壓裂酸化評價層選井中試井分析的應(yīng)用

壓裂酸化評價層選井中試井分析的應(yīng)用

石炭系儲層滲流模式通過識別和分析石炭系氣井壓裂恢復(fù)曲線，獲得參數(shù)。結(jié)果表明，石炭系儲層結(jié)構(gòu)主要有四種滲透方式：均質(zhì)、均質(zhì)垂直裂縫井、雙孔介質(zhì)和復(fù)合油藏。根據(jù)石炭系氣井的壓力恢復(fù)曲線類型與特征分析,均質(zhì)地層曲線類最多,次為均質(zhì)有垂直裂縫井曲線類和雙孔介質(zhì)曲線類。1.均質(zhì)模式滲透流特征1.1均質(zhì)地層類曲線均質(zhì)地層完整的壓力恢復(fù)曲線在霍納坐標上一般近似于“S”型,初始續(xù)流段之后出現(xiàn)一段有一定斜率的直線段,其后是近于地層壓力的水平擬穩(wěn)態(tài)段。而依據(jù)地層滲透率的高低和儲層受損害的程度又有兩種情況。(1)地層滲透率較高、井眼表皮損害堵塞嚴重、井附近阻力損失大及生產(chǎn)時間短的井層。其霍納曲線(或MDH曲線)常常呈陡直上升的“廠”型,續(xù)流結(jié)束后很快進入擬穩(wěn)定水平段,徑向流直線段不太長。完井后未經(jīng)解堵措施井層的壓力恢復(fù)曲線多為這類曲線,這類井層一經(jīng)解堵酸化措施,其產(chǎn)量會大幅度的增加(池39-1)。在雙對數(shù)曲線上由于續(xù)流和表皮效應(yīng)的影響,早期段會出現(xiàn)較長的斜率為1的直線段。從單位斜率直線段結(jié)束后開始,經(jīng)過1.5個左右對數(shù)周期過渡段,出現(xiàn)為傾斜無窮徑向流直線段,然后是邊界反應(yīng)。而相對應(yīng)的早期導(dǎo)數(shù)曲線“弓”形結(jié)束后,會出現(xiàn)無窮徑向流水平直線段。井眼表皮損害嚴重的井層導(dǎo)數(shù)曲線的“弓”形越高。(2)對于存在表皮阻力,但損害比較輕的井層,其完善的霍納曲線一般近似于“S”型,由于續(xù)流和較輕的表皮效應(yīng)影響,早期段曲線雖凹型向下但比較平緩,續(xù)流結(jié)束后出現(xiàn)無窮徑向流直線段,然后出現(xiàn)井間干擾或其它邊界反應(yīng)(天東2井第2次關(guān))。在雙對數(shù)早期曲線段出現(xiàn)斜率為1的直線段不太長,從單位斜率直線開始,經(jīng)過1.5個左右對數(shù)周期過渡段,出現(xiàn)無窮徑向流直線段。然后是邊界反應(yīng)。這類曲線形態(tài)的井層經(jīng)酸化壓裂措施后增產(chǎn)幅度都不大。根據(jù)部分石炭系壓力恢復(fù)曲線顯示為均質(zhì)儲層,酸化后無表皮阻力氣井的產(chǎn)量與生產(chǎn)壓差,利用平面徑向流產(chǎn)量公式,計算氣層流動系數(shù)Kh/μ和滲透率K值(供流半徑取500～1000m)。其結(jié)果與當次關(guān)井恢復(fù)曲線計算結(jié)果很接近。壓力恢復(fù)曲線計算的地層滲透率與巖心試驗平均滲透率也很接近(表1)。該方法雖然在參數(shù)的計算是比較粗略的,存在一定的誤差,但是靜、動態(tài)的參數(shù)在較小的數(shù)量范圍內(nèi)的一致性,反映了均質(zhì)地層的滲濾特性?？梢员容^確切和可靠的證明,均質(zhì)地層徑向流滲濾類型在石炭系氣井普遍存在。均質(zhì)地層類曲線在石炭系氣藏中最多,但從取心觀察結(jié)果,儲層屬裂縫～孔隙型,石炭系儲層是具有網(wǎng)狀天然裂縫和孔隙的雙孔介質(zhì)。分析儲層表現(xiàn)為均質(zhì)滲濾的原因為:(1)石炭系儲層中發(fā)育的裂縫以不規(guī)則微細張縫為主,寬度小于1mm,長10mm左右,產(chǎn)狀與方向雜亂,因無充填物,是儲層中分布最多最廣的主要天然裂縫,巖心統(tǒng)計的總裂縫率小于0.6%。與孔隙體積比,裂縫體積是很小的儲集作用,其滲濾特性卻與孔隙很接近,僅相當于較好的Ⅱ類儲集巖孔隙滲透率,比孔隙介質(zhì)的平均滲透率偏大。由于裂縫短而細,裂縫間的相互連通性差,很難形成連通性較好的高滲透裂縫網(wǎng)絡(luò)。從滲流角度看,難以形成獨立的水動力場,在一定程度上僅僅起到等效于提高孔隙平均滲透率作用。(2)石炭系橫向上儲層呈層分布,縱向上兩個高孔段雖然有20～30m的致密層相隔,但是它們的孔隙度和滲透率都是非常接近的,很難形成雙層和多層的非均質(zhì)滲率特征。加之儲層受鉆井、完井損害影響,完井酸化前低滲儲層往往不產(chǎn)氣,表現(xiàn)為均質(zhì)地層的滲濾特性。池54井生產(chǎn)測井解釋結(jié)果表明,完井酸化前僅Ⅰ類和部分Ⅱ類儲層產(chǎn)氣。(3)試井儀表精度不夠高,關(guān)井時間不夠長,壓力恢復(fù)曲線質(zhì)量差。1.2中、小斷層體系發(fā)育,巖性油氣井、轉(zhuǎn)導(dǎo)井、背景氣井在構(gòu)造張性裂縫網(wǎng)內(nèi)均質(zhì)模型壓力恢復(fù)曲線的氣井多分布在川東的低緩背斜或潛伏構(gòu)造上,一般為頂部平緩,兩翼較陡的長條形,近似箱狀背斜,順長軸方向的大斷層發(fā)育。中、小斷層也都近于同一方向,以單向側(cè)應(yīng)力為主,不利于多組系的構(gòu)造張性裂縫網(wǎng)的發(fā)育。氣井在構(gòu)造部位分布上,無論是頂部和軸部,還是翼部及傾伏端以及斷層附近都有,與構(gòu)造位置相關(guān)性差,具有普遍分布的特點。錄井中一般都沒有井漏、放空及井噴等顯示。鉆時變化幅度小,很少有蹩跳鉆現(xiàn)象。測井雙側(cè)向曲線表現(xiàn)為正差異,鉆井液侵入淺,聲速時差變化范圍小,無跳波現(xiàn)象。2.對數(shù)曲線儲層完整的雙孔介質(zhì)儲層壓力恢復(fù)霍納曲線,一般有兩條平行的直線間出現(xiàn)竄流過渡段臺階,這個臺階有時是一個斜率較小的斜直線段。半對數(shù)坐標的霍納曲線形態(tài),一般為“短臺階廠形”或“一字形”。在對數(shù)曲線上也會出現(xiàn)類似藿納曲線的現(xiàn)象,但沒有藿納曲線那樣明顯。在導(dǎo)數(shù)曲線上“弓”型凸峰結(jié)束后出現(xiàn)凹形竄流過渡段,由于續(xù)流的影響,使第一水平直線段被掩蓋了。第二水平直線段短,結(jié)束后出現(xiàn)邊界反映。這類曲線在完井測試的井層很少見,主要在裂縫發(fā)育的高產(chǎn)井中出現(xiàn),而且關(guān)井時間還要足夠長,才會獲得這類較完善曲線(成9井)。這類儲層經(jīng)取心觀察,不僅縫寬小于1mm的微細裂縫多,而且常有多條寬1～5mm的裂縫存在。這類氣井在酸化前有表皮堵塞時,曲線往往成為壓差很大的“高廠形”假單一介質(zhì)曲線,不顯示雙孔介質(zhì)特征。3.-t分析均質(zhì)有垂直裂縫切割井壓力恢復(fù)曲線在霍納坐標上呈較緩的大凹形,如果關(guān)井時間不足,一般未出現(xiàn)徑向流直線段。僅在個別井中可見凹形曲線尾部有很短的斜率直線。在雙對數(shù)坐標上,曲線表現(xiàn)為續(xù)流段之后具有明顯的斜率近于1/2或1/4的直線段。質(zhì)量較好的高導(dǎo)流裂縫曲線可出現(xiàn)斜率為1/4和1/2的兩段直線。其特種診斷曲線,△P2?t√△Ρ2-t曲線的初始段為過原點的直線。如池20井第2次關(guān)井壓力恢復(fù)。由于裂縫井的儲容作用不僅續(xù)流段較長,而且所求得的井眼儲容明顯較大。當裂縫被損害堵塞,△P2?t√△Ρ2-t曲線的初始段不是直線,類似均質(zhì)地層類曲線。這種曲線類似的井層不太多,主要分布于構(gòu)造的軸部靠近大斷層附近,有的是儲層中有小斷層穿過井眼。在聲波時差測井曲線上有跳波現(xiàn)象。被損害堵塞的裂縫經(jīng)酸化解堵后,將獲得大幅度增產(chǎn)。當井眼污染堵塞嚴重,垂直裂縫被堵時,曲線形態(tài)將成為單一介質(zhì)型。垂直裂縫切割井壓力恢復(fù)曲線普遍表現(xiàn)為凹形,對數(shù)圖形特征直線段明顯,其斜率近于理論值。由于裂縫的儲容作用,續(xù)流段較長,可以說地層中的流態(tài)屬于垂直裂縫井類型;所求氣層滲透率與基質(zhì)巖心孔隙滲透率比較接近,反映了裂縫兩側(cè)均質(zhì)地層中較低的滲濾特性。復(fù)合滲濾模型主要分布在川東五百梯等構(gòu)造～地層復(fù)合型氣藏中,近井地帶和遠井地帶具有不同的氣藏特征。壓力恢復(fù)試驗的特點是對東平川石炭系氣藏壓裂氧化的利用1.壓力恢復(fù)曲線不同的壓力恢復(fù)曲線形狀,反映了油氣井是否存在污染的特性。根據(jù)大量的實測壓力恢復(fù)曲線,結(jié)合壓裂酸化增產(chǎn)措施處理效果分析。劃分為5類壓力恢復(fù)曲線:即“廠型”、“快速上翹型”、“慢速上翹型”、“S型”和直線型(圖1)。借助于這幾種曲線形態(tài),用以判別地層是否存在污染和壓裂酸化是否見到效果。2.壓力恢復(fù)曲線在井層壓裂設(shè)計中的應(yīng)用價值酸化壓裂增產(chǎn)措施工藝方法的選擇、設(shè)計和施工規(guī)模的大小,主要決定于油氣井儲層結(jié)構(gòu)與巖石性質(zhì)、油氣滲濾的阻力分布和大小及井眼條件,而是否能達到增產(chǎn)油氣的目的,關(guān)鍵在于對井層儲滲結(jié)構(gòu)與特性分析判斷準確程度。這就是評層選井的基本內(nèi)容。實踐證明,只有在評層選井分析與判斷的比較準確的基礎(chǔ)上,才能作出符合井層實際的具有較高經(jīng)濟效益的工藝設(shè)計。反之,將會使設(shè)計產(chǎn)生較大的偏差,施工后增產(chǎn)效果甚微,甚至造成油氣井的進一步損害而減產(chǎn)。施工后的效果分析也是非常必要的,它不僅僅是對工藝設(shè)計與施工的檢驗,經(jīng)驗與教訓(xùn)的總結(jié),更重要的是確定油氣井是否再次進行下一步的壓裂酸化措施,這一分析主要是依據(jù)施工前后的動態(tài)資料變化進行判斷的。因此,可以說在整個壓裂酸化措施中,對油氣井的分析判斷工作是靜態(tài)儲層和井眼條件的基礎(chǔ)上,偏重于對油氣井動態(tài)信息的分析與解釋,顯然,生產(chǎn)測試和試井資料將是必不可少而且非常重要的依據(jù)之一。特別是針對四川復(fù)雜的非均質(zhì)氣藏更是如此。工藝方法的選擇與設(shè)計是在對井層的分析判斷之后確定的,而不是其逆過程。因此,我們認為無論是需要解堵酸化還是酸壓等工藝措施的井層,壓力恢復(fù)曲線在其評層選井與工藝設(shè)計中的應(yīng)用,均應(yīng)盡可能的提供以下的解釋結(jié)果和滲濾特性參數(shù)。(1)近井區(qū)的損害堵塞程度和阻力大小。一方面可以用曲線形態(tài)進行定性判斷,更確切的是提供定量準確的定量參數(shù)表皮系數(shù)S、附加阻力△Ps以及損害半徑rs與井眼損害比系數(shù)。(2)井層滲濾區(qū)的地層流動系數(shù)kh/μ或地層系數(shù)Kh。這是一個必不可少的重要參數(shù),無此參數(shù)將不可能對酸化或壓裂措施進行增產(chǎn)效果的定量預(yù)測。而現(xiàn)代工藝設(shè)計一般都采用這一參數(shù)。(3)確定井層中油氣向井眼滲濾的流態(tài),即滲濾的基本類型。如果是雙孔介質(zhì)或單一垂直裂縫井類型,還要提供參數(shù)儲容比ω、串流系數(shù)λ或垂直裂縫的半長Xf與導(dǎo)流能力KfWf。它不僅僅是評層選井分析中的重要依據(jù),而且是工藝方法選擇的依據(jù)之一。(4)井層滲濾的動力條件,即地層原始壓力Pi或平均壓力P。無論是酸化或壓裂措施,還是評層選井與工藝設(shè)計均需要以此為依據(jù)。(5)供流半徑Re和邊界特性。這是壓裂設(shè)計中,確定人工裂縫長度的主要依據(jù)之一。如果具有封閉斷層的井層,應(yīng)提供井軸至斷層之距離D。2.1石炭系氣井保護效果分析解堵酸化的主要作用只是改善或解除井眼近井區(qū)地層損害堵塞造成的附加阻力,也可以改善井眼的完善程度。壓力恢復(fù)曲線在解堵型酸化中的應(yīng)用,實際上是利用壓力恢復(fù)曲線的信息,偏重于對井層表皮區(qū)阻力和地層滲透率的分布與判斷,以及施工后的效果分析。川東石炭系地層是孔隙～裂縫型儲層,一般無大縫洞存在,裂縫滲透率低。井深約4000～5000m左右。部分為2000～3000m(如相國寺氣藏)。普遍采用密度約為1.6～1.8g/cm3的粘土水基鉆井液鉆開氣層。其壓力系數(shù)為1.3左右。完井方法老井大部分是〉127尾管經(jīng)射孔完成,孔密10～16孔/m,部分井為裸眼完井,目前多采用〉178套管完井,幾乎每口井的含氣段都全部鉆開,射孔亦是全部射開氣層段,完善程度較好,所以井壁區(qū)的阻力表現(xiàn)為以下特點。(1)鉆井液和固井水泥漿對井壁的損害堵塞是普遍存在的,形成較大的表皮阻力。但是污染區(qū)的厚度或范圍很小,一般僅限于井壁很薄的部分,是鉆井液沿井壁孔隙和細小裂縫濾失形成濾餅堵塞造成。大部分氣井本身無自解能力,如張5井、張16井經(jīng)1～2年的開采,其表皮堵塞仍無多大變化,后經(jīng)酸化,增產(chǎn)效果顯著。因此,石炭系氣井解堵酸化有效率可達80%以上,常用酸量20～40m3(每米有效儲層用酸量2m3)便能見到顯著效果。(2)井壁區(qū)高速非達西流動和氣層鉆開程度或射孔不完善造成的附加阻力存在的可能性很小,除了前述之鉆開氣層程度和射孔比較完善的因素外,石炭系氣井酸化后的產(chǎn)量一般為(10～30)×104m3/d左右,以微細裂縫和孔隙作為產(chǎn)出端口,因此非達西流動和球形流動均不易產(chǎn)生,形成的附加阻力很小。所以石炭系氣井的表皮阻力主要是鉆井液的損害堵塞造成。(3)井壁區(qū)阻力和地層滲透率在曲線形態(tài)與參數(shù)上的特征反映表現(xiàn)為:①形態(tài)上的反映和變化規(guī)律。川東石炭系儲層酸化前一般表現(xiàn)為產(chǎn)量低,井壁阻塞嚴重。酸化后,堵塞解除,測試氣產(chǎn)量成倍增加。把酸化前后的壓力恢復(fù)曲線在同一單對數(shù)坐標上的霍納曲線形態(tài),可以清楚地看到酸化前的曲線整個續(xù)流段壓差大,出現(xiàn)了明顯的“上翹點”,特別是稱之為“初始段斜率”是很大的,曲線很陡。酸化后曲線,續(xù)流段壓差顯著變小,“上翹點”出現(xiàn)較酸化前顯著提前,而“拐點”出現(xiàn)的時間只是略為提前,變化不大(圖2)。②曲線類型與酸化效果的定性關(guān)系。單一介質(zhì)曲線類中,具有較大表皮阻力的高、中產(chǎn)氣井的曲線。一般呈“廠型”或很陡的“S”型。續(xù)流結(jié)束時間早,“拐點”出現(xiàn)時間早,酸化效果好,產(chǎn)量較大。而低緩的“S”型或“近直線型”,酸化效果差。垂直裂縫井曲線類,具有較大表皮阻力時曲線一般顯示單一介質(zhì)特征。將可以獲得一定的酸化效果。如果是明顯垂直裂縫井的凹型曲線,其酸化效果很小或無效。雙孔介質(zhì)曲線,一般多屬中～高產(chǎn)氣井,具有較大表皮阻力時,曲線的竄流段將很不明顯,形態(tài)近似于“廠型”?？梢垣@得增產(chǎn)倍數(shù)小,而增產(chǎn)氣量大的酸化效果。因此有以下結(jié)論:“廠”型壓力恢復(fù)曲線表示地層存在污染,酸化后定能增產(chǎn),而且增產(chǎn)幅度較高?？焖偕下N型壓力恢復(fù)曲線,也表明了地層存在污染,酸化后產(chǎn)量有一定的增加但增產(chǎn)幅度不是很大。慢速上翹型壓力恢復(fù)曲線,說明了地層不存在污染,酸化無效?！癝型”壓力恢復(fù)曲線,表明地層未受污染,酸化一般無效。凹形曲線(續(xù)流型曲線),酸化后只能獲得小量的增產(chǎn)或無效,如果是由于關(guān)井時間極短造成的快翹形凹型曲線,則是“廠型”曲線的特例,酸化效果可能是顯著的。③參數(shù)上的特征反映。酸化有效井酸化前曲線的S值一般都是正值(或≥-3),表皮區(qū)Ks<地層Km,而S、Ksh/μ和Km/Ks愈大酸化效果愈好,增產(chǎn)氣量大。酸化后曲線參數(shù)S均為負值,表皮區(qū)Ksh/μ遠大于地層Kmh/μ,表明酸化結(jié)果大大的提高了井壁區(qū)滲透率,改善了近井地帶的滲濾條件。酸化無效井,其酸化前后的曲線參數(shù)均表現(xiàn)為S≤0(或S≤-3),Ksh/μ≥Kmh/μ,特別是酸化后的曲線,Ksh/μ比酸化前增大很多,而Kmh/μ卻很小,無疑地反映了酸對井壁區(qū)地層的強烈作用結(jié)果(見表2)。2.2大型壓裂出現(xiàn)的儲層裂縫與雙孔介質(zhì)井根據(jù)川東石炭系氣井的滲濾類型、儲滲結(jié)構(gòu)與特性的分析,顯然均質(zhì)地層孔隙型的徑向滲濾類型氣井占有相當大的比例。除了特別低滲氣井外,一般的井其儲滲特性和產(chǎn)量比較匹配。根據(jù)壓裂工藝原理和現(xiàn)場實驗結(jié)果表明,這些井是適宜于深度改造(前置液壓裂)的,可以獲得良好的增產(chǎn)效果與經(jīng)濟效益。(1)均質(zhì)地層具有較高Kh的孔隙層。經(jīng)大型壓裂措施,壓開了有效的人工裂縫而獲得顯著的增產(chǎn)效果。如在沙罐坪石炭系孔隙型儲層的增產(chǎn)改造中,前置液酸壓增產(chǎn)有效率達100%。(2)均質(zhì)有垂直裂縫井,一般采用中型壓裂酸化,解除了表皮阻力,并擴大和溝通地層中的微細裂縫可以獲得增產(chǎn)。但如果是低滲透裂縫井,由于孔隙度很低(平