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時間暴露于鉆井液中，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間而變化。當侵入深度較大時，為了解除這種傷害，需要采取較大的強化措施。由于地層長時間暴露于鉆井液中,而大多數(shù)水平井都希望在自然狀態(tài)下生產(chǎn).基于這個事實,“無傷害”泥漿體系經(jīng)常在鉆井中使用。這些“無傷害”泥漿體系也可能引起一起不希望出現(xiàn)的問題，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，雖然它可以改變井筒及其附近的潤濕性，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的橫載面積，導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)測井發(fā)現(xiàn)，它們對油層也造成了嚴重的傷害。這是因為水基泥漿導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滲透率。這種傷害經(jīng)過一定時間的生產(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入地層導致的機械傷害，以及固井時的水泥或水泥濾液侵入地層導致的固井傷害。不管是何種傷害，它們對水平井的產(chǎn)能都有嚴重的影響。在各種情況下，當油氣井表皮系數(shù)達到+5時，其產(chǎn)能幾乎下降一半。根據(jù)經(jīng)驗，+5可能還是一個比較保守的表皮因子值。當表皮因子達到+20時，和無傷害時的油氣井產(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，由于其中夾有頁巖層是常見的，因而可能存在嚴重的各向異性現(xiàn)象。為了評價各向異性的程度，采用以下方程計算出各向異性系數(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，表示完全各向同性，值為0.25時，表示垂向滲透率相當有利，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，沒有壓裂垂直井的采油指數(shù)與沒有壓裂的水平井的采油指數(shù)比隨水平段長度的變化。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，既相對于垂直井來說，沒有壓裂的水平井采氣指數(shù)越低；氣層厚度越大，水平井對滲透率各向異性越敏感。各向異性系數(shù)為0.25時，相當于天然裂縫氣層，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，用不進行強化處理的水平井來代替垂直井沒有明顯的經(jīng)濟價值。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、低滲透氣層的強化處理鉆于垂直井需要加強強化處理（不只是解除井筒附近的傷害）的地層中的水平井，是壓裂選擇的對象。一個762m長的水平段的兩端各有一條橫向裂縫時，非常類似于兩口壓裂過的垂直井，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，這可以采用一個裂縫/氣層偶合模擬器進行模擬確定。圖42是北海油田一個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，橫坐標代表305m水平段上存在徑向達31m的橫向裂縫數(shù)，縱坐標代表對應的相對產(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，可以獲得4倍的增產(chǎn)幅度，當裂縫密度再增加時，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、強化措施的選擇為了使一口水平井具有經(jīng)濟開采能力而采取的必要的強化處理措施，依賴于需要處理的強度。裂縫性高滲透氣層中的井需要的處理強度肯定比低滲透油氣層中的井要小?？晒┻x擇的強化措施有以下三種。1. 射孔通常情況下，射孔不認為是一種強化處理措施，但在水平井中，它卻成為了一種不可忽略的強化措施。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)濟生產(chǎn)能力。鉆井和固井過程中對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，形成一個負的表皮因子。即使在最壞的情況下，子彈的穿透深度沒有超過地層污染厚度，這時的射孔也是采取后續(xù)強化處理措施所必需的中間步驟。當水平井要克服水錐問題時，它可以接受的強化處理也就是對井筒附近的處理，這時射孔就是理想的強化處理措施。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)濟時，射孔也是解決問題的一種強化措施。2. 基巖酸化基巖酸化的對象是滲透率大于1mD、滲透率各向異性程度較輕且油氣層厚度有限的水平井，實驗表明，水平段為305m的水平井，當表皮因子由+10降為+5時，油氣井產(chǎn)能將增加50%。對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)生一個負的表皮因子都是可能的，但是，為了進行基巖酸化，井筒必須下襯管或套管。砂巖進行酸化或酸壓處理的主要優(yōu)點是成本低，可以控制處理深度。當一口井要克服水錐問題時，基巖酸化是一個吸引人的選擇。3. 壓裂垂向滲透率低甚至沒有垂向滲透率的地層中的水平井，可能必須進行壓裂才有經(jīng)濟生產(chǎn)能力。水平滲透率低或存在嚴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，井筒延伸方向應該是垂直于最小主應力方向的，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?？v向裂縫將有效地對井筒附近地層進行強化，并且，它主要用來把井筒泄油半徑擴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去，沿井筒可以同時或相繼形成多條裂縫。橫向裂縫主要用來強化處理低滲透油氣層，設(shè)計裂縫數(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)計縱向裂縫還是橫向裂縫，在進行壓裂設(shè)計之前，都必須了解與兩種裂縫類型有關(guān)的兩個中心問題，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角依賴于井筒與最小主應力的方向。一旦決定了要對水平井進行壓裂，而且決定了要壓出縱向裂縫還是橫向裂縫，這時就需要測定油氣層中主應力的方向了。用來測定主應力大小和方向的方法有兩種，即微型壓裂法和應變松弛法。裸眼井微型壓裂技術(shù)是一種直接測定地應力大小和方向的方法，在一個新開發(fā)的油氣藏中，特別推薦使用這種方法。應變松弛法只能用來估計應力的大小和方向。另外，在某些情況細下，利用井徑測井可以確定應力方向。為了進行微型壓裂，首先要在目的地層中鉆一個垂直的導向孔；然后下人一個地層測試封隔器進行層位隔離，通過鉆桿加壓使地層產(chǎn)生一條微裂縫；最后進行定向取心，記錄下形成裂縫的方向。在取出巖芯，對裸眼進行評價之后，將導向孔回填，重新從根據(jù)微型壓裂測定結(jié)果確定的設(shè)計方向開始鉆進。這種方法可以在實際目的層中測定最小主應力的大小和方向，最小主應力的測定地點應盡可能接近進行水力壓裂的地段。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)化穿過油氣層垂向剖面的裂縫高度，這跟油氣層的應力剖面、油氣層厚度和計劃的施工規(guī)模有關(guān)。如果 水平井只準備進行一個小規(guī)模的強化處理，其水平井筒應定位于油氣層的高應力區(qū)，這樣才有可能保證裂縫穿透整個油氣層厚度；對于一口將進行大規(guī)模處理的水平井，其井筒定位于油氣層的低應力區(qū)是合理的，這時，它可以減少裂縫穿透阻擋層的可能。當兩個水平應力幾乎相等時，裂縫的方向是不能預測的，井筒延伸的方向就值得討論了。如果兩個水平應力之間有差異，這時，井筒的方向?qū)⒋_定裂縫與井筒的交會角。在許多情況下，水平井都會切割自然裂縫或克服油氣層的非均質(zhì)性。只有當鉆完井之后，所預測的油氣層性質(zhì)沒有遇鉆時，才決定進行強化處理。三、壓裂設(shè)計水平井是否要進行壓裂以及應該采用何種類型的裂縫設(shè)計，要根據(jù)每種裂縫對油氣層的強化程度。反過來，這種強化程度又與油氣層的滲透率和可獲得的裂縫導流能力有關(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)比和裂縫無因次導流能力（FCD）間的關(guān)系見圖43。FCD值參照壓裂的垂直井。由圖可知，縱向裂縫長度與水平段長度相等的水平井和裂縫長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，具有縱向裂縫的水平井比壓裂過的垂直井產(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的水平段是不成問題的，用此長度作L值，薄油氣層的含義就具體化為一個厚度小于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，應優(yōu)先考慮采用橫向裂縫的方法設(shè)計水平井壓裂。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于一口壓裂的垂直井，但這些垂直井受以下幾個方面的限制：首先是橫向裂縫的泄油半徑相互干擾，裂縫間距的安排應使早期的壓力干擾最小；其次是橫向裂縫處理地層時，強化程度的限制。在一口垂直井壓裂后，裂縫與井筒間的接觸范圍是整個射孔段的長度，它通常是地層中的純油氣層厚度，這導致了生產(chǎn)過程中雙線性流出現(xiàn)，即流體從地層線形流入裂縫，又從裂縫線形流入井筒。一般說來，在垂直井中裂縫無因次導流能力可達到10以上的低滲透地層中，水平井按橫向設(shè)計是可行的；高滲透地層中，只能獲得較低的無因次導流能力（一般認為FCD2），這時水平井應按縱向裂縫設(shè)計；對于無因次裂縫導流能力在210的地層來說，裂縫類型的選擇需要根據(jù)具體井的情況來確定。1、橫向壓裂當決定采用橫向壓裂時，首先應根據(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，應注意以下幾點：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)在水平井中應用時，由于會出現(xiàn)難以克服的問題，從而使得該技術(shù)幾乎難以在水平井上應用。限流法壓裂的主要問題，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處流動的過程中，其流速將逐漸降低，砂子的攜帶可能會出現(xiàn)問題，嚴重時會在管子底面出現(xiàn)砂丘；三是要求處理壓力高。分段壓裂法實施上難度相對要小，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?？籽鄯植疾粌H對孔眼摩阻有較大的影響，而且對起裂的模式也有較大的影響。實驗室模擬結(jié)果表明，當射孔長度超過4倍井筒直徑時，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，最后占主導地位的裂縫只有一條。同樣的研究還表明，初始裂縫使一個井筒半徑范圍內(nèi)的射孔炮眼相互連通，在射孔段長度小于4倍井筒直徑時，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盡可能的短，一定要小于4倍井筒直徑，同時，射孔段應盡可能高的密度進行射孔。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，常選用高價活性金屬絡合的凍膠壓裂液，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，則通過加大施工排量，以提高壓裂液的攜砂性能。4）支撐劑選擇。開始加砂時，支撐劑直徑應盡可能地小，以便讓支撐劑順利通過近井地帶。為了提高井筒附近裂縫的導流能力，可以尾追大直徑的支撐劑。為盡可能地減少壓裂砂在各時期內(nèi)的反吐，盡量避免砂子進入井筒而引起麻煩，可加入能固化的樹脂預包砂做尾追支撐劑，以增加井筒附近裂縫的導流能力和支撐劑的強度。2、縱向裂縫在裸眼完成的井中，不論井筒方向如何，都存在一個總的趨勢，即裂縫沿井筒起裂，一旦脫離井筒影響后，裂縫就會取向于一個更有利于裂縫延伸的方向。當井筒下了套管射孔完成時，裂