CN115182713B - 一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，先采用大平台丛式井组作业模式，并对各个井采用大偏移距的三维水平井布设，能对地下储层进行横向与纵向上的立体加密，接着每个井采用密切割分段压裂与甲烷原位多级燃爆致裂相结合，其中一级燃爆产生的高温高压气体沿射孔孔道对地层进行压裂，提高孔深，扩大孔径，并能清除射孔压实；接着在后续完成分段密封后，二级燃爆继续对射孔孔道地层压裂，对新生裂缝进一步延伸，形成以射孔孔道主裂缝与多级燃爆分支裂缝相互交织的裂缝网络。本发明能将多种压裂技术联合应用，从而实现页岩储层的立体开发、提高单井改造压裂程度，减少施工流程及成本，最终达到提高储层动用程度及采收率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种非常规气藏立体开发方法，尤其适用于页岩气储层开采时使用的一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法。
背景技术
页岩气是指赋存于可生烃的富有机质页岩或泥岩中的天然气，主要以吸附和游离方式存在于页岩层段，为自生自储式成藏，属于非常规天然气。与常规孔隙或裂隙性储层相比，页岩储层的孔隙微小，渗透率极低，一般需要进行体积压裂后，页岩气藏才具备商业开采价值。
当前主要的压裂增产技术手段为滑溜水压裂技术结合水平井分段改造，但是该措施面临水资源消耗量大、压裂液污染性、压裂缝网形态单一等问题。近年来，专家学者提出利用储层原位解析出的甲烷气体，通过燃爆产生的高温、高压气体冲击压裂页岩储层，创造立体裂缝网络，为页岩气提供高效运移通道的甲烷原位燃爆技术思路。基于此思路提出了诸多工程方法构想，其基础实施步骤为水平井全段射孔、构建导向缝槽、投放助燃剂、点火燃爆直至多区段多级脉冲燃爆，并集中在水平井钻构方式、助燃剂井下投放方式、多级脉冲燃爆方式三个方面进行创新，本质上都是甲烷燃爆作用下的水平井多段分簇压裂。
然而，所提出的各种页岩储层水平分段甲烷原位多级脉冲聚能燃爆压裂方法存在着一定的问题：发明人研究发现目前的方法多基于常规二维水平井，井口与水平段投影基本在同一条直线上，不存在偏移距，导致储层动用范围严重受限，对储层的利用程度低、动用储量少，且不符合我国页岩气资源开发实际情况；水平井工程造价为垂直井的2-3倍，无论是在压裂井周围再施工水力压裂井还是燃爆井用于裂隙贯通井进行甲烷抽采，都将使得施工工程量增大、周期延长、开采成本高昂；另外现有助燃剂的投放需要单独设计工艺步骤，影响整体开采效率，未与现有成熟的开采工艺实现良好融合；压裂过程仍部分依赖传统水力压裂、超临界CO2携砂入缝等，泵注作业频繁。
我国主要页岩油气井位于西南多山地区，地表起伏较大，生态环境脆弱，水资源、土地资源及森林资源保护区较多，水平井开发受地形地貌及资源保护影响较大；目前的方法中还采用了水平井分段多簇压裂，其是指采用封隔器将一定长度的待压裂水平段封隔，在待压裂段内又以一定间距(簇间距)进行多簇射孔压裂。在一段压裂施工结束后，改变封隔器坐封位置，进行下一段分段多簇压裂，如此重复进行，直到所有水平段被分段多簇压裂；密切割压裂技术，其是通过减小射孔簇间距、增加单段射孔簇数的方式，充分利用了裂缝诱导应力场对簇间的有效改造，使得簇间未充分改造区的储量得以有效利用，从而增加单井控制储量(SRV)及气井估算最终可采储量(EUR)；上述这些方法均能起到一定的作用，但是其并不适用于上述水平井开发受地形地貌及资源保护影响较大的页岩气储层开采。为更好地实现页岩致密储层的压裂改造，很难仅依靠某一种压裂技术手段，需要综合运用各种先进钻完井、压裂、抽采生产技术。因此，如何能将多种压裂技术联合应用，从而实现页岩储层的立体开发、提高单井改造压裂程度，减少施工流程及成本，最终达到提高储层动用程度及采收率的目的，是本行业的研究方向之一。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，能将多种压裂技术联合应用，从而实现页岩储层的立体开发、提高单井改造压裂程度，减少施工流程及成本，最终达到提高储层动用程度及采收率的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，具体步骤为：
步骤一、在所需抽采的地面采用大偏移距方式施工三维水平井，从而建立成页岩气丛式井平台，所述页岩气丛式井平台的井口按照双排布置，每排布设多个井口，通过空间立体布井方式使各个三维水平井的偏移距为300～1500米，为了保证布设三维水平井的偏移距，采用现有方法优化井身剖面设计、井身结构设计、井眼轨道设计，优选造斜点、消偏井斜角、方位角及消偏井段，有效地降摩减阻，最终实现大偏移距的三维水平井布设；
步骤二、完成页岩气丛式井平台的钻取工作后，对每个三维水平井均下入套管进行固井，其中每个三维水平井靠近井口的竖直段和水平井段均采用水泥浆进行密封加固，凝固后共同形成水泥环，确保水泥环的完整性与密封性；在最后一层套管固井后，拆卸钻机，在地面上安装临时井口，然后用修井机和油管，将水和凝胶的混合物注入，清洗井眼，为射孔作业做准备；
步骤三、先选择一个三维水平井，从井口将射孔枪放入该三维水平井内，并采用连续油管传输方式使射孔枪向三维水平井深部移动，利用射孔枪上的定位传感器，能实时确定射孔枪在三维水平井内的位置，从而使射孔枪到达三维水平井处于页岩储层内的最深位置，此时停止射孔枪移动，然后启动地面射孔控制装备，使射孔枪在当前位置向三维水平井周围进行射孔施工形成多簇射孔，各个射孔均穿过水泥环及套管伸入至页岩储层内部，使页岩储层与三维水平井连通，此时页岩储层内的部分页岩气会通过射孔进入三维水平井内，将射孔枪从三维水平井内取出，并将点火器放置至该三维水平井内多簇射孔位置，对射孔位置渗流出的页岩气进行点火，从而在当前位置发生页岩气燃爆，气体***产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩进行冲击压裂，使各个射孔的孔壁上均产生多个裂隙，实现一次原位甲烷燃爆过程；
步骤四、然后将点火器取出，并在地面上组装完成的桥塞-射孔联作工具串放入完成一次原位甲烷燃爆的三维水平井内部，所述桥塞-射孔联作工具串由桥塞和射孔枪组成，桥塞通过连接杆固定在射孔枪前端，所述桥塞内部装有助燃剂，当桥塞-射孔联作工具串接近首次形成的多簇射孔位置时，停止移动并将桥塞与射孔枪分离，使桥塞对三维水平井进行密封，进而使桥塞与三维水平井的最深处之间形成压裂密封段，此时首次形成的多簇射孔处于该压裂密封段内，页岩储层内的页岩气通过多簇射孔进入该压裂密封段内并存积；同时分离后的射孔枪在距离首次形成的多簇射孔一定距离处再施工形成多簇射孔，然后将射孔枪取出，并将点火器放置至第二次形成多簇射孔的位置进行点火，从而在该位置实现一次原位甲烷燃爆过程；完成后取出点火器，并再放入桥塞-射孔联作工具串，如此重复，能对该三维水平井分段进行一次原位甲烷燃爆，并对各段进行密封，使各个压裂密封段内分别存积页岩气；
步骤五、等待一段时间后，将常规油管钻伸入至三维水平井内，先钻磨掉距离井口最近的桥塞，使桥塞内的助燃剂释放至当前压裂密封段，此时将常规油管钻取出，并放入点火器进行点火，由于助燃剂与当前压力密封段内存积的页岩气混合，点火后发生气体燃爆，气体燃爆产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩再次进行冲击压裂，使各个射孔孔壁上的多个裂隙进一步发育扩展，实现二次原位甲烷燃爆过程，完成后取出点火器并再次放入常规油管钻再钻磨掉一个桥塞，并重复上述二次原位甲烷燃爆过程，如此重复，直至完成该三维水平井所有压裂密封段的多级燃爆过程，从而完成该三维水平井的压裂增透过程，此时页岩储层内的页岩气会经过压裂增透形成的裂隙大量进入三维水平井内；
步骤六、重复步骤三至五多次，从而完成整个页岩气丛式井平台中各个三维水平井的压裂增透过程，最后将各个三维水平井的井口均通过各自抽采管路与总管路连通进行页岩气抽采。
进一步，在步骤六的各个抽采管路上分别装设气体浓度监测仪，若其中任一抽采管路中甲烷浓度下降至9％以下时，则将该抽采管路与对应的三维水平井分离，并再次将点火器伸入该三维水平井内部进行点火，再次实施燃爆作业，完成后继续进行抽采，若实施后抽采浓度无变化，则停止该三维水平井的抽采。
进一步，在同一三维水平井内相邻两处的多簇射孔之间间距为50～100m；每处的射孔簇数为5～10簇。
进一步，所述助燃剂为纯氧。
进一步，所述步骤一中每排井口布设2～4个，同一排井口之间的间距为4～6m，排间距18～40m。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)采用大平台丛式井组作业模式。本发明通过单井场丛式井组钻井，也可以根据钻井技术能力、井距大小增加平台布井数，平台开发模式具有大幅度减少占地面积、地面设施重复投资少、管理集中及作业效率高的特点，可以有效降低钻井和压裂成本，提高油气田开发建产速度。
2)三维水平井立体开发。本发明增加了同一层位储层的可动用储量，且适用于不同层位间的储层资源开采，通过大偏移距的三维水平井布设，能对地下储层进行横向与纵向上的立体加密，实现井间、层间的立体动用。
3)长水平井密切割分段压裂。本发明通过缩小水平井压裂段的段间距和每段***孔簇的簇间距，形成更为密集的垂直于水平井筒的孔道，提高井筒横切裂缝覆盖率，缩短储层基质内流体到人工射孔裂缝的渗流距离，并对页岩气进行原位燃爆，增大有效渗流体积，提高采收率。较小的簇间距还增加了缝间的应力干扰，利用裂缝壁周围所形成的诱导应力场干扰并改变原地应力状态，促使裂缝的转向扩展发育，进一步增大裂隙网络与页岩气储层的接触面积，有利于形成复杂的裂缝网络。
4)甲烷原位多级燃爆主体致裂手段。本发明将现有的射孔造缝与特定的甲烷原位燃爆技术相结合，实现一级燃爆致裂的作用，其中一级燃爆产生的高温高压气体沿射孔孔道对地层进行压裂，峰值压力作用于射孔孔眼，提高孔深，扩大孔径，并能清除射孔压实；接着在后续完成分段密封后，页岩储层内解吸的页岩气会存储在三维水平井内的各个分段内，此时将各个分段处的桥塞钻磨拆除，并在拆除时使桥塞内的助燃剂(即纯氧)释放至分段内与页岩气混合，通过这种方式能补充由于一级燃爆导致三维水平井内的氧气不足的情况，接着再进行点火实现二级燃爆作用，二级燃爆继续对射孔孔道地层压裂，对新生裂缝进一步延伸，实现延缝、扩缝；此后各个分段均能实现多级燃爆重复作用于射孔孔眼及裂缝尖端，形成以射孔孔道主裂缝与多级燃爆分支裂缝相互交织的裂缝网络。本发明的这种分段多级燃爆的方式不同于传统水力压裂裂缝，多级燃爆所形成的裂缝产生错动不易闭合，显著改善近井带的渗流条件。并且本发明通过在桥塞中预设助燃剂，从而无需额外布设输气管路即能实现分段多级燃爆，因此本发明能将多种压裂技术联合应用，从而实现页岩储层的立体开发、提高单井改造压裂程度，减少施工流程及成本，最终达到提高储层动用程度及采收率的目的。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中分段多簇燃爆压裂作业示意图；
图3是本发明采用的桥塞结构示意图。
图中：1-页岩气丛式井平台；2-三维水平井；3-套管；4-连续油管；5-桥塞-射孔联作工具串；6-电缆；7-点火器；8-桥塞。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的具体步骤为：
步骤一、在所需抽采的地面采用大偏移距方式施工三维水平井2，从而建立成页岩气丛式井平台1，所述页岩气丛式井平台1的井口按照双排布置，每排井口布设2～4个，同一排井口之间的间距为4～6m，排间距18～40m；通过空间立体布井方式使各个三维水平井2的偏移距为300～1500米，为了保证布设三维水平井2的偏移距，采用现有方法优化井身剖面设计、井身结构设计、井眼轨道设计，优选造斜点、消偏井斜角、方位角及消偏井段，有效地降摩减阻，最终实现大偏移距的三维水平井2布设；
步骤二、完成页岩气丛式井平台1的钻取工作后，对每个三维水平井2均下入套管3进行固井，其中每个三维水平井2靠近井口的竖直段和水平井段均采用水泥浆进行密封加固，凝固后共同形成水泥环，确保水泥环的完整性与密封性；在最后一层套管3固井后，拆卸钻机，在地面上安装临时井口，然后用修井机和油管，将水和凝胶的混合物注入，清洗井眼，为射孔作业做准备；
步骤三、先选择一个三维水平井2，从井口将射孔枪放入该三维水平井内，并采用连续油管4传输方式使射孔枪向三维水平井2深部移动，利用射孔枪上的定位传感器，能实时确定射孔枪在三维水平井2内的位置，从而使射孔枪到达三维水平井2处于页岩储层内的最深位置，此时停止射孔枪移动，然后启动地面射孔控制装备，使射孔枪在当前位置向三维水平井周围进行射孔施工形成多簇射孔，各个射孔均穿过水泥环及套管3伸入至页岩储层内部，使页岩储层与三维水平井2连通，此时页岩储层内的部分页岩气会通过射孔进入三维水平井2内，将射孔枪从三维水平井2内取出，并将点火器7放置至该三维水平井2内多簇射孔位置，对射孔位置渗流出的页岩气进行点火，从而在当前位置发生页岩气燃爆，气体***产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩进行冲击压裂，使各个射孔的孔壁上均产生多个裂隙，实现一次原位甲烷燃爆过程；
步骤四、然后将点火器7取出，并在地面上组装完成的桥塞-射孔联作工具串5放入完成一次原位甲烷燃爆的三维水平井内部，所述桥塞-射孔联作工具串由桥塞8和射孔枪组成，桥塞8通过连接杆固定在射孔枪前端，所述桥塞8内部装有助燃剂，所述助燃剂为纯氧，如图2所示，当桥塞-射孔联作工具串5接近首次形成的多簇射孔位置时，停止移动并将桥塞与射孔枪分离，使桥塞8对三维水平井2进行密封，进而使桥塞8与三维水平井2的最深处之间形成压裂密封段，此时首次形成的多簇射孔处于该压裂密封段内，页岩储层内的页岩气通过多簇射孔进入该压裂密封段内并存积；同时分离后的射孔枪在距离首次形成的多簇射孔一定距离处再施工形成多簇射孔，然后将射孔枪取出，并将点火器7放置至第二次形成多簇射孔的位置进行点火，从而在该位置实现一次原位甲烷燃爆过程；完成后取出点火器7，并再放入桥塞-射孔联作工具串5，如此重复，能对该三维水平井分段进行一次原位甲烷燃爆，并对各段进行密封，使各个压裂密封段内分别存积页岩气；在同一三维水平井内相邻两处的多簇射孔之间间距为50～100m；每处的射孔簇数为5～10簇。
步骤五、等待一段时间后，将常规油管钻伸入至三维水平井2内，先钻磨掉距离井口最近的桥塞8，使桥塞8内的助燃剂释放至当前压裂密封段，此时将常规油管钻取出，并放入点火器7进行点火，由于助燃剂与当前压力密封段内存积的页岩气混合，点火后发生气体燃爆，气体燃爆产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩再次进行冲击压裂，使各个射孔孔壁上的多个裂隙进一步发育扩展，实现二次原位甲烷燃爆过程，完成后取出点火器7并再次放入常规油管钻再钻磨掉一个桥塞8，并重复上述二次原位甲烷燃爆过程，如此重复，直至完成该三维水平井2所有压裂密封段的多级燃爆过程，从而完成该三维水平井2的压裂增透过程，此时页岩储层内的页岩气会经过压裂增透形成的裂隙大量进入三维水平井2内；
步骤六、重复步骤三至五多次，从而完成整个页岩气丛式井平台1中各个三维水平井2的压裂增透过程，最后将各个三维水平井2的井口均通过各自抽采管路与总管路连通进行页岩气抽采；在各个抽采管路上分别装设气体浓度监测仪，在抽采过程中，若其中任一抽采管路内甲烷浓度下降至9％以下时，则将该抽采管路与对应的三维水平井2分离，并再次将点火器7伸入该三维水平井2内部进行点火，再次实施燃爆作业，完成后继续进行抽采，若实施后抽采浓度无变化，则停止该三维水平井2的抽采。
上述气体浓度监测仪、修井机、钻机、射孔枪、点火器7、桥塞-射孔联作工具串5、常规油管钻均为现有设备，能通过市场购买获得，如图3所示，其中本发明采用的桥塞8与现有桥塞结构区别仅在于，在其内部设置空腔(即助燃剂舱)用于放置助燃剂，其他结构与现有结构相同，因此仅需将现有桥塞主体内部增设空腔即可实现，便于本申请桥塞的获取以及后续钻磨工作的顺利实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、在所需抽采的地面采用大偏移距方式施工三维水平井，从而建立成页岩气丛式井平台，所述页岩气丛式井平台的井口按照双排布置，每排布设多个井口，通过空间立体布井方式使各个三维水平井的偏移距为300～1500米；
步骤二、完成页岩气丛式井平台的钻取工作后，对每个三维水平井均下入套管进行固井，其中每个三维水平井靠近井口的竖直段和水平井段均采用水泥浆进行密封加固，凝固后共同形成水泥环，确保水泥环的完整性与密封性；在最后一层套管固井后，拆卸钻机，在地面上安装临时井口，然后用修井机和油管，将水和凝胶的混合物注入，清洗井眼，为射孔作业做准备；
步骤三、先选择一个三维水平井，从井口将射孔枪放入该三维水平井内，并采用连续油管传输方式使射孔枪向三维水平井深部移动，利用射孔枪上的定位传感器，能实时确定射孔枪在三维水平井内的位置，从而使射孔枪到达三维水平井处于页岩储层内的最深位置，此时停止射孔枪移动，然后启动地面射孔控制装备，使射孔枪在当前位置向三维水平井周围进行射孔施工形成多簇射孔，各个射孔均穿过水泥环及套管伸入至页岩储层内部，使页岩储层与三维水平井连通，此时页岩储层内的部分页岩气会通过射孔进入三维水平井内，将射孔枪从三维水平井内取出，并将点火器放置至该三维水平井内多簇射孔位置，对射孔位置渗流出的页岩气进行点火，从而在当前位置发生页岩气燃爆，气体***产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩进行冲击压裂，使各个射孔的孔壁上均产生多个裂隙，实现一次原位甲烷燃爆过程；
步骤四、然后将点火器取出，并在地面上组装完成的桥塞-射孔联作工具串放入完成一次原位甲烷燃爆的三维水平井内部，所述桥塞-射孔联作工具串由桥塞和射孔枪组成，桥塞通过连接杆固定在射孔枪前端，所述桥塞内部装有助燃剂，当桥塞-射孔联作工具串接近首次形成的多簇射孔位置时，停止移动并将桥塞与射孔枪分离，使桥塞对三维水平井进行密封，进而使桥塞与三维水平井的最深处之间形成压裂密封段，此时首次形成的多簇射孔处于该压裂密封段内，页岩储层内的页岩气通过多簇射孔进入该压裂密封段内并存积；同时分离后的射孔枪在距离首次形成的多簇射孔一定距离处再施工形成多簇射孔，然后将射孔枪取出，并将点火器放置至第二次形成多簇射孔的位置进行点火，从而在该位置实现一次原位甲烷燃爆过程；完成后取出点火器，并再放入桥塞-射孔联作工具串，如此重复，能对该三维水平井分段进行一次原位甲烷燃爆，并对各段进行密封，使各个压裂密封段内分别存积页岩气；
步骤五、等待一段时间后，将常规油管钻伸入至三维水平井内，先钻磨掉距离井口最近的桥塞，使桥塞内的助燃剂释放至当前压裂密封段，此时将常规油管钻取出，并放入点火器进行点火，由于助燃剂与当前压力密封段内存积的页岩气混合，点火后发生气体燃爆，气体燃爆产生的高温高压气体和爆轰冲击波，对各个射孔内部及其周围页岩再次进行冲击压裂，使各个射孔孔壁上的多个裂隙进一步发育扩展，实现二次原位甲烷燃爆过程，完成后取出点火器并再次放入常规油管钻再钻磨掉一个桥塞，并重复上述二次原位甲烷燃爆过程，如此重复，直至完成该三维水平井所有压裂密封段的多级燃爆过程，从而完成该三维水平井的压裂增透过程，此时页岩储层内的页岩气会经过压裂增透形成的裂隙大量进入三维水平井内；
步骤六、重复步骤三至五多次，从而完成整个页岩气丛式井平台中各个三维水平井的压裂增透过程，最后将各个三维水平井的井口均通过各自抽采管路与总管路连通进行页岩气抽采。
2.根据权利要求1所述的页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，其特征在于，在步骤六的各个抽采管路上分别装设气体浓度监测仪，若其中任一抽采管路中甲烷浓度下降至9％以下时，则将该抽采管路与对应的三维水平井分离，并再次将点火器伸入该三维水平井内部进行点火，再次实施燃爆作业，完成后继续进行抽采，若实施后抽采浓度无变化，则停止该三维水平井的抽采。
3.根据权利要求1所述的页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，其特征在于，在同一三维水平井内相邻两处的多簇射孔之间间距为50～100m；每处的射孔簇数为5～10簇。
4.根据权利要求1所述的页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，其特征在于，所述助燃剂为纯氧。
5.根据权利要求1所述的页岩储层三维水平井燃爆密切割立体开发方法，其特征在于，所述步骤一中每排井口布设2～4个，同一排井口之间的间距为4～6m，排间距18～40m。
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