王曉磊柳海達(dá)勇李綱要趙麗萍任榮

1.中國石油新疆油田公司采氣一廠 2.中國石油新疆油田公司井下作業(yè)公司 3.中國石油新疆油田公司科技信息處

克拉美麗氣田火山巖氣藏儲(chǔ)層改造技術(shù)

王曉磊1柳海1達(dá)勇2李綱要1趙麗萍3任榮1

1.中國石油新疆油田公司采氣一廠 2.中國石油新疆油田公司井下作業(yè)公司 3.中國石油新疆油田公司科技信息處

王曉磊等.克拉美麗氣田火山巖氣藏儲(chǔ)層改造技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(2):63-65.

克拉美麗氣田火山巖氣藏具有裂縫和孔隙雙重介質(zhì)特征,巖石堅(jiān)硬、儲(chǔ)層物性差、天然裂縫發(fā)育、自然產(chǎn)能低等特點(diǎn),必須經(jīng)過壓裂改造才能獲得較高產(chǎn)量,然而火山巖儲(chǔ)層的復(fù)雜性給壓裂改造造成很多困難,存在裂縫破裂和延伸機(jī)理認(rèn)識(shí)不清、壓裂液濾失大、人工裂縫扭曲或多裂縫、裂縫開度狹小、易砂堵、高儲(chǔ)層溫度、高啟裂梯度、高施工泵壓等問題。為此,通過理論研究和現(xiàn)場應(yīng)用分析,總結(jié)出了一套抗高溫、抗高壓、抗砂堵、降濾失、快返排等儲(chǔ)層改造技術(shù),經(jīng)試氣和投產(chǎn)分析表明,壓后增產(chǎn)效果明顯,大大提高了火山巖壓裂施工的成功率。

克拉美麗氣田 火山巖氣藏 儲(chǔ)集層 壓裂 難點(diǎn) 增產(chǎn) 措施

1 壓裂改造難點(diǎn)

克拉美麗氣田火山巖氣藏壓裂設(shè)計(jì)和施工難度很

大[1-2]。

1.1 裂縫破裂和延伸機(jī)理認(rèn)識(shí)不清

火山巖裂縫儲(chǔ)層屬雙重介質(zhì),水力壓裂時(shí)多裂縫破裂與延伸(圖1),無法預(yù)測火山巖儲(chǔ)層在壓裂中同時(shí)開啟的裂縫數(shù)目以及每個(gè)裂縫開啟程度等參數(shù),進(jìn)而很難確定主裂縫形成的控制技術(shù)。

圖1 火山巖氣藏裂縫形態(tài)圖

1.2 壓裂液濾失大

儲(chǔ)集空間為雙重介質(zhì),流體遵從孔隙—裂縫雙重濾失機(jī)制,壓裂液濾失較沉積巖嚴(yán)重。

1.3 高砂堵概率

天然微裂縫、溶孔發(fā)育規(guī)律性不強(qiáng),造成壓裂液濾失帶具明顯的不確定性;巖性致密、堅(jiān)硬,使壓裂裂縫寬度增長受限。這導(dǎo)致施工過程中砂堵概率增大。

1.4 高儲(chǔ)層溫度

儲(chǔ)層溫度大多在120℃左右,對(duì)壓裂液的耐溫、交聯(lián)、攜砂性能要求較高,特別是由于天然微裂縫的存在,對(duì)壓裂液的抗剪切能力提出了更高的要求。

1.5 高啟裂梯度、高施工泵壓

破裂壓力梯度、楊氏模量、抗張強(qiáng)度、斷裂韌性等均較沉積巖高,造成壓裂裂縫在破裂、擴(kuò)展、延伸過程中的啟裂壓力均較高;儲(chǔ)層埋藏較深,壓裂沿程摩阻較高,加上巖性致密、堅(jiān)硬,從而造成施工泵壓較高。

2 壓裂改造技術(shù)

2.1 壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1.1 施工規(guī)模

根據(jù)克拉美麗氣田石炭系儲(chǔ)層情況,裂縫發(fā)育,壓裂裂縫在縱向上延伸較大,縫高縫長比在2∶3～1∶1范圍,通過軟件分析,優(yōu)選合適的支撐裂縫半縫長在100～120m,確定了1.5～3.0m3/m的加砂規(guī)模。

2.1.2 施工排量

針對(duì)克拉美麗氣田火山巖多裂縫儲(chǔ)層裂縫發(fā)育、上下沒有較好的遮擋層的特征,施工排量對(duì)裂縫延伸高度的影響較小,可以通過提高施工排量來減小壓裂液的濾失量。根據(jù)本區(qū)塊的壓裂施工情況統(tǒng)計(jì)分析,施工排量確定在3.5～4.5m3/min之間為宜。

2.1.3 砂液比

對(duì)于低滲透地層,壓裂增產(chǎn)的原理主要在于造長縫,擴(kuò)大滲濾面積,改善井筒與儲(chǔ)層的溝通。針對(duì)火山巖氣藏的情況,不需要較大的裂縫導(dǎo)流能力,并且砂比高會(huì)導(dǎo)致快速砂堵,故確定平均砂比介于15%～20%。

2.1.4 前置液用量

理想情況下,施工泵注程序完畢時(shí),前置液剛好用完,而支撐劑剛好到達(dá)裂縫端部,此時(shí)壓裂液使用最少,對(duì)地層傷害小。但為了預(yù)防砂堵,保證石炭系多裂縫儲(chǔ)層壓裂施工的順利進(jìn)行,在設(shè)計(jì)中主要根據(jù)地層物性、裂縫發(fā)育情況,壓裂液濾失系數(shù)確定前置液體積分?jǐn)?shù)介于40%～50%。

2.2 壓裂液體系

2.2.1 胍膠壓裂液

由于儲(chǔ)層埋藏較深,同時(shí)火山巖儲(chǔ)層改造要求壓裂液具有良好的耐剪切性能,研究出了耐溫能力強(qiáng)、抗剪切性能好、具有良好降阻性能的胍膠壓裂液體系。壓裂液在地層溫度120℃、170s-1剪切速率下剪切1h黏度保持在150mPa·s以上,繼續(xù)剪切至2h壓裂液黏度在80mPa·s以上(圖2)。利用該壓裂液體系在彩深1井進(jìn)行大型壓裂施工,成功加入支撐劑60m3,施工安全、順利。

圖2 壓裂液在120℃抗剪切性能曲線圖

2.2.2 新型氣井壓裂助排添加劑

常規(guī)助排劑只是降低了壓裂液的表面張力,而接觸角幾乎為0°,故毛細(xì)管壓力降低有限。根據(jù)氣藏特征,研究篩選出了性能優(yōu)良、可以增大液固兩相接觸角至60°以上的氣井專用助排劑,降低毛細(xì)管壓力,提高壓裂液返排效率,減少儲(chǔ)層傷害(表1)。

2.3 測試壓裂技術(shù)

進(jìn)行小型測試壓裂,可以對(duì)目的層物性參數(shù)、地層閉合壓力、壓裂液摩阻、濾失情況進(jìn)行分析,并且能夠?qū)畠?nèi)管柱安全性、設(shè)備承受能力進(jìn)行驗(yàn)證,從而為以后較大加砂壓裂設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

通過X1井測試壓裂分析得到(圖3):停泵壓力梯度0.0154MPa/m;近井摩阻1.21MPa;濾失系數(shù)7.8×10-4m/min1/2,較高;微裂縫條數(shù)為2.0條。在判斷天然裂縫存在后,還要根據(jù)測試壓裂解釋濾失系數(shù)與當(dāng)量裂縫數(shù)目來定量決策控制措施。根據(jù)現(xiàn)場壓裂施工特征統(tǒng)計(jì)分析表明,正常濾失系數(shù)為3.0×10-4m/min1/2,超過此值就需要考慮采取針對(duì)性措施(表2)。

表1 克拉美麗氣田火山巖壓裂液用量及返排率表

圖3 X1井測試壓裂圖

2.4 支撐劑段塞技術(shù)

段塞的作用:降濾;減少裂縫條數(shù);減小流體通過孔眼的摩阻;優(yōu)化近井筒附近裂縫壁面;減小近裂縫彎曲效應(yīng)。

段塞顆粒的大小以及段塞的使用段數(shù)應(yīng)根據(jù)裂縫發(fā)育情況和裂縫開啟度以及壓裂過程中裂縫彎曲摩阻來具體確定。一般來說,40～70目或70～100目顆粒是合理的段塞顆粒,一般很少使用30～50目或者20～40目的段塞顆粒;根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況分析,支撐劑段塞中支撐劑的濃度一般選用50～220kg/m3為宜。

表2 診斷及相應(yīng)處理措施表

2.5 現(xiàn)場施工控制技術(shù)

2.5.1 施工排量控制

多裂縫儲(chǔ)層必須保證施工具有一定高的排量,目前施工中攜砂液階段隨砂比提高排量降低的現(xiàn)象在克拉美麗氣田火山巖氣藏得到驗(yàn)證,要隨著排量的降低再次提高排量,減少壓裂液濾失是施工成功的保證,從現(xiàn)場施工看,排量提高了0.2～0.3m3/min。

2.5.2 小階梯線形加砂技術(shù)

針對(duì)克拉美麗氣田石炭系儲(chǔ)層彈性模量較大、濾失較大的情況,階段性提高砂比對(duì)存在多裂縫的儲(chǔ)層不適應(yīng),采用線形加砂技術(shù),逐步小階段提高砂比多段低砂比線形加砂壓裂工藝技術(shù),基本加砂程序?yàn)?5%～8%～10%～15%～20%～22%～25%～28%,基本實(shí)現(xiàn)了線性加砂。多段加砂技術(shù)縮小了每級(jí)砂液比的上升幅度,減少了壓力的波動(dòng),使施工壓力更加平穩(wěn),同時(shí)支撐劑的充填也更加飽滿,支撐劑的鋪置濃度更加合理。DX1424井應(yīng)用此技術(shù)獲得了成功,產(chǎn)天然氣29×104m3/d。

2.6 水平井分段壓裂技術(shù)

水平井目前已成為提高勘探開發(fā)綜合效益的重要途徑,為了提高火山巖氣藏單井產(chǎn)量,在克拉美麗氣田部署了水平井。但氣藏的特征決定了氣井在未進(jìn)行增產(chǎn)措施前產(chǎn)量是極低的,因此要對(duì)水平井采用分段壓裂技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層改造,以提高產(chǎn)能。經(jīng)過對(duì)該水平井進(jìn)行分析,采用裸眼封隔器分段壓裂技術(shù),共對(duì)水平段進(jìn)行5級(jí)分段壓裂,單井產(chǎn)量為35×104～40×104m3/d,是同區(qū)塊單井產(chǎn)量的3～8倍(圖4)。

2.7 壓裂效果

克拉美麗氣田氣藏壓裂后投產(chǎn)與待投產(chǎn)氣井12口(探井5口,開發(fā)井7口)均取得良好效果(表3),說明配套壓裂技術(shù)適應(yīng)于克拉美麗氣田的儲(chǔ)層改造。

3 結(jié)論與建議

1)針對(duì)火山巖儲(chǔ)層特點(diǎn)及壓裂改造技術(shù)難點(diǎn),研究出抗高溫、抗高壓、抗砂堵、降濾失、快返排等火山巖壓裂改造技術(shù),并在現(xiàn)場多次應(yīng)用,取得了較好的效果,促進(jìn)了克拉美麗氣田的高效開發(fā)。

圖4 水平井分段壓裂結(jié)構(gòu)圖

表3 克拉美麗氣田單井壓裂前后產(chǎn)能對(duì)比表

2)火山巖壓裂控縫高技術(shù)有一些研究和應(yīng)用,但效果并不顯著,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

3)水平井分段壓裂技術(shù)已經(jīng)在火山巖壓裂取得很好的效果,今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究和應(yīng)用。

[1]楊輝,胡永全.火山巖油氣藏水力壓裂難點(diǎn)及其措施[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008,18(2):50-52.

[2]馮程濱,張玉廣,王賢君.深部火山巖儲(chǔ)層壓裂改造主要技術(shù)對(duì)策[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2008,27(5):85-88.

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.015

Wang Xiaolei,assistant engineer,was born in1982.He is mainly engaged in technical study of gas well downhole operation technology.

Add:Karamay,Xinjiang834000,P.R.China

Tel:+86-990-6811933 E-mail:wxlei@petrochina.com.cn

Reservoir reconstruction technology of Kelameili volcanic gas reservoirs

Wang Xiaolei1,Liu Hai1,Da Yong2,Li Gangyao1,Zhao Liping3,Ren Rong1
(1.N o.1Gas Production Plant,PetroChina Xinjiang Oilf ield Com pany,Karamay,Xinjiang834000,China;2.Downhole ServicesDepartment, PetroChinaXinjiang Oilf ield Company, Karamay, Xinjiang834000,China;3.Science&Technology Intelligence Department,PetroChina Xinjiang Oilf ield Company, Karamay,Xinjiang834000,China)

Fracture treatment has to be done for a higher yield from the Kelameili volcanic gas reservoirs due to their unique features including fracture-pore dual medium,hard volcanic rocks,poor petrophysical properties,well-developed natural fractures,and extremely low natural deliverability,etc.However,the complexity of the reservoirs brings much trouble to fracturing operation,such as the fracture split and extension mechanism being not recognized clearly,fracture fluid being at a seriously high leakage,artificial fracture being contorted or multi-fractured,fracture aperture being narrow and small,sand bridge being easily formed,and reservoir temperature,the gradient of open fracture and the work pump pressure being so high,and so on.Therefore,through theoretical studies and field application analysis,we developed a set of reservoir reconstruction technology with advantages of thermal stability, high-pressure resistance,sand bridge control,depressing filter loss,quickening backflow of fracturing fluid,etc.Field practices show that this set of reservoir reconstruction technology helps enhance obviously the gas yield of the Kelameili reservoirs after fracture treatment,and significantly improves the success ratio of fracturing,thus,providing robust technical support for further fast development of the volcanic reservoirs in the Kelameili gas field.This will be good reference for the development of similar gas fields.

Kelameili gas field,volcanic gas reservoir,fracturing,difficulty,stimulation,treating

book=63,ebook=64

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.015

2009-2102-28 編輯 韓曉渝)

王曉磊,1982年生,助理工程師;從事氣井井下作業(yè)技術(shù)研究工作。地址:(834000)新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市。電話:(0990)6811933。E-mail:wxlei@petrochina.com.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.63-65,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)