CN114135266A - 一种基于水击效应的高效压裂加砂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,涉及页岩气储层压裂增产改造技术领域。本发明首先通过对大量历史压裂施工曲线的分析形成砂堵预警及预判方法,根据预判结果量化分级砂堵风险,结合砂堵风险分级制定相应脉冲排量参数及处理措施,最后根据效果评价方法分析砂堵风险是否解除。本方法可处理不同井筒及缝内沉砂程度的复杂施工,能够有效降低工程风险,确保储改造强度,且无需停泵及返排操作,为提升页岩体积压裂改造效果,保障现场加砂施工顺利提供了有效技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气储层压裂增产改造技术领域,更具体地说涉及一种基于水击效应的高效压裂加砂方法。
背景技术
水力压裂增产改造技术是页岩气实现商业化开采的必要技术手段。随着压裂工艺对加砂强度的进一步提高,现场施工砂浓度已高达300kg/m3,但目前页岩气改造仍以滑溜水为主,受施工排量及滑溜水粘度影响,压裂现场频繁出现井筒及缝内沉砂,导致施工后期出现泵压高,加砂困难,甚至造成砂堵,在很大程度上制约了储层增产改造效果。针对在现有技术条件下出现的沉砂现象,亟需发明一种现场可实施的有效处理技术,以确保满足储层改造需求。
目前,针对页岩气井压裂施工时因提高砂浓度导致井筒或缝内沉砂问题尚无有效处理措施及方法,现场针对此类问题一般按照砂堵后返排放喷处理,即通过地面油嘴返排出已注入地层流体,期望地层流体能够将沉砂从储层及井筒冲洗至地面,达到解除砂堵目的。该方法与已申报发明专利(申请号:202010340871.3)处理过程类似。现有技术主要存在以下三方面缺点:一是缺少对砂堵的预警及预判方法,现场针对不同压力变化均按照砂堵处理,严重影响了正常施工进度;二是返排放喷处理产生大量的返排液体,给现场存储及环保带来较大压力;三是返排处理过程耗时长,通常情况下需要返排1.5~2倍井筒容积流体,需要耗时3~5小时,极大程度降低了压裂施工时效。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足,本发明提供了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,本发明的发明目的在于解决现有技术中缺少对砂堵的预警及预判、返排放喷处理不利于现场存储及环保、返排处理过程耗时长,极大程度降低了压裂施工时效的问题。本方法首先通过对大量历史压裂施工曲线的分析形成砂堵预警及预判方法,根据预判结果量化分级砂堵风险,结合砂堵风险分级制定相应脉冲排量参数及处理措施,最后根据效果评价方法分析砂堵风险是否解除。本方法可处理不同井筒及缝内沉砂程度的复杂施工,能够有效降低工程风险,确保储改造强度,且无需停泵及返排操作,为提升页岩体积压裂改造效果,保障现场加砂施工顺利提供了有效技术手段。
为了解决上述现有技术中存在的问题,本发明是通过下述技术方案实现的。
一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
进一步的,S1步骤中,根据目标区块已发生砂堵的层段量化其历史临界压时斜率,
即有判别式,式中,表示历史施工压力,表示历史施
工排量,表示历史施工时间,表示历史砂堵临界压时斜率;所述历史砂堵临界压时斜率
是所有已发生砂堵的压时斜率的最大概率值。
更进一步的, S1步骤中,根据历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块的砂堵风险进行三级划分,分别为Ⅰ级风险、Ⅱ级风险和Ⅲ级风险,Ⅲ级风险等级最高,即为发生砂堵的临界状态。
更进一步的,S1步骤中,对目标区块进行砂堵风险分级量化的标准为
进一步的,S2步骤中,过顶设计和变粘冲洗,是在S1步骤中的分级量化中,砂堵风险被研判为Ⅰ级风险和/或Ⅱ级风险时使用。
所述过顶设计是指,从停止携砂液加入时起,后续加入压裂流体应超过井筒容积的1.5倍,以确保携砂液均进入储层,防止在调整排量阶段时井筒有携砂液出现沉砂。
所述变粘冲洗是指根据砂堵风险等级提高压裂流体粘度,出现第i级砂堵风险,则其流体粘度设置为正常施工时的i+1倍,以提升流体携砂能力。
所述水击效应评价是在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用。
所述水击效应评价中具体排量调整方法是,综合考虑水击排量需求与施工压力要
求,在水击发生时间范围内,增大或降低施工排量,然后再按照时间恢复施工排量,排量
调整时需要按照如下公式进行水击排量振幅与水击时间进行计算:
S4步骤中,砂浓度提升幅度是指,砂堵处理末期与处理初期砂浓度比值,其值越大越好。
S4步骤中,压时斜率是根据S1步骤中的判别式对处理后的压时斜率进行重新计算得到的。
更进一步的,S4步骤中,根据施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价,判别式如下所示:
与现有技术相比,本发明所带来的有益的技术效果表现在:
1、本发明弥补完善了压裂施工现场对不同沉砂程度及砂堵风险预警及分级量化方法,为进一步指导现场采取砂堵处理措施提供了技术指导;
2、本发明的设计方法及经验参数对目前页岩气压裂施工砂堵处理具有较好的效果,采用本发明方法可以避免停泵返排操作,大力提升了施工时效,同时减少了因返排造成的环境污染;
3、本发明基于水击效应的高效压裂加砂方法设计理念新颖,经验参数可靠,现场实施易行,为促进页岩气藏高效开发提供了新的可行技术手段。
附图说明
图1为本发明基于水击效应的高效压裂加砂施工曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明的技术方案做出进一步详细地阐述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
作为本发明一较佳实施例,本实施例公开了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例,本实施例公开了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
作为本实施例的一种实施方式,S1步骤中,根据目标区块已发生砂堵的层段量化
其历史临界压时斜率,即有判别式 ,式中,表示历史施
工压力,表示历史施工排量,表示历史施工时间,表示历史砂堵临界压时斜率;所述
历史砂堵临界压时斜率是所有已发生砂堵的压时斜率的最大概率值。
更进一步的, S1步骤中,根据历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块的砂堵风险进行三级划分,分别为Ⅰ级风险、Ⅱ级风险和Ⅲ级风险,Ⅲ级风险等级最高,即为发生砂堵的临界状态。
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;过顶设计和变粘冲洗,是在S1步骤中的分级量化中,砂堵风险被研判为Ⅰ级风险和/或Ⅱ级风险时使用。所述水击效应评价是在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用。
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例,本实施例公开了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
作为本实施例的一种实施方式,S1步骤中,根据目标区块已发生砂堵的层段量化
其历史临界压时斜率,即有判别式 ,式中,表示历史施
工压力,表示历史施工排量,表示历史施工时间,表示历史砂堵临界压时斜率;所述
历史砂堵临界压时斜率是所有已发生砂堵的压时斜率的最大概率值。
更进一步的, S1步骤中,对目标区块进行砂堵风险分级量化的标准为
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;过顶设计和变粘冲洗,是在S1步骤中的分级量化中,砂堵风险被研判为Ⅰ级风险和/或Ⅱ级风险时使用。所述水击效应评价是在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用。
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
实施例4
作为本发明又一较佳实施例,本实施例公开了一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
作为本实施例的一种实施方式,S1步骤中,,根据目标区块已发生砂堵的层段量化
其历史临界压时斜率,即有判别式 ,式中,表示历史施
工压力,表示历史施工排量,表示历史施工时间,表示历史砂堵临界压时斜率;所述
历史砂堵临界压时斜率是所有已发生砂堵的压时斜率的最大概率值。
更进一步的, S1步骤中,对目标区块进行砂堵风险分级量化的标准为
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;过顶设计和变粘冲洗,是在S1步骤中的分级量化中,砂堵风险被研判为Ⅰ级风险和/或Ⅱ级风险时使用。所述水击效应评价是在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用。
更进一步的,所述过顶设计是指,从停止携砂液加入时起,后续加入压裂流体应超过井筒容积的1.5倍,以确保携砂液均进入储层,防止在调整排量阶段时井筒有携砂液出现沉砂。
所述变粘冲洗是指根据砂堵风险等级提高压裂流体粘度,出现第i级砂堵风险,则其流体粘度设置为正常施工时的i+1倍,以提升流体携砂能力。
所述水击效应评价中具体排量调整方法是,综合考虑水击排量需求与施工压力要
求,在水击发生时间范围内,增大或降低施工排量,然后再按照时间恢复施工排量,排
量调整时需要按照如下公式进行水击排量振幅与水击时间进行计算:
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
砂浓度提升幅度是指,砂堵处理末期与处理初期砂浓度比值,其值越大越好。
S4步骤中,压时斜率是根据S1步骤中的判别式对处理后的压时斜率进行重新计算得到的。
更进一步的,S4步骤中,根据施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价,判别式如下所示:
实施例5
作为本发明最基本的一种实施方案,本实例公开了一种解除缝内砂堵的基于水击效应的高效压裂加砂方法,具体包括以下步骤:
缝内沉砂程度预判方法、解除砂堵风险脉冲排量设计及砂堵处理效果评价三部分。
第一步:缝内沉砂程度预判方法
①历史砂堵数据经验分析,即根据目标区块已施工且发生砂堵的层段量化其临界压时斜率,即有判别式
根据式(2)分别量化出三个不同沉砂程度的砂堵预警等级,其中Ⅲ级风险等级最高,即为发生砂堵的临界状态。
第二步:解除砂堵风险脉冲排量设计,
①过顶设计及变粘冲洗,过顶设计指停止携砂液加入时起后续加入压裂流体应超过井筒容积的1.5倍,以确保携砂液均进入储层,防止在脉冲排量阶段时井筒有携砂液出现沉砂;变粘冲洗是指根据砂堵风险等级提高压裂流体粘度,通常情况下出现第i级砂堵风险,则其流体粘度设置为正常施工时的(i+1)倍,以提升流体携砂能力。
②脉冲排量设计,主要是指在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用,首先根据施工现场限压将施工排量提至最大,然后按照其最大排量的一定百分比呈阶梯状瞬时下降,随后再以该比例呈阶梯状恢复排量,其目的是通过排量脉冲变化在井底裂缝位置产生激动压力,促使沉砂或砂桥发生运移冲散,从而解除砂堵风险。脉冲排量操作时需要按照如下公式进行排量振幅与脉冲时间进行计算:
第三步:砂堵处理效果
①砂浓提升幅度,主要是指砂堵处理末期与处理初期砂浓比值,其值越大越好;
②压时斜率评价,主要是指按照式(1)对处理后的压时斜率进行重新计算,当砂浓提升幅度、压时斜率同时满足式(5)、(6)时即可判断砂堵风险已成功解除。
Claims (13)
1.一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、对目标区块的历史砂堵数据进行分析,分析目标区块已发生砂堵的层段的历史砂堵临界压时斜率,根据分析得到的历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块进行砂堵风险分级量化;
S2、根据S1步骤中的砂堵风险分级量化结果,进行解除砂堵风险的排量方案设计;设计的解除砂堵风险的排量方案包括过顶设计、变粘冲洗和水击效应评价中的一种或多种的组合方案;
S3、根据S2步骤制定的解除砂堵风险的排量方案进行解除砂堵施工,直至砂堵风险解除;
S4、计算S3步骤施工完毕后的砂浓度提升幅度和压时斜率对砂堵处理效果进行评价。
3.如权利要求1所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:S1步骤中,根据历史砂堵临界压时斜率及目标区块的砂堵临界压时斜率,对目标区块的砂堵风险进行三级划分,分别为Ⅰ级风险、Ⅱ级风险和Ⅲ级风险,Ⅲ级风险等级最高,即为发生砂堵的临界状态。
5.如权利要求3或4所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:S2步骤中,过顶设计和变粘冲洗,是在S1步骤中的分级量化中,砂堵风险被研判为Ⅰ级风险和/或Ⅱ级风险时使用。
6.如权利要求1所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:所述过顶设计是指,从停止携砂液加入时起,后续加入压裂流体应超过井筒容积的1.5倍,以确保携砂液均进入储层,防止在调整排量阶段时井筒有携砂液出现沉砂。
7.如权利要求5所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:所述变粘冲洗是指根据砂堵风险等级提高压裂流体粘度,出现第i级砂堵风险,则其流体粘度设置为正常施工时的i+1倍,以提升流体携砂能力。
8.如权利要求6或7所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:所述水击效应评价是在采用过顶设计与变粘冲洗后砂堵风险仍未解除时使用。
11.如权利要求1所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:S4步骤中,砂浓度提升幅度是指,砂堵处理末期与处理初期砂浓度比值,其值越大越好。
12.如权利要求1或11所述的一种基于水击效应的高效压裂加砂方法,其特征在于:S4步骤中,压时斜率是根据S1步骤中的判别式对处理后的压时斜率进行重新计算得到的。
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