低渗致密气藏高效开发技术研究及应用

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编号:20161015113239124    类型:共享资源    大小:1.19MB    格式:PDF    上传时间:2016-10-15
  
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939川西低渗致密气藏高效开发技术研究及应用邱  玲  任  山  刘  林  黄禹忠  黄小军(中国石化西南油气分公司工程技术研究院   四川德阳  61800)摘  要: 随着川西中浅层气藏采出程度逐步增加,地层能量(地层压力)逐步下降,气藏稳产期越来越短,产量递减加快,剩余储量开采难度加大,针对目前川西中浅层气藏开发中存在的上述问题,以“低伤害压裂液、低伤害压裂优化设计技术、低伤害压裂配套技术”为核心, “大型压裂、不动管柱多层压裂、定向井及水平井压裂”为关键技术, 形成了川西中浅层致密气藏高效开发关键技术,并在现场推广应用中取得良好效果,提高了川西中浅层压裂改造的增产效果。关键词: 低渗致密气藏  高效开发  低伤 害技术  大型压裂  多层压裂  水平井压裂0  前   言川西中浅层储层自上而下主要分布着蓬莱镇组、遂宁组和沙溪庙组三个分气层,埋深跨度大,跨度在 400~ 2800m,气藏、砂体厚度大,达到 10~ 20m,多层系、气藏叠置,通常以 4~ 7 层为主,孔隙度范围 13%,渗透率范围 4× 10藏总体为低孔、低渗、致密,物性差、储层非均质强的储层。复杂的地质条件导致开采时存在生产动态复杂、储量难动用、采速低、建产慢、稳产条件差、提高综合开采效益困难等世界性问题和难点。为提高单井产量和效益从而高效开发低渗致密气藏[1],针对气藏地质和渗流特征,以压裂全过程低伤害为核心和前提,大型压裂、不动管柱多层压裂、定向井及水平井压裂为关键技术,以高效开发低渗致密气藏储量为目标,形成了川西中浅层低渗致密气藏高效开发技术体系。1  川西低渗致密气藏开发存在问题( 1)气井高产稳产期短,产量递减快。经过近几年的大规模开发,中浅层优质储量基本全部动用,落实的未开发储量 108部分储量可以逐步动用,但不足以支撑中浅层气藏的稳产。需要通过提高单井产能的储层改造工艺技术攻关,形成中浅层的规模开发。( 2)井网密度大、气井有效裂缝短、泄气半径小、井控储量小。需采用大规模压裂获得极限的优化裂缝与井网的匹配程度,提高人工裂缝的控制范围,极限的开发天然气,提高产能。( 3)气藏纵向上储量动用不均衡、低效储量开发程度低。新场沙溪庙气藏、马井蓬莱镇气藏、洛带遂宁组 +蓬莱镇气藏均有单层区以及两层、三层、四层砂体叠合区,多层叠合区占 70%。需通过多层压裂、合采技术,以优质储量带动低效储量的开发,实现立体高效开发。( 4)浅层 藏地层压力低(地压系数一般 右) 、温度低,压裂液返排困难,对裂缝伤害大,同时浅层闭合压力低,压后地层对支撑剂的夹持作用小,支撑剂回流、吐砂严重。提高压裂液返排速度和效率的同时需采取防止支撑剂回流措施,从而降低地层伤害的同时确保改造效果。( 5)井口生产压力低,气藏剩余储量开采难度大。主力气藏中新场 带 藏进入低压低产,递减趋势明显。处于稳产阶段的新场 井口压力在 2~ 5间的井总数的 产量占气藏总产量的 32%, ;口压力低于 3气井占总井数的 71%,其产量约占总产量的 52%,这部分井即将进入定压降产阶段,产量递减将进一步加大,基本上不能稳产,影响了气井的生产。2  川西低渗致密气藏高效开发核心技术低伤害压裂技术是以降低压裂全过程的伤害,形成与储层特征相匹配的人工裂缝及导流能力为目的的压裂技术[2]。目前,川西中浅层气藏针对低渗致密气藏的储层特征,形成了以 “低伤害压裂液、低伤害压裂优化设计技术、低伤害压裂配套技术 ”为核心的低伤害压裂工艺体系,为气藏的高效开发提供了基础。伤害压裂液技术针对低渗致密气藏储层地质特征,在满足施工要求的基础上,从稠化剂浓度、添加剂着手,对常规压裂液的防膨和助排性能进行了改进,形成了一系列低伤害压裂液体系。稠化剂浓度压裂液以降低压裂液伤害率为目标,降低压裂液稠化剂浓度和优选添加剂为手段,形成了低稠化剂压裂液体系。该体系破胶液残渣含量明显降低,可使裂缝渗透率最高提高 25%左右,有效地减少了对地层的污染伤害。新场 降到 针对储层粘土含量高,水锁严重的特点,粘稳剂和助排剂的浓度由原来的 高到 通过调整 , 对低温储层添加破胶催化剂,  藏压裂液配方中稠化剂浓度由原来的 降到 并调试出可进一步降低伤害的超低浓度稠化剂( 压裂液配方。伤害新型压裂液体系为提高压裂液性能,提高返排、降低伤害,在压裂液中加入一种含有机阳离子和非离子表活剂基团低分子量高聚物 ——增效剂,根据不同地层温度,调试了满足川西中浅层蓬莱镇组、遂宁组以及沙溪庙组的不同配方。该体系表面张力 23m 左右,明显低于常规压裂液;膨胀率 24%,较常规体系的  ;破胶液岩心伤害 为常规配方 一半左右。另外体系还具有滤失系数低,起泡性能好的技术优势,可有效的降低地层水锁效应,增大液体返排能力和返排速度,现场应用显著提高了压后初始返排率,缩短了排液时间。型自生热泡沫压裂液体系针对川西老井地层能量不足,温度低,水敏性强的特点,研究形成了新型自生热泡沫压裂液。该压裂液的技术特点主要表现在进入地层自动升温,破胶迅速、彻底;自动增压、自动降低压裂液密度,自喷返排能力强;返排时形成的泡沫混合物在井筒中自动气举,返排迅速,对储层的伤害小。由于其不交联,同时降滤失性能优良,自动升温使低温破胶性能优良,自动增压及自动气举返排性能优良,加上选用的粘稳剂的防膨性能优良,多种优势集中起来表现出对地层的低伤害性能。伤害压裂工艺优化技术结合储层砂体厚度、渗透率等物性参数、井筒工程条件、施工管柱等因素,通过压裂目标缝长和裂缝导流能力优化设计、支撑剂优选、施工参数优化,形成了以优化设计和高效返排为核心的低伤害压裂工艺技术。伤害高效返排技术高效返排技术的目的是实现压裂改造的低伤害。在压裂液优化破胶技术的基础上,为增加压裂液返排压差和避免支撑剂回流,同时加大压裂液的返排力度,开展了高效返排技术研究。941针对低渗致密气藏水锁现象严重,滤失带启动压差大,压裂液返排速度及返排率降低的问题,在压裂过程中采用全程液氮拌注工艺[3],在压裂优化设计中,将液氮用量的理论公式量化,混氮方式按照泵注压裂液的次序线性递减,保证返排时氮气的连续性以及填砂的有效性。在纤维配伍性实验基础上,优化了纤维的加量、加入方式,推广应用了天然气井纤维防砂技术,达到预防支撑剂回流的目的[4]。为了发挥液氮能量和纤维应用效果,在压后排液期间采用优化的大油嘴进行快速返排,加快压裂液返排速度,最终达到提高压裂液返排率的目的。形成的“液氮增能 +纤维防砂 +压后控制”高效返排技术[5],大大提高了裂液的返排速度和效率(表 1) ,返排速度在 12 小时内提高了 ,有效降低了压裂液对裂缝的伤害和解除了水锁伤害。表 1 高效返排技术效果井号 层位 返排率 备注时内排出了总返排液量的 液氮+纤维时返排 40% 液氮助排时返排 液氮+纤维时返排 52% 液氮助排时返排 80% 液氮助排时返排 液氮+纤维3  型压裂工艺技术川西低渗致密气藏储层物性差、低孔低渗,加砂规模小、裂缝长度短,会导致气井稳产期短以及单井控制范围有限等问题,通过大规模压裂,可以扩大泄气面积,增加单井控制储量。针对大型压裂施工时间长,对压裂液耐温耐剪切性能、破胶剂加入程序要求高等关键问题,在优化研究施工规模与储层砂体厚度、砂体展布、产层与隔层应力差、邻井距离、人工裂缝方位等储多因素优化匹配的基础上,通过对人工裂缝合理穿透比、导流能力的数值模拟研究,形成了以造长缝为核心的“大规模、大排量、中 化破胶”的大型加砂压裂工艺技术。在  成了多口井大型加砂压裂试验(见表 2) ,单井平均增加无阻流量 04m3/d。表 2 川西大型压裂效果无阻流量 104m3/d)井号测井斜深( m)垂厚( m)规模(砂强度(m3/m)压前 压后0 量 0 量 0 量 00 5 量 气  30备注:此处大型压裂定义为:加砂强度 >m、且单层规模 >层压裂合采工艺技术川西低渗致密气田具有储层非均质性强、储量丰度低、单层产量低、单井动用储量少、纵向含气井段长、多层叠置等特点,在地层压力、生产压差允许的情况下,可以考虑采用分层压裂、合层套采的压裂开采方式。经过多年攻关,以气井纵向地应力剖面为基础,针对不同的地层、井筒和应力情况,研究形成了以“封隔器+投球” 、 “多层段组合式” 、 “多封隔器组合”和“不动管柱水力喷射分段压裂”为主的三层及以上不动管柱多层压裂工艺技术系列[6]。其中多封隔器分层压裂具有对单层改造针对性强等特点,在喷砂942滑套、封隔器、管柱结构等优化完善的基础上,形成了压裂液分段破胶优化技术、优化施工设计,保证了工具分压的施工成功率和措施效果,目前三层多层压裂一次性施工成功率达到 100%,不动管柱四层分压工艺得到推广应用(见表 3) 。多层压裂技术不仅解决了难动用储量单层不能经济有效开发的问题,一次管柱压裂三层相比逐层改造三层的技术节约了起、下井内管柱 4 次、简化了压裂工艺、保护了对原改造层的污染,从工艺、经济上具有较大的推广应用价值。表 3 川西三层及以上分层多层压裂效果分类 序号 井号 砂量  (措施前 104m3/d 措施后 104m3/35 05  00 2 5 05 0 0 5 5 0 04 5 0 0 0 5 4 8 4 5 20  05 0 3 0 2四层26 00 计) 向井压裂技术针对定向井的特点,在研究斜井的裂缝起裂机理和延伸规律的基础上,提出了改善斜井压裂效果的关键技术,主要包括以优化射孔井段、定向射孔、优化孔密、孔径基础的优化射孔技术、以减少孔眼摩阻、近井摩阻和多裂缝为特征的前置液段塞技术和低排量起裂、减小近井多裂缝、然后采用逐渐提高排量、延伸裂缝的变排量等技术。通过该技术应用,定向井压裂施工成功率 100%,新场沙溪庙组气藏压裂定向井 12 口 /22 层,平均单层增产量 04m3/d,效果显著。平井压裂技术针对川西低渗致密气藏水平井自然产能(裸眼、衬管或射孔产能)通常较低,远低于邻井直井压裂改造后效果,目前,在水平井渗流规律及地应力研究的基础上,研究并形成了水平井封隔器分段压裂和不动管柱水力喷射分段压裂技术,以及提高水平井增产效果的压裂配套工艺措施。在川西进行了 5 井次水平井加砂压裂现场试验,结果显示出川西气田中浅层气藏水平井水力加砂压裂的巨大潜力,为水平井的压裂开发投产展示了广阔前景。943表 4 川西水平井加砂压裂改造效果测试情况 104m3/m)加砂方式自然产能 压裂改造后00 封隔器分段 气量 ) 4气量 )68 笼统加砂压裂 井产量 ) 气量 )78 不动管柱水力喷射 替浆后排液困难 阻流量 )隔器分段 - 13(无阻流量 )57 不动管柱水力喷射 - 阻流量)4  现场应用效果近两年通过低渗致密气藏高效开发技术的推广应用,川西压裂改造工业气井率和单井产量显著提高,天然气平均日产量由 2006 年的 603× 104m3/d,上升到 2007 年的 685× 104m3/d 和 2008 年的最高 800×104m3/d,天然气平均以新建(增)产能 108m3/a 的速度增加,天然气产量由 2006 年的 22× 108008 年的 27× 108现了天然气产量的稳产、增产。通过技术体系的应用和推广,解决了川西中浅层 10 多年来未解决的难动用储量开发难题,促使新场、马井、新都等气田 108得了显著的经济效益和社会效益;同时,在川西中浅层气藏的扩边和外围低效区块,共获得新增探明储量 08测储量 08进了储量的升级动用和探明储量的增加。5  结论( 1)川西中浅层低孔低渗、致密储层,物性差、储层非均质强的地质条件导致开采时存在生产动态复杂、储量难动用、采速低、建产慢、稳产条件差、提高综合开采效益困难等世界性问题和难点。( 2)以压裂全过程低伤害为核心和前提,大型压裂、不动管柱多层压裂、定向井及水平井压裂和高效返排为关键技术的川西低渗致密气藏高效开发技术。( 3)川西低渗致密气藏高效开发技术的推广应用促进了川西开发上储和储量升级,取得了明显的社会和经济效益。参 考 文 献[1] 张宁生 J],天然气工业, 2006, 12.[2] 国外低伤害压裂液体系研究新进展 [J]2007, 27( 3) .[3] 李刚 J],矿物岩石, 2008, 2.[4] 黄禹忠等 . 纤维网络加砂压裂工艺技术先导性试验 [J],钻采工艺, 2008, 31( 1) .[5] 林永茂等 J],石油钻采工艺, 2008, 20( 5) .[6] 任山等 J],钻采工艺, 2007, 30( 5) 邱玲, 任山, 刘林, 黄禹忠, 黄小军作者单位: 中国石化西南油气分公司工程技术研究院 四川德阳 61800本文链接:

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