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提高非常规储层采收率 自然该用“非常规”方法

提高非常规储层采收率 自然该用“非常规”方法

非常规页岩油气的开发一直是运营商关注的焦点,然而由于页岩的非均质性以及技术的不成熟,使得开发存在诸多问题。本文以Permian地区的Cline页岩区为例,采用一个非常规油藏最优完井(U-ROC)工作流、设计裂缝模型和增产措施,达到递减率最小化和最终采收率最大化的效果。

递减率最小化和最终采收率最大化

由于运营商们不断向非常规油气藏进军,他们对页岩的不可预测性和多变性也有了崭新的认识。他们认识到,一种方法或技术在开采某个区块时获得了成功,并不意味着该方法在另一个区块也同样适用。

Cline页岩区位于Permian地区的Midland次级盆地,是一个含有丰富有机质的地区。同其他非常规油气区一样,该地区也具有较强的非均质性和复杂性,因此需要多学科的研究方法来完成整个完井过程。Cline页岩区位于Strawn地层之上,Wolfcamp地层之下,横跨了德克萨斯州的几个县。另外,Cline页岩的前期开发结果非常乐观,平均每1000英尺水平范围内最高可产350桶油当量/天。

该区块的特点为粉砂岩/砂岩互层,地层厚度范围在200~550英尺,孔隙度为6%~12%,地层压力梯度约0.6 磅/英尺,粘土含量高达25%~50%。而高含量的粘土会对裂缝起裂、实施增产、支撑剂嵌入等造成一定的影响,并且会导致裂缝未支撑地区的漏失率问题。

提高非常规储层采收率 自然该用“非常规”方法

这些地质特性和条件使得毫达西级别渗透率地层的钻井、测井和有效增产等过程充满挑战性。并且,由于地层特征造成的不稳定生产会影响油藏的经济性长期开采。如上图所示,21口井30天的生产测试显示生产率前后变化了近5倍。

随着Cline页岩区的持续开发,为了实现压裂增产措施效果最大化,将大量的工程实践与集成了地质学、岩石学、钻井工程、岩石力学评价、复杂裂缝性油藏模拟等先进的生产技术等的多学科工作流相结合变得十分必要。通过建立初级裂缝模型来确定最优靶点,而工作流可以有助于确定最高油气潜力区域,从而能够实现采收率最大化,这可以直接提高油气井采收率。石油圈原创www.oilsns.com

“非常规“方法:综合工作流

非常规油藏最优完井(U-ROC)工作流采用了多学科研究方法来实现最小的衰减率和最大的最终采收率。当作业的起裂点在井筒时,它有利于支撑剂在水力压裂缝中实现有效的垂向支撑。例如,确定最优靶点并与侧钻方位一致,将对与井筒相连的大量产层产生影响。U-ROC工作流已在Cline页岩区投入使用,运营商已经意识到采用这种超越传统的高阶导孔测井来决定钻完井最佳方法的价值和意义。现在,许多运营商在水平井段都采用了随钻测井(LWD)测量方法或进行裸眼、套管电缆测井。

通常用采集的数据建立一个压裂段数和射孔情况的咨询记录,U-ROC集成工作流的第一步是通过改善储层与井眼间的接触关系来实现最大化的采收率。例如,利用偶极声波、密度/中子测量和地层电阻率等来估计横向应力的变化,进而决定射孔簇的方位。压裂段也可以像岩石一样进行分组,这样可以通过均匀分配来提高采收率。

Cline地区水平井的一些裸眼测井曲线显示在某一压裂段中压力异常,在均匀射孔簇的各分段中,其值高达1200磅/英寸。当液体压裂的压裂簇过多时,释放出来的大量异常压力导致部分压裂簇失效,无法取得增产效果。通过射孔和压裂段数软件并结合应力测量,可以使压裂簇之间的压力差减少到100 psi之内。

考虑实际产量,对其他非常规油气盆地(例如,Eagle Ford盆地)的研究表明,均匀射孔方案可以由64%或者更少的射孔簇产生。然而,通过压裂段数和射孔模拟软件,在Eagle Ford盆地进行同样的研究,结果表明,该方法将射孔效率从64%提升至82%。在Permian盆地的压裂段数和射孔模拟软件表明,提高增产措施效率能使产量增加35%。

设计增产措施

新建立的模型考虑了裂缝的复杂性,U-ROC工作流的下一步就是在新模型的基础上设计增产措施。其复杂程度与岩石力学特征有关系,例如杨氏模量、泊松比、水平应力各向异性、储层天然裂缝的密度和方位角。水力压裂微地震监测措施表明:一部分增产措施在一定程度上会使裂缝变得更加复杂。U-ROC工作流中采用了一种非常规裂缝模型(UFM),该模型能够反应出垂向应力剖面,预测裂缝垂向扩展模型,并对水力裂缝和天然缝网之间交互作用下的复杂扩展情况进行模拟,最终能够模拟出复杂裂缝的生长发育情况。

UFM通过设计密集射孔簇,来计算同一个压裂段内之间的应力影响程度和不同压裂段之间的应力相互干扰情况。正是由于明确支撑剂在复杂网格中的分布的重要性,无论是明确横向上的分布还是纵向上的分布,因此UFM 提供了一个模拟支撑剂铺设和流体流动的模型。这对于像Cline储层高层理性地层来说尤为重要,裂缝能够在该类储层段延伸几百英尺是很有必要的。如果不能模拟裂缝复杂性和支撑剂分布情况,运营商就必须依靠重复试验来选择一个方案,这是一个费钱费力的过程,因为“油田是价格昂贵的实验室”。

增产期间,运营商评估了复杂缝网的泄油面积,因此其可以确定横向间距来最大程度地提高采收率、降低钻井成本。这保证了运营商们既不会钻过多的井也不会造成所钻井数不足。为了评估泄油面积,U-ROC工作流提出了一种方法,即使用微地震裂缝图来校正复杂的裂缝模型,并自动将校正方案应用到一个非结构化网格的油藏数值模拟软件中,从而拟合生产历史数据并预测采收率。

储层性能

最后需要说明的是,与井筒相连的压裂后的储层体积和储层产能之间存在一定的关系。考虑到速度模型数据输入、地震检波器精度、平均定位误差等变量会影响输出值,所以微地震监测仍然是建立边界条件的最好方法。Cline页岩区的微地震数据显示了水力压裂过程中裂缝的复杂扩展情况。最重要的是要理解这种扩展机理和增产之间的相互作用,从而进一步完善增产措施的设计。

提高非常规储层采收率 自然该用“非常规”方法

在对数字化储层模拟时,在UFM进行压裂设计时对其进行了网格化划分,从而改善预期的储层产能(见上图)。UFM还能获取由于裂缝中支撑剂分布的变化或部分未支撑裂缝所造成的传导率的变化。该模型还考虑了未支撑裂缝在实验室测试中的传导率与压力之间的函数关系。

复杂模型经过微地震和生产校正后,就建立起一个标准的三维岩石物理和地质力学模型。在模型中,能够从经济角度评价不同的增产措施及其对产量的影响,从而优化完井方案。

Cline页岩是横向非均质性地层的一个典型实例,这也是为什么一个放之四海而皆准的解决方案却不能应用于该储层的原因。但是,当运营商通过采用综合U-ROC工作流试着获取该区块的全部经济价值,他们就可以制定设计方案,从而优化储层连通性,使其采收率达到最大化,并提高整体经济效益。

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