CN103089224A - 一种综合控制裂缝高度的压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合控制裂缝高度的压裂方法。所述方法包括：注入转向剂产生人工隔层，使用清洁压裂液，控制施工规模，设计变排量、低排量的施工泵序，使用不同粒径支撑剂组合，根据施工压力监控结果调整泵注程序。本发明所述方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可广泛用于目标储层薄，储层和隔层之间应力差小的油气藏改造施工中，可以很好的控制裂缝在垂向延伸，从而避免沟通水层、气层或在垂向上的无效延伸，降低压裂液和支撑剂的用量，减少压裂施工的成本，提高压裂改造增产的效果。

Description

一种综合控制裂缝高度的压裂方法

技术领域

本发明涉及采油领域，进一步地说，是涉及一种综合控制裂缝高度的压裂方法。

背景技术

压裂是国内外低渗透储层改造的重要措施，而将裂缝高度控制在生产层中是压裂成功的关键。

常规的裂缝高度控制技术就是选择和利用生产层上下的致密泥质隔层、施工排量、压裂液粘度和密度来控制裂缝高度。但是当生产层很薄或者当阻挡层为弱应力层时，裂缝可能穿透生产层进入阻挡层，导致缝高失控，从而达不到设计要求，影响压裂效果。

对于裂缝高度的控制还采用人工隔层技术，即在进行加砂压裂之前，在裂缝上部、下部或者上部和下部同时使用转向剂，以限制裂缝纵向延伸。但是由于携带液粘度的选择、上浮剂或下沉剂粒度选择和使用浓度等因素，存在砂堵和人工隔层厚度不够、形不成有效的应力遮挡，导致缝高失控的风险。

WO 2010/068128A1公开了：在进行常规压裂工艺之前，在裂缝上部、下部或者上部和下部同时使用转向剂，以限制裂缝纵向延伸。低粘度前置液启裂，然后注入较高粘度液体携带转向剂，随后较低粘度不含转向剂液体将转向剂顶替到预定位置。上转向剂密度低于液体密度，下转向剂密度高于液体密度。另外，在泵入转向剂阶段和较低粘度顶替液阶段之间，也可以使用高粘度不含转向剂液体将转向剂推向裂缝深处。为了同时添加上、下转向剂，可以使用较高粘度的前置液，或者同时包括低密度和高密度转向剂。采取不同的方法注入转向剂，可以较好的控制裂缝在垂向的延伸；但是存在砂堵和人工隔层厚度不够、形不成有效的应力遮挡，导致缝高失控的风险；是一种单一的控缝高工艺。

美国专利US 2005/0016732A1公开了：在压裂时，为了确保储层下部水层的渗透性降低，采取2个步骤。第一步是采用盐水、清水、卤水、液态烃或者N₂和其他气体等不含支撑剂的流体或者其加重流体压开储层；第二步注入含有相对较轻密度的支撑剂的流体。不含支撑剂的流体的密度或粘度大于含支撑剂流体的密度或粘度。在有底水的油气藏压裂时，注入转向剂，可以较好的控制裂缝高度的增长，避免压开水层；但是存在砂堵和人工隔层厚度不够、形不成有效的应力遮挡，导致缝高失控的风险；是一种单一的控缝高工艺。

美国专利US4478282公开了：为了控缝高，正式压裂以前注入一段无支撑剂的流体；在无支撑剂液体注入阶段包括传输液体和回流物质；该回流物质可以是任何用作支撑剂的颗粒，但是颗粒粒径分布必须满足在裂缝顶底部形成致密的不渗透隔离。回流物质的组成最好是有两种以上不同粒径颗粒。假设压裂时裂缝在邻近页岩的扩展宽度窄于储层的扩展宽度，注入可以回流的转向剂，可以较好的控制垂向缝高的延伸；但是存在砂堵和人工隔层厚度不够、形不成有效的应力遮挡，导致缝高失控的风险；是一种单一的控缝高工艺。

美国专利US3851709公开了：先水力加压，使裂缝启裂。然后降低压力，使其不超过预定压力，实现裂缝向地层延伸通过控制施工压力，控制裂缝垂向延伸；该技术对于较厚生产层有一定的适用性，但是对于薄生产层不适用；是一种单一的控缝高工艺。

《裂缝高度控制技术在大牛地气田的应用》(科技信息，2010年，第20期)分别采用上转向剂技术和下转向剂技术控制缝高；在前置液+变排量+上转向剂技术压裂施工的6井层中，有67％的井控制缝高有效，达到或超过预测的无阻流量；下转向剂技术施工1井次，控制缝高无效；是一种单一的控制缝高工艺，需根据具体井况与其他控制缝高工艺结合提高控制缝高的成功率。

《水力压裂裂缝高度的控制技术及其成功应用》(油气井测试，2006年，15卷，第4期)低前置液量；低压裂液粘度；低泵注排量；小规模；监测套压变化。该井压裂前后井温测试及试油验窜，缝高29m，未窜至上部含油水层。研究成果表明：目的层和上下隔层应力差值为5MPa左右，即可有效控制裂缝在垂向的延伸。该井压裂目的层和上下隔储层应力差值分别为14MPa、22MPa，具有较好的遮挡作用，可以有效的控制裂缝在垂向的延伸。因此，控缝高的效果值得进一步探讨分析。

目前，目标储层薄，储层和隔层之间应力差小的油气藏改造施工中，还没有形成一套有效的综合控制裂缝高度的压裂方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种综合控制裂缝高度的压裂方法。可以很好的控制裂缝在垂向延伸，从而避免沟通水层、气层或在垂向上的无效延伸，降低压裂液和支撑剂的用量，减少压裂施工的成本，提高压裂改造增产的效果。

本发明的目的是提供一种综合控制裂缝高度的压裂方法。

包括前置液压裂、注入支撑剂支撑等步骤。具体方法如下：

A通过最小水平主应力计算，确定改造目的层与上下隔层的应力差，根据改造目的层厚度，通过压裂软件模拟，确定是否加入转向剂，或加入转向剂的类型和数量；

目的层所受的地应力有垂向应力、最大水平主应力和最小水平主应力，其值的大小获得的方法有两种：一是通过实验获得的静态数值；二是通过利用测井参数计算获得动态数值；

一般是把测井参数计算获得动态数值通过与实验获得的静态数值进行校正，然后再计算纵向剖面上目的层与上下隔层最小水平主应力，从而获得应力差值，为裂缝模拟和优化设计提供依据；

应力差是确定转向剂的参数，如果计算的目的层与上下隔层的应力差小，则要考虑包括加入转向剂在内的控制缝高的方法；如果应力差大，则裂缝高度可以得到较好的控制，就不用加入转向剂。应力差大小的判断根据现有技术中的经验值而判断。

B通过压裂软件模拟，确定施工规模、排量及泵注程序；

压裂改造的主要目的就是尽量造长缝，形成油气渗流的通道，从而达到提高产量的目的。因此根据压裂改造井的动静态资料分析，首先利用压裂软件模拟优化裂缝长度和导流能力，在确定了裂缝长度以后，再利用压裂软件模拟优化施工的规模，也就是为了要形成使油井高产的所需的裂缝长度，所需要的加砂量；所述压裂软件是本技术领域现有的模拟软件。

排量是指压裂施工的地面压裂车的排量，如3m³/min等；

泵注顺序是指往井内注入液体的先后顺序。

C施工压力监控：采用带套管压力传感器的光油管进行压裂施工；

压力监控可以直接通过井口压力对施工进行判断，及时调整泵注程序，从而确保施工成功。

所述方法还可以包括：

D前置液阶段采用清洁压裂液作为前置液、建立人工隔层和低排量控缝高组合；

此步骤的目的是对地层进行造缝、冷却地层，为后续的加砂提供条件；

一般来讲，在压裂施工初期中用做对地层进行造缝的液体都叫做前置液。清洁压裂液是前置液的一种类型，可采用现有技术中公开的各种清洁压裂液；

建立人工隔层是指加入上下转向剂，从而得到需要的隔层；一般是先注入转向剂，等转向剂上浮或者下沉以后，再注入前置液。所述转向剂采用现有技术中常用的转向剂。

低排量控缝高：低排量是一个相对的概念，比如说利用压裂软件模拟在3m³/min排量注入的情况下，缝高失控，而2.5m³/min排量注入，缝高不失控，那么说相对于3m³/min排量，2.5m³/min排量就是低排量。

为了控制缝高，前置液和/或转向剂以低排量注入。在之后的加砂施工中，根据情况保持低排量注入，然后再以较高的排量加砂，以便取得较好的施工效果；针对具体的施工井需要进行优化，一般是保持一个比较低的排量注入前置液，排量不变化，可根据不同的井深调整排量范围，如井深2000m-5000m，排量范围1.5-3.0m³/min。

E主加砂阶段根据确定的施工规模进行施工，采取清洁压裂液作为携砂液、不同粒径支撑剂组合、控制施工规模、变排量和低排量控缝高组合并根据施工压力监测，调整泵注程序。

主加砂阶段是指利用携砂液把支撑剂按照设计要求加入地层之中。目的是支撑压开的裂缝，保持油气流的通道；

此处的清洁压裂液是作为载体，也就是所说的携砂液，可采用现有技术中公开的各种清洁压裂液。

“不同粒径支撑剂组合”：一般需要进行实验来确定，有研究结果表明组合粒径的支撑剂比单一粒径的支撑剂有较好的导流能力。通常是先加入粒径较小的支撑剂，然后加入粒径较大的支撑剂，主要目的就是利用最后加入的粒径较大的支撑剂提高近井地带的导流能力。

压裂施工过程中，在前置液阶段采用低排量，一般在主加砂阶段初期采用低排量加砂，中后期采用较高排量施工，以便取得较好的增产效果。

低排量的排量范围：一般根据控缝高和获得有较高导流能力裂缝的需要，利用压裂软件进行优化，没有一个具体的范围，需要针对具体的施工井进行有针对性的设计。

优选地：所述步骤A中，根据储层厚度，每米储层加入上、下转向剂各350-1000kg。

在目的层与上下隔层的应力差小，裂缝高度失控的情况下，需要加入转向剂；目的层与上下隔层的应力差大比如5MPa左右，裂缝高度可以得到较好的控制，就不用加入转向剂；

加入转向剂的总量主要是根据储层的厚度来计算，设计时每米储层加入上、下转向剂各的量乘以储层厚度即得到总用量；

通常讲转向剂注入量应该是个范围，是经过实验得出的一个指导用量，设计时做为参考，可优选350-1000kg。

更优选地：所述步骤D中，所述清洁压裂液配方包括稠化剂、流变助剂和水。其各组分含量均是现有技术中常用的含量。一般情况下以重量百分数计，稠化剂0.55％，流变助剂0.35％，余量为水。遇到特殊的井，比如高温井，需要进行实验来调整用量。本发明中的清洁压裂液可以用工业用水配制，说明该液体具有较好的现场适用性；所述的稠化剂和流变助剂均采用本领域内现有技术所提供的稠化剂和流变助剂。

所述E的主加砂阶段采用支撑剂或支撑剂组合配方：30目～50目陶粒，或40目～60目陶粒，或30目～50目与40目～60目陶粒组合。

本发明所述方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可广泛用于目标储层薄，储层和隔层之间应力差小的油气藏改造施工中；通过多种控制裂缝高度技术的优化应用，很好的控制裂缝在垂向延伸，从而避免沟通水层、气层或在垂向上的无效延伸，降低压裂液和支撑剂的用量，减少压裂施工的成本，提高压裂改造增产的效果。比起现有技术中的单一控制技术来说，可控性强，可灵活调整，压裂效果更好。

附图说明

图1实施例的A井施工曲线

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

该井是一口评价井，射孔井段2192.0～2196.2m，共4.2m，1个油层。油层上部16m有水层，最大井斜为34.4°。为了有效控制缝高，提高有效裂缝导流能力，设计采用段塞式加砂+变排量+上下转向剂+不同粒径组合陶粒+清洁压裂液水力压裂工艺。

具体方法是：

(1)通过最小水平主应力计算，确定油层与上、下隔层的应力差分别为1.3MPa和1.6MPa，不能形成有效遮挡，缝高较难控制；油层厚度4.2m，通过压裂软件模拟，确定加入上、下转向剂各3吨，缝高得到较好的控制。

(2)通过压裂软件模拟优化，确定加入支撑剂规模为20m³，前置液排量为2.0m³/min，加砂阶段排量为2.0m³/min，2.5m³/min，泵注程序为前置液测试压裂+加入上下转向剂+停泵+主加砂阶段携砂液加40～60目陶粒+携砂液+携砂液加40～60目和30～50目陶粒+顶替液+停泵测压降。

(3)带套管压力传感器Φ88.9mm N80外加厚油管×2120m+井下压力温度测试仪+喇叭口×2132m，进行施工压力实时监控。

(4)前置液阶段：前置液采用清洁压裂液测试压裂排量1.5～3.0m³/min，排量1.0m³/min加入上、下转向剂各3吨，从施工压力曲线上看，转向剂进入地层以后压力明显上升，停泵60min，待转向剂上浮和下沉，建立人工隔层。

(5)主加砂阶段：泵注两级清洁压裂液段塞，砂比为5～7％，排量2.0m³/min，共加40～60目陶粒1.5m³，施工压力为45.9MPa，并且平稳下降，说明段塞打磨效果的很好。此后继续以排量2.0m³/min加砂，施工压力平稳，说明缝高控制较好，裂缝在储层内继续延伸扩展，施工后期排量提高到2.5m³/min，停泵压力34.7MPa，总液191m³，加40～60目和30～50目陶粒20m³，平均砂比23.2％。

(6)附图1是A井压裂施工曲线示意图，从12:02开始加入上下转向剂，转向剂在12:09到达地层以后，压力明显上升；施工参数和设计参数的对比来看，达到了设计要求。

(7)压裂停泵压降拟合，得到产层的闭合压力梯度在0.025-0.026MPa/m，支撑裂缝长度达到了115m，裂缝高度被控制在25m内。

根据现场裂缝监测结果表明，A井人工裂缝方向为北东向79.1°，测得压裂人工裂缝方位、近井裂隙见表1。监测的压裂裂缝长度、高度与设计以及压后拟合的裂缝长度、高度有很好的符合性。

表1A井压裂人工裂缝监测结果

Claims (6)

1.一种综合控制裂缝高度的压裂方法，包括前置液压裂、注入支撑剂支撑，其特征在于所述方法包括：

A通过最小水平主应力计算，确定改造目的层与上下隔层的应力差，根据改造目的层厚度，通过压裂软件模拟，确定是否加入转向剂，或加入转向剂的类型和数量；

B通过压裂软件模拟，确定施工规模、排量及泵注程序；

C施工压力监控：采用带套管压力传感器的光油管进行压裂施工。

2.如权利要求1所述的综合控制裂缝高度的压裂方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

D前置液阶段采用清洁压裂液作为前置液、建立人工隔层和低排量控缝高组合；

E主加砂阶段根据确定的施工规模进行施工，采取清洁压裂液作为携砂液、不同粒径支撑剂组合、控制施工规模、变排量和低排量控缝高组合并根据施工压力监测，调整泵注程序。

3.如权利要求2所述的综合控制裂缝高度的压裂方法，其特征在于：

步骤A中，根据储层厚度计，每米储层加入上、下转向剂各350-1000kg。

4.如权利要求2所述的综合控制裂缝高度的压裂方法，其特征在于：

步骤D中所述清洁压裂液配方包括稠化剂、流变助剂和水。

5.如权利要求2所述的综合控制裂缝高度的压裂方法，其特征在于：

步骤E所述支撑剂或支撑剂组合为：30目～50目陶粒，或40目～60目陶粒，或30目～50目与40目～60目陶粒组合。

6.如权利要求3所述的综合控制裂缝高度的压裂方法，其特征在于：

步骤D中所述清洁压裂液配方包括稠化剂、流变助剂和水；

步骤E所述支撑剂或支撑剂组合为：30目～50目陶粒，或40目～60目陶粒，或30目～50目与40目～60目陶粒组合。