CN108412477B - 一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法 - Google Patents

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Abstract

一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,基于油藏精细描述、岩石力学参数及地应力测试,借此对压裂工艺进行设计,内容包括:施工参数及泵注程序、堵剂封堵参数、压裂主缝长度、第一次注堵剂时已延伸的主裂缝长度l等;通过在造缝点处选用不同的封堵形式,可实现在薄弱点及非甜点区造缝,提高了造缝的针对性;通过在某造缝点处一次性的部分封堵解堵,实现了在造缝点处造缝且不影响后续造缝点的造缝,同时避免了砂堵的可能性,提高了造缝的有效性;通过部分封堵,实现了在造分支缝的同时主裂缝还可继续延伸,不影响非常规储层造长缝的要求,极大的提高了缝网的复杂程度,增加了储层泄油体积。

Description

一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法
技术领域
本发明专利涉及油气藏增产技术,特别涉及页岩气等非常规油气资源的一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法。
技术背景
据有关国际机构估算,全球油页岩油等非常规石油资源量大约为常规石油资源量的0.5-1.9倍,致密气、页岩气等非常规天然气资源量大约为常规天然气资源量的1.7-13.8倍。而据我国新一轮油气资源评价结果表明,我国非常规原油与常规原油相当,非常规天然气约为常规的5倍以上。可见,有效开发非常规油气对于延迟化石能源使用年限以及保障我国能源安全具有不可轻视的作用。众所周知,非常规储层的典型特征是发育纳米级孔喉系统,基质渗透率非常低,不经过大规模的储层增产改造措施单井一般无自然产能,或自然产能低于工业气流下限。水平井钻井技术和体积压裂技术是目前有效开采非常规油气的核心技术之一,其成功服务于油气田促使北美地区在全球范围内率先开展了页岩气的商业性开发。这是化石能源领域中一次里程碑式的转变,促使世界石油工业从常规油气向非常规油气跨越,推动了世界石油工业理论技术整体升级换代。
体积压裂又称缝网压裂,主要是通过人工压裂使主裂缝与地层中诱导产生的分支缝连通起来,进而形成以“主裂缝”为主干的纵横交错的网络状裂缝。压裂产生的主裂缝垂直于水平井筒,沿着最大主应力方向延伸(此方向易于主裂缝延伸)。诱导产生的分支缝主要有两种机理,一种是当裂缝延伸净压力大于储层天然裂缝或弱胶结面张开所需的临界压力时(即大于两水平主应力差值),产生分支缝;另一种是裂缝延伸净压力大于两个水平主应力差值与岩石的抗张强度之和时在岩石本体形成分支缝。实际压裂中,近井筒处的净压力最高,也就是说近井筒处产生分支缝的概率最大,而主裂缝中端部产生分支缝的概率较小。另外,非常规储层有一个重要特征,岩石脆性指数比较高,此特征在压裂中的表现就是一旦岩石起裂,极易沿着一个方向延伸。由此可见,相比于分支缝,主裂缝更易形成,即实际压裂中很有可能出现主裂缝一直延伸,而诱导产生的分支缝较少。最终形成主裂缝占绝对优势、侧面分支缝较少的缝网系统。此种压裂缝网未能有效沟通储层基质,并未形成真正意义上的“缝网”系统。
Mcguire&Sikore电模拟图表明:在低渗透油气藏中,应以增加裂缝长度为主。据此原理,页岩气等非常规油气藏体积压裂中应尽量造长缝。但压后产能模拟表明,一味的造长缝并不能有效的改善储层,且压后产量递减速度快。原因是非常规储层基质渗透率特别低,只有受到激励的主裂缝附近储层才能对产量有所贡献,而垂直于人工主裂缝壁面方向未受改造的储层渗透率很差,不能提供有效的垂向渗流能力。
综上所述,页岩气等非常规储层实施体积压裂中在保证主裂缝长度的同时,应尽可能的造分支缝将主裂缝侧面的储层基质沟通起来,形成真正意义上的网络缝网,增加储层泄油体积。
由上述分支缝的形成机理可知,能否形成缝网的关键在于裂缝内净压力是否高于储层弱面或天然裂缝张性和剪切断裂所需的临界压力,或高于岩石本体破裂所需要的临界压力,故而缝网压裂设计的重点在于设计一种工艺尽可能的增加裂缝内净压力。研究表明,影响裂缝内净压力的因素主要分为两类:储层特征参数和施工参数,储层特征参数包括垂向主应力剖面、弹性模量、泊松比和断裂韧性等,不可人为控制;施工参数包括施工排量、压裂液粘度和砂比等,可人为控制。目前,非常规储层体积压裂大多使用滑溜水作压裂液,以“大排量、低砂比、低粘度”的施工方式进行施工,目的就是为了尽可能的增加缝网改造体积。但是,施工排量往往受限于地面管线、管柱的压力极限以及地面高压泵组提供的泵压,不可能无限增大,而低粘度的滑溜水又使得砂比不能太大。故而需要转变思路,寻找一种新的压裂工艺来提高裂缝内净压力。
近年来,国内外学者提出了许多通过增加裂缝内净压力来造分支缝的新工艺新技术,主要包括:端部脱砂技术,暂堵压裂技术,层内液体爆炸技术,定向排状射孔多缝压裂技术,主裂缝内净压力控制方法等。
端部脱砂压裂技术分两个不同的阶段:第一阶段是造缝到端部脱砂,形成砂堵阻止裂缝向前端及上下端延伸;第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段。其成功的关键是裂缝的周边脱砂,裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的,但实际施工中常出现裂缝顶部不能完全脱砂,影响了最终的压裂效果。该项技术所造缝的突出特点是短而宽,这与在低渗透储层中造长缝相矛盾,故而此技术用在中高渗储层及重复压裂中尚可,但在非常规储层中应用似乎并不太匹配。
暂堵压裂技术的工艺思路是:首先与普通压裂一样正常施工,加入常规粒径支撑剂,逐级提高砂比;当达到设计砂比且形成所需长度的主裂缝时,降低砂比或停止加砂,加入封堵剂憋压形成分支缝;最后,加入常规粒径支撑剂将形成的分支缝支撑起来。该技术的典型特征是将已形成的主裂缝全部堵住,进而憋压提高缝内净压力造分支缝。
层内液体爆炸压裂技术的工艺思路是:首先通过水力压裂形成一条主缝,然后将含能敏感压裂液作为携砂液注入裂缝内,顶替药是特种火药,作为点火剂但不爆炸。通过控制爆炸时间,可在预定时间内形成以水力主裂缝为主的多裂缝网络系统。该技术目前尚在室内进行实验研究,现场应用主要担心安全问题。
主裂缝内净压力控制方法的工艺思路是:首先是储层的精细评价,包括地应力大小、方位及两个水平主应力的差值及横向展布规律研究,渗透率各向异性研究以及地层滤失性的精细评价等;其次,进行主裂缝支撑缝长设计、主裂缝内的净压力优化与控制(排量、粘度、液量敏感性分析及其组合优化)、分叉缝延伸距离及其再次转向的可能性分析、缝网次生缝的油气藏模拟优化及工艺参数初步优化等。
端部脱砂压裂技术、暂堵压裂技术、层内液体爆炸压裂技术在工艺上是先造主缝,之后通过各种途径在主裂缝内增压造分支缝。主裂缝内净压力控制方法是通过对影响裂缝内净压力的各因素进行敏感性分析,最后结合储层特征优化各参数以增加裂缝内净压力进而实现造分支缝。以上各种工艺技术均能在一定程度上造分支缝,形成复杂缝网。但也存在很多局限性,比如,端部脱砂技术所造主缝短;暂堵压裂技术暂堵时将主裂缝全部封堵住,阻碍了主缝的进一步延伸;层内液体爆炸压裂技术可以形成复杂缝网,但未使用支撑剂充填,爆炸结束后部分裂缝可能重新闭合。
鉴于此,要想在非常规储层中造长缝、分支缝,且长缝将各分支缝连接起来形成复杂裂缝网络,一种新的工艺技术经济有效的来解决此问题就成为了研究的方向。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,通过油藏精细描述、实验测定岩石力学参数以及储层地应力测试等手段,掌握储层展布规律、甜点区及非甜点区分布、储层弱胶结面及天然裂缝分布位置、地应力、断裂韧性、岩石抗张强度、两水平主应力差值及其横向展布规律等,在此基础上进行缝网压裂设计,确定主裂缝中需要造分支缝的具体位置、分支缝起裂所需净压力的大小、预计造分支缝的封堵时间ti(从压裂开始算起,到造第i个分支缝所需时间)、压裂主缝长度、第一次注堵剂时已延伸的主裂缝长度l、第i个造缝点堵剂封堵位置距射孔端距离ΔLi、堵塞物封堵形式以及封堵剂性质等;采用封堵物不完全封堵解堵进而实现间歇式的对主裂缝进行部分封堵,具体封堵位置根据油藏精细评价定在储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区,借此可实现在主裂缝的侧面造多个分支缝,同时主裂缝还可继续延伸;采用上封堵、下封堵及上下均封堵三种封堵形式,可实现针对造缝点处储层弱面、天然裂缝以及非甜点区具体位置而造分支缝。
为了达到上述目的,本发明的技术方案为:
一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,包括以下步骤:
(1)缝网压裂可行性分析:对非常规储层进行判断,条件是最大最小水平主应力差范围在2-7MPa;
(2)对非常规储层进行油藏评价、岩石力学及地应力测试,油藏评价内容包括:储层展布规律、甜点区及非甜点区分布、储层弱胶结面及天然裂缝分布;岩石力学参数及地应力测试包括:岩石抗张强度、断裂韧性、两水平主应力差值Δp及其横向展布规律和造缝点起裂压力;
(3)根据油藏精细描述结果、岩石力学参数及地应力测试进行压裂设计,设计内容包括:施工排量Q、砂比S、水力主缝的最终长度L、第一次注堵剂时主裂缝已延伸的长度l、封堵剂距射孔端距离ΔLi、预计造分支缝的净压力Pnet和封堵时间ti、封堵剂性质以及堵塞物封堵形式;
①结合储层物性特征及产能要求,设计最终的压裂主缝长度L。、施工排量Q、砂比S、泵注程序根据同一区块相似压裂井、非常规储层及造缝点特征进行设计,原则上是在工艺设备允许范围内采取“大排量、低砂比、低粘度”的方式进行施工;
②之后通过对储层的精细评价,对各预设造缝点进行排序,这些造缝点包括:储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区;
③确定第一次注堵剂时已延伸的主裂缝长度l,即检测到主裂缝延伸长度达到l时开始注堵剂造第一个分支缝;
④封堵参数设计:
a、确定第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi即距离射孔端距离:
封堵达到临界状态时裂缝内净压力达到分支缝起裂压力,堵剂与压裂壁面上的剪切应力为:
Figure BDA0001616207540000071
根据汤姆斯对于阻力速度μweq的定义,可知:
Figure BDA0001616207540000072
由上述两公式可知,第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi为:
Figure BDA0001616207540000073
其中,阻力速度μweq可通过下式进行计算:
Figure BDA0001616207540000074
颗粒自由沉降速度μp通过丹尼什公式进行计算:
Figure BDA0001616207540000075
上述各式中,ωi为第i个造缝点处的缝宽,ρsc为携砂液密度,ρl、ρs分别为支撑剂密度和压裂液体密度,dp为支撑剂粒径,Rh为水力半径,μa为压裂液视粘度,n为流性指数,ka为压裂液在裂缝中的视粘度,Δpi为第i个造缝点所需的净压力;
b、根据储层弱胶结面、天然裂缝及非甜点区岩石起裂压力大小,确定第i个造缝点处分支缝起裂所需的净压力Pnet
在天然裂缝发育或储层弱面造分支缝,发生张性断裂所需裂缝内净压力为:
Figure BDA0001616207540000081
Figure BDA0001616207540000082
时,Pnet取最大值,即:Pnet(m)=σHh;可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差值,天然裂缝或储层弱面便会发生张性断裂而起裂;
天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂所需净压力为:
Figure BDA0001616207540000083
Figure BDA0001616207540000084
时,Pnet取最大值,即:
Figure BDA0001616207540000085
天然裂缝或储层弱面处粘聚力τ0=0,因此天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂的最大值同样为两水平主应力差值;θ为天然裂缝或胶结弱面与最大水平主应力的夹角;
非甜点区造缝即在岩石本体物性差的区域造分支缝,所需裂缝内净压力为:Pnet=-(σHh)-St,可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差与岩石抗张强度之和便可在岩石本体形成分支缝。
综上,造缝点处所需的净压力可分为两类,一类是在天然裂缝或储层弱面造分支缝,其所需的裂缝内净压力为两水平主应力差值;另一类是非甜点区造缝,其所需的裂缝内净压力为两水平应力差与岩石抗张强度之和;因此,根据各造缝点的岩石力学参数及地应力大小,就可确定相应的憋压数值。
c、设计第i个造缝点所需的堵剂性质,预计在第i个造缝点进行造缝时,计算出堵剂在设计排量下从配液罐输送到设计造缝点封堵位置ΔLi所需的时间ti,据此设计相应的封堵剂,确保其在达到第i个造缝点封堵位置时开始与支撑剂相互粘合、沉淀,形成一定高度的堵柱,此堵柱不完全封堵裂缝,目的是憋压造分支缝的同时主缝还可继续延伸,当地面检测到分支缝起裂延伸后,注入催化物质B促使封堵物质溶解于携砂液中且没有任何残渣;这样便完成了第i个造缝点处的造缝,同时主缝还可继续延伸;
d、设计造缝点的封堵形式,如果造缝点位于缝高的上端,采用上封堵;如果造缝点位缝高下部,采用下封堵;如果造缝点位于缝高中间位置,采用上下均封堵。
所述的封堵剂性质有两种性质,包括低密度封堵物A1和高密度封堵物A2,封堵物A1密度低于携砂液,其在输送到造缝点时漂浮于携砂液上面,即在裂缝顶端与支撑剂胶合,形成上封堵;封堵物A2密度高于携砂液,其在输送到造缝点时基本沉降到裂缝底端,即在裂缝底部与支撑剂胶合,形成下封堵;对于需要实施上下均封堵的造缝点,只需将封堵物A1和封堵物A2同时泵入,便可在造缝点处形成上下封堵。
本发明专利的有益效果是:
文献调研现有体积压裂中通过造分支缝进而实现压出网络状缝网的几种工艺思路及技术,总结出了这些工艺的共同点:先造主缝,再通过各种增压途径造分支缝。通过对这些工艺思路的原理、所压缝网特性进行分析,笔者提出了一种新的思路来造分支缝。本发明专利一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的新工艺及原理,通过对非常规储层进行精细评价及地应力测试,掌握储层展布规律、甜点区及非甜点区分布、最大最小水平主应力差值及分布、岩石力学性质等基础参数,在此基础上进行缝网压裂设计,确定最终的压裂主缝长度、分支缝起裂所需的净压力大小、相关封堵参数;采用封堵物封堵解堵进而实现间歇式的对主裂缝进行部分封堵,具体封堵位置根据油藏精细评价定在储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区,借此可实现在主裂缝的侧面造多个分支缝,同时主裂缝还可继续延伸;采用上封堵、下封堵及上下均封堵三种封堵形式,可实现针对造缝点处储层弱面、天然裂缝以及非甜点区具体位置而造分支缝。
附图说明
图1为压裂缝网结构示意图。
图2为造缝点处的三种封堵形式示意图。
图3为部分封堵缝中造缝结构原理图。
图4为水力压裂部分封堵缝中造缝示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利的工艺及相关原理进行详细叙述。
一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,包括以下步骤:
1)缝网压裂可行性分析:对非常规储层是否可使用该工艺进行判断,条件是最大最小水平主应力差范围在2-7MPa。力学条件表明,缝内封堵产生的净压力超过最大最小水平主应力差(2.3-7MPa)时,就可以摆脱地应力场对压裂裂缝方向的控制,实现裂缝转向。室内实验研究表明,国内非常规储层的抗张强度在3MPa左右,最大最小水平主应力差范围为2-7MPa,这些条件为非常规储层压裂裂缝转向创造了有利物质条件。此条件也可作为非常规储层是否可应用间歇式部分封堵缝中造缝技术进行压裂施工的判断依据。
2)经判断可使用间歇式部分封堵缝中造缝工艺进行压裂的非常规储层,对其油藏进行精细评价、岩石力学及地应力测试,油藏评价内容包括:储层展布规律、甜点区及非甜点区分布、储层弱胶结面及天然裂缝分布;岩石力学参数及地应力测试包括:岩石抗张强度、断裂韧性、两水平主应力差值Δp及其横向展布规律和造缝点起裂压力等。
3)根据油藏精细描述结果、岩石力学参数及地应力测试进行压裂设计,设计内容包括:施工排量Q、砂比S、水力主缝的最终长度L、第一次注堵剂时主裂缝已延伸的长度l、封堵剂距射孔端距离ΔLi、预计造分支缝的净压力Pnet和封堵时间ti、封堵剂性质以及堵塞物封堵形式等。
①结合储层物性特征及产能要求,设计最终的压裂主缝长度L。施工排量Q、砂比S、泵注程序根据同一区块相似压裂井、非常规储层及造缝点特征进行设计,原则上是在工艺设备允许范围内采取“大排量、低砂比、低粘度”的方式进行施工。
②之后通过对储层的精细评价,对各预设造缝点进行排序,1、2、3、4、5……i……,这些造缝点包括:储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区。造缝点分布示意图如附图1所示。
③确定第一次注堵剂时已延伸的主裂缝长度l(此长度范围内已包含若干个设计造缝点),即检测到主裂缝延伸长度达到l时开始注堵剂造第一个分支缝。
④封堵参数设计:
a、确定第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi(距离射孔端距离):
封堵达到临界状态时(裂缝内净压力达到分支缝起裂压力),堵剂与压裂壁面上的剪切应力为:
Figure BDA0001616207540000121
根据汤姆斯对于阻力速度μweq的定义,可知:
Figure BDA0001616207540000122
由上述两公式可知,第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi为:
Figure BDA0001616207540000123
其中,阻力速度μweq可通过下式进行计算:
Figure BDA0001616207540000124
颗粒自由沉降速度μp通过丹尼什公式进行计算:
Figure BDA0001616207540000125
上述各式中,ωi为第i个造缝点处的缝宽,ρsc为携砂液密度,ρl、ρs分别为支撑剂密度和压裂液体密度,dp为支撑剂粒径,Rh为水力半径,μa为压裂液视粘度,n为流性指数,ka为压裂液在裂缝中的视粘度,Δpi为第i个造缝点所需的净压力。
b、根据储层弱胶结面、天然裂缝及非甜点区岩石起裂压力大小,确定第i个造缝点处分支缝起裂所需的净压力Pnet
在天然裂缝发育或储层弱面造分支缝,发生张性断裂所需裂缝内净压力为:
Figure BDA0001616207540000126
Figure BDA0001616207540000127
时,Pnet取最大值,即:Pnet(m)=σHh。可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差值,天然裂缝或储层弱面便会发生张性断裂而起裂。
天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂所需净压力为:
Figure BDA0001616207540000131
Figure BDA0001616207540000132
时,Pnet取最大值,即:
Figure BDA0001616207540000133
一般认为天然裂缝或储层弱面处粘聚力τ0=0,因此天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂的最大值同样为两水平主应力差值。(θ为天然裂缝或胶结弱面与最大水平主应力的夹角)
非甜点区造缝(非储层弱面或天然裂缝,且物性比较差的区域),即在岩石本体物性差的区域造分支缝,所需裂缝内净压力为:Pnet=-(σHh)-St。可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差与岩石抗张强度之和便可在岩石本体形成分支缝。
综上,造缝点处所需的净压力可分为两类,一类是在天然裂缝或储层弱面造分支缝,其所需的裂缝内净压力为两水平主应力差值;另一类是非甜点区造缝,其所需的裂缝内净压力为两水平应力差与岩石抗张强度之和。因此,根据各造缝点的岩石力学参数及地应力大小,就可确定相应的憋压数值。
c、设计第i个造缝点所需的堵剂性质。预计在第i个造缝点进行造缝时,计算出堵剂在设计排量下从配液罐输送到设计造缝点封堵位置ΔLi所需的时间ti,据此设计相应的封堵剂,确保其在达到第i个造缝点封堵位置时开始与支撑剂相互粘合、沉淀,形成一定高度的堵柱。此堵柱不完全封堵裂缝,目的是憋压造分支缝的同时主缝还可继续延伸。封堵机理是堵塞物减小了携砂液的过流截面,促使携砂液在裂缝内憋压引起主裂缝侧面起裂形成分支缝。当地面检测到分支缝起裂延伸后,注入催化物质B促使封堵物质溶解于携砂液中。这样便完成了第i个造缝点处的造缝,同时主缝还可继续延伸。
d、设计造缝点的封堵形式。非常规储层非均质性很强,不同造缝点处的储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区在缝高上的分布位置不同。为了增加造缝的针对性,本发明专利一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的新工艺及原理设有三种封堵形式:上封堵、下封堵和上下均封堵。具体采用哪种封堵形式根据计划造缝点在缝高上的位置确定:如果造缝点位于缝高的上端,采用上封堵;如果造缝点位缝高下部,采用下封堵;如果造缝点位于缝高中间位置,采用上下均封堵。封堵示意图详见图2所示。
4)按照步骤3)所述的方案进行压裂施工。
所述的封堵物有两种,低密度封堵物A1和高密度封堵物A2。封堵物A1密度低于携砂液,其在输送到造缝点时漂浮于携砂液上面,即在裂缝顶端与支撑剂胶合,形成上封堵。封堵物A2密度高于携砂液,其在输送到造缝点时基本沉降到裂缝底端,即在裂缝底部与支撑剂胶合,形成下封堵。对于需要实施上下均封堵的造缝点,只需将封堵物A1和封堵物A2同时泵入,便可在造缝点处形成上下封堵。详细见图3与图4。
所述的催化物质B,其主要功能是遇到封堵物A1、A2时能促使其快速溶解于压裂液中,且没有任何残渣。
所述的地面检测到分支缝起裂,是通过井口施工压力确定的。一旦分支缝起裂延伸,压裂液便会转向进入分支缝,导致裂缝内净压力减小,相应的井口实测压力也会减小。通过井口压力施工曲线上压力突变减小便可判断分支缝是否起裂。

Claims (2)

1.一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)缝网压裂可行性分析:对非常规储层进行判断,条件是最大最小水平主应力差范围在2-7MPa;
(2)对非常规储层进行油藏评价、岩石力学及地应力测试,油藏评价内容包括:储层展布规律、甜点区及非甜点区分布、储层弱胶结面及天然裂缝分布;岩石力学参数及地应力测试包括:岩石抗张强度、断裂韧性、两水平主应力差值Δp及其横向展布规律和造缝点起裂压力;
(3)根据油藏精细描述结果、岩石力学参数及地应力测试进行压裂设计,设计内容包括:施工排量Q、砂比S、水力压裂主缝的最终长度L、第一次注堵剂时主裂缝已延伸的长度l、封堵剂距射孔端距离ΔLi、预计造分支缝的净压力Pnet和封堵时间ti、封堵剂性质以及堵塞物封堵形式;
①结合储层物性特征及产能要求,水力压裂主缝的最终长度L、施工排量Q、砂比S、泵注程序根据同一区块相似压裂井、非常规储层及造缝点特征进行设计,原则上是在工艺设备允许范围内采取“大排量、低砂比、低粘度”的方式进行施工;
②之后通过对储层的精细评价,对各预设造缝点进行排序,这些造缝点包括:储层弱面、天裂缝发育部位以及非甜点区;
③确定第一次注堵剂时已延伸的主裂缝长度l,即检测到主裂缝延伸长度达到l时开始注堵剂造第一个分支缝;
④封堵参数设计:
a、确定第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi即距离射孔端距离:
封堵达到临界状态时裂缝内净压力达到分支缝起裂压力,堵剂与压裂壁面上的剪切应力为:
Figure FDA0002714017220000021
根据汤姆斯对于阻力速度μweq的定义,可知:
Figure FDA0002714017220000022
由上述两公式可知,第i个造缝点的堵剂封堵位置ΔLi为:
Figure FDA0002714017220000023
其中,阻力速度μweq可通过下式进行计算:
Figure FDA0002714017220000024
颗粒自由沉降速度μp通过丹尼什公式进行计算:
Figure FDA0002714017220000025
上述各式中,ωi为第i个造缝点处的缝宽,ρsc为携砂液密度,ρl、ρs分别为支撑剂密度和压裂液体密度,dp为支撑剂粒径,Rh为水力半径,μa为压裂液视粘度,n为流性指数,ka为压裂液在裂缝中的视粘度,Δpi为第i个造缝点所需的净压力;
b、根据储层弱胶结面、天然裂缝及非甜点区岩石起裂压力大小,确定第i个造缝点处分支缝起裂所需的净压力Pnet
在天然裂缝发育或储层弱面造分支缝,发生张性断裂所需裂缝内净压力为:
Figure FDA0002714017220000026
Figure FDA0002714017220000027
时,Pnet取最大值,即:Pnet(m)=σHh;可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差值,天然裂缝或储层弱面便会发生张性断裂而起裂;
天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂所需净压力为:
Figure FDA0002714017220000031
Figure FDA0002714017220000032
时,Pnet取最大值,即:
Figure FDA0002714017220000033
天然裂缝或储层弱面处粘聚力τ0=0,因此天然裂缝或储层弱面发生剪切断裂的最大值同样为两水平主应力差值;θ为天然裂缝或胶结弱面与最大水平主应力的夹角,参数Kf为天然裂缝面的摩擦因数;
非甜点区造缝即在岩石本体物性差的区域造分支缝,所需裂缝内净压力为:Pnet=-(σHh)-St,可见,只要裂缝内净压力大于两水平主应力差与岩石抗张强度之和便可在岩石本体形成分支缝,参数St为岩石的抗张强度;
综上,造缝点处所需的净压力分为两类,一类是在天然裂缝或储层弱面造分支缝,其所需的裂缝内净压力为两水平主应力差值;另一类是非甜点区造缝,其所需的裂缝内净压力为两水平应力差与岩石抗张强度之和;因此,根据各造缝点的岩石力学参数及地应力大小,就可确定相应的憋压数值;
c、设计第i个造缝点所需的堵剂性质,预计在第i个造缝点进行造缝时,计算出堵剂在设计排量下从配液罐输送到设计造缝点封堵位置ΔLi所需的时间ti,据此设计相应的封堵剂,确保其在达到第i个造缝点封堵位置时开始与支撑剂相互粘合、沉淀,形成一定高度的堵柱,此堵柱不完全封堵裂缝,目的是憋压造分支缝的同时主缝还可继续延伸,当地面检测到分支缝起裂延伸后,注入催化物质B促使封堵物质溶解于携砂液中且没有任何残渣;这样便完成了第i个造缝点处的造缝,同时主缝还可继续延伸;
d、设计造缝点的封堵形式,如果造缝点位于缝高的上端,采用上封堵;如果造缝点位缝高下部,采用下封堵;如果造缝点位于缝高中间位置,采用上下均封堵。
2.根据权利要求1所述的一种体积压裂中间歇式部分封堵缝中造缝的方法,其特征在于,所述的封堵剂性质有两种性质,包括低密度封堵物A1和高密度封堵物A2,封堵物A1密度低于携砂液,其在输送到造缝点时漂浮于携砂液上面,即在裂缝顶端与支撑剂胶合,形成上封堵;封堵物A2密度高于携砂液,其在输送到造缝点时基本沉降到裂缝底端,即在裂缝底部与支撑剂胶合,形成下封堵;对于需要实施上下均封堵的造缝点,只需将封堵物A1和封堵物A2同时泵入,便可在造缝点处形成上下封堵。
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