編譯:張輝 (大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠)

審校:楊為華 (大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠)

Pinedale背斜地區(qū)多層致密氣藏增產(chǎn)措施效果

編譯:張輝 (大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠)

審校:楊為華 (大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠)

在美國(guó)致密氣藏,正以一個(gè)不斷增長(zhǎng)的速率開采。最近美國(guó)的幾個(gè)致密氣藏正在進(jìn)行多層合采,且證明是經(jīng)濟(jì)可行的。Pinedale背斜地區(qū)在確定最佳增產(chǎn)措施時(shí)面臨著挑戰(zhàn),在70個(gè)分散的砂巖地層要進(jìn)行22次增產(chǎn)處理,層段厚度超過6 000 ft。因滲透率變化幅度達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí),孔隙壓力梯度在0.22～0.83 psi/ft范圍內(nèi)變化,儲(chǔ)層評(píng)價(jià)十分復(fù)雜。

傳導(dǎo)率 毛孔壓力梯度 有效裂縫

1 簡(jiǎn)介

Wyoming南部 Pinedale背斜的開發(fā)在過去幾年進(jìn)展很快。大規(guī)模水力壓裂 (MHF)措施是這個(gè)地區(qū)致密氣砂巖儲(chǔ)層增產(chǎn)達(dá)到經(jīng)濟(jì)價(jià)值水平的唯一手段。一般來(lái)說每口井需要14～22次MHF處理以從潛力層中獲得有效的生產(chǎn)。通常每口井需要200×104lbm(1 lbm=0.454 kg)以上的支撐劑來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力支撐,這對(duì)于經(jīng)營(yíng)者來(lái)說是一項(xiàng)很高的投資。因此評(píng)估增產(chǎn)與使用的壓力支撐物劑的關(guān)系對(duì)油田收益有很大的影響。

2 數(shù)據(jù)分析

在此次分析中包含11口井共172個(gè)壓裂處理層段的生產(chǎn)和完井資料。生產(chǎn)資料得到更新,所有11口井至少有兩條生產(chǎn)測(cè)井曲線,其中一條是井生產(chǎn)初期測(cè)量的。在儲(chǔ)層模擬評(píng)價(jià)中使用了所有井詳細(xì)的生產(chǎn)歷史資料,壓裂處理中使用了六種不同的壓裂支撐劑。

3 儲(chǔ)層模擬

對(duì)于單層的致密氣儲(chǔ)層來(lái)說,壓裂和儲(chǔ)層屬性一般通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析得出,其分析方法包括:分析終端壓力為常量的遞減曲線、與常量終端速率曲線的擬合、與單層分析模擬器的自動(dòng)歷史擬合。單層分析能夠預(yù)測(cè)原始?xì)怏w滲透性、裂縫半長(zhǎng)、裂縫傳導(dǎo)性和泄流面積,而這些是評(píng)價(jià)裂縫處理成功性,選擇重新改造目標(biāo),優(yōu)選裂縫處理措施,預(yù)測(cè)將來(lái)生產(chǎn)情況以及評(píng)估儲(chǔ)量的重要參數(shù)。

對(duì)Pinedale背斜區(qū)域的混合多層非常規(guī)氣儲(chǔ)層而言,僅有生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能提供足夠的信息來(lái)評(píng)價(jià)單個(gè)儲(chǔ)層的性質(zhì)。使用分析單個(gè)儲(chǔ)層的方法來(lái)分析多層儲(chǔ)層的數(shù)據(jù),但是結(jié)果只能反映出等效于單一儲(chǔ)層的有效屬性。Pinedale背斜情況更為復(fù)雜,因?yàn)槠渚哂酗@著變化的滲透率以及毛孔壓力梯度,因此這種儲(chǔ)層模擬的結(jié)果不能用來(lái)評(píng)價(jià)多儲(chǔ)層單層的增產(chǎn)效果。

生產(chǎn)測(cè)井曲線能測(cè)量多儲(chǔ)層某一時(shí)間點(diǎn)上井眼流體速率、流動(dòng)井眼壓力與深度的關(guān)系。生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)提供了地表生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能提供的反映單層儲(chǔ)層的大量信息。由于每一個(gè)儲(chǔ)層對(duì)于總流體速率的相對(duì)貢獻(xiàn)是隨時(shí)間變化的,在不同的時(shí)間點(diǎn)給出各生產(chǎn)曲線,從而獲得單層貢獻(xiàn)產(chǎn)率的變化。

本次研究中,使用一個(gè)新的完全耦合的儲(chǔ)層/井眼單井分析模擬器對(duì)多儲(chǔ)層非常規(guī)氣儲(chǔ)層的單層特性進(jìn)行評(píng)估,它可同時(shí)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行歷史擬合。通過多條生產(chǎn)測(cè)井曲線數(shù)據(jù)與地面生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史擬合,模擬器能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)單層屬性,如滲透性、裂縫長(zhǎng)度及泄流面積,這些對(duì)于比較裂縫處理設(shè)計(jì)及不同支撐劑使用的增產(chǎn)效果非常關(guān)鍵。

圖1 生產(chǎn)歷史擬合實(shí)例井

總體上井的生產(chǎn)趨勢(shì)通過每個(gè)層段的模擬來(lái)擬合。每個(gè)層段的生產(chǎn)歷史要與生產(chǎn)曲線開始記錄時(shí)的生產(chǎn)曲線數(shù)值進(jìn)行擬合。儲(chǔ)層模型通過改變滲透率、有效裂縫半長(zhǎng)及泄流面積取得生產(chǎn)歷史和生產(chǎn)曲線的擬合。圖1、圖2、圖3是生產(chǎn)擬合實(shí)例。

4 支撐劑

本次研究中使用了六種壓裂支撐劑來(lái)處理172個(gè)層段,分別為砂、兩種樹脂涂層砂、兩種中等強(qiáng)度陶瓷材料支撐劑和一種經(jīng)濟(jì)的輕質(zhì)陶瓷支撐劑。操作者通過軟件分析參數(shù)敏感性,比較鄰井特性,及完井成本管理等方面來(lái)選擇壓裂支撐劑。

每個(gè)支撐劑包裝上都標(biāo)有實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到的傳導(dǎo)率和壓力的關(guān)系基線。由于每種支撐劑都是用于油田中不同的壓力環(huán)境,所以知道每種支撐劑的傳導(dǎo)率隨應(yīng)力的變化非常重要。分析中比較了實(shí)驗(yàn)室傳導(dǎo)率數(shù)據(jù) (由常見的乘法器來(lái)修正)與從模擬結(jié)果獲得的裂縫傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

儲(chǔ)層模擬生產(chǎn)歷史擬合過程能提供儲(chǔ)層滲透率值和每個(gè)儲(chǔ)層的有效裂縫半長(zhǎng),它通過使用一個(gè)無(wú)窮大傳導(dǎo)率的裂縫擬合而來(lái)。但是在實(shí)際油田中這樣的裂縫是不存在的,需要了解有限傳導(dǎo)率和裂縫長(zhǎng)度以評(píng)價(jià)模擬效果。使用無(wú)窮大傳導(dǎo)率裂縫能對(duì)每個(gè)層段的增產(chǎn)效果做直接的比較。以儲(chǔ)層模擬分析中得出的有效裂縫半長(zhǎng)為基礎(chǔ),完成的層段中只有略多于10%的層段的有效裂縫半長(zhǎng)大于300 ft (1 ft=30.48 cm)。這表明如果支撐長(zhǎng)度大于分析結(jié)果,則說明裂縫為有限傳導(dǎo)率裂縫或者壓裂的處理失敗。同時(shí)也要注意出砂或者注入失敗而不能完井的處理點(diǎn)。

儲(chǔ)層模擬分析能提供儲(chǔ)層滲透性和有效裂縫半長(zhǎng)信息,獲得這些信息后就能評(píng)價(jià)裂縫傳導(dǎo)率,因?yàn)槭孪仍O(shè)想裂縫有無(wú)窮大的傳導(dǎo)性,這可能是裂縫傳導(dǎo)性的下限。但是所有的裂縫都表現(xiàn)為有限的傳導(dǎo)性,因?yàn)樗鼈兊拈L(zhǎng)度比想象的要短,所以地層裂縫傳導(dǎo)性也將有一個(gè)上限。

傳導(dǎo)率值的分布變化范圍很廣。標(biāo)記以下30%的數(shù)據(jù)與標(biāo)記以上30%的數(shù)據(jù)顯然不相交,這就需要另外的分析。傳導(dǎo)率差的一個(gè)原因是在傳導(dǎo)時(shí)支撐劑傳導(dǎo)流體凈化得不徹底,另外非常低的傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)也可能是完井污染造成的。一些數(shù)據(jù)表明,一口井眼中完井的層段數(shù)越多,平均增產(chǎn)效果越低,這可能意味著完井過程中將裂縫段破壞。在施工和完井過程中加強(qiáng)了投資和精力的投入,以便在實(shí)施增產(chǎn)、鉆井、回流作業(yè)過程中減少機(jī)械和操作造成的層間竄流,從而在混合完井過程中減少潛在的破壞。

5 傳導(dǎo)率

繪制出裂縫的傳導(dǎo)率與支撐劑上地層壓力的關(guān)系曲線,這樣能為不同支撐劑提供一個(gè)合理的性能比較方法。分析表明,地層壓力在7 000～8 500 psi(1 psi=6.895 kPa)時(shí)表現(xiàn)為低性能層段。檢測(cè)的每個(gè)支撐劑的傳導(dǎo)性能差異是明顯的,但是這種變化仍然以實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為中心,這表明每種支撐劑的傳導(dǎo)率與其設(shè)計(jì)值是一致的。傳導(dǎo)率明顯的不同表明以下幾點(diǎn):

◇某一區(qū)域內(nèi)很難放置足夠的濃度一致的支撐劑;

◇難以排除流體流動(dòng)中傳導(dǎo)率的損失;

◇在 Pinedale沉積環(huán)境中難以解決地層滲透率、裂縫屬性以及儲(chǔ)層幾何形態(tài)的變化性;

◇還有些沒有考慮到的因素。

與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相比,實(shí)際中極低的傳導(dǎo)率值表明應(yīng)該檢查研究措施設(shè)計(jì)和支撐裂縫幾何形態(tài),以確定是否能從措施設(shè)計(jì)著眼改進(jìn)而不僅僅是從支撐劑選擇方面考慮。實(shí)際上每一種支撐劑的使用都像預(yù)測(cè)的一樣,這就意味著每種支撐劑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值都能量化,因?yàn)榇胧┰霎a(chǎn)效果是傳導(dǎo)率的函數(shù)。

6 傳導(dǎo)率的經(jīng)濟(jì)收益

傳導(dǎo)率直接與措施增產(chǎn)效果有關(guān)。如果有限傳導(dǎo)裂縫的傳導(dǎo)率相對(duì)于無(wú)限傳導(dǎo)裂縫能增加25%,那么有效裂縫半長(zhǎng)將相應(yīng)增加25%。在相同的應(yīng)力下選擇傳導(dǎo)率多25%的支撐劑能實(shí)現(xiàn)裂縫傳導(dǎo)率相應(yīng)地增加25%。另外,處理設(shè)計(jì)的改變也能增加裂縫中支撐劑的應(yīng)力承受能力。減少潛在支撐劑傳輸流體的損害也得考慮。最后選擇經(jīng)濟(jì)效益最佳的方法。

通過儲(chǔ)層模擬模型來(lái)修正歷史擬合的裂縫參數(shù),直到獲得最有效的裂縫半長(zhǎng)以檢測(cè)模擬效果,模擬效果的增加是以傳導(dǎo)率的增加而體現(xiàn)出來(lái)的。修正中選擇了低、中、高產(chǎn)率的實(shí)例生產(chǎn)井,測(cè)試了有效裂縫半長(zhǎng)分別增加10%、25%、50%的情況。圖4給出了預(yù)期的第一年增加的氣體產(chǎn)量。

圖4 預(yù)期的氣體產(chǎn)量

資料來(lái)源于美國(guó)《JPT》2006年10月

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.10.010

2009-05-07)