CN107476790A - 一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，包括：(1)压前储层评价及压裂施工前期的实时评估；(2)在直井导眼井上进行分层小型测试压裂试验；(3)用软件MEYER进行模拟分析；(4)进行正常的压裂施工，在施工中途进行一次或二次瞬时停泵；(5)由井底压力反推出井口施工预期压力；(6)只要井口施工压力低于步骤(5)的预期压力，就提高排量，使井口施工压力接近预期值；(7)如果提高排量后的井口施工压力仍没有达到预期压力，则提高施工砂液比。本发明能够改善使用限排量的方法所带来的各类问题，从而提高页岩储层的实际压后改造体积及人工裂缝的复杂性。

Description

一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，进一步地说，是涉及一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法。

背景技术

在页岩气压裂施工中，在保证施工安全的前提下，如何最大限度地提高裂缝复杂性及改造体积，是永恒的主题。但目前的压裂施工中，主要是保持基本恒定的排量进行，这对我们想达到的提高裂缝复杂性及改造体积的目的有一定影响。

目前，我们在压裂施工中所使用的限排量的方法，从技术角度而言，存在的以下几个主要问题：

1)主裂缝净压力提升幅度有限。特别是脆性好的页岩，在裂缝延伸过程中，井口施工压力是逐渐降低的，折算到井底压力也是逐渐降低的。换言之，主裂缝净压力的逐渐降低，难以提高裂缝的压开程度及张开微裂隙。而压开程度的提高直接关系到人工裂缝的改造体积，微裂隙的张开情况直接关系到人工裂缝的复杂性程度。

2)随着裂缝的继续扩展，裂缝的几何尺寸逐渐增大，尤其是随着裂缝宽度的增加，裂缝内的压裂液流速是逐渐降低的。换言之，支撑剂在裂缝中的流动速度也逐渐降低，会导致裂缝内的沉砂现象越来越严重，甚至会引发早期砂堵的出现。

3)由于早期的支撑剂沉降，支撑剂的过流断面面积逐渐降低，沉降砂堤上的混砂浆的流动速度越来越高，使得后期注入的大粒径支撑剂原本是期望在近井裂缝带起支撑作用，可能由于上述原因，被携带到不期望的远井裂缝地带，由于远井裂缝宽度变窄，也容易引起施工后期的砂堵。

4)虽然部分压裂施工采取了变排量的施工策略，但变排量的时机掌握不正确，有的几乎在几分钟内就提高到设计的最高排量，之后就一直维持在恒定的排量，即使后期压力降低幅度较大也仍然没有采取适当提高排量的措施，致使1)-3)中所述的问题依然存在。

5)在裂缝扩展过程中，恒定排量造成的主裂缝净压力降低，会导致缝高的延伸越来越困难，尤其在裂缝端部，缝高可能只有几米甚至1米左右，因此，在远井地带裂缝的改造体积会大幅度降低。

因此，需要一种新的能大幅度提高裂缝改造体积的压裂施工新技术，以解决上述不足。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法。能够改善现在压裂过程中，使用限排量的方法所带来的诸如：裂缝净压裂提升幅度有限、裂缝逢高延伸困难、支撑剂早期沉降及由于支撑剂早期沉降使得远井裂缝缝宽变窄所带来的施工后期砂堵等各类问题，从而提高页岩储层的实际压后改造体积及人工裂缝的复杂性。

本发明的目的是提供一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法。

本发明的主体思路如下：

(1)适应的目的层应是水平层理缝/纹理缝相对发育的页岩储层。由于高角度天然裂缝一般不太发育，即使大幅度提高排量也不会导致裂缝高度的失控。

(2)精准评估纵向地应力剖面，在此基础上，预测延伸高度不同位置处的裂缝需要的延伸压力。

(3)为简化起见，可以初始破裂后的裂缝延伸压力为基准，低于此压力就适当提升排量，以维持恒定的井口施工压力。但前提是排量变化不大，如排量有较大的变化，要把沿程摩阻因素考虑进来，实质是维持井底施工压力的相对恒定。

(4)在(3)的基础上，应考虑裂缝的摩阻变化，换言之，井底压力应维持在初始延伸压力与后续裂缝新增摩阻之和基本保持不变。

本发明的方法包括：

(1)压前储层评价及压裂施工前期的实时评估，确认施工井是否适用此方法；

(2)在直井导眼井上进行分层小型测试压裂试验；

(3)用软件MEYER进行模拟分析，模拟不同压裂液粘度、规模、排量及加砂等情况下的主裂缝净压力变化及其敏感性，与步骤(2)中测试压裂获得的相应参数进行对比；

(4)进行正常的压裂施工，在施工中途进行一次或二次瞬时停泵，由停泵压力及相应的压力降幅，验证步骤(3)中模拟预测的主缝净压力的可靠性，并且分析裂缝的延伸摩阻情况；

(5)由井底压力反推出井口施工预期压力；

(6)只要井口施工压力低于步骤(5)的预期压力，就提高排量，使井口施工压力接近预期值；

(7)如果提高排量后的井口施工压力仍没有达到预期压力，则提高施工砂液比。

其中，优选：

步骤(4)中，瞬时停泵的时间为3-5min。

步骤(7)中，提高施工砂液比采取板凳式试探性加砂方法：在某个砂液比阶段，提前将下个高砂液比阶段提前注入，注入量不超过5-10m³。

为了提高远井裂缝带的纵向支撑效率，在支撑剂加入一半时进行中途停泵。

停泵时间优选为0.5-1小时。

停泵后的再次施工，按照(6)-(7)的步骤进行，至施工结束。

本发明具体可采用以下技术方案：

(1)压前储层评价及压裂施工前期的实时评估，确认施工井是否适用此方法。

重点是水平层理缝/纹理缝及高角度天然裂缝发育情况，以及纵向地应力剖面评估。除了常规的地质描述、测井、录井及岩心实验等方法外，低黏度、低排量的压裂施工前期探缝也是必不可少的。特别是现场实时分析判断储层特性直观至关重要，因为黏度及排量都相对较低，压裂液遇到水平层理缝/纹理缝及天然裂缝时，压力的波动会在井口施工压力曲线上有明显反应。一般而言，层理缝/纹理缝及天然裂缝尺度越小，裂缝内充填程度越高，压力的波动幅度就越小甚至不明显，反之则越明显。本发明适应的目的层是水平层理缝/纹理缝相对发育的页岩储层。

(2)在直井导眼井上进行分层小型测试压裂试验；

纵向各位置按常规的台阶升和台阶降进行测试，压后测1小时压力降落。通过解释，可获得分层的地应力、裂缝延伸压力及近井裂缝弯曲摩阻等数据。

(3)在(2)的基础上，应用成熟的裂缝模拟商业软件MEYER进行模拟分析，模拟不同压裂液粘度、规模、排量及加砂等情况下的主裂缝净压力变化及其敏感性，尤其是与(2)中测试压裂获得的相应参数进行对比。

(4)进行正常的压裂施工，为了验证(3)的模拟精度，可在施工中途进行一次或二次瞬时停泵，由停泵压力及相应的压力降幅，验证(3)中模拟预测的主缝净压力的可靠性，必要时可进行某种必要的修正。同时，更为重要的是通过一次或二次瞬时停泵，可分析裂缝的延伸摩阻情况。

在这种情况下，井筒摩阻的计算非常关键。由于页岩气设计的段塞式加砂程序中，每个砂液比的设计量都大于一个井筒容积，因此，计算起来也相对简单。不含砂的纯压裂液的摩阻，可根据清水摩阻图版(成熟的公认的)，结合压裂液的流变参数进行计算，都相对成熟，在此不赘。只是含砂液的静液柱压力计算，只能计算到直井筒为宜，也可以水平段的A靶点为界。

(5)在(1)-(4)的基础上，由井底压力反推需要的井口施工压力。

(6)根据(5)的结果，可能需要的井口压力也是逐渐提高的，而不是先前说的几乎恒定。只要井口施工压力低于(5)中预期的结果，就应适时提高排量，使井口施工压力尽量接近预期值。可能在整个施工过程中需要多次提排量才行，也可能只需要提高1-2次排量即可。

(7)如果在(6)中能达到预期要求，则正常施工一直至施工结束。但如果提高排量后的井口施工压力仍没有达到预期要求，况且因压裂设备及地面管线能力限制，排量也不可能一直持续提高，因为排量的提高能力会受到压裂车组的配置限制的，一般压裂施工会按照压裂设计来配置压裂车组，排量在施工的过程中是可以多次提高，也可提1-2次，但一旦达到现场车组的极限值就无法再提高了。在此情况下，应综合考虑其他的措施，如适当提高施工砂液比，只要施工砂液比适当高于需要的值，就足以引起施工压力的快速上升，但务必不能造成施工砂堵情况出现。可采取板凳式试探性加砂策略，即在某个砂液比阶段，提前将下个高砂液比阶段提前注入，但注入量一般不超过5-10m³，以防止一旦砂堵也能即使补救。

(8)为了提高远井裂缝带的纵向支撑效率，可在支撑剂加入一半左右的时机进行中途停泵0.5-1小时，目的是让支撑剂沉降裂缝底部，再次注入施工时，即使采用与停泵前同样的施工排量，由于裂缝过流断面的减少，压裂液可快速运移到远部裂缝地带，继续延伸缝长和缝高，通过此措施，可增加远井地带裂缝的高度延伸。

(9)停泵后的再次施工，参照(6)-(7)的步骤进行。

(10)其余流程按常规方法，一直施工到施工结束为止。

本发明具有以下技术特点和优良效果：

本发明设计合理、方法简单、便于操作，可通过改变在施工工程中变化施工排量来控制施工压力，改善裂缝净压裂提升幅度有限、裂缝逢高延伸困难、支撑剂早期沉降及由于支撑剂早期沉降使得远井裂缝缝宽变窄所带来的施工后期砂堵等各类问题，使裂缝复杂程度和改造体积得以有效提高。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例：

A井为一口页岩气水平井，该井目的层深度为2305.7-2438m，测井得该井的水平最大主应力为61.7MPa，水平最小主应力为45.2MPa，垂向主应力为52MPa，杨氏模量36GPa，泊松比0.189，该井目的层内发育水平层理缝，部分层理缝被方解石充填。利用本发明提供的方法对该井实施限压不限排量压裂施工，具体实施步骤如下：

1)通过对该井地质资料的分析，得该页岩气井目的层仅发育水平层理缝，判断该井可用本发明的方法进行施工；

2)按常规的台阶升和台阶降开展小型压裂测试，选用粘度为9mPa·s滑溜水，排量由0.5m³/min逐步提升至14m³/min，进行阶梯升排量注入，每个阶梯排量稳定2分钟；后以14m³/min排量逐渐降至2m³/min，进行阶梯降排量注入，每个阶梯排量稳定0.3分钟，压后关井1小时测压降，解释得最小主应力为59.7MPa(相当于井底压力)，裂缝延伸压力为62.5MPa，近井裂缝弯曲摩阻为6MPa，以该数据为准对测井取得的地应力进行修正；

3)基于修正后的地应力剖面，利用裂缝模拟软件MEYER，分别计算不同压裂液粘度9、20mPa·s、排量2-14m³/min情况下的主裂缝净压力为5-7MPa；同时，又将软件计算得结果与2)中测试压裂获得的裂缝延伸压力、闭合压力、净压力等相关参数进行对比，基本相近；

4)进行第一段压裂施工，在该段的施工中进行一次瞬时停泵，停泵时间3min,由停泵压力及相应的压力降幅，测得主缝净压力为5MPa，与软件计算结果相一致；

5)利用1)-4)的测试与模拟结果，利用常规公式计算得该井的所需的井口压力为70.5MPa；

6)该段施工过程中，由于排量、液体粘度、砂量设计的不同，会有10-20MPa的上下浮动。当滑溜水粘度为9mPa·s，胶液粘度为20mPa·s，砂比为13％，排量为12m³/min时，计算得井底压力未达到59.7MPa，此时，在压裂设备及地面管线保证安全的情况下，其他各参数保持不变，将施工排量提到14m³/min进行施工，再次计算得到井底压力恢复到59.7MPa；

7)按照6)的方法完成该段的施工；

8)按照1)-7)的方法完成该井其他各段的施工。

通过改变在施工工程中变化施工排量来控制施工压力，提升了裂缝净压裂、延伸了裂缝逢高等，使裂缝复杂程度和改造体积得以有效提高。

Claims (6)

1.一种提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于所述方法包括：

(1)压前储层评价及压裂施工前期的实时评估，确认施工井是否适用此方法；

(2)在直井导眼井上进行分层小型测试压裂试验；

(3)用软件MEYER进行模拟分析，模拟不同压裂液粘度、规模、排量及加砂等情况下的主裂缝净压力变化及其敏感性，与步骤(2)中测试压裂获得的相应参数进行对比；

(4)进行正常的压裂施工，在施工中途进行一次或二次瞬时停泵，由停泵压力及相应的压力降幅，验证步骤(3)中模拟预测的主缝净压力的可靠性，并且分析裂缝的延伸摩阻情况；

(5)由井底压力反推出井口施工预期压力；

(6)只要井口施工压力低于步骤(5)的预期压力，就提高排量，使井口施工压力接近预期值；

(7)如果提高排量后的井口施工压力仍没有达到预期压力，则提高施工砂液比。

2.如权利要求1所述的提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于：

步骤(4)中，瞬时停泵的时间为3-5min。

3.如权利要求1所述的提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于：

步骤(7)中，提高施工砂液比采取板凳式试探性加砂方法：在某个砂液比阶段，提前将下个高砂液比阶段提前注入，注入量不超过5-10m³。

4.如权利要求1所述的提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于：

为了提高远井裂缝带的纵向支撑效率，在支撑剂加入一半时进行中途停泵。

5.如权利要求4所述的提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于：

停泵时间为0.5-1小时。

6.如权利要求5所述的提高页岩气裂缝改造体积的限压不限排量的压裂方法，其特征在于：

停泵后的再次施工，按照(6)-(7)的步骤进行，至施工结束。