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水力压裂设计

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  
水力压裂设计
水力压裂设计是寻求满足地质、工程和设备条件下作出经济有效的最优方案。目前有两种设计方法。(1)从满足给定的配产方案要求的增产倍数出发,优选压裂液、支撑剂及布砂方式,设计出相应的施工规模(排量、液量和砂量),确定相应的裂缝几何尺寸;(2)从地层条件出发,满足设备能力的约束条件,优选压裂液,支撑剂和加砂方式,预测多种不同方案下的增产能力,再根据实际需要选择施工方案。
一、选井选层
 压裂是靠在地层中形成高导流能力裂缝而解放低渗透储层生产力,即有一定能量的低渗透储层的产量问题。必须正确选择压裂对象,综合考虑储层地质特征、岩石力学性质、孔渗饱特性、油层油水接触关系、岩层间界面性质与致密性、井筒技术要求。通过对侯选井层进行压前评估,分析油气井低产的原因,筛选出适当的压裂井层,并确定部分压裂设计参数。
油气井低产的原因可能有:①由于钻井、完井、修井等作业过程对地层伤害使近井地带造成严重的堵塞;②油气层渗透率很低,常规完井方法难以经济开采;③“土豆状”透镜体地层,单井控油面积有限,难以获得高产;④油气藏压力已经枯竭,即油气藏剩余能量不足以驱出更多原油。前三种情况可以采取适当的压裂措施。地层状况究竟处于什么状态,由地层评估技术解释。
1.储层物性评估
1) 储层地质特征  储层沉积特征决定了井的泄油面积,从而决定了压裂规模。例如浅层的多数透镜体含水或包含气/水接触面,而盆地深部的砂岩透镜体含气,某些透镜体可能主要含水而不适合压裂。断层发育的区块,必须确定出其断层体系的走向和断层性质,从而估计水力裂缝走向。
2) 粘土矿物分析  储层中总充填有粘土,粘土矿物类型、含量与分布方式严重地影响了储层渗透性,而且决定了压裂液与地层的配伍性,是选择压裂液体系的主要依据。常用伽玛射线测井、自然电位测井等测井方法或扫描电镜(SEM)实验分析方法测定。
3) 岩石力学性质  主要包括储层、盖层和底层的杨氏模量、泊松比和断裂韧性值,它们对裂缝几何尺寸有很大的影响。岩石力学性质参数可通过取心在实验室测试。由于储层岩石的非均质性、地面与储层条件的差异,测试结果与实际情况有一定出入。现场常用长源距声波测井结合密度测井计算岩石弹性模量和泊松比。但长源距声波测井得到的是动态值,而在压裂作业中使用静态值更合理。
4) 岩心分析评估油气藏储层基本参数,可采用岩心常规分析或岩心特殊分析技术。后者能模拟地层条件,因而分析结果更可靠。
5) 试井分析  进一步评价地层,确定储层的渗透率、表皮系数、地层压力及其它性质。
2.选井选层原则
任何成功的压裂作业必须具备两个基本的地质条件:储量和能量,前者是压裂改造的物质基础,后者是较长增产有效期的保证。压裂侯选井应具备下列条件:
1) 低渗透地层:渗透率越低,越要优先压裂,越要加大压裂规模;
2) 足够的地层系数:一般要求Kh>0.5×10-3μm2.m;
3) 含油饱和度:含油饱和度一般应大于35%;
4) 孔隙度:一般孔隙度为6%~15%才值得压裂;若储层厚度大,最低孔隙度为6%~7%;
5) 高污染井:解堵不是压裂的主要任务,而是必然结果。需针对储层条件采取措施。
此外,压裂井是否适合压裂或以多大规模压裂,还应考虑距边水、底水、气顶、断层的距离和遮挡层条件;并结合天然裂缝原则;最大水平主应力与油水井不相间原则;井网与最大水平主应力有利原则等考虑压裂工艺。并考虑井筒技术条件。
二、确定入井材料
1.优选压裂液体系
(1) 筛选基本添加剂(增稠剂、交联剂、破胶剂),配制适合本井的冻胶交联体系。
(2) 筛选与目的层配伍性好的粘土稳定剂、润湿剂、破乳剂、防蜡剂等添加剂系列。
(3) 筛选适合现场施工的耐温剂、防腐剂、消泡剂、降阻剂、降滤剂、助排剂、pH值调节剂、发泡剂和转向剂等。
(4) 对选择的压裂液,在室内模拟井下温度、剪切速率、剪切历程、阶段携砂液浓度来测定其流变性及摩阻系数,并按石油行业标准进行全面评定。
2.选择支撑剂
依据目的层闭合压力选择支撑剂类型,并按石油行业标准对其性能进行全面评定,通过选择支撑剂粒径,铺砂浓度和加砂方式满足闭合压力下无因次导流能力要求。
三、水力压裂设计计算
优化的压裂设计必须完成下列任务:(1)在给定的储层与井网条件下,根据不同缝长和导流能力预测压后生产动态;(2)根据储层条件选择压裂液、支撑剂和加砂浓度,并确定合理用量;(3)根据井下管柱与井口装置的压力极限选择合理的泵注排量与泵注方式、地面泵压和压裂车数;(4)确定压裂泵注程序;(5)进行压裂经济评价,使压裂作业最优化。
1.压裂设计基础参数
在进行压裂设计计算之前,除要收集油气井基本参数(如井深、泄油面积、油管尺寸、套管尺寸、井眼直径、油管质量、套管质量、射孔孔数和孔眼直径)外,还必须收集储层岩石和储层流体参数、压裂液性能参数和支撑剂的有关参数。
2.压裂设计计算内容
1) 注入方式选择
压裂施工注液方式有油管注液、环空注液、套管注液和油套混注。在满足泵注参数和施工管柱安全条件下尽量选择简单的施工注入方式。在常规油气层压裂中,油管注液方式居多。但在煤层气藏压裂中,为了降低井筒摩阻,可采用环空注液、套管注液或油套混注。
2) 施工排量
确定施工排量要考虑多种因素,首先,诱发人工裂缝是因为压裂液能够在井底憋起高压,因此,施工排量必须大于地层的吸液能力Q
高排量有利于输送支撑剂和充分压开产层有效厚度,但高排量注液可能使裂缝穿进遮挡层,尤其当产层与附近气、水层的封隔作用不是足够大时,串层非常危险。
此外,还应考虑摩阻压力。排量越大,产生的射孔孔眼摩阻和井筒摩阻越高,所需的井口施工压力越大,对设备要求越高。
3) 液量与砂比
针对油藏特征,以获得最佳裂缝长度和最佳裂缝导流能力为目标,通过裂缝延伸模拟确定压裂液量和砂比。例如,对低渗透储层应以形成长裂缝为主,砂比在30-50%左右,而高渗透储层改造应获得较高裂缝导流能力,对砂比要求更高一些。
4) 井口施工压力
3 水力裂缝设计计算步骤
水力压裂设计通常是根据储层条件、压裂液性能和支撑剂性能,设置若干施工规模,通过裂缝延伸模拟预测增产倍数,从中选择最优方案。
1) 确定前置液量、混砂液量以及砂量;
2) 选择适当的施工排量、计算施工时间;
3) 计算动态裂缝几何尺寸;
4) 支撑剂在裂缝中的运移分布,确定支撑裂缝几何尺寸;
5) 预测增产倍比。
4 水力压裂优化设计
优化压裂设计的最终目的是获得最大的经济效益。包括裂缝延伸模型(求解各种作业参数下的裂缝几何尺寸和导流能力)、油藏模型(把水力裂缝与油藏开发有机地结合起来,预测不同方案下的压后生产动态)和经济模型(确定经济上收益尽可能多的设计方案)。这是一个带有离散变量的多目标线性规划模型,将压裂施工方案与最终影响压裂井开采效益的裂缝参数之间的互相影响的非线性关系离散成多个互不影响的线性关系,运用线性规划方法,在求得目标得最优解(最佳开采效益)得同时得到相应得最佳压裂改造施工方案。               
 
 

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