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利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

近日,SPE官方数据库OnePetro的最受欢迎文章榜上,ShellCanada研究人员于2017年SPE水力压裂大会(SPEHydraulicFracturingTechnologyConferenceandExhibition)上发表的文章《利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选(AcceleratingCompletionsConceptSelectinUnconventionalPlaysUsingDiagnosticsandFracModeling)》以最近30天596次的下载量勇夺桂冠。

众所周知,经过精心设计的先导平台试验井组对于开发非常规储层具有很大的价值,可以通过平台试验井组完井和生产过程中的各种诊断数据(诸如微地震、地球化学识别、DAS等)对开发方案就行验证。文中展示了如何利用多种诊断数据并结合地层参数校正压裂模型,经过校正的压裂模型与油藏数值模拟器进行耦合,然后用于完井增产方案的优选。

俗话说得好,谈money会伤feeling,但没办法我们在工程上凡事都要算个经济账,总不能有方法去赚钱你却非要去干赔本买卖吧,对于油气行业这种资金密集型行业,你赔得起吗(尤其是私企)?什么,赔不起?赔不起就去好好算经济账呗,其实完井方案的优选说白了就是为了实现油气田开发的经济效益最大化嘛!

对于完井方案优选和决策,平台井组现场试验和诊断当然能够得到最真实、最准确的结果,但是它有一个很大的缺点,那就是经济成本和时间成本太高。但是,请不要沮丧,还有一个大招可以拯救你,那就是压裂模拟,压裂模拟非常costeffective,通过压裂模拟还可以揭示一些现场试验很难揭示或者揭示成本极高的信息,比如说支撑剂在裂缝中的铺置状态。但是,需要强调的一点就是没有经过校正的压裂模型就是一个垃圾数据制造机,其模拟结果毫无现实和参考意义。

如上所述,进行现场试验所得数据可靠但是成本高昂,而压裂模拟成本低廉但是不经校正可能就是一个垃圾数据制造机。因此,作者提出将现场试验和压裂模拟结合起来的方法:先精心设计一组平台试验井并进行完井施工,利用施工过程中的监测数据以及结果诊断数据建立相应的压裂模型,经过校正的压裂模型可以与同一平台其他井的压裂施工监测结果进行交互验证,最终,利用校正好的压裂模型就可以进行完井方案优选。

接下来,作者以Montney储层的的一个平台井组为例详细的论述了上述方法的操作和实施流程,流程如下图。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

一 现场试验井组的设计和完井、生产监测

研究目标区域Montney储层是一个厚度为120m的巨厚储层,并且在储层顶部和距底部三分之一位置处有两个隔层,平台试验井组有5口水平井,对于这种厚储层,完井方案优化主要试图回答两个问题:(1)在垂向上需要布置几排水平井?(2)水平井段的最优深度是多少针对上述储层特点,项目组想到的先期方案是按照“W”型布置两套水平井,见下图:

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

在压前评价、压裂施工以及压后生产过程中进行了大量的数据收集、监测和诊断,包括:

A利用一口垂直取芯井获得了目的储层的岩石物理力学参数;
B施工过程中进行了微地震监测,其中B井还通过DAS流量分配监测以及后期的产液剖面监测;
C施工过程中进行了井口压力监测,结果表明相邻井之间有相互沟通现象;
D通过地球化学识别表明所有井的产液层段都为水平段以下的储层。

下图(a)为不同水平段深度井对应的微地震监测缝高,(b)和(c)分别为B井的垂直截面和平面视图。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

二 压裂模型校正和交叉校验

以B井的趾端为例进行了压裂模型校正,下图左侧为微地震监测得到的裂缝形态,右侧为通过调整参数校正后的压裂模拟模拟得到的裂缝形态,可以看到二者吻合的较好。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选 
利用上述经过初步校正的压裂模型对另外两种情形进行了交叉验证:一是针对B井中根部裂缝扩展到上部储层;二是当水平段位于下方隔层之下时,裂缝基本很难扩展到隔层之上的储层中。对这两种情形,通过对模型参数进行一些调整,使得模拟结果与微地震监测结果都

具有了很好的吻合度,见下图:

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选
通过上述步骤,压裂模型已经得到了足够的校正,可以用于该区块的不同完井方案模拟了,但是工作并没有到此结束,我们还需要再向前一步,正如前面所说,进行完井方案优化设计最终目的是为了追求经济效益最大化,这就需要我们将压裂模拟与油藏数值模拟偶合起来,去评价和预测不同完井方案所对应的生产动态和经济效益。因此,走地质-工程-油藏一体化是进行完井方案优化并进行经济评价的必由之路,值得我们探索和实践。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

三 使用校正的模型进行完井方案优选

经过前面校正后的压裂模型,就像一个经过闭关修炼的大侠,现在终于可以出关了,可以行侠仗义,主持人间正义了,经过校正的压裂模型现在有用武之地了,可以用来进行完井方案优选了!

由前面的微地震监测和压裂模拟结果表明,当水平井段位于第二条隔层之下时,裂缝很难穿透它二扩展到上部储层,这也表明先前提出的“W”布井方案并不合理,于是在不改变其他模拟参数的条件下,对水平段深度进行了优化,优化结果见下图,表明当水平段位于两条隔层之间的某一位置时,效果较好。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选
最后,作者指出,对于快节奏和动态变化的非常规油气完井和开发方案设计,我们很有必要建立一种层次化的设计流程:将所有有效变量集合起来,按照它们对开发经济效益影响程度的大小进行分级,在进行方案设计和优化过程中,首先考虑经济敏感性强的因素,再依次考虑敏感性较弱的因素,如下图所示。

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当然,在揭面纱的过程中,还是有一些肤浅的体会以及一些有意思的发现的:

1)说到底,我们进行方案优化设计的终极目的是为了能赚更多的money,我们的出发点和落脚点都是经济效益,而要想达到这一目的,最好的手段就是地质-工程-油藏一体化研究:通过各种测试手段取全取准各项油藏地质参数,作为压裂模型的输入参数,同时通过先导试验井组的现场压裂监测数据对压裂模型进行校正,用校正好的压裂模型进行不同压裂方案模拟,并将裂缝模拟结果与油藏数值模拟相结合,最终优选出经济最佳的完井方案。

2)文中作者在进行压裂模型校正过程中,主要调整了两个参数:储层渗透率和射孔孔眼直径(也即射孔摩阻)。其中作者将压裂模型中储层渗透率相较室内岩心测试渗透率调大了5倍,个人感觉这种做法在我们日后的压裂模拟中是可以借鉴和学习的,尤其是当你使用平面裂缝模型时,由于实际上储层在压裂过程中很难形成平面内的单一裂缝,而是具有一定宽度的三维裂缝系统(由微地震监测可以很好的证明这一点),当使用平面裂缝模型时,可以通过调大储层渗透率来考虑对裂缝周围岩石的影响,来消除缝长和缝高的模拟误差(根质量守恒),使模拟结果和实际结果尽可能相符。

利用现场监测诊断和压裂模拟促进非常规储层完井方案优选

3)文中有一张很有意思的图片(见上图)展示了由DAS监测得到的同一压裂段中不同射孔簇中支撑剂的分布状况,这也是水平井桥塞射孔压裂工艺中的一个有趣的现象,即射孔簇间支撑剂的非均匀分布现象,AliDaneshy教授最早指出了这种不均匀分布现象,并认为由于固液(支撑剂-压裂液)之间的惯性差异,携砂液经水平井通由射孔“转弯”进入裂缝的过程中,压裂液和支撑剂的步调并不保持一致(即使进入各射孔簇内的压裂液液量一致,但进入各射孔簇内的支撑剂质量也不尽相同,通常支撑剂会向靠近“趾部”的射孔簇聚集)。随后很多学者通过物理实验和计算流体力学(CFD)方法对这一问题进行了相关研究。因此,必须将压裂模拟和油藏数值模拟结合起来,才能较好的反映裂缝导流能力在三维空间中的变化对地下油气渗流的真实影响。

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