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转向剂可挖掘出非常规油藏中尘封的宝藏(上)

转向剂可挖掘出非常规油藏中尘封的宝藏

摘要:在油藏渗透率降至新低之际,可生物降解的压裂转向剂提高了产量,降低了完井作业成本。

编译丨TOM

水力压裂与水平钻井的完美联姻,成功打破了经济壁垒,使页岩储层可开发的渗透率极限,比2017年之前降低了两个数量级,因此贴切的将其描述为“亚非常规”地层。

非常规油藏极其致密,产量远不及早期开发的常规油藏,因此作业者背负着增加产量与降低完井作业成本的双重压力。由于这些超致密油藏对钻遇率相当敏感,所以作业者们必须要延长压裂段长度,和/或增加每个压裂段内的油气流量,同时缩短现场循环时间。本文中提及的压裂段长度,应该理解为“压裂段的有效段长”,这是因为压裂段长度与射孔簇密度可能会对油藏的最大排水面积产生负作用。

针对非常规多级压裂作业,毋庸置疑,可生物降解的压裂转向剂在一定程度上是一种最有效的工具,它能够使作业者在更高的储层产能与更低的完井作业成本、风险之间取得平衡。如下图,压裂转向剂可有效地封堵射孔孔眼与井筒根部的裂缝簇,将压裂液导向至中间层段以及井筒趾端的裂缝,而通常压裂液难以进入这些裂缝。此外,可生物降解的转向剂有助于缓解摩阻与压力造成的套管完整性问题。

转向剂可挖掘出非常规油藏中尘封的宝藏

现场数据证明,精心设计、可生物降解的压裂转向剂能够实现横向流动的均匀性,通常可将产量提高18%至40%,进而提高了采收率,降低了超过12%的作业成本。

为了充分了解转向剂在这些致密油藏的突出作用,有必要研究一下目前的渗透率范围与相应的压裂段长度。

渗透率与压裂段长度

鉴于非常规油藏的最新发展趋势,美国页岩界正重新定义可接受的油藏性质。在2004年至2009年波动性快速发展期间,投产的含油页岩层被粗略地描述为“昨日的干井”,该称呼尖锐地将页岩视为开发价值低的源岩。北德克萨斯州富含天然气的Barnett页岩,是第一个完全利用直井开发与生产油气的储层。水平井的初衷是为了避开水层,使水平段着陆于Barnett地层,并沿着水平段进行多级压裂完井作业,意外的是,在此过程中产生了良好的经济效益。因此,业内将Barnett油田作为范本,在其它区块广泛应用了其非常规水平完井技术。当然,随着气价的暴跌,这些技术也逐渐应用于油藏。

如今投产储层的渗透率,与早期快速发展时期相比,至少要低一个或两个数量级。业内研发出成本低、导流性高的支撑剂充填技术,以产生具有经济效益的产量。事实上,大多数作业者都忽视了美国石油学会的指导方针,即要求支撑剂需适合对应的闭合应力大小,他们反其道而行之,选择以非常小的裂缝间距(很多情况下为3米)进行压裂。针对该议题,本文将使用12米(40英尺)作为射孔簇之间的最小间距。

准确地确定渗透率是另一项重要工作。在这些超致密储层中,利用常规压力瞬变法评估渗透率是一项困难且耗时的工作。泥浆记录仪的视觉估算是一种更简单的方法,但充其量只能提供数量级的近似值,并不能以任何置信度进行量化。

Pixler方法是最常用、更精确地确定渗透性的方法之一。Pixler方法使用气相色谱读数绘制C4与C5值(比重高的气体)和总气体的数学关系,这有时被称为“湿度比”。重要的是要明白,在根据其他数据集(通常是核心数据)进行校准之前,这些值可定性而非定量的评定渗透率。因此,该比值的峰值代表了更高的渗透率。

还可针对紧密的间距,来提高项目的经济效益。首先增加压裂段的线性长度,然后优化压裂段内的压裂液分布。例如,先从每段内4个射孔簇开始考虑,然后将其改进为6个、8个或10个射孔簇。压裂段从3级,每级12至36米(40至120英尺),逐渐提高至9级,每级12至110米(40至360英尺)。值得注意的是,在公式的初始构建阶段颇为棘手,因为需考虑0米位置处的第一个射孔簇,逐渐增加到12米、24米,最终达到包含4个射孔簇的36米段长。

最重要的是,延长压裂段长度,可减少循环作业次数,同时也降低了桥塞的需求量。在Delaware盆地,每套桥塞的价格从3900美元到6900美元不等,可节约的桥塞成本显而易见。钢丝绳作业队伍的效率、泵服务公司的非生产时间费用以及套管分离风险的降低,进一步增加了成本的节约。

然而,缩短现场作业时间是迄今为止最具影响力的成本节约措施。以Delaware盆地的一家中型服务公司为例,该公司采用固定成本模型,即按时间与材料分别定价。在这种定价模式下,若现场总时长缩短12小时,成本将会降低12%左右。

为了充分获得缩短作业时间的好处,泵入速度必须要比原设计更快,这将加快作业过程,且不会降低充填到裂缝中的支撑剂浓度。同样,缩短循环时间可最大限度地降低套管分离的实际风险。因为每次向压裂段泵送压裂液,都会增加套管分离的风险。

套管完整性问题

跟部射孔簇与趾端射孔簇之间的管柱摩阻,是延长压裂段所面临的难题之一。摩阻的增加量与长度呈相对线性关系,这意味着,若段长从36米增加至110米,将会产生三倍的摩阻。以拥有10个射孔簇的压裂段中管柱摩阻的变化为例,根据泵速的不同,跟部射孔簇与趾端射孔簇之间的摩阻差异,从最小41.4psig到140.4psig不等。这些值看起来微不足道,但当其附加到不同位置之间的闭合应力差异时,将会增加作业的复杂性,并降低张开所有射孔孔眼的能力。

下图展示了Third Bone Spring井中水平最小主应力的实际对比,反映出各射孔簇之间最大闭合应力的明显差异。该闭合应力与管柱摩阻相结合,随着压差的增加,可显著改变段间的流动。

转向剂可挖掘出非常规油藏中尘封的宝藏

自20世纪50年代末以来,限流射孔技术一直应用于增产领域,被认为是解决压差问题的可行方法。利用该技术,井筒趾端的射孔孔眼多且大,而井筒跟部的射孔孔眼则更少且更小。然而,这种常见方法存在一定的局限性,主要是因为,检测与缓解闭合应力差异的相关问题并未得到很好的解决,而且这些问题会随着时间的推移,慢慢浮现出来。

将钻井数据与神经网络相结合,可提供合成测井曲线,进而获得岩石性质,生成沿井筒的应力。基于这些应力,作业者可优选射孔间距,以更好地利用“相似”应力,从而提高孔眼开度。然后,即可设计射孔段之间的最小压降。该方法为可生物降解转向剂的工程应用奠定了基础,可在平均簇距与原始完井作业设计保持不变的同时,增加压裂段的长度。

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