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轉向劑可挖掘出非常規油藏中塵封的寶藏(上)

轉向劑可挖掘出非常規油藏中塵封的寶藏

摘要:在油藏滲透率降至新低之際,可生物降解的壓裂轉向劑提高了產量,降低了完井作業成本。

編譯丨TOM

水力壓裂與水平鉆井的完美聯姻,成功打破了經濟壁壘,使頁巖儲層可開發的滲透率極限,比2017年之前降低了兩個數量級,因此貼切的將其描述為“亞非常規”地層。

非常規油藏極其致密,產量遠不及早期開發的常規油藏,因此作業者背負著增加產量與降低完井作業成本的雙重壓力。由于這些超致密油藏對鉆遇率相當敏感,所以作業者們必須要延長壓裂段長度,和/或增加每個壓裂段內的油氣流量,同時縮短現場循環時間。本文中提及的壓裂段長度,應該理解為“壓裂段的有效段長”,這是因為壓裂段長度與射孔簇密度可能會對油藏的最大排水面積產生負作用。

針對非常規多級壓裂作業,毋庸置疑,可生物降解的壓裂轉向劑在一定程度上是一種最有效的工具,它能夠使作業者在更高的儲層產能與更低的完井作業成本、風險之間取得平衡。如下圖,壓裂轉向劑可有效地封堵射孔孔眼與井筒根部的裂縫簇,將壓裂液導向至中間層段以及井筒趾端的裂縫,而通常壓裂液難以進入這些裂縫。此外,可生物降解的轉向劑有助于緩解摩阻與壓力造成的套管完整性問題。

轉向劑可挖掘出非常規油藏中塵封的寶藏

現場數據證明,精心設計、可生物降解的壓裂轉向劑能夠實現橫向流動的均勻性,通??蓪a量提高18%至40%,進而提高了采收率,降低了超過12%的作業成本。

為了充分了解轉向劑在這些致密油藏的突出作用,有必要研究一下目前的滲透率范圍與相應的壓裂段長度。

滲透率與壓裂段長度

鑒于非常規油藏的最新發展趨勢,美國頁巖界正重新定義可接受的油藏性質。在2004年至2009年波動性快速發展期間,投產的含油頁巖層被粗略地描述為“昨日的干井”,該稱呼尖銳地將頁巖視為開發價值低的源巖。北德克薩斯州富含天然氣的Barnett頁巖,是第一個完全利用直井開發與生產油氣的儲層。水平井的初衷是為了避開水層,使水平段著陸于Barnett地層,并沿著水平段進行多級壓裂完井作業,意外的是,在此過程中產生了良好的經濟效益。因此,業內將Barnett油田作為范本,在其它區塊廣泛應用了其非常規水平完井技術。當然,隨著氣價的暴跌,這些技術也逐漸應用于油藏。

如今投產儲層的滲透率,與早期快速發展時期相比,至少要低一個或兩個數量級。業內研發出成本低、導流性高的支撐劑充填技術,以產生具有經濟效益的產量。事實上,大多數作業者都忽視了美國石油學會的指導方針,即要求支撐劑需適合對應的閉合應力大小,他們反其道而行之,選擇以非常小的裂縫間距(很多情況下為3米)進行壓裂。針對該議題,本文將使用12米(40英尺)作為射孔簇之間的最小間距。

準確地確定滲透率是另一項重要工作。在這些超致密儲層中,利用常規壓力瞬變法評估滲透率是一項困難且耗時的工作。泥漿記錄儀的視覺估算是一種更簡單的方法,但充其量只能提供數量級的近似值,并不能以任何置信度進行量化。

Pixler方法是最常用、更精確地確定滲透性的方法之一。Pixler方法使用氣相色譜讀數繪制C4與C5值(比重高的氣體)和總氣體的數學關系,這有時被稱為“濕度比”。重要的是要明白,在根據其他數據集(通常是核心數據)進行校準之前,這些值可定性而非定量的評定滲透率。因此,該比值的峰值代表了更高的滲透率。

還可針對緊密的間距,來提高項目的經濟效益。首先增加壓裂段的線性長度,然后優化壓裂段內的壓裂液分布。例如,先從每段內4個射孔簇開始考慮,然后將其改進為6個、8個或10個射孔簇。壓裂段從3級,每級12至36米(40至120英尺),逐漸提高至9級,每級12至110米(40至360英尺)。值得注意的是,在公式的初始構建階段頗為棘手,因為需考慮0米位置處的第一個射孔簇,逐漸增加到12米、24米,最終達到包含4個射孔簇的36米段長。

最重要的是,延長壓裂段長度,可減少循環作業次數,同時也降低了橋塞的需求量。在Delaware盆地,每套橋塞的價格從3900美元到6900美元不等,可節約的橋塞成本顯而易見。鋼絲繩作業隊伍的效率、泵服務公司的非生產時間費用以及套管分離風險的降低,進一步增加了成本的節約。

然而,縮短現場作業時間是迄今為止最具影響力的成本節約措施。以Delaware盆地的一家中型服務公司為例,該公司采用固定成本模型,即按時間與材料分別定價。在這種定價模式下,若現場總時長縮短12小時,成本將會降低12%左右。

為了充分獲得縮短作業時間的好處,泵入速度必須要比原設計更快,這將加快作業過程,且不會降低充填到裂縫中的支撐劑濃度。同樣,縮短循環時間可最大限度地降低套管分離的實際風險。因為每次向壓裂段泵送壓裂液,都會增加套管分離的風險。

套管完整性問題

跟部射孔簇與趾端射孔簇之間的管柱摩阻,是延長壓裂段所面臨的難題之一。摩阻的增加量與長度呈相對線性關系,這意味著,若段長從36米增加至110米,將會產生三倍的摩阻。以擁有10個射孔簇的壓裂段中管柱摩阻的變化為例,根據泵速的不同,跟部射孔簇與趾端射孔簇之間的摩阻差異,從最小41.4psig到140.4psig不等。這些值看起來微不足道,但當其附加到不同位置之間的閉合應力差異時,將會增加作業的復雜性,并降低張開所有射孔孔眼的能力。

下圖展示了Third Bone Spring井中水平最小主應力的實際對比,反映出各射孔簇之間最大閉合應力的明顯差異。該閉合應力與管柱摩阻相結合,隨著壓差的增加,可顯著改變段間的流動。

轉向劑可挖掘出非常規油藏中塵封的寶藏

自20世紀50年代末以來,限流射孔技術一直應用于增產領域,被認為是解決壓差問題的可行方法。利用該技術,井筒趾端的射孔孔眼多且大,而井筒跟部的射孔孔眼則更少且更小。然而,這種常見方法存在一定的局限性,主要是因為,檢測與緩解閉合應力差異的相關問題并未得到很好的解決,而且這些問題會隨著時間的推移,慢慢浮現出來。

將鉆井數據與神經網絡相結合,可提供合成測井曲線,進而獲得巖石性質,生成沿井筒的應力?;谶@些應力,作業者可優選射孔間距,以更好地利用“相似”應力,從而提高孔眼開度。然后,即可設計射孔段之間的最小壓降。該方法為可生物降解轉向劑的工程應用奠定了基礎,可在平均簇距與原始完井作業設計保持不變的同時,增加壓裂段的長度。

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