CN109252843B - 油气藏测试压裂方法和油气藏压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油井开采技术领域，具体提供了一种油气藏测试压裂方法和基于此测试压裂方法的一种油气藏压裂方法。本发明提供的油气藏测试压裂方法可在短时间内认识储层的实际特性参数并可据此调整优化施工参数。在本发明提供的油气藏压裂方法集成测试压裂与主压裂一体化，在测试压裂和实际压裂施工之间的停泵时间很短，可有效降低施工时间，节省施工费用，且提高压裂改造效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种油气藏测试压裂方法和一种油气藏压裂方法。
背景技术
在探井、预探井及评价井压裂设计及施工时，由于储层地质特征资料较少且各种评价手段有限，难以得到压裂设计所需要的各项储层特征参数。因此有必要在正式主压裂施工前进行小型测试压裂，以求取准确的综合滤失系数、天然裂缝特征、地应力等储层关键参数。
目前，在小型测试压裂后需停泵较长时间，一般按1～2个小时确定，以便从停泵的压力变化过程中计算裂缝闭合压裂、渗透率等参数。对中等渗透性储层而言，1～2个小时的停泵时间是合适的，但对特低渗及超低渗储层而言可能还不够，因为此时裂缝可能仍未闭合，解释的闭合压力可能不准确。
此外，目前小型测试压裂一般是单独测试，在实施主压裂施工之前需停泵时间较长，因此不仅耗时，而且单独需要不少的施工费用。另外，有时井筒内因泥浆未清洗干净造成的施工压力异常，泥浆等堵塞物在裂缝扩展过程中一直在裂缝前缘阻挡裂缝的顺畅延伸，不能真实反映储层的实际情况，且在主压裂施工时可能发生被迫停泵，中止施工的风险。
因此，有必要研究并提出一种可减少停泵时间的测试压裂方法，以及一种集小型测试压裂和主压裂的功能于一身的一体化的新方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种测试压裂方法，该测试压裂方法使得不需要长时间的停泵时间就可以接着实施主压裂作用。
本发明的另一目的在于提供一种压裂方法，该压裂方法是集小型测试压裂和主压裂的功能于一体化的压裂方法，既可降低压裂施工成本，又达到小型测试压裂认识储层特性参数并依次调整优化施工参数的目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种油气藏测试压裂方法，包括以下步骤：
a.以初始排量向储层注入压裂液，监测施工压力；
b.当施工压力出现跳变时，停泵，记录井口的瞬时停泵压力；
c.当施工压力出现稳定下降时，重新启动泵；
d.待排量达到初始排量后，阶梯式降低排量至零，停泵。
根据本发明的一些优选实施方式，所述初始排量为测试压裂过程的最高排量；或者，在步骤a中，施工排量在2.5分钟内、例如1-2分钟从初始排量提高到测试压裂过程的最高排量；所述最高排量优选为3-6m3/min，更优选4-5m3/min。常规的测试压裂方法一般采用小排量起步，然后台阶式提高排量，达到预期的最高排量后，再台阶式降排量，然后停泵测试压力降落情况。本发明提供的测试压裂方法则以高的初始排量注入，要么直接以最高排量注入，要么以较高的排量注入，并在短时间内提高到最高排量。这样，主裂缝在短时间内破裂和延伸，由本发明方法在短时间内获悉最小水平主应力(裂缝闭合压力)等储层实际特性参数，进而可极大减少测试压裂和实际压裂施工之间的停泵时间。
尤其当近井天然裂缝发育良好(也称为比较发育)时，以较高的初始排量注入显得更为重要。因为若采用低排量施工，会导致可能出现近井多条主裂缝，最终每条裂缝都在同时延伸，但每条裂缝宽度都很窄，由此会造成施工压力逐渐升高，甚至超过井口限压导致压裂施工中途停泵并结束施工。因此，本发明提供的测试压裂方法采用高排量进行施工而不是低排量起步的台阶式升排量施工模式，在尽量短的时间内(例如2min内)尽快提升到设计的最高排量(即上述测试压裂过程的最高排量)。
天然裂缝的发育程度可以根据测井电阻率曲线来判断。如果电阻率曲线降低，则天然裂缝发育较好，反之则天然裂缝发育较差，这些是本领域的技术人员可以判断的。例如，裂缝密度小于1条/m，表明裂缝不发育；1-3条/m，裂缝较发育；大于3条/m，表明裂缝发育。因此，对于本领域技术人员而言，天然裂缝发育良好或发育不良是清楚明确的。
根据本发明提供的测试压裂方法，若近井天然裂缝发育良好，则步骤a采用黏度在100-200mPa·s的压裂液；若近井天然裂缝发育不良，则步骤a采用黏度在1-200mPa·s的压裂液。若天然裂缝发育良好，则压裂液的滤失率会相对较大，故本发明在测试压裂阶段采用
现有的小型测试压裂中，施工液体性质缺少设计依据，一般选择采用黏度较低(黏度约1mPa·s)的活性水压裂液或未交联的线性胶(黏度30mPa·s～60mPa·s)，那样可以准确判断各种储层信息的变化，但活性水压裂液摩阻较高，最高排量可能达不到主压裂的预期排量要求。根据本发明的优选实施方式，视近井天然裂缝的发育情况而定，若近井天然裂缝发育良好，则采用黏度较大的压裂液，黏度在100mPa·s以上，例如在100-200mPa·s的压裂液，例如交联冻胶压裂液。若近井天然裂缝发育不良，则可以采用黏度较低的压裂液，例如活性水(1mPa·s)或线性胶(30mPa·s～60mPa·s)，也可以采用黏度较高的压裂液，例如交联冻胶压裂液(黏度在100mPa·s以上)。总起来说，无论天然裂缝发育如何，在本发明的测试压裂阶段均可采用黏度较高(例如100-200mPa·s)的压裂液。通过选择适当的压裂液，根据本发明的测试压裂方法可以尽快地提升主裂缝的净压力，进而实现单一主裂缝的破裂和延伸。
根据本发明提供的测试压裂方法，在步骤b中，在主裂缝刚破裂和延伸的瞬间瞬时停泵。主裂缝刚破裂和延伸瞬间表现在施工压力的瞬时突变，即施工压力会在此刻发生跳变，跳变的范围一般在2-20兆帕、优选在6-10兆帕之间。本发明的发明人发现，在较高排量注入压裂液后，在短时间内主裂缝发生破裂和延伸，此刻主裂缝的净压力接近0，因此，井口的瞬时停泵压力与垂直井筒的静液柱压力之和，就是储层的最小水平主应力(裂缝闭合应力)。由此，本发明一改现有的常用测试压裂方法中，通过测试压裂阶段停泵后观测压力的缓慢变化来计算裂缝闭合应力、地层破裂压力和渗透率等参数的方式，而以主裂缝快速发生破裂和延伸时记录的井口的瞬时停泵压力与井筒的静液柱压力之和计算得到最小水平主应力。其中，井筒的静液柱压力可由本领域技术人员根据实际情况来计算，例如具体可通过将储层深度与压裂液重力的乘积来计算。
根据本发明，步骤b中瞬时停泵后，当施工压力出现稳定下降时，重新启动泵。施工压力出现稳定下降是指施工压力相对平稳地下降，没有出现跳变，例如在一分钟内或半分钟内不出现3MPa以上的跳变。一般而言，瞬时停泵1.5～4min后，压力基本达到平稳的状态。因此，本发明测试压裂方法的步骤c中，在步骤b停泵1.5～4min、优选停泵2～3min后，重新启动泵。
在实际施工排量达到最高排量后，经过2～4个阶梯降低排量，每次降低排量的幅度都维持在最高排量的20-30％。若近井筒裂缝弯曲摩阻高，则第一次降排量的压力降幅优选高于后续的压力降幅。排量降低为零后，停泵，测试压裂结束。破裂压力可以从施工曲线中读出，即压力开始下降时的压力。
渗透率的计算方式：
其中pi-原始地层压力，MPa；V-压裂液注入体积，m3；μ-压裂液粘度，mPa·s；tp-注入时间，h；Δt-停泵时间，h。
步骤d中，通过阶梯式降低排量，得到相应测试压力，进而可以计算出近井裂缝弯曲摩阻。例如，近井裂缝弯曲摩阻计算方式为：在每个降排量阶段任选1点，取每点所对应的排量和泵压，利用压力和排量数据进行线性回归，则可以计算出近井弯曲摩阻。Δp＝kaQb，式中Δp-压力的下降幅度，Q-对应的排量，ka-近井弯曲摩阻系数。
根据本发明，优选在测试压裂施工中，使用压裂液液量为30m3～40m3或2～3个井筒容积。
通过使用本发明提供的如上所述的测试压裂施工方式，以及计算储层最小水平主应力、地层破裂压力和渗透率参数的方式，可显著缩短测试压裂和计算储层参数的时间，从而极大地减少测试压裂与实际压裂施工之间停泵时间，使得测试压裂与实际压裂施工一体化，节约施工时间和施工成本，并且达到认识储层特性参数并为施工参数的实时调整提供依据的目的。此外，采用如本发明所述的储层最小水平主应力、地层破裂压力和渗透率参数的获取方式，更能真实反应储层的实际特性，对施工参数选择具有更加准确的指导意义，进而提高后续的压裂施工效果。
根据本发明的另一个方面，提供了一种油气藏压裂方法，包括以下步骤：
1)获取储层特性参数；
2)实施根据本发明提供的如前所述的测试压裂方法，获得储层的实际特性参数，优选所述实际特性参数包括储层的最小水平主应力、储层破裂压力和渗透率参数；
3)基于步骤1)获取的储层评价参数和步骤2)获得的储层的实际特性参数，确定压裂施工参数；
4)实施前置液造缝施工作业；和
5)实施主压裂施工作业。
在压裂施工之前，对储层进行评价是常规的程序，可采用常规的技术手段。根据本发明提供的压裂方法，在步骤1)中获取储层特性参数。具体地，可通过岩心室内实验和测录井资料解释等方法，进行常规的储层评价，结合储层附近已压裂井的施工效果和地质特征，分析储层的岩石力学参数、地应力、天然裂缝或层理发育程度等性质。根据本发明，所述储层特性参数包括上述参数，还可以包括其他常规的储层特性参数。储层特性参数的评价和获取手段是本领域技术人员所能掌握的，在此不赘述。
根据本发明提供的压裂方法，在步骤1)和2)之间可任选地对储层实施射孔作业。根据常规的技术流程，如对新井进行压裂，则在测试压裂之前进行射孔，如是老井压裂，则不需再射孔，这些可由本领域技术人员视实际情况而定。
在本发明的优选实施方式中，在测试压裂步骤2)之前，对预测试的井实施洗井作业。一般可在施工作业前一周时间内，用压裂用的压裂液替完一个井筒容积，防止井筒内完井液、尤其是泥浆等在压裂开始后被挤进储层，在裂缝扩展中阻碍裂缝的顺利扩展。
根据本发明提供的压裂方法，步骤2)和步骤3)之间的停泵时间不超过10分钟，优选0.5-6分钟。根据本发明提供的油气藏压裂方法，将测试压裂和实际压裂施工一体化，在测试压裂和实际压裂施工之间的停泵时间可以减少至10分钟以内，而不影响测试压裂过程中获取储层的实际特性参数，也不影响正常的压裂施工。
通过采用根据本发明提供的如上所述的测试压裂方法，以较高的初始排量注入，在很短的时间内使主裂缝破裂和延伸，独创性地计算储层的实际特性参数(包括最小水平主应力、地层破裂压力、渗透率参数和近井裂缝弯曲摩阻等)，本发明提供的压裂方法能够更快速地获取更真实的储层实际特性参数，极大地减少测试压裂和后续实际压裂施工之间的停泵时间，从而节约整个压裂作业的时间和施工成本，提高压裂效果。
基于步骤1)获取的储层评价参数和步骤2)获得的储层的实际特性参数，确定压裂施工参数。所述压裂施工参数包括后续施工的参数，例如包括前置液造缝施工参数和主压裂(携砂液注入)施工参数等。步骤1)通过常规的技术手段对储层进行初步的常规的评价，获取的储层特性参数与实际情况之间可能存在一定偏差，本发明在步骤2)中设置测试压裂，以获取储层的其他特性参数或者获取比在步骤1)中获得的特性参数更能体现真实值的部分特性参数，进而通过模拟或者校正来选取或优化压裂施工参数，以确保压裂施工的安全及压后效果的提升。
根据步骤2)获得的储层实际特性参数对前置液施工阶段、主压裂施工阶段的模拟、具体施工方式的必要调整和施工参数的调整优化的过程可由本领域普通技术人员根据实际情况来完成，在此无需展开赘述。
在步骤3)的基础上，进行正常的压裂前置液施工。在该阶段，可根据需要采取前置液多级段塞技术、粉陶支撑剂沉降缝底控缝高技术等，均为本领域技术人员知晓并掌握的技术。
根据本发明的一些优选实施方式，所提供的压裂方法还包括在步骤5)之前进行二次测试压裂施工，所述二次测试压裂施工采用段塞式注入携砂液，其中砂液比逐级递增，且在1-8体积％的范围。在一些具体实施例中，在二次测试压裂施工阶段采用2％-4％-6％的阶梯式砂液比。
优选地，每级段塞的注入时间比压裂液从井口到达井底的时间长0.5min以上，例如长0.5-1.5min。这样，可以有足够的时间观察该加砂段进入储层裂缝后的压力响应特征，判断裂缝内支撑剂受阻的位置。
根据本发明的一些具体实施方式，在所述二次测试压裂施工中，监测施工压力，若施工压力上升速率小于1MPa/min，则降低砂液比；若施工压力上升速率大于1MPa/min且小于3MPa/min，则实施端部脱砂施工；若施工压力上升速率在3MPa/min以上，则降低砂液比至前两个段塞的水平，或者仅注入压裂液而不注入支撑剂。
具体地，若压力上升速度>1MPa/min且<3MPa/min，说明在裂缝的端部发生了砂堵，此时按成熟的端部脱砂压裂设计方法，判断裂缝的韧度及其允许的压力的上升幅度，然后判断按此压力升幅及施工时间(施工时间按端部脱砂后裂缝允许的压力升幅与压力的上升速率1MPa/min的比值进行计算)，进行端部脱砂的压裂施工。若压力上升速度<1MPa/min，将目前的施工砂液比适当降低到上一个台阶的砂液比，就应当可以有效缓解压力的上升趋势，确保压裂施工安全执行到位。若压力上升速度远大于1MPa/min，则在裂缝内部发生的砂堵，压力上升的速率越高，则砂堵的位置越靠近井筒位置，此时应及时降低砂液比。例如，可以采取先只注入压裂液，若压力上升幅度变缓，则降低砂液比继续注入；若压力还继续上升，则停泵。
通过在步骤5)主压裂施工之前增加二次测试压裂，及时地将裂缝中可能发生砂堵的隐患进行初步排查，以避免在后续的中高砂液比施工中因出现严重砂堵而只能被迫停泵停止施工。
根据本发明，在步骤5)的主压裂施工中采用中高砂液比，优选在8-30体积％范围。在一些具体实施例中，可以采取10％-12％-14％-…-30％阶梯式渐增的砂液比进行携砂液注入施工。
优选地，在步骤5)主压裂施工过程中，监测施工压力，若施工压力上升速率小于1MPa/min，则降低砂液比；若施工压力上升速率大于1MPa/min且小于3MPa/min，则实施端部脱砂施工；若施工压力上升速率在3MPa/min以上，则停泵停止施工。在主压裂施工中也进行潜在砂堵和砂堵的实时排查，以便一旦出现突发异常情况可随时采取相应的措施，进一步保障施工的顺利进行。
根据本发明提供的压裂方法，在主压裂施工结束后，还可以包括其它施工阶段，包括顶替、返排及测试求产等流程，可参照常规的步骤正常执行。
本发明还提供了上述测试压裂方法和采用所述测试压裂方法的油气藏压裂方法在砂岩油气藏储层和页岩油气藏储层的压裂过程中的应用。
根据本发明提供的新的油气藏储层测试压裂方法，可在缩短的时间内获得较为真实的储层特性参数，节省了施工时间，提高了储层特性参数的真实性和对施工参数选取的指导价值，进而提高后续的压裂效果。根据本发明提供的油气藏压裂方法，是集成测试压裂与主压裂一体化增产的新型压裂方法，有效地降低了施工时间、节省施工费用，且提高了压裂改造效果。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做进一步解释，但应理解，本发明的范围并不受以下示例性的具体实施例所限制。
将根据本发明提供的测试压裂方法和压裂方法应用于东北地区某致密砂岩井的压裂改造施工中，包括以下过程。
(1)常规储层评价：通过岩心室内实验和测录井资料解释等方法，结合储层附近已压裂井的施工效果和地质特征，分析储层的岩石力学参数、地应力、天然裂缝或层理发育状况等性质。其中，岩心渗透率为1.57mD，泊松比为0.22，杨氏模量为23821.2Mpa，最小水平主应力为97.56MPa，天然裂缝发育程度较差。
(2)洗井：施工作业前一周时间内，用压裂液替完一个井筒容积，防止井筒内完井液在压裂开始后被挤进储层。
(3)测试压裂施工
采用高粘度(120mPa·s)的胍胶压裂液，初始施工排量提高到5m3/min，在主裂缝破裂后立即停泵，压力下降6.4MPa。计算得到井底闭合应力98.46MPa。停泵2min后，再提高施工排量到5m3/min，然后进行2～3个阶段的阶梯降排量测试，计算得到近井裂缝弯曲摩阻5.2MPa，停泵。
(4)根据测试压裂计算得到储层的破裂压力梯度为0.0241MPa/m，渗透率为0.34mD，比预计的要致密且破裂压力高。因此，在原有主压裂设计的基础上调整并进行模拟计算，将原有主压裂设计用量580m3提高到870m3，最高砂比由26％降低到18％，每一段携砂液量由60m3提高到80-100m3。
(5)前置液造缝施工
在步骤(3)停泵5min后，重新起泵注入前置液进行造缝施工。起泵后将排量逐渐提高到6m3/min，施工中当排量提高到4m3/min时，施工压力上升到88MPa，然后一直保持平稳，此阶段共注入了90m3线性胶。
(6)主压裂施工
主压裂加砂施工阶段，前三个砂比的砂浓度分别为80kg/m3、100kg/m3、120kg/m3，井底压力平稳增加且幅度较小。当砂浓度提高到240kg/m3后，压力开始快速上升，上升速率约为0.8MPa/min。此时，将砂浓度降低到180kg/m3，井底压力不再上升，保持平稳，按此砂浓度施工直至结束。
本井破裂压力梯度为0.0241MPa/m，累计加砂44m3，最高砂比16％，加砂期间最高排量5m3/min，加砂压力86.0-89.6MPa。该井压后初产11.5t/d，是同区块领井产量的2.4倍，且供液量充足。
虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。
Claims (9)
1.一种油气藏压裂方法，包括以下步骤：
1)获取储层评价参数，所述储层评价参数包括岩石力学参数、地应力、天然裂缝和层理发育程度；
2)实施测试压裂方法，获得储层的实际特性参数，所述实际特性参数包括储层的最小水平主应力、储层破裂压力和渗透率参数，其中，所述测试压裂方法包括以下子步骤：a.以初始排量向储层注入压裂液，监测施工压力；b.当施工压力出现跳变时，停泵，记录井口的瞬时停泵压力；c.当施工压力出现稳定下降时，重新启动泵；d.待排量达到初始排量后，阶梯式降低排量至零，停泵，
其中，所述初始排量为测试压裂过程的最高排量，所述储层的最小水平主应力为主裂缝发生破裂和延伸时井口的瞬时停泵压力与垂直井筒的静液柱压力之和，所述储层破裂压力为施工曲线中压力开始下降时的压力，通过测试压裂阶段停泵后观测压力的缓慢变化来计算渗透率参数，所述渗透率参数由下式计算得出：
其中，pi为原始地层压力，单位为MPa；V为压裂液注入体积，单位为m3；μ为压裂液粘度，单位为mPa·s；tp为注入时间，单位为h；Δt为停泵时间，单位为h；
3)基于步骤1)获取的储层评价参数和步骤2)获得的储层的实际特性参数，确定压裂施工参数；
4)实施前置液造缝施工作业；和
5)实施主压裂施工作业，
其中，子步骤d和步骤3)之间的停泵时间不超过10分钟。
2.根据权利要求1所述的油气藏压裂方法，其特征在于，子步骤d和步骤3)之间的停泵时间为0.5-6分钟。
3.根据权利要求1或2所述的油气藏压裂方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤4)之后和步骤5)之前进行二次测试压裂施工，所述二次测试压裂施工采用段塞式注入携砂液，
其中，
砂液比逐级递增，且在1-8体积％的范围，
每级段塞的注入时间比压裂液从井口到达井底的时间长0.5-1.5min。
4.根据权利要求3所述的油气藏压裂方法，其特征在于，在所述二次测试压裂施工中，监测施工压力，若施工压力上升速率小于1MPa/min，则降低砂液比；若施工压力上升速率大于1MPa/min且小于3MPa/min，则实施端部脱砂施工；若施工压力上升速率在3MPa/min以上，则仅注入压裂液而不注入支撑剂。
5.根据权利要求1或2所述的油气藏压裂方法，其特征在于，步骤5)中主压裂施工的砂液比在8-30体积％的范围。
6.根据权利要求5所述的油气藏压裂方法，其特征在于，在步骤5)的主压裂施工过程中，监测施工压力，若施工压力上升速率小于1MPa/min，则降低砂液比；若施工压力上升速率大于1MPa/min且小于3MPa/min，则实施端部脱砂施工；若施工压力上升速率在3MPa/min以上，则停泵停止施工。
7.根据权利要求1或2所述的油气藏压裂方法，其特征在于，所述最高排量为3-6m3/min。
8.根据权利要求1或2所述的油气藏压裂方法，其特征在于，若近井天然裂缝发育良好，则子步骤a采用黏度在100-200mPa·s的压裂液；若近井天然裂缝发育不良，则子步骤a采用黏度在1-200mPa·s的压裂液。
9.根据权利要求1或2所述的油气藏压裂方法，其特征在于，在子步骤b中，所述跳变的范围在2-20兆帕之间。
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