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【本周专题:压裂】定点压裂技术:高密度完井效率百分百

【本周专题:压裂】定点压裂技术:高密度完井效率百分百

定点压裂(2006-?),用于页岩油气开采,可大幅提升裂缝簇效率。

来自 | E&P
编译 | 周诗雨

为了提高非常规井的经济效益,许多公司现在都在追求高密度完井,即更多的储层射孔点,单位水平段内更多的支撑剂。在几年前,一个500万磅量的压裂施工就可以算得上是一个大型的完井作业了;而现在,1000万磅量级的施工都不稀奇,一些油公司甚至还在测试更大规模的作业。而这背后的原因是,人们相信,更大的压裂体量可以改造更多的储层体积,从而转化为更高的产量。只要租售合同允许,在完井密度增大的同时,水平段的长度增加至了3000米甚至更长。人们希望以此来获得更高的估算最终储量,提高经济回报。

在高密度完井的实现上,通常选用的方法是多级桥塞射孔(PNP)完井,因为该方法可以提供很高的泵速,而人们通常认为,在大型压裂作业中高泵速是必须的。当年页岩革命开始的时候,PNP便成为作业者首选的压裂方法,迄今为止它仍然被用于大多数非常规井的完井中。

连续油管(CT)定点压裂是2006年出现的技术。它采用高速喷砂技术对套管进行射孔,然后压裂液和支撑剂被泵入连续油管和套管之间的环空中,每次压开一“簇”裂缝。相比于桥塞射孔,这种定点压裂技术能够更好地控制压裂位置和支撑剂投置位置。四年后,NCS Multistage公司推出了注水泥套管滑套,这种定点压裂技术与水力射孔相比,能够被更快更有效地操作。从2010年开始,NCS Multistage 连续油管多级压裂系统被用于全世界超过7800口非常规井中,其中用于裂缝压裂的NCS套管滑套使用量超过了120000个。

定点压裂

虽然桥塞射孔仍然是最常见的多级完井压裂方法,但加拿大的许多油田也会选择连续油管定点压裂系统。在美国,对该系统的认可度也在不断上升,因为与桥塞射孔完井相比,定点压裂的特点和功能决定了它能更好地提高井的近期和长期表现。

NCS多级定点压裂能够实现每口井内、以及不同井内,在整个水平段的均匀、一致、重复的裂缝压裂,有助于人们针对给定油田和储层制定压裂施工设计和油田开发方案。因为定点压裂每次只压裂一簇裂缝,因此裂缝的起裂点以及每条裂缝内流体和支撑剂的泵入量都能够被准确获知,并且彼此之间是具有一致性的。该方法所压裂出裂缝簇的效率基本上可以达到100%;而桥塞射孔就要低得多,多达40%的裂缝簇都对产量没有贡献。

定点压裂系统的井下钻具组合(BHA)含有测量仪/记录器,用于桥塞(将压裂区与下部未压裂区分隔开来)上下压力温度数据的收集。所记录下来的压力温度数据可用于完井结束后,对压裂施工的质量进行评价,帮助作业者理解所压裂的级数和彼此之间的连通关系。

NCS的MultiCycle滑套可以根据需要进行打开和关闭,不仅可以实现完井过程中的井控,还可以实现生产过程中包括修井、重复压裂以及提采方案的实施。而桥塞射孔井眼则是是“打开一次即是永远”(open once, forever)。

井筒中的连续油管可以实现正反两个方向的循环,能够在发生砂堵后进行高效的井筒清理作业。因此作业人员能够以最小的风险,实施大参数的压裂施工方案。

在整个压裂过程中,连续油管管柱会将实际的压裂区压力数值传送到地面。这些数值一方面能够帮助作业人员对压裂进展进行实时监测,另一方面也为压裂建模和施工改进提供了精确的压力数值。

高密度压裂

虽然定点压裂具有很多优点,但通常认为它并不适合高密度完井。然而,最近的技术发展和现场实施效果都说明了,用定点压裂技术进行高强度完井是技术可行的,同时也是经济可行的。因此旧的观念正在发生改变。

在高密度完井中,需要大量的支撑剂。NCS定点压裂系统在每口井中能够泵入超过150万磅的压裂砂,这也显示了其井下钻具组合的稳定性和耐用性。

【本周专题:压裂】定点压裂技术:高密度完井效率百分百

高密度完井的关键是增加压裂的级数,并让各级之间的间隔更小。同时,还要防止各级之间产生沟通,降低裂缝网络的有效性。在一口井中滑套数量最多可高达156个,这就相当于桥塞射孔了39级,每一级有4个裂缝簇。

井下钻具测量仪/记录器所存储的井底压力温度数据,能够检测和说明目标区域是否沟通了下方的井筒。这些信息有助于施工人员确定最小的压裂级间距,最大限度地增加储层改造体积,而这也是高密度完井的目标。

怎么解决流量的问题?

桥塞射孔中,当泵入压裂液和支撑剂的时候,套管整个的横截面积都是可用的。而定点压裂在井筒中放置了连续套管,因此相比之下最大流量必然受到了限制。桥塞射孔作业中,流量能够达到100桶/分钟,如果泵的功率足够大,还能够更高。为了与定点压裂的泵入能力进行对比,桥塞射孔中所用的总流量需要除以压裂的簇数。例如,往四簇裂缝中泵入100桶/分钟,大致相当于每簇的泵入量为25桶/分钟。相比之下,由于定点压裂的喷射只集中在某一簇,因此定点压裂的单位裂缝注入速率更高。

NCS Multistage对上层BHA的流通部件进行了改进。根据目前的计算,在5.5英寸的套管中,单一裂缝起裂点的最大流量可达到80桶,在4.5英寸的套管中为50桶。

避免井冲击,无忧高密度

在优化井距、追求高密度开发的道路上,井冲击现象是人们很担心的一个点。井冲击现象是指在多簇压裂时,某一簇先被压开,导致比其他簇接纳了更多的流体和支撑剂,变成了一个“超级簇”,裂缝长度大大超过所设计的裂缝半长,并延伸到了近邻生产井。这就可能会导致产量的下降和举升设备受损。井距越密,井冲击现象越严重。

人们可以采取预防措施来保护现有生产井,例如关井或者通过给油井增压,在其周围建立一个“压力盾”。然而这些方法也是有风险的,同时还会增加总体成本。预防井冲击最好的方法,是在压裂时就将裂缝长度控制住。

如前所述,定点压裂每次只压裂一簇,因此作业人员可以准确地监测到有多少流体和支撑剂被泵入到了每条裂缝中。 这样就能实现整个水平段上所压裂的裂缝长度一致,最大限度地抑制了“超级簇”或“偏离缝”的产生。

由于油公司在想办法改善经济效益,因此非常规井的水平段也越来越长。在租赁合同允许的条件下,3000米都是很常见的。定点压裂也一直紧跟着趋势,综合利用作业技巧和技术改进。趾端孔、泵枪和桥塞的使用大大扩展了连续油管在水平段中的应用范围。迄今为止,NCS Multistage定点压裂技术已经成功完成了30口水平段为3000米或更长的井,其中最长的达到了4069米(13,352英尺)。

通过被测试使用于更高的完井密度、更长的水平段,以及更高的井密度,连续油管定点压裂技术都被证明是一款合格的完井技术。它不仅能够帮助油公司实现产量和经济目标,同时还有助于完井设计和油田开发方案的优化,避免井冲击现象,实现良好的井眼管理,并从中获益。

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