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給致密氣鉆完井作業“把脈”:技術要點解析

給致密氣鉆完井作業“把脈”:技術要點解析

我們知道,如果不采取適當的水力壓裂增產措施,致密氣藏就無法進行有效的開采。因此,致密氣藏鉆完井過程的關鍵就是保證后期能夠設計和實施最優的壓裂增產措施。

致密氣藏鉆井時,最重要的就是鉆取一個規則的井眼,因此,一般來說,致密氣藏鉆井需要采用平衡鉆井或者過平衡鉆井方式。其實,某些情況下,只要井眼保持規則,空氣鉆井或者欠平衡鉆井效果會最佳。

如果井眼比較規則,那我們就可以進行裸眼測井,獲得準確的測井數據,從而對地層進行合理的評價,進行最適完井設計。如果井眼被沖蝕或者是不規則的,測井就會變得非常困難或是難以獲得精確的數據,并且難以識別干氣儲層。

如果井眼較為規則,那么生產套管的固井質量就會比被沖蝕井眼的固井質量好的多。并且,對于致密氣藏這種必須進行壓裂增產的多產層油藏來說,固井質量是尤為重要的。

致密氣藏欠平衡鉆井

有些鉆井專家建議致密氣藏采用欠平衡鉆井的方式鉆進,主要是因為:

1.欠平衡鉆井的鉆進速度更快;石油圈原創www.h29736.cn
2.地層被鉆井液污染的程度最??;石油圈原創www.h29736.cn
3.由于地層滲透率非常低,因此,井噴的可能性非常小。

然而,如果能夠保持井眼規則,就可以采用欠平衡鉆井。但是,如果井眼被沖蝕,無法進行正常的儲層評估,或者無法保證固井質量,此時,鉆進速度就沒有那么重要了。在致密氣藏中,儲層損害并不是一個需要著重考慮的因素。因此,鉆井過程中是否對近井地帶儲層造成損害并不重要。在進行致密氣開發時,我們一般都會使用多個泵車和泵組來進行壓裂,水力壓裂不會對近井地帶儲層造成傷害。石油圈原創www.h29736.cn

致密氣藏完井方案

致密氣井理想的完井方案是用最低的成本獲得最大的產氣量,其中完井成本包括了最初的完井成本和后期的作業成本。也就是說,經驗豐富的完井工程師們會嘗試提出一種全能的完井方案,且對作業者來說也是成本最低的方案。

完井設計過程中,我們通常會考慮產層的數量,這些產層被垂向的隔層分開。不同產層能否視為同一油藏一起進行增產處理,取決于壓裂裂縫能否將這么多的產層連通起來。如果一個產層與其他產層之間被細粉砂巖或者頁巖層分開,就需要用模型模擬來判斷裂縫能否連通所有的產層。

如果一條裂縫可實現多產層增產合采,并且多層合采時不會造成儲層傷害,那么就可以把多產層當做一個儲層來進行完井。一般情況下,在干氣藏中,多層合采不會損害儲層。事實上,多層合采時的產氣量會更大,因為多層合采會比分層開采時的枯竭壓力更低。

如果一層較厚(大于等于50英尺)的頁巖層能夠隔開兩個或者多個產層,并且其有足夠的地應力來抵抗垂直裂縫的擴展作用,那么工程師們在完井設計和實施增產措施時就應該考慮如何才能制造出更多的裂縫。在這種情況下,若要對所有儲層進行增產,就需要采用壓裂轉向技術。

致密氣藏油管設計

當產氣速率下降時,油管設計的兩個關鍵點就是管具能夠配合完成最佳壓裂方案和具備處理井筒積液的能力。我們必須解決這兩個難題,才能達到最佳完井設計。前面提過,如果水力壓裂不成功,那么致密氣井的鉆完井和開發生產都不能獲得理想的經濟效益??偟膩碚f,產量越高,壓裂就越成功,因此為了注入大量的壓裂液,我們傾向于使用大直徑油管。

當壓裂完成,井投產以后,產氣量就開始降低。所有的井,甚至干氣井,都會產生凝析液或水。無論產液量是多或少,最終都會形成井筒積液,產氣量也會隨之下降。由于井筒積液量會影響產氣速率,因此為了解決井筒積液的問題,我們需要使用小直徑油管。

因此,矛盾就產生了,即我們需要較粗的油管來滿足壓裂的需要,同時,我們又需要較細的油管來解決井筒積液的問題。由于不同油田的特點不同,因此他們的選擇也各不相同。

Gidley曾經提出,解決這個矛盾需要考慮許多因素,計算方法也有很多。在某些情況下,當油藏壓力等于或低于正常壓力時,我們可以進行套管壓裂,壓裂后下入小油管進行完井。但是,如果油藏壓力高于正常壓力,我們可能就需要在低于最優排量的排量下進行油管壓裂。

由于套管和油管設計以及優化油管設計這兩方面的內容非常復雜,很難在這里詳細完整的闡述清楚。但是,完井工程師們應盡量在氣井開鉆之前,就對其壓裂和完井進行設計。

如果完井工程師認為需要使用某種尺寸的套管或者油管來實施最優的完井方案,那么完井工程師就應該將這個信息反映給鉆井工程師。然后鉆井工程師再設計使用合適尺寸的鉆頭和套管,以滿足完井工程師的需求。如果井已經開鉆,生產套管已經下入并固定,如果此時再要求采用更粗的套管以實現更高質量的完井作業,那么為時已晚。

同樣的道理,在井開鉆之前也應該完成壓裂設計方案,合理估計造縫壓力需要考慮以下幾個因素:

1.套管尺寸;石油圈原創www.h29736.cn
2.壓裂排量;石油圈原創www.h29736.cn
3.壓裂液摩阻和密度。石油圈原創www.h29736.cn

各種完井情況下,壓裂作業的最大施工壓力都是一個非常重要的數據。鉆井工程師可以根據這一信息來選擇合理尺寸、重量級和鋼級的套管。如果由于套管無法承受施工壓力,而改變壓裂液的泵入量或粘度,那么此次壓裂作業通常是以失敗而告終。因此,在開鉆之前,就應該把這些問題考慮清楚,對套管進行合理設計,防止這些問題的發生,使作業者順利實施高質量的壓裂作業。

致密氣藏射孔需考慮因素

完井和壓裂作業中最難的一個步驟就是選擇怎樣的射孔方式??梢哉f,射孔作業沒有簡單的解決方案,最佳的射孔方案會因油藏性質的不同而存在差異。其中,有兩點是比較重要的,第一就是確定產層的數量和壓裂的級數,第二就是確定地應力的各向異性以及是否存在天然裂縫。

最近在石油行業的文獻資料中,有一個壓裂相關的話題頻繁提及,那就是“近井扭曲效應”,即:當在井筒附近產生多條裂縫時,就會產生近井裂縫的扭曲。通常,產生多條裂縫的原因是有天然裂縫存在,或是因為長射孔段上有方向各異、數量較多的孔眼。

當近井地帶產生多條裂縫時,這些裂縫的縫寬都會比單一裂縫的縫寬窄,當向這些較窄的裂縫中泵入支撐劑時就會出現問題。有很多這樣的案例,當發生近井扭曲時,近井地帶就會隨之出現砂堵現象。

有許多方法可減弱近井扭曲效應。最佳的方法可能就是減小射孔段的長度,并且將射孔相位角設為180度,與裂縫擴展方向保持一致(對于垂直裂縫來說,裂縫擴展方向垂直于最小水平主應力方向)。

對致密氣井進行射孔時,最關鍵的一點就是:射孔作業要有利于實施最佳的壓裂方案。因此,完井工程師必須選擇正確的層位,并在這些層位進行射孔,從而能夠在多級壓裂中使用轉向壓裂技術。

在有關射孔的很多文章中,對“每英尺應射多少孔才能保證生產指數不會因為射孔數量太少而減小”這一問題進行了分析討論。實際上,在需要壓裂的致密氣井中,不需要過多的考慮每英尺的射孔數,更重要的是,射孔數一定要與壓裂液的泵入速度相匹配。石油圈原創www.h29736.cn

經驗告訴我們,合理的射孔數量應滿足每個孔眼處的排量為0.25~0.5桶/分鐘。舉個例子,如果壓裂液的泵入量為20桶/分鐘,那么就應該考慮在射孔層位(也就是裂縫起裂的位置)下入40~80個孔眼的射孔槍。

總之,射孔越緊密越好,并且射孔相位角應該為180度,且應沿著地層的最大水平主應力,這對于水力壓裂來說是最好的方案。而最壞的方案就是在很長的距離內每英尺射4孔或者6孔。當很長的距離內有比較多的孔眼時,工程師們就會很難控制裂縫的起裂位置,也會增加生成多條裂縫的可能性。

譯者/王凱? 編輯/魏亞蒙

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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