水平井分段增产改造的认识与实践

1水平井分段增产改造的认识与实践西南石油大学二○一二年十二月2一、前言二、砂岩储层水平井分段压裂认识与实践三、碳酸盐岩储层水平井分段酸压案例四、水平井分段酸化技术认识与实践五、结束语主要内容3对水平井压裂可以提高油气井产量。压裂水平井增产的机理是将普通完善水平井流体的径向渗流改变为线性渗流。径向流模式的特点是流线向井高度集中，其井底渗流阻力大，而线性流的特点是流线平行于裂缝壁面，其渗流阻力相对小得多。水平井压裂后，通过增加泄油面积、提高扫油效率、改变近井筒地带的渗流方式、最终提高油井产量和采收率。1.1引言4水平井的裂缝方向取决于地应力的大小和方向。由于井筒附近的应力集中，裂缝在井筒上面开启的方向可能与最终的延伸方向不同，最终方向会垂直于最小主应力方向，或者沿着主自然裂缝。很多情况下，水力裂缝不是在一个简单的平面上。水平井压裂后的裂缝形态主要可以分为3种：纵向裂缝横向裂缝扭曲裂缝1.2水平井压裂水力裂缝形态5横向裂缝：在井筒中可以产生多条裂缝，增加了油气的渗流通道，有利于提高增产效果。另一个优点是裂缝相对比较小，减小了穿层的可能性。纵向裂缝：在裂缝性油藏中可以沿井筒沟通更多的天然裂缝，在高渗透率的地层中实行压裂时产生纵向裂缝比产生横向裂缝有更好的经济效果。对于低渗透油气层则产生多条横向裂缝效果较好，而对于高渗透率地层或裂缝性地层采用纵向裂缝较好。1.3水平井改造裂缝形态优选6一、前言二、砂岩储层水平井分段压裂认识与实践三、碳酸盐岩储层水平井分段酸压案例四、水平井分段酸化技术认识与实践五、结束语主要内容7,,,,,,)(maxppF式中:β—水平井的方位角、μ—岩石的力学性质、—岩石孔隙度、—渗透性系数、α—多孔弹性系数、pp—地层中的初始孔隙压力、—射孔方位。水平井的起裂压力和起裂点分析远比直井复杂。（1）水平井压裂破裂压力及破裂点预测2.1优化设计思路综合考虑破裂点、压后产量、经济优化完成对压裂水平井方案的优化设计。8tyyxxKhBqppkjikjiNknjkj4Eiπ4212f1f2f1f11fwfityyxxKhBqkjikjinjkj4Eiπ42f1f2f1f1fNknjkjinkjinkjtyyxxKhBq112ff2fff4Eiπ4tyyxxKhBqkjinkjinnjkj4Eiπ42ff2ff1fSrhwKBqiiiwff2lnπ4利用点汇定流量的压降公式，根据复位势理论和势叠加原理，建立了压裂水平井多条非规则、相互干扰裂缝的产能预测模型。（2）水平井压裂产能预测裂缝井筒物理模型9max()max..xyPNPVst优化模型采用逐步线性最小二乘法求解。—施工限压xyP（3）水平井压后净现值TtT0WfFHHLP(Pr)T*TTTTLtNPVQTaDCOSNCOSCOSCOSCOS（4）水平井压裂多参数优化模型10水平段长度：400m，井筒半径为0.12m；油藏厚度：12m，渗透率：0.0075D，孔隙度：10%；原油体积系数：1.084，原油黏度：4.8mPa·s，密度：870kg/m3；压缩系数：0.00035MPa－1；压裂后形成4条垂直裂缝，裂缝宽度为5.84mm，裂缝单翼缝长为75m，渗透率为30D；生产压差：8MPa，模拟生产时间：365d。基本参数：2.2影响压裂水平井产量的因素分析11随着裂缝条数增加,压裂水平井的日产油量总体上逐渐增加,但在相同生产时间内,增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减小。压裂水平井中的多条裂缝之间的干扰逐渐增强，裂缝的最佳条数为3-5条。（1）裂缝条数优化12随着裂缝长度(Lf)的增加，压裂水平井的日产量逐渐增加，随着裂缝长度进一步增加，产量增幅变小，优化裂缝长度为120m左右。（2）裂缝长度优化13随着裂缝导流能力(Df)的增加，压裂水平井日产量增加。但是随着裂缝导流能力的进一步增加，产量增幅逐渐变小，这与裂缝长度对产量的影响结果很相似。最佳裂缝导流能力在35m2．cm左右。（3）裂缝导流能力优化14（4）裂缝间距优化生产时间(月）情形Ⅰ情形Ⅱ情形Ⅲ情形Ⅳ情形Ⅴd1-2d2-3d3-4d1-2d2-3d3-4d1-2d2-3d3-4d1-2d2-3d3-4d1-2d2-3d3-4100m100m100m50m100m150m150m100m50m75m150m75m125m50m125m21736.861617.831617.831787.281474.5863862.213674.303674.303938.453433.22105732.655491.325491.325828.805173.64126620.466355.046355.046725.576002.68不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累计产量统计表（m3）当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高(情形Ⅳ)，反之产量最低(情形Ⅴ)，其它几种组合情形下的累计产量居中。15生产时间(月)产油量(m3)裂缝1裂缝2裂缝3裂缝4裂缝5裂缝6裂缝726.666.336.166.116.166.336.6646.255.955.795.745.795.956.2566.045.755.595.555.595.756.0485.905.615.465.425.465.615.90105.795.515.365.325.365.515.79125.715.435.295.245.295.435.71不同位置裂缝的日产油量统计表(m3)（5）裂缝位置位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。因为经过一段较长的时间后，由于裂缝的干扰,两条外部裂缝之间的流动区域的压力下降大，而外部裂缝具有更大的泄油区域造成的。裂缝1裂缝2裂缝3裂缝4裂缝5裂缝6裂缝716各条裂缝沿水平井筒两翼错开排列时(情形Ⅳ)产量最高。在水力压裂的过程中,压开的多条裂缝最好能够错开分布,这样有利于提高压裂水平井的产量。（6）裂缝分布裂缝1裂缝2裂缝3裂缝417限流法压裂分级压裂水力喷射压裂技术（SurgiFrac）间歇式分段压裂改造技术渐近性砂堵技术超粘完井液封隔技术岩盐苯甲酸薄片封隔技术试油分段压裂工艺技术封隔器压裂单封+桥塞双封环空封隔多封+滑套化学分段压裂2.3分段压裂工艺18—以西柳10水平井分段压裂为例2.4实例19储层特征：岩性：岩屑长石细砂岩油藏埋深：3000m以上储层厚度：7.3m孔隙度：10.4~20.4％渗透率：6.0~92.9×10-3m2地层压力：30.52MPa地层温度：121℃原油粘度：24.37mPa·s西柳10断块位于饶阳凹陷蠡县斜坡西柳北构造，主要含油层位Es3，石油地质储量454.17104t。西柳10断块Es3油层顶面构造图2010-747.3t/d10-65：14.0t/d（压裂）10-66x：15.0t/d10-75：6.1t/d10平1井10平3井024681012140246810121416生产时间,月(2007.01-2008.04)日产油量,m3/d平1日产油平3日产油西柳10平1井、10平3井投产曲线西柳10断块2004、2005年共完钻新井28口，有23口井在Es3油组试油，日产油5.40~29.0t/d。为了进一步提高开采效果，在西柳10断块完钻了西柳10平1井、西柳10平3井，投产后没有达到预期的产量，提出了压裂增产的要求。开采现状21西柳10平3井裂缝形态10平1井水平段方位：18~20º10平3井水平段方位：156~158º西柳10平1井裂缝形态西柳10平水平井裂缝方位示意图西柳10断块最大主应力方位：20-45°22西柳10平3井储层分布示意图西柳10平3井笼统射开21、22号层共106m（3341～3447m），限制了储层压裂改造方式的选择，增加了施工难度！层位层号射孔井段m厚度m射孔方式弹型孔密总孔数总发射率射后显示相位角Es2+321,223341.0~3447.0106.0传输89III161546100%无360º西柳10平3井射孔数据23以西柳10平3井的数据为基础，探讨了综合考虑地质因素和工程因素的参数优选方法。Q=f（h，φ，So，N，dij，θi，Li，Frcdi...）水平井压裂后产量公式：影响因素地质因素工程因素h：储层厚度Φ：孔隙度N：裂缝条数dij：裂缝间距θi：裂缝方位角Li：裂缝长度Frcdi：裂缝导流能力24裂缝13341～3349裂缝23363～3370裂缝43370～3395裂缝33422～3437层号井段，m～m长度，m声波时差，μs/m21、22号层Ⅰ类3341～334982753363～33707250Ⅱ类3349～3363142483370～3395252563422～343715271Ⅲ类3395～3422272393437～344710215压裂井段细分数据表对储层进行精细划分，为裂缝条数、起裂位置、起裂次序提供依据。2522.533.544.55354555657585裂缝长度(m)净现值(百万)2.533.544.5152535455565裂缝导流能力（μm2·cm）净现值(百万)裂缝长度优选裂缝导流能力优选110001120011400116001180012000方案1方案2方案3方案4累计产量(m3)1120011300114001150011600方案1方案2方案3方案4累计产量(m3)裂缝长度组合优选裂缝导流能力组合优选裂缝导流能力组合优选裂缝长度组合优选经济评价、组合优选确定最佳裂缝长度、导流能力！26西柳10平3井裂缝参数优选结果裂缝裂缝起裂井段m～m裂缝长度m裂缝导流能力μ㎡·cm13341～3349503023363～3370705033422～3437505043370～33958040西柳10平3井压后产量模拟曲线27投球分段压裂；压裂液粘度200mPa.s以上，使用低密度的Carbolite支撑剂；采用大排量、高粘度前置液造缝和40～70目粉陶降滤失和打磨孔眼，降低近井裂缝弯曲。针对性技术措施投球分段压裂压裂液粘温曲线支撑剂段塞堵塞多裂缝28参数裂缝前置液m3携砂液m3排量m3/min陶粒m3粉陶m3裂缝140405.0-6.08（30-50目）0.8（40-70目）裂缝246405.0-6.08（30-50目）0.8（40-70目）裂缝350455.0-6.09（20-40目）1.0（40-70目）裂缝41051005.0-6.020（20-40目）2.0（40-70目）压裂规模优化结果批次数量直径mm投球时间比重1比重＝1比重1第一批40444015第1条裂缝施工结束第二批35423515第2条裂缝施工结束第三批70908015第3条裂缝施工结束投球批次与数目根据储层性质特征、裂缝参数优选和裂缝软件模拟结果，优化了压裂规模。29①破裂压力预测根据储层最小水平主应力43MPa和三轴力学实验结果，预测破裂压力59MPa。西柳10井应力-应变曲线02040608010012014016018020000.511.522.53应变（%）应力（MPa）2-25/43孔压：30MPa围压：40MPa3-23/46孔压：35MPa围压：48.2MPa三轴力学实验结果施工压力预测②施工压力预测施工排量4.5-5.5m3/min，破裂时井口压力为65.5-71.0MPa，预测施工压力为58-64MPa。排量m3/min中部深度m垂深m破裂压力MPa液柱压力MPa摩阻MPa破裂时井口的施工压力MPa井筒节流近井+孔眼333893176.759.431.714.61.95.049.23.517.