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        多級加砂壓裂工藝在致密氣儲(chǔ)層中的應(yīng)用

        2022-10-08 08:54:48袁文奎王明昊王緒性
        廣州化工 2022年17期
        關(guān)鍵詞:施工設(shè)計(jì)

        袁文奎,王明昊,王緒性,陳 玲,周 彪

        (1 中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部,天津 300459;2 天津市海洋石油難動(dòng)用儲(chǔ)量開采企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300459;3 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司神木分公司,陜西 榆林 719300)

        水力壓裂技術(shù)是世界范圍內(nèi)目前應(yīng)用最廣的增產(chǎn)技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于低滲致密砂巖油氣藏、頁巖氣、煤層氣等不同類型儲(chǔ)層中。其中多級加砂壓裂技術(shù)是近些年在各大油田中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù),廣泛應(yīng)用于疏松油藏、致密氣藏等不同儲(chǔ)層中。多級加砂壓裂技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)油田廣泛應(yīng)用[1-5],主要針對儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、目的層下隔層遮擋弱、儲(chǔ)層厚度大等情況。本文針對鄂爾多斯盆地發(fā)育有煤層的致密砂巖層,在壓裂改造中出現(xiàn)的施工壓力異常上升、加砂困難等問題,針對性的提出了多級加砂技術(shù),現(xiàn)場應(yīng)用后大大提高了壓裂作業(yè)的成功率。

        1 致密氣儲(chǔ)層壓裂特征

        鄂爾多斯盆地東緣致密氣藏發(fā)育,主力層位有石盒子組、山西組、太原組等。其中山西組、太原組上下多發(fā)育煤層,復(fù)雜巖性的存在導(dǎo)致壓裂過程中壓力異常波動(dòng),加砂完成率低,影響了儲(chǔ)層改造效果。圖1[6]所示,在鄂爾多斯盆地東緣晚古生代沉積剖面上發(fā)育有連續(xù)的多套煤層。上部發(fā)育有大段泥巖遮擋層,可以有效控制裂縫向上延伸;目的層下部緊鄰煤層,壓裂設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮煤層對裂縫擴(kuò)展的影響。

        圖1 鄂爾多斯盆地東緣晚古生代含煤地層剖面

        圖2為類似儲(chǔ)層壓裂施工曲線,采用帶封隔器油管正注方式壓裂。從曲線可以看出,5%~7%砂比段塞進(jìn)入地層后,油壓有輕微的上漲,之后平穩(wěn);14%砂比進(jìn)入地層后,油壓上漲趨勢明顯。20%砂比階段,油壓持續(xù)上漲;提高砂比至25%后,油壓快速上漲,之后停砂頂替,頂替階段發(fā)生超壓。本井未按照設(shè)計(jì)完成壓裂作業(yè)。

        圖2 某1井本溪組壓裂施工曲線圖(油管正注帶封隔器)

        為解決含煤層或灰層致密氣儲(chǔ)層壓裂過程中,中-高砂比階段(15%以上)壓力快速上漲問題,現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用了二級、三級等多級加砂技術(shù),根據(jù)儲(chǔ)層物性及壓裂設(shè)計(jì)需求,將總砂量分成多批分次加入地層。如圖3所示,分三級加入支撐劑,每級加入之間停泵一段時(shí)間,待支撐劑沉降后在裂縫底部形成一定的遮擋層,再次加砂時(shí)裂縫在高度方向延伸受限,增加裂縫長度與寬度,達(dá)到裂縫在目的層內(nèi)充分延伸的目的。

        圖3 多級加砂示意圖

        2 多級加砂壓裂工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

        區(qū)別于常規(guī)加砂壓裂,多級加砂壓裂最重要的工藝參數(shù)是加砂“級數(shù)”的選擇、停泵時(shí)間的確定,因此在工藝設(shè)計(jì)上與之前方法比有些許不同。

        2.1 加砂級數(shù)確定

        加砂級數(shù)是該工藝最關(guān)鍵的參數(shù)。加砂級數(shù)少,達(dá)不到形成人工隔層、充分改造儲(chǔ)層的目的;加砂級數(shù)多,則壓裂液用量大幅度增加,成本上升。關(guān)于加砂級數(shù),尚未形成理論化的設(shè)計(jì)方法,目前主要有兩種確定方法:一是根據(jù)儲(chǔ)層厚度及儲(chǔ)層物性,利用模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化,確定加砂級數(shù)[4];二是利用壓裂模擬軟件,在不同加砂比例、加砂級數(shù)條件下進(jìn)行模擬,根據(jù)得到的裂縫參數(shù)變化規(guī)律確定加砂級數(shù)。

        一般認(rèn)為,滲透率越低,需要的壓裂級數(shù)越多;儲(chǔ)層厚度越大,需要的壓裂級數(shù)越多;儲(chǔ)層下部巖性越復(fù)雜,需要的壓裂級數(shù)越多。目標(biāo)區(qū)塊滲透率多在0.5 md以下,儲(chǔ)層厚度在5~10 m左右,一般多設(shè)計(jì)2級加砂;對于下部發(fā)育有大段煤層或灰?guī)r的儲(chǔ)層,可以設(shè)計(jì)3級加砂。

        2.2 停泵時(shí)間確定

        對于多級加砂而言,停泵時(shí)間短,之前形成的裂縫尚未閉合,支撐劑沉降不完全,不能很好的起到人工隔層的作用;停泵時(shí)間長,壓裂液濾失大,對儲(chǔ)層的傷害就大。通過裂縫閉合情況,可以確定停泵時(shí)間。裂縫閉合時(shí)間的確定主要依據(jù)本區(qū)塊小型壓裂壓降分析數(shù)據(jù)確定。

        以某1井為例,利用FracProPT對該井壓降曲線進(jìn)行分析。從圖4可以看出,通過G函數(shù)分析確定該井目的層閉合壓力梯度為0.0171 MPa/m,折算地面閉合壓力為14.6 MPa。該井進(jìn)行多級加砂壓裂時(shí),當(dāng)停泵期間壓力降至14.6 MPa左右時(shí),認(rèn)為裂縫接近閉合,可以進(jìn)行下一級壓裂作業(yè)。

        圖4 某1井測試壓裂壓降曲線G函數(shù)分析圖

        此外,從該井G函數(shù)曲線分析,該井濾失特征表現(xiàn)為停泵期間裂縫高度衰減[7]。認(rèn)為縫高延伸到目的層以外高應(yīng)力儲(chǔ)層,停泵期間非目的層先閉合,之后目的層內(nèi)裂縫閉合。這與儲(chǔ)層物性發(fā)育特征及裂縫擴(kuò)展特征相符合。

        3 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例

        某3井目的層下部發(fā)育有灰?guī)r,上部泥巖隔層發(fā)育,如圖5所示。為更好的控制裂縫在目的層內(nèi)延伸,本井設(shè)計(jì)2級加砂壓裂:一級設(shè)計(jì)加砂6.6 m3,施工排量3.0~4.5 m3/min,砂比5%-7%-14%,線性膠加砂;二級設(shè)計(jì)加砂29.4 m3,施工排量3.5 m3/min,砂比14%-20%-25%-30%-35%,凍膠加砂。設(shè)計(jì)停泵時(shí)間60 min,根據(jù)區(qū)塊同一層位閉合壓力數(shù)據(jù),預(yù)測該井地面閉合壓力為15 MPa;現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際壓降情況確定停泵時(shí)間,施工曲線見圖6所示。

        圖5 某3井目的層測井解釋成果圖

        圖6 某3井多級加砂壓裂施工曲線

        從圖6可以看出,多級加砂壓裂主要有以下特征:

        (1)二級加砂的施工壓力高于一級加砂。從油壓曲線看,二級加砂的施工壓力比一級加砂高1~3 MPa;此外,一級加砂停泵壓力為18.1 MPa,二級加砂停泵壓力為21.6 MPa,這都表明二級加砂縫內(nèi)凈壓力比一級加砂高,形成的裂縫寬度更大。

        (2)對比常規(guī)加砂,多級加砂作業(yè)過程中施工壓力更為平穩(wěn);從施工成功率來看,對于復(fù)雜巖性儲(chǔ)層,多級加砂要高于常規(guī)加砂。

        4 結(jié) 論

        對于目的層下部含有煤層等復(fù)雜巖性的儲(chǔ)層,采用多級加砂壓裂工藝,可以控制裂縫向下擴(kuò)展。二級加砂主裂縫主要在一級加砂形成的裂縫基礎(chǔ)上延伸,更有利于致密氣儲(chǔ)層形成長縫的需求;同時(shí)因二級加砂是裂縫縱向延伸受限,縫內(nèi)凈壓力高于一級加砂,形成的裂縫寬度更大,近井筒地帶導(dǎo)流能力更高。

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