CN103527163A - 一种致密储层水平井体积压裂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致密储层水平井体积压裂工艺，收集原地应力大小和方向、水平井方位、长度、储层杨氏模量、泊松比和测井解释成果等数据，用作为计算致密储层水平井体积压裂产生复杂裂缝需要的诱导应力基础参数；根据储层物性特征，对比同一压裂段内3簇及以上射孔簇不同起裂次序下的诱导应力差值变化情况，以最大诱导应力差值为目标优选射孔簇裂缝起裂次序；优选射孔簇间距，促使水平井同一压裂段内压裂形成复杂裂缝；配合射孔参数优化，以井底压力控制为目标，通过调节排量来实现两端射孔簇的裂缝先起裂和延伸一段距离后，随后提高排量，利用孔眼摩阻压开中间射孔簇裂缝；然后依次注入前置液和带有支撑剂的携砂液，实现对压裂水平井复杂裂缝形态的改造。

Description

一种致密储层水平井体积压裂工艺

技术领域

本发明属于油气资源技术领域，涉及一种致密储层水平井体积压裂工艺。

背景技术

随着油气资源供需矛盾越来越突出，致密储层油气资源的开发越来越受到人们重视。致密储层油气资源由于物性差、孔隙结构复杂等，基质向井筒的供液能力极差，为了获得经济开发效益，通过水平井分段压裂形成多条裂缝增加油气藏泄油面积、改变油气渗流方式，是实现这类储层高效开发的关键技术。目前针对水平井的压裂改造通常是利用封隔器、桥塞和水力喷射等工具或工艺来实现多段压裂改造，每段压裂只压开一条长裂缝扩大了水平井的泄油气面积，由于没有提高储层整体渗透能力，导致垂直于人工裂缝壁面方向的储层渗透性很差，难以取得预期效果。国内外研究表明，致密储层压裂水平井的改造体积越大（即裂缝越复杂），增产效果愈显著。因此，探索新型压裂工艺技术通过增加水平井压裂改造的复杂裂缝程度来提高致密气藏单井产量和采收率是急需解决的技术难题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种致密储层水平井体积压裂工艺。

其技术方案如下：

一种致密储层水平井体积压裂工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）收集原地应力大小和方向、水平井方位、长度、储层杨氏模量、泊松比和测井解释成果等数据，用作为计算致密储层水平井体积压裂产生复杂裂缝需要的诱导应力基础参数；

2）根据储层物性特征，对比同一压裂段内3簇及以上射孔簇不同起裂次序下的诱导应力差值变化情况，以最大诱导应力差值为目标优选射孔簇裂缝起裂次序；

3）在步骤2）同一压裂段内不同射孔簇起裂次序优选基础上，优选射孔簇间距，促使水平井同一压裂段内压裂形成复杂裂缝；

4）在射孔簇起裂次序、射孔簇间距优选结果基础上，配合射孔参数优化，确保同一压裂段内两端射孔簇裂缝先起裂、中间射孔簇裂缝后起裂，促使中间射孔簇形成的裂缝与两端射孔簇形成的裂缝相交，形成复杂裂缝网络；

5）在现场实施过程中，以井底压力控制为目标，通过调节排量来实现两端射孔簇的裂缝先起裂和延伸一段距离后，随后提高排量，利用孔眼摩阻压开中间射孔簇裂缝；然后依次注入前置液和带有支撑剂的携砂液，实现对压裂水平井复杂裂缝形态的改造。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的技术方案是对同一口水平井实现分段多簇射孔体积压裂工艺，利用该方法可以在水平井常规压裂工艺的基础上，通过调整同一压裂段内两端射孔簇的参数、控制两端射孔簇裂缝先起裂和延伸，充分利用先压裂裂缝形成的诱导应力，促使中间射孔簇裂缝产生转向与两端射孔簇形成的裂缝相交，形成复杂裂缝形态、扩大致密储层改造体积，克服现有压裂技术的不足，有效解决低渗储层改造不充分的问题，提高致密储层水平井多簇射孔体积压裂工艺在水平井改造中的成功率。

附图说明

图1为同一压裂段内射开3簇孔时，不同射孔簇裂缝起裂次序对比图，其中图1a为从左端到右段射孔簇依次起裂，图1b为两端射孔簇裂缝先起裂中间射孔簇裂缝后起裂；

图2为同一压裂段内射开3簇孔时，图1所示两种不同射孔簇裂缝起裂次序对中间射孔簇裂缝产生的诱导应力差值；

图3为水平井分段压裂体积改造形成的复杂裂缝形态示意图，其中图3a是横切裂缝（裂缝垂直于水平井筒），图3b是横切+纵向裂缝（裂缝平行于水平井筒）；

图4为两端射孔簇裂缝先起裂、中间射孔簇裂缝后起裂，在中间射孔簇裂缝处产生的诱导应力差值与先压裂裂缝间距的关系；

图5为两端射孔簇裂缝先起裂、中间射孔簇裂缝后起裂，在中间射孔簇裂缝处产生的诱导应力差值与水平井筒径向距离的关系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种致密储层水平井体积压裂工艺技术，主要包括下述步骤：

1）收集原地应力大小和方向、水平井方位、长度、储层杨氏模量、泊松比和测井解释成果等数据，用作为计算致密储层水平井体积压裂产生复杂裂缝需要的诱导应力基础参数；

2）根据储层物性特征，对比同一压裂段内3簇及以上射孔簇不同起裂次序下的诱导应力差值变化情况，以最大诱导应力差值为目标优选射孔簇裂缝起裂次序；

3）在步骤2）同一压裂段内不同射孔簇起裂次序优选基础上，优选射孔簇间距，促使水平井同一压裂段内压裂形成复杂裂缝；

4）在射孔簇起裂次序、射孔簇间距优选结果基础上，配合射孔参数优化，确保同一压裂段内两端射孔簇裂缝先起裂、中间射孔簇裂缝后起裂，促使中间射孔簇形成的裂缝与两端射孔簇形成的裂缝相交，实现对压裂水平井的体积改造，形成复杂裂缝网络；

5)在现场实施过程中，以井底压力控制为目标，通过调节排量来实现两端射孔簇的裂缝先起裂和延伸一段距离后，该距离是指两端射孔簇裂缝产生的诱导应力使得处于中间射孔簇裂缝的地应力方向发生转向，本例中为30m，随后提高排量，利用射孔孔眼摩阻压开中间射孔簇裂缝；然后依次注入前置液和带有支撑剂的携砂液，实现对压裂水平井的体积改造。

在本发明中，所述步骤1)中计算所需要的基础参数如表1所示，计算确保压裂水平井体积改造形成复杂裂缝形态的诱导应力差值为式(1)，本例结果要求诱导应力差值大于5MPa，具体计算方法见《赵磊编著.重复压裂技术[M]，东营：中国石油大学出版社,2008：P67>)。

表1

σ_H-σ_h≤σ_lx-σ_lv     (1)

式中：σ_H，σ_h为储层原始最大和最小水平主应力，MPa；σ_lx，σ_ly为先压裂缝在储层最小和最大水平主应力方向产生的诱导应力分量，MPa。

在本发明中，所述步骤2)中对比同一压裂井段内3簇射孔簇不同起裂次序示意图见图1，两种起裂次序下的诱导应力场计算结果见图2。可以看出，采用两端射孔簇裂缝先起裂中间射孔簇裂缝后起裂比从左端到右端射孔簇依次起裂的诱导应力差值要大，有力于实现对压裂水平井的体积改造，形成复杂裂缝提高整个储层的渗透率。推荐采用两端射孔簇裂缝先起裂中间射孔簇裂缝后起裂的方式施工。

所述步骤3)优选射孔簇间距，是指在同一压裂段内对不同射孔簇裂缝起裂次序优选的基础上，对射孔簇间距进行优化。根据实例数据，同一压裂段内的射孔簇间距在30-60m之间(图4)，就能保证第3簇射孔簇形成纵向裂缝与第1、2射孔簇形成的横切裂缝相交，实现压裂水平井体积改造，形成复杂裂缝网络(图3)。

所述步骤4)的射孔参数优化是指在储层物性、钻录井显示等资料基础上，优化射孔参数组合保证同一个压裂段内两端射孔簇优先起裂、中间射孔簇后起裂；具体做法是两端射孔簇采用DP39RDX25-1射孔弹（孔密：20孔/m）、中间射孔簇采用DP36RDX25-1射孔弹（孔密：12孔/m）；

所述步骤5）施工参数优化，是指在现场实施过程中，以井底压力控制为目标，通过调节排量来实现两端射孔簇裂缝先起裂和延伸，随后提高排量，利用两端射孔簇的孔眼摩阻压开中间裂缝。具体做法是在1.3m³/min排量下压开两端射孔簇裂缝形成横切裂缝，随后提高排量至4.5m³/min，在确保中间射孔簇裂缝不起裂的情况下，对两端射孔簇裂缝进行延伸和扩展；再注入一定量的前置液后提高施工排量至6.5m³/min压开中间射孔簇裂缝形成纵向裂缝，中间射孔簇的纵向裂缝与两端射孔簇的横切裂缝相交形成复杂裂缝。

图2是同一压裂段内，3簇射孔簇裂缝在两种不同起裂次序下的诱导应力场计算结果，横坐标是距离第2条裂缝的距离，纵坐标是最小、最大水平主应力诱导应力差值。可以看出，按照(图1b)两端射孔簇裂缝先起裂中间射孔簇裂缝后起裂方式施工产生的诱导应力差值(最大6.6MPa)大于按照(图1a)射孔簇裂缝从左到右依次起裂方式(最大5.3MPa)的施工结果，诱导应力差值愈大，越容易满足式(1)，有力于实现对压裂水平井的体积改造，形成复杂裂缝提高整个储层的渗透率，改善储层的整体渗透性能；

图3表示利用水平体积压裂工艺形成复杂裂缝形态的示意图，通过优化起裂次序、裂缝间距、裂缝几何尺寸等，充分利用两端射孔簇压裂裂缝产生的诱导应力场，导致储层最大、最小水平地应力的大小和方向发生改变，满足式（1）；射孔簇两端裂缝为横切裂缝，射孔簇中间裂缝为纵向裂缝，促使中间射孔簇裂缝与两端射孔簇的横切裂缝相交，形成复杂的裂缝网络系统，改善低渗透储层的整体渗透性能，提高压裂效果。

图4是两端射孔簇裂缝不同间距下在中间射孔簇裂缝位置处的诱导应力差值。可以看出，裂缝间距小于60m时，诱导应力差值的最大区域位于两端射孔簇裂缝中间；随着裂缝间距增加，诱导应力差值的最大区域位于两端射孔簇裂缝邻近区域。因此，为了充分应用诱导应力场导致原地应力方向发生改变，应该尽量减小先压裂裂缝的间距。在本例中，先压裂的两条裂缝间距小于60m，就能保证第3簇射孔簇形成的纵向裂缝与第1、2射孔簇形成的横切裂缝相交，形成复杂裂缝网络。

图5是先压裂裂缝不同间距下中间射孔簇裂缝位置处诱导应力差值与水平井筒径向距离的关系。可以看出，随着裂缝间距增加，在近井筒附近的诱导应力差值较大，有利于在近井筒附近形成纵向裂缝，与先前两端射孔簇形成的横切裂缝相交，形成复杂裂缝形态。本例中，原地应力差值为5MPa，当两端射孔簇裂缝间距为20m时，中间射孔簇裂缝起裂后仍然为横切裂缝，不会发生裂缝转向，只有在距离井筒35m以外的地方才会形成复杂裂缝；裂缝间距为30m时，在距离水平井筒48m的范围内会产生纵向裂缝，与裂缝1、2的横切裂缝相交，形成复杂裂缝网络，超过该影响半径后，裂缝将转而变为横切裂缝；当裂缝间距为60m时，在距离水平井筒38m的范围内会产生纵向裂缝。这也表明应该根据储层的具体特征，选择合适的裂缝间距，才能保证水平井足够大的改造体积。结合图4，优选裂缝间距30-60m。

以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种致密储层水平井体积压裂工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）收集原地应力大小和方向、水平井方位、长度、储层杨氏模量、泊松比和测井解释成果数据，用作为计算致密储层水平井体积压裂产生复杂裂缝需要的诱导应力基础参数；

2）根据储层物性特征，对比同一压裂段内3簇及以上射孔簇不同起裂次序下的诱导应力差值变化情况，以最大诱导应力差值为目标优选射孔簇裂缝起裂次序；

3）在步骤2）同一压裂段内不同射孔簇起裂次序优选基础上，优选射孔簇间距，促使水平井同一压裂段内压裂形成复杂裂缝；

4）在射孔簇起裂次序、射孔簇间距优选结果基础上，配合射孔参数优化，确保同一压裂段内两端射孔簇裂缝先起裂、中间射孔簇裂缝后起裂，促使中间射孔簇形成的裂缝与两端射孔簇形成的裂缝相交，形成复杂裂缝网络；

5）在现场实施过程中，以井底压力控制为目标，通过调节排量来实现两端射孔簇的裂缝先起裂和延伸一段距离后，随后提高排量，利用孔眼摩阻压开中间射孔簇裂缝；然后依次注入前置液和带有支撑剂的携砂液，实现对压裂水平井复杂裂缝形态的改造。

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