CN102817604A - 低渗透气井co2重复压裂工艺技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采技术领域，是低渗低产气井重复压裂改造工艺，特别是低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术。它是对已投产井进行二次的压裂施工，它包括压裂前分析优化和压裂施工两个部分，其特征是：压裂前分析优化包括压裂失效分析、压裂材料优选和施工参数优化，其具体工艺技术按照压裂失效分析、压裂材料优选、施工参数优化和重复压裂施工四个步骤实施。这种低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术通过对储层分析，利用CO₂泡沫压裂技术和低伤害清洁压裂液对低产气井进行改造试验，有效的提高了压裂液的返排率和低产气井的产能，同时有效地降低对储层的伤害。

Description

低渗透气井CO2重复压裂工艺技术

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，是低渗低产气井重复压裂改造工艺，特别是低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术。 

背景技术

低渗透气藏气井压裂完井生产一段时间后,裂缝导流能力逐渐下降,往往需要重新进行压裂。国外早在1960年就开始进行重复压裂研究，目前已形成了一系列核心技术，也取得了显著的经济效益。国内从1990年开始进行重复压裂研究，大庆、胜利、长庆、大港、吉林等油田都进行了大量的重复压裂作业，并从理论和实践上做了一定的探索，但主要是针对油井，对于低渗气井重复压裂工艺技术相关攻关还不完善，无效的重复压裂仍多有存在，导致重复压裂的效果不佳。 

发明内容

本发明的目的是提供一种低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，将CO₂泡沫压裂技术和低伤害清洁压裂液技术成功引入低产气井的重复压裂改造中，不仅提高了压裂液的返排率和低产气井的产能，同时为低渗气井的重复增产改造措施提供一种新的思路。 

本发明的技术方案是低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，它是对已投产井进行二次的压裂施工，它包括压裂前分析优化和压裂施工两个部分，其特征是：压裂前分析优化包括压裂失效分析、压裂材料优选和施工参数优化，其具体工艺技术按照如下步骤实施： 

步骤1，压裂失效分析；对索要施工的井进行压裂失效分析，确定是否具备重复压裂的可能性，若分析结果符合要求，则继续进行；

步骤2，压裂材料的优选，即压裂液和支撑剂的优选；压裂液为泡沫混合压裂液，即采用清洁压裂液作为液态CO₂压裂液的基液，液态CO₂压裂液的质量比例为60%至85%；支撑剂为10/20目或20/40目的组合支撑陶粒；

步骤3，施工参数的优化；首先确定压裂裂缝长度，压裂裂缝长度由压裂规模、注液量和加砂量这些可控因素来控制，最优的压裂裂缝长度为100米至150米；然后根据压裂裂缝长度确定优化的施工排量和砂液比，施工排量的上限由压裂裂缝长度确定，施工排量的下限由地层的最大吸液量确定，砂液比和压裂液用量通过裂缝延伸模拟确定，同时加砂程序采用逐渐增加的方式；

步骤4，重复压裂施工；采用CO₂泵注车将液体CO₂经过地面三通与清洁压裂液混合注入井内，利用泡沫混合压裂液进行加砂压裂施工。 

所述的清洁压裂液是APV清洁压裂液。 

所述的支撑剂的选择依据行业标准SY/T 6302-1997《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》，10/20目或20/40目的组合支撑陶粒，其比例为1:1或2:1。 

所述的砂液比为30%至35%。 

所述的步骤4重复压裂施工分为前置液阶段、携砂液阶段和顶替阶段；前置液阶段采用相同粒径支撑剂段塞1m³打磨裂缝壁面，携砂液阶段采用恒定内相组合技术，顶替阶段采用降排量技术。 

所述的步骤4重复压裂施工中，液体CO₂是由若干并联的CO₂罐车并联，然后依次与CO₂管汇车、CO₂泵车、旋塞和单流阀串联，最终导入井口；清洁压裂液是由若干并联的瓜胶罐车导入混砂车，同时清水罐车、砂罐车和交联剂罐也与混砂车导通，混砂车内部的混合液经过若干并联的压裂泵车导入井口；井口还与带有水罐的平衡车导通。 

本发明的特点是通过对储层分析，利用CO₂泡沫压裂技术和低伤害清洁压裂液对低产气井进行改造试验，有效的提高了压裂液的返排率和低产气井的产能，同时有效地降低对储层的伤害。 

附图说明

下面将结合实施例对本发明作进一步的说明： 

图1是不同支撑剂短期导流能力实验结果图；

图2是压裂支撑裂缝长度的优化模拟图；

图3是重复压裂裂缝剖面图；

图4是压裂裂缝加砂强度和平均砂液比的优化模拟图；

图5是低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术的施工流程图；

图6是重复压裂施工曲线图。

具体实施方式

以对XXX井山2段的重复压裂改造为例。 

低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，它是对已投产井进行二次的压裂施工，它包括压裂前分析优化和压裂施工两个部分，压裂前分析优化包括压裂失效分析、压裂材料优选和施工参数优化。 

低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术按照如下步骤实施： 

步骤1，对索要施工的井进行压裂失效分析，确定是否具备重复压裂的可能性，分析结果显示XXX井山2段可以进行重复压裂。

步骤2，压裂材料的优选，分为压裂液和支撑剂的优选。 

（1）压裂液的优选： 

CO₂泡沫具有流变性能好、携砂性能强、返排快、对地层伤害小的特点，适合于低压、低渗、水敏性储层的压裂改造。常规CO₂水力压裂工艺是采用羟丙基瓜胶液做为基液，由于常规有机硼交联羟丙基瓜胶水基压裂液体系HPG-C对低压低产气藏适应性差，返排率低，对储层伤害较大。

这里采用无残渣的APV清洁压裂液代替羟丙基瓜胶液，即采用清洁压裂液做为液态CO₂压裂液的基液，液态CO₂压裂液的质量比例为60%至85%。由于泡沫混合液的滤失小、造缝能力强、裂缝穿透深度大，增加了裂缝的长度，增大了改造半径，提高了裂缝闭合后的导流能力；另外由于入井液量少，对地层的二次污染减少，从而达到了增能的目的；其次清洁压裂液主要由阴离子表面活性剂组成，能够有效降低毛细管阻力，提高返排率，岩心伤害试验表明平均伤害率仅为24.2%，对储层的伤害较低。 

（2）支撑剂的优选： 

支撑剂的性能是影响支撑裂缝导流能力的重要因素之一。支撑剂短期导流能力评价主要依据行业标准SY/T 6302-1997《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》。

如图1所示，对比评价不同粒径陶粒和复合支撑剂的短期导流能力，支撑剂粒径对裂缝导流能力有很大的影响，支撑剂粒径越大，短期导流能力越好。对于复合组合支撑剂，大粒径所占比例越高，短期导流能力越好。评价结果还表明，10／20目和20／40目的组合支撑陶粒，其导流能力明显高于20／30目、20／40目等单一陶粒的导流能力。对于10／20目和20／40目的组合支撑陶粒，随着10／20目陶粒所占比例的下降，导流能力下降；在下降幅度方面，10／20目与20／40目陶粒所占比例为1：1与2：1的导流能力差异较小，尤其是在闭合压力大于45 MPa后，二者的导流能力接近。 

因此在压裂施工工艺优化设计中，为使支撑剂输送得更远，扩大压裂有效半径，使用低密度、小颗粒支撑剂，同时为改善压裂气井近井地带的导流能力而采取尾部追加较大颗粒的支撑剂。 

这里采用10/20目组合支撑陶粒，其比例为1:1。 

步骤3，施工参数的优化；首先确定压裂裂缝长度，然后根据压裂裂缝长度确定优化的施工排量和砂液比。 

（1）确定裂缝长度：裂缝长度是评价压裂裂缝几何形态重要参数之一，对低渗、特低渗储层，该参数显得更为重要，裂缝长度由压裂规模、注液量和加砂量这些可控因素来控制。 

如图2所示，根据对储层的基本物性、岩性的评价参数和压裂材料的性质参数，对不同渗透率情况下改变支撑裂缝长度的情况进行了模拟计算。从图中可见，在渗透率较低时，压后的累积产量随支撑裂缝的长度变化较为明显，当渗透率较高时，进一步增加支撑裂缝的长度，累积产量的变化变缓，增加幅度变小，总的产量增加有限。也就是渗透率越高，优化的支撑裂缝长度越短，渗透率越低，优化的支撑裂缝长度越长。因此根据上述模拟计算结果，优化的支撑裂缝有效长度在100－150m较好。 

（2）确定裂缝长度后，对施工排量和砂液比的优化：通过对施工排量与裂缝长度关系的研究后，确定施工排量的上限，通过地层的最大吸液量，确定施工排量的下限，同时考虑摩阻和地面施工设备最终确定合理的施工排量参数。 

如图3所示，加砂的比例关系到形成最终支撑裂缝带的形状，直接反映了压裂支撑裂缝中的砂体情况和裂缝的导流能力。压裂过程中的砂液比过低，必然导致加砂强度低，支撑裂缝的支撑能力低下，在长期生产过程中受到生产影响或岩石中孔隙压力变化，支撑裂缝的导流能力容易丧失，失去高渗流特性，直接影响日产。另外加砂强度和砂液比低，不容易形成好的砂梯剖面，在储层流体渗流时不同裂缝长度段对裂缝的导流能力大小要求不匹配，也就是说，从井筒到裂缝深处的导流能力应该越来越小，形成所谓的“楔形”，才符合人工裂缝储层流体的渗流规律。因此，形成这样的支撑带需要采用逐渐增加的加砂程序，而最终的砂液比和压裂液用量通过裂缝延伸模拟确定。 

如图4所示，本次模拟计算了不同的砂液比情况下的支撑剂在裂缝中的支撑强度。从图中可见，要保证4.5－5.0kg/m²的铺置浓度，裂缝中的加砂强度应为2.0－3.0m³/m，所对应的平均砂液比应在30－35%左右。这样通过优化计算以后，就把加砂强度、平均砂液比、支撑剂的铺置浓度和裂缝的导流能力等参数综合考虑在一起了。因此，该模拟计算结果显示，优化设计时把平均砂液比调整到30－35%左右，就有可能使得压裂支撑裂缝具有一定的支撑剂加砂强度和铺置浓度和较高的裂缝导流能力，达到优化设计对支撑裂缝导流能力这一关键参数的要求。 

步骤4，重复压裂施工。 

如图5所示，重复压裂施工中，液体CO₂是由若干并联的CO₂罐车并联，然后依次与CO₂管汇车、CO₂泵车、旋塞和单流阀串联，最终导入井口；清洁压裂液是由若干并联的瓜胶罐车导入混砂车，同时清水罐车、砂罐车和交联剂罐也与混砂车导通，混砂车内部的混合液经过若干并联的压裂泵车导入井口；井口还与带有水罐的平衡车导通。 

重复压裂施工分为前置液阶段、携砂液阶段和顶替阶段；前置液阶段采用相同粒径支撑剂段塞1m³打磨裂缝壁面，携砂液阶段采用恒定内相组合技术，顶替阶段采用降排量技术。 

如图6所示，前置液阶段采用同粒径支撑剂段塞1m³打磨裂缝壁面，保证主裂缝起裂和延伸，顺利完成加砂施工。前置液期提高CO₂注入排量，加砂期间降低CO₂注入排量，初期以2.0 m³/min的CO₂注入施工压力较高，为了保证施工的顺利进行，该阶段后期实际CO₂排量较设计偏低，为1.8m^3/min。整个携砂液阶段恒定内相组合技术，CO₂排量1.8-1.6m³/min左右，基液排量1.2-1.95m³/min。当提高砂浓度至262kg/m³，施工压力呈上升明显，现场采取瞬时停砂的方法，待施工压力下降后，继续加砂，砂浓240 kg/m³，该阶段后期施工压力上升明显，现场再次停砂施工。施工压力下降后迅速提高砂比至277 kg/m³，该阶段施工压力变化较平稳；继续提高砂比至384.0kg/m³，施工压力有下降趋势，预计地层裂缝得到继续延伸。该井破裂压力不明显，前置液阶段平均施工压力41.98MPa，携砂液阶段平均施工压力53.59MPa，整个施工过程压力、排量基本稳定，设计加砂12m³，加砂实际加砂12m³，规模适度，施工排量适度，压裂施工顺利，加砂达到设计要求。 

重复压裂施工时，CO₂泵注车将液体CO₂经过地面三通与清洁压裂液混合注入井内，利用泡沫混合压裂液进行加砂压裂施工。重复压裂时压裂液沿着初次的裂缝流动，此时初次压裂时裂缝闭合引起支撑剂破碎、嵌入及下部沉淀的支撑剂影响，将限制或阻止在地层作用下已转变为高压的CO₂气体向下部传递，迫使水力裂缝向宽度及长度方向扩展，使支撑剂几乎全部有效地铺垫在气层中，力争在进入地层液体最少的基础上延伸裂缝长度、增大改造半径，提高裂缝导流能力。 

Claims (6)

1.低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，它是对已投产井进行二次的压裂施工，它包括压裂前分析优化和压裂施工两个部分，其特征是：压裂前分析优化包括压裂失效分析、压裂材料优选和施工参数优化，其具体工艺技术按照如下步骤实施：

步骤1，压裂失效分析；对索要施工的井进行压裂失效分析，确定是否具备重复压裂的可能性，若分析结果符合要求，则继续进行；

步骤2，压裂材料的优选，即压裂液和支撑剂的优选；压裂液为泡沫混合压裂液，即采用清洁压裂液作为液态CO₂压裂液的基液，液态CO₂压裂液的质量比例为60%至85%；支撑剂为10/20目或20/40目的组合支撑陶粒；

步骤3，施工参数的优化；首先确定压裂裂缝长度，压裂裂缝长度由压裂规模、注液量和加砂量这些可控因素来控制，最优的压裂裂缝长度为100米至150米；然后根据压裂裂缝长度确定优化的施工排量和砂液比，施工排量的上限由压裂裂缝长度确定，施工排量的下限由地层的最大吸液量确定，砂液比和压裂液用量通过裂缝延伸模拟确定，同时加砂程序采用逐渐增加的方式；

步骤4，重复压裂施工；采用CO₂泵注车将液体CO₂经过地面三通与清洁压裂液混合注入井内，利用泡沫混合压裂液进行加砂压裂施工。

2.根据权利要求1中所述的低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，其特征是：所述的清洁压裂液是APV清洁压裂液。

3.根据权利要求1中所述的低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，其特征是：所述的支撑剂的选择依据行业标准SY/T 6302-1997《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》，10/20目或20/40目的组合支撑陶粒，其比例为1:1或2:1。

4.根据权利要求1中所述的低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，其特征是：所述的砂液比为30%至35%。

5.根据权利要求1中所述的低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，其特征是：所述的步骤4重复压裂施工分为前置液阶段、携砂液阶段和顶替阶段；前置液阶段采用相同粒径支撑剂段塞1m³打磨裂缝壁面，携砂液阶段采用恒定内相组合技术，顶替阶段采用降排量技术。

6.根据权利要求1中所述的低渗透气井CO₂重复压裂工艺技术，其特征是：所述的步骤4重复压裂施工中，液体CO₂是由若干并联的CO₂罐车并联，然后依次与CO₂管汇车、CO₂泵车、旋塞和单流阀串联，最终导入井口；清洁压裂液是由若干并联的瓜胶罐车导入混砂车，同时清水罐车、砂罐车和交联剂罐也与混砂车导通，混砂车内部的混合液经过若干并联的压裂泵车导入井口；井口还与带有水罐的平衡车导通。

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