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              瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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              低滲致密砂巖氣藏低傷害壓裂技術研究與應用

              發布日期:2015-05-02 11:36:37
              低傷害
                蘇里格氣田為近年來長慶油田勘探發現的典型的低孔低滲致密砂巖氣藏,開發區域已逐漸由中區向 東西區擴展。與中區相比,東區儲層物性更差、產量更低,體現在巖性變差(泥質含量升高)、壓力系 數進一步降低(0.88—0.82)、層更薄、砂泥巖薄互層現象更嚴重等方面。上述原因導致蘇里格東區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,急需開發針對蘇里格氣田東區氣藏地質特征的低傷害壓裂液體系,發展低傷害壓 裂優化設計方法及配套工藝技術。
                
                1東區低滲儲層地質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,黏土礦物體積分數較高,為20%?30%。儲集空間以孔隙為主, 孔隙結構具有“孔喉半徑小、分選程度差、排驅壓力高、連續相飽和度偏低和主貢獻喉道小”的特點。 東區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 Ph8氣藏平均壓力系數為0.861,屬低壓氣藏。
                
                2壓裂改造難點分析根據以上地質特點分析,可以得出蘇里格氣田東區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更長的人工裂縫,并與井網系統匹配;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東區儲層孔喉半徑小、排驅壓力大,儲層易受壓裂液傷害;地層能量有限,壓力系數低,壓裂液返排難度大;④東區儲層薄互層特征明顯,縱向應力剖面復 雜,有效遮擋條件差,縫高不易控制;⑤多數井通過工具分層壓裂,全部層施工結束后統一返排的施工 方式,各層壓裂液在地層內滯留時間不同。 ?
                
                3低傷害壓裂液體系研究針對東區儲層易查傷害的特點,開發 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技 術,稠化劑濃度低,用量少,交聯效率 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 勢。優化后的壓裂液體系配方如下:①基 液:在水中加人溶解質量分數(溶解質量 分數定義為溶質與溶劑的質量之比)為 0.28%羧甲基稠化劑+ 0.5%助排劑+ 〇。 5%黏土穩定劑+0.05%殺菌劑+0. 5% 交聯促進劑+0.5%降濾失劑(前置液 含)。②交聯劑:低殘渣鋯交聯劑(交聯 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連續剪切 90min下,不加人破膠劑與加入溶解質量 分數為〇。 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 價結果如圖1和圖2所示。
                
                圖1中,交聯液初始黏度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 系在加人溶解質量分數為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高剪切后恢復性能評價圖3和圖4評價了體系經高速剪切后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情況,試驗條件是170s剪切 2min,再1000s—1剪切6min,剪切速率恢 復到170s_l繼續剪切82min。圖3是沒有 加人破膠劑的體系,黏度從高剪切后的最 低值緩慢恢復至最終黏度177.4mPa ? s, 恢復到常規剪切的45% (與圖1比較), 說明在恒溫階段黏度恢復值大于受溫度影 響的降低值。圖4是加人溶解質量分數為 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 峰值,說明之前黏度恢復占主導,之后溫 度及破膠劑對黏度的降低占主導,最終黏 度值124mPa.s,恢復率87% (與圖2比 較)。試驗結果充分說明羧甲基壓裂液體 系在高剪切后有較強的恢復能力,充分保證了羧甲基壓裂液經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。試驗結果表明,在溶解質量分數為0.5XKT4 APS加量下 0.5h即可破膠,表明其易破膠的特性,滿足現場要求施工結束〇。5h后返排的需求。
                
                圖490°C、高速剪切6min、加入溶解質量分數為0.3X10_4APS黏時曲線表1羧甲基壓裂液破膠試驗數據(90t)
                
                APS溶解質量分數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不同氣層厚度實現分層壓裂所需的最小隔層厚度4. 1可實現工具分層的隔層條件研究蘇里格東區分層地應力剖面解釋層 間應力差范圍3?12MPa,因此考察壓 裂目的層厚度在5?15m,應力差分別 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律 以及實現分層壓裂的條件。模擬結果如 圖5所示。
                
                4低傷害壓裂優化設計技術3。
                
                試驗結果表明,在8CTC的條件下,加人溶解質量分數為1X1CT4 APS破膠劑的羧甲基交聯液經過 4h后的殘渣質量濃度為103mg/L;在95’C下,加入溶解質量分數為0.5X1CT4APS破膠劑的交聯液經 過4h后的殘渣質量濃度為88mg/L,比同等條件下的常規壓裂液殘渣含量小,對儲層傷害更小。
                
                研究表明,在相同施工規模下, 應力差越大,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左右的應力差隔層厚 度降低到22?3m;對于更強的應力遮 擋層,純泥巖隔層達到14?2m即可 控制裂縫高度,實現分層壓裂。
                
                4.2針對井網的裂縫半長和導流能力VLK..1圖6蘇東區塊主體井網裂縫縫長和導流能力優化圖版采用ECLIPSE氣藏數值模擬軟 件建立包含井網、氣層和水力裂縫計 算單元在內的氣藏數值模型,模擬不 同物性條件下合理的縫長和導流能力等裂縫參數,得到如圖6所示的優化圖版。由圖可知,儲層滲透率 越小,優化的裂縫半長越長,對導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 導縫”的壓裂優化設計指導原則。優化后的圖版可作為區塊壓裂優化設計模板,指導施工參數優化和工 藝調整。
                
                4.3施工參數優化表2羧甲基壓裂液與羥丙基壓裂液導流能力優化對比羧甲基壓裂液羥丙基壓裂液優化導流能力平均砂比/%平均砂比/%/.(D ? cm)
                
                17 ?1923 ?24.28 ?3020 ?2124 ?2532 ?3521 ?2226 ?2735 ?38根據優化的縫長和導流能力,通過60多井次 的施工參數及增產效果敏感性分析,綜合考慮蘇里 格東區氣藏有效儲層展布規模,優選確定東區氣層 合理的施工參數范圍為: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羥丙基壓裂 液相同的導流能力(見表2)。據此可對單井進行加砂程序優化,適當降低平均砂比和最高砂比,這在 一定程度上可降低現場施工的安全風險。
                
                4.4分層破膠控制技術根據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。根據現場分層壓裂施工 的工序,提出分層破膠控制技術,即根據施工時間和溫度場的變化及施工順序優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。結合 壓裂液體系破膠評價結果,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蘇里格氣田東區儲層壓力系數低的特點,壓裂設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。據統計,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的低傷害羧甲基壓裂液試驗,形成了相應的配套技術,取得了較好的試驗效果。截止到2011年12月底,共完成現場試驗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),在地質情況相當的條件下,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從投產效果來看(表4),截止到2011年底,竣甲基壓裂試驗井共投產52 口井,投產90(1以上28 口,投產300d以上8 口。根據對生產情況的跟蹤,與地質條件相當的鄰井對比,較羥丙基壓裂井生產 效果好,進一步證實該項技術具有對儲層傷害更小的優點。
                
                表4羧甲基壓裂井與鄰近羥丙基壓裂井投產90d生產情況對比改造體系井數投產前套壓初期配產目前套壓平均日產氣量平均壓降速率平均累計產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結論與認識1)根據蘇東地區的地質特征,有針對性的優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、易返排等優點。
                
                2)通過分層地應力剖面解釋,采用裂縫模擬的方法,完成了可實現工具分層的隔層條件研究,給 出了不同目的層厚在不同應力差下所需要的隔層厚度值。
                
                3)結合地質研究結果,對壓裂施工參數進行優化,確定了不同地層滲透率條件下的最佳裂縫長度 和導流能力,以及不同層厚條件下的加砂量、砂比、排量等施工參數。
                
                4)通過以上各項研究,'形成了適合蘇里格東區氣藏的低傷害高效壓裂技術,現場試驗取得了較好的應用效果,為蘇里格氣田的快速高效開發提供了技術保障。
               
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