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雷家地區沙四段致密油儲層改造因素分析

文檔作者：劉世瑞李楊張子明文檔來源： 1．東北石油大學．中國石油遼河油田分公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月19日
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上一篇：煤化工技術的發展與新型煤化工技術

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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
雷家地區沙四段致密油儲層改造因素分析
劉世瑞 ，李 楊 ，張子明
(1．東北石油大學，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：針對渤海灣盆地遼河坳陷雷家地區沙四段致密油儲層勘探程度較低、開發難度較大的問
題，綜合利用測錄井及巖心實驗等資料，對雷家沙四段的儲層特征進行了研究和室內評價。將
該地區巖石劃分為3類16種巖性，確定微裂縫發育、孔滲能力好的泥晶云巖為優勢巖性。從
工程上分析了儲層敏感性、天然裂縫發育程度、脆性、地應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”的復合體積壓裂工藝為該地區的有效
儲層改造方案。
關鍵詞：致密油；儲層特征；儲層改造；雷家地區；遼河坳陷
中圖分類號：TE348 文獻標識碼：A 文章編號：1006-6535(2016)O1-0058-04
繼頁巖氣革命之后，美國在致密油勘探開發領
域又取得新的巨大成功，其中以北美Bakken和
Eagle Ford致密油 為典型開發模式，掀起全球非
常規油氣資源勘探新熱點。中國近些年開始開展
致密油勘探工作并取得一定成果，陸續發現了鄂爾
多斯盆地延長組長6一長7段、準噶爾盆地蘆草溝
組、四川I盆地中一下侏羅統、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
油的涵義以及評價標準。雷家地區沙四段儲層符
合致密油的一般規律，但由于其成藏條件及儲層特
征多樣性和復雜性 J，開發難度十分大。因此，需
要對該區塊進行針對性的儲層綜合評價，為下步儲
層改造工藝選擇提供依據。基于測錄井資料、相關
室內巖心實驗以及區塊單井儲層改造效果，總結了
渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區沙四段致
密儲層巖石類型、微觀孔隙結構、物性、含油性、流
體性質等儲層特征，分析了影響該地區儲層改造效
果的關鍵因素，建立了該地區地應力大小及方向、
儲層脆性指數等參數評價方法。
1 儲層特征
渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷雷家地區 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，發育了杜家臺和高
升2個油層組，其中杜家臺油組劃分為3段。
1．1 巖性分類
根據雷家地區沙四段166塊x衍射巖石礦物
全巖分析統計結果，杜家臺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的泥級細
碎屑，含量為8％～45％。根據組成礦物含量的不
同將雷家地區沙四段儲層劃分為16種巖性。
1．2 物性評價
通過對巖心觀察、鑄體、薄片、錄井等資料分析
表明，雷家地區沙四段儲集巖的孔隙類型主要為孔
隙一裂縫型。儲集空間類型主要為晶間孔、有機
孔、溶孔、成巖構造縫、收縮縫。
經過多組樣品分析，泥晶云巖類儲集空間以微
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。同時在泥晶云巖、含泥云巖等
巖性中發育少量成巖構造縫、溶蝕縫，能大大提高
儲層的滲流能力。含云巖或含方沸石泥巖、頁巖以
收稿日期：20150929；收稿日期：20151116
基金項目：中國石油股份公司重大科技專項“遼河油田原油千萬噸持續穩產關鍵技術研究”課題(2012E一30)
作者簡介：劉世瑞(1989一)，男，2012年畢業于中國地質大學(北京)地質學專業，現為東北石油大學地球科學專業在讀碩士研究生，主要從事礦物學
、巖石
學、礦床學等方向研究。
第1期 劉世瑞等：雷家地區沙四段致密油儲層改造因素分析 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，根據儲
集空間類型以及巖心壓汞曲線將泥晶云巖儲集空
間分為3類。
I類為微裂縫+破碎粒間孔+溶孔型(細喉不
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，
雷家地區沙四段以微裂縫發育、孔滲能力好的云巖
類為優勢巖性。
1．3 含油性評價
以巖心、巖屑和井壁取心為分析對象，結合巖
石地化錄井技術、錄井核磁和測井核磁等評價手
段，確定雷家地區杜家臺組和高升組總含烴量、可
動流體、含油飽和度的范圍。杜家臺組為自生自儲
型儲層，儲層總含烴量為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 對不同巖性巖石進行含油飽和度
測定，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
a 15％鹽酸酸敏實驗
6 7 8 9 1O l1 l2 l3
pH
c堿敏實驗
l20
90
60
30
0
碳酸鹽質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
遼河雷家沙四段儲層原油密度為0．89 g／em ，
50℃原油黏度為l2．78～86．7 mPa·s，含蠟量為
5．54％～16．71％ ，膠質瀝青質含量為21．38％ ～
39．90％，凝固點為24～38℃。油品接近于普通稠
油，且凝固點高、原油流動性差，對后期儲層改造以
及壓裂液性能要求高。
2 儲層改造影響因素分析
非常規致密儲層難以獲得自然產能，必須通過
儲層改造的方式才能獲得高產。針對遼河雷家地
區沙四段的儲層特性，從工程角度提出以下幾點影
響儲層改造的主要因素。
2．1 黏土含量及儲層流體物性
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％。
通過對儲層巖石進行五敏實驗(圖1，叼表征
實驗前后滲透率的變化率)。實驗表明，雷家沙四段
0．0 1．0 2．0 3．0 4．0
流速(柚L·rain )
c速敏實驗
圖1 雷86井沙四段巖心五敏實驗
礦化度／(mg·| )
b鹽敏實驗
12O
90
喜60
30
0 10 20 30 40 50 60
注入孔隙體積倍數
b鹽敏實驗
60 特種油氣藏 第23卷
儲層為強堿敏、中等偏弱水敏。絮凝法鹽敏實驗表
明，當儲層流體礦化度降低到2 000—3 000 mg／L
時，由于黏土礦物水化膨脹而導致滲透率大幅度降
低。因此，在壓裂酸化改造使用的壓裂液配方中，
應當優選防膨劑，合理調整壓裂液pH值、礦化度
以及與地層水的配伍性。
2．2 天然裂縫發育程度
對比雷家多口井的巖心裂縫發育情況可知，靠
近斷裂附近的雷84、雷88井構造縫和層理縫都較
發育，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。
根據薄片觀察統計，該地區微裂縫普遍發育，
但規模較小，裂縫開度主要為10—40 m，與基質
孑L喉處于同一數量級，能夠有效改善儲層的孔隙結
構及儲滲性能。不同巖性其裂縫發育程度也不同，
對于碳酸鹽含量較高、脆性較強的巖性(如白云
巖、泥質白云巖)，更易發育構造縫；而泥質含量
高、互層狀巖性(如泥頁巖)層理縫相對更發育。
2．3 地應力及各向異性
根據鉆井井壁應力垮塌橢圓井眼長短軸方向、
FMI實測裂縫方向以及壓裂裂縫監測綜合確定，杜
家臺油層最大水平主應力方向為北西一南東向。
雷家沙四段縱向上巖性變化大，反映出地應力隨著
巖性發生變化的特征。例如高升組以云質頁巖為
主，最小主應力梯度大，平均值為58．8 MPa，最大
和最小主應力差高于6．6 MPa；而杜家臺組碳酸鹽
含量高，整體地應力梯度小，最小主應力平均為
52．0 MPa，應力差小于5．0 MPa。根據北美頁巖氣
改造經驗，應力差值小有利于近井地帶形成復雜的
網狀裂縫，而最小主應力對人工裂縫的開啟起主導
作用。因此，應當考慮根據不同的地應力特點分類
優化施工工藝。
2．4 脆性
研究表明，不同巖性的儲層其脆性差異較大，
含泥泥晶云巖和泥晶云巖脆性較好，泥巖和含碳酸
鹽頁巖脆性相對較差。因此，建立起2種基于測井
資料和室內實驗的脆性評價方法。第1種為巖石
力學參數法，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價方法。。 。利
用聲波測井和巖石力學實驗相印證的方式，統計出
該地區楊氏模量為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，確定儲層
巖石各脆性礦物所占比值高低。對比可得，雷家地
區杜三段和高升段脆性較好，脆性指數為40％～
60％，結合天然裂縫發育情況，確定雷家杜三段工
程品質最佳，適合采用體積壓裂工藝建立復雜縫
網【 。 ]。
3 雷家致密油儲層改造方案優選
北美Bakken地區致密油儲層改造主要采用低
黏滑溜水為主的體積壓裂技術，其特點為“大排
量、大液量、低砂比、小粒徑”，同時結合水平井分
段壓裂工藝，獲得了較高的水平井單井產量。通過
對比雷家地區與Bakken地區的儲層特征，發現二
者具有一定的相似性，可以借鑒Bakken致密油儲
層體積壓裂思路。但由于二者在地層敏感性、天然
裂縫發育程度、地應力、脆性等因素存在一定差異，
因此，需要對該區塊開展工藝研究與試驗，探索出
適合該區塊的儲層改造方案。
3．1 不同儲層改造方案對比
(1)雷96井采用“滑溜水+凍膠”的復合壓裂
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雜裂縫，同時
小砂比段塞加砂起到一定支撐。隨后泵入高黏凍
膠拓寬主縫并向遠端延伸，后續正常加砂。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
產初期日產液為18 m ／d，13產油為9．2 t／d，3個
月后日產液降至6 m。／d，日產油為3．2 t／d，目前持
續穩產，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。滑溜水施工排量為12 m ／min，同時低砂比
段塞加入40—70目陶粒12 m ，共擠入3 200 m。滑
溜水。壓裂后悶井144 h時后平穩放噴，初期Et產
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：雷家地區沙四段致密油儲層改造因素分析 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
期日產液為19．2 m ／d、Et產油為11．1 t／d，生產40
d后日產液為8．4 1TI ／d、日產油為6．3 t／d，壓裂改
造效果較好。
(4)高古l5井采用多級暫堵轉向壓裂。壓裂
施工分為三級，每級正常加砂后擠入攜帶轉向劑的
原膠液，然后轉人下一級前置液階段，設計目的是
通過暫堵轉向的方式使得裂縫復雜化。高古15井
共擠入663 m 壓裂液、20～40目支撐劑66 m 、轉
向劑800 kg。壓裂后放噴初期日產液為4．6 m ／d、
日產油為2．3 t／d，半年后日產液為1 ITI ／d、日產油
為0．7 t／d，壓裂改造效果不理想。
3．2 分析與小結
通過以上研究及工藝試驗分析，雷家地區致密
油儲層具有造復雜縫網的條件，采用“大排量、大
液量”體積壓裂改造效果明顯優于常規加砂壓裂。
但由于儲層本身天然裂縫發育程度低使得人工裂
縫的復雜程度不高，純低黏滑溜水加低砂比攜砂難
以支撐起有效裂縫，故而造成壓裂后產能低下。復
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流能力，有利
于生產井持續高產穩產。因此，對于雷家地區沙四
段致密油儲層，初步形成了以復合壓裂施工工藝為
主的思路，施工參數上優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
計模式。
4 結論與建議
(1)遼河雷家地區沙四段為典型致密油儲層，
其巖石類型劃分為3類16種巖性，其中泥質云巖
為優勢“甜點”巖性，物性及含油性較好。
(2)儲集空間中微孔、溶孔、構造縫、成巖縫等
同時共存，局部儲層天然微裂縫發育，開度為10～
40 m，能有效改善儲層滲流能力，且為壓裂改造
裂縫復雜化提供有力條件。
(3)儲層黏土含量較高，具有強堿敏、中等偏
弱水敏特征，原油黏度較高、流動性差，壓裂液優選
應考慮敏感性、原油乳化和防膨性能。
(4)“滑溜水+凍膠”的復合壓裂改造方式在
雷家地區取得了一定的效果，需要進一步探索更有
效的施工工藝。
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