CN115653559A - 一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油天然气行业水力压裂技术领域，特别是涉及一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，包括以下步骤：根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，再进行相应排量下的裂缝模拟，根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压；压裂主排量前置液造缝；压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，阶梯提砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力；砂子顶替进地层；重复上述步骤改造其余半主缝，达到簇间均匀改造目的。通过本压裂方法，能有效解决非常规致密油气藏大排量体积压裂簇间改造不均的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气行业水力压裂技术领域，特别是涉及一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法。
背景技术
目前针对致密油、页岩油气、煤层气等非常规致密油气储层，水力压裂技术成为制约非常规资源能否工业化开采的关键技术。在致密油气开采中，体积压裂技术近年来迅速发展，其中桥射联作细分体积切割压裂技术成为助力新疆吉木萨尔和长庆陇东页岩油开发的主力技术。在细分切割分段多簇压裂过程中，段与段之间采用机械分隔能较为均匀的改造。但段内簇间往往改造难度大，液量进入不均，部分簇难以动用。
目前簇间均匀化改造的主要手段是暂堵转向技术。在携砂液中途加入一定数量的绳结暂堵剂、暂堵球等暂堵材料，实现升压转向、簇间改造。但体积压裂常采用滑溜水或清水压裂，排量大，暂堵材料加入后升压转向效果不明显，费用高，需要进一步改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，能有效解决非常规致密油气藏大排量体积压裂簇间改造不均的问题，节省簇间转向压裂成本，实现清水或滑溜水加砂簇间均匀化改造，提升经济效益。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，再进行相应排量下的裂缝模拟，根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压；
S2.压裂主排量前置液造缝；
S3.压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，阶梯提砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力；
S4.砂子顶替进地层；
S5.重复步骤S2-S4改造其余半主缝。
所述测井数据具体指反映地层孔渗饱、固井质量或地应力情况的测井数据，包括常规的声波时差、井径、电阻率、自然电位、密度、自然伽马以及声波变密度。
所述岩石力学试验数据为通过常规三轴试验、劈裂试验、声发射地应力试验以及储层粒度特征试验得出的反映其岩石脆性、强度、韧性的数据，包括储层岩石模量、泊松比和破裂强度。
所述半主缝铺砂体积的计算方法为：
其中，Vσ为半主缝铺砂体积，m3；h为裂缝模拟高度，m；L为裂缝模拟半长，m；
为裂缝平均宽度，m。
所述地面压力的计算方法为：
PB＝Pw+Pg+Pb+Pj-Pl，
其中，PB为地面压力，MPa；Pw为地层闭合应力，MPa；Pg为管柱摩阻，MPa；Pb为预估裂缝净压力，MPa；Pj为近井摩阻，MPa；Pl为液柱压力，MPa。
所述携砂液指添加基础化工料的清水混合液体或者低粘度滑溜水，携砂液粘度<10mPa.s，所述基础化工料包括除菌剂或活性剂。
所述阶梯提砂比具体指：根据施工主排量确定并呈阶梯式逐步提升砂比，最高砂比不超过20％。
所述第一半主缝加砂完毕具体指：加砂量达到步骤S1中半主缝铺砂体积的80％以上。
所述施工临界压力具体指：在不超过施工限压的条件下，地面压力曲线斜率迅速大于1.0，曲线升压，升压3MPa以上，并且升压后压力稳定30S以上。
所述砂子顶替进地层具体指：通过顶替液将携砂液全部泵送入地层，井筒无残留携砂液。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、通过本方法，能解决非常规致密油气藏大排量体积压裂簇间改造不均的问题，节省簇间转向压裂成本，实现清水或滑溜水加砂簇间均匀化改造，提升经济效益。
本方法，通过对地质资料的收集整理，施工前进行簇间裂缝扩展模拟，确定半主缝阶段加砂量与施工限压。施工过程中提砂比使地面压力达到施工临界压力，而不产生超压问题。
2、通过顶替液将携砂液全部泵送入地层，井筒无残留携砂液，能确保消除砂堵风险。
3、本发明中，通过阶梯提砂比，能在安全顺利的条件下把支撑剂泵送进地层。最高砂比不超过20％，能避免造成砂子失去悬浮、在井筒沉积以及砂堵超压等现象。
4、常规绳结暂堵剂，混合粒径暂堵剂需要使用旋塞阀、喇叭口、主压车等投加施工设备，本技术无需额外设备，降低了设备成本和安全风险。
5、大排量套管压裂施工下，目前暂堵剂簇间暂堵升压效果不明显，暂堵转向效果不佳，本方法可以实现脉冲式暂堵加砂，控制半主缝较为均匀延伸，实现良好的簇间均匀化改造。
6、本方法通过严格的模拟和施工方法对于浅层煤层气、致密油气水平井，采用成本较低的活性水或滑溜水作为压裂液，以不同粒径的石英砂作为暂堵材料，节省暂堵材料和压裂液费用，降低全井改造成本。
7、本方法实施需要较高的压力监测和指挥应变能力，有助于施工人员提高技术水平，加深对本区块地层应力敏感性认识，改进后续开发策略。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明中桥射联作簇间暂堵均匀改造示意图，其中，①-④为四条半主缝；
图2为本发明中改造煤层地应力解释成果图；
图3为本发明中脉冲式暂堵加砂实现簇间均匀改造施工曲线示意图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，包括以下步骤：
S1.根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，并利用该储层三向主应力进行相应排量下的裂缝模拟。根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压。
S2.压裂主排量前置液造缝。
S3.压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，阶梯提砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力。
S4.适当排量下顶替，砂子顶替进地层。
S5.重复步骤S2-S4改造其余半主缝，达到簇间均匀改造目的。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，包括以下步骤：
S1.根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，再进行相应排量下的裂缝模拟。根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压。
其中，所述半主缝铺砂体积的计算方法为：
其中，Vσ为半主缝铺砂体积，m3；h为裂缝模拟高度，m；L为裂缝模拟半长，m；
为裂缝平均宽度，m。
所述地面压力的计算方法为：
PB＝Pw+Pg+Pb+Pj-Pl，
其中，PB为地面压力，MPa；Pw为地层闭合应力，MPa；Pg为管柱摩阻，MPa；Pb为预估裂缝净压力，MPa；Pj为近井摩阻，MPa；Pl为液柱压力，MPa。
S2.压裂主排量前置液造缝。
S3.压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，根据施工主排量确定并呈阶梯式逐步提升砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力。
S4.砂子顶替进地层。
S5.重复步骤S2-S4改造其余半主缝，达到簇间均匀改造目的。
实施例3
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，包括以下步骤：
S1.根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，再利用软件进行相应排量下的裂缝模拟。
其中，所述测井数据包括常规的声波时差、井径、电阻率、自然电位、密度、自然伽马、声波变密度等反映地层孔渗饱、固井质量、地应力情况的测井数据。所述岩石力学试验数据包括常规三轴试验、劈裂试验、声发射地应力试验、储层粒度特征试验等试验得出的储层岩石模量、泊松比、破裂强度等反映其岩石脆性、强度、韧性的数据。计算储层三向主应力可用于判断裂缝扩展方向，其大小影响裂缝扩展形态，可以输入到软件中作为地层应力参数。其本身可以通过岩石力学试验、测井数据计算。
裂缝的模拟需要在大型商业软件下输入测井、岩石力学数据条件下的一定大排量下的三维模拟，此处一定大排量指桥射联作工艺下的套管体积压裂施工排量，排量大于8m3/min。所述软件可以采用通用的压裂软件，比如FracproPT、Meyer、GOHFER等。通过商业软件模拟，意在先期地质测井、岩石测试的基础上预测一定施工改造规模下的理想压裂主缝规模。
根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压。
其中，所述半主缝铺砂体积的计算方法为：
其中，Vσ为半主缝铺砂体积，m3；h为裂缝模拟高度，m；L为裂缝模拟半长，m；
为裂缝平均宽度，m。
理想状态下射孔段进行多簇射孔，每一簇射孔段一般采取井筒全周向射孔，压裂主缝相对于井筒是类似对称分布，其中一侧主缝称为半主缝。由于实际压裂，可能其中一侧裂缝较易突进，因此本方法以半主缝作为研究对象。
所述地面压力的计算方法为：
PB＝Pw+Pg+Pb+Pj-Pl，
其中，PB为地面压力，MPa；Pw为地层闭合应力，MPa；Pg为管柱摩阻，MPa；Pb为预估裂缝净压力，MPa；Pj为近井摩阻，MPa；Pl为液柱压力，MPa。
所述施工限压是工程技术人员在编写工程设计时根据改造参数、地面压力以及相关公式，进行预测得到，是指导现场施工的重要参数。
S2.压裂主排量前置液造缝，所述主排量指本次压裂段施工主排量，排量大于8m3/min。
S3.压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，阶梯提砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力。
簇间是由于经济、技术条件无法实现机械分隔，一般认为一簇产生一条对称的主缝，其中一侧为半主缝。此处，第一半主缝指的是段内最先开始造缝的一条主缝的一侧。哪段最先开始扩展由地层决定。
所述携砂液指添加除菌剂、活性剂等基础化工料的清水混合液体或者低粘度滑溜水，携砂液粘度<10mPa.s。
砂比根据施工主排量确定并呈阶梯式逐步提升，比如8％、10％、12％等，最高砂比不超过20％。一般在一个砂比施工加砂，压力稳定或略有下降，或轻微上升后稳定，即可再次提砂比，目的是在安全顺利的条件下把支撑剂泵送进地层。
第一半主缝加砂完毕具体指加砂量达到步骤S1中半主缝铺砂体积的80％以上。所述施工临界压力指施工在不超过施工限压的条件下，地面压力曲线斜率迅速大于1.0，曲线升压，升压3MPa以上，并且升压后压力稳定30S以上。
S4.适当排量下顶替，砂子顶替进地层。顶替阶段的适当排量一般为压裂主排量，可根据升压后压力情况适当调整。砂子顶替进地层，具体指通过顶替液将携砂液全部泵送入地层，井筒无残留携砂液。
S5.重复步骤S2-S4改造其余半主缝，达到簇间均匀改造目的。
实施例4
作为本发明又一较佳实施方式，参照说明书附图1和说明书附图3，本发明包括一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，具体以一口煤层气水平井为例。该煤层气水平井垂深771.28m，斜深2150m。该井水平段长度为1219米，设计分15段进行射孔和压裂，其中第12段(1233.0-1235.0m、1202.0-1204.0m)进行多簇射孔转向压裂施工试验。采用光套管大排量注入+桥塞分段压裂技术对煤层顶板水平段进行分段压裂施工，并在煤层中建立高导流能力的石英砂支撑裂缝，提高煤层泄流面积。
通过邻井交叉偶极子声波测井对改造煤层和煤顶板进行了岩石力学参数计算，根据测井解释成果，煤层及顶底部地层各向异性方位为北东东-南西西方向，判断压裂裂缝方向为北东东-南西西方向，与水平井筒呈现斜交关系。其中，储层及顶板岩石力学参数解释成果可以见下表，所述改造煤层地应力解释成果可以见说明书附图2：
该井分段压裂段间距为70-90m，压裂液选用活性水压裂液，压裂液配比为：清水+1.0％KCl+0.05％杀菌剂。主体支撑剂选用20/40目和16/20目的两种粒径的石英砂，适合该井组煤层的应力状况，备用40/70目细砂用于前置液打磨孔眼降阻防滤失。平均砂比控制在12％，前置液比为30％～40％，每段设计加砂70-90m3。根据设计的排量，预定加砂量设计相应的泵注程序，进行三维裂缝模拟，裂缝参数可以见下表：
单条半主缝理想造缝体积：
实际情况造缝体积很难完全充填满。致密层有效铺砂特征长度按1/2计算，则半主缝铺砂体积：
Vσ＝1/8V
计算此段压裂半主缝铺砂体积为35m3。设定阶段加砂量为28m3，实际根据施工情况调整，确保产生脉冲加砂暂堵转向效果。
施工限压计算：根据地层应力、施工排量、射孔参数、储层岩石力学参数，计算地面压力，具体可以见下表：
预计此井的地面压力为21-30MPa之间，加砂最后阶段压力升高幅度在3-10MPa为合理区间，加砂临界施工压力为24-40MPa，为保证安全整个施工阶段最高限压为45MPa。
施工过程中，首先以10m3/min排量造缝，并且加40-70目砂打磨造缝，前置液量300m3以上，然后开始阶梯加砂，砂比提到12％时，加砂量达到25m3，基本满足达到阶段加砂量，继续提砂比，压力由27MPa升至36MPa，然后以10m3/min的排量顶替15m3，然后开始重复以上步骤加砂，直至完成整个段两簇的压裂施工，整体上达成4个半主缝加砂，完成两次清水加砂暂堵转向目的，均匀改造两簇裂缝。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据测井数据、岩石力学试验数据以及区块地应力测试计算储层三向主应力，再进行相应排量下的裂缝模拟，根据模拟的裂缝规模计算半主缝铺砂体积，同时根据施工参数计算地面压力，并通过地面压力计算施工限压；
S2.压裂主排量前置液造缝；
S3.压裂主排量泵入携砂液进行簇间第一半主缝加砂，阶梯提砂比，确保第一半主缝加砂完毕时，达到施工临界压力；
S4.砂子顶替进地层；
S5.重复步骤S2-S4改造其余半主缝。
2.根据权利要求1所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述测井数据具体指反映地层孔渗饱、固井质量或地应力情况的测井数据，包括常规的声波时差、井径、电阻率、自然电位、密度、自然伽马以及声波变密度。
3.根据权利要求2所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述岩石力学试验数据为通过常规三轴试验、劈裂试验、声发射地应力试验以及储层粒度特征试验得出的反映其岩石脆性、强度、韧性的数据，包括储层岩石模量、泊松比和破裂强度。
4.根据权利要求2或3所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述半主缝铺砂体积的计算方法为：
其中，Vσ为半主缝铺砂体积，m3；h为裂缝模拟高度，m；L为裂缝模拟半长，m；
为裂缝平均宽度，m。
5.根据权利要求4所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述地面压力的计算方法为：
PB＝Pw+Pg+Pb+Pj-Pl，
其中，PB为地面压力，MPa；Pw为地层闭合应力，MPa；Pg为管柱摩阻，MPa；Pb为预估裂缝净压力，MPa；Pj为近井摩阻，MPa；Pl为液柱压力，MPa。
6.根据权利要求1所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述携砂液指添加基础化工料的清水混合液体或者低粘度滑溜水，携砂液粘度<10mPa.s，所述基础化工料包括除菌剂或活性剂。
7.根据权利要求1所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述阶梯提砂比具体指：根据施工主排量确定并呈阶梯式逐步提升砂比，最高砂比不超过20％。
8.根据权利要求7所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述第一半主缝加砂完毕具体指：加砂量达到步骤S1中半主缝铺砂体积的80％以上。
9.根据权利要求8所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述施工临界压力具体指：在不超过施工限压的条件下，地面压力曲线斜率迅速大于1.0，曲线升压，升压3MPa以上，并且升压后压力稳定30S以上。
10.根据权利要求1所述的一种水平井簇间暂堵实现各簇均匀改造的压裂方法，其特征在于：所述砂子顶替进地层具体指：通过顶替液将携砂液全部泵送入地层，井筒无残留携砂液。
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