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        鄂爾多斯盆地東緣本溪組致密氣井壓裂難點(diǎn)及對策

        2021-11-18 08:38:46邱守美郭布民徐延濤許田鵬張萬春
        廣州化工 2021年21期
        關(guān)鍵詞:施工

        邱守美,郭布民,徐延濤,許田鵬,張萬春,陳 玲

        (中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300451)

        鄂爾多斯盆地東緣本溪組發(fā)育分布廣泛、厚度穩(wěn)定的烴源巖,具有良好的天然氣開發(fā)前景。鄂爾多斯盆地東緣本溪組儲層巖性以深灰色炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、灰色中砂巖、煤為主,本溪組儲層有效孔隙度4.2%~8.2%,滲透率0.1~2.31 mD,為低孔低滲儲層。儲層滲透率低、物性差,只能通過增產(chǎn)措施來增加儲量,壓裂已成為致密氣藏增產(chǎn)的主要手段,近幾年來鄂爾多斯盆地東緣本溪組壓裂井?dāng)?shù)逐年增加,部分井壓裂過程中常伴隨壓力異常波動、加砂困難,壓力突升等現(xiàn)象,一定程度上影響了壓裂效果。本文針對鄂爾多斯盆地東緣本溪組壓裂中存在問題,從以下幾方面展開分析研究。

        1 常見問題及對策分析

        結(jié)合儲層地質(zhì)油藏特征,分析總結(jié)近幾年來壓裂過程中出現(xiàn)問題,歸納總結(jié)為以下幾點(diǎn):

        1.1 常見問題

        部分井儲層上下煤層、灰?guī)r發(fā)育、天然裂縫發(fā)育,壓裂液濾失造成液體利用率低,造縫不充分主要表現(xiàn)在以下兩方面:

        (1)隔層煤層、泥巖發(fā)育

        圖1 SM-X、SM-Z井測井解釋圖Fig.1 Logging interpretation diagram of SM-X SM-Z well

        部分井壓裂加砂后期高砂比階段普遍出現(xiàn)壓力突升導(dǎo)致砂堵跡象,被迫停止加砂,導(dǎo)致未按設(shè)計(jì)完成加砂??偨Y(jié)分析這類井存在一個(gè)共性,這些井地質(zhì)解釋壓裂目的層上下隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育(見圖1),壓裂時(shí),不可避免壓開上下灰?guī)r、煤層,導(dǎo)致壓裂液濾失,加砂困難。

        (2)部分井儲層天然裂縫發(fā)育

        運(yùn)用FracproPT模擬軟件,通過導(dǎo)入施工數(shù)據(jù)對這類井進(jìn)行凈壓力擬合后,從圖2中SM-X井的G函數(shù)曲線中明顯可看出部分井天然裂縫發(fā)育。

        圖2 SM-X井G函數(shù)曲線Fig.2 G function curve of SM-X well

        這一結(jié)果從同層位的臨井的裂縫監(jiān)測結(jié)果中也得到了驗(yàn)證,從裂縫監(jiān)測看,均出現(xiàn)了分支縫。以SM-S井裂縫監(jiān)測結(jié)果顯示為例(見圖3),圖中“油壓”曲線上的11個(gè)小藍(lán)點(diǎn)分別對應(yīng)著11個(gè)裂縫形態(tài)隨時(shí)間變化的小藍(lán)圖,不難看出,在不借助轉(zhuǎn)向措施等工藝干擾的情況下,壓裂過程中產(chǎn)生了分支縫。裂縫監(jiān)測結(jié)果證實(shí)了儲層本身具備天然裂縫。

        圖3 SM-S井裂縫監(jiān)測形態(tài)圖Fig.3 Fracture monitoring morphology of SM-S well

        圖4 SM-S井壓裂施工曲線圖Fig.4 Fracturing operation curve of well SM-S

        分析認(rèn)為,在這些井施工過程中,不可避免地溝通了天然裂縫。這也是這些井壓裂過程中高砂比階段壓力突升的問題所在,壓裂過程中溝通了天然裂縫,導(dǎo)致壓裂液濾失嚴(yán)重,液體利用率低,造縫不充分,在加砂過程中前期支撐劑填充部分裂縫后,使得后續(xù)施工時(shí)只過液不過砂,使得砂濃度增加,增加了砂堵風(fēng)險(xiǎn),壓力突升,最終停止施工,SM-S井在砂比達(dá)到25%時(shí)開始出現(xiàn)砂堵跡象(見圖4)。

        針對這一問題,可嘗試采取以下措施:

        (1)針對隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育的井,工藝上可采取二次加砂措施,加砂完成后停泵30~60 min,待支撐劑沉降后進(jìn)行二次加砂,正常排量施工。二次加砂可有效控制縫高,避免過多溝通上下隔層的灰?guī)r及煤巖,同時(shí)也可降濾失。提高壓裂施工的成功率。

        (2)針對天然裂縫發(fā)育儲層,可采取相應(yīng)的措施:①采用多級段塞加砂技術(shù),不但可以降濾失,提高液體利用率,還可以打磨孔眼,降低施工摩阻;②支撐劑采用組合陶粒,不同粒徑陶粒填充不同寬度裂縫,既可降濾失,又能合理支撐裂縫;③合理范圍內(nèi)適當(dāng)增加前置液比例。

        1.2 儲層不均質(zhì)性強(qiáng),施工壓力波動大,加砂困難

        壓裂施工過程中,部分井井口壓力波動異常,根據(jù)井口施工壓力推算井底壓力,P井底=P井口+P液柱-P摩阻,井底壓力可以更真實(shí)反應(yīng)儲層特征,壓裂同一層位時(shí),液柱壓力我們視為常量,摩阻壓力是一個(gè)隨施工排量、砂濃度、孔眼摩阻等因素變化的變量,要想定量分析井口壓力與井底壓力的變化,選施工曲線中施工排量、砂濃度穩(wěn)定的階段進(jìn)行分析,在此,我們需要忽略孔眼摩阻,所以這個(gè)階段我們選取在加砂后期,孔眼摩阻在前置液段塞和攜砂液加砂的打磨下,孔眼摩阻可忽略。如下圖(圖1)所示,在施工排量、加砂濃度幾乎穩(wěn)定的狀態(tài)下,井口壓力波動明顯,同時(shí)也反映了井底壓力的波動(見圖5),從井底壓力的異常波動以及破裂壓力的不明顯,可以反映出壓裂層段儲層非均質(zhì)性強(qiáng),這也是導(dǎo)致加砂困難的原因之一。

        圖5 SM-SE井壓裂施工曲線圖Fig.5 Fracturing curve of SM-SE well

        針對以上問題,可嘗試采取以下措施:

        (1)合理范圍內(nèi)提高前置液比例,適當(dāng)減小施工砂比,提高施工成功率;

        (2)為降低壓裂施工時(shí)的施工壓力,順利完成加砂,改進(jìn)射孔孔技術(shù),采取后效射孔、多級脈沖射孔等射孔技術(shù),這些深穿透射孔技術(shù)不但可以避免常規(guī)射孔造成的壓實(shí)帶,還可以降低施工時(shí)的破裂壓力。

        1.3 壓裂現(xiàn)場實(shí)時(shí)決策

        壓裂施工曲線是壓裂時(shí)地面所得到的最實(shí)時(shí)、最直接的壓裂施工情況的真實(shí)反映。根據(jù)施工曲線對施工過程進(jìn)行分析,并根據(jù)壓力變化情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),是保證壓裂施工順利完成的重要手段。

        1.3.1 近井地帶砂堵曲線

        圖6為本溪組SM-EL井壓裂施工曲線。前期壓力相對平穩(wěn),后期壓裂加砂過程中壓力驟升,這種情況一般是近井地帶發(fā)生砂堵的特征,這可能是由于加砂不均勻或者砂比提升較快,瞬間砂比過高,造成管柱內(nèi)或者孔眼處形成壓裂砂堵所致,此時(shí)應(yīng)立即停止加砂、降低施工排量,使壓力降至安全范圍,必要時(shí)進(jìn)行返洗井。

        圖6 SM-EL井壓裂施工曲線Fig.6 Fracturing curve of SM-EL well

        1.3.2 儲層內(nèi)發(fā)生砂堵曲線

        圖7為SM-ST井壓裂施工曲線。壓裂過程中壓力波動比較大,說明地層非均質(zhì)性比較強(qiáng),壓裂加砂過程中泵壓連續(xù)上升,還會有多個(gè)壓力上升尖峰,說明壓裂儲層內(nèi)發(fā)生砂堵,可能是油藏面積過小或者不滲透邊界過早出現(xiàn),攜砂液在裂縫水平和垂直方向受到限制,端部受阻、縫內(nèi)砂堵等造成縫內(nèi)壓力急劇上升導(dǎo)致,這種情況在壓力上升初期,適時(shí)合理調(diào)節(jié)砂比和排量,確保順利完成設(shè)計(jì)砂量,如果砂堵已經(jīng)發(fā)生,則應(yīng)立即停止施工。

        圖7 SM-ST井壓裂施工曲線Fig.7 Fracturing curve of SM-ST well

        壓裂施工時(shí)可根據(jù)同一區(qū)塊壓裂井進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),掌握施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題的共性,進(jìn)行總結(jié)分析,對施工中有可能遇到的問題做到提前防范,并根據(jù)施工壓力變化隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù),確保施工能夠順利完成。

        2 壓裂案例分析

        梳理總結(jié)前期壓裂中存在問題,通過分析,對儲層進(jìn)行重新認(rèn)識,改進(jìn)工藝,優(yōu)化方案,將分析結(jié)論進(jìn)行運(yùn)用,提高后期壓裂施工成功率。

        2.1 多級加砂工藝提高復(fù)雜巖性儲層壓裂成功率

        圖8為 SM-XX井的壓裂施工曲線圖,由于本井壓裂井段下部隔層灰?guī)r發(fā)育,為防止溝通下部隔層導(dǎo)致壓裂液濾失,優(yōu)化工藝方案,采用二次加砂工藝,按設(shè)計(jì)順利完成施工。

        2.2 后效射孔后進(jìn)行壓裂,降低施工壓力

        后效射孔技術(shù)通過安裝在射孔彈上的后效體(見圖9)對孔道、儲層實(shí)施有效做功。后效射孔技術(shù)的成功設(shè)計(jì)在于對2個(gè)能量釋放點(diǎn)分倉進(jìn)行處理,分別作用于不同目標(biāo)靶向:第一靶向是射孔彈的能量釋放點(diǎn)在開墾孔道的同時(shí),由高速射流引起的渦流場引力將后效裝藥的高能粒子拽入到孔道內(nèi);第二靶向是使這些被云霧化的高能粒子在孔道內(nèi)聚集、碰撞、相互作用,引起局部灼熱點(diǎn)火,很快完成從爆燃到螺旋爆轟的轉(zhuǎn)型。在孔眼周邊造出微裂縫,擴(kuò)大油層泄油通道。后效體為特制的不含爆炸基源的聚合物,能夠有效解除射孔孔道壓實(shí)帶,降低破裂壓力。

        圖9 后效體裝置圖Fig.9 Aftereffect device diagram

        圖10為SM-TX井的后效射孔后壓裂施工曲線圖,跟同區(qū)塊其他井比較,破裂壓裂明顯降低,施工過程中壓力波動相對平穩(wěn),按設(shè)計(jì)完成加砂。

        圖10 SM-TX井壓裂施工曲線Fig.10 Fracturing curve of well SM-TX

        3 結(jié)論與建議

        (1)鄂爾多斯盆地東緣本溪組致密氣層滲透率低,物性差,儲層不均質(zhì)性強(qiáng),部分井地質(zhì)解釋壓裂目的層上下隔層灰?guī)r、煤巖發(fā)育,同時(shí)裂縫監(jiān)測顯示分枝縫產(chǎn)生,針對這類復(fù)雜巖性儲層,方案制定時(shí)需重點(diǎn)考慮壓裂液濾失導(dǎo)致的問題,采用多次加砂壓裂方案,合理優(yōu)化壓裂方案設(shè)計(jì)參數(shù),可有效控制縫高,避免過多溝通上下隔層的灰?guī)r及煤巖,同時(shí)也可降濾失,提高壓裂施工的成功率。

        (2)為降低壓裂施工時(shí)的施工壓力,順利完成加砂,改進(jìn)射孔技術(shù),可采取后效射孔、多級脈沖射孔等深穿透射孔技術(shù),這些深穿透射孔技術(shù)不但可以避免常規(guī)射孔造成的壓實(shí)帶,還可以降低施工時(shí)的破裂壓力,提高壓裂成功率。

        (3)對于本溪組水平井改造,后期可根據(jù)致密氣藏的天然裂縫發(fā)育等情況,嘗試對水平井進(jìn)行體積壓裂,通過分段多簇射孔、大型滑溜水、段塞注入、地震監(jiān)測等綜合研究,保證施工成功率的同時(shí),形成適用于該區(qū)塊的水平井體積壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)。

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