CN109983200B - 用于检测井中裂缝位置（变量）的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于在多级储层增产期间检测水力裂缝位置的方法。将压裂液以高于压裂压力的压力注入井中以产生至少一个水力裂缝。在这之后，将标记段塞注入井中。此外，将压裂液再注入井中。当标记段塞进入水力裂缝中的至少一个水力裂缝时，观察到可检测的压力响应，并且根据在注入标记段塞之后注入的压裂液的体积检测到水力裂缝的位置。该标记段塞是粘度和/或密度与标记段塞之前和之后注入的压裂液不同的流体的段塞(部分)。在其他实施方案中，用于检测水力裂缝位置的方法与其他井操作组合，例如，堵塞至少一个水力裂缝或放置至少一个新水力裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及利用水力压裂作业对地下储层的增产，特别涉及在多区储层增产期间检测水力裂缝位置的方法。
现有技术
现有技术解决方案描述了用于表征水力裂缝的微震学，例如，US8369183(Schlumberger Technology Corporation)、WO2014055931(Halliburton EnergyServices)等。
已知的解决方案描述了使用声学工具和计算机模型来描述水力裂缝几何形状，例如，WO2012087796(Schlumberger Canada limited)。
而且，已知的解决方案采用温度测量来表征水力裂缝，例如，WO2014193577(CONOCOPHILLIPS COMPANY)。
因此，在现有技术中需要一种使用简单且可用的测量仪器在多区储层增产期间检测开放的水力裂缝位置的简单方法。
发明内容
本公开描述了一种在多区储层增产期间检测水力裂缝位置的新方法。该方法基于注入井中的流体的粘度和/或密度的局部变化。
在某些实施方案中，本公开涉及一种用于检测井中的水力裂缝位置的方法。根据所要求保护的方法，将压裂液以高于压裂压力的压力注入井中以产生至少一个水力裂缝。在这之后，将标记段塞注入井中。此外，将压裂液再注入井中。当标记段塞进入水力裂缝中的至少一个水力裂缝时，观察到可检测的压力响应，并且根据在标记段塞之后注入的压裂液的体积确定水力裂缝的位置。该标记段塞是粘度和/或密度与标记段塞之前和之后注入的压裂液不同的流体的段塞(部分)。
在其他实施方案中，本公开涉及一种用于结合从已经存在的水力裂缝中堵塞(阻塞)至少一个水力裂缝的操作来检测井中的水力裂缝位置的方法。
在又一个实施方案中，本公开涉及一种用于结合在新储层增产区内放置至少一个另外的(新的)水力裂缝的操作来检测井中的水力裂缝位置的方法，以及。
从以下描述和所附权利要求中，本发明的其他方面将变得明显。
附图说明
图1示意性地示出了流体通过限制流入射孔或压裂套筒开口的通道。
图2描绘了该方法的示例性实施方案的图。
具体实施方式
在油气井进行多级水力压裂作业时，需要了解注入流体的精确位置。本公开描述了一种用于检测井中水力裂缝并且确定哪个现有水力裂缝正在特定时间点接收流体的方法，所述井具有已在生产性储层中起裂的一个或多个水力裂缝。
本公开基于流体流过不同几何形状的物体(管道、矩形槽等)的基本定律。上述基本定律中描述的主要思想是液体流过管道或矩形槽时的压降取决于流体粘度和密度。
通过流体动力学已知粘性流体流过直径Dr的管道期间压力差的达西-魏斯巴赫公式
达西-魏斯巴赫公式(1)描述了流体在裂缝中流动的摩擦压力(Δpfric)、流体粘度(由流体动力系数λ说明)、流体密度(ρ)和线速度(ω0)之间的关系。
当流体流过恒定直径的管道(套管)时，通过局部限制(例如，通过套管中的射孔开口或通过压裂套筒开口)的流进入水力裂缝的体积。如果我们在限制位置的不同侧选择两个点，则这两个点之间的压力差由公式(1)描述。显然，任何一个公式系数(流体密度和/或粘度)的急剧变化都会导致上游压力在恒定线速度下发生变化。
当发生这种情况时，根据公式(1)的压力差的减小引起负压响应，而根据公式(1)的压力差的增加(段塞(脉冲)中的密度增加)自身在井中显示为正压响应的形式。
当应用于油气井的增产时，流体流过裂缝为在技术上与流体流过窄矩形槽相同的过程(图1)。流体流过射孔或压裂套筒(端口)开口与通过局部限制的流动相同。
通常，用于检测井中的水力裂缝位置的方法的实施方案可以通过以下操作顺序呈现：
1.将压裂液注入具有若干开放式压裂套筒(端口)或射孔段的井中，其中水力裂缝可以起裂。
2.超过起裂压力，从而产生水力裂缝。
3.注入粘度和/或密度不同于压裂液的粘度和/或密度的标记段塞。
4.注入压裂液以使标记段塞移位直到至射孔或压裂套筒。
5.检测压力响应。
6.将观察到的压力响应的时间点与标记段塞之后注入的压裂液的体积进行比较。
7.基于注入的压裂液的体积，检测射孔段的位置或相应的压裂套筒的位置，(标记段塞被递送至的)裂缝在哪里起裂(项目4)。
本公开的一个重要阶段是将“标记段塞”注入井中。在石油和天然气工业实践中，在其物理性质上可稳定地与其他流体区分的段塞被称为流体段塞。“流体段塞”的特性特征可以是流体密度、流体粘度、添加剂的浓度等。通过使用标准设备，通过在相同的管道中组合具有显著不同性质的流体流，可以在井或管道中产生流体段塞。例如，当使用流道水力压裂技术时，在输送到射孔开口期间保持的“清洁段塞”和“脏段塞”交替地注入套管中。“脏段塞”是携带支撑剂的粘性流体段塞，而“清洁段塞”是不含支撑剂的流体段塞。使用“流体段塞”进行储层处理和注入具有不同pH的流体段塞(部分)也是已知的。
在所公开方法的上下文中，“标记段塞”概念意指要注入井筒的流体段塞，其显示出与剩余压裂液不同的物理性质。“标记”特征意味着段塞的组成和尺寸使得段塞递送到井中不会导致水力裂缝的几何形状和位置的实质变化。当检测水力裂缝位置时，这种“标记段塞”是信息源。换句话说，注入“标记段塞”不会影响在该段塞之前产生的水力裂缝的位置和几何形状。石油和天然气工业中的普通技术人员将理解当将“标记段塞”注入井中时应用的限制，使得其不会引起水力裂缝几何形状或裂缝导流能力的显著变化。特别地，流体的有效粘度和/或密度是区分标记段塞与压裂液段塞的物理性质。
根据本公开的实施方案，标记段塞流体具有与压裂液粘度显著不同的粘度。对于牛顿流体(水、盐溶液)，流体粘度与流动剪切速率无关；它在很大程度上取决于温度。非牛顿流体表现出不同的特性。如果注入非牛顿流体(其中粘度随流动剪切速率变化)，则会导致流体的有效粘度降低。这种流体由粘度(cP)与剪切速率(以s-1为单位)的依赖图表征。许多良好工作的流体基于被称为非牛顿流体类(特别是剪切稀释液)的增粘的水溶性聚合物溶液。考虑到“流体粘度”的实质特征，应考虑流体流变学的这种特性。粘度是指刚刚在“瓶颈”或“高剪切速率”条件下测量的运动(或动态)粘度。
在本公开的一些实施方案中，标记段塞流体的粘度是压裂液的粘度的10(或更多)倍大。当选择低粘度(标准)压裂液作为压裂液时，实现这种粘度差异，而选择高聚合物浓度增稠的流体用于标记段塞。通常，聚合物增粘流体属于非牛顿流体类。作为粘性流体的变体，水溶性聚合物溶液另外通过交联剂交联。在石油工业实践中，可以生产粘度为数百和数千厘泊的增稠流体。
在本公开的一些实施方案中，用于标记段塞的流体是增粘的油基流体。因此，油基流体与水基压裂液难以混溶，这允许在压裂液和油基标记段塞之间保持高粘度差。
在本公开的一些实施方案中，标记段塞流体的粘度是压裂液的粘度的10(或更多)倍小。如果用水溶性聚合物(水溶胀性多糖、聚丙烯酰胺聚合物、羧甲基纤维素和其他增稠剂)增粘的水用作压裂液，则会产生这种流体组合，而相反，标记段塞是不具有增稠添加剂的水性流体(“非粘性段塞”)。
根据本公开的实施方案，与压裂液相比，标记段塞流体具有更高的密度。从钻井或水力压裂实践中已知流体密度的预期增加(以确保流体静力液柱的所需压力，其与液柱的高度和流体密度成正比)。为了增加流体密度，添加高密度颗粒。例如，加重剂由重晶石、赤铁矿以及其他加重材料等矿物质提供。在实践中，流体的密度可以增加1.1-2倍。
在本公开的一些实施方案中，标记段塞的密度显著低于压裂液段塞的密度。这是通过引入轻质材料来实现的。例如，轻质材料是用于降低标记段塞的密度的添加剂，诸如空心微珠或高分子空心球。
在本公开的一些实施方案中，标记段塞流体在密度和粘度方面(由于加重剂或减轻剂的添加剂)与压裂液不同，为较高的一方。例如，标记段塞将具有增加的粘度(增加10倍和更多)和增加的密度(增加1.1倍和更多)。
在本公开的一些实施方案中，将浓度高于0.5％的纤维添加到标记段塞流体中。已知将纤维添加到一种或两种界面流体中增加了两种界面流体(标记段塞流体和压裂液)之间界面的稳定性。这保持了流过管道的标记段塞与裂缝入口的粘度对比度。
在形成标记段塞之后，可以设想产生压力响应作为标记段塞通过流体流动瓶颈的反应。
当标记段塞通过开放的水力压裂区时，发生压力响应。压力响应向上传播填充井的流体。压力响应(正压或负压增益)由位于井中或表面(井口处)上的压力变送器记录。
可以选择井中的不同位置作为一个或多个记录压力变送器的位置：例如，在井口处或在井筒中。由于压力响应(压力峰值)发生在流体标记段塞通过水力裂缝时，如果没有影响井下压力的其他事件(诸如裂缝闭合、泵停机、封隔器坐封等)发生，这种响应很容易记录在压力记录图中。因此，该方法的一个实施方案提供了以恒定的流体流速(m3/s)顺序地注入压裂液和标记段塞。压力记录图中的恒定流体流速(水力压裂泵的连续操作)使得能够检测与标记段塞的通过相关的压力响应。
压力响应幅度取决于压力变送器的位置、井中的噪声水平以及记录和处理压力信号的方法。在大多数情况下，识别标记段塞通过进入水力裂缝的事件的有用信号可以高于0.1巴，并且其值由压力变送器可靠地记录。
在识别由标记段塞通过引起的压力响应的瞬间，通过流量计测量在标记段塞之后注入的压裂液的体积。当已知管道的直径(截面积)和压裂液的恒定注入速率时，压裂液的该体积指示检测到水力裂缝附近的标记段塞位置的坐标，并且相应地指示相对于井口的裂缝坐标。(图2)。
该方法的实施方案针对不同的完井选项(即用于产生和维持水力裂缝的选项)而区分。根据一个完井选项，使用射孔工具在倾斜或水平井中产生对应于需要增产的储层区的射孔簇(区)。然后，使用地面泵，将压裂液以超过储层的水力压裂压力的压力注入井中，这导致一个或多个水力裂缝的打开。由于储层增产区中的机械应力对于不同的射孔簇不同，因此水力裂缝以不同的效率起裂并传播到储层中。
根据另一个完井选项，一个或多个压裂套筒在倾斜或水平井中布置在管道上。通过压裂套筒(或压裂端口)的流体注入不同于通过在套管中制造的传统射孔开口的注入。压裂套筒使得使用射孔弹***形成射孔开口的操作变得不必要。代替如此，压裂套筒具有现成的开口。此外，工业上采用更合适形式的套管，其中一组开口不仅可以打开，而且还可以在所需的深度处关闭，以限制储层和油管之间的流动连通。随着压裂液压力增加(注入阶段)，岩石的水力压裂(裂缝的形成)在压裂套筒附近进行。然而，当发生这种情况时，在软岩处产生新形成的裂缝，并且这些位置可能与压裂套筒开口的位置不一致(水力裂缝相对于压裂套筒移位)。利用这种配置检测水力裂缝的实际位置也是权宜之计。
在上述包括形成水力裂缝的完井选项中，出现了压裂液窜槽(fracturing fluidcommunication)的瓶颈(限制)。这些可以是射孔簇的射孔开口或井筒附近的水力压裂区。增加的流动剪切速率表明存在这样的瓶颈。
因此，管道中的射孔开口可以通过不同的修改来制造。用于流体入口的射孔开口可以通过工业中已知的方法生产。
在本公开的一些实施方案中，用于检测井中的水力裂缝位置的方法与其他井操作相结合，其他井操作诸如例如，放置新裂缝(折射(refract))，例如，根据所选择的注入时间表(injection schedule)按照以下顺序：或堵塞现有的水力裂缝。
(a)将压裂液注入具有至少一个水力裂缝和新水力裂缝的起裂区的井中；
(b)将压力增大至高于压裂压力并产生至少一个新水力裂缝；
(c)向井中注入标记段塞；
(d)将压裂液注入井中。
这样，当标记段塞进入水力裂缝中的至少一个水力裂缝时，观察到可检测的压力响应，并且根据在阶段(d)注入的压裂液的体积检测到水力裂缝的位置。
在多区储层增产实践中，需要将工作流体流从一个水力裂缝重定向到另一个。为此，通过注入“隔离弹丸”或“阻塞弹丸”或“转向材料”来分离所需的井段。
因此，在本公开的一些实施方案中，用于检测井中的水力裂缝位置的方法与其他井操作相结合，诸如例如，堵塞已经存在的裂缝，例如，根据所选择的注入时间表按照以下顺序：
(a)在高于压裂压力的压力下将压裂液注入井中，并产生至少一个水力裂缝；
(b)在井中提供至少一个水力裂缝的堵塞；
(c)在高于压裂压力的压力下将压裂液注入井中，并产生至少一个新水力裂缝；
(d)向井中注入标记段塞；
(e)将压裂液注入井中。
当标记段塞进入水力裂缝中的至少一个水力裂缝时，观察到可检测的压力响应，并且根据在阶段(e)注入的压裂液的体积检测到水力裂缝的位置。
可以在阶段(a)和(b)之间提供相当长的时间间隔以执行井操作。
(b)阶段处的水力裂缝的堵塞通过任何已知的方法进行，例如，使用可降解材料。
本公开的实施方案允许检测接收压裂液的水力裂缝位置，而不需要采用复杂的井下设备、分布式压力变送器、负载、温度等。使用井中可用的标准压力变送器测量压力响应。
实施例
实施例1
该实施例证明了标记段塞的注入，当标记段塞进入水力裂缝时在井口处记录的压力响应的发生，以及根据注入流体的体积的井中的水力裂缝位置检测。
图2显示了粘性标记段塞通过一段水平井，其中有若干压裂套筒(端口)。该井具有恒定的管道直径。基于地面的泵(未示出)产生恒定的压裂液流速，该压裂液进入井中并通过一个或多个开放的水力压裂消耗。指定三个压裂套筒(第一套筒、第二套筒和第三套筒)的位置。
在某个时间点，用于将压裂液供应到井中的装置被切换到包含粘性流体(形成的“标记段塞”)的罐。在每种特定情况下，标记段塞的粘度在超过压裂液粘度10至100倍的值的范围内。一旦引入标记段塞，就将流体供应阀切换到供应先前的压裂液。
在沿着井筒输送粘性标记段塞期间，标记段塞保持两个低粘性压裂液之间的单个段塞形式。
由于流体的注入在高于水力压裂压力的压力下(P>Pfrac)以恒定的流体流速进行，因此标记段塞通过压裂套筒中的一个压裂套筒附近的瞬间(时间)与注入标记段塞之后注入的压裂流体的体积成比例。标记段塞通过压裂套筒附近的瓶颈导致由于流动限制引起的压力差的局部变化，并且流体流动状态的这种变化以正压力响应的形式显现出来，其通过位于井口处的压力变送器记录。
实施例2
在俄罗斯的井中的一个井处的多级水力压裂过程中，进行了一系列操作以检测井中的水力裂缝位置。为了执行所述阶段(注入标记段塞)，使用体积为2m3的流体(胶凝剂浓度为7.2kg/m3的交联凝胶)，其具有超过其他阶段压裂液460倍的粘度。通过在恒定的流体流速下的移位的压裂液(胶凝剂浓度为3.6kg/m3的线性凝胶)来使标记段塞移位。直到接收60巴的压力响应的移位的压裂液的体积为16m3，对应于直到5号压裂套筒的体积。
实施例3
当根据实施例2进行多级水力压裂时，注入粘度为其他阶段的压裂液的460倍的标记段塞。
为了执行所述阶段(注入标记段塞)，使用体积为2m3(胶凝剂浓度为7.2kg/m3的交联凝胶和加入以实现标记段塞的有效密度为1,250kg/m3的加重剂(重晶石))的流体，其具有超过其他阶段的压裂液460倍的粘度。通过在恒定的流体流速下的移位的压裂液(胶凝剂浓度为3.6kg/m3的线性凝胶)来使标记段塞移位。直到接收80巴的压力响应的移位的压裂液的体积为15.4m3，对应于直到6号压裂套筒的体积。
显然，上述实施方案不应视为对专利权利要求范围的限制。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离要求保护的发明的原理的情况下对上述技术引入许多改变。
Claims (22)
1.一种用于检测井中的水力裂缝位置的方法，其包括：
(a)在高于压裂压力的压力下将压裂液注入井中，并产生至少一个水力裂缝；
(b)向所述井中注入流体标记段塞；
(c)在所述流体标记段塞之后向所述井中注入压裂液；
(d)当所述流体标记段塞流经射孔或压裂套筒时，检测压力响应，并且测量在阶段(c)注入的压裂液的体积；以及
(e)确定所述至少一个水力裂缝的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述流体标记段塞具有的粘度和/或密度与在阶段(a)和阶段(c)处的所述压裂液不同。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述流体标记段塞的粘度比所述压裂液的粘度高至少十倍。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述流体标记段塞的粘度比所述压裂液的粘度低至少十倍。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述流体标记段塞还包括固体颗粒或纤维。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述流体标记段塞还包括旨在增加所述流体标记段塞的密度的加重材料、或旨在降低所述流体标记段塞的密度的轻质材料。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述加重材料包括重晶石或赤铁矿。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述轻质材料包括空心微珠或高分子空心球。
9.如权利要求1所述的方法，其中阶段(a)、(b)和(c)处的流体注入的速率保持恒定。
10.如权利要求1所述的方法，其中通过套管中的射孔簇执行在阶段(a)-(c)处的流体的注入。
11.如权利要求1所述的方法，其中通过压裂套筒开口执行在阶段(a)-(c)处的流体的注入。
12.一种用于检测井中的水力裂缝位置的方法，其包括：
(a)将压裂液注入具有至少一个水力裂缝和至少一个新水力裂缝的起裂区的井中；
(b)将压力增大至高于压裂压力并产生所述至少一个新水力裂缝；
(c)向所述井中注入流体标记段塞；
(d)在所述流体标记段塞之后向所述井中注入所述压裂液，
(e)当所述流体标记段塞流经射孔或压裂套筒时，检测压力响应，并且测量在阶段(d)注入的所述压裂液的体积；以及
(f)确定所述至少一个新水力裂缝的位置。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述流体标记段塞的粘度和/或密度与在阶段(a)和阶段(d)处的所述压裂液不同。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中所述流体标记段塞的粘度比在阶段(a)处的所述压裂液的粘度高至少十倍。
15.如权利要求12或13所述的方法，其中所述流体标记段塞的粘度比在阶段(a)处的所述压裂液的粘度低至少十倍。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述流体标记段塞还包括固体颗粒或纤维。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述流体标记段塞还包括旨在增加所述流体标记段塞的密度的加重材料、或旨在降低所述流体标记段塞的密度的轻质材料。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述加重材料包括重晶石、赤铁矿。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述轻质材料包括空心微珠或高分子空心球。
20.如权利要求12所述的方法，其中在阶段(a)、(c)和(d)处的流体注入的速率保持恒定。
21.如权利要求12所述的方法，其中通过套管中的射孔簇执行在阶段(a)、(c)和(d)处的流体的所述注入。
22.如权利要求12所述的方法，其中通过压裂套筒开口执行在阶段(a)、(c)和(d)处的流体的所述注入。
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