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        常壓頁(yè)巖氣水平井段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝應(yīng)用分析

        2018-08-20 06:12:54程軼妍
        石油知識(shí) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:單段投球小層

        程軼妍

        (中國(guó)石化華東油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 南京 210000)

        常壓頁(yè)巖氣在國(guó)內(nèi)分布范圍廣、儲(chǔ)量大,具有巨大的資源潛力和廣闊的開(kāi)發(fā)前景,但目前尚未實(shí)現(xiàn)有效開(kāi)發(fā)。面對(duì)常壓頁(yè)巖氣地層壓力低、能量不足、產(chǎn)量低等困難,套用高壓頁(yè)巖氣水平井常規(guī)壓裂工藝技術(shù)的效果并不理想。工程技術(shù)人員在不斷探索中開(kāi)展了常壓頁(yè)巖氣水平井段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂試驗(yàn),取得一定效果。

        1 工藝改造效果評(píng)價(jià)

        LY2HF井是部署在向斜構(gòu)造翼部的一口常壓頁(yè)巖氣井,水平段主要穿行層位志留系龍馬溪組②、③小層,固井質(zhì)量好,壓裂段平均段長(zhǎng)96m,主體施工壓力50~60MPa,施工排量14~18m3/min。為了更好的對(duì)比分析工藝改造效果,該井分別選用兩種方法進(jìn)行施工。其中前兩段采用廣泛應(yīng)用于高壓頁(yè)巖氣水平井的常規(guī)壓裂工藝,其余采用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝。同區(qū)塊鄰井LY1HF井整體采用常規(guī)壓裂技術(shù)。

        1.1 支撐劑用量

        LY2HF井采用常規(guī)工藝的壓裂段平均單段加砂量72m3,平均單段用液量2008.5m3,平均砂比7.75%,與鄰井LY1HF井相當(dāng);采用段內(nèi)投球工藝的壓裂段平均單段加砂量135.1m3,平均單段用液量2316.8m3,平均砂比9.74%。LY1HF井平均單段加砂量70.1m3,平均單段用液量2008.2m3,平均砂比4%。在用液量相當(dāng)?shù)那闆r下,投球段加砂量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)壓裂段,鋪砂濃度高,裂縫導(dǎo)流能力強(qiáng)。

        1.2 裂縫復(fù)雜性

        對(duì)比LY2HF井投球壓裂段與本井常規(guī)壓裂段、LY1HF井常規(guī)壓裂段的G函數(shù)曲線,發(fā)現(xiàn)投球壓裂段裂縫復(fù)雜性高于常規(guī)壓裂段。LY2HF井第二段為常規(guī)壓裂段,G函數(shù)曲線快速上升后在高位又下降,多次大幅度上下波動(dòng),具有剪切網(wǎng)絡(luò)縫特征;LY1HF井第十段為常規(guī)壓裂段,G函數(shù)曲線逐步上升后在高位,發(fā)生微小波動(dòng),具有復(fù)雜裂縫特征;LY2HF井第八段為投球壓裂段,G函數(shù)曲線波動(dòng)大,逐漸爬升至高位,具有復(fù)雜縫特征,曲線波動(dòng)明顯??梢?jiàn),對(duì)于常壓頁(yè)巖氣水平井而言,段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝有利于提高裂縫復(fù)雜程度、提高壓裂改造完善程度。

        2 影響投球封堵效果的主要因素

        由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性,壓裂段內(nèi)地質(zhì)條件存在差異,施工過(guò)程中各處裂縫不能均勻起裂。根據(jù)這一特性,段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝?yán)脮憾虑蚍舛孪乳_(kāi)或進(jìn)液量大的孔眼,迫使壓裂液進(jìn)入未開(kāi)或進(jìn)液量小的孔眼,提高單段改造完善程度。LY2HF井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中,采用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向工藝的壓裂段封堵效果具有不確定性,針對(duì)這一現(xiàn)象,從以下四個(gè)方面展開(kāi)研究。

        2.1 球孔比與暫堵球粒徑

        LY2HF井壓裂單段射孔孔數(shù)60,孔徑10mm,其中第三段至第六段在施工過(guò)程中投入11.5mm小暫堵球24個(gè)、13.5mm大暫堵球6個(gè),共30球;第七段至第九段投入13.5mm大暫堵球30個(gè),第十段至第十六段投入13.5mm大暫堵球35個(gè)。

        以投球后壓力上升值表征封堵效果,以球孔比表示投球數(shù)量與射孔孔數(shù)的比值(圖1)。當(dāng)球孔比=0.5時(shí),改變投球粒徑,投球后壓力上升情況沒(méi)有發(fā)生明顯變化;當(dāng)球孔比>0.5,即開(kāi)始投入35個(gè)暫堵球后,投球壓力上升明顯,封堵效果好。

        圖1 LY2HF井球孔比與投球壓升圖

        由此可見(jiàn),對(duì)于10mm射孔孔眼,11.5mm暫堵球與13.5mm暫堵球均可以滿足封堵要求;球孔比對(duì)投球封堵效果影響明顯。

        2.2 壓裂段長(zhǎng)、射孔簇?cái)?shù)與簇間距

        LY2HF井投球壓裂段單段段長(zhǎng)65~167m,單段射孔簇?cái)?shù)2~6,平均簇間距15m,段間距30m。分別將投球壓升與壓裂段長(zhǎng)、射孔簇?cái)?shù)、射孔簇間距進(jìn)行對(duì)比,未見(jiàn)明顯相關(guān)性。

        2.3 儲(chǔ)層物性、礦物組分、巖石力學(xué)性質(zhì)

        分別將投球比=0.5、投球比>0.5壓裂段的投球壓升與儲(chǔ)層物性參數(shù)、礦物組分、巖石力學(xué)等參數(shù)進(jìn)行曲線擬合,未見(jiàn)明顯相關(guān)性。

        2.4 段內(nèi)應(yīng)力差

        受構(gòu)造、沉積、巖性、礦物、埋深等因素影響,不同儲(chǔ)層之間及同一儲(chǔ)層內(nèi)部地應(yīng)力分布不均。沿井筒的應(yīng)力可以控制裂縫起裂和裂縫發(fā)育,是影響壓裂施工的核心因素。地應(yīng)力的大小決定裂縫能否開(kāi)啟,地應(yīng)力的方向決定裂縫的擴(kuò)展方向,地層應(yīng)力差是控制裂縫縫高的主要因素,低水平應(yīng)力與應(yīng)力各向異性是開(kāi)啟復(fù)雜裂縫的重要條件。對(duì)于頁(yè)巖氣水平井而言,原地應(yīng)力是影響施工破裂壓力、施工壓力、裂縫延伸壓力的主要因素,段內(nèi)不同位置的應(yīng)力差異將直接關(guān)系到裂縫的起裂順序,以及擴(kuò)展程度。

        LY2HF井測(cè)井解釋最小水平主應(yīng)力②小層>③小層(圖2)。其中,第六段穿行層位③小層,第七段穿越②③小層,第八、第九段穿行層位②小層。在該井球孔比=0.5的各壓裂段中,第七段投球后壓力上升明顯高于其余段,封堵效果好。

        圖2 LY2HF井測(cè)井解釋?xiě)?yīng)力剖面圖

        3 異常情況分析

        LY2HF井投球壓裂段球孔比>0.5時(shí),后續(xù)施工出現(xiàn)異常。

        3.1 異常情況描述

        3.1.1 射孔壓降異常

        射孔壓降受控于地層能量與儲(chǔ)層物性、近井地帶污染程度。LY2HF井井施工改造初期,原始地層條件下,首簇射孔壓降大,次簇、三簇逐漸降低。隨著段內(nèi)投球施工的進(jìn)行,首簇射孔壓降降低,次簇射孔壓降升高。當(dāng)球孔比>0.5時(shí),射孔壓降規(guī)律發(fā)生明顯變化,首簇射孔壓降不明顯。第十四段整體射孔壓降低,第十六段恢復(fù)正常。

        3.1.2 施工情況異常

        LY2HF井第十三段至第十五段穿行③小層底部,地質(zhì)條件相當(dāng),施工工藝相同,施工情況迥異。第十三段破裂壓力57MPa,整體施工壓力50~56MPa,施工順利。第十四段射孔壓降低,酸降不明顯,初期破裂壓力71MPa,為所有段最高,投球前施工壓力高,較第十三段高15MPa左右,砂比敏感,加砂困難;投球后粉陶打磨無(wú)效,施工壓力仍維持高位,砂堵。 第十五段與第十四段整體施工情況相似,投球后施工壓力高,加砂困難,后期出現(xiàn)砂堵跡象。第十六段整體施工壓力低,施工正常。第十四段與第十五段中砂、粗砂用量低,單段加砂總量低。

        3.2 異常原因分析

        LY2HF井投球壓裂施工中,前段投球壓升與隨后一段首簇射孔壓降具有負(fù)相關(guān)特征,球孔比>0.5時(shí),相關(guān)性尤為明顯。一段施工對(duì)后續(xù)壓裂造成影響,即產(chǎn)生段間應(yīng)力干擾,該段改造程度過(guò)高。該井第十四段、第十五段連續(xù)兩段施工異常、改造規(guī)模小,應(yīng)力干擾作用減小,逐漸恢復(fù)正常。

        4 結(jié)論

        (1)軌跡控制:盡可能穿行高應(yīng)力層位,或在不影響施工的情況下,順應(yīng)地層傾角變化,多次穿行高應(yīng)力層位;

        (2)應(yīng)力剖面:根據(jù)測(cè)井等資料作出地應(yīng)力剖面,為壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù);

        (3)壓裂設(shè)計(jì):儲(chǔ)層地質(zhì)條件均勻的井段可采用常規(guī)壓裂工藝,應(yīng)力差異大的井段選用段內(nèi)投球轉(zhuǎn)向壓裂工藝,控制球孔比,優(yōu)化段間距、簇間距,避免段間應(yīng)力干擾。

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