)對(duì)項(xiàng)目的理解逐漸加深，規(guī)劃設(shè)計(jì)的能力也不斷提高，做到了地下和地面兼顧，在注氣開(kāi)始前完成計(jì)劃、建模審查、項(xiàng)目預(yù)算并優(yōu)選出最佳方案。