QK-低滲透砂巖油藏水平裸眼井的多裂縫水力壓裂技術(shù)

1、馬俯波:低滲透砂巖油藏水平裸眼井的多裂縫水力壓裂技術(shù) 13低滲透砂巖油藏水平裸眼井的多裂縫水力壓裂技術(shù)Ottma r Hoch Gordon Love翻譯:馬俯波王衍(吐哈井下陜蒙分公司 校對:胡淑娟(大慶油田工程有限公司限制或阻礙地層孔隙和水平井井眼之間的流通, 造成非均質(zhì)的原因可能是孔隙和滲透率級差或者是小的不滲透礦物層。通常, 低滲透巖石的垂向滲透率與水平滲透率的比值比較低, 因此會阻礙油氣的垂向運動。只需薄薄的一層不滲透層就可以完全堵塞水平井中的垂向流, 而在常規(guī)測井中, 卻很難檢測到那些非常薄的層。, 。, , 可以證明全巖心的差別。有裸眼段的低滲透油藏, 其表皮系數(shù)遠遠高于中滲油藏

2、和高滲油藏。對于低滲透砂巖地層, 許多消除污染措施的效果微乎其微, 尤其是在帶有長裸眼段的地層, 試圖用這些措施來抵消對壓裂的需要時, 更是如此。因為許多鉆在低滲透層的水平井沒有達到預(yù)期的生產(chǎn)速率, 因此需要有效的增產(chǎn)措施, 如攜支撐劑的水力壓裂等來優(yōu)化其經(jīng)濟潛能。在垂直井中, 水力壓裂應(yīng)用的非常成功, 但直到最近, 開發(fā)出水力噴射壓裂工藝之前, 在裸眼水平井中卻很難見到一點效果。為了達到顯著改善產(chǎn)能的目的, 水力壓裂工藝需要一種經(jīng)濟有效的手段來控制裂縫的定位問題, 然而, 在水力噴射壓裂方法推廣之前, 基本上沒有經(jīng)濟可行的控制裂縫位置的方法。在低滲透油藏, 壓裂的基本目標有兩個:顯著的裂縫長

3、度和有利的壓裂位置, 如果沿水平井身壓出的裂縫太多, 則每條裂縫的寬度就會減小。而如果裂縫過于密集, 則產(chǎn)能開始時可能會有所改善, 但是大約一年以后效果就會變差。決策者通常會選擇使用“Hail Mary ”壓裂技術(shù), 將液體擠入裸眼井中, 但這種方法通常會產(chǎn)生多條寬度和導(dǎo)流能力都很有限的裂縫。而且這種方法不能控制井眼中的裂縫定位問題, 大部分液體通常會停留在裸眼井的尾斜附近。事實上, 大多數(shù)在水平裸眼井中應(yīng)用的控制裂縫定位的技術(shù)(例如割摘要許多裸眼完井的水平井都鉆在低滲透砂巖地層上, 例如加拿大Alberta 中西部的Cardium 地層。其中許多井的生產(chǎn)速度比預(yù)計的要低, 而且, 經(jīng)濟效益很

4、差。目前仍未發(fā)現(xiàn)有效的增產(chǎn)措施。導(dǎo)致這些井生產(chǎn)速率低的原因包括砂巖的垂相非均質(zhì)、水平滲透率和垂相滲透率較低等。在砂巖油藏中, 非均質(zhì)是液體垂向流動的阻礙; 導(dǎo)致低產(chǎn)的另外一個原因是近井地帶污染。有一個方法可以消除這些阻力或污染的影響:水力壓裂, , 垂向井的高, 通過應(yīng)用水力噴射壓裂技術(shù), 可以沿著井身依次分別壓開多條裂縫, 從而使得水平井生產(chǎn)速度有高于垂向井的可能。本文簡要描述了在Cardium 地層的兩口井應(yīng)用水力噴射壓裂的過程及該井的歷史數(shù)據(jù), 這兩口井都是在精確定位后沿井身壓開了多條裂縫。主題詞低滲透砂巖水平井裸眼井多裂縫水力壓裂一、簡介導(dǎo)致低滲透油藏水平井的生產(chǎn)速率低于預(yù)期值的原因多

5、種多樣。通常的誤解是, 在同一地區(qū)進行水平鉆井就不需要對垂直井進行增產(chǎn)措施; 也有人誤認為, 水平井的近井地帶污染比垂直井的小; 大部分油藏都是非均質(zhì)的, 而且垂向滲透率基本沒有差異。在某些情況下, 為截取高滲透部分或天然裂縫, 會在非均質(zhì)地層中鉆水平井。但是大部分井的產(chǎn)能并不理想, 尤其是錯過目的層或井眼很窄時。在北美的多數(shù)油藏, 當(dāng)鉆穿最好的產(chǎn)層或者發(fā)現(xiàn)邊界產(chǎn)層時, 新井產(chǎn)層的平均滲透率會降低。關(guān)于低滲透水平井, 我們應(yīng)該牢記以下幾點:低滲透巖石含有典型的垂向非均質(zhì)性, 這會14國外油田工程第20卷第12期(2004112 上部Cardium 帶此段是Cardium 油藏的蓋層, 也是有多

6、個向上變粗層序, 但是與Cardium 下部的砂層相比, 占主導(dǎo)作用的是含有少量細砂巖的頁巖層。在地圖上, Cardium 油藏是一個東南西北向的條帶狀的沉積帶, 油藏占主導(dǎo)作用的是分選較好的砂巖, 其粒間孔隙度低于15%(一般是9% , 基質(zhì)滲透率較低, 低于10mD (一般1mD 。Cardium 油藏沒有底水存在, 大部分氣產(chǎn)自于縫襯管封割器、套管外封割器等 都會導(dǎo)致其生產(chǎn)速率不如預(yù)期的好。時至今日, 對于裸眼完井的低滲透水平井來說, 只有一種增產(chǎn)措施被證明是有效的, 這種新工藝即水力噴射壓裂技術(shù), 可以精確地控制水平井水力壓裂的裂縫定位, 無論它是裸眼完井還是套管完井。二、水力噴射壓裂

7、新工藝水力噴射壓裂是一種將水力噴射與水力壓裂結(jié)合起來的工藝, 此工藝可以按照需要精確地布置不同尺寸的多條裂縫, 并且還不需要使用那些昂貴而危險的機械分隔或密封等。水力噴射壓裂工藝將專門的噴射工具下入常規(guī)油管或連續(xù)油管中, 沿著水平井井身可以在指定的地方定位。一條通道, , , 此工藝可以在不使用機械或化學(xué)隔離方法的情況下重復(fù)進行。應(yīng)用此方法, 可以沿著井眼精確地布置多條水力裂縫, 只要需要, 此工藝可以多次重復(fù), 并且其施工規(guī)?？梢噪S需要而改變。此工藝是經(jīng)濟有效的, 因為它具有在一口井上布置多條裂縫并準確定位的能力。含水飽和度低于40%的粗砂, 地層水一般被束縛在粒度較細的砂巖的孔隙喉道里。主

8、要生產(chǎn)無硫氣, 單井平均產(chǎn)凝析油20bbl/MMcf 和水10bbl/MMcf , 。, 。天, 水平井也有相同的完井目標:使高滲透帶相交。但是地層的非均質(zhì)性和不可預(yù)測性加大了完成這項任務(wù)的難度。這方面與Alberta 山腳下的一些地層和天然氣帶相似。新鉆井的滲透率/孔隙度會隨時間而降低, 現(xiàn)在Alberta 地區(qū)產(chǎn)層的基本情況是最好的區(qū)域都已經(jīng)鉆過, 而新鉆井大部分都在邊緣產(chǎn)層上。隨著鉆井技術(shù)的不斷提高, 在Cardium 地層鉆水平井的成本在不斷下降 , 所以從成本上考慮, 水平井與采取了壓裂措施的垂直井也具有可比性。以前的一些決策者在此地區(qū)鉆了許多水平井, 試圖要發(fā)現(xiàn)天然裂縫并使之連通,

9、 但是, 這些措施只取得了部分成功, 許多只與極低滲透層連通的水平井變成了暫停井。甚至許多與天然裂縫連接的水平井由于在鉆進或完井過程中被嚴重污染, 所以也成了暫停井。在此地區(qū)應(yīng)用了多次Hail Mary 壓裂技術(shù), 但是只有很少一部分起到增產(chǎn)的作用, 而且也沒有超過垂直補償井的產(chǎn)量?，F(xiàn)在, 該地區(qū)存在很多暫停的、不生產(chǎn)的和不經(jīng)濟的水平井。在這個地區(qū)的兩口井上應(yīng)用水力噴射壓裂新技術(shù), 以測試其將不生產(chǎn)的水平井變成經(jīng)濟的生產(chǎn)井的可行性及有效性。三、Cardium 地層:Sundance地區(qū)的歷史及地質(zhì)概況Sundance 地區(qū)位于Alberta 的Edmonton 西部, 在Rocky 山的山腳下

10、, 當(dāng)?shù)氐腃ardium 地層是典型的伴有凝析油和少量原生水的飽和氣藏。通常會含有低孔/低滲或特低孔/滲砂巖夾層, 而這些孔/滲變異在測井中是很難區(qū)別的。Cardium 地層屬于白堊紀晚期, 在Sundance 地區(qū), 其埋深大約是2300m , 在Blackatone 層以下、Miskiki 層以上含有頁巖層。Cardium 地層屬于海洋海岸沉積相, 包含濱面、瀉湖、潮汐、河口和海岸等一系列連續(xù)的泥砂狀的陸相架。當(dāng)?shù)氐牡貙佣及ㄒ韵聝蓚€沉積單元:底部Cardium 砂層此段是Cardium 油藏的產(chǎn)層, 包含一個或多個向上變粗層序, 這些層序包括頁巖、砂巖和厚礫巖等。四、井例應(yīng)用水力噴射壓裂

11、技術(shù)的兩口井的常規(guī)數(shù)據(jù)如下:馬俯波:低滲透砂巖油藏水平裸眼井的多裂縫水力壓裂技術(shù) 15兩口井都是東南西北向的水平裸眼井, 與預(yù)計的水力壓裂方向垂直。對于1號井或2號井, 可用的裸眼井測井方法有伽瑪射線測井、ROP (機械鉆速 和氣含量測試。氣含量數(shù)據(jù)可以作為確定壓裂位置的一個基本指標。兩口井選擇的都是稠化油壓裂液, 因為在垂直井中它的成功率比較高。由于普通壓裂用的連續(xù)油管的型號和長度不適合這種深度的井, 所以應(yīng)該選用連接的油管。應(yīng)用不壓井起下作業(yè)裝置以確保向上移動油管時井的安全。1, 1號井1號井井況描述如下:在預(yù)定的五條裂縫中, 只有三條施工成功, 另外兩條裂縫位于產(chǎn)層的低孔段, 由于破裂壓

12、力和油套環(huán)空壓力太高, 施工只好中斷。由于地層滲透率低, 并且與天然裂縫的連通程度也較低, 所以壓裂后壓力的傳導(dǎo)就非常慢; 同時, 由于起油管時井口的壓力比較高, 導(dǎo)致管柱的移動比較緩慢, 而其他的作業(yè)問題使得管柱的移動更加緩慢。預(yù)計施工時間是兩天, 但是持續(xù)了六天才結(jié)束。措施后, 井底流壓是215MPa , 產(chǎn)氣量為640Mscf/d , 持續(xù)了3個月。2, 2號井根據(jù)距2號井018km 的方向相反的兩口補償, 為22225m 水平段長度435m 產(chǎn)層凈厚9m 孔隙度6%11%含水飽和度40%滲透率012mD 左右油藏壓力1910MPa 井底靜態(tài)溫度75距產(chǎn)層頂部17m 處有一個小的頁巖夾層

13、, 實際上是一個蓋層, 估計是阻礙產(chǎn)氣的一個因素, 也有可能成為壓裂的阻礙。欠平衡鉆井時, 2號井向大氣中的排出物為100175Mscf/d , 曾考慮廢棄, 但是現(xiàn)在選擇了暫垂直井深 2105m 水平段長度1113m 產(chǎn)層凈厚5m 孔隙度滲透率012mD 油藏壓力1913MPa 井底靜態(tài)溫度70欠平衡鉆井時, 1號井每天向大氣中排出210MMscf/d 氣, 鉆完后, 操作指導(dǎo)要求用水來壓井, 導(dǎo)致了地層污染。只有少許延緩的壓力恢復(fù), 并且沒有液體流動(實際上相當(dāng)于死井 。(1 1號井壓裂設(shè)計氣含量測試顯示有五處含氣量較高, 這些地方被選擇作為水力噴射壓裂的位置, 用116km 以外的一口補

14、償井的數(shù)據(jù)模擬這口井的垂直井深數(shù)據(jù)。附近的垂直井的破裂壓裂梯度是18kPa/m , 因此, 最大值選擇為20kPa/m 。因為J55型7in停。完鉆后, 產(chǎn)氣量基本為零(死井 。(1 2號井壓裂設(shè)計相對于1號井, 為了使措施更加經(jīng)濟有效, 在一系列準備工作之后, 又添加了一個新程序, 它涉及到現(xiàn)場施工的各個方面。含氣量測試顯示, 有多處含氣量較高。為了控制成本, 同時也為了在一天時間內(nèi)結(jié)束施工, 只選擇其中的兩處進行壓裂。附近的垂直井的破裂壓力梯度是18kPa/m , 但是由于1號井的壓力比較高, 所以選擇最高壓力為21kPa/m 。預(yù)計最大表層油套環(huán)空壓力是30MPa , 相當(dāng)于87%的額定

15、套管屈服壓力。J55型套管是新套管是新的, 高壓沒有作為主要的問題, 預(yù)計最大表層油套環(huán)空壓力等于套管的額定屈服壓力的87%:26MPa 。五條裂縫中每一條的規(guī)模都是12t , 任意選取。估計這足以穿透污染層, 連通所有的孔隙, 并得到合理的裂縫長度。(2 施工結(jié)果施工壓力比預(yù)計的高, 接近甚至超過了最大值, 達到了22kPa/m , 并導(dǎo)致油套環(huán)空壓力隨時間而升高, 最終達到了接近額定套管屈服壓力值。16國外油田工程第20卷第12期(2004112 高滲透的基質(zhì), 大規(guī)模的壓裂可能使生產(chǎn)速度提高, 但是由于儲層的非均質(zhì)性, 我們又不能確定這一點。2號井施工成功, 由于產(chǎn)量比較低, 所以其滲的

16、, 而且比在1號井中使用的要重一些。額定套管破裂壓力與破裂壓力梯度相等為23kPa/m , 但是由于選擇要壓裂的地方是純的砂巖, 所以估計施工壓力不會很高。每條裂縫的施工規(guī)模是30t , 為了使其導(dǎo)流能力良好, 縫長要求達到50m 。根據(jù)地震資料解釋, 距井眼水平距離50m 處, 存在一個斷層, 而這兩條裂縫可以達到將其穿透的目的, 根據(jù)2號井的一口高產(chǎn)補償井的資料, 我們可以判定這個斷層是一個含氣的高滲透層, 因為在只射開此層沒有壓裂時, 這口井的生產(chǎn)速度仍然可以達到經(jīng)濟的指標。(2 施工結(jié)果施工壓力與預(yù)計的完全相同(18kPa/m , 在一天內(nèi)完成了兩條裂縫的施工, 并且成本也在額定范圍內(nèi)

17、。壓裂后壓力下降得非常緩慢, 沒有遇到任何天然裂縫, 合, , 井底靜態(tài)壓力為613MPa , 產(chǎn)氣量低于200Mscf/d , 攜砂液返排的速度慢影響了產(chǎn)氣量。措施后, 為了排出井里的液體并清洗井眼內(nèi)支撐劑, 使用較小的連續(xù)油管洗井, 沒有支撐劑返出地面, 這表明所有支撐劑都進入裂縫中。調(diào)整連續(xù)油管的井底設(shè)備, 使得它能夠達到第一次壓裂的深度, 這表明壓裂確實在這一深度下進行, 同時也確實壓開一個孔或槽。第二次下連續(xù)油管非常順利地下到套管鞋處。透率可能比預(yù)計的要低。因為切斷的斷層不是一個滲透性的氣體通道, 并且也沒有穿過任何滲透性的天然裂縫, 所以我們推斷這口井的地層被污染。大規(guī)模壓裂可能會

18、取得更大的經(jīng)濟效益, 但是由于地層的非均質(zhì)性, 我們也不能確定這一點。應(yīng)用水力噴射壓裂技術(shù)可以重新啟動不可執(zhí)行井或暫停井, 通過壓裂也可以提高產(chǎn)量。在這個地區(qū), 水平井壓裂的裂縫定位診斷技術(shù)比較弱, 。:對于高滲, 可以沿水平井井身壓開, 以增大穿透高滲透層和穿透垂向流障礙的可能性; 對于低滲透且沒有天然裂縫的井, 實施一些大規(guī)模的壓裂可以最大限度地提高流體的流動范圍。應(yīng)用此技術(shù)可以對將來要鉆的井進行預(yù)測, 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)套管可以極大地提高壓裂設(shè)計的靈活性。六、結(jié)論根據(jù)本文提到的兩次水力噴射壓裂施工情況, 可以得出如下結(jié)論:對于不可執(zhí)行的或暫停的裸眼水平井, 水力噴射壓裂技術(shù)是一種有效的增產(chǎn)措施?？梢栽谒铰阊劬暇_地放置多條裂縫, 水力噴射壓裂技術(shù)施工是成功的。在水平井水力壓裂中, 使用好的診斷技術(shù), 可以選擇更理想的壓裂位置。對于嚴重的斷層和非均質(zhì)地層, 例如Sun 2dance 的Cardium 層, 對于不可執(zhí)行井或暫停的水五、總結(jié)在水平裸眼井中, 應(yīng)用水力噴射壓裂新技術(shù)可以精確地定位裂縫的位置,