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【本周專題:壓裂】定點壓裂技術:高密度完井效率百分百

【本周專題:壓裂】定點壓裂技術:高密度完井效率百分百

定點壓裂(2006-?),用于頁巖油氣開采,可大幅提升裂縫簇效率。

來自 | E&P
編譯 | 周詩雨

為了提高非常規井的經濟效益,許多公司現在都在追求高密度完井,即更多的儲層射孔點,單位水平段內更多的支撐劑。在幾年前,一個500萬磅量的壓裂施工就可以算得上是一個大型的完井作業了;而現在,1000萬磅量級的施工都不稀奇,一些油公司甚至還在測試更大規模的作業。而這背后的原因是,人們相信,更大的壓裂體量可以改造更多的儲層體積,從而轉化為更高的產量。只要租售合同允許,在完井密度增大的同時,水平段的長度增加至了3000米甚至更長。人們希望以此來獲得更高的估算最終儲量,提高經濟回報。

在高密度完井的實現上,通常選用的方法是多級橋塞射孔(PNP)完井,因為該方法可以提供很高的泵速,而人們通常認為,在大型壓裂作業中高泵速是必須的。當年頁巖革命開始的時候,PNP便成為作業者首選的壓裂方法,迄今為止它仍然被用于大多數非常規井的完井中。

連續油管(CT)定點壓裂是2006年出現的技術。它采用高速噴砂技術對套管進行射孔,然后壓裂液和支撐劑被泵入連續油管和套管之間的環空中,每次壓開一“簇”裂縫。相比于橋塞射孔,這種定點壓裂技術能夠更好地控制壓裂位置和支撐劑投置位置。四年后,NCS Multistage公司推出了注水泥套管滑套,這種定點壓裂技術與水力射孔相比,能夠被更快更有效地操作。從2010年開始,NCS Multistage 連續油管多級壓裂系統被用于全世界超過7800口非常規井中,其中用于裂縫壓裂的NCS套管滑套使用量超過了120000個。

定點壓裂

雖然橋塞射孔仍然是最常見的多級完井壓裂方法,但加拿大的許多油田也會選擇連續油管定點壓裂系統。在美國,對該系統的認可度也在不斷上升,因為與橋塞射孔完井相比,定點壓裂的特點和功能決定了它能更好地提高井的近期和長期表現。

NCS多級定點壓裂能夠實現每口井內、以及不同井內,在整個水平段的均勻、一致、重復的裂縫壓裂,有助于人們針對給定油田和儲層制定壓裂施工設計和油田開發方案。因為定點壓裂每次只壓裂一簇裂縫,因此裂縫的起裂點以及每條裂縫內流體和支撐劑的泵入量都能夠被準確獲知,并且彼此之間是具有一致性的。該方法所壓裂出裂縫簇的效率基本上可以達到100%;而橋塞射孔就要低得多,多達40%的裂縫簇都對產量沒有貢獻。

定點壓裂系統的井下鉆具組合(BHA)含有測量儀/記錄器,用于橋塞(將壓裂區與下部未壓裂區分隔開來)上下壓力溫度數據的收集。所記錄下來的壓力溫度數據可用于完井結束后,對壓裂施工的質量進行評價,幫助作業者理解所壓裂的級數和彼此之間的連通關系。

NCS的MultiCycle滑套可以根據需要進行打開和關閉,不僅可以實現完井過程中的井控,還可以實現生產過程中包括修井、重復壓裂以及提采方案的實施。而橋塞射孔井眼則是是“打開一次即是永遠”(open once, forever)。

井筒中的連續油管可以實現正反兩個方向的循環,能夠在發生砂堵后進行高效的井筒清理作業。因此作業人員能夠以最小的風險,實施大參數的壓裂施工方案。

在整個壓裂過程中,連續油管管柱會將實際的壓裂區壓力數值傳送到地面。這些數值一方面能夠幫助作業人員對壓裂進展進行實時監測,另一方面也為壓裂建模和施工改進提供了精確的壓力數值。

高密度壓裂

雖然定點壓裂具有很多優點,但通常認為它并不適合高密度完井。然而,最近的技術發展和現場實施效果都說明了,用定點壓裂技術進行高強度完井是技術可行的,同時也是經濟可行的。因此舊的觀念正在發生改變。

在高密度完井中,需要大量的支撐劑。NCS定點壓裂系統在每口井中能夠泵入超過150萬磅的壓裂砂,這也顯示了其井下鉆具組合的穩定性和耐用性。

【本周專題:壓裂】定點壓裂技術:高密度完井效率百分百

高密度完井的關鍵是增加壓裂的級數,并讓各級之間的間隔更小。同時,還要防止各級之間產生溝通,降低裂縫網絡的有效性。在一口井中滑套數量最多可高達156個,這就相當于橋塞射孔了39級,每一級有4個裂縫簇。

井下鉆具測量儀/記錄器所存儲的井底壓力溫度數據,能夠檢測和說明目標區域是否溝通了下方的井筒。這些信息有助于施工人員確定最小的壓裂級間距,最大限度地增加儲層改造體積,而這也是高密度完井的目標。

怎么解決流量的問題?

橋塞射孔中,當泵入壓裂液和支撐劑的時候,套管整個的橫截面積都是可用的。而定點壓裂在井筒中放置了連續套管,因此相比之下最大流量必然受到了限制。橋塞射孔作業中,流量能夠達到100桶/分鐘,如果泵的功率足夠大,還能夠更高。為了與定點壓裂的泵入能力進行對比,橋塞射孔中所用的總流量需要除以壓裂的簇數。例如,往四簇裂縫中泵入100桶/分鐘,大致相當于每簇的泵入量為25桶/分鐘。相比之下,由于定點壓裂的噴射只集中在某一簇,因此定點壓裂的單位裂縫注入速率更高。

NCS Multistage對上層BHA的流通部件進行了改進。根據目前的計算,在5.5英寸的套管中,單一裂縫起裂點的最大流量可達到80桶,在4.5英寸的套管中為50桶。

避免井沖擊,無憂高密度

在優化井距、追求高密度開發的道路上,井沖擊現象是人們很擔心的一個點。井沖擊現象是指在多簇壓裂時,某一簇先被壓開,導致比其他簇接納了更多的流體和支撐劑,變成了一個“超級簇”,裂縫長度大大超過所設計的裂縫半長,并延伸到了近鄰生產井。這就可能會導致產量的下降和舉升設備受損。井距越密,井沖擊現象越嚴重。

人們可以采取預防措施來保護現有生產井,例如關井或者通過給油井增壓,在其周圍建立一個“壓力盾”。然而這些方法也是有風險的,同時還會增加總體成本。預防井沖擊最好的方法,是在壓裂時就將裂縫長度控制住。

如前所述,定點壓裂每次只壓裂一簇,因此作業人員可以準確地監測到有多少流體和支撐劑被泵入到了每條裂縫中。 這樣就能實現整個水平段上所壓裂的裂縫長度一致,最大限度地抑制了“超級簇”或“偏離縫”的產生。

由于油公司在想辦法改善經濟效益,因此非常規井的水平段也越來越長。在租賃合同允許的條件下,3000米都是很常見的。定點壓裂也一直緊跟著趨勢,綜合利用作業技巧和技術改進。趾端孔、泵槍和橋塞的使用大大擴展了連續油管在水平段中的應用范圍。迄今為止,NCS Multistage定點壓裂技術已經成功完成了30口水平段為3000米或更長的井,其中最長的達到了4069米(13,352英尺)。

通過被測試使用于更高的完井密度、更長的水平段,以及更高的井密度,連續油管定點壓裂技術都被證明是一款合格的完井技術。它不僅能夠幫助油公司實現產量和經濟目標,同時還有助于完井設計和油田開發方案的優化,避免井沖擊現象,實現良好的井眼管理,并從中獲益。

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