Pinedale背斜地區多層致密氣藏增產措施效果

編譯:張輝 (大慶油田有限責任公司第五采油廠)

審校:楊為華 (大慶油田有限責任公司第五采油廠)

Pinedale背斜地區多層致密氣藏增產措施效果

編譯:張輝 (大慶油田有限責任公司第五采油廠)

審校:楊為華 (大慶油田有限責任公司第五采油廠)

在美國致密氣藏,正以一個不斷增長的速率開采。最近美國的幾個致密氣藏正在進行多層合采,且證明是經濟可行的。Pinedale背斜地區在確定最佳增產措施時面臨著挑戰,在70個分散的砂巖地層要進行22次增產處理,層段厚度超過6 000 ft。因滲透率變化幅度達兩個數量級,孔隙壓力梯度在0.22～0.83 psi/ft范圍內變化,儲層評價十分復雜。

傳導率 毛孔壓力梯度 有效裂縫

1 簡介

Wyoming南部 Pinedale背斜的開發在過去幾年進展很快。大規模水力壓裂 (MHF)措施是這個地區致密氣砂巖儲層增產達到經濟價值水平的唯一手段。一般來說每口井需要14～22次MHF處理以從潛力層中獲得有效的生產。通常每口井需要200×104lbm(1 lbm=0.454 kg)以上的支撐劑來實現壓力支撐,這對于經營者來說是一項很高的投資。因此評估增產與使用的壓力支撐物劑的關系對油田收益有很大的影響。

2 數據分析

在此次分析中包含11口井共172個壓裂處理層段的生產和完井資料。生產資料得到更新,所有11口井至少有兩條生產測井曲線,其中一條是井生產初期測量的。在儲層模擬評價中使用了所有井詳細的生產歷史資料,壓裂處理中使用了六種不同的壓裂支撐劑。

3 儲層模擬

對于單層的致密氣儲層來說,壓裂和儲層屬性一般通過生產數據分析得出,其分析方法包括:分析終端壓力為常量的遞減曲線、與常量終端速率曲線的擬合、與單層分析模擬器的自動歷史擬合。單層分析能夠預測原始氣體滲透性、裂縫半長、裂縫傳導性和泄流面積,而這些是評價裂縫處理成功性,選擇重新改造目標,優選裂縫處理措施,預測將來生產情況以及評估儲量的重要參數。

對Pinedale背斜區域的混合多層非常規氣儲層而言,僅有生產數據不能提供足夠的信息來評價單個儲層的性質。使用分析單個儲層的方法來分析多層儲層的數據,但是結果只能反映出等效于單一儲層的有效屬性。Pinedale背斜情況更為復雜,因為其具有顯著變化的滲透率以及毛孔壓力梯度,因此這種儲層模擬的結果不能用來評價多儲層單層的增產效果。

生產測井曲線能測量多儲層某一時間點上井眼流體速率、流動井眼壓力與深度的關系。生產測井數據提供了地表生產數據不能提供的反映單層儲層的大量信息。由于每一個儲層對于總流體速率的相對貢獻是隨時間變化的,在不同的時間點給出各生產曲線,從而獲得單層貢獻產率的變化。

本次研究中,使用一個新的完全耦合的儲層/井眼單井分析模擬器對多儲層非常規氣儲層的單層特性進行評估,它可同時對生產數據和生產測井數據自動進行歷史擬合。通過多條生產測井曲線數據與地面生產數據的歷史擬合,模擬器能準確評價單層屬性,如滲透性、裂縫長度及泄流面積,這些對于比較裂縫處理設計及不同支撐劑使用的增產效果非常關鍵。

圖1 生產歷史擬合實例井

總體上井的生產趨勢通過每個層段的模擬來擬合。每個層段的生產歷史要與生產曲線開始記錄時的生產曲線數值進行擬合。儲層模型通過改變滲透率、有效裂縫半長及泄流面積取得生產歷史和生產曲線的擬合。圖1、圖2、圖3是生產擬合實例。

4 支撐劑

本次研究中使用了六種壓裂支撐劑來處理172個層段,分別為砂、兩種樹脂涂層砂、兩種中等強度陶瓷材料支撐劑和一種經濟的輕質陶瓷支撐劑。操作者通過軟件分析參數敏感性,比較鄰井特性,及完井成本管理等方面來選擇壓裂支撐劑。

每個支撐劑包裝上都標有實驗室測試得到的傳導率和壓力的關系基線。由于每種支撐劑都是用于油田中不同的壓力環境,所以知道每種支撐劑的傳導率隨應力的變化非常重要。分析中比較了實驗室傳導率數據 (由常見的乘法器來修正)與從模擬結果獲得的裂縫傳導率數據。

儲層模擬生產歷史擬合過程能提供儲層滲透率值和每個儲層的有效裂縫半長,它通過使用一個無窮大傳導率的裂縫擬合而來。但是在實際油田中這樣的裂縫是不存在的,需要了解有限傳導率和裂縫長度以評價模擬效果。使用無窮大傳導率裂縫能對每個層段的增產效果做直接的比較。以儲層模擬分析中得出的有效裂縫半長為基礎,完成的層段中只有略多于10%的層段的有效裂縫半長大于300 ft (1 ft=30.48 cm)。這表明如果支撐長度大于分析結果,則說明裂縫為有限傳導率裂縫或者壓裂的處理失敗。同時也要注意出砂或者注入失敗而不能完井的處理點。

儲層模擬分析能提供儲層滲透性和有效裂縫半長信息,獲得這些信息后就能評價裂縫傳導率,因為事先設想裂縫有無窮大的傳導性,這可能是裂縫傳導性的下限。但是所有的裂縫都表現為有限的傳導性,因為它們的長度比想象的要短,所以地層裂縫傳導性也將有一個上限。

傳導率值的分布變化范圍很廣。標記以下30%的數據與標記以上30%的數據顯然不相交,這就需要另外的分析。傳導率差的一個原因是在傳導時支撐劑傳導流體凈化得不徹底,另外非常低的傳導率數據也可能是完井污染造成的。一些數據表明,一口井眼中完井的層段數越多,平均增產效果越低,這可能意味著完井過程中將裂縫段破壞。在施工和完井過程中加強了投資和精力的投入,以便在實施增產、鉆井、回流作業過程中減少機械和操作造成的層間竄流,從而在混合完井過程中減少潛在的破壞。

5 傳導率

繪制出裂縫的傳導率與支撐劑上地層壓力的關系曲線,這樣能為不同支撐劑提供一個合理的性能比較方法。分析表明,地層壓力在7 000～8 500 psi(1 psi=6.895 kPa)時表現為低性能層段。檢測的每個支撐劑的傳導性能差異是明顯的,但是這種變化仍然以實驗預測數據為中心,這表明每種支撐劑的傳導率與其設計值是一致的。傳導率明顯的不同表明以下幾點:

◇某一區域內很難放置足夠的濃度一致的支撐劑;

◇難以排除流體流動中傳導率的損失;

◇在 Pinedale沉積環境中難以解決地層滲透率、裂縫屬性以及儲層幾何形態的變化性;

◇還有些沒有考慮到的因素。

與實驗測量值相比,實際中極低的傳導率值表明應該檢查研究措施設計和支撐裂縫幾何形態,以確定是否能從措施設計著眼改進而不僅僅是從支撐劑選擇方面考慮。實際上每一種支撐劑的使用都像預測的一樣,這就意味著每種支撐劑的經濟價值都能量化,因為措施增產效果是傳導率的函數。

6 傳導率的經濟收益

傳導率直接與措施增產效果有關。如果有限傳導裂縫的傳導率相對于無限傳導裂縫能增加25%,那么有效裂縫半長將相應增加25%。在相同的應力下選擇傳導率多25%的支撐劑能實現裂縫傳導率相應地增加25%。另外,處理設計的改變也能增加裂縫中支撐劑的應力承受能力。減少潛在支撐劑傳輸流體的損害也得考慮。最后選擇經濟效益最佳的方法。

通過儲層模擬模型來修正歷史擬合的裂縫參數,直到獲得最有效的裂縫半長以檢測模擬效果,模擬效果的增加是以傳導率的增加而體現出來的。修正中選擇了低、中、高產率的實例生產井,測試了有效裂縫半長分別增加10%、25%、50%的情況。圖4給出了預期的第一年增加的氣體產量。

圖4 預期的氣體產量

資料來源于美國《JPT》2006年10月

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.10.010

2009-05-07)