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确定最佳压裂时机,你做对了吗?

确定最佳压裂时机,你做对了吗?

为了避免压裂裂缝中的压力消散,以及更好地利用应力阴影效应,则需要掌握好压裂的时机。为了赶在压力场重新平衡之前,完成压裂,产生更复杂的缝网,更高的泄油效率,连续泵送系统成了更好的选择。

来自丨E&P
编译丨周诗雨

在最近的研究中,人们将地下应力条件和岩石力学性质与物理施工作业结合了起来,从而为实现储层压裂裂缝网络复杂性的最大化提供了一种可能的最佳方法。

使用地力学进行裂缝特征分析表明,相比于桥塞射孔类的间断完井系统,连续泵送完井系统(例如投球系统)能够实现更高的裂缝复杂性和和更大的压裂表面积,以及更高的泄油效率。

由于现场的压裂测试数据只有一组,如压裂压力,所以通常在水力压裂建模中,裂缝都被建模为单个断裂。地面压力响应、压裂率和支撑剂浓度被转化为具有相应高度、长度和宽度的单个平面裂缝。事实上,这可能过度简化了实际裂缝的复杂性。

这类模型也没有考虑到岩石在较长时间段内的持续变形。在压裂期间,储层被迫接纳了很多额外的体积。如果封住某一压裂段,并开始下一级压裂作业,那么通常上一级压裂段内岩石的时变应力就被忽略了。

控制应力重新分布的关键机制是裂缝内相对于最小应力的应力差大小,以及岩石通过弹性和非弹性过程适应这种应力差的能力。

如果施工时间存在延迟,那么在能量损失和裂缝闭合开始之前不可能施加更多额外的应变。而在连续泵送施工中,在初次压裂裂缝闭合之前,就能够定时给系统增加应力。

间断泵送系统与连续泵送系统

完井方法之间的施工差异会影响地力学、应力分布和裂缝分布复杂性,这些都与最终的油藏泄油面积相关。

在第一级压裂中,当泥浆进入储层后,岩石被迫接纳外来的流体和支撑剂。由此产生的裂缝会增大沿裂缝面的压力。而压力会通过泄漏、弹性应变和非弹性应变等方式,表现为延伸至围岩的应力阴影。在压裂施工的这一步上,两种完井方法的应力机制是相同的。

在间断完井作业中,在完成第一级压裂后,能量会从裂缝系统中消失。随后会进行冲洗作业,清洗残留在井筒中的支撑剂,确保后续的电缆工具不会受阻。下一级压裂的工具会通过液体将支撑剂从压裂段中挤出。下一级压裂会为上一级压裂裂缝中的剩余压力创造一个新的排放通道。这样裂缝中的剩余压力就会在井筒和储层内进行均衡,而这种压力的均衡或重新分布会导致裂缝闭合。

但目标区域的能量损失可能会产生巨大影响:支撑剂分布和应力动态变化的净效应持续时间较短,复杂裂缝较少,近井筒的传导率较低。

而在连续泵送完井作业中,局部岩体的应力是处于最大值的,而连续不断向系统的供液可以看作是补充能量。在第一级压裂后,泵入隔离液,投入激动球隔离前一级压裂,随后立即开始第二级的压裂。当球落入滑套后,下一级的压裂就不会受到干扰。

这一系列作业制止了压力的重新分配。下一次压裂的时间点,是选择在可以最大化并保持压裂岩石中应力的时间点,这样可以进一步形成应力阴影效应。

连续泵送完井系统由于在不断的泵送流体,所以整个完井作业是处于一种连续的裂缝扩展模式,也因此在相继被压裂的裂缝之间,应力阴影的相互作用得到了最大化。第二级压裂会进一步改变了应力状态,每条裂缝的应力阴影会对裂缝之间的岩石体产生累加效应。这个过程的好处包括通过增大裂缝表面积,提高裂缝的复杂性和泄油效率。

实例分析

针对加拿大西部沉积盆地Montney组储层的一组井的一项研究表明,间断完井作业与连续泵送完井系统有着完全不同的地力学变化机制。与间断完井作业相比,连续泵送完井系统的EUR增加了40%以上。

除了产量研究之外,微地震解释还显示了两种完井作业中各自所记录到的微地震事件的差异。研究结论包括:

(1)在使用连续泵送完井系统的井中,微地地震事件数量明显增加,并且在距离井的所有距离上都发生了较大规模的微震事件;

(2)使用连续泵送完井的井中,裂缝具有显著的复杂性,但在使用间断完井系统的井中复杂性则不明显;

(3)在使用间断完井系统的井中,发生有较低震级的震源机制,这表明压裂是沿着先前已有的裂缝路径,而不是在压裂新的破坏面;

(4)产量的增加,与微震数据发现的新裂缝发育情况有直接的关系。

确定最佳压裂时机,你做对了吗?

图. 通过对比间断压裂系统(蓝线)和连续泵送完井系统(橙线),可以看出六个月后产量提高了46%。(来源:Packers Plus)

Montney组储层的另一项研究,则是通过利用某口井旁两口邻井的微震数据和模拟模型,研究了连送完井对这口生产井中裂缝扩展的影响。

1号井为生产井,2号井和3号井采用了连续泵送完井系统完井。2号井的所有16级压裂在两天内完成。3号井的前15级压裂也在接下来的2天内完成,3号井最后的五级压裂也在关井11天后完成。

结果观察和模拟分析得出了以下重要的结论:

(1)产量枯竭会影响邻近岩石体的应力,即使将他们与生产井隔离也会有影响。这一点会影响被压裂井的压裂模式;

(2)3号井良好的裂缝扩展模式可能是受了2号井应力阴影效应的影响,以及3号井快速完成了多级压裂的结果;

(3)由于3号井的最后五级压裂作业间隔时间太长,压力已经进行了重新分配,因此其相应的压力阴影效应缺失。

结论

研究表明,间断完井系统与连续泵送完井系统,在储层压裂期间表现出了明显不同的应力机制。

各级压裂的快速顺序执行有利于裂缝的扩展。由于连续泵送完井可以避免压裂裂缝中的压力通过储层耗散,因此可以实现更高的裂缝复杂性。

此外,每个阶段的裂缝系统产生的应力阴影具有累加效应,有助于提高裂缝复杂性和泄油效率。

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