重復(fù)壓裂技術(shù)提高產(chǎn)量凸顯經(jīng)濟(jì)性
時(shí)間：2016-02-02 15:28
來源：
作者:編譯 張瑜
運(yùn)營(yíng)資本支出縮減， 壓裂技術(shù)進(jìn)步，頁巖井產(chǎn)量減少為重復(fù)壓裂帶來機(jī)遇，特別是低油價(jià)使一些新鉆探項(xiàng)目不具經(jīng)濟(jì)性。作業(yè)者正在將重復(fù)壓裂視為一種提高產(chǎn)量的低成本方法。“這是一個(gè)完美風(fēng)暴，”韓國(guó)國(guó)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(gè)潛力巨大的領(lǐng)域。 ”重復(fù)壓裂并不是新概念，它也并非適合每口井，重復(fù)壓裂的利潤(rùn)率變化很大。例如，最常見重復(fù)壓裂方法是被稱為“注入與利用”的技術(shù)。在這種方法中， 導(dǎo)引劑沿井泵入， 封堵舊鉆孔，使壓裂液到達(dá)井的新鉆孔區(qū)。其成本確實(shí)較低，但并不能得到很好的控制，不能準(zhǔn)確地確定導(dǎo)引劑在井內(nèi)的位置。“重復(fù)壓裂在很大程度上是獲得更多產(chǎn)量的一種方式”，非常規(guī)資源咨詢專家喬治說。當(dāng)重復(fù)壓裂有效時(shí)，運(yùn)營(yíng)商獲益匪淺，幾乎可 100% 恢復(fù)一口井的初始產(chǎn)量，將井的開采期延長(zhǎng)五年以上。“我們的目標(biāo)是達(dá)到起始井的出產(chǎn)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(yù)見的未來，重復(fù)壓裂技術(shù)仍最有可能是一項(xiàng)專門技術(shù)，直到該行業(yè)更好控制并實(shí)現(xiàn)重復(fù)壓裂的可靠操作。IHS 項(xiàng)目重復(fù)壓裂仍是美國(guó)水平頁巖市場(chǎng)的一小部分，預(yù)計(jì)到 2020 年，高達(dá)11% 的總水平壓裂將是重復(fù)壓裂。
經(jīng)濟(jì)性是作業(yè)者考慮對(duì)老井進(jìn)行重復(fù)壓裂的主要推動(dòng)力。當(dāng)前新井的鉆井及完井缺乏資金，重復(fù)壓裂允許利用不高的資金投入提高潛在產(chǎn)量。“重復(fù)壓裂沒有鉆井成本與新井的鉆井及完井額外設(shè)施成本困擾的問題，如果生產(chǎn)增加足夠高，則有著重要作用。” IHS 能源高級(jí)顧問詹姆斯說。根據(jù) IHS 能源觀察報(bào)告《美國(guó)重復(fù)壓裂的應(yīng)用前景》顯示，自 2000年以來，美國(guó)重復(fù)壓裂的 89,000 口井中只有 600 口水平井。其中，巴肯（Bakken）頁巖進(jìn)行重復(fù)壓裂作業(yè)的井?dāng)?shù)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(gè)月的時(shí)間內(nèi)，平均下降 56%，比初完井后的下降率要稍好。從重復(fù)壓裂后初產(chǎn)量來看，IHS 認(rèn)為獲得了較好的效果。巴肯（Bakken）頁巖重復(fù)壓裂井的初產(chǎn)率高于原始初產(chǎn)率。然而，報(bào)告稱這些井為異常井，值得注意的是，大多數(shù)重復(fù)壓裂井的初產(chǎn)率低于原始初產(chǎn)率。IHS 將巴肯頁巖異常歸因于這種頁巖是水平井壓裂技術(shù)顯著改善的早期試驗(yàn)基地之一。由于這些巴肯井，IHS 稱為鷹福特專門項(xiàng)目，所以重復(fù)壓裂井的總初產(chǎn)率均為原始井初產(chǎn)率的 98%。當(dāng)前重復(fù)壓裂技術(shù)的主要障礙是缺乏控制能力，作業(yè)者不能有效執(zhí)行特定未刺激區(qū)域，缺乏這種控制能力來自于大多數(shù)井，最初完井即使用 Plug-and-Perf 橋塞 / 射孔連作壓裂技術(shù)，井的特定分段利用射孔彈進(jìn)行射孔。然后，利用射孔進(jìn)入的巖層通過高壓支撐劑攜帶壓裂液進(jìn)行壓裂。一旦某分段完成，壓裂塞封堵該區(qū)井，在下一個(gè)分段上就會(huì)重復(fù)進(jìn)行這個(gè)過程。首次使用時(shí)，這種方法給重復(fù)壓裂術(shù)操作帶來困難，現(xiàn)有裂縫與新裂縫競(jìng)爭(zhēng)壓裂液，“可以對(duì)已有射孔進(jìn)行重復(fù)壓裂，接著并不需要瞄準(zhǔn)井筒的總長(zhǎng)度。”喬恩說：“如果一些鉆孔吸收了大多數(shù)重復(fù)壓裂液，則附加的生產(chǎn)也不會(huì)較高。”作業(yè)者必須降低已有射孔的競(jìng)爭(zhēng)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(shù)，因?yàn)樗牟僮麟y度較低。“射孔橋塞仍是最優(yōu)的方法，使用導(dǎo)引劑的重復(fù)壓裂具有不同的作用，根據(jù) IHS 的報(bào)告，作業(yè)者也嘗試通過連續(xù)油管利用分段壓裂及機(jī)械分離滑套技術(shù)。雖然這些技術(shù)也具有較好的控制力，但是成本較高。對(duì)于更多利用重復(fù)壓裂的作業(yè)者來說，該行業(yè)必須找到一種更好控制重復(fù)壓裂過程同時(shí)降低成本的方法。“如果油價(jià)高，勘探生產(chǎn)立即回到現(xiàn)有方式，重新開始新井作業(yè)。”喬恩說：“這將取決于低油價(jià)下技術(shù)的先進(jìn)程度，從而使作業(yè)者尋找重復(fù)壓裂的機(jī)會(huì)。
選擇適當(dāng)井位可以提高重復(fù)壓裂操作的準(zhǔn)確率。通常初始井動(dòng)態(tài)、井筒完整性和上行潛力。”增產(chǎn)解決方案專家阿布賽義德表示，在作業(yè)者選擇初高生產(chǎn)層并證實(shí)井筒完整性足以承受新壓裂壓力之后，最重要的指標(biāo)是上行潛力，或是井場(chǎng)增產(chǎn)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(dú)特的特性發(fā)生在頁巖中比任何其它儲(chǔ)層類型更強(qiáng)烈。壓裂井時(shí)，分支井有時(shí)積極回應(yīng)，有時(shí)消極回應(yīng)。”阿布賽義德說。井太靠近相對(duì)于井太遠(yuǎn)上行壓力較低，因?yàn)榫拷梢愿?jìng)爭(zhēng)相同資源。另一方面，井完全分離，可以收獲最多，因?yàn)橹車鷽]有其它競(jìng)爭(zhēng)者。如果某區(qū)中多分支井分隔足夠遠(yuǎn)，以至于從不同巖層中獲得生產(chǎn)，這些周圍井可以從單中心重復(fù)壓裂井中增加生產(chǎn)。阿布賽義德稱之為“被動(dòng)重復(fù)增產(chǎn)”，當(dāng)壓力通過巖層天然裂縫傳送至周圍井，便可發(fā)生重復(fù)增產(chǎn)。“井間的這種干擾或相互作用有時(shí)是兩英里之外。” 阿布賽義德說。上行壓力的另一個(gè)好處是井的壽命長(zhǎng)。阿布賽義德表示，美國(guó)水平頁巖井需要兩到五年的時(shí)間考慮進(jìn)行重復(fù)壓裂的水平。一口生產(chǎn)下降井中時(shí)間變化與初始井下壓力密切聯(lián)系。美國(guó)作業(yè)者通常在井初始完井過程中使用高生產(chǎn)壓差，以獲得最高初產(chǎn)率。然而，作業(yè)者之后發(fā)現(xiàn)以最高壓差進(jìn)行生產(chǎn)的頁巖井產(chǎn)量經(jīng)歷快速下降。據(jù)分析，導(dǎo)致產(chǎn)量急速下降的主要因素之一是蠕變現(xiàn)象。蠕變是壓力下連續(xù)性材料變形，是一種時(shí)間依賴過程，這在頁巖中常見，因?yàn)楸泵理搸r層中頁巖總有機(jī)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(jù)礦物學(xué)，頁巖區(qū)塊根據(jù)它們的蠕變響應(yīng)變化而變化。因此，蠕變?cè)诟哒惩良?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?cè)娇欤粔航翟降?，越慢蠕慢。如果不采取措施，破壞頁巖層會(huì)不可避免。對(duì)于采收頁巖來說，必須重復(fù)壓裂。
封堵舊裂縫創(chuàng)建新井孔隨著作業(yè)者對(duì)重復(fù)壓裂興趣的增加，服務(wù)公司的相關(guān)技術(shù)研發(fā)投資也將增加。2015 年 7 月，哈里伯頓公司推出 ACTIVATE， 即完整重復(fù)壓裂服務(wù)。該服務(wù)是一種四個(gè)步驟的過程：選井、重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)、執(zhí)行和重復(fù)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(píng)價(jià)與儲(chǔ)層相通井的初始完井技術(shù)的程度。“在北美所有儲(chǔ)層中，這些大部分老井的增產(chǎn)與今天的標(biāo)準(zhǔn)相比不同。”哈里伯頓東南區(qū)開發(fā)技術(shù)經(jīng)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(yōu)化裂縫，從而導(dǎo)致增產(chǎn)無效。在設(shè)計(jì)階段，該公司關(guān)注多個(gè)變量，初鉆井及完井如何執(zhí)行井生產(chǎn)和井密度。這些要素有助于定制重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)，包括泵入導(dǎo)流循環(huán)次數(shù)、射孔數(shù)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(wù)導(dǎo)引方法評(píng)價(jià)井內(nèi)優(yōu)先容納的導(dǎo)引劑。“我們可以知道流體優(yōu)先到達(dá)的位置，并不是控制導(dǎo)引，最可能定位導(dǎo)引。” 尼爾說。該公司的導(dǎo)引過程使用廣泛的粒徑分布，允許導(dǎo)引劑流入每個(gè)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(chǎn)品，進(jìn)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。可生物降解導(dǎo)引劑在接觸井內(nèi)高溫后分解。執(zhí)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(shù)評(píng)價(jià)重復(fù)壓裂的有效性。該過程利用 FiberCoil 技術(shù)，采用光纖連續(xù)油管，有助于井溫度分布。光纖技術(shù)可以幫助作業(yè)者比較井重復(fù)壓裂前產(chǎn)量與重復(fù)壓裂后產(chǎn)量，有助于確定干擾。通過浸漬周圍井中連續(xù)油管重復(fù)壓裂后，可查看分支井產(chǎn)量受到的影響如何?；謴?fù)原井生產(chǎn)康壽能源公司（Consol Energy）利用哈里伯頓的 AccessFrac 導(dǎo)引重復(fù)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(chǎn)的一家獨(dú)立生產(chǎn)商，于2014年開始努力從現(xiàn)有井中提高產(chǎn)量。該作業(yè)者更傾向于“重新完井”來描述作業(yè)，高壓壓裂液用于現(xiàn)有井中創(chuàng)建新射孔，對(duì)于這個(gè)項(xiàng)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(guān)鍵性選擇標(biāo)準(zhǔn)是便捷管道基礎(chǔ)設(shè)施、可到達(dá)的井場(chǎng)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(jìn)入無接觸巖層的機(jī)會(huì)。
“如果希望增加分段，可以提高投資總回報(bào)率，”康壽能源公司賓夕法尼亞業(yè)務(wù)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(chǎn)性，可以達(dá)到更好的生產(chǎn)效果。”為了估計(jì)獲得潛在增產(chǎn)量，康壽能源公司對(duì)七口氣井的產(chǎn)量與利用最新完井技術(shù)完成的新井產(chǎn)量進(jìn)行比較。哈里伯頓的 AccessFrac 服務(wù)選擇轉(zhuǎn)向技術(shù)，在為井中新裂縫創(chuàng)建新射孔之前，將壓裂液從舊裂縫中轉(zhuǎn)移出去，完成整個(gè)過程需要一個(gè)月時(shí)間。在完井時(shí)，每口井的分段長(zhǎng)度下降至 150 英尺，每段分隔 30 英尺。根據(jù)康壽能源公司數(shù)據(jù)，七口井的重新完井周初產(chǎn)量均為原始初產(chǎn)量的 137%。重新完井的氣井量顯示，增量可采儲(chǔ)量平均增長(zhǎng) 2.70Bcf ，是 30 年開采期技術(shù)可采儲(chǔ)量的 125%。在 3 美元 BTU 下，重新完井時(shí)間為 613 天。這個(gè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)利益效果極好，使康壽能源公司快速實(shí)現(xiàn)了規(guī)定的生產(chǎn)目標(biāo)。此外，作業(yè)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(duì)重復(fù)壓裂井進(jìn)行了試驗(yàn)。該公司重復(fù)壓裂 9 口斯維爾井，在 Plug-and-Perf 橋塞 / 射孔原完井作業(yè)方法基礎(chǔ)上，達(dá)到了其初始最終采收量。“在大多數(shù)情況下，鉆孔間距要大于當(dāng)前的間距。
此外，流體和支撐劑體積稍低于當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)。”加拿大能源公司亨特說。該公司選擇這 9 口井，因?yàn)樗鼈兾挥诩幽么竽茉垂舅咕S爾區(qū)塊的“甜點(diǎn)”。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(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)重復(fù)壓裂，該公司使射孔間距降低 50%，注入量提高 100%，比較進(jìn)入 9 口井的壓裂液和支撐劑，最初生產(chǎn)封堵率達(dá) 15MMcfd，重復(fù)壓裂后，實(shí)現(xiàn)大約 30% 的井生產(chǎn)。這些井附近達(dá)到原始流動(dòng)套管壓力，表明新巖層利用重復(fù)壓裂得到了增產(chǎn)。重復(fù)壓裂的未來在重復(fù)壓裂技術(shù)普及之前，行業(yè)有必要更好地控制重復(fù)壓裂技術(shù)，如果油價(jià)仍然較低，世界對(duì)重復(fù)壓裂技術(shù)的關(guān)注將日益增加。如果因?yàn)橛蛢r(jià)低、成本高而沒有鉆新井，就必須進(jìn)行重復(fù)壓裂，這是唯一的選擇方法。新 井 的 鉆 進(jìn) 及 完 井 只 需 要 20%~35% 的成本，重復(fù)壓裂易于使產(chǎn)量及儲(chǔ)量遞增。無需使產(chǎn)量百分之百恢復(fù)，可以獲得 25%、50% 或 75% 產(chǎn)量使重復(fù)壓裂經(jīng)濟(jì)有效。重復(fù)壓裂技術(shù)盡管并不是最新的技術(shù)，但最近受到更多關(guān)注，因?yàn)槎嗄陙碇本恢痹谶M(jìn)行重復(fù)壓裂。重復(fù)壓裂將幫助作業(yè)者提高完井技術(shù)。當(dāng)油價(jià)稍微恢復(fù)一些，企業(yè)開始鉆新井，但仍將關(guān)注重復(fù)壓裂。
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