M气藏压裂施工砂堵原因剖析_李勇明

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收稿日期 :2007 -07 -09;修回日期 :2008 -02 -19 基金项目 :四川省天然气开采重点实验室基金项目 (GPL04 -06);教育部博士学科点专项科研基金 (20040615003)。 作者简介 :李勇明 (1974 -), 1997年毕业于西南石油学院石油工程专业 , 副研究员 , 博士 , 现主要从事 油气藏增产新 技术研究 , 发表学术 论文 30 余篇 。 地址 :(610500)四川省成都市新都区 , 电话 :13072896966, E-mail:swpifrac@
(6)压裂液在井筒内流动的摩阻高 , 考虑到压 裂设备的安全 , 限制了压裂施工排量的提升 ,致使形 成的裂缝宽度小 , 在高砂比注液段极易发生砂堵 。
压裂液的摩阻大小 , 既关系到压裂施工能否顺 利进行 , 又关系到施工泵压对地层做功的大小 。 压 裂液摩阻愈高 , 则会使泵压愈高 , 排量降低 , 在井口 设备功率一定时 , 因压裂液摩阻大而导致用于造缝
二 、M气藏压裂砂堵原因分析
表 1为 M气藏发生严重砂堵井层的设计参数 和实际施工参数列表 。 M气藏 M2储层温度平均为 76.6℃, 该气藏所用压裂液的评价结果表明 , 压裂液 体系在 75℃、剪切 100 min的条件下 , 压裂液的黏度 保持在 100 mPa.s以上 , 具备较强的携砂能力 , 完全
80
21.3
46
1 28.1 1 14.1 1 27.4 1 02.2 1 24.7 2 7.3 3
2 6.25 2 4.55 32.2 21.2 2 6.08
5.3
图 1 A井 M2气层测井曲线
A井的压裂施工中破裂特征不明显 , 表现出非 常强的塑性变形特征 , 主裂缝形成困难 。 图 1为 A 井压裂层 段测 井 曲线 , 该井 压 裂射 孔 段 2 680 ~ 2 684 m, 在 2 681 ~ 2 682 m有 1.0 m的泥岩夹层 。 和 A井破裂特征表现相类似的井有 C、F两口井 。
(1)压裂层段的纵向非均质性强 , 中间夹有泥 岩小夹层 , 压裂裂缝起裂复杂 , 裂缝面不规则 , 难以 形成有效的主裂缝 。
表 1 M气藏砂堵层位主要设计及实际施工参数
井号
A井 B井 C井 D井 E井 F井
层位
M2 M
2
M2 M2上 M2 M2
设计施工参数
前置液 (m3) 携砂液 (m3) 前置液 :携砂液
采用较少的前置液量对于提高压裂效果是非常
有益的 , 但对于该气藏前期压裂的 39井层有 10井 层在加砂后期压裂施工压力较快上升 , 表明裂缝内 存在不同程度的砂堵 , 其中 6井层因严重砂堵而被 迫停止施工 , 未加完设计的砂量 , 砂堵率较高 。
第 31卷 第 2期 Vol.31 No.2
开采工艺
钻 采 工 艺 DRILLING& PRODUCTIONTECHNOLOGY
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M气藏压裂施工砂堵原因剖析
李勇明 , 李崇喜 , 郭建春 , 赵金洲
(油气藏地质及开发工程国家重点实验室 ·西南石油大学 )
能够满足携砂要求 。在分析砂堵原因时未需考虑压 裂液的携砂性能因素 。
由于 M气藏采用分层压裂 , 未进行小型压裂测 试和压裂后递减测试 、也无井底压力监测数据 , 无法 分析压裂注液过程中的实际滤失系数 、井底净压力 等参数 , 这给砂堵曲线分析带来很大困难 。 考虑到 引起压裂施工砂堵的因素很多 , 为此 , 重点在结合单 井压裂设计 、压裂施工曲线 、压裂层段测井曲线进行 了综合分析 。 认为砂堵的可能原因有以下几点 :
第 31卷 第 2期 Vol.31 No.2
钻 采 工 艺 DRILLING& PRODUCTIONTECHNOLOGY
高度得到较好控制 , 裂缝长度方向扩展较好 。 但是 在 35 ~ 55 min注携砂液 , 压裂施工压力基本稳定 , 考 虑到目的层岩性低渗 , 即在基岩中的滤失是有限的 , 表明在水力裂缝延伸过程中沟通了天然裂缝 (微裂 缝 )或孔洞网络 , 使得滤失与注入基本平衡 , 进入到 “临界压力 ”, 此时并未采取提排量或降砂比措施 , 导致后期砂堵 。
· 5 7 ·
图 2 B井 M2气层压裂施工曲线
(3)压裂层段的渗透率较高 、有效厚度大 , 地层 吸液能力强 , 压裂液滤失高 , 施工排量偏低 , 压裂液 效率低 。
E井的压裂射孔段为 2 574 ~ 2 578 m, 测井曲 线显示隔层较好 , 在裂缝破裂后的注前置液阶段施 工压力明显降低 , 可排 除裂缝高度过 快延伸所致 。 测井曲线显示在 2 570 ~ 2 582 m段的岩性较纯 , 此 段应被全部压开 。 此段渗透率 2.06 ×10-3 μm2 , 渗 透性好 , 必定压裂液滤失速度大 , 加之至少 12 m的 滤失高度 , 压裂液总的滤失量大 , 造缝效率低 。 而该 井压裂的施工排量一直稳定在 2.4 m3 /min, 偏低 。
李勇明等 .M气藏压裂施工砂堵原因剖析 .钻采工艺 , 2008, 31(2):55 -57, 64 摘 要 :气井压裂施工过程 中产生砂堵在影响压裂 效果的 同时将 会产生严 重的经 济损失 。 通 过考虑 影响压
裂施工的地层 、压裂液 、工程 、设计等各种因素 , 剖析了压裂过程中 产生砂堵的 常见原因 。 针 对 M气藏 6口 压裂施 工井的砂堵情况 , 结合压裂施工曲线 、测井 曲线 、测井解 释成果 、压裂 施工设 计及实 际施工 参数对产 生砂堵 的具体 原因进行分析 , 在此基础上提出了防止 M气 藏压裂 施工砂 堵的具体 建议 。 砂 堵原因 的深入认 识和相 关建议 对 M 气藏后续压裂设计和施 工具有很高的参考价值 , 对其他类似的低渗砂岩气藏 的压裂施工也具有重要指导意义 。
图 3 D井 M2上气层压裂施工曲线
M2上 段 压 裂 时 , 其 下 隔 层 仅 3 m(2 592 ~ 2 955 m), 裂缝向下缝高扩展阻力较小 。 压裂施工 动态曲线反映出压力平缓下降也表明裂缝高度延伸
较快 , 下隔层突破 , 并连通之前压裂的 M2下段的支 撑裂缝 , 导致大量压裂液滤失 , 发生砂堵 。
(2)压裂沟 通了天然裂缝 (微裂 缝 )和孔洞网 络 , 地层滤失性较大 , 压裂液严重滤失 , 滤失与注入 基本平 衡 , 进入 “临 界压 力 ”区 , 而未 采取 必 要措 施 [ 3] 。
图 2为 B井的压裂施工曲 线 。 该井的 压裂射 孔段为 2 659 ~ 2 663 m, 测井曲线反映在 2 661 ~ 2 662 m有 1 m厚的 泥 岩夹 层 , 表 现 在 注液 10 ~ 12 min时在施工排量恒定的情况下施工压力出现了 明显波动 。随着前置液的不断注入 , 施工压力缓慢 上升 , 主要是该井 段岩性致密 、测井解释渗 透率为 0.321 ×10-3 μm2 , 表明裂缝延伸阻力较大 。 该井测 井曲线显示压裂层段的隔层良好 , 在 2 650 ~ 2 657 m、2 666 ~ 2 671 m具有较致密的盖层和底层 , 裂缝
(4)储层水敏 性 。 储层遇水 膨胀分散 , 从而裂 缝内堆积了垮塌分散的泥沙 , 流动阻力急剧增加 , 易 导致加砂困难而砂堵 。
(5)形成了多条水力裂缝 。压裂施工时极有可 能形成多条水力裂缝 , 这就可能发生压裂液的强烈 滤失 (漏失 ), 使用于主裂缝造缝的流量迅 速降低 , 造成主裂缝动态缝宽变小 , 增加砂堵的风险 。
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钻 采 工 艺 DRILLING& PRODUCTIONTECHNOLOGY
2008年 3月 March2008
的有效功率减少 , 限制裂缝的形成和延伸 , 甚至可能 会受设备功率的限制 , 导致压裂失败 。
(7)岩石弹性模量高 , 人工裂缝窄 。 (8)砂比过高或提升速度过快 。 (9)前置液量偏少 。
(4)压裂裂缝高度延伸过快 , 沟通高渗带 , 导致 大量液体滤失 , 造缝效率低 。
该井本次压裂射孔段 2 588 ~ 2 591 m。 之前 , 对 M2下 (2 601 ~ 2 604 m)进行压裂 , 施工排量 2 m3 / min, 破裂压力 45.4 MPa, 测井渗透率 0.199 ×10-3 μm2 。采用 PT软件模拟显示 , 注前置液阶段 M2下 裂 缝向上扩展突破了 2 597 ~ 2 601 m的上部隔层 , 进 入到 2 592 ~ 2 955 m(M2上段的下隔层 ), M2下支撑 裂缝上高 15.0 m。 从 D井 M2上 段压裂施工曲线 (图 3)可以看出 , D井 M2上 压裂初期在地层破裂之后 , 施 工压力有明显回升 , 主要是岩性致密 , 裂缝延伸阻力 大 , 裂缝正常延伸 。在注液 28.5 ~ 33 min加入了支 撑剂段塞 , 施工压力略有降低 , 表明打磨作用较好 。 之后压力又略有上升 , 裂缝在继续扩展 。
(1)压裂沟 通了天然裂缝 (微裂 缝 )和孔洞网 络 , 压裂液严重滤失, 没有采取必要的降滤失措 施 [ 1] 。
天然裂缝渗透率很大 , 压裂液的滤失严重 ;潜在 缝受压后张开 , 进一步加剧了滤失 , 不能形成较宽的 主裂缝 , 高砂比混砂液无法进入裂缝 , 容易导致加砂 初期砂堵 。
(2)压裂液的携砂性能差或抗剪切性能差 。 压 裂液的抗剪切性能差 , 压裂液在裂缝内流动时受温 度和剪切作用的有效黏度下降快 , 悬砂性能差 , 导致 大量的支撑剂在缝口附近很快沉降堆积 , 裂缝过流 面窄 , 容易引起砂堵 。
一 、压裂施工砂堵常见原因分析
砂堵是造成压裂施工失败的直接原因 , 导致砂 堵的因素较复杂 , 主要包括地层因素 、压裂液因素 、 工程因素 、设计因素等 。 如何有效避免砂堵的产生 一直是压裂设计和施工作业中非常棘手的难题 。对 于砂堵的主要原因进行分析有助于 指导设计和施 工 , 尽量避免砂堵发生 。常见原因归结如下 :
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