QK-低渗透砂岩油藏水平裸眼井的多裂缝水力压裂技术

1、马俯波:低渗透砂岩油藏水平裸眼井的多裂缝水力压裂技术 13低渗透砂岩油藏水平裸眼井的多裂缝水力压裂技术Ottma r Hoch Gordon Love翻译:马俯波王衍(吐哈井下陕蒙分公司 校对:胡淑娟(大庆油田工程有限公司限制或阻碍地层孔隙和水平井井眼之间的流通, 造成非均质的原因可能是孔隙和渗透率级差或者是小的不渗透矿物层。通常, 低渗透岩石的垂向渗透率与水平渗透率的比值比较低, 因此会阻碍油气的垂向运动。只需薄薄的一层不渗透层就可以完全堵塞水平井中的垂向流, 而在常规测井中, 却很难检测到那些非常薄的层。, 。, , 可以证明全岩心的差别。有裸眼段的低渗透油藏, 其表皮系数远远高于中渗油藏

2、和高渗油藏。对于低渗透砂岩地层, 许多消除污染措施的效果微乎其微, 尤其是在带有长裸眼段的地层, 试图用这些措施来抵消对压裂的需要时, 更是如此。因为许多钻在低渗透层的水平井没有达到预期的生产速率, 因此需要有效的增产措施, 如携支撑剂的水力压裂等来优化其经济潜能。在垂直井中, 水力压裂应用的非常成功, 但直到最近, 开发出水力喷射压裂工艺之前, 在裸眼水平井中却很难见到一点效果。为了达到显著改善产能的目的, 水力压裂工艺需要一种经济有效的手段来控制裂缝的定位问题, 然而, 在水力喷射压裂方法推广之前, 基本上没有经济可行的控制裂缝位置的方法。在低渗透油藏, 压裂的基本目标有两个:显著的裂缝长

3、度和有利的压裂位置, 如果沿水平井身压出的裂缝太多, 则每条裂缝的宽度就会减小。而如果裂缝过于密集, 则产能开始时可能会有所改善, 但是大约一年以后效果就会变差。决策者通常会选择使用“Hail Mary ”压裂技术, 将液体挤入裸眼井中, 但这种方法通常会产生多条宽度和导流能力都很有限的裂缝。而且这种方法不能控制井眼中的裂缝定位问题, 大部分液体通常会停留在裸眼井的尾斜附近。事实上, 大多数在水平裸眼井中应用的控制裂缝定位的技术(例如割摘要许多裸眼完井的水平井都钻在低渗透砂岩地层上, 例如加拿大Alberta 中西部的Cardium 地层。其中许多井的生产速度比预计的要低, 而且, 经济效益很

4、差。目前仍未发现有效的增产措施。导致这些井生产速率低的原因包括砂岩的垂相非均质、水平渗透率和垂相渗透率较低等。在砂岩油藏中, 非均质是液体垂向流动的阻碍; 导致低产的另外一个原因是近井地带污染。有一个方法可以消除这些阻力或污染的影响:水力压裂, , 垂向井的高, 通过应用水力喷射压裂技术, 可以沿着井身依次分别压开多条裂缝, 从而使得水平井生产速度有高于垂向井的可能。本文简要描述了在Cardium 地层的两口井应用水力喷射压裂的过程及该井的历史数据, 这两口井都是在精确定位后沿井身压开了多条裂缝。主题词低渗透砂岩水平井裸眼井多裂缝水力压裂一、简介导致低渗透油藏水平井的生产速率低于预期值的原因多

5、种多样。通常的误解是, 在同一地区进行水平钻井就不需要对垂直井进行增产措施; 也有人误认为, 水平井的近井地带污染比垂直井的小; 大部分油藏都是非均质的, 而且垂向渗透率基本没有差异。在某些情况下, 为截取高渗透部分或天然裂缝, 会在非均质地层中钻水平井。但是大部分井的产能并不理想, 尤其是错过目的层或井眼很窄时。在北美的多数油藏, 当钻穿最好的产层或者发现边界产层时, 新井产层的平均渗透率会降低。关于低渗透水平井, 我们应该牢记以下几点:低渗透岩石含有典型的垂向非均质性, 这会14国外油田工程第20卷第12期(2004112 上部Cardium 带此段是Cardium 油藏的盖层, 也是有多

6、个向上变粗层序, 但是与Cardium 下部的砂层相比, 占主导作用的是含有少量细砂岩的页岩层。在地图上, Cardium 油藏是一个东南西北向的条带状的沉积带, 油藏占主导作用的是分选较好的砂岩, 其粒间孔隙度低于15%(一般是9% , 基质渗透率较低, 低于10mD (一般1mD 。Cardium 油藏没有底水存在, 大部分气产自于缝衬管封割器、套管外封割器等 都会导致其生产速率不如预期的好。时至今日, 对于裸眼完井的低渗透水平井来说, 只有一种增产措施被证明是有效的, 这种新工艺即水力喷射压裂技术, 可以精确地控制水平井水力压裂的裂缝定位, 无论它是裸眼完井还是套管完井。二、水力喷射压裂

7、新工艺水力喷射压裂是一种将水力喷射与水力压裂结合起来的工艺, 此工艺可以按照需要精确地布置不同尺寸的多条裂缝, 并且还不需要使用那些昂贵而危险的机械分隔或密封等。水力喷射压裂工艺将专门的喷射工具下入常规油管或连续油管中, 沿着水平井井身可以在指定的地方定位。一条通道, , , 此工艺可以在不使用机械或化学隔离方法的情况下重复进行。应用此方法, 可以沿着井眼精确地布置多条水力裂缝, 只要需要, 此工艺可以多次重复, 并且其施工规模可以随需要而改变。此工艺是经济有效的, 因为它具有在一口井上布置多条裂缝并准确定位的能力。含水饱和度低于40%的粗砂, 地层水一般被束缚在粒度较细的砂岩的孔隙喉道里。主

8、要生产无硫气, 单井平均产凝析油20bbl/MMcf 和水10bbl/MMcf , 。, 。天, 水平井也有相同的完井目标:使高渗透带相交。但是地层的非均质性和不可预测性加大了完成这项任务的难度。这方面与Alberta 山脚下的一些地层和天然气带相似。新钻井的渗透率/孔隙度会随时间而降低, 现在Alberta 地区产层的基本情况是最好的区域都已经钻过, 而新钻井大部分都在边缘产层上。随着钻井技术的不断提高, 在Cardium 地层钻水平井的成本在不断下降 , 所以从成本上考虑, 水平井与采取了压裂措施的垂直井也具有可比性。以前的一些决策者在此地区钻了许多水平井, 试图要发现天然裂缝并使之连通,

9、 但是, 这些措施只取得了部分成功, 许多只与极低渗透层连通的水平井变成了暂停井。甚至许多与天然裂缝连接的水平井由于在钻进或完井过程中被严重污染, 所以也成了暂停井。在此地区应用了多次Hail Mary 压裂技术, 但是只有很少一部分起到增产的作用, 而且也没有超过垂直补偿井的产量。现在, 该地区存在很多暂停的、不生产的和不经济的水平井。在这个地区的两口井上应用水力喷射压裂新技术, 以测试其将不生产的水平井变成经济的生产井的可行性及有效性。三、Cardium 地层:Sundance地区的历史及地质概况Sundance 地区位于Alberta 的Edmonton 西部, 在Rocky 山的山脚下

10、, 当地的Cardium 地层是典型的伴有凝析油和少量原生水的饱和气藏。通常会含有低孔/低渗或特低孔/渗砂岩夹层, 而这些孔/渗变异在测井中是很难区别的。Cardium 地层属于白垩纪晚期, 在Sundance 地区, 其埋深大约是2300m , 在Blackatone 层以下、Miskiki 层以上含有页岩层。Cardium 地层属于海洋海岸沉积相, 包含滨面、泻湖、潮汐、河口和海岸等一系列连续的泥砂状的陆相架。当地的地层都包括以下两个沉积单元:底部Cardium 砂层此段是Cardium 油藏的产层, 包含一个或多个向上变粗层序, 这些层序包括页岩、砂岩和厚砾岩等。四、井例应用水力喷射压裂

11、技术的两口井的常规数据如下:马俯波:低渗透砂岩油藏水平裸眼井的多裂缝水力压裂技术 15两口井都是东南西北向的水平裸眼井, 与预计的水力压裂方向垂直。对于1号井或2号井, 可用的裸眼井测井方法有伽玛射线测井、ROP (机械钻速 和气含量测试。气含量数据可以作为确定压裂位置的一个基本指标。两口井选择的都是稠化油压裂液, 因为在垂直井中它的成功率比较高。由于普通压裂用的连续油管的型号和长度不适合这种深度的井, 所以应该选用连接的油管。应用不压井起下作业装置以确保向上移动油管时井的安全。1, 1号井1号井井况描述如下:在预定的五条裂缝中, 只有三条施工成功, 另外两条裂缝位于产层的低孔段, 由于破裂压

12、力和油套环空压力太高, 施工只好中断。由于地层渗透率低, 并且与天然裂缝的连通程度也较低, 所以压裂后压力的传导就非常慢; 同时, 由于起油管时井口的压力比较高, 导致管柱的移动比较缓慢, 而其他的作业问题使得管柱的移动更加缓慢。预计施工时间是两天, 但是持续了六天才结束。措施后, 井底流压是215MPa , 产气量为640Mscf/d , 持续了3个月。2, 2号井根据距2号井018km 的方向相反的两口补偿, 为22225m 水平段长度435m 产层净厚9m 孔隙度6%11%含水饱和度40%渗透率012mD 左右油藏压力1910MPa 井底静态温度75距产层顶部17m 处有一个小的页岩夹层

13、, 实际上是一个盖层, 估计是阻碍产气的一个因素, 也有可能成为压裂的阻碍。欠平衡钻井时, 2号井向大气中的排出物为100175Mscf/d , 曾考虑废弃, 但是现在选择了暂垂直井深 2105m 水平段长度1113m 产层净厚5m 孔隙度渗透率012mD 油藏压力1913MPa 井底静态温度70欠平衡钻井时, 1号井每天向大气中排出210MMscf/d 气, 钻完后, 操作指导要求用水来压井, 导致了地层污染。只有少许延缓的压力恢复, 并且没有液体流动(实际上相当于死井 。(1 1号井压裂设计气含量测试显示有五处含气量较高, 这些地方被选择作为水力喷射压裂的位置, 用116km 以外的一口补

14、偿井的数据模拟这口井的垂直井深数据。附近的垂直井的破裂压裂梯度是18kPa/m , 因此, 最大值选择为20kPa/m 。因为J55型7in停。完钻后, 产气量基本为零(死井 。(1 2号井压裂设计相对于1号井, 为了使措施更加经济有效, 在一系列准备工作之后, 又添加了一个新程序, 它涉及到现场施工的各个方面。含气量测试显示, 有多处含气量较高。为了控制成本, 同时也为了在一天时间内结束施工, 只选择其中的两处进行压裂。附近的垂直井的破裂压力梯度是18kPa/m , 但是由于1号井的压力比较高, 所以选择最高压力为21kPa/m 。预计最大表层油套环空压力是30MPa , 相当于87%的额定

15、套管屈服压力。J55型套管是新套管是新的, 高压没有作为主要的问题, 预计最大表层油套环空压力等于套管的额定屈服压力的87%:26MPa 。五条裂缝中每一条的规模都是12t , 任意选取。估计这足以穿透污染层, 连通所有的孔隙, 并得到合理的裂缝长度。(2 施工结果施工压力比预计的高, 接近甚至超过了最大值, 达到了22kPa/m , 并导致油套环空压力随时间而升高, 最终达到了接近额定套管屈服压力值。16国外油田工程第20卷第12期(2004112 高渗透的基质, 大规模的压裂可能使生产速度提高, 但是由于储层的非均质性, 我们又不能确定这一点。2号井施工成功, 由于产量比较低, 所以其渗的

16、, 而且比在1号井中使用的要重一些。额定套管破裂压力与破裂压力梯度相等为23kPa/m , 但是由于选择要压裂的地方是纯的砂岩, 所以估计施工压力不会很高。每条裂缝的施工规模是30t , 为了使其导流能力良好, 缝长要求达到50m 。根据地震资料解释, 距井眼水平距离50m 处, 存在一个断层, 而这两条裂缝可以达到将其穿透的目的, 根据2号井的一口高产补偿井的资料, 我们可以判定这个断层是一个含气的高渗透层, 因为在只射开此层没有压裂时, 这口井的生产速度仍然可以达到经济的指标。(2 施工结果施工压力与预计的完全相同(18kPa/m , 在一天内完成了两条裂缝的施工, 并且成本也在额定范围内

17、。压裂后压力下降得非常缓慢, 没有遇到任何天然裂缝, 合, , 井底静态压力为613MPa , 产气量低于200Mscf/d , 携砂液返排的速度慢影响了产气量。措施后, 为了排出井里的液体并清洗井眼内支撑剂, 使用较小的连续油管洗井, 没有支撑剂返出地面, 这表明所有支撑剂都进入裂缝中。调整连续油管的井底设备, 使得它能够达到第一次压裂的深度, 这表明压裂确实在这一深度下进行, 同时也确实压开一个孔或槽。第二次下连续油管非常顺利地下到套管鞋处。透率可能比预计的要低。因为切断的断层不是一个渗透性的气体通道, 并且也没有穿过任何渗透性的天然裂缝, 所以我们推断这口井的地层被污染。大规模压裂可能会

18、取得更大的经济效益, 但是由于地层的非均质性, 我们也不能确定这一点。应用水力喷射压裂技术可以重新启动不可执行井或暂停井, 通过压裂也可以提高产量。在这个地区, 水平井压裂的裂缝定位诊断技术比较弱, 。:对于高渗, 可以沿水平井井身压开, 以增大穿透高渗透层和穿透垂向流障碍的可能性; 对于低渗透且没有天然裂缝的井, 实施一些大规模的压裂可以最大限度地提高流体的流动范围。应用此技术可以对将来要钻的井进行预测, 应用优质套管可以极大地提高压裂设计的灵活性。六、结论根据本文提到的两次水力喷射压裂施工情况, 可以得出如下结论:对于不可执行的或暂停的裸眼水平井, 水力喷射压裂技术是一种有效的增产措施。可以在水平裸眼井上精确地放置多条裂缝, 水力喷射压裂技术施工是成功的。在水平井水力压裂中, 使用好的诊断技术, 可以选择更理想的压裂位置。对于严重的断层和非均质地层, 例如Sun 2dance 的Cardium 层, 对于不可执行井或暂停的水五、总结在水平裸眼井中, 应用水力喷射压裂新技术可以精确地定位裂缝的位置,