在水力壓裂作業(yè)的設(shè)計(jì)中可以調(diào)整幾個因素，以積極影響壓裂效率和作業(yè)成本。利用預(yù)測分析進(jìn)行壓力估算，重點(diǎn)是套管優(yōu)化，創(chuàng)建準(zhǔn)確預(yù)測的時間表、降低成本以及最大限度提高效率的潛力，將壓裂作業(yè)設(shè)計(jì)的波動性降至最低。
當(dāng)與完井工程師談?wù)撍麄冊谝?guī)劃和執(zhí)行水力壓裂作業(yè)方面的優(yōu)先事項(xiàng)時，效率和成本幾乎是他們的優(yōu)先話題。這些方面是如此緊密地交織在一起和相互依存，以至于如果不仔細(xì)考慮另一個方面的影響，就無法操控其中一個方面。在全面考慮壓裂作業(yè)時，可以對許多因素進(jìn)行調(diào)整，來最大限度地提高效率，同時還要降低成本。
流速和壓力
流速和壓力是壓裂作業(yè)的基本要素。鉆井方案、套管設(shè)計(jì)、壓裂馬力需求和許多其他因素完全依賴于一口井的泵送流速和壓力要求，目標(biāo)是在整個壓裂過程中達(dá)到最高的流速，同時保持最大允許的地面壓力。選擇泵送流速和壓力都是為了提高作業(yè)效率和優(yōu)化增產(chǎn)，最大限度地提高油井預(yù)計(jì)的最終采收率。
那么，如果在壓裂過程中，這些要求中的其中一個無法達(dá)到，會發(fā)生什么呢？在大多數(shù)情況下，由于很高處理壓力，導(dǎo)致處治率降低。這些降低的處治率會極大地影響壓裂作業(yè)的效率，從而推高整體的完井成本，延遲現(xiàn)金流回流。由于已經(jīng)使用了高性能的減摩劑，而且對射孔或沙漿設(shè)計(jì)做出重大更改的愿望有限，因此選項(xiàng)僅限于應(yīng)對高壓和降低的處治率。如果未來的井預(yù)測可能出現(xiàn)類似的問題，則必須在規(guī)劃過程的早期對完井設(shè)計(jì)的某些方面進(jìn)行調(diào)整。
分析方法
為了幫助運(yùn)營商解決這個問題，Universal Pressure Pumping公司開發(fā)了一種利用預(yù)測壓力分析工具來評估套管設(shè)計(jì)靈敏度的方法。這一內(nèi)部開發(fā)的工具能夠提供輸入計(jì)劃的預(yù)作業(yè)參數(shù)，例如流體類型、射孔設(shè)計(jì)和裂縫梯度，從而生成一個預(yù)期處治的摘要。
一些最重要的輸出包括油管摩擦、最大可實(shí)現(xiàn)的流速以及最大流速時的壓力，所有這些都是分級進(jìn)行的。了解這些因素后，技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)有能力提出套管設(shè)計(jì)的多種變化，這些變化可對井的整體處治和壓裂效率產(chǎn)生積極影響。通過為運(yùn)營商提供廣泛的故障分解，區(qū)分可能的套管設(shè)計(jì)方案以及這些設(shè)計(jì)方案對其油井的影響，他們可以自信地選擇一個最符合他們想要的油井處治結(jié)果，成本與效率兼顧的套管設(shè)計(jì)方案。
預(yù)測壓力分析工具
使用預(yù)測壓力分析工具時需考慮許多因素。大多數(shù)的輸入數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)常數(shù)，包括井的斜深和垂深、壓裂級數(shù)、以及處理的體積量。不過，該工具還包括了更有可能發(fā)生變化的因素，例如射孔設(shè)計(jì)、估計(jì)的平均ISDP（instantaneous shutdown pressure瞬時停機(jī)壓力）、摩擦減少百分比、當(dāng)然還有套管設(shè)計(jì)。這些都是技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)在整個作業(yè)中尋找流速最大化方法時需要探究最多的變量。
其中一些變量的輸入數(shù)據(jù)相對容易調(diào)查，并被識別為“受教育常量”，這意味著盡管它們不是運(yùn)營商提供的常量，如測量深度或壓裂級數(shù)，但它們?nèi)钥梢员粶?zhǔn)確地估計(jì)，用于進(jìn)行壓力分析。這些受教育的常量包括射孔設(shè)計(jì)、平均 ISDP 和摩擦減少百分比。盡管射孔和裂縫集群設(shè)計(jì)的改變會影響流速和壓力，但不會有很大變化，對于整體處理的產(chǎn)量變化可以忽略不計(jì)。通過收集和分析鄰井類似儲層的完井?dāng)?shù)據(jù)來評估平均ISDP，然后再根據(jù)可比信息進(jìn)行預(yù)測。
套管的設(shè)計(jì)
利用將在作業(yè)中使用的水，以及運(yùn)營商處置時使用的各種減摩劑，所做的作業(yè)前的水分析，能為分析提供準(zhǔn)確的摩擦減少百分比。隨著潛在可變因素的數(shù)量減少至一個，套管優(yōu)化現(xiàn)在可以成為重點(diǎn)了。套管設(shè)計(jì)的變化提供了油井泵送流速和壓力波動的最大范圍。在分析套管重新設(shè)計(jì)以獲得更有效的壓裂時，需要考慮多個因素，包括單直徑套管柱和錐形套管柱、套管尺寸和套管重量。
套管設(shè)計(jì)說明了一口井基于其套管設(shè)計(jì)最大流速和壓力的一個寬范圍的普遍例子。流速和壓力差的一些主要數(shù)據(jù)來源是油管摩擦力和套管最大額定壓力。改變套管尺寸或在設(shè)計(jì)中引入錐形套管柱，對整個系統(tǒng)的總體油管摩擦力有顯著的影響。油管的摩擦力與地面的泵送壓力直接相關(guān)，而地面泵送壓力又直接影響著可實(shí)現(xiàn)的流速。還必須細(xì)心考慮整個設(shè)計(jì)中所使用的套管的重量。增加管柱最薄弱部分的套管重量將能提高整個設(shè)計(jì)的最大額定壓力，從而增大一口井可實(shí)現(xiàn)的泵流速。
運(yùn)營商們可以考慮這種比較式的分析，并根據(jù)其預(yù)先的完井設(shè)計(jì)、成本和套管的可用性探索各種選擇。套管設(shè)計(jì)B和C在流速和壓力分析方面產(chǎn)生了相似的結(jié)果，但可能包括一種難以獲得的或購買起來偏貴的套管，見表1。通過這種分析，運(yùn)營商還可以得出這樣的結(jié)論，如果他們增大套管尺寸，由于與原始設(shè)計(jì)相比摩擦壓力降低，他們也許可以延長井的水平段長度。運(yùn)營商在設(shè)計(jì)他們的套管柱時必須考慮這些類型的場景以及許多其他情況。預(yù)測壓力分析工具在這里特別有用，因?yàn)樗芸焖俑妮斎霐?shù)據(jù)，并能快速分類眾多可行和不可行的選項(xiàng)。
對壓力的分析
預(yù)測分析工具的易用性和準(zhǔn)確性最近促使了一家二疊紀(jì)的運(yùn)營商向技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)尋求有關(guān)壓力分析確認(rèn)的建議。在敏感的地層中作業(yè)，以最高流速操作是優(yōu)化壓裂復(fù)雜性的關(guān)鍵，客戶希望確認(rèn)當(dāng)前的套管設(shè)計(jì)能承受20%的流速增加，同時還能使這個增大的流速保持在該井最大的額定壓力范圍。利用當(dāng)前的井的參數(shù)和壓裂前的輸入數(shù)據(jù)，技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)能夠確認(rèn)該井確實(shí)可以以最佳流速實(shí)施壓裂，同時還能在整個作業(yè)過程中保持在最大壓力限值之內(nèi)。
壓力對總井深的走勢給出了實(shí)際作業(yè)處理的分級壓裂分析，與壓裂前的預(yù)測壓力分析并行示意，壓裂作業(yè)符合預(yù)測分析，而且作業(yè)是在沒有任何流速或壓力限制的情況下完成的。該運(yùn)營商不僅能夠提高促產(chǎn)率，以獲得更有效的壓裂，而且一個更高效的壓裂時間表也帶來了相關(guān)的好處。通過縮短作業(yè)平臺20%的總時間，運(yùn)營商能夠有效促進(jìn)生產(chǎn)，從而提前兌現(xiàn)。該運(yùn)營商還通過有效縮短平臺作業(yè)時間，以最佳的方式完成作業(yè)，降低了相關(guān)成本，例如運(yùn)營日費(fèi)和設(shè)備租賃費(fèi)。
贏得的價值
長期的博弈就是效率和成本。如果一個運(yùn)營商能夠利用預(yù)測分析的方法來開發(fā)或分析一個套管柱，使他們能在保持最高壓力限值的同時達(dá)到最大的泵流速，那么壓裂效率就成為一個波動性較小的因素。由于一個更有效的套管設(shè)計(jì)，延遲和挫折的可能性就會即刻減少，運(yùn)營商們就能更準(zhǔn)確地制定運(yùn)作時間表，探究完井過程中其他方面的成本節(jié)省。
同樣重要的是要認(rèn)識到，計(jì)劃外的泵流速降低不僅會影響壓裂效率，還可能影響井的產(chǎn)量。驗(yàn)證射孔速度是否保持在最大EUR的目標(biāo)范圍內(nèi)對于井的成功至關(guān)重要。使用專注于套管優(yōu)化的預(yù)測壓力分析工具，運(yùn)營商可以準(zhǔn)確預(yù)測時間表、成本和效率，同時知道他們選擇的設(shè)計(jì)幾乎沒有大的波動。
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