CN108729897A

CN108729897A - 一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法

Info

Publication number: CN108729897A
Application number: CN201810497419.0A
Authority: CN
Inventors: 邹雨时; 李四海; 马新仿; 李宁; 陈铭; 张兆鹏; 周佳维
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2018-11-02
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: CN108729897B

Abstract

本发明提供一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，包括如下步骤：1)第一注入阶段：向目标储层注入第一滑溜水压裂液；2)第二注入阶段：向目标储层注入液态二氧化碳压裂液；3)第三注入阶段：向目标储层注入第二滑溜水压裂液；4)第四注入阶段：向目标储层注入液态二氧化碳压裂液；5)第四注入阶段结束后，进行焖井；6)第五注入阶段：向目标储层注入第二滑溜水压裂液；7)第六注入阶段：向目标储层注入第一滑溜水压裂液；其中，第二滑溜水压裂液包括所述第一滑溜水压裂液和支撑剂。该方法通过在不同阶段注入不同性能的压裂液，合理利用二氧化碳的化学和物理特性，达到提高水力裂缝复杂程度、压裂液反排率以及油气产量的目的。

Description

一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法

技术领域

本发明涉及技一种非常规储层的压裂技术，尤其涉及一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，属于储层增产改造技术研究领域。

背景技术

我国非常规油气资源丰富，初步评价中国非常规油气资源可采资源量为(890～1260)×10⁸t油气当量，是常规油气资源的3倍左右。非常规油气储层具有油气大面积连续分布、低孔低渗及产量递减快等特点。通过水力压裂技术在储层形成复杂的裂缝网络，改善油气运移条件，是高效开发非常规油气资源的关键一环。

目前非常规储层压裂主要采用滑溜水、线性胶等低粘度水基压裂液，有利于形成缝网，提高储层改造效果。但水基压裂液不适用于水敏性、水相圈闭地层，且存在耗水量巨大、化学试剂污染环境等问题，因此，有必要发展无水压裂技术。二氧化碳压裂作为一种无水压裂技术，具有节约水资源、降低地层伤害、提高采收率和实现二氧化碳埋存等优点，是非常规储层压裂的重要技术。从上个世纪八十年代初开始，国内外已经进行了大量的二氧化碳压裂矿场实践，如二氧化碳干法压裂、二氧化碳泡沫压裂，并取得了良好的增产效果。然而关于二氧化碳复合压裂的相关研究较少。目前，国内相关复合压裂方法的研究现状如下：

公开号为CN104564000A的中国发明专利申请，公开了一种煤层气井活性水–氮气泡沫复合压裂增产方法。该方法适用于低压低渗透煤储层，具体表现为先用液氮泵车向储层注入氮气，然后用水力压裂车注入活性水，压裂结束后放喷返排。该技术可提高煤层气井活性水压裂改造后的反排率，利于煤层气井瓦斯快速解吸和产气量的提高。

公开号为CN105888641A的中国发明专利申请，公开了一种二氧化碳–减阻水复合压裂方法。该方法适用于低渗透油气层压裂改造，具体表现为通过先向地层中注入液态二氧化碳压裂液，再注入未添加支撑剂的减阻水压裂液，最后注入携带支撑剂的减阻水压裂液，达到增强裂缝成效及提高单井产量和反排率的效果。

以上两种复合压裂方法，都是利用了氮气和二氧化碳的低粘度和低密度物理性质，达到提高返排率和增强裂缝复杂程度的效果。然而，二氧化碳除具有以上物理性质外，还具有特殊的化学特性，因此，如何同时利用二氧化碳的物理性质以及化学性质以充分提高二氧化碳的利用率、增强二氧化碳对储层的压裂改造效果、提高油气产量是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，该方法通过在不同阶段注入不同性能的压裂液，合理利用二氧化碳的化学性质和物理特性，从而达到提高水力裂缝复杂程度、压裂液返排率以及有效提高油气采收率。该方法适用于碳酸盐岩和长石含量较高的致密砂岩、页岩等水敏性非常规储层压裂增产改造。

本发明提供一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，包括如下步骤：

1)第一注入阶段：向目标储层注入第一滑溜水压裂液；

2)第二注入阶段：向所述目标储层注入液态二氧化碳压裂液；

3)第三注入阶段：向所述目标储层注入第二滑溜水压裂液；

4)第四注入阶段：向所述目标储层注入所述液态二氧化碳压裂液；

5)所述第四注入阶段结束后，进行焖井；

6)第五注入阶段：向所述目标储层注入所述第二滑溜水压裂液；

7)第六注入阶段：向所述目标储层注入所述第一滑溜水压裂液；

其中，所述第二滑溜水压裂液包括所述第一滑溜水压裂液和支撑剂。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，根据所述目标储层的岩石孔隙渗透性、岩石抗张强度、岩石摩擦系数、岩石抗剪强度以及所述焖井过程中油藏压力确定所述焖井的时长。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，所述第二滑溜水压裂液还包括纤维；

所述第二滑溜水压裂液中，所述纤维的浓度为0.5～4kg/m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，所述支撑剂为陶粒或覆膜砂；

所述第二滑溜水压裂液中，所述支撑剂的浓度为200～600kg/m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤1)中，所述第一滑溜水压裂液的注入排量为5～12m³/min，注入液量为10～80m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤2)中，所述液态二氧化碳压裂液的注入排量为4～10m³/min，注入液量为150～500m³，注入压力低于60MPa。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤3)中，所述第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为150～500m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤4)中，所述液态二氧化碳压裂液的注入排量为1～4m³/min，注入液量为50～300m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤6)中，所述第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为30～100m³。

如上所述的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其中，步骤7)中，所述第一滑溜水压裂液的注入排量为1～3m³/min，注入液量为5～30m³。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法不仅利用二氧化碳的物理性质对储层进行压裂，还对二氧化碳的化学性质进行了开发，进一步提高了二氧化碳的压裂效果，拓展了二氧化碳在储层压裂中的应用范围；

2、本发明的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法将二氧化碳造复杂缝的物理特性和溶蚀地层岩石的化学特性相结合，并与含支撑剂的滑溜水压裂液以及不含支撑剂的滑溜水压裂液复合使用，最大限度的提高压裂改造效果，从而提高储层的开发效果；

3、本发明的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法能够有效应用于碳酸盐岩和长石含量较高的致密砂岩、页岩等水敏性非常规储层的压裂，从而提高此类储层的开发效果。

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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，包括如下步骤：

<S101>第一注入阶段：向目标储层注入第一滑溜水压裂液。

其中，目标储层即为待压裂开发的储层。

另外，本发明中的第一滑溜水压裂液为不含支撑剂的滑溜水压裂液，其组成可以按照现有技术的方法进行配置或者直接通过购买获得。

在具体操作中，滑溜水压裂液一般由降阻剂、杀菌剂、黏土稳定剂、表面活性剂以及防垢剂组成。

其中，降阻剂有助于降低摩擦阻力，杀菌剂能够控制大规模、长时间施工时液体和底层有机质中细菌生长。黏土稳定剂可以控制黏土矿物膨胀、脱落和运移，防止对孔隙造成堵塞。表面活性剂有助于压裂液返排和提高气体相对渗透率。防垢剂能够预防由于注入较多低温液体，地层温度下降导致垢的形成。

首先，通过井筒向目标储层注入第一滑溜水，随着第一滑溜水的注入，第一滑溜水会在井筒内憋起高压直至水力裂缝起裂，从而将近井地层压开形成裂缝。

<S102>第二注入阶段：向目标储层注入液态二氧化碳压裂液。

当第一注入阶段结束后，继续向目标储层中注入液态二氧化碳。在第二注入阶段中，主要通过二氧化碳的物理性质对目标储层进行压裂。

具体地，液态二氧化碳具有低粘度以及低密度的物理性质，其中，低粘度的物理性质能够使二氧化碳具有良好的流动性，从而容易进入地层深处将更大范围地层压裂。同时，二氧化碳低密度的物理性质使井筒中的静液柱压力较低，有利于压裂液的快速返排。

同时，由于进入目标储层和井筒的二氧化碳也储存了大量的弹性能，也会提供一部分的返排动力。

更进一步的，二氧化碳的易返排性使得二氧化碳具有较强的携带能力，在返排时能够携带出储层孔隙和裂缝中一部分液相和固相颗粒，从而改善储层孔隙的渗流通道以及提高裂缝的导流能力。

因此，第二注入阶段是在第一注入阶段的基础上利用二氧化碳的物理性质将近井裂缝进一步延伸，并将远井地层压开，同时最大幅度开启且沟通层理和天然裂缝，在储层形成复杂裂缝网络。

<S103>第三注入阶段：向目标储层注入第二滑溜水压裂液。

第二注入阶段结束后，向目标储层注入第二滑溜水压裂液。

其中，第二滑溜水压裂液包括第一滑溜水压裂液和支撑剂。

在第三注入阶段中，使用携带有支撑剂的滑溜水作为压裂液对目标储层进行进一步的压裂。

当第一注入阶段和第二注入阶段结束后，第三注入阶段中向目标储层注入带有支撑剂的滑溜水压裂液。其中，支撑剂会对已有裂缝进行支撑，起到裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而保持裂缝的高导流能力，使油气畅流入井，增加产量。

<S104>第四注入阶段：向目标储层注入液态二氧化碳压裂液。

第三注入阶段结束后，再次向目标储层注入液态二氧化碳压裂液。当第三注入阶段中的支撑剂进入目标储层对裂缝进行支撑后，随着第四注入阶段中液态二氧化碳的注入，井筒内的携砂液被顶替进入地层中，避免支撑剂在井筒中堆积造成井筒堵塞。

同时，注入的二氧化碳可增强后续焖井过程中对近井地层的溶蚀。

在<S104>中，注入的液态二氧化碳的成分与<S102>中的液态二氧化碳的成分相同。

<S105>：第四注入阶段结束后，进行焖井。

焖井是指为介质在地层中的作用提供一定的时间从而加强作用效果，提高油气产量。

在本发明中，由于焖井之前已向目标储层中注入大量的二氧化碳压裂液，因此<S105>中的焖井操作是指为作为介质的二氧化碳在地层中的作用提供一段时间。

具体地，当二氧化碳注入地层后，会溶于地层中的水而生成弱酸，此酸液可以溶蚀储层中方解石、长石等易溶蚀矿物，从而降低储层岩石的力学强度，进而可提高水力裂缝的复杂程度。此外，二氧化碳注入地层后具有增加地层能量(提高地层压力)的作用，有利于提高单井产量。

因此，本发明的<S102>、<S104>和<S105>共同完成了二氧化碳的弱酸性对储层岩石的溶蚀作用，通过<S102>和<S104>向目标储层注入二氧化碳压裂液，然后再通过<S105>中的焖井操作，使二氧化碳溶于水后生成的弱酸能够对储层岩石进行溶蚀从而降低岩石的力学强度，并且还能够对已有裂缝面进行不均匀溶蚀。

即，本发明中的焖井能够利用二氧化碳–水–岩的化学作用和二氧化碳物理增能作用提高水力裂缝的复杂程度和单井产量。

<S106>第五注入阶段：向目标储层注入所述第二滑溜水压裂液。

焖井结束后，注入携带支撑剂的滑溜水压裂液(第二滑溜水压裂液)，用于强化开启已有裂缝。

同时，由于二氧化碳的化学溶蚀作用后地层力学强度降低以及物理增能作用后地层压力升高，使得在<S106>中注入的第二滑溜水压裂液会在目标储层中形成新的水力裂缝。

同时，第二滑溜水压裂液中的支撑剂也将对新缝进行支撑。

<S107>第六注入阶段：向目标储层注入所述第一滑溜水压裂液。

在<S107>中注入的第一滑溜水压裂液与<S101>中注入的第一滑溜水压裂液相同。

在<S107>中，第一滑溜水压裂液的注入主要是将<S106>中第二滑溜水压裂液中的携砂液顶替入井筒中，避免支撑剂在井筒中堆积造成堵塞。

至此，完成对目标储层的压裂。

在整个压裂过程中，第一滑溜水压裂液、液态二氧化碳压裂液以及第二滑溜水压裂液交替注入，不仅利用了二氧化碳的物性质对储层进行压裂，还进一步利用了二氧化碳的化学性质对储层岩石的强度进行溶蚀弱化，从而能够形成更为复杂的水力裂缝网络，并且利用支撑剂对生成的裂缝进行支撑以保证裂缝的具有良好的导流能力。

因此，本发明的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂方法能够显著提高非常规油气的开发效果。

由于本发明利用了二氧化碳溶于水后的酸蚀性，因此本发明的设计方法更适用于碳酸盐岩和长石含量较高的致密砂岩、页岩等水敏性储层。

在<S105>中，焖井的时长根据目标储层的岩石孔隙渗透性、岩石抗张强度、岩石摩擦系数、岩石抗剪强度以及焖井过程中油藏的压力确定。

首先，在压裂前进行二氧化碳水溶液静态浸泡(或动态驱替)目标储层岩石实验，测试岩石的孔隙度、渗透率、抗张强度、摩擦系数以及抗剪强度随时间的变化。

其次，数值模拟研究二氧化碳注入地层后储层压力的变化规律。

最后，综合考虑孔隙度、渗透率、抗张强度、摩擦系数、抗剪强度以及油藏压力随时间的变化规律确定焖井时长。

另外，本发明的第二滑溜水压裂液中，除了包括支撑剂外，还包括纤维，纤维的加入能够有效提高第二滑溜水压裂液的携砂能力。

具体地，第二滑溜水压裂液中，纤维的浓度为0.5～4kg/m³。

支撑剂是实现裂缝具有一定导流能力的关键因素。

支撑剂性能的好坏直接影响裂缝的长期导流能力，如果支撑剂容易破碎或者容易被压实嵌入地层，则将严重影响压裂改造效果。

因此，本发明的支撑剂优选陶粒或覆膜砂。

其中，覆膜砂是指具有树脂包覆层的石英砂，由于普通石英砂在高闭合应力下容易破碎，因此通过在石英砂表面包覆树脂层可以避免石英砂破碎后降低裂缝的导流能力。

具体地，在第二滑溜水压裂液中，支撑剂的浓度为200～600kg/m³。

发明人经过长期研究，并结合现场注入设备的性能，对第一滑溜水压裂液、第二滑溜水压裂液以及液态二氧化碳压裂液在相应步骤的注入排量以及注入液量进行了如下限定。

<S101>中，第一滑溜水压裂液的注入排量为5～12m³/min，注入液量为10～80m³；

<S102>中，液态二氧化碳压裂液的注入排量为4～10m³/min，注入液量为150～500m³，注入压力低于60MPa。

<S103>中，第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为150～500m³。

<S104>中，液态二氧化碳压裂液的注入排量为1～4m³/min，注入液量为50～300m³。

<S106>中，第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为30～100m³。

<S107>中，第一滑溜水压裂液的注入排量为1～3m³/min，注入液量为5～30m³。

其中，注入液量可以根据目标储层的具体情况在上述范围内进行优选。

实施例

本实施例利用本发明提供的二氧化碳–滑溜水间歇式复合压裂设计方法对非常规油气储层进行压裂开采。

在该实施例中，采用不含任何添加剂的液态二氧化碳压裂液、第一滑溜水压裂液(未添加支撑剂的滑溜水压裂液)以及第二滑溜水压裂液(添加支撑剂的滑溜水压裂液)作为工作液。

其中，第二滑溜水压裂液由第一滑溜水压裂液、支撑剂和纤维制备得到，支撑剂为覆膜砂，支撑剂浓度为250kg/m³，纤维浓度为1kg/m³。

该设计方法具体包括以下步骤：

1、第一注入阶段

先以8～10m³/min的排量向目标储层注入30m³第一滑溜水压裂液，在井筒内憋起高压直至裂缝起裂，将近井地层压开；

2、第二注入阶段

停止注入第一滑溜水压裂液后，在注入压力低于60MPa的条件下，以4～6m³/min的排量将250m³液态二氧化碳压裂液注入地层，将远井地层压开，在地层形成复杂的水力裂缝网络；

3、第三注入阶段

停止注入液态二氧化碳压裂液后，以4～5m³/min的施工排量将250m³砂浓度为230kg/m³的第二滑溜水压裂液注入地层，利用支撑剂将水力裂缝支撑，形成具有一定导流能力的水力裂缝；

4、第四注入阶段

停止注入第二滑溜水压裂液后，以1～2m³/min的施工排量将100m³液态二氧化碳压裂液注入地层。

5、停止注入液态二氧化碳压裂液后，焖井2天，以强化二氧化碳的化学溶蚀和物理增能作用，即化学溶蚀作用降低储层岩石强度，物理增能作用提高地层压力；

6、第五注入阶段

焖井结束后，以4～6m³/min的施工排量将50m³砂浓度为180kg/m³的第二滑溜水压裂液注入地层，用于强化开启已有裂缝和造新缝，并将新缝支撑；

7、第六注入阶段

第二滑溜水压裂液注入结束后，将10m³第一滑溜水压裂液以1～2m³/min的施工排量注入地层，完成此次压裂。

本发明的二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法不仅利用二氧化碳的物理性质对储层进行压裂，还对二氧化碳的化学性质在储层压裂时的应用进行了开发，将二氧化碳造复杂缝的物理特性和溶蚀地层岩石的化学特性相结合，并与含支撑剂的滑溜水压裂液以及不含支撑剂的滑溜水压裂液复合使用，最大限度的提高储层压裂改造效果，从而提高储层的开发效果，拓展了二氧化碳在储层压裂中的应用范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种二氧化碳–滑溜水间歇式混合压裂设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)第一注入阶段：向目标储层注入第一滑溜水压裂液；

3)第三注入阶段：向所述目标储层注入第二滑溜水压裂液；

5)所述第四注入阶段结束后，进行焖井；

2.根据权利要求1所述的压裂设计方法，其特征在于，根据所述目标储层的岩石孔隙渗透性、岩石抗张强度、岩石摩擦系数、岩石抗剪强度以及油藏压力确定所述焖井的时长。

3.根据权利要求1所述的压裂设计方法，其特征在于，所述第二滑溜水压裂液还包括纤维；

所述第二滑溜水压裂液中，所述纤维的浓度为0.5～4kg/m³。

4.根据权利要求3所述的压裂设计方法，其特征在于，所述支撑剂为陶粒或覆膜砂；

5.根据权利要求4所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一滑溜水压裂液的注入排量为5～12m³/min，注入液量为10～80m³。

6.根据权利要求5所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤2)中，所述液态二氧化碳压裂液的注入排量为4～10m³/min，注入液量为150～500m³，注入压力低于60MPa。

7.根据权利要求6所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤3)中，所述第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为150～500m³。

8.根据权利要求7所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤4)中，所述液态二氧化碳压裂液的注入排量为1～4m³/min，注入液量为50～300m³。

9.根据权利要求8所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤6)中，所述第二滑溜水压裂液的注入排量为3～7m³/min，注入液量为30～100m³。

10.根据权利要求9所述的压裂设计方法，其特征在于，步骤7)中，所述第一滑溜水压裂液的注入排量为1～3m³/min，注入液量为5～30m³。