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压裂作业中的“雷达”技术

压裂作业中的“雷达”技术

通过DiverterSCAN技术,可以近乎实时地观察到裂缝增长速率,从而看到准确的转向结果,为完井工程师提供了一种快速判定转向设计成功与否的工具。

来自丨E&P
编译丨TOM

如果用一个词来形容美国的能源行业,那“弹性”(即迅速回弹或反弹的能力)肯定会出现在脑海中。自2015年初以来,能源行业遭遇了迄今为止的最低谷之一,油气专家们被迫去寻求如何以更少的成本实现更多目标的方法。

根据美国能源信息署的统计,到2026年或更早的时候,美国将从能源进口国转变为能源出口国,这将为该行业写下新的历史篇章。虽然遭遇油价低迷,但石油行业永不言弃,努力利用新方法采出更多的碳氢化合物。这些方法能够减少地质与金融风险,从而提高整个美国页岩区块的生产效率。

DiverterSCAN技术是一种新的、更快的转向设计评估方法,而且已经得到了商业化的应用。该技术能够提供接近实时的评估,以确保水力压裂液能够对多个射孔簇进行压裂。LINN能源公司在Scoop / Stack油田进行压裂作业,运用该技术获得了首个接近实时的评估结果,从而提高了水力压裂的效率。

基于压力的裂缝图

LINN能源公司邀请Reveal能源服务公司来协助作业,这是挪威国家石油技术投资公司(Statoil Technology Invest)在2016年拆分出来的一家公司,该公司的五套服务都是由基于压力的裂缝图来提供技术支持。这些裂缝图能够帮助作业者更好地了解裂缝几何形态、支撑剂分布、射孔簇、裂缝扩展的衰竭边界以及裂缝转向。

本文的研究对象为一口进行水力压裂作业的井,与另一口安装了井口压力表的邻井(也就是监测井)。当流体压裂出新的裂缝时,会在监测井中产生应力场的压力响应,因此Reveal能源服务公司能够计算出基于压力的裂缝图。该图是利用完全耦合的3D模型计算出来的,该模型的耦合方法就是将建模计算出的压力响应与监测井中观测到的压力响应进行比较。

压裂作业中的“雷达”技术

作业者想要利用裂缝图来快速的评价转向设计在Scoop / Stack油田中的作业效果。暂堵材料通常是化学制品、纤维与颗粒的组合,它们可以形成一个临时堵塞,将流体从一个射孔簇转移到另一个射孔簇,目的是提高射孔簇的有效性以及改善压裂段产生的裂缝数量与几何形状。

在进行水力压裂作业之前,完井工程师需要设计转向剂的体积、泵速、浓度以及注入时间。由于工程师们对裂缝宽度与复杂性的了解有限,因此在该区域的作业经验至关重要。如果压裂作业不能有效转向,工程师可以重复迭代不同的设计。迭代过程通常分布在多个井或多个平台上,可能需要几个月的时间才能确定最佳设计。Reveal能源服务公司发明DiverterSCAN技术的关键原因,就是因为常规寻求最优转向方案的方法过于拖沓。

Reveal能源服务公司运营副总裁兼首席科学家Erica Coenen表示:“有趣的是,通过DiverterSCAN技术,您可以近乎实时地观察到裂缝增长速率,从而看到准确的转向结果,为完井工程师提供了一种快速判定转向设计成功与否的工具。”

更快的评估方法

这种新型转向诊断工具的诊断速度比几种用于监测压裂的老方法(如温度与生产测井,放射性示踪剂,井下成像,测斜仪测绘与微地震监测)的诊断速度快得多。这些老方法大多数只能在压裂作业完成后实施或进行分析,而且可能需要几周到几个月才能得到结果。

当作业井进行压裂时,在相邻监测井中,DiverterSCAN技术通过测量压力响应,来观察作业井中最大裂缝的增长速率。

如图1(a)与(c)所示,成功的转向剂能够使最大裂缝停止扩展,而不成功的转向剂则会导致最大的主导裂缝继续增长,如图1(b)与(c)所示。

压裂作业中的“雷达”技术

图. 使用DiverterSCAN技术将无效转向与有效转向进行比较。

转向剂的目的是迫使液体进入到所有的射孔簇中,从而进行整段的压裂。然而不幸的是,在常规的压裂作业中,只有40%至50%的射孔簇能够被有效压裂并有助于生产。因此提高完井与射孔簇的有效性是很有可能实现的。

LINN能源公司正在研究测试几种转向设计,并评估每种转向设计在整个实施过程中的有效性。在LINN能源公司开始压裂作业之前,Reveal能源服务公司与作业者的完井工程师合作开发了一个全面的数据采集计划,该计划包括压裂顺序以及任何现场作业的限制,例如多级压裂的管汇与天车的作业范围。数据采集计划已包含在文件操作指南中。实时传输数据流到Reveal能源服务公司的办公室,这些数据包括泵送数据(压力,速率与支撑剂浓度)与监测井的井口压力。

一旦给定压裂段的压裂作业结束,公司内部的地质学家与工程师团队将会完成数据处理并评估每一种转向剂的有效性。该团队通常在完成一个压裂段的2小时内就可以将评估结果传达给作业者。因此能够在短时间内获得特定的转向技术,有效阻止最大裂缝的发育。利用这些结果,作业者最终可以调整并修改该地区所有井与平台的转向方案。

LINN Energy高级工程师Byron Cottingham表示:“当我们在Stack / Scoop油田某个平台上进行完井作业时,仅在 2小时内我们就收到了分析结果,这使我们能够快速评估我们实施转向的有效性。有了这些快速结果,我们可以确定剩余压裂段最有效的转向设计,而不是凭借一个未经验证的设计来完成整个完井作业。”

结论

一个压裂段内的转向设计几乎可以适用于每个多级完井或多级分段射孔完井。正确的设计能够通过更高射孔簇的有效性来产生更强大的裂缝网络,该裂缝网络拥有更多连接井眼的通道。

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