非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨.pdf
《非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、doi:10.11911/syztjs.2023023引用格式:蒋廷学.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨 J.石油钻探技术,2023,51(4):184-191.JIANGTingxue.Discussiononseveralkeyissuesofthenew-generationnetworkfracturingtechnologiesforunconventionalreservoirsJ.PetroleumDrillingTechniques,2023,51(4):184-191.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨蒋廷学1,2,3(1.页岩油气富集机理与有效
2、开发国家重点实验室,北京102206;2.中国石化页岩油气钻完井及压裂重点实验室,北京102206;3.中石化石油工程技术研究院有限公司,北京102206)摘要:体积压裂技术是实现非常规油气藏高效开发的关键,围绕有效改造体积及单井控制 EUR 最大化的目标,密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数不断强化,导致压裂作业综合成本越来越高。为此,开展了新一代体积压裂技术(立体缝网压裂技术)的研究与试验,压裂工艺逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式。为促进立体缝网压裂技术的发展与推广应用,对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限的确定、“压裂渗吸增能驱油”协同提高采收率的
3、机制、一体化变黏度多功能压裂液的研制、石英砂替代陶粒的经济性分析及“设计实施后评估”循环迭代升级的闭环体系构建等关键问题进行了探讨,厘清了立体缝网压裂技术的概念、关键技术及提高采收率机理,对于非常规油气藏新一代压裂技术的快速发展、更好地满足非常规油气藏高效勘探开发需求,具有重要的借鉴和指导意义。关键词:非常规油气藏;体积压裂;立体缝网压裂;立体缝网指数;压裂模式;参数优化;提高采收率中图分类号:TE357.1文献标志码:A文章编号:10010890(2023)04018408Discussion on Several Key Issues of the New-Generation Netwo
4、rk FracturingTechnologies for Unconventional ReservoirsJIANG Tingxue1,2,3(1.State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanism and Effective Development,Beijing,102206,China;2.Sinopec Key Laboratory of Shale Oil and Gas Drilling and Hydraulic Fracturing,Beijing,102206,China;3.Sinopec Res
5、earchInstitute of Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Beijing,102206,China)Abstract:Networkfracturingtechnologiesarethekeytotheefficientdevelopmentofunconventionalreservoirs.Thedegreeoftightspacing,theintensityofproppantinjection,thenumberoftemporarypluggingstages,andoperationparametersareconstantlyoptim
6、izedtomaximizetheeffectivestimulatedreservoirvolume(ESRV)andsingle-wellestimated ultimate recovery(EUR),ultimately adding to the increasingly high comprehensive costs of fracturingoperations.For this reason,new-generation network fracturing technologies(namely,three-dimensional fracturenetworkfractu
7、ringtechnologies)wereinvestigatedandtested.Regardingthedevelopmentofthefracturingprocess,amodeof“moderatetightspacing,high-intensityproppantinjectiontomulti-scalefractures,multi-stagedualtemporaryplugging,andwhole-processlayer-penetrating”wasgraduallyusheredintopractice.Severalkeyissueswerediscussed
8、tofurtherthedevelopment,promotion,andapplicationofthree-dimensionalfracturenetworkfracturingtechnologies.Theseissuesinvolvedthecharacterizationofthree-dimensionalfracturenetworks,thedeterminationofthefracturingmodeandparameterboundaries,thesynergisticenhancedoilrecovery(EOR)mechanismof“fracturing-im
9、bibition-energyenhancement-oildisplacement”,integratedmulti-functionalfracturingfluids,theanalysisoftheeconomic收稿日期:2022-12-29;改回日期:2023-02-06。作者简介:蒋廷学(1969),男,江苏东海人,1991 年毕业于石油大学(华东)采油工程专业,2007 年获中国科学院渗流流体力学研究所流体力学专业博士学位,正高级工程师,中国石化集团公司首席专家,主要从事水力压裂理论及技术研究工作。系本刊编委。E-mail:。基金项目:国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目“
10、海相深层油气富集机理与关键工程技术基础研究”(编号:U19B6003-05)资助。第51卷第4期石油钻探技术Vol.51No.42023年7月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESJul.,2023efficiencyofreplacingceramsitewithquartzsand,andtheestablishmentofaclosed-loopsystemupgradedbycycliciterationof“design-implementation-post-fracevaluation”.Inthisway,theconcepts,keytechnologies,
11、andtheEORmechanismofthethree-dimensionalfracturingtechnologieswereclarified.Importantreferenceandguidancecanbeprovidedbythispaperfortherapiddevelopmentofnew-generationfracturingtechnologiesforunconventionaloilreservoirs and better fulfillment of the requirements for efficient exploration and develop
12、ment of unconventionalreservoirs.Key words:unconventionalreservoirs;networkfracturing;three-dimensionalfracturenetworkfracturing;three-dimensionalfracturenetworkindex;fracturingmode;parameteroptimization;enhancedoilrecovery非常规油气藏是一种“人工油气藏”1,主要靠水平井及体积压裂技术实现有效勘探开发23。目前,在地质工程一体化设计47、实施与后评估的基础上812,体积压裂技
13、术已由 1.0 版向 2.0 版转变13,主要表现为从早期追求的复杂裂缝、由多个复杂裂缝组成的缝网,向差异化全域沟通非均匀甜点分布区的平面缝网转变,其技术关键为“密切割1418、强加砂1921和暂堵转向2229”。随着密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数的不断强化,虽然油气井压裂效果得到提升,但压裂作业综合成本居高 不 下,且 压 后 效 果 及 单 井 预 计 最 终 采 收 率(estimatedultimaterecovery,EUR)并没有达到预期目标。因此,为满足非常规油气藏高效开发的需求,开展了新一代体积压裂技术(立体缝网压裂技术)的研究与试验,压裂工艺由早期的“密切割、强加砂
14、、单级暂堵、近井筒穿层”模式,逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式,配套滑溜水压裂液的性能也由早期的中等降阻率和中等携砂能力,发展到一体化、变黏度、高降阻率和强携砂能力3031。目前,立体缝网压裂技术现场应用已获得成功,压裂后的测试产量及单井 EUR 等都有较大幅度的提高,但是,对于立体缝网评价、压裂模式及参数优化等关键问题,仍然存在认识不清的问题。为此,对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限确定、一体化变黏度多功能压裂液的研制及石英砂替代陶粒的经济性分析等关键问题进行了探讨,以进一步完善立体缝网压裂技术体系,更好地满足非常规油气藏经济高效开发的需求。1立体缝网指
15、数的概念及计算模型立体缝网是相对于常规平面缝网而言的,是指由不同尺度且纵横交互的水力裂缝所构成的三维裂缝网络。在压后一定时间内,理想状况下,立体缝网的渗流波及体积既可以确保单井控制体积内不存在流动死区,又可以避免相邻裂缝间的渗流干扰(即不存在过度改造问题),但准确表征立体缝网渗流波及体积的难度很大。为此,提出了用立体缝网指数(立体缝网的渗流波及体积与单井控制体积的比值)来表征水力压裂形成的“人工油气藏”破碎程度的方法。显然,立体缝网指数介于 0 和 1 之间,其值越大,表示储层改造的效果越好,当其值为1 时,表示储层改造后形成了理想状况下的完美缝网;当其值为 0 时,表示储层处于未经压裂改造的
16、原始状态。实际上,立体缝网指数的概念借鉴了常规的裂缝复杂性指数32。裂缝复杂性指数是地面微地震监测的裂缝带宽与带长的比值,主要用于直井单层压裂的裂缝表征,只存在主裂缝与转向支裂缝 2 种裂缝尺度的情况。由于水平井分段分簇压裂后会同时存在主裂缝、转向支裂缝及三级微裂缝,常规裂缝复杂性指数无法准确表征其裂缝的复杂性,为此,采用“五因子”参数对其进行了修正,计算模型为:FCI=Il(1+Iw)Ih(1+Ifi)(1+Ie)Al2(1)其中Il=lL(2)Iw=wl0w(x)dxlW(3)Ih=wl0h(x)dxlH(4)Ifi=Hh+T(5)Ie=vuuuuutni=1(liD)2nD(6)D=ni
17、=1lin(7)第51卷第4期蒋廷学.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨185FCIIll,LIww(x)WIh(x)HIfiHhIeli式中:为主裂缝与转向支裂缝或转向支裂缝与三级微裂缝间的裂缝复杂性指数;为缝长因子;分别为某种尺度裂缝的缝长和和预期的理想缝长,m;为缝宽因子;为动态缝宽随缝长变化的函数,m;为平均动态缝宽,m;为缝高因子;h为动态缝高随缝长变化的函数,m;为平均动态缝高,m;为诱导应力干扰因子;为诱导应力作用后最大水平主应力与最小水平主应力的差,MPa;为原始最大水平主应力与最小水平主应力的差,MPa;T 为目标井层的岩石抗拉强度,MPa;为多簇裂缝均衡扩展因
18、子;n 为某段射孔簇数;为某簇裂缝造缝半长,m;D 为某段多簇裂缝平均造缝半长,m。当考虑主裂缝、转向支裂缝及三级微裂缝时,立体缝网指数的计算模型为:FCI=FCI(w1,w2)T(8)FCIw1,w2式中:为立体缝网指数;分别为主裂缝与转向支裂缝形成的复杂裂缝及转向支裂缝与三级微裂缝形成的复杂裂缝的权重,一般采用专家评判法或灰色关联度法进行求取。采用 2 口井的数据计算了裂缝复杂性指数和立体缝网指数,其数据与结果见表 1。由表 1 可知,立体缝网指数与压后无阻流量的正相关性更强,因此,在进行立体缝网压裂设计时,只要追求立体缝网指数的最大化,即可获得压后单井 EUR 的最大化。表 1 2 口井
19、的立体缝网指数计算结果及其压后无阻流量Table 1 Calculated three-dimensional fracture network indexes and post-frac open flow rate of two wells井名水平段长/m排量/(m3min1)单段液量/m3V1/m3r1/mr2/mm1/条m2/条FCIFCI无阻流量/(104m3d1)A井100810121331260.012.53.26180.1320.29316.74B井100312141545312.612.72.68230.1450.43621.18注:V1为转向支裂缝及三级微裂缝中的压裂液体积
20、;r1和r2分别为转向支裂缝和三级微裂缝半长;m1和m2分别为转向支裂缝和三级微裂缝数量。2“压裂渗吸增能驱油”协同提高采收率的机制非常规油气井一般需要进行一次性大规模体积压裂才能投产,且后期采用衰竭式开发模式,这相当于将常规开发模式中压裂注水(气)补充地层能量均匀贯穿于油气井全生命周期的做法,转换为集中于压裂施工周期内一次性作业来完成。换言之,将常规开发模式中后期的大量注入水,提前到压裂施工作业周期内完成。此时,体积压裂改造的作用,不仅体现在压裂施工周期内对储层岩石的水力造缝改造(改变压后油气渗流流动型式和流动阻力),也同时体现在更长周期内对储层岩石的水化渗吸改造(改善压裂液渗吸波及范围内的
21、基质孔渗)。非常规油气藏的岩石基质喉道半径极小,使压裂开发全生命周期内毛管力渗吸作用超强,这为“压裂渗吸增能驱油”协同提高采收率提供了可能。需要指出的是,“压裂渗吸增能驱油”协同提高采收率的核心是渗吸带来的扩孔增渗效应大于因黏土水化膨胀导致的孔渗降低效应。因此,可将裂缝壁面附近大量的压裂液通过渗吸作用驱替到远井储层岩石基质孔喉中,这样既降低了水锁伤害的可能性,又进一步增加了远井储层的整体孔隙压力,如果再配合应用具有驱油功能的压裂液,可达到协同提高采收率的效果。考虑到目前的渗吸强度(即单位岩石体积内的渗吸液量)存在临界值,高于该临界值后,渗吸的速度及压裂液量等都会快速降低,同时会带来裂缝壁面的水
22、锁效应和压裂液返排周期的大幅度增长。因此,采用目标井的储层岩心,综合考虑渗吸全生命周期内的压力、温度、天然裂缝发育情况、压裂液类型及配方等影响因素,进行临界渗吸强度优化,对确定最佳的压裂液用液强度,具有十分重要的理论价值和现实指导意义。进一步来说,如果能通过室内带压渗吸试验结果建立相应的渗吸数学模型,并与考虑水力裂缝的油气藏数值模型相耦合,可提高单井压后产量与EUR 的预测精度、压后返排参数优化的科学性,也可为地质工程一体化压裂优化设计,带来全新的视角和研究领域。3立体缝网压裂模式及参数界限优化新一代体积压裂技术以立体缝网指数最大化为目标函数,同时考虑经济性约束条件,压裂工艺向186石油钻探技
23、术2023年7月“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级高效双暂堵、全程裂缝穿层”的模式转变。3.1 由一味密切割向适度密切割转变理论上讲,簇间距越小,压后产量及 EUR 越高。目前,国内油气井压裂的簇间距已由早期的15.025.0m 逐渐减短至 5.010.0m 甚至更短。但随着簇间距进一步缩短,相邻裂缝间的流动干扰效应也进一步增大,则压后产量的增加幅度也越来越平缓,影响了投入产出比。因此,对特定储层而言,并非簇间距越短越好,而是存在一个临界簇间距,使油气井的压裂投入产出比最低。此外,从诱导应力干扰角度而言,簇间距越短,相邻裂缝间诱导应力的干扰效应越大,甚至可能会影响相应射孔簇裂缝的正常起裂与延
24、伸。因此,在优化簇间距时,应综合考虑流动干扰效应与诱导应力干扰效应,以大于临界簇间距为基础,再结合经济性分析评价,最终确定目标井合理的簇间距,即进行“适度密切割”。需要强调的是,“适度密切割”还应与天然裂缝的发育程度相匹配,特别是在天然裂缝与人工主裂缝存在一定夹角的情况下。显然,天然裂缝越发育,簇间距应越长,否则,可能发生储层过度改造的问题。3.2 由一味强加砂向多尺度裂缝强加砂转变目前,提高加砂强度也是压裂技术的一个发展趋势,已由早期的 1.02.0t/m逐渐提至 3.04.0t/m甚至更高。国内外大量统计资料也证实,提高加砂强度确实有利于延长压裂稳产期、提高 EUR。但油气藏模拟研究表明,
25、裂缝导流能力(与加砂强度呈现出很好的对应关系)提高到某个临界值后,压后产量的增加幅度就会大幅度减缓。因此,对特定的目标井层而言,应存在临界加砂强度,在提高压后产量的同时使投入产出比最低。为提高加砂强度,目前国内外主要采用了长段塞加砂或连续加砂方式,这对国外构造平缓、水平应力差相对较小的储层是合适的,因为主裂缝与转向支裂缝的动态缝宽非常接近,长段塞或连续加砂模式可以同时实现不同尺度裂缝的强加砂效果。但对于国内以构造挤压为主、两向水平应力差相对较大的储层而言,因为主裂缝与转向支裂缝的动态缝宽的差异性较大,导致绝大部分支撑剂都滞留堆积于人工主裂缝,而进入转向支裂缝的支撑剂较少。另外,由于绝大部分支撑
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 常规 油气藏 新一代 体积 技术 几个 关键 问题 探讨
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。