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化学转向剂优化水平井压裂作业

化学转向剂优化水平井压裂作业

化学转向剂的应用能够显著改善水平井压裂作业效果!

编译 | 惊蛰

在高温、天然存在裂缝、地层较深的裸眼水平井中,多级压裂的段间机械封隔风险高、成本高,有时甚至会失效。在酸化压裂作业中利用化学暂堵剂替代机械封隔,已经在某些油田进行了实际应用,并取得了喜人的成果,但目前尚缺少该技术进行大量的实验与数值研究。利用一种新设计的三轴压裂系统,并通过一系列实验,可以验证化学暂堵剂在裸眼水平井多级压裂作业中的有效性。

传统的分段压裂技术包括:双封隔器单卡瓦多级压裂、封隔器/滑套压裂以及水射流多级压裂。这些技术都是依靠机械工具来实现段间的封隔。在某些情况下,例如段内的多簇压裂,水平井的重复压裂,高温、松软、天然裂缝发育的地层中,这些工具既不有效,也不可靠。利用化学暂堵剂进行的转向压裂已成为一种新选择。

暂堵剂已应用于基质的酸化作业,最近又应用于压裂作业。转向压裂技术可用于远场与近井筒的流体转向。远场转向可将裂缝导向至未进行增产措施的区域,以产生复杂的缝网,从而增加储层的接触体积。本文主要关于近井筒转向技术,采用机械与化学方法进行导流。

最近研发出的化学暂堵材料包括:球形封堵剂、各种尺寸的颗粒与纤维。随着时间的推移,这些暂堵剂需要降解或溶解于地层流体中。颗粒暂堵剂的尺寸从几毫米到一微米不等,它们能够封堵各种尺寸的孔眼,并桥接射孔、裂缝以及孔洞。可降解纤维是另一种常用的暂堵剂。它可以弥补裂缝或填补颗粒暂堵剂之间的间隙,形成紧密的屏障。颗粒暂堵剂与可降解纤维的组合已被广泛应用于现场。

在水平井中,转向压裂已被广泛应用于重复压裂、单级多簇压裂和裸眼井分段压裂。重复压裂的目标区域拥有足够的可开采储量,但由于不均匀的射孔簇,开发效果欠佳。化学暂堵剂可对这些储层进行再次增产。

转向压裂也适用于新井的完井作业。一般情况下,一口井会在单个压裂段内进行多次射孔,以减少起下钻次数、压裂段数量以及成本。非均质性、射孔、流量分配犹如三座大山,阻碍了所有裂缝簇的起裂与扩展。暂堵剂可用于封堵初始裂缝。持续注入流体,将会促进剩余射孔簇的起裂与扩展。

在Bakken页岩区块的应用中,利用能谱伽马测井对转向与射孔簇覆盖率进行了评价。采用两种示踪剂,一种在转向前加入流体中,另一种在转向后加入流体中。评价结果表明,采用转向压裂技术的覆盖率可达92%。Eagle Ford页岩区块新井的完井作业中,放射性示踪剂测井数据与微震监测结果证明,转向后产生了新的增产区域,验证了转向压裂的有效性。

目前,油气作业与研究人员已从理论分析、实验与现场试验的角度对转向压裂进行了研究,主要集中在暂堵剂降解、暂堵剂封堵能力、暂堵剂尺寸优化等方面。针对三轴压裂实验与水平井的分段压裂作业,已经做了大量的研究工作。然而,利用大型三轴压裂系统与暂堵剂,在裸眼水平井的转向压裂与分段压裂中,对裂缝几何形状的实验研究却很少。

研究人员分三个阶段对添加暂堵剂的裸眼水平井多级压裂技术进行了研究。首先,设计了多级三轴压裂系统与试验程序,以满足水平井转向压裂的要求。然后,进行了一系列调试,以研究使用天然碳酸盐岩露头立方块进行添加暂堵剂多级压裂的可行性,并在每次实验后利用计算机断层扫描技术获得详细的裂缝几何形状。最后还分析了不同类型、不同浓度、不同注入工艺对转向效果的影响。两级压裂作业的注入程序是压裂液,然后是暂堵液,再是压裂液。

实验结果表明,产生了垂直于裸眼水平井的多段裂缝,验证了其在裸眼水平井多级压裂的有效性。总结出的经验包括以下几点:

  1. 适当的暂堵剂(组合)能够有效地封堵先前产生的裂缝,并产生足够的压力产生另一条裂缝;
  2. 二次压裂的破裂压力或扩展压力高于首次压裂;
  3. 暂堵剂浓度与裸眼段长度是实验成功的关键因素。

实验结果的一个重要发现是,现场的增产作业中,暂堵剂不仅可以有效地封堵先前形成的裂缝,还可以提高作业压力,张开微裂缝或层理,从而提高了裂缝网络的复杂性,对致密地层非常有利。

  • 研究与作业结果显示,在裸眼水平井中,使用化学暂堵剂进行多级压裂是可行的;
  • 纤维或纤维与颗粒的组合可有效封堵先前产生的裂缝,并拥有足够的压力以张开另一条裂缝;
  • 本文中介绍的实验具有可重复性。在适当的实验方案下,多次出现垂直于井筒的多级裂缝;
  • 主裂缝垂直于井筒。由于天然露头中的裂缝或层理,一些次生裂缝被张开。裂缝在某种程度上是复杂的;
  • 本文中的实验,其成功的关键因素是具有足够长的裸眼段、适当浓度的暂堵剂以及合适的泵速。

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