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“非常規”方法提高Permian地區非常規儲層采收率

“非常規”方法提高Permian地區非常規儲層采收率

Cline頁巖區位于Permian地區的Midland次級盆地,是一個含有豐富有機質的地區。非常規油藏最優完井(U-ROC)工作流采用了多學科研究方法來實現最小的衰減率和最大的最終采收率。

來自 | World Oil
編譯 | 二丫

非常規頁巖油氣的開發一直是運營商關注的焦點,然而由于頁巖的非均質性以及技術的不成熟,使得開發存在諸多問題。本文以Permian地區的Cline頁巖區為例,采用一個非常規油藏最優完井(U-ROC)工作流、設計裂縫模型和增產措施,達到遞減率最小化和最終采收率最大化的效果。

遞減率最小化和最終采收率最大化

由于運營商們不斷向非常規油氣藏進軍,他們對頁巖的不可預測性和多變性也有了嶄新的認識。他們認識到,一種方法或技術在開采某個區塊時獲得了成功,并不意味著該方法在另一個區塊也同樣適用。

Cline頁巖區位于Permian地區的Midland次級盆地,是一個含有豐富有機質的地區。同其他非常規油氣區一樣,該地區也具有較強的非均質性和復雜性,因此需要多學科的研究方法來完成整個完井過程。Cline頁巖區位于Strawn地層之上,Wolfcamp地層之下,橫跨了德克薩斯州的幾個縣。另外,Cline頁巖的前期開發結果非常樂觀,平均每1000英尺水平范圍內最高可產350桶油當量/天。

該區塊的特點為粉砂巖/砂巖互層,地層厚度范圍在200~550英尺,孔隙度為6%~12%,地層壓力梯度約0.6 磅/英尺,粘土含量高達25%~50%。而高含量的粘土會對裂縫起裂、實施增產、支撐劑嵌入等造成一定的影響,并且會導致裂縫未支撐地區的漏失率問題。

“非常規”方法提高Permian地區非常規儲層采收率

這些地質特性和條件使得毫達西級別滲透率地層的鉆井、測井和有效增產等過程充滿挑戰性。并且,由于地層特征造成的不穩定生產會影響油藏的經濟性長期開采。如上圖所示,21口井30天的生產測試顯示生產率前后變化了近5倍。

隨著Cline頁巖區的持續開發,為了實現壓裂增產措施效果最大化,將大量的工程實踐與集成了地質學、巖石學、鉆井工程、巖石力學評價、復雜裂縫性油藏模擬等先進的生產技術等的多學科工作流相結合變得十分必要。通過建立初級裂縫模型來確定最優靶點,而工作流可以有助于確定最高油氣潛力區域,從而能夠實現采收率最大化,這可以直接提高油氣井采收率。

“非常規”方法:綜合工作流

非常規油藏最優完井(U-ROC)工作流采用了多學科研究方法來實現最小的衰減率和最大的最終采收率。當作業的起裂點在井筒時,它有利于支撐劑在水力壓裂縫中實現有效的垂向支撐。例如,確定最優靶點并與側鉆方位一致,將對與井筒相連的大量產層產生影響。U-ROC工作流已在Cline頁巖區投入使用,運營商已經意識到采用這種超越傳統的高階導孔測井來決定鉆完井最佳方法的價值和意義?,F在,許多運營商在水平井段都采用了隨鉆測井(LWD)測量方法或進行裸眼、套管電纜測井。

通常用采集的數據建立一個壓裂段數和射孔情況的咨詢記錄,U-ROC集成工作流的第一步是通過改善儲層與井眼間的接觸關系來實現最大化的采收率。例如,利用偶極聲波、密度/中子測量和地層電阻率等來估計橫向應力的變化,進而決定射孔簇的方位。壓裂段也可以像巖石一樣進行分組,這樣可以通過均勻分配來提高采收率。

Cline地區水平井的一些裸眼測井曲線顯示在某一壓裂段中壓力異常,在均勻射孔簇的各分段中,其值高達1200磅/英寸。當液體壓裂的壓裂簇過多時,釋放出來的大量異常壓力導致部分壓裂簇失效,無法取得增產效果。通過射孔和壓裂段數軟件并結合應力測量,可以使壓裂簇之間的壓力差減少到100 psi之內。

考慮實際產量,對其他非常規油氣盆地(例如,Eagle Ford盆地)的研究表明,均勻射孔方案可以由64%或者更少的射孔簇產生。然而,通過壓裂段數和射孔模擬軟件,在Eagle Ford盆地進行同樣的研究,結果表明,該方法將射孔效率從64%提升至82%。在Permian盆地的壓裂段數和射孔模擬軟件表明,提高增產措施效率能使產量增加35%。

設計增產措施

新建立的模型考慮了裂縫的復雜性,U-ROC工作流的下一步就是在新模型的基礎上設計增產措施。其復雜程度與巖石力學特征有關系,例如楊氏模量、泊松比、水平應力各向異性、儲層天然裂縫的密度和方位角。水力壓裂微地震監測措施表明:一部分增產措施在一定程度上會使裂縫變得更加復雜。U-ROC工作流中采用了一種非常規裂縫模型(UFM),該模型能夠反應出垂向應力剖面,預測裂縫垂向擴展模型,并對水力裂縫和天然縫網之間交互作用下的復雜擴展情況進行模擬,最終能夠模擬出復雜裂縫的生長發育情況。

UFM通過設計密集射孔簇,來計算同一個壓裂段內之間的應力影響程度和不同壓裂段之間的應力相互干擾情況。正是由于明確支撐劑在復雜網格中的分布的重要性,無論是明確橫向上的分布還是縱向上的分布,因此UFM 提供了一個模擬支撐劑鋪設和流體流動的模型。這對于像Cline儲層高層理性地層來說尤為重要,裂縫能夠在該類儲層段延伸幾百英尺是很有必要的。如果不能模擬裂縫復雜性和支撐劑分布情況,運營商就必須依靠重復試驗來選擇一個方案,這是一個費錢費力的過程,因為“油田是價格昂貴的實驗室”。

增產期間,運營商評估了復雜縫網的泄油面積,因此其可以確定橫向間距來最大程度地提高采收率、降低鉆井成本。這保證了運營商們既不會鉆過多的井也不會造成所鉆井數不足。為了評估泄油面積,U-ROC工作流提出了一種方法,即使用微地震裂縫圖來校正復雜的裂縫模型,并自動將校正方案應用到一個非結構化網格的油藏數值模擬軟件中,從而擬合生產歷史數據并預測采收率。

儲層性能

最后需要說明的是,與井筒相連的壓裂后的儲層體積和儲層產能之間存在一定的關系??紤]到速度模型數據輸入、地震檢波器精度、平均定位誤差等變量會影響輸出值,所以微地震監測仍然是建立邊界條件的最好方法。Cline頁巖區的微地震數據顯示了水力壓裂過程中裂縫的復雜擴展情況。最重要的是要理解這種擴展機理和增產之間的相互作用,從而進一步完善增產措施的設計。

“非常規”方法提高Permian地區非常規儲層采收率

在對數字化儲層模擬時,在UFM進行壓裂設計時對其進行了網格化劃分,從而改善預期的儲層產能(見上圖)。UFM還能獲取由于裂縫中支撐劑分布的變化或部分未支撐裂縫所造成的傳導率的變化。該模型還考慮了未支撐裂縫在實驗室測試中的傳導率與壓力之間的函數關系。

復雜模型經過微地震和生產校正后,就建立起一個標準的三維巖石物理和地質力學模型。在模型中,能夠從經濟角度評價不同的增產措施及其對產量的影響,從而優化完井方案。

Cline頁巖是橫向非均質性地層的一個典型實例,這也是為什么一個放之四海而皆準的解決方案卻不能應用于該儲層的原因。但是,當運營商通過采用綜合U-ROC工作流試著獲取該區塊的全部經濟價值,他們就可以制定設計方案,從而優化儲層連通性,使其采收率達到最大化,并提高整體經濟效益。

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