CN106567701A - 一种水力压裂方法 - Google Patents

Abstract

一种水力压裂方法，其包括：压裂施工阶段划分步骤，对压裂施工过程和/或裂缝闭合过程中的温度场进行模拟，根据模拟结果将压裂过程划分为若干施工阶段，其中，不同的施工阶段对应有不同的施工参数；注液步骤，根据各个施工阶段所对应的施工参数，向地层中注液。该方法可以有效降低压裂液对储层和裂缝的伤害，增强裂缝对油气渗流通道的供给能力，最大限度地挖掘储层的增产能力。

Description

一种水力压裂方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种水力压裂方法。

背景技术

随着国内外油气藏开发技术的快速发展，水力压裂工艺技术水平得到了进一步地提高。同时，针对不同储层以及完井方式也发展出了多种有效的水力压裂方法。

目前在压裂设计及施工过程中，常规方法一般是采用同一类型的压裂液及相同浓度的配方、体系恒定的施工排量等，在此过程中唯一变化的是砂液比及破胶剂浓度等。而这些方法往往会造成压裂后储层和裂缝伤害严重，这样也就制约了裂缝对油气渗流通道的供给能力，致使压裂未能最大程度地挖掘储层的增产潜力。

基于上述情况，亟需一种能够有效实现储层增产的新的水力压裂方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种水力压裂方法，所述方法包括：

压裂施工阶段划分步骤，对压裂施工过程和/或裂缝闭合过程中的温度场进行模拟，根据模拟结果将压裂过程划分为若干施工阶段，其中，不同的施工阶段对应有不同的施工参数；

注液步骤，根据各个施工阶段所对应的施工参数，向待压裂地层中注液。

根据本发明的一个实施例，所述若干施工阶段包括：

前置液阶段、携砂液主加砂阶段和顶替阶段。

根据本发明的一个实施例，所述前置液阶段包括若干前置液子阶段，在不同的前置液子阶段中，基于不同的施工参数向所述待压裂地层中注入前置液。

根据本发明的一个实施例，所述若干前置液子阶段包括第一前置液子阶段和第二前置液子阶段，其中，

在所述第一前置液子阶段中，以第一排量向所述待压裂地层中注入第一体积的第一前置液；

在所述第二前置液子阶段中，以第二排量向所述待压裂地层中注入第二体积的第二前置液；

其中，所述第二排量大于所述第一排量，且/或，所述第二前置液的粘度小于所述第一前置液的粘度。

根据本发明的一个实施例，如果所述待压裂地层为天然裂缝不发育地层，所述第一前置液和/或第二前置液包括：不交联的压裂液、活性水或滑溜水。

根据本发明的一个实施例，所述若干前置液子阶段还包括第三前置液子阶段，在所述第三前置液子阶段中，以第三排量向所述待压裂地层中注入第三体积的第三前置液，

其中，所述第三排量大于所述第二排量，且/或，所述第三前置液的粘度小于第二前置液的粘度。

根据本发明的一个实施例，所述第二前置液包括第一预设粘度的滑溜水和预设粒径的裂缝支撑剂，所述第三前置液包括第二预设粘度的滑溜水。

根据本发明的一个实施例，所述携砂液主加砂阶段包括第一携砂液主加砂子阶段和第二携砂液主加砂子阶段，其中，

在所述第一携砂液主加砂子阶段中，以第四排量将第一支撑剂用第一压裂液交联液注入所述待压裂地层；

在所述第二携砂液主加砂子阶段中，以第五排量将第二支撑剂用压裂液基液注入所述待压裂地层。

根据本发明的一个实施例，在所述第一携砂液主加砂子阶段中，以台阶式、螺旋式或段塞式的方式调节注入所述待压裂地层的液体的砂液比。

根据本发明的一个实施例，所述若干施工阶段还包括酸液预处理阶段，在所述酸液预处理阶段中：

以第六排量向所述待压裂地层中注入第六体积的前置酸液。

与现有的水力压裂方法相比，本发明提供了一种全新的水力压裂方法，该方法在施工过程中不再选用同一类型压裂液、相同浓度的配方以及体系恒定的施工排量等参数，而是根据地层及裂缝温度场的变化把压裂过程分为若干阶段，各阶段有针对性地优选压裂液类型、配方、施工排量、砂液比等施工参数。这样可以有效降低压裂液对储层和裂缝的伤害，增强裂缝对油气渗流通道的供给能力，最大限度地挖掘储层的增产能力。

该方法在现场施工过程中也具备可操作性，例如将相同浓度的压裂液罐集中在一起，不同阶段注意人工切换不同液罐阀即可，不同阶段的排量通常能够满足要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的水力压裂方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的前置液阶段的工作流程图；

图3是根据本发明一个实施例的携砂液主加砂阶段的工作流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为解决压裂过程中压裂液对储层及裂缝伤害严重以及裂缝对油气渗流通道供给能力有限而导致的水力压裂未能最大限度地挖掘储层增产潜力的技术难题，本实施例提供了一种全新的水力压裂方法，以解决现有的梳理压裂方法只能有限地挖掘储层增产潜力的问题。

图1示出了本实施例所提供的水力压裂方法的流程图。

如图1所示，本实施例所提供的水力压裂方法在步骤S101中对压裂施工过程和/或裂缝闭合过程中的温度场模拟，根据模拟结果将对待压裂地层的压裂过程划分为若干施工阶段。

具体地，本实施例中，以压裂施工预计时间以及放喷结束为周期，应用诸如Fracpro PT等工程软件来模拟压裂施工过程中以及裂缝闭合过程中地层温度场以及裂缝温度场，并根据模拟结果将上述过程划分为若干施工阶段。在各个施工阶段中，温度基本保持不变。同时，不同的施工阶段对应有不同的施工参数。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据模拟结果所划分得到的施工阶段的数量可以根据实际情况取不同的值，当然，最理想的方法是根据模拟结果将压裂施工过程进行无限级地划分，从而得到无限多个施工阶段。然而由于这种划分在现场操作上过于复杂，因此本实施例中将温度场相近的阶段划分为同一施工阶段。

同时，还需要指出的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的算法或软件对压裂施工过程和/或裂缝闭合过程中的温度场进行模拟，本发明同样不限于此。

本实施例中，在步骤S101中划分得到的施工阶段主要包括：酸液预处理阶段、前置液阶段、携砂液主加砂阶段和顶替阶段。其中，各个施工阶段均对应有不同的施工参数。在步骤S102中，根据各个施工阶段所对应的施工参数，来向待压裂地层中注液。

在酸液预处理阶段，主要是以预设排量向待压裂地层中挤入预设体积的与储层伍配性较好的前置酸液。本实施例中，向待压裂地层中挤入的前置酸液为前置土酸。当然，在本发明的其他实施例中，在酸液预处理阶段，向待压裂地层中挤入的前置酸液还可以为其他合理酸液，本发明不限于此。

在完成酸液预处理阶段后，便进入前置液阶段。图2示出了本实施例中前置液阶段的处理流程图。从图2中可以看出，本实施例中，前置液阶段又进一步分为3个前置液子阶段。在步骤S201中在第一前置液子阶段以第一排量向待压裂地层中注入第一体积的第一前置液，随后在步骤S202中在第二前置液子阶段以第二排量向待压裂地层中注入第二体积的第二前置液，其后在步骤S203中在第三前置液子阶段中以第三排量向待压裂地层中注入第三体积的第三前置液。

其中，在上述前置液阶段中，向待压裂地层中注入液体的排量是递增的，而前置液的粘度是递减的。即，第三排量大于第二排量，第二排量大于第一排量。同时，优选地，第一前置液的粘度要大于第二前置液的粘度，而第二前置液的粘度要大于第三前置液的粘度。

一般前置液会经过储层的高温段，其稠化剂浓度高。例如对于120℃的地层，稠化剂浓度可采用0.45％-0.5％。随着压裂液的持续注入，裂缝内温度持续降低，前置液后期可将稠化剂浓度降低，例如降为0.4％-0.45％或0.35％-0.4％。

在携砂液主加砂阶段，稠化剂浓度可进一步降低(例如降至0.3％-0.35％或0.25％-0.3％等)，但仍要达到确保有效交联的最低浓度(目前能有效交联的稠化剂最低浓度为0.2％)。

需要指出的是，如果待压裂地层为天然裂缝不发育储层，可采用不交联的压裂液甚至活性水或滑溜水作为前置液。因这种情况下储层滤失不大，低粘度压裂液对造缝效率影响不大，还能降低压裂液对储层的伤害。而如果待压裂地层为天然裂缝发育储层，此时仍可用低粘度压裂液，但要配之以小粒径(例如70-140目甚至更小粒径)的粉砂或陶粒，其主要目的是要与天然裂缝的宽度相匹配。如通过施工压力曲线判断压力持续下降，这表明可能造缝效率降低，此时应换用诸如线性胶、交联压裂液等粘度较高的压裂液。此外，破胶剂优化还需考虑压裂液返排周期影响，确保放喷不同阶段全部彻底破胶。

在完成前置液阶段后，便进入携砂液主加砂液阶段。图3示出了本实施例中携砂液主加砂阶段的处理流程图。从图3中可以看出，本实施例中，优选地，携砂液主加砂阶段又进一步分为2个携砂液主加砂子阶段。在步骤S301中在第一携砂液主加砂子阶段以第四排量将第一支撑剂利用第一压裂液交联液注入到待压裂地层中，在步骤S302中在第二携砂液主加砂子阶段以第五排量将第二支撑剂用压裂液挤压注入到待压裂地层中。本实施例中，在携砂液主加砂阶段，总的原则是保证造缝宽度是支撑剂平均粒径的6-9倍，当然，在本发明的不同实施例中，该倍数还可以根据实际需要进行适当地调整。

本实施例中，在第一携砂液主加砂子阶段，以台阶式的方式(例如5％-10％-15％-…-50％)来调节注入到待压裂地层中的液体的砂液比。当然，在本发明的其他实施例中，也可以才其他合理方式来调节注入到待压裂地层中的液体的砂液比，本发明不限于此。例如在本发明的其他实施例中，在第一携砂液主加砂子阶段中，也可以采用螺旋式或段塞式的方式来调节注入到待压裂地层中的液体的砂液比。

当采用螺旋式的调节方式时，注入到地层中的液体的砂液比可以表现为5％-10％-15％-20％-10％-15％-20％-25％的形式，该调节方式主要是应用于加砂困难储层。

当采用段塞式的调节方式时，注入到地层中的液体的砂液比可以表现为5％-10％-15％-0％-5％-10％-15％…或5％-0％-10％-0％-15％-0％…，该调节方式主要是应用于存在复杂裂缝或网络裂缝的储层。对于这类储层，如果一直采取连续式的加砂模式，可能造成砂堵的问题，同时支缝及微裂缝系统也可能无法获得有效支撑。

在完成前置液阶段后，便进入顶替阶段。在顶替阶段，以预设排量向待压裂地层中泵入预设体积的顶替液，从而实现欠顶替。

在整个施工过程中，压裂初期使用小排量施工，在此过程中地层内压力积聚速度慢，可以憋开物性最好、应力最低的层，也可控制初始的逢高延伸。压裂后期排量增幅可按0.5-1m³/min进行。对常规排量施工情况(如3-5m³/min)，初期排量可为1.5-2m³/min左右，增幅可为0.5m³/min；而对高排量施工情况(如10m³/min以上)，初期排量可为4-5m³/min左右，增幅可为1-1.5m³/min。当然，在施工中也可按3～4级变排量进行设计。后期(尤其是加砂阶段)提高排量施工，可以防止支撑剂过早沉降和砂堵现象。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，在各个施工阶段，注液排量以及排量增幅可以根据不同的实际需要进行取值，本发明不限于此。同时，在本发明的不同实施例中，各个施工阶段(例如前置液阶段和携砂液主加砂阶段)所包含的注液子阶段还可以为其他合理值。例如在本发明的其他实施例中，根据压裂液体积还可以将前置液阶段划分为2个或4个以上子阶段，还可以将携砂液主加砂阶段划分为3个或4个以上子阶段。同时，各个施工阶段中所使用的压裂液的类型以及浓度也可以根据温度场模拟结果进行选择。

为了更加清楚地说明本实施例所提供的水力压裂方法的过程以及优点，以下结合具体钻井来进行进一步地阐述。

A井是位于江汉盆地某薄层区块的1口侧钻资料井，目的层段的岩性为褐灰色油迹粉砂岩，该层段的天然裂缝较发育。目的层的压裂井段为2760.8-2762.0m、2763.2-2764.4m、2771.0-2772.0m，3.4m/3层，储层平均杨氏模量28.0GPa，平均泊松比0.25。目的层与上部隔层的应力差约为5MPa，与下部隔层应力差约为10MPa。目的层的温度为113℃。

为了解该目的层的含油性及油气显示层产能，并对该区块开展下步勘探评价工作，利用本实施例所提供的水力压裂方法，结合该井的实际情况，对该井进行了压裂方案设计及现场先导试验。

首先在酸液预处理阶段，以1.0m³/min排量挤入10m³与储层配伍性较好的前置土酸。随后在第一前置液子阶段，以1.5m³/min的排量向地层泵入40m³的低黏清洁压裂液基液(该压裂液基液与储层及隔层配伍性较好)。其中，低黏清洁压裂液基液黏度在15.0mPa·s左右，其能够慢慢憋开储层，从而避免缝高过早上窜，让裂缝在目的层内充分延伸。

在第二前置液阶段，以2.0m³/min的排量向地层中泵入160m³低黏滑溜水(低黏滑溜水的黏度在3.0～5.0mPa·s左右，其与储层及隔层配伍性较好)，并在此阶段分两次把100目粉陶段塞与滑溜水隔离液交替注入，共加入粉陶2.0m³。

在第三前置液阶段，以2.5m³/min排量泵入140m³低黏滑溜水(黏度在3.0～5.0mPa·s左右，与储层及隔层配伍性较好)。

在第一携砂液主加砂阶段，将24.9m³40/70目陶粒支撑剂用2360m³中黏清洁压裂液交联液(黏度在70.0～80.0mPa·s左右，与储层及隔层配伍性较好)，以2.5m³/min排量进行连续性加砂施工。在此过程中，砂液比从4％逐渐上升到20％，具体如下：

先后以4％砂比加入1.2m³砂，6％砂比加入1.8m³砂，8％砂比加入1.6m³砂，10％砂比加入2.5m³砂，12％砂比加入2.4m³砂，14％砂比加入2.8m³砂，16％砂比加入3.2m³砂，18％砂比加入5.4m³砂，20％砂比加入4m³砂。

在第二携砂液主加砂阶段，将20m³中黏清洁压裂液基液携带4.20m³30/50目陶粒以3m³/min排量泵入，以增加缝口导流能力。

最后在顶替阶段，以3.0m³/min排量泵入14.5m³低黏滑溜水(平衡顶替需15.6m3低黏滑溜水)，从而实现欠顶替。

按上述步骤对该试验井进行了压裂施工，现场施工工艺取得成功。结合该井压后井温测井解释结果及压后裂缝二次模拟结果，证实该井压裂缝高控制良好(缝高25m)，裂缝主要集中在储层裂缝中延伸。该井压后取得了较好的效果，压后初期日产油量为6m³/d～7m³/d，半一年后日产量稳定在4m³/d左右。

通过该区几口井的先导试验证明，利用本实施例所提出的水力压裂方法，压后初期日产油量达到邻井的2～4倍左右，且压后产量递减明显慢于邻井或邻区块，压后稳产及有效期明显增长，取得了显著的增油效果，提高该类储层的压裂改造效果。

从上述描述中可以看出，与现有的水力压裂方法相比，本实施例提供了一种全新的水力压裂方法，该方法在施工过程中不再选用同一类型压裂液、相同浓度的配方、体系恒定的施工排量等参数，而是根据地层及裂缝温度场的变化把压裂过程分为若干阶段，各阶段有针对性地优选压裂液类型、配方、施工排量、砂液比等施工参数。这样可以有效降低压裂液对储层和裂缝的伤害，增强裂缝对油气渗流通道的供给能力，最大限度地挖掘储层的增产能力。

该方法在现场施工过程中也具备可操作性，例如将相同浓度的压裂液罐集中在一起，不同阶段注意人工切换不同液罐阀即可，不同阶段的排量一般能满足要求。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种水力压裂方法，其特征在于，所述方法包括：

压裂施工阶段划分步骤，对压裂施工过程和/或裂缝闭合过程中的温度场进行模拟，根据模拟结果将压裂过程划分为若干施工阶段，其中，不同的施工阶段对应有不同的施工参数；

注液步骤，根据各个施工阶段所对应的施工参数，向待压裂地层中注液。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干施工阶段包括：

前置液阶段、携砂液主加砂阶段和顶替阶段。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述前置液阶段包括若干前置液子阶段，在不同的前置液子阶段中，基于不同的施工参数向所述待压裂地层中注入前置液。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若干前置液子阶段包括第一前置液子阶段和第二前置液子阶段，其中，

在所述第一前置液子阶段中，以第一排量向所述待压裂地层中注入第一体积的第一前置液；

在所述第二前置液子阶段中，以第二排量向所述待压裂地层中注入第二体积的第二前置液；

其中，所述第二排量大于所述第一排量，且/或，所述第二前置液的粘度小于所述第一前置液的粘度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述待压裂地层为天然裂缝不发育地层，所述第一前置液和/或第二前置液包括：不交联的压裂液、活性水或滑溜水。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述若干前置液子阶段还包括第三前置液子阶段，在所述第三前置液子阶段中，以第三排量向所述待压裂地层中注入第三体积的第三前置液，

其中，所述第三排量大于所述第二排量，且/或，所述第三前置液的粘度小于第二前置液的粘度。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二前置液包括第一预设粘度的滑溜水和预设粒径的裂缝支撑剂，所述第三前置液包括第二预设粘度的滑溜水。

8.如权利要求2～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述携砂液主加砂阶段包括第一携砂液主加砂子阶段和第二携砂液主加砂子阶段，其中，

在所述第一携砂液主加砂子阶段中，以第四排量将第一支撑剂用第一压裂液交联液注入所述待压裂地层；

在所述第二携砂液主加砂子阶段中，以第五排量将第二支撑剂用压裂液基液注入所述待压裂地层。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一携砂液主加砂子阶段中，以台阶式、螺旋式或段塞式的方式调节注入所述待压裂地层的液体的砂液比。

10.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述若干施工阶段还包括酸液预处理阶段，在所述酸液预处理阶段中：

以第六排量向所述待压裂地层中注入第六体积的前置酸液。