CN107446566A - 用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法 - Google Patents

用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法。所述前置酸液包括10~20体积份的土酸及1~10体积份的添加剂,所述添加剂选自黏弹性表面活性剂、缓蚀剂、防膨剂、稳定剂或助排剂中的至少一种。酸预处理方法,包括注入上述所述的前置酸液,在前置酸液的前缘进入射孔炮眼前,将前置酸液进行正常泵注;前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低。本发明有效降低施工压力、加强酸岩反应、控制裂缝扩展形态及提高分段压裂的效果。

Description

用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域,尤其涉及用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法。
背景技术
随着勘探开发技术发展,中浅层页岩气藏的勘探开发逐渐成熟,深层页岩气的开发进入到探索试验阶段。目前,勘探发现的3500m以深的深层页岩气区块中,Haynesville、Eagle Ford(干气)和Cana Woodford(气)等3个垂深3500~4100m的深层页岩气区块压后单井产量5×104m3/d以上,单井采收量均高达1亿方以上,具有经济开发前景。而深层页岩气的开发给现有的页岩网络压裂技术带来了诸多挑战,主要包括:1、埋深增加,井筒摩阻增加,井口施工排量受限;2、储层地应力增加,造缝宽度更窄,加砂易砂堵;3、水平应力差增加,形成裂缝转向或实施网络压裂难度大增;4、主缝净压力降低,很难达到天然裂缝张开的临界压力;5、岩石塑性特征增加,裂缝的起裂和延伸更为困难,形成复杂裂缝或网络裂缝的难度大幅增加;6、有效闭合应力增加,支撑剂破碎率大幅增加,导流能力递减快,长期导流能力难以维持。可见,虽然深层页岩气压裂技术常伴随施工压力高、加砂难度大等问题。
目前,酸预处理可起到清除近井筒污染,与炮眼处岩石发生反应,降低页岩地层的破裂压力和设备水马力等作用。但目前的酸预处理技术存在以下局限:(1)酸预处理的前置酸液用以浸泡井筒残留泥浆及其它堵塞物,以降低施工压力,但其在不同地层作用效果不同,且降压效果不明显,致使压裂施工时的压力窗口窄,对后续提高砂液比和加砂量不利;(2)前置酸液先以一定排量注入,在注完设计的酸量后,提高注酸排量至3-4m3/min,大量的酸液在变成残酸前随着水力压开的裂缝进入裂缝远部,致使降压效果大受影响;(3)无法控制炮眼进酸,若全井筒充满酸液,所有孔眼都可能进酸,也可能只有部分孔眼进酸,页岩气井压裂施工中进液孔眼数过少,会造成压力异常高的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种能有效降低施工压力、加强酸岩反应、控制裂缝扩展形态的用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液及酸预处理方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液,所述前置酸液包括10~20体积份的土酸及1~10体积份的添加剂,所述添加剂选自黏弹性表面活性剂、缓蚀剂、防膨剂、稳定剂或助排剂中的至少一种。本发明前置酸液的组分及配比整体上解决了泥浆堵塞、进液孔眼数少、管套腐蚀过快、黏土矿物水化膨胀及液滞留地层多个问题。具体讲,本发明的前置酸液与近井筒污染物及炮眼处储层岩石充分反应,能彻底清除堵塞物起到降压效果,同时,在酸岩反应过程中炮眼周围的液体矿化度、温度及反应后的物质黏度均会升高,此时对已有酸液进入的炮眼起到暂堵效果,再次注酸时,将迫使酸液向未进液或进液效果不好的孔眼处流动完成酸岩反应,有效增加了进酸炮眼孔数,使酸与储层岩石充分反应,进一步起到降压效果。
所述前置酸液进一步包括1~2体积份的溴盐或硝酸盐。当水平井筒穿行在储层的顶部时,为使人工裂缝尽可能多地向下部延伸,控制酸液不与上部孔眼发生溶蚀作用,在前置酸酸液中进一步加入溴盐或硝酸盐对酸液进行适当加重,溴盐或硝酸盐可保证酸液贴水平井筒底部运移并仅与水平井筒底部炮眼发生浸泡及酸岩溶蚀作用,极大降低底部炮眼处的裂缝起裂压力,使裂缝绝大部分往下延伸,达到沟通底部物性及含气性好的页岩。
所述前置酸液进一步包括由氮气或二氧化碳形成的泡沫酸,所述泡沫酸的密度为0.5~0.8g/m3。当水平井井筒穿行于储层的底部时,泡沫酸可降低酸液密度,使之在水平井筒靠上部的位置进行浸泡炮眼和酸岩反应。
一种用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,包括注入上述所述的前置酸液,在前置酸液的前缘进入射孔炮眼前,将前置酸液进行正常泵注;前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低。
本发明的酸预处理方法工艺简单、操作方便,首次将前置酸液前缘到达炮眼后降低排量的方法应用于深层页岩气水平井压裂的酸液处理中,使酸岩反应及裂缝的初始扩展形态得以控制,使前置酸液与近井筒污染物及炮眼处储层岩石发生 充分反应,清除堵塞物并降低施工压力,满足深层页岩压裂的工艺要求,获得更好的压裂施工效果。
作为上述技术方案的进一步改进:
在前置酸液的前缘进入射孔炮眼前,前置酸液排量供给能力控制在1~3m3/min;前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低至0.2~0.5m3/min,酸液的注入量为10~15m3
当全部酸液顶替进炮眼时,停泵5~10min。
若水平井井筒穿行于储层的顶部,在注入前置酸液前,将水平井井筒内所有液体循环出地面;在前置酸液前缘到达炮眼后,酸液排量控制在0.2m3/min直至酸液全部泵入井筒。
若水平井井筒穿行于储层的底部,在注入前置酸液前,在前置酸液中加入氮气或二氧化碳形成泡沫酸,在泡沫酸注入前,顶替出井筒内的积液使水平井井筒中一半的积液在中下部位置覆盖。在前置酸液前缘到达炮眼后,酸液排量控制在0.3-0.5m3/min直至酸液全部泵入井筒。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例以某油田某区块的一口深层页岩气先导试验井为例进行说明。其施工井段深度为4382~4411m,黏土矿物平均含量33.2%,石英含量55.3%,碳酸盐岩5.4-9.3%,邻区敏感性实验表明存在中等强水敏和强酸敏,无速敏。本实施例中,前置酸液包括16.5体积份的土酸、2体积份的高温缓蚀剂、1.5体积份的铁离子稳定剂,1体积份的黏弹性表面活性剂,其余为水。其中,土酸包括HCl及HF,HCl和HF的质量比为10:1;黏弹性表面活性剂为常规的黏弹性表面活性剂,如季铵盐阳离子表面活性剂、甜菜碱或氧化胺型两性表面活性剂其中的一种或者多种;添加剂可根据具体存在的问题进行添加,如根据黏土矿物水化膨胀、酸液滞留地层等问题添加防膨剂、稳定剂。
本实施例的深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,具体包括以下步骤:
1)注入上述所述的前置酸液,酸液的注入量为13m3,启动水泥车,在前置 酸液的前缘进入射孔炮眼前,将前置酸液排量供给能力控制在1.5m3/min进行正常泵注,注入量为设计算量的30%;
2)降低排量。前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低至0.2m3/min,将剩余的酸全部注入井内;
2)停泵控制:当全部酸液顶替进炮眼后,停泵7min。
在完成酸预处理后,用水力压裂车组,以12m3/min排量注进行滑溜水和胶液交替注入压裂施工,施工完毕后停泵测压降结束施工。在其他实施例中,排量注为10-14m3/min均可实施。
按上述前置酸液配比及注入步骤对该试验井及各段进行了压裂施工,使酸岩反应及裂缝的初始扩展形态得以控制,使前置酸液与近井筒污染物及炮眼处储层岩石发生充分反应,施工压力从初始的100-110MPa下降至85-95MPa,平均每段加砂量为50.3m3,有效清除了堵塞物并降低施工压力,同时进酸炮眼孔数增加,满足了深层页岩压裂的工艺要求,获得更好的压裂施工效果。
实施例2
本实施例的应用环境为水平井筒穿行在储层顶部,各项储集性能为水平井筒下部较优的环境。本实施例中,前置酸液包括16.5体积份的土酸、2体积份的高温缓蚀剂、1.5体积份的铁离子稳定剂、1体积份的黏弹性表面活性剂及1.5体积份(体积份为1~2均可实施)的溴盐,其余为水。其中,溴盐采用溴化钠,溴盐也可由硝酸盐(采用硝酸钠)替代。本实施例的深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法与上述实施例1相同。
按上述前置酸液配比及注入步骤对该试验井及各段进行了压裂施工,使酸液贴水平井筒底部运移并仅与水平井筒底部炮眼发生浸泡及酸岩溶蚀作用,极大降低了底部炮眼处的裂缝起裂压力,使裂缝绝大部分往下延伸,达到沟通底部物性及含气性好的页岩;而实施例1的未添加溴盐或硝酸盐的前置酸液在进行压裂施工时,酸液无法贴水平井筒底部运移使缝绝往下延伸,其无法应用于水平井筒穿行在储层顶部,各项储集性能为水平井筒下部较优的环境。
实施例3
本实施例的应用环境为水平井筒穿行在储层顶部,各项储集性能为水平井筒下部较优,且酸液无法加重的环境。本实施例的前置酸液与实施例1相同,深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法与上述实施例1基本相同。区别在于,在注入 前置酸液前,将水平井井筒内所有液体循环出地面;在前置酸液前缘到达炮眼后,酸液排量控制在0.2m3/min直至酸液全部泵入井筒。
按上述前置酸液配比及注入步骤对该试验井及各段进行了压裂施工,使酸液贴水平井筒底部运移并仅与水平井筒底部炮眼发生浸泡及酸岩溶蚀作用,极大降低了底部炮眼处的裂缝起裂压力,使裂缝绝大部分往下延伸,达到沟通底部物性及含气性好的页岩;而采用实施例1在进行压裂施工时,酸液无法贴水平井筒底部运移使缝绝往下延伸,其无法应用于水平井筒穿行在储层顶部,各项储集性能为水平井筒下部较优的环境。
实施例4
本实施例的应用环境为水平井筒穿行在储层的底部,各项储集性能为水平井筒上部较优的环境。本实施例中,前置酸液包括16.5体积份的土酸、2体积份的高温缓蚀剂、1.5体积份的铁离子稳定剂、1体积份的黏弹性表面活性剂及密度为0.7g/m3(密度为0.5~0.8g/m3均可实施)泡沫酸,其余为水。其中,泡沫酸由氮气或二氧化碳形成。本实施例的深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法与上述实施例1基本相同。区别在于,在泡沫酸注入前,顶替出井筒内的积液使水平井井筒中一半的积液在中下部位置覆盖;在前置酸液前缘到达炮眼后,以1m3/min正常排量泵注将酸液前缘注入到射孔炮眼后,酸液排量控制在0.3m3/min(排量控制在0.3-0.5m3/min均可实施)直至酸液全部泵入井筒。
按上述前置酸液配比及注入步骤对该试验井及各段进行了压裂施工,可降低酸液密度至使酸液靠近水平井筒上部位置进行浸泡炮眼和酸岩反应;而实施例1的未添加泡沫酸的前置酸液在进行实施例1的酸预处理方法施工时,无法使酸液靠近水平井筒上部位置进行浸泡炮眼和酸岩反应,其无法应用于水平井筒穿行在储层的底部,各项储集性能为水平井筒上部较优的环境
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液,其特征在于,所述前置酸液包括10~20体积份的土酸及1~10体积份的添加剂,所述添加剂选自黏弹性表面活性剂、缓蚀剂、防膨剂、稳定剂或助排剂中的至少一种。
2.根据要求1所述的用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液,其特征在于,所述前置酸液进一步包括1~2体积份的溴盐或硝酸盐。
3.根据要求1所述的用于深层页岩气水平井压裂的前置酸液,其特征在于,所述前置酸液进一步包括由氮气或二氧化碳形成的泡沫酸,所述泡沫酸的密度为0.5~0.8g/m3
4.一种用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,包括注入如权利要求1至3任意一项所述的前置酸液,在前置酸液的前缘进入射孔炮眼前,将前置酸液进行正常泵注;前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低。
5.根据权利要求4所述的用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,在前置酸液的前缘进入射孔炮眼前,前置酸液排量供给能力控制在1~3m3/min;前置酸液前缘到达炮眼后,将前置酸液排量降低至0.2~0.5m3/min,酸液的注入量为10~15m3
6.根据权利要求5所述的用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,当全部酸液顶替进炮眼时,停泵5~10min。
7.根据权利要求4所述的用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,若水平井井筒穿行于储层的顶部,在注入前置酸液前,将水平井井筒内所有液体循环出地面;在前置酸液前缘到达炮眼后,酸液排量控制在0.2m3/min直至酸液全部泵入井筒。
8.根据权利要求4所述的用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,若水平井井筒穿行于储层的底部,在注入前置酸液前,在前置酸液中加入氮气或二氧化碳形成泡沫酸,在泡沫酸注入前,顶替出井筒内的积液使水平井井筒中一半的积液在中下部位置覆盖。
9.根据权利要求8所述的用于深层页岩气水平井压裂的酸预处理方法,其特征在于,在前置酸液前缘到达炮眼后,酸液排量控制在0.3-0.5m3/min直至酸液全部泵入井筒。
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