东威利斯顿盆地巴肯地层完井系统分级和水利压裂趋势的影响(2012年第5期)

东威利斯顿盆地巴肯地层完井系统、分级和水力压裂趋势的影响RandyF.LaFollette等摘要：在这项研究中，作者分析了巴肯Sanish-Parshall区超过400口井的井和生产数据。本研究利用地理信息系统模式识别技术与其他数据开发技术结合来解释数据集的趋势。这项研究结合了来自北达科他石油与天然气工业委员会的数据集、公开数据和室内专有数据。本研究的目的是寻找不同完井方式的井生产结果的相关趋势，完井方式包括压裂滑套和封隔器、桥塞射孔或混合完井，以确定产能是否存在差异以及是否需要考虑完井建议。本项目的趋势研究除了完井类型还包括作业参数，如压裂液类型和用量、支撑剂类型和用量，完井级数和段长、射孔簇间距和长度以及计算射孔摩擦压降。由于统计的重要性，对分析的所有参数都进行了检验。这项工作是有意义的，因为它表明，实用的数据开发方法应用到一个中等规模的页岩油（轻、致密油）井数据集可能会得到关键经验，而当使用小数据集时，可能并不明显。这项工作是非常重要的：使用组合的储层性质指标、井身结构数据、完井数据和增产数据与生产结果进行对比，放到巴肯地层的地理角度以改善解释。该工作的重要性还在于它允许在考虑完井时间和成本与系统之间产量差异实现平衡的基础上选择完井系统。例如，压裂滑套与桥塞射孔和混合完井系统。0引言巴肯页岩生产开始于20世纪70年代，但最近油价上涨、页岩生产兴趣的提升、水平井钻井和多级压裂的结合给威利斯顿盆地尤其是在北达科他的Mountrail县带来了繁荣。在撰写本文时，Mountrail县超过845口井已经完井并正在生产。这些井的地理分布及其相对产油量如图1。该图是一个圆饼图，显示的是第一年生产期间产量最高月累积产油量的对数。只有至少3个月生产数据公布的井被列入，因为数据调查显示，第一个月并不总是产量最高月。从图中可以看出，存在明确的“甜点”，这意味着研究区储层性质不均匀。这项持续的研究分析了有可能影响威利斯顿盆地东部Sanish-Parshall地区巴肯图1Mountrail县最大月产油量的对数，桶/月。地层井产能的完井和增产参数。数据源包括数据来自HIS能源美国井数据库、北达科他州工业委员会井信息数据库以及室内完井系统和增产数据库。这项研究是研究和决定适当的短期井的生产指标，然后分析完井、增产、泄流面积和产能随时间的变化。1井的产能指标需要一个井产能的短期指标以实现井之间合理的比较。许多人依赖公开的初始产量（IP）。其他一些人使用第一个月的产量，也有一些人使用第二个月或有时是前3个月的累计产量。由于有大量好的和充分的理由，不存在维一“正确”的产量标准。本次，作者选择使用前12个月的最高月产量。图2是一个直方图，显示了生产月产量峰值发生的频率。通常第一个月在公开数据中时间很短且无法被纠正，除非每天的产量都公开。此外，压裂液排液和其他早期井操作可能会降低第一个月的采油速度。次月通常是合理的短期指标，但是如图2所示，运用这一标准整个数据集只有小于50%的井得到充分的代表。初始产量常用但它经常不能代表井的真正潜力。从HIS能源美国井数据库获得的初始产量与一年累计产油量的关系如图3所示。一年累计产油量与IP的相关系数为0.70。虽然这通常被认为是一个合理的相关性，但是用报告的最大月产油量与一年累计产油量可以得出一个更好的相关系数0.96（图4）。由于巴肯层这些最近的水平井只有有限的生产历史，因此1年累积产油量是标准指标，而最高月产油量是比较产量的合理指标。在其他盆地更长图2最大月产油量的分布频率。图3报告的初始产油量与一年累计产油量比较（相关系数=0.70）。生产时间的研究数据表明月最大产油量是一个可以接受的对比井的指标。2Mountrail县的Sanish和Parshall油田Sanish和Parshall油田位于北达科他州Mountrail县东部位置较低处。油田和井是由NDIC命名的。本文中Sanish油田包含204口有足够数据的井。这些井的特点是在巴肯层生产的水平井，并公开发布了井、完井、增产和生产信息。在经营者归档后，NDIC有权保存井和生产信息的保密状态长达6个月。因此，研究井数远远小于研究区的实际井数。图5显示了本研究中204口水平井的位置。图5也显示了Parshall油田。Parshall油田包含221口与上面描述的Sanish油田标准一样的井。Parshall的分支井往往较短，设计为一个水平段，或平均约为5000英尺。Sanish油田水平段往往较长，平均接近9000英尺。还可以看出，井的平均方位是完全不同的。图6是研究区巴肯完井射孔中部水下真垂直深度（TVDSS）的等值线图。巴肯层的趋势是从Parshall油田东北角大约海拔-6800英尺到东南角的-8000英尺。Sanish油田西部边缘的深度甚至超过8300英尺。从图5中可以看到，两个油田的图4最大月产油量与一年累计产油量比较（相关系数=0.96）。图5SanishParshall井位置图。图6Sanish-Parshall的最大月产油量图。平均方位有显著差异，此外，平均水平井筒长度也不同。图6显示了两个油田最大月产油量的对数。相当明显的是，Parshall井虽然较短，但是平均产油量远高于Sanish井。在图8中，少数井有多个分支，累计每口井的水平段长度超过15000英尺。这些井在本研究中没有考虑，因为虽然所有井都是未注水泥固井的分支井，但是一些井有生产尾管，一些没有。对生产数据的分析得到了一些有趣的结果。观察到计算的每英尺水平段长度的月最大采油速度随时间减少（Parshall油田见图9，Sanish油田见图10）。同样的趋势在整个Mountrail县研究区域观察到。这种产量下降在2000-7000英尺的井（蓝色）和图7Sanish-Parshall有效井筒长度。图8Mountrail有效井筒长度图10Sanish油田每英尺最大月产油量。图9Parshall油田每英尺最大月产油量。图11Parshall油田每口井的压裂级数。图12Sanish油田每口井的压裂级数。7000-14000英尺的井（红色）都观察到。Parshall和Sanish井的级数和Mountrail县由NDIC公开的级数如图11和12所示。需要注意的是，压裂增产的实际射孔簇和射孔间距可能显著高于报告的级数。一个分段可能有几组射孔簇或增产端口。但是，级数被认为是代表了每口井增产作业次数。级数从2008年的低于每口井十级迅速增长到2011年的每口井多达40级。首先看Parshall和Sanish油田。图13显示了Sanish油田最大月产油量和时间的关系，并显示了Parshall油田的同一曲线以进行对比。初始高产的Parshall油田似乎在图14Sanish油田最大月产油量。图13Parshall油田最大月产油量。图15Mountrail县最大月产油量（水平段长度2000-7000英尺）。图16Mountrail县最大月产油量（水平段长度7000-14000英尺）。图17Mountrail县每口井分段数（水平段长度2000-7000英尺）。图18Mountrail县每口井分段数（水平段长度7000-14000英尺）。生产能力上随完井时间显著下降。这里有许多影响因素，如经营者选择的完井顺序、油田的位置、油藏枯竭的可能等等，但这是在如此短的时间内一个相当明显的减少。可以看出，钻在Parshall油田的大多数水平井分支长度为2000-7000英尺，而后期一些井在7000-14000英尺范围。如上所述，当使用较长的水平段完井时，每英尺水平段长度产量大幅下降。井筒长度增加一倍并不会使产量增加接近一倍。在Sanish油田，我们看到较长水平段完井的月最大产油量基本一致。在某些情况下，较短的完井（2000-7000英尺）最初产量超过了同一区的长水平井。在图2中可以看到，Sanish油田的一些地区生产优于其他地区，这反映了仅仅基于井筒长度的生产水平并不均匀。在视觉上，如图13和14所示，两个油田有一个鲜明的对比。图20Mountrail县每段产量（水平段长度7000-14000英尺）。图19Mountrail县每段产量（水平段长度2000-7000英尺）。图22Mountrail县每段产量与级数的关系（水平段长度7000-14000英尺）。图21Mountrail县每段产量与级数的关系（水平段长度2000-7000英尺）。在Mountrail县，将井划分为如图15和16描述的井筒长度不同的两类。图15是井筒长度在2000-7000英尺范围的月最大采油速度。这些长度与Parshall油田的平均井筒长度相近。这两张图惊人地相似，尽管Mountrail县收集的井数多了60%。全县的总趋势是类似的，而不仅仅是这两个油田。Sanish油田（图14）有一个稍微平坦的趋势，平均每口井随时间的增加略少，但是基本上和全县相同。随着级数的不断增加出现了一个问题，“多少级是一口特定长度的井足够且必要的？”图17显示了Mountrail县水平井筒长度为2000-7000英尺的井的级数。图18显示了井筒长度为7000-14000英尺的相同信息。当井筒长度较短时，级数的急剧增加似乎并没有改善产能。与此相反，在7000-14000英尺井筒，井的产能随着级数的增加而增加。回归系数证实了视觉现象。如图19-22，显示了两类井每级最高月产油量与时间的关系和每级最高月产油量与级数的关系。图19显示了2000-7000英尺的井筒的信息，表明每级最高月产油量随时间变化有相当大的减少。图20显示了7000-14000英尺的井筒信息，表明每级最高月产油量也有相当大的减少。从图21和22可以看出，两类井的平均每级产油量都随级数的增加而减少。为了确认这一点，在Parshall和Sanish油田也观察这一情况，分级产量随时间的变化如图23和24。这些图证实了在Mountrail县观察到的整体趋势。在图19和20中看到的同样趋势也在Parshall和Sanish油田的曲线中看到。3压裂液体积和支撑剂数量图23Parshall油田分段最大月产油量。图24Sanish油田分段最大月产油量图25Sanish和Parshall油田的压裂液用量。图26Sanish和Parshall油田的支撑剂用量。Parshall和Sanish油田泵入每口井的压裂液量如图25所示，并有处理液体积的40点移动平均线。两个油田具有类似的趋势，所以将它们放到一个图中。图26是一个带有总支撑剂用量的40点移动平均线图，无论哪个油田，趋势都是一样的。毫不奇怪，根据前面趋势所示，Mountrail县压裂液和支撑剂具有同样的趋势，如图27和28。注意，压裂液量比平均总支撑剂量增加得更迅速一些。图29和30显示了Mountrail县所有2000-7000英尺井组和7000-14000英尺井组每级泵入的支撑剂量。注意到分级支撑剂量随时间的变化有一个轻微下降的趋势。较长的井组似乎有一个更显著的下降趋势。下面研究由水平段长度归一化的产量与压裂作业中平均砂比的关系。每口井的平均砂比由总支撑剂量除以总压裂液量得到。归一化产量由最大月产油量除以有效水平井筒长度得到。图31和32显示了Parshall和Sanish油田砂比和压裂级数的关系。在Parshall-Sanish区域，平均砂比整体上随着压裂级数的增加而降低（图33和34）。平均砂比的降低似乎导致产能下降，这个现象Mille也曾指出。在Mountrail县，公开的和专有的数据都表明，石英砂被用于85%的压裂作业中。20/40目的支撑剂占泵入支撑剂的80%以上，剩下的100目和40/70目各占约10%。使用其他粒径在统计上很少见。较高强度陶粒和树脂包层砂支撑剂在巴肯约占泵入支撑剂的10%，几乎所有的陶粒和树脂包层砂材料的粒径都是20/40。图28Mountrail县的支撑剂用量。图27Mountrail县的压裂液用量。图29Mountrail县每段支撑剂用量与时间的关系（水平段长度2000-7000英尺）。图30Mountrail县每段支撑剂用量与时间的关系（水平段