蘇里格氣田為近年來長慶油田勘探發(fā)現(xiàn)的典型的低孔低滲致密砂巖氣藏,開發(fā)區(qū)域已逐漸由中區(qū)向 東西區(qū)擴展。與中區(qū)相比,東區(qū)儲層物性更差、產(chǎn)量更低,體現(xiàn)在巖性變差(泥質(zhì)含量升高)、壓力系 數(shù)進一步降低(0.88—0.82)、層更薄、砂泥巖薄互層現(xiàn)象更嚴重等方面。上述原因?qū)е绿K里格東區(qū)壓裂液返排更加困難,儲層與裂縫更易受到低傷害,裂縫支撐剖面更為復(fù)雜等壓裂難點,大大制約了壓裂 效果的提高[2]。為此,急需開發(fā)針對蘇里格氣田東區(qū)氣藏地質(zhì)特征的低傷害壓裂液體系,發(fā)展低傷害壓 裂優(yōu)化設(shè)計方法及配套工藝技術(shù)。
1東區(qū)低滲儲層地質(zhì)特征蘇里格氣田主要含氣層系為二疊系石盒子組八段(Ph8)?山西組一段(PSl),氣藏埋深2900? 3500m,主要受控于近南北向分布的大型河流、三角洲砂體帶,是典型的巖性圈閉氣藏[3]。東區(qū)儲層巖 性以巖屑砂巖為主、石英砂巖次之,黏土礦物體積分數(shù)較高,為20%?30%。儲集空間以孔隙為主, 孔隙結(jié)構(gòu)具有“孔喉半徑小、分選程度差、排驅(qū)壓力高、連續(xù)相飽和度偏低和主貢獻喉道小”的特點。 東區(qū)單井平均氣層厚度為7. 7m,孔隙度主要分布在1.0%?15. 9% (平均9. 4%),滲透率范圍0.014? 8.42mD (平均0.702mD),平均含氣飽和度57.7%,屬低孔、低滲、低豐度儲層。蘇里格氣田東區(qū) Ph8氣藏平均壓力系數(shù)為0.861,屬低壓氣藏。
2壓裂改造難點分析根據(jù)以上地質(zhì)特點分析,可以得出蘇里格氣田東區(qū)氣藏壓裂改造的特點及難點如下:①儲層物性更 差,要求壓裂形成較中區(qū)更長的人工裂縫,并與井網(wǎng)系統(tǒng)匹配;②儲層致密,黏土礦物總量較高,對傷 害敏感,對外來流體低傷害的特點要求高;③東區(qū)儲層孔喉半徑小、排驅(qū)壓力大,儲層易受壓裂液傷害;地層能量有限,壓力系數(shù)低,壓裂液返排難度大;④東區(qū)儲層薄互層特征明顯,縱向應(yīng)力剖面復(fù) 雜,有效遮擋條件差,縫高不易控制;⑤多數(shù)井通過工具分層壓裂,全部層施工結(jié)束后統(tǒng)一返排的施工 方式,各層壓裂液在地層內(nèi)滯留時間不同。 ?
3低傷害壓裂液體系研究針對東區(qū)儲層易查傷害的特點,開發(fā) 了超低濃度羧甲基瓜爾膠壓裂液體系 (CMHPG)。該體系采用超低濃度交聯(lián)技 術(shù),稠化劑濃度低,用量少,交聯(lián)效率 高,具有耐溫抗剪切性能好、破膠徹底、 同等濃度下殘膠和殘渣傷害低等突出優(yōu) 勢。優(yōu)化后的壓裂液體系配方如下:①基 液:在水中加人溶解質(zhì)量分數(shù)(溶解質(zhì)量 分數(shù)定義為溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量之比)為 0.28%羧甲基稠化劑+ 0.5%助排劑+ 〇。 5%黏土穩(wěn)定劑+0.05%殺菌劑+0. 5% 交聯(lián)促進劑+0.5%降濾失劑(前置液 含)。②交聯(lián)劑:低殘渣鋯交聯(lián)劑(交聯(lián) 比為 100 : 0? 3)。
模擬地層溫度和井筒流動條件 對該壓裂液體系進行了室內(nèi)測試。
3.1耐溫抗剪切性能評價評價了體系在9(TC、170s_1連續(xù)剪切 90min下,不加人破膠劑與加入溶解質(zhì)量 分數(shù)為〇。 3X1CT1 (溶劑為瓜膠基液)的 破膠劑兩種情況下的耐溫抗剪切性能,評 價結(jié)果如圖1和圖2所示。
圖1中,交聯(lián)液初始黏度620mPa ? s, 溫度上升過程中黏度降幅較大,當溫度達 到9CTC、17〇SM連續(xù)剪切90min過程中黏 度降幅減緩,最終黏度為396mPa _ s,說明 該體系具有良好的耐溫抗剪切性能,保證 了體系在高溫下的攜砂能力。圖2為該體 系在加人溶解質(zhì)量分數(shù)為0.3X10—過硫 酸銨(APS)后在相同試驗條件下的黏時 曲線。與圖1相比,早期黏度變化不大, 但恒溫期由于破膠劑的影響,使得黏度下 降較快,但最終黏度也有142mPa ? s,說 明即使加人破膠劑后也完全滿足施工時的 攜砂要求。
3.2高剪切后恢復(fù)性能評價圖3和圖4評價了體系經(jīng)高速剪切后1000 r 9〇〇
o o o o 2 1/m間圖 190C、170s_ 剪切 90min 下不加破膠劑的黏時曲線剪切速率 溫度廠V001020304050607080時 M/min■▼-▼ 丨 ▼-一 - T~ - 0 i o o ooooo ooc o o ooooo o o 98 7 6 5 4 3 2173。/?璉u o o0 5 40102030405060708090時間/min圖390t、高速剪切后的黏時曲線的黏度恢復(fù)情況,試驗條件是170s剪切 2min,再1000s—1剪切6min,剪切速率恢 復(fù)到170s_l繼續(xù)剪切82min。圖3是沒有 加人破膠劑的體系,黏度從高剪切后的最 低值緩慢恢復(fù)至最終黏度177.4mPa ? s, 恢復(fù)到常規(guī)剪切的45% (與圖1比較), 說明在恒溫階段黏度恢復(fù)值大于受溫度影 響的降低值。圖4是加人溶解質(zhì)量分數(shù)為 0. 3X1CT4APS的體系,黏度從高剪切后I剪切速率 溫度100 丨90 80 70 60P50 ^ 40瘺30的最低值緩慢上升,大約在44min時出現(xiàn) 峰值,說明之前黏度恢復(fù)占主導(dǎo),之后溫 度及破膠劑對黏度的降低占主導(dǎo),最終黏 度值124mPa.s,恢復(fù)率87% (與圖2比 較)。試驗結(jié)果充分說明羧甲基壓裂液體 系在高剪切后有較強的恢復(fù)能力,充分保證了羧甲基壓裂液經(jīng)過射孔孔眼高速剪切進人裂縫后的造縫及 攜砂性能。
3.3破膠性能測試在9CTC下,向交聯(lián)凍膠體系中加入不同劑量的APS破膠劑,測試其在一定時間里的黏度及性狀變 化,破膠時間及破膠液黏度如表1所示。試驗結(jié)果表明,在溶解質(zhì)量分數(shù)為0.5XKT4 APS加量下 0.5h即可破膠,表明其易破膠的特性,滿足現(xiàn)場要求施工結(jié)束〇。5h后返排的需求。
圖490°C、高速剪切6min、加入溶解質(zhì)量分數(shù)為0.3X10_4APS黏時曲線表1羧甲基壓裂液破膠試驗數(shù)據(jù)(90t)
APS溶解質(zhì)量分數(shù)不同破膠時間破膠液性狀或黏度/10~40. 5hlh2h3h4h0. 1凍膠凍膠凍膠變稀2. 48mPa ? s0. 2凍膠變稀54mPa ? s——0? 3變稀2. 86mPa ? s-——0. 53. 24mPa ? s——.——3.4殘渣及殘膠傷害試驗圖5不同氣層厚度實現(xiàn)分層壓裂所需的最小隔層厚度4. 1可實現(xiàn)工具分層的隔層條件研究蘇里格東區(qū)分層地應(yīng)力剖面解釋層 間應(yīng)力差范圍3?12MPa,因此考察壓 裂目的層厚度在5?15m,應(yīng)力差分別 為6、8、10、12MPa共4種情況,采 用三維壓裂分析軟件FRACPROPT研 究不同目的層條件下裂縫垂向延伸規(guī)律 以及實現(xiàn)分層壓裂的條件。模擬結(jié)果如 圖5所示。
4低傷害壓裂優(yōu)化設(shè)計技術(shù)3。
試驗結(jié)果表明,在8CTC的條件下,加人溶解質(zhì)量分數(shù)為1X1CT4 APS破膠劑的羧甲基交聯(lián)液經(jīng)過 4h后的殘渣質(zhì)量濃度為103mg/L;在95’C下,加入溶解質(zhì)量分數(shù)為0.5X1CT4APS破膠劑的交聯(lián)液經(jīng) 過4h后的殘渣質(zhì)量濃度為88mg/L,比同等條件下的常規(guī)壓裂液殘渣含量小,對儲層傷害更小。
研究表明,在相同施工規(guī)模下, 應(yīng)力差越大,對隔層厚度要求越低; 壓裂目的層段越厚對隔層的要求越 薄[7]。6MPa左右的應(yīng)力差,對于5? 15m的壓裂目的層段,需要35?7m 的隔層;8MPa左右的應(yīng)力差隔層厚 度降低到22?3m;對于更強的應(yīng)力遮 擋層,純泥巖隔層達到14?2m即可 控制裂縫高度,實現(xiàn)分層壓裂。
4.2針對井網(wǎng)的裂縫半長和導(dǎo)流能力VLK..1圖6蘇東區(qū)塊主體井網(wǎng)裂縫縫長和導(dǎo)流能力優(yōu)化圖版采用ECLIPSE氣藏數(shù)值模擬軟 件建立包含井網(wǎng)、氣層和水力裂縫計 算單元在內(nèi)的氣藏數(shù)值模型,模擬不 同物性條件下合理的縫長和導(dǎo)流能力等裂縫參數(shù),得到如圖6所示的優(yōu)化圖版。由圖可知,儲層滲透率 越小,優(yōu)化的裂縫半長越長,對導(dǎo)流能力的需求相對越低。這也符合“低滲儲層造長縫,高滲儲層造髙 導(dǎo)縫”的壓裂優(yōu)化設(shè)計指導(dǎo)原則。優(yōu)化后的圖版可作為區(qū)塊壓裂優(yōu)化設(shè)計模板,指導(dǎo)施工參數(shù)優(yōu)化和工 藝調(diào)整。
4.3施工參數(shù)優(yōu)化表2羧甲基壓裂液與羥丙基壓裂液導(dǎo)流能力優(yōu)化對比羧甲基壓裂液羥丙基壓裂液優(yōu)化導(dǎo)流能力平均砂比/%平均砂比/%/.(D ? cm)
17 ?1923 ?24.28 ?3020 ?2124 ?2532 ?3521 ?2226 ?2735 ?38根據(jù)優(yōu)化的縫長和導(dǎo)流能力,通過60多井次 的施工參數(shù)及增產(chǎn)效果敏感性分析,綜合考慮蘇里 格東區(qū)氣藏有效儲層展布規(guī)模,優(yōu)選確定東區(qū)氣層 合理的施工參數(shù)范圍為:加砂量16?30m3,前置 液所占比例38%?44%,排量2. 2?3. 0m3/min,平均砂比18%?24%,即“中砂量、中前置液量、小排暈、中砂比”的參數(shù)組合。
同時,由于竣甲基壓裂液具有低傷害的特點,在相對較低的鋪砂濃度下即可達到與常規(guī)羥丙基壓裂 液相同的導(dǎo)流能力(見表2)。據(jù)此可對單井進行加砂程序優(yōu)化,適當降低平均砂比和最高砂比,這在 一定程度上可降低現(xiàn)場施工的安全風(fēng)險。
4.4分層破膠控制技術(shù)根據(jù)竣甲基壓裂液易破膠的特點,采用以微膠囊破膠劑為主體的破膠體系。根據(jù)現(xiàn)場分層壓裂施工 的工序,提出分層破膠控制技術(shù),即根據(jù)施工時間和溫度場的變化及施工順序優(yōu)化每層破膠劑的加量, 一般第1層與第2層的施工間隔為40?60min,實際第1層壓后停泵到開井放噴的時間為2?3h。結(jié)合 壓裂液體系破膠評價結(jié)果,第1層施工破膠劑的追加剖面為0.01% — 0.015%—0.02% — 0.025% —0.03%,且膠囊破膠劑的比例較高;第2層破膠劑的追加剖'面為0.03%—0.04% — 0.05% — 0.06%, 膠囊破膠劑的比例較低。
4. S壓后強化返排措施根據(jù)蘇里格氣田東區(qū)儲層壓力系數(shù)低的特點,壓裂設(shè)計中采用在注前置液階段以240L/min排量伴 注液氮,注攜砂液前2?3個階段以120L/min排量伴注液氮,提高壓后返排能量。自噴排液停止后及 時采用氣舉、抽汲等助排工藝強化返排。據(jù)統(tǒng)計,采用強化返排措施后,絕大部分井的返排率超過 80%,平均返排率達到85%。
5壓裂效果綜合評價通過近年來針對蘇里格氣田東區(qū)的低傷害羧甲基壓裂液試驗,形成了相應(yīng)的配套技術(shù),取得了較好的試驗效果。截止到2011年12月底,共完成現(xiàn)場試驗63 口井/67井次,其中直井定向井62 口井66井 次,水平井1 口井。通過對比(表3),在地質(zhì)情況相當?shù)臈l件下,采用羧甲基壓裂液的改造井返排時 間更短,返排效率更高,平均無阻流量達7.5551X104m3/d,鄰近羥丙基壓裂井平均無阻流童4.5861X 104m3/d,改造效果提高30%左右。
表3羧甲基壓裂與鄰近羥丙基壓裂弁試氣效果對比上古生界主力氣層物性參數(shù)平均值返排80% 耗時/h無阻流童/(104m3 * d~l)
改造體系/ 口有效厚度 /m孔隙度/%滲透率/mD含氣飽和度!%竣甲基壓裂6713. 29. 560.6858. 54129, 77.5551羥丙基壓裂(鄰井)8612. I9.580.659. 091484. 5861從投產(chǎn)效果來看(表4),截止到2011年底,竣甲基壓裂試驗井共投產(chǎn)52 口井,投產(chǎn)90(1以上28 口,投產(chǎn)300d以上8 口。根據(jù)對生產(chǎn)情況的跟蹤,與地質(zhì)條件相當?shù)泥従畬Ρ龋^羥丙基壓裂井生產(chǎn) 效果好,進一步證實該項技術(shù)具有對儲層傷害更小的優(yōu)點。
表4羧甲基壓裂井與鄰近羥丙基壓裂井投產(chǎn)90d生產(chǎn)情況對比改造體系井數(shù)投產(chǎn)前套壓初期配產(chǎn)目前套壓平均日產(chǎn)氣量平均壓降速率平均累計產(chǎn)氣量平均單位壓降采氣量/P/MPa /(104m3 * d_1)/MPa/104m3/(MPa. d-1)/(104m3 ? d—1)/(104m3 * MPa-1)
羧甲基壓裂 *-2820,511.4713. 941.410. 073127. 78719.48羥丙基壓裂(鄰井>3519.660. 8612. 460. 73350. 0868.139. 466結(jié)論與認識1)根據(jù)蘇東地區(qū)的地質(zhì)特征,有針對性的優(yōu)選新型改性羧甲基瓜爾膠作為壓裂稠化劑,并對體系 配方進行優(yōu)化,初步形成適合蘇東低滲多層氣藏的低傷害羧甲基壓裂液體系(CMHPG),該體系具有 耐溫耐剪切性能好、低濃度、低傷害、易返排等優(yōu)點。
2)通過分層地應(yīng)力剖面解釋,采用裂縫模擬的方法,完成了可實現(xiàn)工具分層的隔層條件研究,給 出了不同目的層厚在不同應(yīng)力差下所需要的隔層厚度值。
3)結(jié)合地質(zhì)研究結(jié)果,對壓裂施工參數(shù)進行優(yōu)化,確定了不同地層滲透率條件下的最佳裂縫長度 和導(dǎo)流能力,以及不同層厚條件下的加砂量、砂比、排量等施工參數(shù)。
4)通過以上各項研究,'形成了適合蘇里格東區(qū)氣藏的低傷害高效壓裂技術(shù),現(xiàn)場試驗取得了較好的應(yīng)用效果,為蘇里格氣田的快速高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。