CN109306860A - 一种用于砂岩地层中的变排量压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于砂岩地层中的变排量压裂方法,该方法包括如下步骤:步骤一、评估储隔层的纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征;步骤二、基于所述步骤一的评估结果,利用裂缝扩展模拟软件分别模拟分析前置液阶段和携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性;步骤三、根据所述步骤二的模拟分析结果,确定五级变排量模式下各级排量所处的施工阶段、排量值和持续时间。本发明对变排量压裂中的排量设计进行深入探讨,并提出一种量化的优化方法,以最大限度地提高压裂设计及施工的科学性及压后效果。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采领域,具体来说涉及一种用于砂岩地层中新的变排量压裂技术及其优化方法。
背景技术
目前,变排量压裂作为砂岩地层控制裂缝高度和防止早期砂堵的一种通用技术,已得到现场大规模推广应用。这种常规变排量采用排量从低到高的渐近式方法,其主要原理是在裂缝起裂及初始延伸阶段,通过采用适当低的排量,使井底压力集聚的速度相对较慢,因此裂缝的高度延伸受到很大程度的控制。而在加砂阶段的变排量技术就是所谓的逐级提高排量的策略,防止支撑剂过早沉降缝底导致的过流断面越来越小的被动局面,最终达到预防早期砂堵的目的。但在目前的变排量压裂中,排量的优化,包括起始排量及施工持续时间、排量增幅及施工持续时间及最高排量的优化等方面,主要凭经验,缺乏定量的优化依据,且变排量的施工模式上存在一定的缺陷。造成最终的裂缝几何尺寸难以满足设计要求,即裂缝高度沿水平的缝长方向逐渐缩短,远井地带裂缝支撑高度大幅度降低,裂缝支撑剖面严重不合理,从而导致压后效果的不理想或产量递减迅速。
从技术角度而言,具体表现为:
(1)起始排量及持续时间的确定。目前主要依据压裂目的层厚度及最高的设计排量综合权衡确定,一般没有定量的优化依据。此外,起始排量持续时间的确定也没有设计依据。若持续时间太短则没有控缝高的实际效果,但如果持续时间太长,则可能只压开部分目的层段,达不到渐次提高缝高的目的。因此,如何既能控制起始缝高又能确保最终的缝高能覆盖整个目的层内的有效砂厚,难度较大。
(2)排量增幅及持续时间的确定。目前,排量增幅及持续时间的优化主要凭经验,同样缺乏依据。排量的增幅及持续时间决定了起始缝高和最终的压开程度,如果排量增幅偏小,则因井底压力积聚速度偏慢而难以提高压开程度;反之,则造成缝高的过早失控。
(3)变排量级数的确定。以往主要依据最高排量及起始排量的高低,结合排量增幅,凭经验确定变排量的级数,一般2-3级。若级数少了,则变排量的效果不明显,若级数多了,则带来现场操作上的困难。
(4)最高排量及持续时间的确定。以往一般根据裂缝模拟,以前置液注入结束时的缝高严格控制在压裂目的层顶底界限内为依据,确定最高排量和持续时间。这种模拟假设缝高在携砂液注入阶段基本维持不变,而携砂液阶段压裂混砂浆摩阻的增加,肯定会造成缝高的继续增长,因此该方法具有一定的局限性。此外,最高排量持续时间的确定也缺乏依据,以往一般在前置液阶段的前1/3-1/2施工时间内就提到设计的最高排量。这大多也是凭经验,无量化的优化依据。
因此,需要对变排量压裂中的排量设计进行深入探讨,并提出一种量化的优化方法,以最大限度地提高压裂设计及施工的科学性及压后效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提出一种量化的优化方法,以最大限度地提高压裂设计及施工的科学性及压后效果。
为了解决上述技术问题,本申请的实施例首先提供了一种用于砂岩地层中的变排量压裂方法,该方法包括如下步骤:步骤一、评估储隔层的纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征;步骤二、基于所述步骤一的评估结果,利用裂缝扩展模拟软件分别模拟分析前置液阶段和携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性;步骤三、根据所述步骤二的模拟分析结果,确定五级变排量模式下各级排量所处的施工阶段、排量值和持续时间。
优选地,在所述步骤二中,在进行前置液阶段的模拟分析时,根据砂岩的层状沉积特性,在纵向上对储层进行分层;分析起始排量及持续时间、每级变排量增幅及持续时间、以及变排量级数这五个参数对裂缝高度、长度以及裂缝延伸的影响。
优选地,在所述步骤二中,在进行携砂液阶段的模拟分析时,模拟分析不同砂比混砂液的流变性的变化及其对裂缝三维扩展规律的影响。
优选地,在所述步骤三中,根据所述步骤二的模拟分析结果,确定所述五级变排量模式为低-中-较高-中-高变排量模式。
优选地,所述五级变排量模式的前两种排量用于前置液阶段,且低排量的施工时间占前置液阶段总施工时间的1/3~1/2。
优选地,所述五级变排量模式的后三种排量用于携砂液阶段,且各排量的施工时间比例为2:1:2。
优选地,在步骤三中,若支撑计量达到设定值,则重复五级变排量模式的后三种排量模式施工多次。
优选地,在步骤一中,采用测井解释方法评估储隔层的纵向地应力剖面,并由现场地应力测试结果进行校核;采取岩心覆压测试方法求取包括垂向及水平向的渗透率、储隔层的岩石力学和断裂韧性的关键储层参数。
与现有技术相比,上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果:
本发明实施例针对砂岩地层变排量压裂中的排量设计问题,提出了一种量化的优化方法,将支撑裂缝高度控制在砂岩的顶底界限内,同时,力争实现支撑剂浓度的非均匀分布,以最大限度地提高压裂设计及施工的科学性及压后增产效果。具体地,本发明以储层纵向应力剖面及水平与垂直渗透率等的评价结果为基础,模拟前置液阶段裂缝三向扩展规律与施工参数(尤其是排量)间的敏感性。在此基础上,再考察混砂浆流变特性对携砂阶段裂缝三向扩展规律的影响;在变排量参数的优化上,以起始排量、每级排量增幅、变排量级数为设计输入参数,采取正交设计方法进行多参数的模拟优化。在变排量的施工模式上,拟考虑低-中-较高-中-高五级变排量策略,尤其是在加砂中后期,可以采取适当变低的排量进行施工(砂比相应的降低),并利用排量变化造成的压力脉冲效应,产生非均匀的输砂剖面,最终形成非均匀的裂缝支撑剖面,从而有利于压后增产效果及稳产周期。
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的技术方案而了解。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和/或流程来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分。其中,表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例的用于砂岩地层中的变排量压裂方法的流程示意图。
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,并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征,在不相冲突前提下可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为了方便理解本发明,下面先对本发明实施例涉及到的某些用语进行具体说明。
(1)压裂液在压裂过程中不同阶段的作用,可分为“前置液”、“携砂液”和“顶替液”阶段,其中“前置液”的作用是破裂地层,造成一定几何尺寸的裂缝,以备后面的携砂液进入。“携砂液”的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝,并携至裂缝中的预定位置,同时还有延伸裂缝、冷却地层的作用。
(2)“支撑剂”是指用压裂液带入裂缝,在压力释放后用以支撑裂缝的物质。
图1为本申请实施例的用于砂岩地层中的变排量压裂方法的流程示意图。下面参考图1来说明本方法的具体流程和各个步骤。
在步骤S110中,评估储隔层的纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征。
随深度连续变化的地应力剖面可以反映地应力场在纵向上的变化规律,准确获取分层地应力数据。具体来说,纵向地应力剖面的评估主要采用测井解释方法来进行,并由现场地应力测试结果进行校核。其它的关键压裂参数包括垂向及水平向的渗透率、储隔层的岩石力学及断裂韧性等关键储层参数,参照行业标准SYT5358-2010,采取岩心覆压测试等方法进行求取,且取心方向也应分别为垂直及平行井轴方向。
在步骤S120中,基于步骤S110的评估结果,利用裂缝扩展模拟软件分别模拟分析前置液阶段和携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性。
具体地,以成熟的裂缝扩展模拟商业软件如Frac ProPT及Stimplan等为手段,分析起始排量及持续时间、每级变排量增幅及持续时间及变排量级数等5个参数对裂缝尺寸,特别是裂缝高度、长度,以及裂缝延伸的影响。
在模拟方法上,本发明实施例创新的考虑了砂岩的层状沉积特性,将储层在纵向上进行人为分层,每层的特性参数如覆压渗透率、岩石力学及断裂韧性等都不同,并且在应用软件模拟缝高的扩展规律时,应更多地考虑纵向上的特性参数。分层的划分依据是现场通过测井技术以及室内样品实验获取的数据,是工程设计的基础数据,主要包括岩石力学参数、孔隙度、渗透率等。
为了减少模拟的工作量,采用正交试验设计方法,将上述5个参数中每个参数取低、中、高3个值参与模拟计算,获取一组或多组用于前置液阶段的最优的施工组合(包含五个参数)的。
考虑到携砂液阶段缝高仍有扩展的可能性,尤其是混砂液的黏度较单纯的压裂液黏度增加幅度较大(室内试验结果,当砂液比达到30%时,混砂浆的黏度比纯压裂液增加100%以上),与此同时,支撑剂在裂缝上下末梢处的存在,又起着类似遮挡剂的作用,阻止缝高的继续延伸。因此,综合考虑上述两个影响缝高的因素,本实施例提出,前置液阶段的缝高延伸顶底界限初步设计优选为总缝高的70%左右。
在分析携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性的过程中,具体的模拟方法与前置液阶段的模拟分析类似,此阶段的关键是模拟分析不同砂比混砂液的流变性的变化及其对裂缝扩展规律的影响,最终获取的是用于携砂液阶段的一组或多组最优的施工组合,包括五个参数。因此,可用含砂流变仪进行有关的实验研究,研究不同砂比混砂液的流变性,然后将实验结果输入上述裂缝扩展模拟软件中。
携砂阶段的关键是合理的砂比设计,若砂比过高,与裂缝宽度不匹配,则易引起砂堵,一旦砂堵,井底压力会呈直线式快速上升,从而可能导致缝高的失控。
在步骤S130中,根据步骤S120的模拟分析结果,确定低-中-较高-中-高五级变排量模式下各级排量所处的施工阶段、排量值和持续时间。
此前的所有模拟都是为了确定这个变排量模式,所谓的前置液模拟和携砂液模拟是对整个变排量过程的细化描述。在本实施例中,提出了一种新的低-中-较高-中-高五级变排量模式,其中,五种排量的前2种,即低和中排量用于前置液阶段较为稳妥。根据步骤S120的前置液阶段的模拟情况,前置液中低排量的施工时间可占前置液总施工时间的1/3-1/2。而在携砂液阶段,采用后3种排量模式,即较高-中-高排量模式。根据步骤S120的携砂液阶段模拟情况,携砂液阶段的3种排量对应的施工时间推荐采用2:1:2的比例。另外,本领域技术人员可以根据现场情况,重新划定施工时间,此处不做限定。
在支撑剂量设计较高的情况下,如高达100m3以上,为了保证支撑剖面的非均匀效果,可将步骤S130中后3种排量“较高-中-高”的施工拆分为二级或三级模式,即重复较高-中-高三种排量模式施工二次或三次,以实现更好的压裂效果。但为了防止缝高的失控,每次重复施工时,排量大小略有区别,先施工的低些(比设计的最高排量低10-20%),后施工的高些(与设计最高排量相同)。
在步骤S140中,完成正常的返排及投产作业。
如果裂缝容易向上延伸,则压后可适当关井半小时左右再排液求产;如果裂缝容易向下延伸,则压后应立即排液求产。其它作业要求都是常规做法,在此不赘。
本发明思路新颖、方法系统、步骤清晰、切实可行,立足于现场工况,提出了一种砂岩地层中新的变排量压裂技术及其优化方法,该方法能够更好的控制缝高方向上的延伸,提高缝长方向上的延伸,从而提高压裂波及体积,并利用排量变化造成的压力脉冲效应,产生非均匀的输砂剖面,最终形成非均匀的裂缝支撑剖面,从而有利于压后增产效果及稳产周期。
具体示例:
例一:以中国某砂岩区块为例,对本发明步骤进一步详细说明:
(1)进行储隔层纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征评价。
采用测井解释方法进行评估,并由现场地应力测试结果进行校核。其它的关键压裂参数包括垂向及水平向的渗透率,储隔层的岩石力学及断裂韧性等参数,参照行业标准SYT5358-2010。
(2)前置液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性分析。
采用Stimplan商业软件,分析起始排量及持续时间、每级变排量增幅及持续时间及变排量级数等5个参数与裂缝扩展规律间的敏感性,采用正交设计方法,并以前置液阶段的缝高延伸顶底界限初步设计应为总缝高的70%左右为原则,确定了初始排量为3.5m3/min,最高排量为8.0m3/min。
(3)携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性分析。
采用含砂流变仪测量不同砂比携砂液的浓度,并结合软件模拟,确定最高砂比为35%。
(4)低-中-较高-中-高五级变排量模式的确定。
按照低-中-较高-中-高的顺序,确定五级变排量的泵注顺序:3.5-5-7-6-8m3/min,其中,前置液的注入时间为总施工时间的1/2,携砂液的注入时间按照2:1:2的比例确定每级的持续时间。
(5)完成正常的返排及投产作业。
该井按照新的变排量泵注程序施工后,日产油260m3,较同区块其他井,产量提高45%以上,增产效果明显。
例二:以中国某砂岩区块为例,对本发明步骤进一步详细说明:
(1)进行储隔层纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征评价。
采用测井解释方法进行评估,并由现场地应力测试结果进行校核。其它的关键压裂参数包括垂向及水平向的渗透率,储隔层的岩石力学及断裂韧性等参数,参照行业标准SYT5358-2010。
(2)前置液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性分析。
采用Stimplan商业软件,分析起始排量及持续时间、每级变排量增幅及持续时间及变排量级数等5个参数与裂缝扩展规律间的敏感性,采用正交设计方法,并以前置液阶段的缝高延伸顶底界限初步设计应为总缝高的70%左右为原则,确定了初始排量为3m3/min,最高排量为7.0m3/min。
(3)携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性分析。
采用含砂流变仪测量不同砂比携砂液的浓度,并结合软件模拟,确定最高砂比为25%。
(4)低-中-较高-中-高五级变排量模式的确定。
按照低-中-较高-中-高的顺序,确定五级变排量的泵注顺序:3-5-6-5-7m3/min,其中,前置液的注入时间为总施工时间的1/2,携砂液的注入时间按照2:1:2的比例确定每级的持续时间。
(5)完成正常的返排及投产作业。
该井按照新的变排量泵注程序施工后,日产油163.5m3,较同区块其他井,产量提高55%以上,增产效果明显。
本发明涉及一种砂岩地层中新的变排量压裂技术及其优化方法,属于石油开采领域。针对目前砂岩变排量注入模式单一,变排量级数和持续时间仅凭经验,没有科学依据等问题,本发明以储层纵向应力剖面及水平与垂直渗透率等的评价结果为基础,采取正交设计方法进行多参数的模拟优化,考虑携砂液注入阶段的裂缝扩展,确定起始排量、最高排量等参数,并推荐低-中-较高-中-高五级变排量策略,将支撑裂缝高度控制在砂岩的顶底界限内,同时,力争实现支撑剂浓度的非均匀分布,以最大限度地提高压裂设计及施工的科学性及压后增产效果。
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 (8)
1.一种用于砂岩地层中的变排量压裂方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一、评估储隔层的纵向地应力剖面及关键储层参数的纵横向分布特征;
步骤二、基于所述步骤一的评估结果,利用裂缝扩展模拟软件分别模拟分析前置液阶段和携砂液阶段裂缝三维扩展规律与施工参数间的敏感性;
步骤三、根据所述步骤二的模拟分析结果,确定五级变排量模式下各级排量所处的施工阶段、排量值和持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤二中,在进行前置液阶段的模拟分析时,
根据砂岩的层状沉积特性,在纵向上对储层进行分层;
分析起始排量及持续时间、每级变排量增幅及持续时间、以及变排量级数这五个参数对裂缝高度、长度以及裂缝延伸的影响。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在所述步骤二中,在进行携砂液阶段的模拟分析时,
模拟分析不同砂比混砂液的流变性的变化及其对裂缝三维扩展规律的影响。
4.根据权利要求1~3任一项所述的方法,其特征在于,在所述步骤三中,根据所述步骤二的模拟分析结果,确定所述五级变排量模式为低-中-较高-中-高变排量模式。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
所述五级变排量模式的前两种排量用于前置液阶段,且低排量的施工时间占前置液阶段总施工时间的1/3~1/2。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,
所述五级变排量模式的后三种排量用于携砂液阶段,且各排量的施工时间比例为2:1:2。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在步骤三中,若支撑计量达到设定值,则重复五级变排量模式的后三种排量模式施工多次。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤一中,
采用测井解释方法评估储隔层的纵向地应力剖面,并由现场地应力测试结果进行校核;
采取岩心覆压测试方法求取包括垂向及水平向的渗透率、储隔层的岩石力学和断裂韧性的关键储层参数。
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