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        洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用

        2012-01-11 10:19:38李思洲
        天然氣勘探與開發(fā) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:加砂蓬萊液氮

        丁 咚 劉 林 李思洲

        (1.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院 2.中國石化西南油氣分公司龍星公司)

        0 引言

        洛帶氣田上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)氣藏,其產(chǎn)層埋藏淺(400m~1600m),已證實自上而下發(fā)育Jp1—Jp44個氣藏和12套含氣砂體[1]。該氣藏儲層巖石類型以巖屑石英砂巖為主,局部夾有薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。膠結(jié)物含量較高,成分以方解石為主,膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)。氣藏平均孔隙度11.2%,平均滲透率2.173mD,平均含水飽和度40.39%,粘土含量10.3%,地層溫度23℃~48℃,地壓系數(shù)0.5~1.0,屬于低滲、低溫、低壓氣藏。由于儲層非均質(zhì)性強、儲量豐度低、含氣砂體的展布規(guī)模較小、砂體連續(xù)性普遍較差,氣井初產(chǎn)量低。同時經(jīng)過多年的勘探開發(fā),隨著采出程度的逐年增加,氣藏地層壓力不斷下降,壓裂液返排率逐年降低,滯留地層的壓裂液給儲層帶來的傷害逐年增加,導(dǎo)致了無論是新井開發(fā),還是老井挖潛,壓裂效果均不明顯,影響了氣藏產(chǎn)量的穩(wěn)定和采收率的提高,給壓裂工藝技術(shù)的針對性提出了更高的要求。

        1 加砂壓裂關(guān)鍵工藝技術(shù)

        1.1 液氮增能技術(shù)

        目前洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏低壓、壓后壓裂液返排能力較差,滯留地層的壓裂液對儲層傷害大,而且,前置液及先期泵注的攜砂液在裂縫中暴露時間長,濾失量大,液氮能量在地層中會部分?jǐn)U散導(dǎo)致其增能作用下降,且實際有效的液氮量低于混注的液氮量。因此,應(yīng)采取大排量階梯式全程拌注液氮的施工工藝。根據(jù)施工過程中壓裂液在裂縫中的暴露時間的不同,將前置液及先期泵注的攜砂液的混氣量增大,同時通過加入性能優(yōu)良的起泡劑,使得注入壓裂液中的液氮能最大限度地形成泡沫以降低壓裂液濾失,提高液氮的使用效果,進而降低儲層傷害。

        泡沫質(zhì)量是液氮增能壓裂設(shè)計的重要參數(shù)之一,在氣體的啟動壓力規(guī)律的基礎(chǔ)上根據(jù)壓力平衡原理,得出壓裂液自噴返排的最小泡沫質(zhì)量計算公式:

        (1)

        式中:

        ρl—壓裂液密度,g/cm3;

        h—井深,m;

        ρgm—在p、T條件下氮氣的密度,g/cm3;ρgm=pM/RT×10-3;

        pe—地層壓力,MPa;

        h—液柱高度,m;

        δp—啟動壓力、摩阻及氣體滑脫損失,MPa。

        洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏由于地層壓力較低,為了提高液氮的增能助排能力,選擇泡沫質(zhì)量最大在35%左右。此工藝在洛帶蓬萊鎮(zhèn)氣井進行了成功的推廣應(yīng)用(表1),使得大部分氣井壓后返排速度顯著加快,返排率明顯提高,見氣點火時間縮短至7小時內(nèi),具有較好的針對性。

        表1 液氮增能效果

        1.2 全程纖維加砂技術(shù)

        為了降低水基壓裂液殘渣形成濾餅對儲層的傷害,洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏常采用超低稠化劑濃度的壓裂液體系。然而,對超低濃度稠化劑壓裂液來說,要想在降低稠化劑濃度的時候,還能不影響壓裂液性能,通常依靠多種工藝方法來提高壓裂液性能,如纖維的加入可以彌補由于稠化劑濃度的降低所帶來的攜砂性能的降低[2]。因此,鑒于洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏使用的壓裂液稠化劑濃度相對較低,采用全程纖維加砂的方法以增強其攜砂性能。通過實驗,以支撐裂縫導(dǎo)流能力和滲透率為目標(biāo),對纖維的濃度進行了優(yōu)化(圖1),由圖1可見,當(dāng)纖維量為砂量的7‰時,對導(dǎo)流能力和滲透率的改善作用最好。

        目前該技術(shù)主要應(yīng)用于蓬萊鎮(zhèn)組單層壓裂或多層分壓裂最上層的壓裂施工。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗,為降低施工風(fēng)險,避免纖維堵塞油管,施工時設(shè)計纖維濃度為4-5‰,從已成功實施的20口洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣井的應(yīng)用效果來看,配合采用全程液氮拌注,可彌補由于稠化劑濃度的降低而引起壓裂液攜砂性能的降低,進而滿足洛帶蓬萊鎮(zhèn)氣藏壓裂施工的要求。

        圖1 纖維濃度-導(dǎo)流能力、滲透率評價結(jié)果

        1.3 快速返排技術(shù)

        在水力壓裂設(shè)計施工中,為了盡量減少壓裂液破膠液在地層中滯留時間過長對儲層造成的傷害、提高支撐劑在儲層內(nèi)的支撐效率,往往采取裂縫強制閉合技術(shù)。裂縫強制閉合技術(shù)的目的在于壓裂后,不等裂縫自然閉合,就用一定尺寸的油嘴以高于壓裂液的自然濾失速度控制放噴,使支撐劑還未沉降或沉降不多時就被裂縫壁夾住,從而最大限度地保證支撐劑在產(chǎn)層里的有效支撐,并防止有效支撐縫長的縮短。

        為達(dá)到這一目的,根據(jù)裂縫強制閉合理論[3],計算出在洛帶蓬萊鎮(zhèn)組20MPa左右的閉合應(yīng)力下不出砂的臨界流速為20mm/s,根據(jù)各井的實際情況從而可最終確定返排油嘴的大小。

        通過對洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏的壓裂改造中實施該快速返排技術(shù),液體的返排率比以前提高了5%,在避免出砂的同時縮短了排液周期,降低了液體對地層的傷害,改善了裂縫支撐剖面,從而提高了裂縫的導(dǎo)流能力。如果配合采用拌注纖維工藝,還可進一步提高支撐劑移動的臨界流速和縮短排液周期,進一步降低儲層傷害。

        1.4 多層分壓工藝技術(shù)

        針對洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲層縱向砂體多的特點,為提高氣井產(chǎn)量、促進儲量的有效動用,提高氣田整體開發(fā)效益,可以考慮采用多層分壓(裂)合采的方式。以氣井縱向地應(yīng)力剖面為基礎(chǔ),針對不同的地層、井筒和應(yīng)力情況,自2009年以來形成的以Y241工具為主的不動管柱的分壓工藝在洛帶氣田發(fā)揮了重要作用,該不動管柱工藝采用封隔器和滑套組合,其施工工序是:從油管注入進行分層壓裂,壓后從油管進行合采。

        在原有兩層分層壓裂工藝的基礎(chǔ)上,通過對各種多層壓裂工藝的適應(yīng)性評價和技術(shù)攻關(guān),在洛帶氣田L(fēng)87D井成功開展了Y241封隔器不動管柱分別壓裂三層的工藝試驗,并獲得了成功,其壓裂管串結(jié)構(gòu)(由下至上)為:座封球座+接球座+Y241封隔器+噴砂滑套+接球座+Y241封隔器+噴砂滑套+油管至井口。

        2009年以來,洛帶蓬萊鎮(zhèn)組加砂壓裂改造中有15口井都采用該工藝進行分層壓裂,一次性施工成功率達(dá)到100%,均取得了好的效果,使氣藏得到了高效開發(fā)。

        1.5 施工參數(shù)優(yōu)化

        通過對洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏工程地質(zhì)特征的研究,在分析前期壓裂施工參數(shù)和對儲層進一步認(rèn)識的基礎(chǔ)上,對洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂施工參數(shù)進行了優(yōu)化,提出了以Ellins目標(biāo)縫長標(biāo)準(zhǔn)(表2)為參考,并以控制裂縫高度為目的,形成了以“低砂量、低砂比、小排量、低前置、高效返排”為特色的壓裂設(shè)計思路。

        表2 Ellins對致密油氣藏確定的壓裂規(guī)模及壓裂裂縫的縫長標(biāo)準(zhǔn)

        儲層類型儲層滲透率(mD)改造方式裂縫半長(m)常規(guī)儲層>1.0常規(guī)壓裂<100非常規(guī)儲層低滲透層0.1^1.0中型壓裂100^250致密層0.05^-0.10大型壓裂>250很致密層0.001^0.050超級壓裂>600超致密層 <0.001超級壓裂>750

        (1)加砂規(guī)模優(yōu)化

        加砂規(guī)模的設(shè)計主要是以達(dá)到理想產(chǎn)量所需要的裂縫長度及導(dǎo)流能力為目的。目前,壓裂目標(biāo)縫長優(yōu)化主要參考Ellins標(biāo)準(zhǔn),洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲層的滲透率主要分布在0.6mD~6mD,多為Ⅱ類~Ⅲ類儲層。據(jù)統(tǒng)計,洛帶蓬萊鎮(zhèn)組Ⅱ類~Ⅲ類儲層的平均滲透率約為0.8mD,參考Ellins標(biāo)準(zhǔn),壓裂所形成的人工裂縫長度在100m~250m為最佳。同時應(yīng)用FracproPT軟件對蓬萊鎮(zhèn)的不同加砂規(guī)模進行模擬,得到單層施工的加砂強度以1.0m3/m~2.0m3/m為最佳。

        (2)前置液量的確定

        壓裂設(shè)計的前置液確定原則:保證施工正常進行的前提下,應(yīng)盡量減小前置液量以降低儲層傷害。理論上最優(yōu)前置液百分?jǐn)?shù)應(yīng)當(dāng)是最后一批砂子進入時,前置液正好濾失完。但在實際施工設(shè)計時為保險起見,要求以支撐裂縫半長與動態(tài)裂縫半長比值為85%~90%來確定前置液的百分?jǐn)?shù)為宜,據(jù)此,優(yōu)化設(shè)計確定的前置液量與砂量之比在1︰1~1.2︰1。

        (3)施工排量的優(yōu)化

        施工排量是壓裂設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù), 它會影響施工泵壓和裂縫的幾何尺寸。一方面由于洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲層較薄,采取小排量施工能夠更好控制縫高,增加裂縫的長度;另一方面考慮到與大排量液氮增能助排工藝相結(jié)合,壓裂設(shè)計的泵注排量以1.5m3/m~2.5m3/min為宜。

        (4)砂比的優(yōu)化

        砂比的設(shè)計主要應(yīng)根據(jù)壓裂區(qū)塊先前的壓裂經(jīng)驗和設(shè)計規(guī)模條件下所需要達(dá)到的裂縫縫長來確定,前期洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣井壓后壓裂液返排困難,為了盡可能減少加入液體量,施工平均砂比較高,約在27%左右。洛帶蓬萊鎮(zhèn)組儲層薄、壓裂規(guī)模較小,為了減少入地液量,降低壓裂液對儲層的傷害,需要減少攜砂液量而提高砂比。然而,在給定加砂規(guī)模的條件下,提高砂比可能會減小縫長而降低支撐裂縫的導(dǎo)流能力,因此,在設(shè)計壓裂施工砂比時,原則上應(yīng)以形成較長的人工裂縫為主要目標(biāo)而適當(dāng)降低砂比,故目前優(yōu)化選擇的洛帶蓬萊鎮(zhèn)組氣藏壓裂施工的平均砂比為20%左右。

        2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

        2009年以來,通過以上壓裂工藝及配套技術(shù)的集成應(yīng)用,壓裂施工33井次50層次,措施成功率100%,增產(chǎn)有效率83.3%,壓后效果由壓前的無氣或產(chǎn)氣微量增加到壓后累計測試產(chǎn)量33.3447×104m3/d,增產(chǎn)倍比及投入產(chǎn)出比顯著,獲得了良好的經(jīng)濟效益。該集成技術(shù)盤活了低品位儲量、挖掘發(fā)揮了小氣田的巨大潛力,為川西地區(qū)中淺層氣藏難動用儲量的開發(fā)提供了新的壓裂改造技術(shù)思路和技術(shù)保障。

        3 結(jié)論

        (1)洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組儲層非均質(zhì)性強、儲量豐度低、含氣砂體的展布規(guī)模較小、砂體連續(xù)性普遍較差、氣井初產(chǎn)量低,壓裂時壓裂液返排率低,壓裂效果不明顯。

        (2)結(jié)合氣藏工程地質(zhì)特征的研究,同時通過室內(nèi)實驗和現(xiàn)場應(yīng)用,在洛帶蓬萊鎮(zhèn)組形成了液氮增能、全程纖維、快速返排、分壓合采、優(yōu)化參數(shù)等關(guān)鍵壓裂技術(shù)。

        (3)2009年以來壓裂井增產(chǎn)效果由壓前的無氣或產(chǎn)氣微量增加到壓后累計測試產(chǎn)量33.3447×104m3/d,增產(chǎn)倍比及投入產(chǎn)出比顯著,獲得了良好的經(jīng)濟效益。

        (4)洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組壓裂技術(shù)的應(yīng)用,為推動川西中淺層氣藏難動用儲量的開發(fā),提高西南分公司資源動用程度提供了新的技術(shù)支撐和改造工藝技術(shù)。

        1 張曉莉,羅鋒.川西洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組儲層特征[J].長安大學(xué)學(xué)報,2003,25(3): 33-37.

        2 黃禹忠,任山.纖維網(wǎng)絡(luò)加砂壓裂工藝技術(shù)先導(dǎo)性試驗[J],鉆采工藝,2008,31(1).

        3 Ely J W,Arnold W T and Holditch S A.New Techniques and Quality Control Find Success in Enhancing Productivity and Minimizing Proppant Flowback.SPE 20708,1990.

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