压驱开发技术在低渗-特低渗砂岩储层中的适用性评价

《Frontiers in Earth Science》：Applicability evaluation of pressure-driven development techniques for low- and ultra-low-permeability sandstone reservoirs

　　

低渗和特低渗砂岩储层在中国新疆广泛发育，是维持油田产量和提高采收率的重要目标。然而，强烈的储层非均质性和差的孔隙结构严重限制了常规开发方法的效果。现场实践和先前研究表明，压驱技术（pressure-driven techniques）在不同低渗和特低渗砂岩储层中的适用性差异显著，且区块选择缺乏可靠标准已成为大规模应用的关键制约。基于室内实验、数值模拟和油田案例分析，研究人员阐明了控制压驱性能（pressure-driven performance）的关键因素，明确了有利于有效实施的地质条件，并建立了一个适用于低渗和特低渗砂岩储层压驱开发的适用性评价框架。结果表明，压驱适用性由岩石力学性质和流动能力共同控制，其中弹性模量（elastic modulus）和渗透率（permeability）被识别为主导控制因素。压驱技术在中低渗透率储层中表现最优，而在特低渗透率条件下效果受限，在相对高渗透率储层中优势减弱。在此基础上，建立了包含微裂缝生成、储层增产与体积扩展行为以及储层岩石物理性质相关指标的评估指标体系，并采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）确定指标权重。将该框架应用于典型区块和研究区域，结果显示评估得分与实际油田表现高度吻合，并能有效区分不同区块的压驱适用性。在评估的区块中，M2区块表现出最有利的岩石力学性质、流动能力和储层规模参数组合，使其成为研究区压驱开发的最优目标。该框架为新疆低渗和特低渗砂岩储层中压驱技术的选择与部署提供了定量依据。

压驱开发技术在低渗-特低渗砂岩储层中的适用性评价——论文解读

**研究背景与问题**
低渗和特低渗砂岩储层在新疆广泛发育，是维持油田产量和提高采收率的重要目标。然而，这类储层普遍具有孔隙结构差、非均质性强、启动压力梯度高等特点，常规水驱条件下注入效率和波及体积受限，难以有效动用储量。压驱开发技术（pressure-driven development）作为一种增强注水技术，通过在接近或略超过地层破裂压力下进行大体积注水，生成以短裂缝和宽微裂缝为主的裂缝网络，提升渗透率并补充地层能量，已在低渗储层中显示出显著效果。但现场实践表明，压驱有效性对不同储层条件高度敏感，现有评价方法多侧重于单一属性（如脆性指数或可压性），缺乏系统性的适用性评估框架，区块选择缺乏可靠标准，成为大规模应用的关键制约。为此，研究人员开展了本研究，旨在阐明压驱性能的主控因素，明确有利地质条件，建立适用于新疆低渗和特低渗砂岩储层的压驱适用性评价框架。该研究发表于《Frontiers in Earth Science》。

**主要关键技术方法**
研究人员综合运用了室内实验、数值模拟和油田案例分析三种方法。室内实验包括岩石力学参数测试（弹性模量、泊松比、断裂韧性等）和岩心驱替实验；数值模拟采用有限元方法模拟不同应力条件、弹性模量、渗透率等参数下的裂缝扩展与高压区分布；油田案例分析基于成功实施压驱的区块（包括渤海油田B区块、胜利油田义184-1区块、塔木察格油田、华北油田路46区块和辽河油田黄608井）的地质与生产数据，结合层次分析法（AHP）确定指标权重，并通过一致性检验（CR<0.1）确保可靠性。样本队列来源为上述区块的公开地质资料与现场生产数据。

**研究结果**

**2 压驱开发评价指标体系与参数适用性范围**
**2.1 评价指标体系的构建**
研究人员从三个维度构建了压驱适用性评价指标体系：压驱裂缝生成潜力（由岩石力学性质决定，包括脆性指数、断裂韧性、水平应力差）、压驱增产与体积扩展特征（反映孔隙结构与流动能力，包括渗透率、孔隙度、应力敏感系数）以及基础储层参数（包括有效厚度、含油饱和度、非均质性）。这三个维度分别对应压驱的基本地质条件、力学前提和动态响应。

**2.2 适用参数范围的确定**
通过数值模拟，研究人员发现：（1）弹性模量对裂缝长度和宽度有显著影响：裂缝长度随弹性模量增加而增加，但当弹性模量超过20 GPa时增长不显著；裂缝宽度先增后减；以裂缝影响面积为优化目标，弹性模量约20 GPa时压驱微裂缝生成效果最优（图2）。（2）水平应力差增大时，裂缝从多方向复杂扩展逐渐演变为沿最大主应力方向的单一延伸，高压区面积减小（图3）。（3）在保持两主应力比值不变的情况下，整体应力水平升高有利于高压区扩展（图4）。（4）通过对比不同开发模式（常规水驱、水力压裂、压驱）在不同渗透率和孔隙度下的驱油效率（图5、6），发现当渗透率<5 mD、孔隙度<10%时，压驱效果受限；渗透率5–25 mD、孔隙度10%–17%时，压驱的波及面积优于常规水驱和水力压裂；渗透率>25 mD、孔隙度>17%时，压驱优势减弱。因此，压驱开发的最佳渗透率范围是5–25 mD，孔隙度10%–17%。

**3 压驱驱替因子权重与参数范围的确定**
**3.1 权重的确定**
采用层次分析法（AHP）结合专家判断确定各评价指标的权重。构造两两比较矩阵，计算特征向量和最大特征值，并通过一致性检验。权重结果（表2）显示：弹性模量权重最高（0.314），其次为渗透率（0.214），表明这两个因素是压驱性能的最关键控制因素。弹性模量控制岩石刚度，影响微裂缝的起裂与几何形态；渗透率控制流体传输能力，决定微裂缝能否有效扩展流动通道。

**3.2 参数范围的确定**
基于成功实施压驱的五个区块的地质参数（弹性模量、水平应力差、地应力大小、渗透率、孔隙度、应力敏感系数、储层厚度、含油饱和度）分布范围，结合室内实验和储层地质条件，确定了各参数的适用区间（表3）。采用等间隔离散化方法将每个参数分为四个等级，分别赋分1.00、0.75、0.50、0.25，代表从最有利到最不利的压驱条件（表4）。

**4 评价体系验证与研究区综合评价**
**4.1 评价体系的验证**
选取胜利油田义184-1区块进行验证。该区块岩石力学参数：弹性模量30 GPa，水平应力差7.9%，渗透率6.2 mD，孔隙度15%，有效厚度1–2 m，含油饱和度60%。加权计算得综合适用性得分为0.803，分类为有利区块。实际压驱效果：14口生产井响应，有效率77.7%，日产量从216 t/d增至峰值287 t/d，累计增油2.9×10⁴ t。良好一致性验证了评价框架的可靠性。

**4.2 研究区综合评价**
将评价框架应用于研究区的M1、M2、B8三个区块（表6）。M2区块综合得分0.74，分类为有利区块，其优势组合包括高地应力、中等弹性模量12.6 GPa、渗透率6.58 mD、孔隙度8.6%、水平应力差15.2%。M1区块得分0.67，为中等有利，受限于超低渗透率（1.6 mD）和低孔隙度（7%）。B8区块得分0.70，介于两者之间，其较高渗透率（14.07 mD）有利于波及扩展，但岩石力学性质较弱。进一步贡献度分析（表7、图7）表明：压驱适用性主要由岩石力学性质与流动能力的匹配关系控制，基础储层参数贡献度相对稳定（14%–16%）。M2区块裂缝生成潜力与增产-体积扩展特征的贡献度均为43%，达到最优耦合。

**讨论与结论**
讨论部分强调，压驱适用性并非由单一地质参数决定，而是由岩石力学性质与流动能力协同控制。弹性模量和渗透率是主导因素，弹性模量适中、渗透率处于中低水平时，压驱能产生稳定的微裂缝网络并显著改善流动条件。压驱效果随渗透率区间系统变化：特低渗透条件下受限于高启动压力梯度效果有限；中低渗透条件效果最优，优于常规水驱和水力压裂；相对高渗透条件下优势减弱。研究区M2区块具有最优的岩石力学性质、流动能力和储层规模组合，是压驱开发的最优目标。

翻译结论部分：针对新疆低渗-特低渗砂岩储层中压驱技术适用性差异显著且缺乏可靠区块选择标准的问题，本研究阐明了控制压驱性能的关键因素，明确了有利于有效实施的地质条件，并确定了研究区内的最优目标区块。主要结论如下：（1）压驱技术的适用性不是由单一地质参数控制，而是由岩石力学性质与流动能力的协同作用决定。适当的岩石刚度促进稳定微裂缝网络的形成，而中低渗透率为微裂缝作为有效流动通道和扩大波及体积提供了必要条件。（2）在多个影响因素中，弹性模量和渗透率被识别为压驱性能的主导控制因素，其影响显著强于地应力条件和储层规模参数。当弹性模量处于有利范围且渗透率对应中低水平时，压驱技术更可能产生有效的基于微裂缝的流动网络，从而提高原油动用程度。（3）压驱效果随渗透率区间系统变化。在特低渗透条件下，压驱增产受高启动压力限制，效果有限。在中低渗透储层中，压驱技术通过微裂缝扩展显著改善流动条件，波及效率优于常规水驱和水力压裂。在相对高渗透储层中，压驱优势减弱，其波及体积与常规方法相当。（4）研究区综合评价显示不同区块间压驱适用性存在显著非均质性。M2区块具有最有利的岩石力学性质、流动能力和储层规模条件组合，是压驱开发的最优目标，而低渗透和低孔隙度区块即使在相对有利的应力条件下压驱效果仍受制约。