CN109958423A - 一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法。包括：(1)关键储层参数评价；(2)分层裂缝扩展规律模拟；(3)超低密度支撑剂的选择；支撑剂平均粒径为最小裂缝宽度的1/10～1/6；支撑剂的体积密度小于1.4g/cm3(4)压后关井时间的模拟：按该井周围邻井的压裂施工参数，设置不同的压后关井时间，观察不同时间内的支撑剂浓度剖面的变化，如某两个关井时间的支撑剂浓度剖面非常接近，则取前一个时间为最终的关井时间。本发明对支撑剂粒径、压后关井时间等进行综合优化，改善多层压裂裂缝支撑剖面，解决目前的技术局限性，实现压后增产效果的最大化。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法。本发明可用于碳酸盐岩、砂岩、页岩等储层，即可用于直井，也可用于水平井水力压裂。
背景技术
目前，不管是直井多层笼统压裂，还是水平井穿层压裂，都要求压后采用裂缝强制闭合技术，以降低压裂液的滤液伤害，加速压裂液的返排和裂缝的闭合进程，防止过顶替带来的缝口处导流能力的严重损害。因支撑剂的回流效应，如控制得当，可使远离缝口处的支撑剂，在裂缝闭合前，再次运移至缝口处支撑。
裂缝强制闭合技术已有二十多年的发展历史，当时主要针对压裂目的层只有一个或即使有多个层，当被全部压开后，也认为等同于单一层压裂，即假设层内渗透性及应力等都均质分布。该技术在现场应用中都获得预期的效果。但针对多层压裂而言，每个层的渗透率及应力等都各不相同，有时还相差极大，在这种前提下，如还采用以往的裂缝强制闭合技术，势必存在如下局限性：
(1)裂缝的延伸规律在同一层内接近相同，但不同的层间的延伸规律并不一致，即使裂缝在垂向上已整个贯通。显然地，应力高或渗透率好的层，裂缝宽度相对较低，最终的裂缝导流能力可能更低，而在相反的情况下，裂缝导流能力相对更高。这会导致渗透率好或应力高的层的裂缝导流能力不足或降低快，从而影响压后产能的挖掘，而渗透率差或应力低的层的裂缝导流能力可能高于实际需要，也造成不必要的浪费。如何反其道而行之，则是提高多层压裂潜力的重要目的。
(2)支撑剂选择不当。当水平井穿层压裂时，采用常规粒径和密度的支撑剂时，水平井筒以上储层的支撑效果会因支撑剂运移阻力大而大大折扣。在极端情况下，可能绝大部分支撑剂都仅分布于水平井筒所在的储层内，其它的储层可能即使被压开了也有新的裂缝延伸，但支撑剂运移进去并有效铺置的概率大大降低。因此，说是水平井穿层压裂，实际上仍是单层压裂；对直井多层压裂而言，常规粒径的支撑剂，可能只适合于裂缝宽度较高的裂缝需要，而相对窄裂缝中运移及铺置的比例也会有相当幅度的降低。此时的裂缝强制闭合技术，对压裂目的层中没有或仅有少部分支撑剂的裂缝而言，也失去了意义。因强制闭合技术的初衷就是改善裂缝内支撑剂的分布，使其更有利于支撑剖面及压后效果的改善。
因此，需要研究并提出一种新的适用于多层的裂缝强制闭合方法。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法。针对每层渗透率及应力等差别较大的多层压裂，在关键储层参数评价的基础上，研究分层裂缝扩展规律，对支撑剂粒径、压后关井时间等进行综合优化，改善多层压裂裂缝支撑剖面，解决目前的技术局限性，实现压后增产效果的最大化。
本发明的总体思路：
(1)多层裂缝支撑剂均匀分布技术
不管是直井多层压裂还是水平井穿层压裂，都采用较小粒径的超低密度支撑剂(垂深小于2000m可采用超低密度支撑剂，垂深大于200m的采用超低密度支撑剂为主，尾追常规密度支撑剂)。之所以选择超低密度支撑剂，主要原因是提高裂缝的支撑效率，尤其是远井地带裂缝，对提高裂缝支撑剂面积及体积，具有十分重要的意义，也是配合思路(2)的要求。
至于粒径的选择，以纵向裂缝宽度剖面的精确模拟计算结果为依据，以最小宽度为准，支撑剂平均粒径取最小裂缝宽度的1/10～1/6。这样，不管多高的施工砂液比，都可确保支撑剂顺利通过最窄的裂缝。
当然，支撑剂粒径的降低即相应导流能力的降低，应结合油气藏数值模拟分析，以特定的压裂目的层数据为准，模拟分析不同的裂缝导流能力对压后产量的影响，如导流能力影响不大，则粒径的大小也影响不大。且粒径小了，在现场施工条件下，可加入更高的砂液比和支撑剂量，因此，实际提供的导流能力可能并不比相对大粒径支撑剂的导流能力。而实验室内导流能力的结果都是基于相同的支撑剂铺置浓度而岩的。实际上，对压裂面对的低渗透率储层而言，更多的要求是裂缝长度、复杂性及改造体积，而对导流能力的要求并不高。因此，小粒径支撑剂的选择从理论上而言也是合适的。
采用上述技术基本可实现多层裂缝内的支撑剂接近均匀的分布。
(2)压裂结束后适当关井再进行裂缝强制闭合措施
以往的裂缝强制闭合技术是压完后立即进行排液措施，造成裂缝闭合后，不同层间的裂缝导流能力接近相同。因此，在压裂结束后，适当关井一段时间，在关井期间，不同层因渗透率不同，滤失速度也不同，渗透率好的层因滤失大，势必造成裂缝内的支撑剂往此处运移。渗透率越好，支撑剂运移的比例越大，最终的支撑剂铺置浓度及导流能力也越高。而渗透率差的层，滤失也小，往此处运移的支撑剂量也少，甚至可能因高滤失层的影响，低渗储层处的支撑剂铺置浓度更低。只要关井的时间适合，最终的结果是高渗储层获得更高的裂缝导流能力，低渗储层获得与其渗透率相适应的较低的导流能力，因此，支撑剖面比以往常规裂缝强制闭合技术的接近均匀的支撑剂铺置浓度剖面，更利于挖掘多层的生产潜力。
至于压后关井时间的确定，以成熟的裂缝模拟软件，模拟不同关井时间下的缝内支撑剂浓度变化情况，只要模拟结果发现高渗层处支撑剂的铺置浓度还有提高的迹象，就可继续延长关井时间，直到支撑剂的铺置浓度不再发生明显的变化为止。
该阶段应用的支撑剂时超低密度支撑剂，且压裂施工结束后要求裂缝内的所有压裂液均匀彻底破胶，因此，压裂液的黏度也低，支撑剂的密度也低，在裂缝中的运移阻力也低，因此，在因渗透率和滤失不同造成的裂缝内支撑剂的再次运移分布，比较容易实现。
本发明的目的是提供一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法。
包括：
(1)关键储层参数评价；
(2)分层裂缝扩展规律模拟；
(3)超低密度支撑剂的选择；
(4)压后关井时间的模拟。
其中，优选：
步骤(2)，在(1)的基础上，对压裂目的层上下各多取20-50m距离，进行分层裂缝扩展规律模拟。
步骤(3)，支撑剂平均粒径为最小裂缝宽度的1/10～1/6。支撑剂的体积密度小于1.4g/cm3。
步骤(4)，按该井周围邻井的压裂施工参数，设置不同的压后关井时间，观察不同时间内的支撑剂浓度剖面的变化，如某两个关井时间的支撑剂浓度剖面非常接近，则取前一个时间为最终的关井时间。
按照步骤(4)设计的关井时间，在压后关井。
所述方法还包括：
射孔、压裂、顶替、排液及求产流程。
本发明具体可采用以下步骤：
(1)关键储层参数评价
对压裂目的层及中间隔层及目的层顶底的上下隔层等进行***的评价，得出纵向上的各种参数的连续分布数据，包括岩性、物性、含油气性、敏感性、岩石力学、地应力及天然裂缝分布情况等。主要采用测井、录井、岩心分析等手段进行综合评估。
尤其是纵向地应力剖面及天然裂缝等的评估，对多层的裂缝扩展规律影响至关重要，甚至可采取测井解释地应力与现场测试地应力校正的方法，获得准确的分层地应力等资料。
也可采用邻井压后井温测井资料或井下微地震等资料，对裂缝的高度进行监测，以此修正分层地应力的数据，使后续的模拟结果更为准确可靠。
(2)分层裂缝扩展规律模拟
在(1)的基础上，对压裂目的层上下各多取20-50m距离，应用多层裂缝扩展模拟的软件GOFHER进行模拟，为减少模拟工作量，采用正交设计方法，模拟不同的压裂施工排量、液量、支撑剂量及压裂液黏度等下的裂缝扩展规律，尤其是裂缝宽度在纵向的分布规律，即裂缝的宽度剖面。
(3)超低密度支撑剂的粒径优选
在(2)的基础上，按裂缝宽度是支撑剂平均粒径的6-10倍来优选支撑剂的平均粒径，以实现支撑剂在裂缝高度上的均匀分布。
(4)压后关井时间的模拟
按思路(2)的要求，应用上述GOFHER模拟软件，按该井周围邻井的压裂施工参数，设置不同的压后关井时间，如0、30min、60min、90min、120min、150min、180min，观察不同时间内的支撑剂浓度剖面的变化，如某两个关井时间的支撑剂浓度剖面非常接近，则可取前一个时间为最终的关井时间。
如果不同时间的支撑剂铺置浓度剖面基本没有变化，说明分层渗透率的差异不足以使缝内支撑剂产生再次运移分布，此时则仍采用常规的裂缝强制闭合技术即可。
(5)其它射孔、压裂、顶替、排液及求产流程，参照常规的流程执行，在此不赘。
发明的效果：
与现有的压后裂缝强制闭合技术相比，本发明所述采用了全新的处理技术，不再采用针对目的层只有一个层或认为等同于单一层的技术，在关键储层参数评价基础上，研究不同压裂施工排量、液量、支撑剂用量、压裂液黏度等条件下的裂缝扩展规律，进而对支撑剂粒径、压后关井时间等进行综合优化。
本发明可有效改善多层压裂裂缝支撑剖面，最大限度地提高多层压裂潜力。
现场施工具备可操作性。
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，目的层段岩性为灰白色含气砂砾岩，天然裂缝较发育。目的层压裂井段为2437.9-2502.6m，分两层压裂，储层平均杨氏模量47.6GPa，平均泊松比0.20；目的层与上部隔层的应力差约为4.7MPa，与下部隔层应力差约为6.5MPa；目的层温度为102℃。为了解该目的层的含气性及产能，并对该区块开展下步勘探评价工作，借鉴本专利提出的工艺方法，结合本井实际情况，进行了该井的压裂方案设计及现场先导试验，具体实施方法及效果如下：
(1)储层参数评价：通过岩心分析及测井解释等手段，分析出目的层纵向上的各种储层参数连续分布情况，其中岩性为灰白色含气砂砾岩，含油气性为含气，天然裂缝较发育，并结合模拟计算得出地应了分布情况，地层压力为25.4-27.2MPa，杨氏模量平均为47.6GPa，泊松比平均为0.20，目的层与上部隔层的应力差约为4.7MPa，与下部隔层应力差约为6.5MPa，目的层温度为109℃。
(2)裂缝扩展规律模拟：在(1)得出参数基础之上，压裂目的层上多取20m，下多取30m。应用GOFHER软件，采用正交设计方法对压裂施工排量、液量、压裂液黏度、支撑剂量等不同施工参数下的裂缝扩展规律进行模拟研究，优选出最佳裂缝支撑剖面下对应的施工参数。
(3)超低密度支撑剂的粒径优选：根据(2)模拟计算结果，压裂施工前期阶段选用70/140目粉陶，中期选用40/70目中砂，后期选用30/50目粗砂。
密度1.33g/cm3，最小裂缝宽度为3mm，支撑剂平均粒径300μm。
(4)压后关井时间优化：参照邻井压裂施工参数，应用GOFHER软件模拟计算了压后关井时间分别为0、30min、60min、90min、120min、150min条件下支撑剂浓度剖面变化，模拟结果为90min与120min条件下支撑剂浓度剖面变化较接近，选取90min为关井时间。
按上述步骤对该井进行了压裂施工，现场施工工艺取得成功。结合该井压后井温测井解释结果及压后裂缝二次模拟结果，证实该井压后裂缝支撑剖面相比于邻井得到明显改善，裂缝纵向上主要集中在目的层中延伸，高应力与低应力地层的裂缝宽度相当，主要集中在0.4～0.6cm之间；支撑剂在裂缝中铺置较均匀，铺砂浓度集中在4-5kg/m3。该井压后取得了较好的效果，压后初期日产气量为3.0*104m3/d，半年后日产量稳定在1.6*104m3/d左右。
通过该井的先导试验证明：借鉴本专利提出的工艺方法，压后裂缝支撑剖面相比于邻井得到明显改善，初期日产气量达到邻井的2倍左右，且压后产量递减明显慢于邻井或邻区块，压后稳产及有效期明显增长，取得了显著的增油效果，提高该类储层的压裂改造效果。
Claims (7)
1.一种改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于所述方法包括：
(1)关键储层参数评价；
(2)分层裂缝扩展规律模拟；
(3)超低密度支撑剂的选择；
(4)压后关井时间的模拟。
2.如权利要求1所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于：
步骤(2)，在(1)的基础上，对压裂目的层上下各多取20-50m距离，进行分层裂缝扩展规律模拟。
3.如权利要求2所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于：
步骤(3)，支撑剂平均粒径为最小裂缝宽度的1/10～1/6。
4.如权利要求3所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于：
支撑剂的体积密度小于1.4g/cm3。
5.如权利要求4所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于：
步骤(4)，按该井周围邻井的压裂施工参数，设置不同的压后关井时间，观察不同时间内的支撑剂浓度剖面的变化，如某两个关井时间的支撑剂浓度剖面非常接近，则取前一个时间为最终的关井时间。
6.如权利要求5所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于：
按照步骤(4)设计的关井时间，在压后关井。
7.如权利要求1所述的改善多层压裂裂缝支撑剖面的强制闭合方法，其特征在于所述方法包括：
射孔、压裂、顶替、排液及求产流程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190702 |
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