CN103967471A - 借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，属于低渗透油田采油领域。所述压裂工艺至少包括：1）井筒优选；2）优化射孔参数；3）优化定向射孔方式和施工规模；4）进行压裂施工步骤。通过对射孔参数的优化，能够确保在储层厚度30m的单砂体上实现分压四段以上；采用立体交错定向射孔方式施工，使得相邻两段射孔方位均不同，每段裂缝在不同方位处起裂和扩展，避免了裂缝间的窜通，可提高砂量、排量、液量施工规模及压裂规模，增加储层改造体积，从而扩大泄流体积，提高单井产量；通过配套四层以上不动管柱分压工具进行施工，能够实现一趟管柱完成四段以上压裂，提高施工效率。

Description

借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺

技术领域

本发明涉及低渗透油田采油领域，特别涉及一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺。

背景技术

低渗透油田是指油层储层渗透率低、丰度低、单井产能低的油田。超低渗透油藏主要是指渗透率小于1.0×10-3μm2,油藏埋深2000m左右,单井产量2.0t/d左右的油藏，为典型的低渗、低压、低丰度油藏。

在低渗透油藏的压裂改造过程中,当缝长增加到一定程度时,再单纯依靠增加缝长来提高油藏产量,无论是增产效果还是经济效益都已经不明显;为此,利用定向射孔来控制裂缝起裂方位,射孔是采用特殊聚能器材进入井眼预定层位进行爆炸开孔，让井下地层内流体进入孔眼的作业活动。依据射孔方位和最大主应力方向在一定夹角条件下裂缝会转向的原理,通过控制射孔方位迫使初始裂缝转向,最终在同层内形成两条相互独立的裂缝,进一步提高油层的动用程度,扩大泄油面积。交错是指两个定向方向相互相交。

压裂工艺是指采油过程中，利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，

又称油层水力压裂。油层压裂工艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定黏度的液体挤入油层。当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

超低渗透油藏部分区块储层厚度大、隔夹层不发育、砂体单一，需要通过提高分压段数、增加储层纵向动用程度，以及提高改造规模，扩大泄流体积，

来提高单井产量。在常规压裂技术中，多级加砂压裂工艺能够提高厚油层的纵向动用程度，但横向穿透深度有限，即缝高较大、但缝长较小，裂缝泄流体积有限，单井产量增加幅度小；在多缝压裂技术中，斜井多段多缝压裂工艺相比多级加砂能够尽可能增加分压段数，但受限于井斜与井眼方位的有利条件以及压裂规模的限制，应用范围和提高单井产量有限；定向射孔多缝压裂工艺受前期技术限制，仅能实现分压二至三段。为此，需要通过对现有定向射孔多缝压裂工艺的进一步完善，来大幅度提高单井产量。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺。可以实现在油层厚度较大（≥30m）的储层内实施多段压裂，能够提高分压段数至四段以上，并能够增加改造规模，最大程度扩大泄流体积，提高单井产量。所述技术方案如下：

一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，所述压裂工艺至少包括：1）井筒优选；2）优化射孔参数；3）优化定向射孔方式和施工规模；4）进行压裂施工步骤；其中

步骤1）井筒优选；按照如下三个原则实施：

第一，井筒位于超低渗透油藏主力开发区内；

第二，储层厚度大（≥30m）；

第三，砂体单一，隔夹层不发育；

步骤2）优化射孔参数；根据测井解释情况和施工要求，选择合适的射孔段；根据区块最大主应力方位，选择合适的定向射孔方位，按照如下参数实施：

第一，射孔段位置对应的储层物性良好，考虑封隔器坐封条件，射孔段间距为5m；

第二，在30m厚油层上分压四层以上，所述射孔段长度为3-4m；

第三，定向射孔方位与最大主应力方向为15°夹角；

步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；采用立体交错射孔方式，实现相邻层段交错射孔方位不同，增加储层改造体积，扩大泄流体积；

步骤4）进行压裂施工；配套四层以上不动管柱分压工具，实现一趟管柱完成四段以上压裂，按照如下工步实施：

第一，下入过球式不动管柱分层压裂工具后，先对第一层射孔段实施压裂改造；

第二，第一层射孔段压完后，直接由井口投入相应大小的钢球，地面加压，打开第二层射孔段对应的滑套开关，对第二层射孔段实施水力加砂压裂；

第三，第二层射孔段压完后，再投入相应大小的钢球，打开第三层射孔段对应的滑套开关，对第三层射孔段实施水力加砂压裂；

第四，第三层射孔段压完后，再投入相应大小的钢球，打开第四层射孔段对应的滑套开关，对第四层射孔段实施水力加砂压裂；如此循环，直至所有目的层段压裂结束。

具体地，所述步骤2）优化射孔参数；所述井筒射开包括第一层射孔段，第二层射孔段，第三层射孔段，第四层射孔段，采用交错射孔，即，所述第一层射孔段采用东北和西南15°定向射孔(2)，所述第二层射孔段采用东南和西北15°方位定向射孔，所述第三层射孔段采用东北和西南15°定向射孔，所述第四层射孔段采用东南和西北15°方位定向射孔，往上类推；所述每一层段射孔长度为3-4m。

具体地，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；所述定向射孔方位为最大主应力方位±15°，所述最大主应力方位为正东正西方向，所述定向射孔分别为东北和西南15°定向射孔和东南和西北15°方位定向射孔；自下而上，所述第一层射孔段最大主应力方位+15°，所述第二层射孔段最大主应力方位-15°，所述第三层射孔段最大主应力方位+15°，所述第四层射孔段最大主应力方位-15°。

具体地，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；所述相邻两层射孔方位不同，即所述第一层射孔段与所述第二层射孔段射孔方位不相同，所述第二层射孔段与所述第三层射孔段射孔方位不相同，所述第三层射孔段与所述第四层射孔段射孔方位不相同。

具体地，所述步骤4）进行压裂施工，选用过球式不动管柱四、五层连续分层压裂酸化工具，该压裂工具至少包括：校深短接、安全接头、水力锚、封隔器、滑套开关、双公球坐、直咀子；所述滑套开关从上至下内径依次变小。

具体地，所述步骤4）进行压裂施工，压裂工具在压裂第一层射孔段时，滑套开关都处于关闭状态，压裂液经直咀子进入地层，进行对第一层射孔段改造；然后投入钢球，油管加压打开第二层射孔段处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第一层射孔段通道，进行第二层射孔段改造；再投入大一级钢球，打开第三层射孔段处滑套开关，钢球落入双公球坐堵住第一层射孔段通道和第二层射孔段通道，进行第三层射孔段改造；再投入大一级钢球，打开第四层射孔段处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第三层射孔段通道，进行第四层射孔段改造；如此依次完成所有层段的压裂。

进一步地，所述步骤1）井筒优选，优选措施井油层厚度31m；步骤2）优化射孔参数，优选分压四段，每一层段射孔长度为3m；3）优化定向射孔方式和施工规模，最大主应力方位为东北和西南75°，按照±15°交错射孔设计，所述定向射孔方位从最下部第一层射孔段至最上部第四层射孔段分别为：东北和西南60°、东北和西南90°、东北和西南60°、东北和西南90°。

进一步地，所述步骤1）井筒优选，所述井筒设计单段砂量为25-30m³，排量为1.8-2.2m³/min。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过对射孔参数的优化，能够确保在储层厚度30m的单砂体上实现分压四段以上；

2、采用立体交错定向射孔方式施工，使得相邻两段射孔方位均不同，这样每段裂缝在不同方位处起裂和扩展，避免了裂缝间的窜通，可以提高砂量、排量、液量施工规模及压裂规模，增加储层改造体积，从而扩大泄流体积，提高单井产量；

3、通过配套四层以上不动管柱分压工具进行施工，能够实现一趟管柱完成四段以上压裂，提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺的立体交错定向射孔示意图的立体图；

图2是本发明实施例提供的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺的立体交错定向射孔示意图的俯视图。

图中各符号表示含义如下：1井筒，2东北和西南15°方位定向射孔，3东南和西北15°方位定向射孔3；

A第一层射孔段，B第二层射孔段，C第三层射孔段，D第四层射孔段；

N代表正北方向，S代表正南方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，该工艺方法至少包括：1）井筒优选；2）优化射孔参数；3）优化定向射孔方式和施工规模；4）进行压裂施工等工艺步骤；其中

步骤1）井筒优选；按照如下三个原则实施：

第一，井筒位于超低渗透油藏主力开发区内；

第二，储层厚度大（≥30m）；

第三，砂体单一，隔夹层不发育。

步骤2）优化射孔参数；根据测井解释情况和施工要求，选择合适的射孔段；根据区块最大主应力方位，选择合适的定向射孔方位，按照如下参数实施：

第一，射孔段位置对应的储层物性良好，同时考虑封隔器坐封条件，射孔段间距为5m；

第二，为实现30m厚油层上分压四层以上，压缩射孔段长度，所述射孔段长度由常规5-6m压缩至3-4m；

第三，定向射孔方位与最大主应力方向为15°夹角，使裂缝易于转向。

具体地，所述步骤2）优化射孔参数；参见图1所示，所述井筒1需要射开四段：包括第一层射孔段A，第二层射孔段B，第三层射孔段C，第四层射孔段D，如果将第一层射孔段A采用东北和西南15°定向射孔2，为实现交错射孔，往上类推，则第二层射孔段B采用东南和西北15°方位定向射孔3，第三层射孔段C采用与第一层射孔段A相同的东北和西南15°定向射孔2，第四层射孔段D采用与第二层射孔段B东南和西北15°方位定向射孔3；所述每一层段射孔长度为3-4m，按16孔/m计算，每一层段射孔孔眼数均为48-64孔。

进一步地，所述步骤2）优化射孔参数；充分考虑封隔器坐封条件和储层物性，可以通过调整各个射孔段位置、压缩射孔层段长度等，确保30m厚油层上实现分压四段以上。

步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；采用立体交错射孔方式，实现相邻层段交错射孔方位不同，使相邻裂缝间不易窜通，可以提高砂量、排量、液量等施工规模，增加储层改造体积，从而扩大泄流体积。

具体地，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；参见图2所示，设定定向射孔方位为最大主应力方位±15°，采用立体交错射孔的方式，由于定向射孔方位要在最大主应力方位±15°，设定最大主应力方位为正东正西方向，那么所述定向射孔分别为东北和西南15°定向射孔2和东南和西北15°方位定向射孔3；自下而上，即第一层射孔段A最大主应力方位+15°，第二层射孔段B最大主应力方位-15°，第三层射孔段C最大主应力方位+15°，第四层射孔段D最大主应力方位-15°。

进一步地，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；在进行压裂施工中可以提高施工规模是由于相邻两层射孔方位不同，即所述第一层射孔段A与所述第二层射孔段B射孔方位不相同，所述第二层射孔段B与所述第三层射孔段C射孔方位不相同，所述第三层射孔段C与所述第四层射孔段D射孔方位不相同，实现相邻层段交错射孔，因此避免了相邻裂缝间的窜通，可以在常规压裂规模的基础上进一步提高了施工规模。

步骤4）进行压裂施工；配套四层以上不动管柱分压工具施工，实现一趟管柱完成四段以上压裂，提高施工效率，按照如下工步实施：

第一，下入过球式不动管柱分层压裂工具后，先对第一层射孔段A实施压裂改造；

第二，第一层射孔段A压完后，直接由井口投入相应大小的钢球，地面加压，打开第二层射孔段B对应的滑套开关，对第二层射孔段B实施水力加砂压裂；

第三，第二层射孔段B压完后，再投入相应大小的钢球，打开第三层射孔段C对应的滑套开关，对第三层射孔段C实施水力加砂压裂；

第四，第三层射孔段C压完后，再投入相应大小的钢球，打开第四层射孔段D对应的滑套开关，对第四层射孔段D实施水力加砂压裂；如此循环，直至所有目的层段压裂结束。

具体地，所述步骤4）进行压裂施工，采用现有技术配套工具“川庆钻探长庆井下工具研发制造中心”研发生产的“过球式不动管柱四、五层连续分层压裂酸化工具”，该压裂工具主要由校深短接、安全接头、水力锚、封隔器、滑套开关、双公球坐、直咀子组成，其中滑套开关从上至下内径依次变小。在压裂第一层射孔段A时，滑套开关都处于关闭状态，压裂液经直咀子进入地层，进行对第一层射孔段A改造；然后投入钢球，油管加压打开第二层射孔段B处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第一层射孔段A通道，进行第二层射孔段B改造；再投入大一级钢球，打开第三层射孔段C处滑套开关，钢球落入双公球坐堵住第一层射孔段A通道和第二层射孔段B通道，进行第三层射孔段C改造；同样，再投入大一级钢球，打开第四层射孔段D处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第三层射孔段C通道，进行第四层射孔段D改造；如此依次完成所有层段的压裂。

所述步骤4）进行压裂施工中提高施工效率，是由于常规上提管柱分层压裂工具由于压完一段后需要上提管柱将出液口对准第二层，再实施压裂，中间有放喷、反洗、卸井口、上提管柱等工序，增加了劳动强度，影响了施工效率；本发明步骤4）进行压裂施工不需放喷、反洗、上提管柱，简化了操作工步。

进一步地，下面结合具体施工情况对本发明的现场应用做详细说明。

优选措施井油层厚度31m，隔夹层不发育、砂体单一作为工艺试验井；根据油层厚度设计分压四段，每一层段射孔长度为3m，段间距为5m，最大主应力方位为东北和西南75°，按照±15°交错射孔设计，定向射孔方位从最下部第一层射孔段A至最上部第四层射孔段D分别为：东北和西南60°、东北和西南90°、东北和西南60°、东北和西南90°，设计单段砂量25-30m³，排量1.8-2.2m³/min，压裂规模相比同区块要大。所述工艺试验井四段压裂施工顺利，破压均较明显，表明四段裂缝都有效形成，实现了多缝压裂。压裂后自喷折合日产纯油16.5m3；2012年3月5日投产，初期平均日产油3.20t，目前日产油4.03t，含水9.9%，提高单井产量效果显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述压裂工艺至少包括：1）井筒优选；2）优化射孔参数；3）优化定向射孔方式和施工规模；4）进行压裂施工步骤；其中

步骤1）井筒优选；按照如下三个原则实施：

第一，井筒位于超低渗透油藏主力开发区内；

第二，储层厚度大（≥30m）；

第三，砂体单一，隔夹层不发育；

步骤2）优化射孔参数；根据测井解释情况和施工要求，选择合适的射孔段；根据区块最大主应力方位，选择合适的定向射孔方位，按照如下参数实施：

第一，射孔段位置对应的储层物性良好，考虑封隔器坐封条件，射孔段间距为5m；

第二，在30m厚油层上分压四层以上，所述射孔段长度为3-4m；

第三，定向射孔方位与最大主应力方向为15°夹角；

步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；采用立体交错射孔方式，实现相邻层段交错射孔方位不同，增加储层改造体积，扩大泄流体积；

步骤4）进行压裂施工；配套四层以上不动管柱分压工具，实现一趟管柱完成四段以上压裂，按照如下工步实施：

第一，下入过球式不动管柱分层压裂工具后，先对第一层射孔段(A)实施压裂改造；

第二，第一层射孔段(A)压完后，直接由井口投入相应大小的钢球，地面加压，打开第二层射孔段(B)对应的滑套开关，对第二层射孔段(B)实施水力加砂压裂；

第三，第二层射孔段(B)压完后，再投入相应大小的钢球，打开第三层射孔段(C)对应的滑套开关，对第三层射孔段(C)实施水力加砂压裂；

第四，第三层射孔段(C)压完后，再投入相应大小的钢球，打开第四层射孔段(D)对应的滑套开关，对第四层射孔段(D)实施水力加砂压裂；如此循环，直至所有目的层段压裂结束。

2.根据权利要求1所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤2）优化射孔参数；所述井筒(1)射开包括第一层射孔段(A)，第二层射孔段(B)，第三层射孔段(C)，第四层射孔段(D)，采用交错射孔，即，所述第一层射孔段(A)采用东北和西南15°定向射孔(2)，所述第二层射孔段(B)采用东南和西北15°方位定向射孔(3)，所述第三层射孔段(C)采用东北和西南15°定向射孔(2)，所述第四层射孔段(D)采用东南和西北15°方位定向射孔(3)，往上类推；所述每一层段射孔长度为3-4m。

3.根据权利要求1所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；所述定向射孔方位为最大主应力方位±15°，所述最大主应力方位为正东正西方向，所述定向射孔分别为东北和西南15°定向射孔(2)和东南和西北15°方位定向射孔(3)；自下而上，所述第一层射孔段(A)最大主应力方位+15°，所述第二层射孔段(B)最大主应力方位-15°，所述第三层射孔段(C)最大主应力方位+15°，所述第四层射孔段(D)最大主应力方位-15°。

4.根据权利要求1所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤3）优化定向射孔方式和施工规模；所述相邻两层射孔方位不同，即所述第一层射孔段(A)与所述第二层射孔段(B)射孔方位不相同，所述第二层射孔段(B)与所述第三层射孔段(C)射孔方位不相同，所述第三层射孔段(C)与所述第四层射孔段(D)射孔方位不相同。

5.根据权利要求1所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤4）进行压裂施工，选用过球式不动管柱四、五层连续分层压裂酸化工具，该压裂工具至少包括：校深短接、安全接头、水力锚、封隔器、滑套开关、双公球坐、直咀子；所述滑套开关从上至下内径依次变小。

6.根据权利要求5所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤4）进行压裂施工，压裂工具在压裂第一层射孔段(A)时，滑套开关都处于关闭状态，压裂液经直咀子进入地层，进行对第一层射孔段(A)改造；然后投入钢球，油管加压打开第二层射孔段(B)处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第一层射孔段(A)通道，进行第二层射孔段(B)改造；再投入大一级钢球，打开第三层射孔段(C)处滑套开关，钢球落入双公球坐堵住第一层射孔段(A)通道和第二层射孔段(B)通道，进行第三层射孔段(C)改造；再投入大一级钢球，打开第四层射孔段(D)处滑套开关，钢球落入直咀子堵住第三层射孔段(C)通道，进行第四层射孔段(D)改造；如此依次完成所有层段的压裂。

7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤1）井筒优选，优选措施井油层厚度31m；步骤2）优化射孔参数，优选分压四段，每一层段射孔长度为3m；3）优化定向射孔方式和施工规模，最大主应力方位为东北和西南75°，按照±15°交错射孔设计，所述定向射孔方位从最下部第一层射孔段(A)至最上部第四层射孔段(D)分别为：东北和西南60°、东北和西南90°、东北和西南60°、东北和西南90°。

8.根据权利要求1所述的借助立体交错定向射孔技术实现单层多缝的压裂工艺，其特征在于，所述步骤1）井筒优选，所述井筒(1)设计单段砂量为25-30m³，排量为1.8-2.2m³/min。