水平井增產(chǎn)措施.doc

水平井增產(chǎn)措施從原理上講，鉆一口水平井就可以代替一口要采取增產(chǎn)措施的垂直井，水平井筒就相當(dāng)于垂直井中的裂縫。但是，為了提高水平井的生產(chǎn)能力，它也常常需要采取強(qiáng)化措施。一、采取增產(chǎn)措施的必要性1、解除傷害造成水平井傷害的原因是地層長(zhǎng)時(shí)間暴露于鉆井液中，鉆井液密度高，其液柱壓力大于地層壓力，在液柱壓力的作用下，鉆井液濾液將侵入地層，濾液侵入深度隨鉆井液密度和浸泡地層時(shí)間而變化。當(dāng)侵入深度較大時(shí)，為了解除這種傷害，需要采取較大的強(qiáng)化措施。由于地層長(zhǎng)時(shí)間暴露于鉆井液中,而大多數(shù)水平井都希望在自然狀態(tài)下生產(chǎn).基于這個(gè)事實(shí),“無(wú)傷害”泥漿體系經(jīng)常在鉆井中使用。這些“無(wú)傷害”泥漿體系也可能引起一起不希望出現(xiàn)的問(wèn)題，如采用一種油基泥漿體系在含氣、水敏的低滲透砂巖地層中鉆井時(shí)，雖然它可以改變井筒及其附近的潤(rùn)濕性，變親水為親油，但由于砂巖的孔喉尺寸小，孔喉上的厚油臘降低了可供流體流動(dòng)的橫載面積，導(dǎo)致了非常高的表皮因子。采用水基的聚合物泥漿，用酸溶性碳酸鈣作為橋堵劑。雖然聚合物泥漿和橋堵劑在降低濾失量方面發(fā)揮了很好的作用，但是生產(chǎn)測(cè)井發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)油層也造成了嚴(yán)重的傷害。這是因?yàn)樗酀{導(dǎo)致了井筒周圍含水飽和度的變化，這種變化改變了油相在井筒周圍的相對(duì)滲透率。這種傷害經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的生產(chǎn)后可以自行解除。還有另外兩種類型的傷害也能影響油井的產(chǎn)能，這就是鉆柱在井筒底面的碾磨產(chǎn)生的巖屑和泥漿固相進(jìn)入地層導(dǎo)致的機(jī)械傷害，以及固井時(shí)的水泥或水泥濾液侵入地層導(dǎo)致的固井傷害。不管是何種傷害，它們對(duì)水平井的產(chǎn)能都有嚴(yán)重的影響。在各種情況下，當(dāng)油氣井表皮系數(shù)達(dá)到+5時(shí)，其產(chǎn)能幾乎下降一半。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，+5可能還是一個(gè)比較保守的表皮因子值。當(dāng)表皮因子達(dá)到+20時(shí)，和無(wú)傷害時(shí)的油氣井產(chǎn)能相比，其油氣井產(chǎn)能下降了四分之三。產(chǎn)能的這種四倍關(guān)系，使得除滲透率最低的油氣層外，其它幾種油氣層采取解除污染的強(qiáng)化措施都是一種可行的選擇。2、克服氣層滲透率的各向異性大多數(shù)氣藏都在一定程度上存在著滲透率各向異性。在砂巖氣層種，由于其中夾有頁(yè)巖層是常見(jiàn)的，因而可能存在嚴(yán)重的各向異性現(xiàn)象。為了評(píng)價(jià)各向異性的程度，采用以下方程計(jì)算出各向異性系數(shù)：=式中： kh水平滲透率；kv垂向滲透率。大多數(shù)油氣層都表現(xiàn)出一定程度的各向異性，其值常取為3。值為1時(shí)，表示完全各向同性，值為0.25時(shí)，表示垂向滲透率相當(dāng)有利，最適合打水平井。圖4-1中表示了各向異性系數(shù)分別為3、1、0.25的情況下，沒(méi)有壓裂垂直井的采油指數(shù)與沒(méi)有壓裂的水平井的采油指數(shù)比隨水平段長(zhǎng)度的變化。圖中取泄油半徑為745ft（229m），井徑為0.326ft（0.1m）。=0.25=1=3=3=1=1=3=0.25=0.25 h=20ft h=100ft h=200ft圖4-1 三種各向異性系數(shù)下的采油指數(shù)比比較：各向同性（=1），一般的各向同性（=3），垂向滲透率相當(dāng)有利（=0.25）從圖中可以看出：油氣層各向異性系數(shù)越大，采氣指數(shù)比越低，既相對(duì)于垂直井來(lái)說(shuō)，沒(méi)有壓裂的水平井采氣指數(shù)越低；氣層厚度越大，水平井對(duì)滲透率各向異性越敏感。各向異性系數(shù)為0.25時(shí)，相當(dāng)于天然裂縫氣層，它的高采氣指數(shù)比暗示了天然裂縫氣層是打水平井的最佳侯選氣層。較厚的常規(guī)滲透率地層中的采氣指數(shù)比表明，用不進(jìn)行強(qiáng)化處理的水平井來(lái)代替垂直井沒(méi)有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是，采用水力壓裂可以克服氣層的各向異性。是壓成一條裂縫還是壓成多條裂縫，這要根據(jù)裂縫的取向來(lái)定。水力壓裂將大大地改變氣層滲透率的各向異性程度，在滲透率非常低的氣層中，通過(guò)壓裂，各向異性系數(shù)可以降低到1甚至更低。3、低滲透氣層的強(qiáng)化處理鉆于垂直井需要加強(qiáng)強(qiáng)化處理（不只是解除井筒附近的傷害）的地層中的水平井，是壓裂選擇的對(duì)象。一個(gè)762m長(zhǎng)的水平段的兩端各有一條橫向裂縫時(shí)，非常類似于兩口壓裂過(guò)的垂直井，它們的泄油半徑為兩條橫向裂縫間距離的一半。水平井的成本應(yīng)該和兩口垂直井的成本之和是一樣的或更低些。為了使氣層泄油最優(yōu)化，裂縫數(shù)和間距應(yīng)該根據(jù)地層滲透率和壓裂處理的成本而定，這可以采用一個(gè)裂縫/氣層偶合模擬器進(jìn)行模擬確定。圖42是北海油田一個(gè)白堊氣層中一口水平井的裂縫數(shù)與產(chǎn)能增加幅度之間的關(guān)系曲線，橫坐標(biāo)代表305m水平段上存在徑向達(dá)31m的橫向裂縫數(shù)，縱坐標(biāo)代表對(duì)應(yīng)的相對(duì)產(chǎn)能增加幅度。從圖中可以看出，每305m水平段內(nèi)等距離形成五條裂縫時(shí)，可以獲得4倍的增產(chǎn)幅度，當(dāng)裂縫密度再增加時(shí)，由于裂縫間的干擾增加了，因而使產(chǎn)能再繼續(xù)增加的幅度不斷地降低。圖4-2 北海油田一口水平井的裂縫數(shù)與產(chǎn)能增值的關(guān)系曲線二、強(qiáng)化措施的選擇為了使一口水平井具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采能力而采取的必要的強(qiáng)化處理措施，依賴于需要處理的強(qiáng)度。裂縫性高滲透氣層中的井需要的處理強(qiáng)度肯定比低滲透油氣層中的井要小?？晒┻x擇的強(qiáng)化措施有以下三種。1. 射孔通常情況下，射孔不認(rèn)為是一種強(qiáng)化處理措施，但在水平井中，它卻成為了一種不可忽略的強(qiáng)化措施。鉆于高滲透地層種的井，如果可以解除由于鉆井引起的傷害，井筒就有足夠的裸露滲透率，使油氣井具有經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)能力。鉆井和固井過(guò)程中對(duì)地層的傷害深度不足0.3m，深穿透射孔就可以成功地解除地層污染，增大井筒有效半徑，形成一個(gè)負(fù)的表皮因子。即使在最壞的情況下，子彈的穿透深度沒(méi)有超過(guò)地層污染厚度，這時(shí)的射孔也是采取后續(xù)強(qiáng)化處理措施所必需的中間步驟。當(dāng)水平井要克服水錐問(wèn)題時(shí)，它可以接受的強(qiáng)化處理也就是對(duì)井筒附近的處理，這時(shí)射孔就是理想的強(qiáng)化處理措施。此外，位于中高滲透地層中的水平井，鉆井傷害可能降低產(chǎn)能，受此影響，使得成功的生產(chǎn)井變得不經(jīng)濟(jì)時(shí)，射孔也是解決問(wèn)題的一種強(qiáng)化措施。2. 基巖酸化基巖酸化的對(duì)象是滲透率大于1mD、滲透率各向異性程度較輕且油氣層厚度有限的水平井，實(shí)驗(yàn)表明，水平段為305m的水平井，當(dāng)表皮因子由+10降為+5時(shí)，油氣井產(chǎn)能將增加50%。對(duì)鉆于碳酸巖地層中的水平井，采用基巖酸化完全消除表皮因子或產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的表皮因子都是可能的，但是，為了進(jìn)行基巖酸化，井筒必須下襯管或套管。砂巖進(jìn)行酸化或酸壓處理的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低，可以控制處理深度。當(dāng)一口井要克服水錐問(wèn)題時(shí)，基巖酸化是一個(gè)吸引人的選擇。3. 壓裂垂向滲透率低甚至沒(méi)有垂向滲透率的地層中的水平井，可能必須進(jìn)行壓裂才有經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)能力。水平滲透率低或存在嚴(yán)重地層傷害的中高滲透率地層中的水平井也是壓裂的選擇對(duì)象。水平井中的裂縫有兩種起裂模式：縱向起裂和橫向起裂?？v向起裂是沿著井筒延伸的，并且，井筒延伸方向應(yīng)該是垂直于最小主應(yīng)力方向的，與垂直井中的情況完全一樣，裂縫把所有射孔炮眼都聯(lián)系起來(lái)?？v向裂縫將有效地對(duì)井筒附近地層進(jìn)行強(qiáng)化，并且，它主要用來(lái)把井筒泄油半徑擴(kuò)展到油氣層的上下邊界?？v向裂縫的主要用途是解除深度井筒傷害，改變油氣層的各向異性，降低井筒周圍匯流的影響。橫向起裂即垂直于井筒方向起裂。這種裂縫發(fā)生在井筒方向平行于最小主應(yīng)力方向的井中。井筒中射孔炮眼成組分布，每條裂縫從一組孔眼起裂，并從井筒徑向延伸開(kāi)去，沿井筒可以同時(shí)或相繼形成多條裂縫。橫向裂縫主要用來(lái)強(qiáng)化處理低滲透油氣層，設(shè)計(jì)裂縫數(shù)要或多或少地方便于油氣層泄油情況的優(yōu)化。不論是設(shè)計(jì)縱向裂縫還是橫向裂縫，在進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)之前，都必須了解與兩種裂縫類型有關(guān)的兩個(gè)中心問(wèn)題，即井筒走向和井筒在油氣層中垂向上的位置。1）井筒取向。裂縫與井筒之間的交會(huì)角依賴于井筒與最小主應(yīng)力的方向。一旦決定了要對(duì)水平井進(jìn)行壓裂，而且決定了要壓出縱向裂縫還是橫向裂縫，這時(shí)就需要測(cè)定油氣層中主應(yīng)力的方向了。用來(lái)測(cè)定主應(yīng)力大小和方向的方法有兩種，即微型壓裂法和應(yīng)變松弛法。裸眼井微型壓裂技術(shù)是一種直接測(cè)定地應(yīng)力大小和方向的方法，在一個(gè)新開(kāi)發(fā)的油氣藏中，特別推薦使用這種方法。應(yīng)變松弛法只能用來(lái)估計(jì)應(yīng)力的大小和方向。另外，在某些情況細(xì)下，利用井徑測(cè)井可以確定應(yīng)力方向。為了進(jìn)行微型壓裂，首先要在目的地層中鉆一個(gè)垂直的導(dǎo)向孔；然后下人一個(gè)地層測(cè)試封隔器進(jìn)行層位隔離，通過(guò)鉆桿加壓使地層產(chǎn)生一條微裂縫；最后進(jìn)行定向取心，記錄下形成裂縫的方向。在取出巖芯，對(duì)裸眼進(jìn)行評(píng)價(jià)之后，將導(dǎo)向孔回填，重新從根據(jù)微型壓裂測(cè)定結(jié)果確定的設(shè)計(jì)方向開(kāi)始鉆進(jìn)。這種方法可以在實(shí)際目的層中測(cè)定最小主應(yīng)力的大小和方向，最小主應(yīng)力的測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)盡可能接近進(jìn)行水力壓裂的地段。2）水平井在油氣層垂向上的位置。井筒在垂向上的位置的選擇將優(yōu)化穿過(guò)油氣層垂向剖面的裂縫高度，這跟油氣層的應(yīng)力剖面、油氣層厚度和計(jì)劃的施工規(guī)模有關(guān)。如果 水平井只準(zhǔn)備進(jìn)行一個(gè)小規(guī)模的強(qiáng)化處理，其水平井筒應(yīng)定位于油氣層的高應(yīng)力區(qū)，這樣才有可能保證裂縫穿透整個(gè)油氣層厚度；對(duì)于一口將進(jìn)行大規(guī)模處理的水平井，其井筒定位于油氣層的低應(yīng)力區(qū)是合理的，這時(shí)，它可以減少裂縫穿透阻擋層的可能。當(dāng)兩個(gè)水平應(yīng)力幾乎相等時(shí)，裂縫的方向是不能預(yù)測(cè)的，井筒延伸的方向就值得討論了。如果兩個(gè)水平應(yīng)力之間有差異，這時(shí)，井筒的方向?qū)⒋_定裂縫與井筒的交會(huì)角。在許多情況下，水平井都會(huì)切割自然裂縫或克服油氣層的非均質(zhì)性。只有當(dāng)鉆完井之后，所預(yù)測(cè)的油氣層性質(zhì)沒(méi)有遇鉆時(shí)，才決定進(jìn)行強(qiáng)化處理。三、壓裂設(shè)計(jì)水平井是否要進(jìn)行壓裂以及應(yīng)該采用何種類型的裂縫設(shè)計(jì)，要根據(jù)每種裂縫對(duì)油氣層的強(qiáng)化程度。反過(guò)來(lái)，這種強(qiáng)化程度又與油氣層的滲透率和可獲得的裂縫導(dǎo)流能力有關(guān)。具有縱向裂縫的水平井采油指數(shù)與壓裂的垂直井的采油指數(shù)比和裂縫無(wú)因次導(dǎo)流能力（FCD）間的關(guān)系見(jiàn)圖43。FCD值參照壓裂的垂直井。由圖可知，縱向裂縫長(zhǎng)度與水平段長(zhǎng)度相等的水平井和裂縫長(zhǎng)度等于水平井水平段一半的壓裂垂直井相比，在低FCD值和高L/h值時(shí)，具有縱向裂縫的水平井比壓裂過(guò)的垂直井產(chǎn)能高得多。低FCD值意味著地層滲透率高，高的L/h值意味著油氣層薄，根據(jù)目前的鉆井水平，鉆成762m的水平段是不成問(wèn)題的，用此長(zhǎng)度作L值，薄油氣層的含義就具體化為一個(gè)厚度小于23m的油氣層了。油氣層越薄，滲透率越高，水平井壓開(kāi)縱向裂縫就越有吸引力。圖4-3 垂直井、垂直裂縫井與水平井、縱向裂縫的采油指數(shù)比在低L/h范圍內(nèi)和高的FCD值下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用橫向裂縫的方法設(shè)計(jì)水平井壓裂。由圖43可知，在這種條件下，縱向裂縫水平井的采油指數(shù)比壓裂垂直井的采油指數(shù)高不了多少。然而，在橫向裂縫的水平井中，每一條橫向裂縫都相當(dāng)于一口壓裂的垂直井，但這些垂直井受以下幾個(gè)方面的限制：首先是橫向裂縫的泄油半徑相互干擾，裂縫間距的安排應(yīng)使早期的壓力干擾最?。黄浯问菣M向裂縫處理地層時(shí)，強(qiáng)化程度的限制。在一口垂直井壓裂后，裂縫與井筒間的接觸范圍是整個(gè)射孔段的長(zhǎng)度，它通常是地層中的純油氣層厚度，這導(dǎo)致了生產(chǎn)過(guò)程中雙線性流出現(xiàn)，即流體從地層線形流入裂縫，又從裂縫線形流入井筒。一般說(shuō)來(lái)，在垂直井中裂縫無(wú)因次導(dǎo)流能力可達(dá)到10以上的低滲透地層中，水平井按橫向設(shè)計(jì)是可行的；高滲透地層中，只能獲得較低的無(wú)因次導(dǎo)流能力（一般認(rèn)為FCD2），這時(shí)水平井應(yīng)按縱向裂縫設(shè)計(jì)；對(duì)于無(wú)因次裂縫導(dǎo)流能力在210的地層來(lái)說(shuō)，裂縫類型的選擇需要根據(jù)具體井的情況來(lái)確定。1、橫向壓裂當(dāng)決定采用橫向壓裂時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)凈現(xiàn)值采用迭代法確定裂縫的條數(shù)和裂縫間距離，然后再確定具體的施工方案。在制定施工方案時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）壓裂方法的選用。要產(chǎn)生多條裂縫，可供采用的方法有限流法壓裂、分段壓裂法、或兩者結(jié)合的方法。限流法壓裂技術(shù)在水平井中應(yīng)用時(shí)，由于會(huì)出現(xiàn)難以克服的問(wèn)題，從而使得該技術(shù)幾乎難以在水平井上應(yīng)用。限流法壓裂的主要問(wèn)題，一是排量要足夠的大，以滿足多裂縫壓裂和攜砂的要求；二是在壓裂液沿管線向水平段遠(yuǎn)處流動(dòng)的過(guò)程中，其流速將逐漸降低，砂子的攜帶可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在管子底面出現(xiàn)砂丘；三是要求處理壓力高。分段壓裂法實(shí)施上難度相對(duì)要小，但成本昂貴。目前，水平井壓裂還是趨向于選擇限流法壓裂技術(shù)。2）射孔。孔眼分布不僅對(duì)孔眼摩阻有較大的影響，而且對(duì)起裂的模式也有較大的影響。實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果表明，當(dāng)射孔長(zhǎng)度超過(guò)4倍井筒直徑時(shí)，可以產(chǎn)生多條裂縫。在較短的射孔段內(nèi)產(chǎn)生了多條裂縫時(shí)，最后占主導(dǎo)地位的裂縫只有一條。同樣的研究還表明，初始裂縫使一個(gè)井筒半徑范圍內(nèi)的射孔炮眼相互連通，在射孔段長(zhǎng)度小于4倍井筒直徑時(shí)，只可能產(chǎn)生一條裂縫。從易于起裂考慮，每條裂縫的射孔段應(yīng)盡可能的短，一定要小于4倍井筒直徑，同時(shí)，射孔段應(yīng)盡可能高的密度進(jìn)行射孔。從孔眼的有效性考慮，在不犧牲穿透深度的情況下，孔眼直徑應(yīng)盡可能的大，并選用盡可能大的射孔槍以不小于90的射孔相位射孔，以減少偏心的影響。3）壓裂液的選用。在水平井中，常選用高價(jià)活性金屬絡(luò)合的凍膠壓裂液，這種壓裂液具有較高的交鏈密度和短期內(nèi)高粘度，可使砂子在井筒和裂縫入口處的壓降減至最小。如果不使用這種壓裂液，則通過(guò)加大施工排量，以提高壓裂液的攜砂性能。4）支撐劑選擇。開(kāi)始加砂時(shí)，支撐劑直徑應(yīng)盡可能地小，以便讓支撐劑順利通過(guò)近井地帶。為了提高井筒附近裂縫的導(dǎo)流能力，可以尾追大直徑的支撐劑。為盡可能地減少壓裂砂在各時(shí)期內(nèi)的反吐，盡量避免砂子進(jìn)入井筒而引起麻煩，可加入能固化的樹(shù)脂預(yù)包砂做尾追支撐劑，以增加井筒附近裂縫的導(dǎo)流能力和支撐劑的強(qiáng)度。2、縱向裂縫在裸眼完成的井中，不論井筒方向如何，都存在一個(gè)總的趨勢(shì)，即裂縫沿井筒起裂，一旦脫離井筒影響后，裂縫就會(huì)取向于一個(gè)更有利于裂縫延伸的方向。當(dāng)井筒下了套管射孔完成時(shí)，裂