水力压裂防砂方法

1、冯胜利:水力压裂防砂方法19水力压裂防砂方法MIGUELANGELCASARESetal.翻译:冯胜利王永强校对:谢政(青海油田分公司钻采工艺研究院)(青海油田分公司冷湖油田管理处)(青海油田分公司钻采工艺研究院)摘要通过介绍1口油气井水力压裂方法提出的原因、方案设计过程、现场施工过程及与其他油气井生产资料的对比,说明了在何种情况下才能使用水力压裂方法、如何设计方案及如何进行现场施工。主题词小型压裂水力压裂砾石充填防砂方法树脂包层砂粒施工参数压裂液效率Yantata地层(简称Y地层),由白垩系岩石组成,该地层是一凝析气藏,也是本文讨论的施工层段。Y地层又细分为上、中、下三个小层,属于脆性砂岩地

2、层,与上部小层相比,中部与下部小层的砂岩脆性更强,下部小层又含有大量的黑硅石。(2)生产资料。该油气田由三个油气藏即Petaca、SaraY油气藏组成,:天然气2830108ft3,凝析油)。已钻,27(同油气藏的天然气与凝析油(含凝析气)的水力压裂方法,这一气藏具有很厚的脆性砂岩层,对这一厚层砂岩施工的目的是防砂并进一步提高产量。该气藏的砂层由很细的砂粒组成且胶结疏松,其平均有效厚度80m,在产气过程中有严重的出砂问题。为了解决这一问题,在开始的几年里一直采用非常小的油气嘴进行生产,这无疑限制了油气产量。后来采用砾石充填防砂方法取得了明显效果,但是产层厚度太大,这就需要对同一口井进行多次的砾

3、石充填作业,这使得油气井不得不采用复杂而昂贵的双管生产管柱,这也限制了同时对另外二个油气藏进行开采。因此决定对VBR-24井进行水力压裂作业,压开深度的设计值为40m(由气藏顶部算起)并对其中的7m层段进行射孔,这使得该层的一多半厚度得到了连通(消除了隔层影响)。施工中还采用了树脂包层砂粒。树脂包层砂粒不但可提高支撑砂粒的抗挤能力,而且还将树脂包层砂粒胶结在一块(阻止支撑剂返流)。通过砾石充填气井与水力压裂气井某些数据的比较,发现后者的产量有明显提高,几乎不出砂且有利于其他措施作业。3518%与6317%,Y油气藏的15口井油、气产量分别为1800bbl/d、4600×104ft3。

4、该油气藏的平均厚度为80m,含水量很低,对生产几乎无影响,但其出砂问题对生产造成了很大影响。(3)其他资料。为了解决Y油气藏的出砂问题,首先考虑对该油气藏岩石物性最好的地层进行射孔并限制油气嘴尺寸,但这会降低油气井产能且不能高效开发该油气藏。因此采用了砾石充填作为防砂措施并对4口油气井进行了施工,这使得油气井采用了更大尺寸的油气嘴(油气产量提高了一倍),因此当时认为砾石充填是很有效的方法。Y油气藏的产层较厚,为了扩大泄油(气)面积,需要对1口井进行多次砾石充填作业,这又需要利用双管生产设备进行生产,这不仅增加了施工作业的复杂性,而且还限制了利用同一口井同时开采其他二个油气藏,因此又提出了水力压

5、裂方案并对VBR-24井进行了施工。VBR-24井的上部Y地层没有进行射孔,即大约有60m的地层油流得不到有效排泄。该井的岩心资料表明,Y地层上部层段的岩性胶结较好(与下部相比),因此决定对该层上部的7m层段进行射孔并由此向下产生一个4050m长的裂缝以产生一定的泄油面积。施工中还采用了高浓度的双包层支撑剂(20/40目),采用了白色硅质压裂砂。施工后取得了较满意的压裂效果,因为与同一层段二、有关资料说明(1)地质资料。Tariquia、Yecua和Petaca三个地层由第三系岩石组成,在这三个地层下面是© 1994-2010 China Academic Journal Elect

6、ronic Publishing House. All rights reserved. 20国外油田工程第19卷第5期(200315)阶段替出套管盐水前置液关井压力前置液携砂液驱替液关井压力液体类型SpectraFracGSpectraFracG的砾石充填井相比,VBR-24井的油、气产量有大幅度提高而且无出砂现象。另外,VBR-24井的生产管柱简单,有利于以后的其他措施作业。用液量(bbl)47.635.7排量(bbl/min)地面压力井底压力(lb/in2)(lb/in2)15670041656700660068004165833079338330830084307930三、水力压裂为了

7、评价水力压裂方案,在水力压裂之前要进行一次小型压裂。通过小型压裂得到了以下资料:泵入20/40目的支撑剂2000lb,压裂梯度0193(lb/in2)/ft,井底摩阻500lb/in2,压裂液效率30%。1,小型压裂(1)小型压裂过程SpectraFracGSpectraFracG28.621.283.3151515线性凝胶(3)小型压裂模拟压裂停止后记录压力下降曲线,计算压裂液效率、闭合压力与净压,对该净压值与Meyer三维模型净压值进行比较。最后还计算了压裂液漏失量与粘土矿物应力。如果压力下降曲线上出现拐点,那么该点即是裂缝闭合压力点。压裂液效率是停泵时积:187(lb/in2)1e+6打

8、开封隔器开关,用SpectraFracG-3500(SFG-3500)压裂液替出油管内的KCl水溶液(浓度4%)。关闭封隔器开关,以15bbl/min的排量开始泵送压裂液。压力稳定时停止泵送,记录第一个瞬时关井压力,求得压裂梯度为0193(lb/in2)/ft,500lb/in2。送()当排量稳定后,以04ppappa:压裂砂重(lbm)/压裂液体积(gal)的浓度值泵入2000lbm20/40目的压裂砂。总漏失量010053ft/min1/2造壁前漏失量0gal/ft2裂缝壁粗糙度1黏土杨氏模量油藏渗透率裂缝数量(2)111e+62mD1小型压裂模拟结果如下表所示:压裂液效率裂缝长度裂缝上部

9、高度裂缝下部高度30%57ft50ft67ft用不交联压裂液(线性凝胶)顶替携砂液进入地层。支撑剂替入地层后停泵,进行第二次瞬时关井,记录压力变化曲线并确定压裂液效率。对压裂净压设计值与实际值进行比较,由此调整主要的压裂步骤。计算出的压裂液效率为30%,裂缝闭合时间9min,闭合压力7440lb/in2。根据上述结果调整水力压裂方案并在现场准备压裂液。相关计算公式:压裂梯度=(瞬时地面压力+静压)÷深度=瞬时井底压力÷深度=7933÷8570=0193(lb/in2)/ft总摩阻=最终地面压力-瞬时地面压力=6800-4165=2635lb/in2近井地层摩阻=总

10、摩阻-油管摩阻=2635-2135=500lb/in2(2)压裂数据压裂液总用量216bbl。闭合压力平均缝宽闭合时间平均净压7440lb/in20133in9min490lb/in22,水力压裂小型压裂4h后在油管里充满线性凝胶,然后开始水力压裂。泵入了53000lbm20/40目的砂子。当剩下17bbl压裂液时,因压力过高(发生脱砂现象)而停止压裂,这时套管中有砂子7000lbm,油管中有砂子2000lbm,地层中有压裂砂44000lbm。(1)水力压裂过程在油管里充满线性凝胶的情况下(这一线性凝胶是小型压裂的顶替液)以15bbl/min的排量开始水力压裂。当井底砂子浓度达到4ppa时压力

11、急剧上升。与设计时间相比,在砂子浓度提高至15ppa之前,1215ppa的地面砂子浓度维持了更长时间。顶替液程序:先替入线性凝胶水,再替入胶态原油。当顶替液剩余17bbl时因压力过高而停止顶替。通过针形阀降压,回收了9bbl胶态含气原油。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 冯胜利:水力压裂防砂方法当压力降至0时(保持环空压力),打开封隔器开关通过环空循环使其返出砂子。地层本身具有返排压裂液的能力,因此要关井14h使砂子在裂缝内固结。(2)有关数据表压裂

12、参数表1阶段液体类型液体数量(bbl)-14487.960.541.534.655.97.71030-21附近地层获得很好的裂缝支撑宽度。(5)如果较高的加砂浓度与脱砂现象共同产生了较高导流能力的裂缝,那么裂缝与射孔孔眼之间的连通性将会提高,从而降低地层流体摩阻并减小地层砂运移的拖拽力。(6)如果未发生脱砂,那么驱替后必须使井筒附近的裂缝闭合,以减小砂子沉积量并至少保证射孔孔眼得到充填。(7)需要使裂缝强制闭合时,那么泵入最后一种浓度的携砂液时必须使用线性凝胶,以防止这一携砂液中的砂子从裂缝中进入井筒。(8)进行小型压裂时,计算出的压裂液效率与设计值一致,但是压力梯度逐渐升高而且井身条件有影响

13、,因此需要对水力压裂方案作调整。为了降,水力压。)桥塞与封隔器,并使用1至2根。(10)为了利用树脂包层砂对所有射孔层段进行充填并阻止地层细砂的运移,射孔高度最低值应为5m、射孔相位角应为180°对胶结很松的地层,其水平最大应力值与最小应力值的差值很小,这对裂缝的延伸方向影响不大,因此最初的裂缝方向即是以后的裂缝发展方向。排量(bbl/min)-151515151515151515-地面压力(lb/in2)-640063606300633063506800745076508050-初始最后浓度浓度(ppa)-02.56912.512.5-(ppa)-2.56912.512.515-油

14、管内线性凝胶前置液SFG第1浓度SFG第2浓度SFG第3浓度SFG第4浓度SFG第5浓度SFG第6浓度SFG顶替1线性凝胶顶替2胶态含气原是否脱砂-平均压力排量平均水马力min破裂压力9000lb/in2瞬时关井压力-是否脱砂?是压裂梯度-裂缝砂粒最终浓度1215ppa地面砂粒最终浓度15ppaSS355bbl入井的砂粒53000lbm裂缝内砂粒44000lbm油管、套管内砂粒9000lbm封隔器深度2526m桥塞深度2627m油管尺寸2(3in(N80)615lb/ft套管尺寸7in,29lb/ft压裂后的模拟结果压开缝长90ft支撑剂面积浓度支撑缝长82ft支撑缝高井筒附近裂缝导流能力平均

15、支撑缝宽(缝长由0至40ft)218lbs/ft2116ft4350mDft0128in五、结论(1)利用树脂包层砂进行水力压裂后获得了很四、几点说明(1)当选择树脂包层支撑剂时,一定要慎重选择压裂液,因为并不是所有的压裂液都与树脂有较好的配伍性,因此对水基交联压裂液(pH=10)应使用酶破胶剂。高pH值的压裂液能溶解树脂包层,树脂也能影响氧化破胶剂的性能。(2)当利用树脂包层砂进行防砂压裂时,建议用小目(20/40)树脂包层砂。(3)小型压裂资料表明,该井裂缝的纵向增加幅度大于横向增加幅度。(4)裂缝在纵向上向下发展,因此压裂砂趋于在射孔孔眼下部沉积。如果顶替结束时达到了较好的脱砂效果,那么裂缝将得到很好的充填并使井筒好的防砂效果并明显提高了地层的垂向渗透率,这是一种简单有效的防砂增产措施。(2)水力压裂成功的经验有以下几点:使用树脂包层砂,选择与树脂配伍好的压裂液,小砂目(20/40),高浓度携砂液及较好的脱砂效果。(3)对上述油藏进行