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重復壓裂技術提高產量凸顯經濟性

時間:2016-02-02 15:28 來源: 作者:編譯 張瑜
      運營資本支出縮減, 壓裂技術進步,頁巖井產量減少為重復壓裂帶來機遇,特別是低油價使一些新鉆探項目不具經濟性。作業者正在將重復壓裂視為一種提高產量的低成本方法。“這是一個完美風暴,”韓國國家石油公司完井專家蒂姆表示,“每年鉆探的新井也并非都一樣好, 但它是一個潛力巨大的領域。 ”重復壓裂并不是新概念,它也并非適合每口井,重復壓裂的利潤率變化很大。例如,最常見重復壓裂方法是被稱為“注入與利用”的技術。在這種方法中, 導引劑沿井泵入, 封堵舊鉆孔,使壓裂液到達井的新鉆孔區。其成本確實較低,但并不能得到很好的控制,不能準確地確定導引劑在井內的位置。“重復壓裂在很大程度上是獲得更多產量的一種方式”,非常規資源咨詢專家喬治說。當重復壓裂有效時,運營商獲益匪淺,幾乎可 100% 恢復一口井的初始產量,將井的開采期延長五年以上。“我們的目標是達到起始井的出產量,甚至更高,但需要做一些工作。”加拿大能源公司完井工程師亨特表示。在可預見的未來,重復壓裂技術仍最有可能是一項專門技術,直到該行業更好控制并實現重復壓裂的可靠操作。IHS 項目重復壓裂仍是美國水平頁巖市場的一小部分,預計到 2020 年,高達11% 的總水平壓裂將是重復壓裂。

        經濟性是作業者考慮對老井進行重復壓裂的主要推動力。當前新井的鉆井及完井缺乏資金,重復壓裂允許利用不高的資金投入提高潛在產量。“重復壓裂沒有鉆井成本與新井的鉆井及完井額外設施成本困擾的問題,如果生產增加足夠高,則有著重要作用。” IHS 能源高級顧問詹姆斯說。根據 IHS 能源觀察報告《美國重復壓裂的應用前景》顯示,自 2000年以來,美國重復壓裂的 89,000 口井中只有 600 口水平井。其中,巴肯(Bakken)頁巖進行重復壓裂作業的井數最多,其次是巴耐特(Barnett)和馬塞勒斯(Marcellus)。在這 600口井中,在超過 12 個月的時間內,平均下降 56%,比初完井后的下降率要稍好。從重復壓裂后初產量來看,IHS 認為獲得了較好的效果。巴肯(Bakken)頁巖重復壓裂井的初產率高于原始初產率。然而,報告稱這些井為異常井,值得注意的是,大多數重復壓裂井的初產率低于原始初產率。IHS 將巴肯頁巖異常歸因于這種頁巖是水平井壓裂技術顯著改善的早期試驗基地之一。由于這些巴肯井,IHS 稱為鷹福特專門項目,所以重復壓裂井的總初產率均為原始井初產率的 98%。當前重復壓裂技術的主要障礙是缺乏控制能力,作業者不能有效執行特定未刺激區域,缺乏這種控制能力來自于大多數井,最初完井即使用 Plug-and-Perf 橋塞 / 射孔連作壓裂技術,井的特定分段利用射孔彈進行射孔。然后,利用射孔進入的巖層通過高壓支撐劑攜帶壓裂液進行壓裂。一旦某分段完成,壓裂塞封堵該區井,在下一個分段上就會重復進行這個過程。首次使用時,這種方法給重復壓裂術操作帶來困難,現有裂縫與新裂縫競爭壓裂液,“可以對已有射孔進行重復壓裂,接著并不需要瞄準井筒的總長度。”喬恩說:“如果一些鉆孔吸收了大多數重復壓裂液,則附加的生產也不會較高。”作業者必須降低已有射孔的競爭力,但其在已有井的 100~1000 之間比較困難。射孔橋塞是最常見的技術,因為它的操作難度較低。“射孔橋塞仍是最優的方法,使用導引劑的重復壓裂具有不同的作用,根據 IHS 的報告,作業者也嘗試通過連續油管利用分段壓裂及機械分離滑套技術。雖然這些技術也具有較好的控制力,但是成本較高。對于更多利用重復壓裂的作業者來說,該行業必須找到一種更好控制重復壓裂過程同時降低成本的方法。“如果油價高,勘探生產立即回到現有方式,重新開始新井作業。”喬恩說:“這將取決于低油價下技術的先進程度,從而使作業者尋找重復壓裂的機會。

        選擇適當井位可以提高重復壓裂操作的準確率。通常初始井動態、井筒完整性和上行潛力。”增產解決方案專家阿布賽義德表示,在作業者選擇初高生產層并證實井筒完整性足以承受新壓裂壓力之后,最重要的指標是上行潛力,或是井場增產量有多少。在上升潛力方面,第一方面考慮的是其它附井。“這種獨特的特性發生在頁巖中比任何其它儲層類型更強烈。壓裂井時,分支井有時積極回應,有時消極回應。”阿布賽義德說。井太靠近相對于井太遠上行壓力較低,因為井靠近可以競爭相同資源。另一方面,井完全分離,可以收獲最多,因為周圍沒有其它競爭者。如果某區中多分支井分隔足夠遠,以至于從不同巖層中獲得生產,這些周圍井可以從單中心重復壓裂井中增加生產。阿布賽義德稱之為“被動重復增產”,當壓力通過巖層天然裂縫傳送至周圍井,便可發生重復增產。“井間的這種干擾或相互作用有時是兩英里之外。” 阿布賽義德說。上行壓力的另一個好處是井的壽命長。阿布賽義德表示,美國水平頁巖井需要兩到五年的時間考慮進行重復壓裂的水平。一口生產下降井中時間變化與初始井下壓力密切聯系。美國作業者通常在井初始完井過程中使用高生產壓差,以獲得最高初產率。然而,作業者之后發現以最高壓差進行生產的頁巖井產量經歷快速下降。據分析,導致產量急速下降的主要因素之一是蠕變現象。蠕變是壓力下連續性材料變形,是一種時間依賴過程,這在頁巖中常見,因為北美頁巖層中頁巖總有機碳(TOC)和粘土含量較高。重要的是并不是所有頁巖蠕變都一樣。根據礦物學,頁巖區塊根據它們的蠕變響應變化而變化。因此,蠕變在高粘土及 TOC 含量頁巖層中更常見。蠕變也受壓降的影響,壓降越高,蠕變越快;壓降越低,越慢蠕慢。如果不采取措施,破壞頁巖層會不可避免。對于采收頁巖來說,必須重復壓裂。

封堵舊裂縫創建新井孔隨著作業者對重復壓裂興趣的增加,服務公司的相關技術研發投資也將增加。2015 年 7 月,哈里伯頓公司推出 ACTIVATE, 即完整重復壓裂服務。該服務是一種四個步驟的過程:選井、重復壓裂設計、執行和重復壓裂判斷,是分組形式的工作流。在選井階段,哈里伯頓公司專注于核心面積位置的巖層的井位,接著評價與儲層相通井的初始完井技術的程度。“在北美所有儲層中,這些大部分老井的增產與今天的標準相比不同。”哈里伯頓東南區開發技術經理尼爾說。 例如,許多原頁巖水平井使用的分段間距較大,沒有足夠支撐劑來完全優化裂縫,從而導致增產無效。在設計階段,該公司關注多個變量,初鉆井及完井如何執行井生產和井密度。這些要素有助于定制重復壓裂設計,包括泵入導流循環次數、射孔數量及分段間距,以接觸新巖層。


        該定制幫助哈里伯頓利用其 AccessFrac服務導引方法評價井內優先容納的導引劑。“我們可以知道流體優先到達的位置,并不是控制導引,最可能定位導引。” 尼爾說。該公司的導引過程使用廣泛的粒徑分布,允許導引劑流入每個已有裂縫,阻止這些開孔接收新壓裂液。 利用壓裂液獲取的產品,進入阻力最小的流道。粒徑越來越小,流入裂縫,阻止其接收新壓裂液,使壓力沿井筒下降??缮锝到鈱б齽┰诮佑|井內高溫后分解。執行后,判斷階段使原來未完成井利用套管背面上的光纖技術評價重復壓裂的有效性。該過程利用 FiberCoil 技術,采用光纖連續油管,有助于井溫度分布。光纖技術可以幫助作業者比較井重復壓裂前產量與重復壓裂后產量,有助于確定干擾。通過浸漬周圍井中連續油管重復壓裂后,可查看分支井產量受到的影響如何。恢復原井生產康壽能源公司(Consol Energy)利用哈里伯頓的 AccessFrac 導引重復壓裂賓夕法尼亞州馬塞勒斯頁巖七口氣井??祲勰茉垂臼窃隈R塞勒斯和尤蒂卡具有資產的一家獨立生產商,于2014年開始努力從現有井中提高產量。該作業者更傾向于“重新完井”來描述作業,高壓壓裂液用于現有井中創建新射孔,對于這個項目來說,來自賓夕法尼亞州馬塞勒斯頁巖 200 口老井中確定出 7 口氣井。關鍵性選擇標準是便捷管道基礎設施、可到達的井場位置與格林縣中井的位置。該井最初在 2011 年和 2012 年完成300~500英尺段, 每段相隔60英尺。該公司目前利用較短的 150~250 英尺段來增加進入無接觸巖層的機會。

         “如果希望增加分段,可以提高投資總回報率,”康壽能源公司賓夕法尼亞業務副總裁安德里亞·帕斯曼說:“在重新完井中,井仍有較好的生產性,可以達到更好的生產效果。”為了估計獲得潛在增產量,康壽能源公司對七口氣井的產量與利用最新完井技術完成的新井產量進行比較。哈里伯頓的 AccessFrac 服務選擇轉向技術,在為井中新裂縫創建新射孔之前,將壓裂液從舊裂縫中轉移出去,完成整個過程需要一個月時間。在完井時,每口井的分段長度下降至 150 英尺,每段分隔 30 英尺。根據康壽能源公司數據,七口井的重新完井周初產量均為原始初產量的 137%。重新完井的氣井量顯示,增量可采儲量平均增長 2.70Bcf ,是 30 年開采期技術可采儲量的 125%。在 3 美元 BTU 下,重新完井時間為 613 天。這個項目經濟利益效果極好,使康壽能源公司快速實現了規定的生產目標。此外,作業者不考慮重新完井,而是將其視為該公司投資組合管理的另一部分,包括新鉆井和加密鉆井。加拿大能源公司也對重復壓裂井進行了試驗。該公司重復壓裂 9 口斯維爾井,在 Plug-and-Perf 橋塞 / 射孔原完井作業方法基礎上,達到了其初始最終采收量。“在大多數情況下,鉆孔間距要大于當前的間距。

       此外,流體和支撐劑體積稍低于當前的標準。”加拿大能源公司亨特說。該公司選擇這 9 口井,因為它們位于加拿大能源公司斯維爾區塊的“甜點”。該公司還選擇井段較短的井,以處減少成本和限制破壞井的風險。根據重復壓裂,該公司使射孔間距降低 50%,注入量提高 100%,比較進入 9 口井的壓裂液和支撐劑,最初生產封堵率達 15MMcfd,重復壓裂后,實現大約 30% 的井生產。這些井附近達到原始流動套管壓力,表明新巖層利用重復壓裂得到了增產。重復壓裂的未來在重復壓裂技術普及之前,行業有必要更好地控制重復壓裂技術,如果油價仍然較低,世界對重復壓裂技術的關注將日益增加。如果因為油價低、成本高而沒有鉆新井,就必須進行重復壓裂,這是唯一的選擇方法。新 井 的 鉆 進 及 完 井 只 需 要 20%~35% 的成本,重復壓裂易于使產量及儲量遞增。無需使產量百分之百恢復,可以獲得 25%、50% 或 75% 產量使重復壓裂經濟有效。重復壓裂技術盡管并不是最新的技術,但最近受到更多關注,因為多年來直井一直在進行重復壓裂。重復壓裂將幫助作業者提高完井技術。當油價稍微恢復一些,企業開始鉆新井,但仍將關注重復壓裂。
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