CN108661617B - 一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于石油天然气工程开采技术领域的一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法。该方法包括以下步骤：将低温工作液体注入高温地层，利用它们间的高温度差产生强烈的冷热应力冲击作用，诱使井周岩石产生微裂缝，然后注入压裂液使微裂缝继续向前扩展，最后注入暂堵转向液桥堵人工裂缝迫使裂缝转向形成多分支裂缝，至少进行一次上述步骤。本发明的压裂方法不仅能形成多条人工裂缝，增大渗流面积，提高单井产量和经济效益，可以降低破裂压力，解决高温地层中由于暂堵转向压力较高压裂施工风险，保证施工安全进行。本发明适用于干热岩、深层页岩气、深层致密油气等高温地层；既可用于直井压裂施工，也可应用于水平井、斜井等的压裂施工。

Description

一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法

技术领域

本发明属于石油天然气工程开采技术领域，特别涉及一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法。

背景技术

随着世界范围内勘探开发技术的逐步发展，各国工程人员不断向地下深层资源进军，比如干热岩、深层页岩气、深层致密油气等，如何高效开采蕴藏于深层中的能源是当前研究的新热点之一。

由于深层岩石的基质渗透率往往很低，必须通过水力压裂改造技术形成复杂缝网才能进行高效开发。然而由于深层岩石埋藏深，其塑性特征增强、三向应力增加、破裂压力较高，使得压裂形成复杂缝网的难度较大。因此，如何增强缝网复杂程度是高效开采深层资源的关键问题之一。

近年来，暂堵转向压裂技术是提高致密储层产量的有效手段。然而，由于深层页岩地应差大，裂缝转向难度大。低温作用下，岩石内部将产生热应力，促进“热破裂”现象发生，实验表明可使其破坏强度最大降幅可达47.68％。深层岩石一般处于“高温”环境，若注入低温液体，高温差将形成冷热冲击作用，岩石将产生热损伤裂缝，同时热产生的裂缝也降低了后续施工压力。因此，将热应力冲击破岩与暂堵转向相结合，可增加复杂的高温地层裂缝，以促进高导流多裂缝的形成。

本发明给出了一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法，可用来高效开采深层资源，同时可以降低施工压力，确保水力压裂安全进行。

发明内容

本发明的目的提供一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法，其特征在于，该方法是将热应力冲击破岩与暂堵转向相结合的增强压裂高温地层缝网的方法；包括如下步骤：

1)以1.0-10.0立方米/分钟的排量向高温地层中注入100-300立方米的低温液体，由于高温地层与注入冷液体间温度差值较大，岩石中将产生较强的热应力冲击作用，从而使井周岩石产生人工微裂缝；

2)以3.0-10.0立方米/分钟的排量向地层注入100-500立方米的压裂液，使步骤1)中产生的微裂缝继续向前扩展；

3)以1.0-2.0立方米/分钟的排量向地层注入30-60立方米的暂堵转向液，对步骤2)中形成的人工裂缝端部进行桥堵；

4)以3.0-10.0立方米/分钟的排量向地层注入100-500立方米的压裂液，提升步骤3)桥堵的人工裂缝内压力，逼迫在新的方向上形成人工裂缝；

5)重复步骤1)到步骤4)，形成2至10次循环，将热应力冲击与暂堵转向相结合，以增加形成的人工裂缝网络的复杂程度，扩大渗流面积；

6)以3.0-10.0立方米/分钟的排量向地层注入100-500立方米砂比为5％-30％的携砂液支撑裂缝；

7)以2.0立方米/分钟的排量向至少一个施工管柱或井筒注入顶替液进行顶替，顶替步骤6)井筒中的携砂液。

所述高温地层包括干热岩、深层页岩气、深层碳酸盐岩油气层和深层致密砂岩油气层。

所述低温液体采用液氮、液态烃、液化天然气或液体二氧化碳。

所述压裂液采用瓜胶压裂液、清洁压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液和油基压裂液中一种或一种以上；在实施过程中，根据实际情况进行调配得到适合的压裂液。

所述暂堵转向液包括转向剂和携带液，转向剂与携带液重量比为：(1-10)：100；转向剂包括可降解纤维、细粒级苯甲酸或苯甲酸盐、油溶性树脂、蜡聚合物；所述携带液为清水、滑溜水压裂液、低浓度瓜胶、粘弹性表面活剂压裂液也称清洁压裂液、或低粘度瓜胶溶液。

所述携砂液由压裂液和支撑剂组成，压裂液采用通用的清水、滑溜水压裂液、低浓度瓜胶、粘弹性表面活性剂压裂液和油基压裂液中一种或一种以上；支撑剂为20-40目或30-50目的石英砂、陶粒、或二氧化硅低密度支撑剂；其中滑溜水的组成为0.1wt％瓜胶+清水。

所述顶替液为滑溜水、瓜胶及其衍生物、田菁胶及其衍生物。

在步骤2)的压裂液和步骤6)的携砂液注入地层后，分别尾追0.01％-0.2％(以压裂液的体积为计算基准)的破胶剂的步骤；所述破胶剂为过硫酸铵或者过硫酸铵与胶囊破胶剂的组合。

所述步骤6)中的地层类型包括深层砂岩、干热岩和深层页岩气；若地层为干热岩，还能够直接注入清水和滑溜水，不必强制注入携砂液；若地层为深层碳酸盐岩地层，所述步骤6)改为以3.0-10.0立方米/分钟的排量向地层注入100-500立方米酸液，酸液包括地面交联酸、温控变粘酸、清洁转向酸、粘弹性泡沫酸、或泡沫酸。

所述进行压裂改造的井类型包括高温储层中的直井、水平井或斜井。

本发明的有益效果如下：

本发明将热应力冲击破岩与暂堵转向相结合的思想是一方面利用低温液体和高温地层间的高温差，促使形成冷热冲击作用，岩石将产生热损伤裂缝，同时热产生的裂缝也降低了后续施工压力，另一方面，利用暂堵材料在缝内产生桥堵作用，提升裂缝内净压力，逼迫裂缝转向，促进分支裂缝的形成，二者相结合，可以促进高导流多裂缝的形成，就是说可以降低高温地层的施工压力，解决高温地层中由于暂堵转向压力较高压裂施工风险，保证安全施工，同时增加高温地层的人工裂缝复杂程度，大幅提高储层的渗透性。该压裂方法既适用于直井，也适用于斜井、水平井等井型。

附图说明

图1为采用本压裂方法所形成的复杂裂缝形态示意图。

具体实施方式

本发明提供一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法，该方法是将热应力冲击破岩与暂堵转向相结合的增强压裂高温地层缝网的方法；现结合附图和实施例对本发明进行以下详细说明。

实施例

图1所示的X井是某构造带上的一口预探井，是采用本压裂方法所形成的复杂裂缝形态示意图；钻探目的为了解石炭系砂岩储层的横向变化及含油气规律，探索志留系砂岩及下奥陶统碳酸盐岩的含油气性。本井钻至加深设计井深5300m完钻，井底地层为中下奥陶统，现人工井底为4458.0m。该井压裂改造目的层段为4374.5-4413.5m，跨度39m，射孔段为4374.5-4391.5m、4410.0-4413.5m，射孔厚度20.5m。具有采用增强高温砂岩地层人工裂缝复杂度的压裂改造方法，其包括以下步骤：

步骤1：使用120立方米的液氮、液态烃、液化天然气或液体二氧化碳，以4.0立方米/分钟排量注入地层，以产生热应力，在井周形成人工微裂缝；

步骤2：使用200立方米瓜胶压裂液、清洁压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液和油基压裂液中一种以4.5立方米/分钟排量注入地层，使步骤1产生的人工裂缝继续向前扩展；

步骤3：以1.5立方米/分钟的排量向地层注入30立方米的暂堵转向液，对第2步中形成的人工裂缝端部进行桥堵；其中暂堵转向液采用转向剂为可降解纤维、细粒级苯甲酸或苯甲酸盐、油溶性树脂和蜡聚合物中一种，并与携带液为清水或滑溜水压裂液以体积比9：100混合而成。

步骤4：以4.0立方米/分钟的排量向地层注入200立方米的压裂液，提升第3步桥堵的人工裂缝内压力，逼迫在新的方向上形成人工裂缝；

步骤5：重复步骤1到步骤4形成2次循环，将热应力冲击与暂堵转向相结合，以增加形成的人工裂缝网络的复杂程度，扩大渗流面积；

步骤6：以3.5立方米/分钟的排量向地层注入200立方米砂比为20％的携砂液支撑裂缝；

步骤7：以2.0立方米/分钟的排量向井筒注入25立方米顶替液进行顶替。

X井使用上述压裂方法进行施工后，用6毫米油咀求产，油压10兆帕，日产油25.1吨，日产水2.6吨。

上述瓜胶压裂液包括压裂液基液和交联液，以重量分数计，压裂液基液包括100份淡水、0.45份稠化剂、0.025份柠檬酸、0.6份NaOH、1份助排剂、1份破乳剂、0.1份甲醛、0.01份过硫酸铵(破胶剂)。

以重量份数计，交联液包括2份有机硼交联剂，有机硼交联剂与压裂液基液交联比为100:3。

上述暂堵转向液包括携带液和转向剂，携带液为清洁压裂液，以重量份数计，该清洁压裂液包括100份淡水、5份粘弹性表面活性剂，转向剂为可降解纤维，转向剂与携带液的重量比为100：2。

上述携砂液包括压裂液和支撑剂，支撑剂为30-50目陶粒。

上述顶替液，以重量份数计，包括100份淡水、0.2份稠化剂；稠化剂采用瓜胶及其衍生物或田菁胶及其衍生物。

Claims (4)

1.一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法，该方法是将热应力冲击破岩与暂堵转向相结合的增强压裂高温地层缝网的方法；包括：

步骤1)以1.0-10.0立方米/分钟排量的低温液体向高温地层中注入100-300立方米；由于高温地层与注入的低温液体间温度差值大，岩石中将产生强的热应力冲击作用，从而使井周岩石产生人工裂缝；其中低温液体为液氮、液态烃或液化天然气；

步骤2)以3.0-10.0立方米/分钟排量向地层注入100-500立方米的压裂液，其中，压裂液包括清洁压裂液或油基压裂液中一种或一种以上的压裂液；在实施过程中，根据实际情况进行调配得到适合的压裂液；使步骤1)中产生的人工裂缝继续向前扩展；

步骤3)以1.0-2.0立方米/分钟的排量向高温地层注入30-60立方米的暂堵转向液，对步骤2)中形成的人工裂缝端部进行桥堵；步骤4)以3.0-10.0立方米/分钟的排量向高温地层注入100-500立方米的压裂液，提升步骤3)桥堵的人工裂缝内净压力，逼迫在新的方向上形成人工裂缝；

步骤5)重复步骤1)到步骤4)，循环2至10次，将热应力冲击与暂堵转向相结合，以增加形成的人工裂缝网络的复杂程度，扩大渗流面积；

步骤6)以3.0-10.0立方米/分钟的排量向高温地层注入100-500立方米的携砂液支撑人工裂缝；其携砂液的砂比为5％-30％；

步骤7)以2.0立方米/分钟的排量向至少一个施工管柱或井筒注入顶替液，顶替步骤6)井筒中的携砂液；

所述携砂液由压裂液和支撑剂组成，压裂液采用通用的清水、滑溜水压裂液、低浓度瓜胶、粘弹性表面活性剂压裂液和油基压裂液中一种或一种以上；支撑剂为20-40目或30-50目的石英砂、陶粒、或二氧化硅低密度支撑剂；其中滑溜水的组成为0.1wt％瓜胶+清水。

2.根据权利要求1所述一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法，其特征在于，在步骤2)的压裂液和步骤6)的携砂液注入高温地层后，以体积比计算分别尾追0.01％-0.2％的破胶剂；所述破胶剂为过硫酸铵或者过硫酸铵与胶囊破胶剂的组合。

3.一种增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法在钻探油气井中的应用，其特征在于，钻探油气井目的是为了解石炭系砂岩储层的横向变化及含油气规律，探索志留系砂岩及下奥陶统碳酸盐岩的含油气性；本钻探油气井钻至加深设计井深5300m完钻，井底地层为中下奥陶统，现人工井底为4458.0m；该井压裂改造层段为4374.5-4413.5m，跨度39m，射孔段为4374.5-4391.5m、4410.0-4413.5m，射孔厚度20.5m；所述增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法包括以下步骤：

步骤1：使用120立方米的低温液体以4.0立方米/分钟排量注入地层，此时，高温地层与注入低温液体间温度差值大以产生热应力，促使形成冷热冲击作用，岩石中将产生强的热应力冲击作用，在井周形成人工裂缝；同时热应力产生的人工裂缝也降低了后续施工压力；其低温液体为液氮、液态烃、液化天然气或液体二氧化碳；

步骤2：使用200立方米瓜胶压裂液、清洁压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液和油基压裂液中的一种压裂液，以4.5立方米/分钟排量注入高温地层，使步骤1产生的人工裂缝继续向前扩展；

步骤3：以1.5立方米/分钟的排量向高温地层注入30立方米的暂堵转向液，对第2步中形成的人工裂缝端部进行桥堵；其中暂堵转向液采用转向剂为可降解纤维、细粒级苯甲酸或苯甲酸盐、油溶性树脂和蜡聚合物中一种，并与携带液以体积比9：100混合而成；其中携带液为清水或滑溜水压裂液；

步骤4：以4.0立方米/分钟的排量向高温地层注入200立方米的压裂液，提升第3步桥堵的人工裂缝内压力，逼迫在新的方向上形成人工裂缝；

步骤5：重复步骤1到步骤4形成2次循环，将热应力冲击与暂堵转向相结合，以增加形成的人工裂缝网络的复杂程度，扩大渗流面积；

步骤6：以3.5立方米/分钟的排量向高温地层注入200立方米砂比为20％的携砂液支撑人工裂缝；

步骤7：以2.0立方米/分钟的排量向井筒注入25立方米顶替液进行顶替；

该井压裂改造使用上述压裂方法进行施工后，用6毫米油咀求产，油压10兆帕，日产油25.1吨，日产水2.6吨。

4.根据权利要求3所述增加高温地层人工缝网复杂程度的压裂方法在钻探油气井中的应用，其特征在于，所述瓜胶压裂液包括压裂液基液和交联液，以重量分数计，压裂液基液包括100份淡水、0.45份稠化剂、0.025份柠檬酸、0.6份NaOH、1份助排剂、1份破乳剂、0.1份甲醛、0.01份作为破胶剂的过硫酸铵；其中以重量份数计，交联液包括2份有机硼交联剂；有机硼交联剂与压裂液基液交联比为100:3。

Images