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        長寧頁巖氣示范區(qū)H-x平臺體積壓裂技術

        2019-06-21 02:21:14譚銳徐旺張勇張航宇林海牛增前
        石油鉆采工藝 2019年1期
        關鍵詞:加砂口井粉砂

        譚銳 徐旺 張勇 張航宇 林海 牛增前

        1.渤海鉆探工程有限公司工程技術研究院;2.渤海鉆探新青玉石油工程事業(yè)部;3.青海油田鉆采工藝研究院;4.西南石油大學地球科學與技術學院

        長寧頁巖氣示范區(qū)位于四川盆地長寧地區(qū),該地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖分布廣泛,厚度大,有機碳含量高,為1.64%~3.79%,熱演化程度較高(Ro>1.5%),孔隙和裂縫發(fā)育[1-3]。開發(fā)目的層為龍馬溪組龍一1小層,本平臺井目的層埋深2 900~3 000 m,破裂壓力梯度0.028 MPa/m,應力方向較穩(wěn)定,最大主應力為近東西向,該地區(qū)垂向主應力大于最大水平主應力,壓裂裂縫向水平方向擴展延伸相對更容易,需要提高凈壓力保證裂縫高度的擴展,因此預測地面施工壓力會較高。

        根據(jù)該地區(qū)頁巖氣藏主要地質和地理特征,經(jīng)過不斷探索與發(fā)展,逐步形成了多簇射孔復合橋塞分段壓裂工藝、大規(guī)?;锼w積壓裂技術、低摩阻滑溜水壓裂液體系、大型壓裂施工配套技術為一體的頁巖氣水平井分段壓裂技術,但仍然存在施工風險高、加砂難度大等問題[4-5]。本次研究的目的,在于通過現(xiàn)場壓裂實踐,結合裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù),優(yōu)化施工參數(shù),探尋參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)驗和原理,以期為同類井油氣層改造提供技術借鑒。

        1 平臺概況

        本次施工平臺為長寧H-x平臺,屬于長寧示范區(qū),區(qū)域構造位于四川盆地的川南古坳中隆低陡構造區(qū)與婁山褶皺帶之間,平臺構造位置為長寧背斜構造中奧陶頂構造南翼,開發(fā)層位為龍馬溪組。工區(qū)位于宜賓市興文縣毓秀苗族鄉(xiāng)和新村1組,井場位于半坡上,呈東西向擺放,右側地勢較高,左側地勢較低。地表水資源較豐富,利于大規(guī)模體積壓裂的開展。根據(jù)頁巖氣測井采集與評價技術管理規(guī)定(試行)-2015.2.26,該區(qū)塊儲層分類主要按照總有機碳含量、孔隙度、游離和吸附氣量以及脆性指數(shù)4個方面進行評價,共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3類儲層。

        平臺共完鉆6口水平井,水平井單井井身結構采用四開四完方式,按3口上行3口下行布井,水平段長度為1 500~1 900 m,Ⅰ類儲層鉆遇率90%~97%。

        以提高施工成功率和改造效果為目的進行了平臺壓裂設計,該平臺采用橋塞+分簇射孔聯(lián)作分段壓裂工藝以及大規(guī)?;锼w積壓裂技術,設計排量12~14 m3/min、液量 1 800~2 000 m3、砂量 80~120 t。采用工廠化拉鏈式壓裂施工[6],先壓裂下分支3口井,同時在上分支井中下入裂縫監(jiān)測工具,實施井下裂縫監(jiān)測。

        2 壓裂存在的問題

        結合地質情況、現(xiàn)場施工壓力變化及微地震解釋結果,本平臺施工壓力受到以下幾種情況影響。

        2.1 儲層非均質性強

        (1)縫網(wǎng)壓裂過程中存在明顯未壓開區(qū)域。在3口井采用“拉鏈式”壓裂施工模式背景下,目的層形成大面積的多分支裂縫網(wǎng)絡(圖1中自西向東依次為6井、5井、4井),4井與5井之間裂縫相互溝通密切,形成了成片的大面積裂縫網(wǎng)絡,而5井與6井之間裂縫間連通較差(非均質性強),面積較小,某些區(qū)域存在未能壓開的現(xiàn)象[7]。

        圖1 3口井整體微地震事件監(jiān)測圖Fig.1 Overall microseismic event monitoring map of three wells

        (2)3口井壓裂改造總體積差異大。非均質性強的影響也體現(xiàn)在3口井人工壓裂裂縫監(jiān)測體積的差異上,從3口井壓裂改造體積SRV對比看,如圖2從左到右依次為6井、5井、4井,SRV分別為2 298.2×104、3 605.8×104、3 738.4×104m3,受到地層非均質的影響,裂縫SRV變化較大,6井壓后裂縫體積較小。

        (3)彈性模量變化大。從地層彈性模量看,平臺上各井間彈性模量變化較大,各井間彈性模量差別可達 10 GPa(最大 28 GPa,最小 18 GPa,如圖 3),也證明了該平臺儲層非均質性強[8-9]。

        圖2 3口井改造總體積示意圖Fig.2 Schematic total simulated reservoir volume of three wells

        圖3 3口井彈性模量屬性圖Fig.3 Attribute map of elastic modulus for three wells

        2.2 個別層段人工裂縫不發(fā)育,人工裂縫在井筒周圍聚集

        受到地層彈性模量及天然裂縫的共同影響,個別段在施工過程中,裂縫無法有效向遠端延伸(如圖4),僅能聚集在井筒附近,導致施工后期壓力升高,加砂困難[10-11]。

        圖4 天然裂縫、彈性模量與人工裂縫發(fā)育情況對比Fig.4 Comparison of natural fracture,elasticity modulus and hydraulic fracture

        2.3 形成的人工裂縫窄,形態(tài)單一

        從圖5可以看出,6井壓裂裂縫波及寬度總體小于4、5井。微地震監(jiān)測也顯示該井裂縫整體呈單一主裂縫形態(tài),分支裂縫很少。從這兩方面限制了裂縫的尺寸和體積,進而導致了施工壓力高,加砂困難[12-15]。

        圖5 3口井水力裂縫波及寬度對比圖Fig.5 Hydraulic fracture wave and width comparison diagram of three wells

        3 施工對策

        針對本平臺體積壓裂實施過程中施工壓力高、加砂困難等問題,在施工過程中采取了以下措施。

        3.1 適時使用高黏液體

        在以往對頁巖氣壓裂的認識中,認為措施液體應該采用滑溜水類的低黏液體,提高水力裂縫的復雜程度,但是在一些天然裂縫發(fā)育程度高的層段上,低黏液體濾失大、“造縫”能力差等缺點顯露出來,在圖6中看出低黏液體攜砂,施工壓力突然上升,砂堵風險陡增,現(xiàn)場分析認為這是由滑溜水濾失過大造成的加砂困難,在停泵重新泵入交聯(lián)凍膠后,增加近井地帶水力裂縫寬度,降低砂堵風險,施工壓力平穩(wěn),壓力未出現(xiàn)明顯升高,見表1。

        從地震監(jiān)測情況看(圖6),加高黏液體前,裂縫基本在井筒東側近井地帶延伸,且體積較小。加入高黏液體后,裂縫在井筒兩側均有較大范圍的延伸,且裂縫長度和寬度均明顯增大。

        3.2 提高粉砂用量

        在施工過程中,加入粉砂能夠填充地層的微隙裂縫,降低施工液體濾失,提高壓裂液造縫效率,從而達到提高裂縫體積的目的。常規(guī)設計:本平臺在前期每段先加入25 m3左右70/140目粉砂支撐劑,再加入40/70目陶粒,該陶粒體積密度1.45 g/cm3,86 MPa閉合應力條件下破碎率5.6%。在某些段施工中,采用泵入雙倍粉砂量的方式,確保了后期加砂平穩(wěn)。從圖7施工曲線上看,該段整體施工壓力波動平穩(wěn),加入陶粒后壓力略有上升,遂重新加入粉砂,施工壓力趨于平穩(wěn),保證了加砂后期順利完成施工。

        圖6 高黏液體加入前后施工曲線及微地震監(jiān)測對比圖Fig.6 Construction curve before and after the adding of high-viscosity liquid and microseismic monitoring comparison diagram

        表1 壓裂措施液體系性能對比Table 1 Property comparison of fracturing fluid systems

        3.3 施工中期注酸

        平臺水平井鉆進過程中,個別井段鉆遇五峰組,該層位碳酸鹽巖含量較高。對于此類層段,在加砂壓力有所上升時,采取了泵注酸液的方法,降低儲層破裂壓力以及延伸壓力,并在近井地帶形成復雜的酸蝕孔隙,達到提高加砂規(guī)模的目的。

        3.4 膠液粉陶段塞工藝

        常規(guī)設計中通常采用滑溜水粉砂段塞工藝,針對3井前10余段加砂較困難的情況,現(xiàn)場對施工曲線分析后采用了膠液粉陶段塞工藝,通過凍膠攜帶低砂比的粉陶,充分打磨縫口,降低近井地帶摩阻,堵塞微裂縫,提高了液體的造縫效率,從而達到了降低后期加砂難度的目的,也取得了非常好的應用效果。從該井最后加砂量統(tǒng)計分析可知,采用該工藝后,單段加砂量明顯增加。

        圖7 施工曲線及加入粉砂后微地震事件點分散(紅色)Fig.7 Construction curve and the of microseismic event point dispersion after the adding of silt (red)

        4 結論與認識

        (1)人工裂縫微地震實時監(jiān)測在頁巖氣體積壓裂中具有重要作用,通過現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集和分析,將現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的難加砂情況與地層情況結合起來,對加砂困難有了更加明細的分類,而不再是籠統(tǒng)下結論“加砂困難”,也為現(xiàn)場進行針對性的參數(shù)調整提供了依據(jù),例如縫口較窄的層段現(xiàn)場就必須提高高黏液體用量,增加膠液粉砂段塞數(shù)量,力求增加近井地帶裂縫寬度。

        (2)適時使用高黏液體、降低加砂濃度、增加粉砂比例、中期注酸、采用膠液粉陶段塞工藝等方式均能有效降低施工壓力,降低加砂風險,確保加砂施工的順利進行,形成了強非均質儲層頁巖氣體積壓裂配套技術,為后期同類型儲層的頁巖氣水平井體積壓裂施工提供了技術借鑒。

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