Ottimizzazione del sistema produttivo per lo sviluppo dello shale oil nel bacino di Ordos, Cina

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6515 (2023) Citare questo articolo

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In questo documento, il sistema di produzione (PS) dell'olio di scisto è ottimizzato in base ai dati di produzione e agli esperimenti indoor, inclusi test di base e sui fluidi. I risultati hanno mostrato che: ① Il tasso di caduta di pressione a testa pozzo è un riferimento ragionevole per la determinazione della durata di shut-in post-frattura (PFSID). Quando la pressione alla testa pozzo di un pozzo orizzontale è relativamente stabile e la caduta di pressione è inferiore a 0,1 MPa al giorno per tre giorni consecutivi, il PFSID termina; ② L'intensità del riflusso del fluido di fratturazione influisce sull'efficacia del sostegno sotterraneo, pertanto l'intensità del riflusso può essere determinata dalla portata critica e dal fattore di sicurezza di ciascun sostegno; ③ L’intensità del riflusso dovrebbe essere variata durante le diverse fasi di sviluppo, che potrebbero essere suddivise in quattro in base al rapporto di produzione gas e petrolio (GOR) di un pozzo orizzontale di shale oil: GOR di produzione basso, medio-alto, alto e alto-basso. Durante la fase di basso GOR di produzione, il rapporto tra pressione di flusso e pressione di saturazione dovrebbe essere mantenuto maggiore di 1,0, e la produttività liquida giornaliera iniziale per una lunghezza laterale di centinaia di metri contenente petrolio in un pozzo orizzontale è di 2,4 ~ 2,9 m3/giorno; e durante le fasi GOR di produzione medio-alta, GOR di produzione alta e GOR di produzione alta-bassa, la produttività liquida giornaliera iniziale di risposta dovrebbe essere mantenuta rispettivamente tra 0,8 ~ 1,0 o inferiore a 0,8.

Il giacimento continentale di petrolio di scisto della Cina è molto diverso da quello del Nord America in termini di dimensioni del bacino, ambiente tettonico e condizioni sedimentarie. Gli strati petroliferi nel Nord America sono spessi e hanno una buona continuità e lo shale oil si trova nella finestra del condensato di petrolio leggero, con un elevato rapporto gasolio e sufficiente energia di formazione. Un pozzo orizzontale solitamente raggiunge un'elevata produzione iniziale e cumulativa dopo la fratturazione e l'operazione industrializzata. Tuttavia, i giacimenti continentali di shale oil in Cina cambiano rapidamente nella loro distribuzione planare e, allo stesso tempo, la selezione dei punti “dolci” è difficile. Con un basso grado di evoluzione termica e di energia di formazione, la produzione del singolo pozzo è relativamente bassa. Gli strati di scisto continentale in Cina sono ricchi di risorse petrolifere e sono stati divisi in tre categorie: intercalare, sedimenti ibridi e scisto1. Gli idrocarburi liquidi accumulati o trattenuti negli strati continentali di scisto ricchi di materiale organico nel bacino di Ordos sono tipiche risorse non convenzionali di origine interna e i serbatoi sono interstrato e scisto2,3,4,5. Il bacino dell'Ordos si trova all'incrocio dei domini tettonici orientale e occidentale della Cina. Faceva parte del bacino della Cina settentrionale durante l'era Paleozoica. Il movimento indosiniano elaborato nel tardo Triassico causò la compressione e la collisione della placca dello Yangtze verso nord con la placca della Cina settentrionale, e durante lo stesso periodo la cintura orogenica del Qinling occidentale si sollevò, formando un grande bacino lacustre asimmetrico depressivo interno con ampio e dolce a nord-est mentre ripido e stretto nel sud-ovest6. I serbatoi interstrato di olio di scisto sono formazioni sedimentarie clastiche continentali con scarse proprietà fisiche e complesse strutture di micropori7,8,9. La porosità dei suoi strati petroliferi è compresa tra 4,0 ~ 12,9%, con una media di 7,4%, e la permeabilità tra (0,01 ~ 1,55) × 10−3 μm2, con una media di 0,1 × 10−3 μm210,11,12. Dopo decine di anni di esplorazione di petrolio di scisto e pratiche di sviluppo nel bacino di Ordos, il giacimento petrolifero di Qingcheng è stato costruito come area dimostrativa per uno sviluppo commerciale di petrolio di scisto su larga scala durante l'anno 2018 ~ 2021 e sono stati costruiti più di 600 pozzi orizzontali in produzione entro la fine del 2021, con una distanza tra i pozzi di 300 ~ 450 m e una lunghezza laterale media di 1650 m. La produzione annuale di petrolio dai giacimenti di petrolio di scisto intercalare ha raggiunto il livello di milioni di tonnellate.

Lo sviluppo commerciale su larga scala dello shale oil mira a garantire un rapido ritorno dell'investimento e il metodo principale consiste nell'utilizzare energia "quasi naturale" dopo la fratturazione volumetrica (VF, una frattura idraulica con una grande quantità di fluido e materiale di sostegno per "tagliare" il serbatoio in pezzi molto piccoli) su un pozzetto orizzontale. Questi pozzi mostrano caratteristiche di alto tasso di produzione nella fase di recupero iniziale (i primi tre mesi del ciclo di vita di recupero di un pozzo orizzontale) e di un alto tasso di diminuzione. Il tasso di recupero è relativamente basso ed è in grado di ricevere benefici economici in presenza di prezzi petroliferi elevati, mentre lo sviluppo riesce a malapena a sostenersi in presenza di prezzi petroliferi bassi. Pertanto, un PS ragionevole mirato a raggiungere un tasso di recupero più elevato è essenziale per lo sviluppo dello shale oil a bassi prezzi del petrolio, oltre alla selezione del “punto debole”, all’ottimizzazione della disposizione dei pozzi e delle tecnologie ingegneristiche e alla riduzione degli investimenti. Un PS ragionevole di un pozzo orizzontale dovrebbe garantire una transizione graduale di diverse energie guidate riducendo al contempo il danno alla formazione causato dalla fratturazione del liquido13. Un processo complessivo di sviluppo dello shale oil può essere suddiviso in tre fasi: fase di chiusura post-frattura, fase di drenaggio e fase di recupero. Pertanto un PS ragionevole dovrebbe essere adatto a diverse fasi: ottimizzare il PFSID per massimizzare la liberazione di energia imposta dalla fratturazione idraulica riducendo al contempo il danno alla formazione; per certificare un'intensità ragionevole di riflusso del liquido di fratturazione, poiché un'intensità di riflusso inadeguata può causare fuoriuscite di sabbia da un giacimento fratturato, mentre un'intensità adeguata aiuta la chiusura delle fessure fratturate ed è importante per il mantenimento dell'energia durante le fasi successive di recupero del petrolio e per ridurre la diminuzione portata di un pozzo orizzontale; ottimizzare l'intensità del recupero del fluido durante le fasi di recupero, durante le quali un utilizzo efficace dell'energia di formazione riduce la velocità di diminuzione durante la fase iniziale. L'energia elastica imposta dalla fratturazione del liquido viene rilasciata durante la fase di produzione e un'elevata produttività del liquido in questa fase porta al rilascio di gas disciolto e durante questa fase appare la spinta del gas disciolto, con conseguente flusso bifase di petrolio e gas e un'elevata tasso decrescente. Pertanto, una ragionevole produttività di un pozzo orizzontale garantisce un rilascio ordinato di tre tipi di energie elastiche nel sottosuolo: energia imposta dai liquidi di fratturazione pompati, dalla deformazione delle rocce e dei liquidi di formazione e dal gas disciolto. Per lo sviluppo dell’olio di scisto continentale in Cina, la pratica in situ è ​​in anticipo rispetto alla ricerca teorica e questo documento mira a trovare soluzioni ai problemi incontrati durante lo sviluppo dell’olio di scisto, menzionati sopra. E le tre sezioni seguenti sono le soluzioni a ciascuno dei problemi di cui sopra. In questo documento, una serie di PS ragionevoli per i pozzi orizzontali sono stati determinati sulla base di analisi teoriche e pratiche in situ, con l'obiettivo di migliorare la produttività dei singoli pozzi durante la fase iniziale e il recupero finale stimato (EUR).