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重复压裂:完井诊断使油气藏重获新生

重复压裂:完井诊断使油气藏重获新生

非常规完井方式造就了一大批水力压裂井,为了进一步开发生产,这些压裂井又成为了重复压裂的候选井。完井诊断是一种极具价值的工具,可确定最具成本效益的增产改造参数、完井参数和油气井重复压裂参数优化的部分流程。重复压裂能够帮助运营商利用诊断技术不断优化和完善增产设计,还为大规模增产提供了绝佳机会。

重复压裂的选择

重复压裂的主要目的是通过增产改造和重建油气藏与井筒之间的流动通道来提高现有油气井的产量。本文分析了多口井重复压裂储层诊断结果。分析结果表明,所有的储层都具有独特的性质,因此需要逐个进行评价。由于油气藏的温度和压力的差异,所以在一个区块取得良好效果的方法、技术在另一个区块可能并不适用。

诊断分析

1. 支撑剂示踪剂分析

本文主要讨论的诊断技术是支撑剂示踪技术,采用三种具有低放射性的伽马射线示踪剂,分别为铱-192、钪-46、锑-124。上述示踪剂在增产改造过程中与支撑剂混合后一并注入地层,然后用伽马能谱测井工具单独测量每种示踪剂在近井地带的位置,所有支撑剂示踪剂都为40/70目的陶粒。由于进入储层的同位素都具有特定的半衰期,因此同位素成为支撑剂示踪技术的绝佳材料。经过多年的研究发现,油气生产-测井数据与近井地带的支撑剂位置之间存在着明显的相关性,且这种相关性也存在于重复压裂中。

在初次压裂作业中,支撑剂示踪技术是解决射孔段未被压开、水平井段支撑剂覆盖、射孔段和分段压裂的段距等问题的关键,还可以通过观测近井地带三种示踪剂的放射性强度(横向或纵向)来确定可能存在裂缝的几何形态变化情况。同时,对于多井压裂项目,支撑剂示踪剂是直接测量支撑剂运移情况的绝佳工具。

2. 邻井连通性分析

近期研究表明,早期的井间连通性未必与长期连通性一致,地表压力和产水量的变化是邻井窜流最显著的两个指标。尽管邻井的压力响应是裂缝压力连通情况的一个指标,但它不能明确预示与井筒相连通的裂缝系统。同理,产水量的增加可代表该井压裂液顶替液的最新返排情况,而不代表来自邻井的流体。在初次压裂完井和重复压裂完井中,为了确定有效的泄油面积并充分优化井距,对所观测到的连通程度规模、持续时间、形式评估是非常关键的。

流体示踪剂技术广泛用于新式完井中,对压裂液的运移剖面和油气采收率剖面进行测量,同时也可以用于量化井间连通性。截至目前,其作为重复压裂诊断工具使用的时间相对较短,且主要用于确定重复压裂所产生裂缝的几何形态以及有效泄油面积。当流体示踪剂与支撑剂示踪剂一同使用时,可以得到任意邻井压裂瞬态干扰的放射性—时间衰减图像。

油气示踪剂与支撑剂示踪剂、流体示踪剂的共用在解决邻井窜流问题中能够发挥关键的作用,使直接测量连通性和泄油面积(如:所开采出的储量)成为可能。

重复压裂过程

1. 选取重复压裂井

列出可重复压裂井的总清单,然后按照能够提高经济效益高低的标准进行筛选和分级。在所有筛选标准中,最佳首选标准就是通过初期完井诊断确定先前未开发的储层。

在重复压裂计划的早期,拥有一个恰当的策略以测试和确认(诊断)计划是非常重要的,这可以加速运营商的优化进程,并最终成功实现“油气藏二次开采”。在重复压裂的历史上,许多人曾经犯下相同的错误,那就是由于重复压裂井的数量少、评估数据太少而在对重复压裂计划充分考核之前便将计划放弃。

另一个普遍错误是对重复压裂项目的管理不当。如果运营商能够有效地优选出重复压裂的最佳候选井,那么就应该根据初次开采产量与评估的最终产量数据选出重复压裂井。因为在通常情况下,低产井不可能通过二次增产改造成为高产井。

2. 射孔及完井设计

二次增产改造的主要目的是在新的储层岩石中形成与井筒连通的高渗油气流动通道,大多数运营商最初都选择在井内增加新射孔,支撑剂示踪剂用于确定新射孔层段相对于已有射孔层段的比例。

制定行之有效的射孔方案对于最大限度的提高支撑剂总体覆盖情况来说至关重要。大多数运营商在重复压裂中采取的是全井段射孔方案。但事与愿违,数据表明在重复压裂中能够进行连续射孔压裂的最长井段仅仅为2300英尺,其难点在于避开对水平井根端的优先改造。一些运营商正考虑在水平井趾端运用高能推进剂辅助射孔来提高支撑剂充填效率。另一项已投入使用的技术是对靠近趾端的半段水平井优先进行射孔。

3. 转向技术

运营商为了避免对初次完井压裂段的重复压裂常采用多种转向技术。一些运营商选择使用如水泥、套管补丁、连续油管、内衬等机械方法来半永久的封堵已有的射孔孔眼。这为压裂段数和段与段之间间距的选择提供了极大的灵活性。然而,这也会产生额外的成本、力学风险、以及对油气产量的限制。此外,除非进行相应的修井作业来解除上述封堵,否则就废弃了重复压裂前的那部分油气产量。

其他运营商使用的是如生物可降解密封球或聚合物暂堵剂等非机械暂堵技术。通常情况下,上述技术并非正式的封堵技术,但同时是一种效益比较高的人工裂缝转向方法。生物可降解密封球或聚合物暂堵剂等产品的主要特征是在特定的温度和压力下可降解。上述转向技术的目的是迫使裂缝转向和进入新的未被压开的储层岩石,然而相关数据表明,裂缝转向后很少进入新的储层岩石。从一些井中收集的一小组数据得出了有趣结论:在地表压力上升时,支撑剂段塞的效果和暂堵剂一样好甚至比暂堵剂的效果更好。

真正的挑战在于确定运营商如何评估转向效果。转向效果的最简单诊断方法是监测地表压力变化。然而,井筒中的压力系统非常复杂,足以掩盖裂缝转向时产生的压力变化。而真实情况是:并非所有的转向都是有效的。

裂缝自动转向是一个值得考虑的高性价比选择。 其理念是创造出阻力最小的裂缝延伸路径,这需要通过一个洁净的射孔孔眼或微型裂缝与已有的射孔孔眼(可能已经结垢、发生应力变化或被支撑剂充填)的共同作用。数据分析得到如下理论:当原有裂缝处于开启状态或存在部分废弃的射孔孔眼时,新的射孔孔眼在重复压裂施工中能够有效起裂。

数据分析

原文将69口重复压裂井的诊断数据、完井数据、增产改造数据以及生产数据按照完井方式进行归类、展示以及讨论。考虑到本研究的目的,多种诊断度量标准源自使用支撑剂示踪剂的重复压裂井。

1. 性能评价

为了精确对比每口井重复压裂的效果,逐一分析了每口井的递减曲线。在所有情况下,将初次压裂的油气最大月产量和最终采收率估算值与重复压裂的油气最大月产量和最终采收率估算值进行了对比。上述分析的关键在于使用相同的经济条件,计算最终采收率的主要目的是为重复压裂完井质量进行对比。

2. 分簇射孔压裂

通过检测射孔段的伽马射线来确定分簇射孔压裂是一个十分简单的方法。该方法对于同一射孔层段的深度与测量值差异是很正常的,有时甚至会出现多达40英尺的误差。在某些情况下,示踪剂响应分布在两簇射孔中;在观察重复压裂图像时,示踪剂响应强度的影响是非常重要的,它包含了示踪剂在井段方向上的运移深度和测量强度值。

一个值得推荐的重复压裂设计是在水平井段的中点到趾端添加新的射孔簇,其用意是迫使压裂液进入水平井段的趾端井段。在重复压裂过程中,无支撑剂充填井段的长度与增产改造的井段长度此消彼长,因此很难对距水平井跟端2300英尺以外的井段进行增产改造。

3.  近井地带改造深度

根据沿着井筒方向的示踪剂响应值求得的英尺数即为近井地带压裂改造深度。

从水平井跟端算起的增产改造井段长度:诊断中的度量标准之一是从水平井跟端射孔簇算起的增产改造井段长度。该度量标准的目的是确定连续改造井段的长度,其本质上是求取被有效改造井段的长度。这有别于近井地带的改造深度,因为改造长度的主要内容为求取增产改造所达到的具体长度,比近井地带的改造范围更加大。

4. 改造的最远作用范围

在测井图像中,缺乏示踪剂的长井段比具体改造长度的井段改造深度更深,分簇射孔具体改造井段的改造深度紧随其后。41口重复压裂井中的13口存在多种支撑剂示踪剂,其运移的最大深度达100英尺或比具体改造长度的更深

应用前景

43口水平井的重复压裂总体成功率为65%,只有6口井的重复压裂增产幅度极小。在上述所分析的盆地中,可以看出该盆地井的性能指标和诊断属性迥异,使用支撑剂示踪剂所重复压裂井结果表明应优先从水平井跟端开始压裂改造。

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柠檬
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系我们。