CN107545513A - 一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法，包括：根据储层特性参数和压裂施工参数，模拟地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间；根据模拟的地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度；根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度；根据模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化；按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂，以实现压裂过程的非均匀同步破胶。本发明可以实现分段层压裂的非均匀同步破胶。

Description

一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法

技术领域

本发明属于油气田勘探和开发技术领域，具体地说，尤其涉及一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法。

背景技术

目前，在水平井分段压裂和直井分层压裂中，一项重要的技术是同步破胶，目的是确保在最后一段(层)压裂施工结束时，所有裂缝内的高黏度交联液或活性胶液同时彻底破胶返排，一来防止早破胶的裂缝内支撑剂过度沉降影响有效的裂缝支撑体积，二来防止过顶替(水平井分段压裂的裸眼滑套技术及桥塞射孔联作技术，以及直井封隔器分层压裂等，都存在普遍的过顶替现象，且有的过顶替量达正常顶替量的200％左右)造成的缝口包饺子效应导致的无效支撑裂缝。此时裂缝还未闭合(如破胶早，滤失大，则裂缝可能闭合)，可以适当速度控制返排，使远离缝口的支撑剂再次回流到近井缝口处。

只要同步破胶技术做得到位，就可确保各裂缝的支撑剖面最优化和压后效果的最大化。但该技术现场控制难度较大，优化的方法也相对简单，大多压裂设计仅限于同步破胶的概念，实际做法及效果更是远未达到预期的理想水平。从技术分度分析，主要存在以下问题：1)裂缝温度场模拟结果缺乏可靠性。一是裂缝扩展的几何尺寸预测不准，二是岩石力学及压裂液尤其是混砂浆的热力学参数输入缺乏实验依据，大多由模拟软件中通用的数据库中选择大概的参数值。上述两个原因导致裂缝温度场及其恢复的模拟结果不准，使破胶剂的分段(层)剖面设计缺乏可靠性。2)破胶剂浓度剖面优化仍采用单一裂缝的简单设计思路。如大多压裂水一般根据室内结果及现场经验，平均的破胶剂浓度大多设计为万分之三至万分之五，以此调整前后时间的破胶剂浓度，每段(层)压裂的前期低些，后期高些，就层(段)平均水平而言，也是前期施工的低些，后期施工的高些。3)未考虑不同的分压段(层)数不同导致的时间差异对破胶剂浓度剖面水的影响。最终的结果是20段分压与10段分压的设计结果可能使相同或相近的。实际上，由于总体施工时间的不同，不同段(层)裂缝经历的温度场及恢复结果是有很大差异的，因此最终的破胶剂浓度剖面设计结果也理应有较大差异才行。4)未考虑如何最大限度地提高支撑剂在裂缝内铺置浓度的非均匀性和导流能力的最大化问题。虽然破胶剂浓度在前后时间内追加的浓度也不同，但最终作用的结果是同一裂缝内均匀彻底破胶，如支撑剂注入模式是连续的，则最终的裂缝内支撑剂铺置浓度也是连续的，而实践证明，支撑剂在裂缝内的非均匀铺置模式产生的导流能力更大。

综上所述，有必要提出一种新的分段(层)压裂的非均匀同步破胶技术，以实现裂缝有效改造体积和压后改造效果的最大化。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法，用于实现分段(层)压裂的非均匀同步破胶。

根据本发明的一个实施例，提供了一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法，包括：

根据储层特性参数和压裂施工参数，模拟地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间；

根据模拟的地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度；

根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度；

根据模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化；

按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂，以实现压裂过程的非均匀同步破胶。

根据本发明的一个实施例，所述温度恢复时间由总的施工时间及每段层的施工时间确定。

根据本发明的一个实施例，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度进一步包括：

基于模拟的地层最终裂缝扩展三维形态和裂缝内温度场及温度恢复时间，利用各层段样品分别进行平均浓度破胶实验，其中，

第一段层实验时间为预期的总施工时间与返排前的时间之和，其它层段实验时间按施工时间的先后顺序类推。

根据本发明的一个实施例，利用各层段样品分别进行平均浓度破胶实验时，每一层段均同时进行多组平行实验来进行对比分析。

根据本发明的一个实施例，根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度进一步包括：

根据现场施工经验及返排情况计算实验室破胶剂浓度与现场破胶剂浓度的类比系数；

根据所述类比系数指导现场的破胶剂追加。

根据本发明的一个实施例，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化进一步包括：

基于模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，根据各层段的施工时间将对应的层段分为若干个更小的时间段，不同的时间段对应不同的破胶剂浓度，其中，各时间阶段温度相同，破胶剂浓度恒定。

根据本发明的一个实施例，按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂进一步包括：

将过氧化物破胶剂和微胶囊破胶剂按预定比例进行交替循环注入。

根据本发明的一个实施例，

将过氧化物破胶剂和微胶囊破胶剂按预定比例进行交替循环注入，其中，在高砂液比施工阶段，保证同一时间段内破胶剂总量一定及施工顺利安全前提下，调节破胶剂追加浓度使其或高或低，在段塞式加砂时增加不加砂段的压裂液破胶剂浓度。

根据本发明的一个实施例，所述预定比例为1：1。

根据本发明的一个实施例，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度时，温度值采用压裂施工中的裂缝内平均温度，温度达到地层温度的时间设置为温度场恢复模拟确定的时间。

本发明的有益效果：

本发明针对水平井分段压裂和直井分层压裂中同步破胶技术现场控制难度较大，优化的方法也相对简单，实际做法及效果更是远未达到预期的理想水平的问题，提出了一种压裂过程中非均匀同步破胶技术，该技术能实现裂缝有效改造体积和压后改造效果的最大化，充分挖掘储层的生产潜力，对提高油气藏的开发技术水平和经济效益具有重要意义。

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中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图。

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。

针对水平井分段压裂和直井分层压裂中同步破胶技术现场控制难度较大，优化的方法也相对简单，实际做法及效果更是远未达到预期的理想水平的问题，本发明提出了一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法，该方法能实现裂缝有效改造体积和压后改造效果的最大化。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

首先是步骤S110，根据储层特性参数和压裂施工参数，模拟地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复。

相关储层特性参数评价主要包括纵向地应力剖面、岩石力学参数、岩石及地下流体(包括不同类型的压裂液，如低黏压裂液、中黏压裂液和高黏压裂液等)的热力学参数。这些特性参数主要采用岩心实验测试及测井解释等方法获得，但测井解释的地应力剖面必须由现场测试压裂确定的最小水平主应力进行校核，因构造应力等在测井解释模型中的参数必须由实际情况进行校核，并按此校核系数对隔层的应力也进行相应的校核，经过校核后的应力剖面才能输入裂缝扩展模型中去预测较为准确的裂缝三维扩展形态。

应用成熟的裂缝扩展模拟商业软件(如Fracpro PT、Stimplan等)，可以精细模拟裂缝扩展的三维几何尺寸及井筒和裂缝内温度场及其温度恢复。在压裂注入程序停泵后，输入预期的压裂施工参数总施工结束时间，就可模拟该段(层)的裂缝内的温度恢复情况。如是采用变压裂液类型及黏度、变排量等施工策略，只要在压裂注入程序中相应的时间内修改有关的压裂施工参数，仍可模拟最终的裂缝几何尺寸及温度情况。

温度恢复时间由总的施工时间及每段(层)的施工时间确定。为简化起见，本发明未考虑由于压裂施工出现的各种问题导致的等、停、待时间，而且由于这是随机的，具有高度不确定性，也无法准确考虑此影响。

接下来是步骤S120，根据模拟的地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度。

具体的，基于模拟的地层最终裂缝扩展三维形态，利用各层段样品分别进行平均浓度破胶实验。其中，第一段层实验时间为预期的总施工时间与返排前的时间之和，其它层段实验时间按施工时间的先后顺序，以此类推。由于同一层段的实验时间有很大差别，对应的破胶剂浓度也有很大不同，因此，对应每一层段均同时进行多组平行实验来进行对比分析。

为简化起见，进行平均浓度破胶实验时，每个段(层)采用一个样品进行平均浓度的破胶实验，第一段(层)实验时间是预期的总施工时间与返排前的时间之和，可能长达2周或更多，其它层段实验时间按施工时间的先后顺序，以此类推。为了确定每段(层)准确的破胶剂平均浓度，需要2组或以上的平行实验，最终确定能真正实现同步破胶的结果。由于破胶剂破胶浓度与温度有关，为简化起见，温度值采用压裂施工中的裂缝内平均温度，温度达到地层温度的时间设置为温度场恢复模拟确定的时间。

室内实验研究优化每个层段的平均破胶剂浓度，因微胶囊破胶剂在裂缝内由于裂缝闭合挤压，会破坏并释放破胶剂。而实验室内试管内不能模拟此过程。考虑到微胶囊破胶剂包裹的也是过氧化物，为简化起见，都以过氧化物进行有关的实验研究。

例如，为便于现场操作，室内可以分压10段(层)、15段(层)、20段(层)、25段(层)、30段(层)等5种情况进行研究，已基本包括了目前现场上的各种压裂情况。就上述5种情况而言，第一层段实验时间以总的施工预期时间及返排前的时间之和确定。显然地，同样是第一层段，其实验时间有很大的差别，对应的破胶剂浓度也有很大的不同。就每种情况而言，各层段的平均破胶剂浓度可设置为3-5种情况进行平行对比实验，每层段模拟的温度历史按裂缝内平均温度要求进行。最终在既定的时间内观察所有层段试管内的压裂液破胶情况，能实现同时彻底破胶的浓度即为优化的各层段平均破胶剂浓度。考虑到类似页岩气压裂中还存在大量的滑溜水，但滑溜水不存在同步破胶问题，可以常用的活性胶液代替交联的瓜尔胶压裂液体系。

接下来是步骤S130根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度。

具体的，按经验调整现场中的每个层段的平均破胶剂浓度。根据以往经验，实验室的破胶剂浓度与现场中的结果有时有很大的不同。为将室内的结果及各层段间的浓度变化规律，类比到现场中起指导作用，有必要由现场施工经验及返排情况进行类比。把类比系数确定后，就可直接指导现场的破胶剂追加。

在获取类比系数时，开展室内不同浓度破胶剂对胶液的破胶性能评价。对比现场破胶剂的破胶效果，添加同等比例的破胶剂，二者破胶的时间的长短，得到类比系数，进而根据类比系数指导现场破胶剂的实际添加比例。

接下来是步骤S140根据模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化。

由于在步骤S130中获得的只是每层段中破胶剂的平均使用浓度，如何合理地进行次一级优化，是确保该层段内所有压裂液同步破胶的关键。可根据步骤S110中的裂缝温度场及其恢复的模拟结果，根据该层段的施工时间分为若干个更小的时间段，如施工时间相对较短，可分为较少的时间段，如3-5段；如施工时间相对较长，则可分为较多的时间段，如5-7段。各时间阶段认为只受一个温度影响，因此该阶段的破胶剂浓度是恒定的，这主要为简化施工操作，实际应当是无限级且每一级温度都不一样，相应的破胶剂浓度也不一样，但施工上难以准确操作。

一般而言，越到施工后期，破胶剂浓度越大，但这是以往层段压裂的经验。实际上，对于多层段压裂而言，可根据每层段的不同施工时间段及温度恢复的预期时间不同，追加合适的破胶剂浓度。可基于室内实验结果及裂缝温度场模拟结果，进行综合权衡确定。

接下来是步骤S150，按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂，以实现压裂过程的非均匀同步破胶。

为了获得非均匀的支撑剂铺置剖面，在每层段注入破胶剂时，在保证总的破胶剂用量恒定的前提下，采取非均匀注入的方式。如是连续加砂模式，非均匀的破胶剂注入导致裂缝内，有的地方破胶快，有的地方破胶慢。则破胶快的地方支撑剂沉降，形成无支撑剂的高速流动通道，就类似于目前的段塞式加砂压裂效果。只要破胶快的区域面积可有效控制，使其面积不太大就能确保高通道裂缝壁面不塌陷。如已是段塞式支撑剂注入模式，则未加砂的段塞处也要增加破胶剂浓度，即使过早破胶也没有太大影响，反而是破胶不好对导流能力的影响更大。考虑到支撑剂注入的中后期，支撑剂的浓度越来越大，单位体积混砂浆内的纯压裂液体积反而越来越少，因此，目前的越到施工后期越增加破胶剂浓度的方法，可能并不一定是合适的。

目前常用的破胶剂类型有两种，一是常规的过氧化物，二是外层有包裹的微胶囊破胶剂。常规的过氧化物的破胶效果在温度低于53℃时就会大打折扣。尤其是最后一或二段(层)压裂施工，如返排开始时计算的裂缝温度仍低于53℃，则应进一步考虑追加低温活化剂以确保同步破胶效果。以往一般在施工前期多加微胶囊破胶剂，施工后期多加常规过氧化物破胶剂，且相互间的比例确定也没有量化的方法。本发明采用1:1的比例，且在每个层段的不同时间内都按相同的比例追加，主要依据是微胶囊破胶剂一般不会提前释放破胶剂，而过氧化物可能过早破胶，但按1:1的比例进行追加，且在裂缝的纵向位置上也尽量按此比例实现破胶剂的浓度分布，则未破胶的胶囊处的压裂液因未破胶，可以阻止已破胶处的支撑剂的继续沉降，如没有支撑剂则不用担心过氧化物处的压裂液破胶问题。只要在纵向上形成多个微胶囊破胶剂处的未破胶的压裂液形成的多个遮挡层，就不用担心可能的支撑剂沉降问题，反而更利于形成非均匀的支撑剂分布，利于提高最终的裂缝导流能力。

按照以上步骤S150中获得的同一地层内的不同时间段的破胶剂浓度，在施工的同一时间段内非均匀注入破胶剂。为了实现获得非均匀裂缝导流能力的目的，可以采用以下两种方法注入破胶剂。一种思路是把常规的过氧化物和微胶囊破胶剂按1：1的比例进行交替注入。可先注入过氧化物，再注入微胶囊破胶剂，以此循环注入。另外一种方法是在交替注入过程中，尤其在该层段的施工中后期的高砂液比施工阶段，在保证同一时间段内破胶剂总量一定的前提下，刻意调节破胶剂追加浓度，使其或高或低(但得以保证压裂施工顺利安全为前提条件)，在段塞式加砂时尤其要增加不加砂段的压裂液破胶剂浓度，一来对施工安全无影响，二来可增加破胶处的裂缝导流能力。

在完成某一段(层)的压裂施工后，后续段(层)的施工，按以上同样的流程及步骤进行。

最后是步骤S160根据设计要求，确定压后是关井一段时间再返排，还是立即返排。返排及压后投产流程，按常规作业流程及标准执行，在此不赘。

本发明针对水平井分段压裂和直井分层压裂中同步破胶技术现场控制难度较大，优化的方法也相对简单，实际做法及效果更是远未达到预期的理想水平的问题，提出了一种压裂过程中非均匀同步破胶技术，该技术能实现裂缝有效改造体积和压后改造效果的最大化，充分挖掘储层的生产潜力，对提高油气藏的开发技术水平和经济效益具有重要意义。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种压裂过程中的非均匀同步破胶方法，包括：

根据储层特性参数和压裂施工参数，模拟地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间；

根据模拟的地层最终裂缝扩展三维形态及井筒和裂缝内温度场及温度恢复时间，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度；

根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度；

根据模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化；

按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂，以实现压裂过程的非均匀同步破胶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度恢复时间由总的施工时间及每段层的施工时间确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度进一步包括：

基于模拟的地层最终裂缝扩展三维形态和裂缝内温度场及温度恢复时间，利用各层段样品分别进行平均浓度破胶实验，其中，

第一段层实验时间为预期的总施工时间与返排前的时间之和，其它层段实验时间按施工时间的先后顺序类推。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用各层段样品分别进行平均浓度破胶实验时，每一层段均同时进行多组平行实验来进行对比分析。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，根据压裂现场施工及返排情况调整各层段平均破胶剂浓度进一步包括：

根据现场施工经验及返排情况计算实验室破胶剂浓度与现场破胶剂浓度的类比系数；

根据所述类比系数指导现场的破胶剂追加。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，对调整后的各层段平均破胶剂浓度进行优化进一步包括：

基于模拟的裂缝内温度场及温度恢复时间，根据各层段的施工时间将对应的层段分为若干个更小的时间段，不同的时间段对应不同的破胶剂浓度，其中，各时间阶段温度相同，破胶剂浓度恒定。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，按优化后的各层段平均破胶剂浓度非均匀注入破胶剂进一步包括：

将过氧化物破胶剂和微胶囊破胶剂按预定比例进行交替循环注入。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

将过氧化物破胶剂和微胶囊破胶剂按预定比例进行交替循环注入，其中，在高砂液比施工阶段，保证同一时间段内破胶剂总量一定及施工顺利安全前提下，调节破胶剂追加浓度使其或高或低，在段塞式加砂时增加不加砂段的压裂液破胶剂浓度。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述预定比例为1：1。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过室内实验确定地层发生同步破胶时的各层段平均破胶剂浓度时，温度值采用压裂施工中的裂缝内平均温度，温度达到地层温度的时间设置为温度场恢复模拟确定的时间。