资源描述
深层火山岩控制压裂技术研究应用,大庆油田有限责任公司井下作业分公司,报告人：张有才,目录,前言一、概述二、不同类型储层的评价控制技术三、需要进一步开展的研究工作,前言,随着油田勘探、开发的不断深入，压裂改造对象越来越复杂，对压裂工艺技术的进步提出了更高的要求。要求我们在注重工艺本身发展的同时，更要重视有利于提高对储层和工艺适应性认识程度的基础工作，加强压前评估技术和压后评价技术的研究和应用。通过压前评估技术的研究应用，增强对储层的认识能力，明确影响施工的主要因素，工程上需要控制的关键环节，采取有效的控制措施，保证工艺成功率和改造效果；通过压后评价技术的研究应用，对工艺措施的针对性和有效性进行系统评价，明确工艺技术的适应性和发展潜力，不断发展完善工艺，更好的满足复杂勘探、开发对象压裂改造的需要。,近几年，我们通过加强压前、压后评价工作，在分析不同改造对象地质特点和工艺适应性的基础上，针对老区和外围低渗透薄互储层压裂改造程度低；海拉尔和深火山岩压裂工艺成功率低等工艺不适应问题，加强工艺发展与地质特点相结合的研究工作。以提高储量动用程度为目标，开展了低渗透薄互储层细分控制压裂技术研究；以提高工艺成功率为目标，开展了复杂储层控制压裂技术研究等科研攻关课题，均取得了较好的效果。,前言,徐深气田是目前油田实施“油气并举战略”的主战区，而深层火山岩是“找气”的主要勘探目标。火山岩区域构造差异大、岩性和孔隙结构十分复杂，砂泥岩压裂的的成熟工艺技术对火山岩的适应性很差。主要表体现在砂堵层比例高，工艺成功率低；部分层不能按设计执行，只能降低标准施工。主要问题是评价技术手段不完备，对具体储层特征的认识程度低，没有形成规范的系统评价标准和控制技术。国内外火山岩的压裂工作量不多，只见到几份有关单井改造实例的介绍性文献。就储层评价、工艺技术应用和实现的改造规模等方面而论，与大庆目前的水平相差甚远，没有成熟的技术可以借鉴。,一、概述,针对火山岩构造、岩性复杂，压裂工艺成功率低的问题，我们从分析确定导致施工砂堵的地质因素入手，研究应用相应的评价技术，提高对储层特征的认识程度；通过开展针对性的现场试验研究，形成了火山岩控制压裂技术，使火山岩储层压裂工艺成功率由最初的37.5%，提高到目前的91.4%，为深层天然气勘探、开发提供了技术保证。,一、概述,控制压裂技术以实现预期改造目的为目标，针对不同储层影响施工的主要因素，实施从设计到施工的全过程的评价和控制。,一、概述,局部裂缝宽度窄、局部裂缝不规则和压裂液滤失速度大，造成脱砂是导致压裂过程中砂堵的直接原因。而裂缝宽度的大小、裂缝的不规则程度和压裂液虑失速度的大小，取决于储层及上下隔层的应力状态、岩性差异等地质因素。消除或消弱不同地质因素对施工的应影响，保证施工的顺利实施，需要针对导致砂堵的不同地质因素，采取不同的控制、处理措施。,二、不同类型储层的评价控制技术,因此，我们应用测井资料分析、地应力分析和测试压裂诊断评价技术，对砂堵层地质特征与测试压裂反映的施工特征，以及不同地质因素导致砂堵的机理进行了系统的研究；并通过现场试验，研究确定了反映储层不同特征的评价参数和评价标准，形成了针对不同类型储层的系统评价方法和控制施工技术。与不同地质因素相关的砂堵层，测试压裂反映的特征可以分为五种类型：低净压、高摩阻、高滤失、高停泵和无特征。即：一低、三高、一无,1、低净压（缝内净压力低）储层评价控制技术,导致净压力低的地质因素：储层上、下膈层的遮挡条件差。导致砂堵的机理：缝宽与砂比不匹配。砂堵位置：缝口堵、缝内桥堵砂堵特征：压力突然急剧上升砂堵前特征：前置液阶段施工压力从略降到平稳、砂堵前压力小幅度波动，整体略有抬升。评价方法：地应力剖面分析、测井资料岩性分析、测试压裂评价评价、施工压力动态分析和临界砂比段塞试验。,评价标准：测试压裂G函数叠加导数曲线在裂缝闭合点前呈现“下凹”形态，表明缝高扩展没有得到有效的控制，当测试压裂评价净压力小于5.5兆帕时需要控制施工。,控制工艺：变排量实时控制工艺；控缝高工艺。控制工艺原理：削弱尖端效应，提高缝净压力增加裂宽。,存在问题：对影响隔层遮挡能力的因素和机理没有进行过系统的研究，遮挡能力不能定量评价；没有针对火山岩开发的地应力分析模型，目前借用砂泥岩模型分析纵向地应力分布误差难以评价；控缝高工艺的实施具有较大的盲目性；隔层遮挡条件差的储层比例高，裂缝高度延伸超出储层范围较大，支撑剂在储层内的有效支撑程度低。该类储层在深层火山岩储层的比例为30.6%，通过控制施工，工艺成功率达到93.3%。,徐深2井202号层，岩性为流纹岩，厚度29.0m。压裂解释井段4075.64104.6m，厚度29.0m，射孔井段为4083.04076.0m，射开7.0m。,58.0MPa,66.0MPa,62.0MPa,施工实例分析,射孔井段为4083.04076.0m,压裂井段：4075.64104.6m，,砂比30%，进入炮眼后压力有下降的显示，替挤3.3min压力升高为79.40MPa，加入陶粒38.0m3。,测试压裂分析：停泵梯度0.00699MPa/m，近井摩阻为1.9MPa，净压力为3.34MPa，滤失系数为6.6110-4m/min0.5。评价结果为其它特征参数正常，只有井压力小于评价指标，需要采取实时控制施工。,无控制施工,徐深1-1井120号层岩性为流纹质熔结凝灰岩，解释层段3382.4-3459.2m,厚度76.8m。从综合应力剖面看：隔层与目的层间呈现无遮挡。,施工实例分析,射孔井段为3416.0-3424.0m,测试压裂分析：停泵压力梯度0.00562MPa/m，近井摩阻为0MPa，净压力为5.1MPa，滤失系数为6.1710-4m/min0.5。评价结果为其它特征参数正常，只有井压力小于评价指标，需要采取实时控制施工。,施工实例分析,末端砂比提到25.0%，共加入陶粒92.0m3，平均砂比19.1%。,施工成功实例分析,压力不断下降，动态缝宽很窄，排量提高到5.5m3/min.,变排量实时控制施工,2、高摩阻（近井高摩阻）储层评价控制技术,导致高摩阻的地质因素：近井裂缝不规则射孔相位导致的近井裂缝弯曲；发育高角度裂缝或钻井诱导缝导致近井多缝延伸；高应力部位射孔导致的近井裂缝滑移。导致砂堵的机理：局部缝宽和砂比不匹配，或局部裂缝呈闭合趋势造成过液不过砂导致脱砂。砂堵位置：缝口或近井裂缝内。砂堵特征：达到一定砂比的携砂液进入裂缝，压力突然急剧上升。砂堵前特征：注前置液期间施工压力高，施工压力对排量非常敏感；施工压力对支撑剂也非常敏感，每一个砂比进入裂缝时施工压力都有升高的响应，即使是200目的粉也如此。对排量和支撑剂敏感，是因为局部裂缝没有净压力呈现闭合趋势，靠压裂液挤过张开。,评价方法：测试压裂评价摩阻大小；成像测井和地应纵向分布资料确定近井裂缝的不规则类型。评价标准：测试压裂评价近井摩阻大于6MPa需要处理。控制处理措施：射孔方案控制：制定射孔方案时分析储层纵向地应力分布特征，选择射孔井段是避开能够导致裂缝滑移的高应力段；采用定向射孔或120度相位射孔；,措施控制：近井多缝用高粘度凝胶段塞处理；近井裂缝弯曲用延长低砂比注入时间，高排量注入前置液和低砂比处理液；裂缝滑移用增加前置液量、延长低砂比注入时间，高排量注入前置液和低砂比处理液。措施原理：利用高粘度凝胶表面张力大，选择性的压开一条最容易张开的主裂缝；增加前置液量高排量注入使滑移位置远离近井；延长低砂比注入时间，采用高排量注入前置液消除局部裂缝的闭合趋势。存在问题：程度较高的裂缝滑移，如果储层上下隔层没有较好的遮挡，提供较高的缝内净压力是很难见到处理效果的，必须重视射孔方案控制，避免高应力部位射孔。,实例：近井多逢控制施工,例如，升深202井营城组131层，井段为3090.03082.0m，厚度为77.0m。岩性为流纹岩，储层地应力呈现无遮挡特征。,测试压裂得到：停泵压力梯度0.00113MPa/m，近井摩阻13.56MPa，滤失系数1.510-3m/min1/2，微裂缝5条，净压力8.4MPa。,施工实例分析,测试压裂G函数分析，叠加导数曲线呈现“下凹”特征，说明缝高延伸没有受到控制，这与地应力剖面反映的特征一致。,近井形成多逢同时延伸造成主裂缝延伸不畅导致局部裂缝内憋压。停泵后由于压力自动平衡，裂缝继续延伸压力迅速下降。因而实际的近井摩阻比测试的13.56MPa还要高，测试的净压力8.4MPa也是憋压造成的假象，实际应该较低。通过评价分析，确定近井高摩阻是由近井多缝和高应力部位射孔导致近井裂缝滑移造成的。因而制定了如下的控制施工工艺。,施工实例分析,提到3.5m3/min时压力为66.9MPa，主裂缝已经形成，实现了采用高粘度凝胶段塞处理近井多缝的目的。压力下降近30.0MPa，高摩阻已经解除，高滤失情况得到了缓解。施工至157.68min时提排量4.0m3/min，砂比提到18%时，泵压开始升高，分析认为第一段粉砂接触到裂缝前缘引起脱砂，降低砂比压力升高到71.09MPa停泵，停砂共加入陶粒22.0m3，平均砂比13.9%。,施工实例分析,被迫停泵，压力为76.39MPa,第二停泵，压力为76.87MPa,憋放数次后起泵，停泵压力为63.62MPa,两次停泵没有“水锤”现象，说明近井多缝缝应然存在，原因是替凝胶段塞采用的排量过高，替入过程中多条裂缝就一直在延伸，使凝胶失去了选择性进入了所有延伸中的裂缝。由于多缝间的互相干扰，每条裂缝都很窄，造成高粘度凝胶在缝内的流动阻力很大，传递到裂缝尖端的压力也没有达到裂缝延伸需要的压力，因此决定停车扩散压力使多缝闭合。扩散压力17分钟后再次启车，排量提到1.2m3/min压力最高达到75.0MPa开始下降.,3、高滤失储层评价控制技术,导致高滤失的地质因素：储层天然裂缝发育导致砂堵的机理：前置液在施工中途滤完产生尖端脱砂；某一浓度段携砂液高度浓在缝内脱砂。砂堵位置：缝端部、缝内桥堵砂堵特征：脱砂后压力开始上升，上升斜率逐渐增加，当斜率大于1后，压力急剧上升。砂堵前特征：脱砂前压力逐渐下降或平稳。评价方法：成像测井、岩芯资料分析，测试压裂压降曲线G函数分析评价。,首先通过曲线的形态评价是否发育天然裂缝，然后通过滤失系数评价天然裂缝的发育程度。,叠加导数曲线上凸部分表明储层天然裂缝发育。叠加导数曲线与直线会合时点对应裂缝的张开压力；该叠加导数曲线从直线向下偏离点对应裂缝闭合。,评价标准和控制处理措施：,措施原理：选择合适粒径和浓度粉砂在微裂缝中造成砂堵。存在问题：不知道天然裂缝宽度，只能尽可能选小粒径粉砂。,实例：高滤失储层控制施工,例如，本井131号层岩性以灰白色流纹岩为主，井段为2915.02888.0m，厚度为27.0m，多见高角度、低角度、网状裂缝。,升深202井131层2890.09-2896.90m岩心,测试压裂分析：停泵压力梯度0.00734MPa/m正常，近井摩阻为6.1MPa，滤失系数1.02610-3m/min1/2，微裂缝条数为2.0条，滤失倍数3，压裂液效率仅为48.2%，证实本层具有近井高摩阻、高滤失特征。,施工实例分析,上隔层相距10.0m处应力值为45.9MPa，应力遮挡6.2MPa，下隔层应力遮挡较远，在相距90m处应力值为43.6MPa，存在3.9MPa应力差，呈现无遮挡特征。,现场决定降低排量到4.6m3/min，最高砂比25.0%，加入陶粒102.0m3，施工圆满结束，平均砂比21.0%。从调整后施工压力变化趋势分析，突破下部高应力点，导致裂缝底部脱砂的判断是正确的。,控制原则：胶塞用量1.0m3，三段粉砂处理；前置液比例38.0%；排量5.0m3/min，最高砂比25.0%。在砂比14%、18%、22%三个阶段进行临界砂比段塞试探。,施工实例分析,4、高停泵（停泵压力梯度高）储层评价控制技术,导致高停泵梯度的地质因素：构造作用导致最小主应力增加。导致砂堵的机理：净压力超过主应力差值产生不规则裂缝。砂堵位置：裂缝不规则处。砂堵特征：不规则裂缝产生的时间和位置不同时特征不同。砂堵前特征：施工压力高，严重时施工排量提不起来。评价方法：压前停泵压力测试评价。,评价标准：停泵压力梯度大于0.007时需要控制施工控制处理措施：施工过程实时控制。加砂时用5%的低砂比起步，施工过程中采用小阶梯临界砂比试验，寻求可以保证顺利施工的最高砂比控制施工。存在问题：借用停泵梯度作为间接的评价参数，特殊情况下不能反映实际；不同区块评价标准不同，需要分别建立；停泵梯度异常的储层没有有效的处理措施。,高停泵导致砂堵机理：由于最小主应力方向构造力的影响导致最小主应力增加，虽然其它两个主要应力也同时增加，但增加量要乘上相应方向的岩石泊松比，一般只能达到最小主应力增加量的20%左右。因而这种构造的影响会导致三个主应力之间的差值减小。施工时，当缝内净压力超过两个水平主应力的差值时会产生不规则的分支垂直缝，当缝内净压力超过垂直最大主应力与两个水平主应力的差值时，会同时产生水平缝、不规则的分支垂直裂缝和垂直向水平过度的曲面裂缝。这种现象会导致缝内压裂液流动摩阻增大，地面施工压力增高，严重时低砂比进入裂缝立即产生砂堵或注前置液期间地面压力就达到或超过限压而不能继续施工。,所以，评价裂缝不规则程度的直接方法是分析主应力差和缝内净压力的关系，由于目前不能得到具体的主应力值，只借用最接近反映问题实质的停泵梯度作为特征评价参数，但不具有普遍的适用性。,岩石水力压裂过程中岩石破裂过程和延伸过程的物理实验和数值模拟结果如图所示。,以下三种情况不能用停泵梯度作为评价参数：,前两种特殊情况的小型压裂测试曲线，具有明显的不同特征，可以排除，第三种情况没有可以识别的特征。在以往压裂过的火山岩储层中，由于高停泵影响施工的层占16.3%，其中62.5%的层砂堵，其余37.5%的层也要降低标准才能完成施工。可见这类储层的施工难度非常大。,徐深9井59号层岩性为灰白色流纹岩，孔洞发育，上部有高角度裂缝，下部有低角度裂缝。射孔井段：3592.0-3600.0m。从应力剖面可以看出59号层射开井段上、下均可以提供5.0MPa以上的应力差遮挡。,实例：高停泵控制施工,裂缝内净压力达到5.57MPa，形成了不规则裂缝。不规则裂缝是在排量提到3m3/min，9.1MPa可能是出现不规则裂缝产生的裂缝系统摩阻，并不是近井摩阻。从停泵初期的压降曲线形态看，主裂缝延伸状态比较好，分支裂缝因该产生在距井筒较远处。从G函数叠加导数曲线分析，可能产生了3条垂直的分支裂缝。,施工实例分析,59号层测试压裂结果：停泵压力梯度达到0.0107MPa/m，近井摩阻9.1MPa，滤失系数为1.1810-3，净压力5.57MPa，同时具有高停泵、高摩阻特征。,控制措施:排量以4.5m3/min起步,粉砂分两段加入,在前置液打入150m3时加0.5m3，在前置液打入220m3时加4.5m3。,以砂比5%开始加砂，接着砂比提高到10%、12%、14%、17%，加砂前期施工压力一直缓慢上升，中后期施工压力稳定在74.22MPa，最高砂比为20%，共加入陶粒34.0m3，平均砂比10.8%。,施工实例分析,施工120min后压力稳定，缝宽才保持住。,该层裂缝的不规则程度并不高，因为主要裂缝一直在起主导作用。施工压力对排量敏感而对砂比并不敏感，说明裂缝宽度较宽，压力逐渐升高是由于分支裂缝系统延伸阻力逐渐增加造成的。加砂中后期施工压力平稳，说明前面的粉砂处理还是发挥了作用，只是分支裂缝已经达到了一定的规模，处理措施见效较晚。如果将施工排量控制在3m3/min以下，有效的控制缝内净压力，避免产生不规则裂缝，可能施工效果会更理想。,实例二：可以造成高停泵假象的特殊储层,例如，徐深1井234-235号层为沙河子组地层，岩性为砂砾岩，总厚度为44.0m。,停泵压力梯度达到0.001476MPa/m，两次停泵压力没有出现反弹，没有“水锤”效应，由于储层端部效应差（裂缝尖端的应力强度因子小），使施工时缝内压力与裂缝尖端所需的扩展压力差值很小，停泵后裂缝很快停止扩展导致裂缝内蹩压造成停泵压力高。针对该层裂缝扩展压力高，高排量施工对设备功率要求高，难以维持长时间施工的地问题，决定采用2m3/min排量施工。,实际以2m3/min排量施工，最高砂比达到25%，共加入支撑剂36m3,替挤时地面压力达到94.26MPa。,停泵压力为55.45MPa,停泵压力为66.05MPa,实例三：停泵梯度不能反映储层特征,例如，升深2-7井94号层为营城组地层，岩性为流纹岩及紫灰色火山角砾岩砂砾岩，总厚度为43.4m。射孔井段2942.02949.0m，射开7.0m。,94号层测试压裂结果：停泵压力梯度0.0073MPa/m正常，近井摩阻7.81MPa，滤失系数为3.6810-3，净压力9.36MPa，具有高滤失、高摩阻特征。,G函数形态反映储层近井存在多裂缝。,每步砂比5%粉砂进入井底压力均响应敏感，加砂开始砂比7%，砂比提到10%压力上升，排量提到4.8m3/min压力升高速度更明显，降排量到4.2m3/min，施工中后期经过多次提降排量，压力仍然升高，被迫停止施工，最高砂比为10%，共加入陶粒20.0m3。,控制措施：胶塞用量1.0m3，三段粉砂处理；排量4.5m3/min。,压裂时产生的压裂裂缝的北西方位110.2，总缝长约172.7m。,压裂时产生的压裂裂缝的北东方位38.5，总缝长约244.5m。,升深2-12,升深2-7,通过特征参数评价本井施工难度不会这样大，通过现场微地震监测结果分析认为本层在近井产生了不规则裂缝，导致施工难度增加。,5、无特征(测试压裂无砂堵特征)砂堵层评价控制技术,导致砂堵的地质因素：裂缝延伸高度范围内局部高应力。导致砂堵的机理：过液不过砂导致脱砂。砂堵位置：缝内大范围砂堵。砂堵特征：与尖端脱砂的压力变化趋势相似，压力增加的斜率相对较快。砂堵前特征：在支撑剂到达局部高应力位置前，施工压力缓慢降低或平稳。评价方法：地应力剖面分析。,评价标准：缝内净压力小于局部高应力5.5MPa需要控制。控制处理措施：局部高应力在储层内在高应力上下2段射孔；局部高应力在储层以外，通过施工压力动态分析进行实时控制。存在问题：局部高应力在储层以外距离储层较近时，没有控制的余地；缝内净压力与局部高应力的差值难以准确预测。,徐深601井营城组191号层各种岩性交错出现。压裂井段3585.03551.2m，厚度33.8m，应力剖面看：射孔以下井段8m应力以尖点形式存在，厚度小且应力值不稳定，呈“锯齿”状分布。,实例：储层外部局部高应力施工控制,最高砂比为28.0%。完成规模80.0m3。压后获得37.6674104m3/d高产工业气流。,施工实例分析,提排量6.0m3/min，压力上升斜率超过45度，下部小应力处出现“过液不过支撑剂”的现象。,测试压裂评价近井摩阻6.32MPa偏高，分析为进井多缝导致的需要采用胶塞处理；压降速度为5.0MPa/h，滤失较快，决定采用粉砂降滤措施。其它特征参数正常。,层内局部高应力射孔控制实例,徐深602井yc86、84号层，岩性为灰色砂质砾岩。两小层间存在4.0MPa左右的隔层。,施工实例,最高砂比28%，共加入陶粒67.0m3，平均砂比17.5%。,为使缝内净压力突破两小层间隔层应力差，提高排量到6.0m3/min。,61.4,65.3,62.4,1、开展火山岩区域地应力模拟技术研究应用，实现用应力差取代停泵梯度这个特征评价参数。通过现场试验，确定不同主应力差条件下，保证施工顺利完成的控制措施和工艺。,2、开展火山岩应力剖面分析技术研究应用，提高纵向应力分布特征评价的准确程度，为射孔方案控制和施工实时控制提供依据。,三、需要进一步开展的研究工作,4、针对由于产生不规则裂缝，只能注液、不能加砂的储层开展清水不加砂压裂现场试验。,3、开展隔层遮挡条件研究，确定不同岩性和应力分布条件下的隔层遮挡能力，提高控缝高工艺实施的针对性。,谢谢大家！,
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