CN109519159A - 一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法 - Google Patents

一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法 Download PDF

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魏娟明
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周林波
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Abstract

本发明公开了一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法。所述方法包括：所述页岩气压裂方法中采用磁性滑溜水；所述磁性滑溜水是：先将水磁化，然后利用磁化后的水再配置成滑溜水。所述磁性滑溜水体系的降阻率大于70％，防膨率大于80％，伤害率小于15％。本发明的方法不仅能够有效的压开储层、还能够大大提高储层改造体积，充分挖掘储层的生产潜力。该发明是页岩气工艺技术领域的重要突破，对提高非常规油气藏的开发技术水平和经济效益具有重要意义。

Description

一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法
技术领域
本发明涉及油气田勘探和开发技术领域，进一步地说，是涉及一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法。
背景技术
目前，深层页岩气和常压页岩气压裂用的滑溜水体系已基本成熟，包括粉剂型及乳剂型滑溜水，且不同温度系列基本定型，同时，其主要成分降阻剂的使用浓度也逐步降低，一剂多效降阻剂(同时具有降阻和防膨等)也逐步完善。可以说，从降本增效方面已进行了大量的工作，并在页岩气的勘探开发实践中，发挥了重要的作用。如，在一般的页岩气压裂中，一口井的总压裂液量动辄3万方以上，而其中滑溜水的比例也早期的60％～70％上升到目前的90％～95％(深层页岩气压裂的滑溜水比例仍维持在70％～80％)，加上页岩气水平井分段压裂作业及钻塞和压后返排的周期一般在1个月以上，因此，滑溜水在页岩岩石中滞留的时间相对较长，其性能及其与岩石矿物的作用至关重要，而目前着重从降阻率、黏度及伤害等方面进行了大量的研究和性能改进工作，但仍有以下不足之处：
(1)沟通小微尺度裂缝的能力不足。由于黏度与沟通不同尺度的裂缝能力息息相关，而目前的滑溜水体系，即使是乳液型的，黏度也高达1mPa·s～3mPa·s，粉剂型滑溜水更是高达6mPa·s～12mPa·s。如想进一步降低黏度则势必要降低降阻剂浓度，而这又会影响到整个滑溜水体系的降阻率，因此，如何在保持降阻率不变的前提下，提高滑溜水沟通更小尺度裂缝的能力，显得至关重要。
(2)没有考虑滑溜水中的离子成分与页岩岩石矿物组分离子的匹配性，更没有考虑有利的反应效应及协调效应。
因此，有必要研制新的滑溜水体系及应用技术，以进一步提高深层页岩气和常压页岩气体积压裂的效果。
发明内容
本发明针对滑溜水体系沟通小微尺度裂缝能力不足以及没有考虑滑溜水中的离子成分与页岩岩石矿物组分离子的匹配性的问题，提出了一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，本发明的方法能最大限度挖掘页岩气藏增产潜力，提高压裂成功率。满足页岩油气藏体积压裂的需要，有利于水力压裂工艺的推广应用。
本发明的总体思路
(1)在常规滑溜水的基础上，经过磁化器磁化过程增加其磁性，成为磁性滑溜水。而磁化器是一种流体磁化装置磁铁固定组装的结构，外部为金属壳，两端为高密度精细机械加工而成的螺帽。内部其主要是在一组经计算机仿真计算呈对称可对接组合并在其内装置有磁铁块的导磁层，将其置入模具中以软质塑料加以包覆，进而使磁铁块与导磁层形成被包覆一体状态而构成一磁化单体，并在其磁铁块与磁铁块中间形成间隙，间隙为流水通道。是一个成熟的装备。
(2)如担心磁性不够，可再次通过磁化器增加其磁性。但是水是一种弱磁质，从水离开磁场的那一刻起，就不易长期带磁了。如担心在压裂施工的长时间内磁性减弱或失去磁性，可加些铁磁粉增加其长期磁性。
(3)成为磁性滑溜水后，水的性质发生一系列物理和化学变化，氢键角由105°变成103°，水由原来的13～18个大分子团变成5～6个小分子团。水的渗透力、溶解度有较大幅度增加。在一定距离内遇到页岩中黄铁矿(含气好的页岩气中黄铁矿的含量也相对较高)可相互吸引，增加滑溜水沟通延伸小微尺度裂缝的能力，因此，可增加裂缝的复杂性指数及改造体积。
(4)磁性滑溜水的注入排量应相对较小些，以利用其强的渗透力和溶解度更多地沟通延伸复杂裂缝系统。
本发明的目的是提供一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法。
包括：
所述页岩气压裂方法中采用磁性滑溜水；
所述磁性滑溜水是：先将水磁化，然后利用磁化后的水再配置成滑溜水.
让水流经磁化器的磁场；成为磁化水。
所述磁性滑溜水体系的降阻率大于70％，防膨率大于80％，伤害率小于15％。
伤害率主要是指压裂液对储层的伤害率，(从打开储层直至原油开采的全过程中,由人为因素造成的油井产能下降,甚至完全丧失产能的现象。储层损害是由储集层内部潜在损害因素及外部条件共同作用的结果。内部潜在损害因素主要指储集层的岩性、物性、孔隙结构、敏感性及流体性质等储集层固有的特性；外部条件主要指的是在施工作业过程中引起储层孔隙结构及物性的变化,使储集层受到损害的各个外界因素。内部潜在因素往往是通过外部条件变化而起作用的。)这里具体是指滑溜水进入储层对储层渗透率降低带来的影响。伤害率越低，证明储层的渗透率保持越好。
防膨率，防止黏土膨胀，带来储层渗透率的降低。防膨率越高，储层的渗透率伤害越小，证明滑溜水的性能越好。
降阻率指的是滑溜水可以降低注入井中时延程管路摩阻(与注入清水时管路摩阻)的比例，降租率越好，说明施工时压力越低，施工风险越小。
这三个指标均可以室内试验测得。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)关键页岩储层参数评估；
(2)簇射孔位置选择及射孔作业；
(3)磁性滑溜水的制备；
(4)裂缝参数优化；
(5)压裂施工参数优化；
(6)常规的酸处理作业；
(7)磁性滑溜水注入施工；
(8)磁性滑溜水加砂；
(9)高黏度胶液加砂施工。
其中，
步骤(5)中，磁性滑溜水的排量为设计最高排量的70％～80％。
步骤(7)中，先按最高排量60％～70％进行注入，等注入到15％～25％滑溜水体积，然后再提到设计的最高排量进行施工，等最后剩余15％～25％磁性滑溜水体积后，将排量提高到设计最高排量的110％～120％。
步骤(8)中，支撑剂采用表面加铁粉的支撑剂，是在支撑剂生产厂家在烧结支撑剂的过程中，在支撑剂的外表层添加一些铁粉，铁粉含量一般为0.05wt％～0.1wt％。
本发明具体可采用以下技术方案：
(1)关键页岩储层参数评估
主要包括页岩气的岩性及矿物组分、岩石力学及三向地应力、天然裂缝特征及地下流体性质等。可应用测井、岩心分析等手段进行。
(2)簇射孔位置选择及射孔作业
在(1)的基础上，结合地质甜点及工程甜点确定簇射孔位置。一般要求每段内的多簇射孔的岩性、脆性矿物含量、含气性等接近相同，以增加多簇射孔裂缝同时起裂延伸的可能性。
在此基础上，采用常规的螺旋式射孔或水力喷射等平面射孔技术进行相关的射孔作业。
(3)磁性滑溜水的制备
将水经过磁化器处理，使其成为磁化水。然后用磁化水配置滑溜水。如经过磁化器的流量不足，可将上述磁化器的尺寸放大，之后再进行水的磁化处理。
在此基础上，根据(1)的储层温度、岩心及流体样品，进行磁性滑溜水的配伍性及配方体系研究。为配合延伸复杂裂缝的需要，一般采用乳液型磁性滑溜水体系，也适合于现场压裂液的连续混配作业需要。
具体包括降阻剂、防膨剂、助排剂等添加剂优选。一般要求磁性滑溜水体系的降阻率大于70％，防膨率大于80％，伤害率小于15％。
(4)裂缝参数优化
应用常规的页岩气压裂产量预测软件ECLIPSE，采用正交设计方法，模拟不同缝间距、缝长及其分布(等长度、两头长中间短的U型分布和长短缝交互分布的W型分布)、裂缝导流能参数的压后产量动态，从中优选合适的裂缝参数系统。
(5)压裂施工参数优化
在(4)的基础上，应用成熟的页岩气裂缝模拟软件MEYER，同样采用正交设计方法，模拟不同的压裂排量、液量、支撑剂量、施工砂液比、滑溜水及胶液黏度及应用比例等参数下的裂缝参数结果，从中优选能满足(4)的裂缝参数要求的压裂施工参数。
与常规滑溜水体系相比，磁性滑溜水的排量应当调整为设计最高排量的70％～80％左右(如排量太低则施工时间太长，经济性则大为降低)，以使其有充分的时间去沟通与延伸复杂的裂缝系统。
(6)常规的酸处理作业
基于成熟的酸预处理技术及流程执行。
(7)磁性滑溜水注入施工
在(5)的基础上，按设计要求进行磁性滑溜水的注入施工。由于磁性滑溜水的施工阻力相对较小，可采用变排量的施工技术进行作业。先按最高排量70％进行注入，等注入到20％滑溜水体积(裂缝模拟结果证实20％～30％的施工期间是压裂造缝的关键时期，在此期间裂缝快速形成，裂缝的几何尺寸可达到最终结果的70％左右)，然后再提到设计的最高排量进行施工，等最后剩余20％磁性滑溜水体积后，可将排量提高到设计最高排量的110％～120％(具体看井口施工压力情况灵活决定)，以进一步增加裂缝的复杂性程度。
(8)磁性滑溜水加砂
在(7)的施工中，按设计要求的时机，适时加入设计的支撑剂类型、粒径、砂液比及用量。为增加滑溜水携带支撑剂的效率，可在支撑剂表面加一些铁粉(主要是在支撑剂生产厂家在烧结支撑剂的过程中，在支撑剂的外表层按照一定的0.05wt％～0.1wt％添加一些铁粉)，利用滑溜水的磁性对铁粉的吸引力，增加支撑剂与磁性滑溜水的跟随效果，提高支撑剂在裂缝远端位置纵向上的悬浮效果，也能在一定程度上增加裂缝的有效改造体积。
(9)高黏度胶液加砂施工
按设计要求，在加砂的最后阶段可用高黏度胶液携带更高砂液比的支撑剂，增加主裂缝的支撑效率和导流能力。
(10)其它顶替、下段压裂、最后钻塞、返排及求产等流程，参照常规技术规范，在此不赘。
本发明解决了滑溜水体系沟通小微尺度裂缝能力不足以及没有考虑滑溜水中的离子成分与页岩岩石矿物组分离子的匹配性的问题，本发明的方法不仅能够有效的压开储层、还能够大大提高储层改造体积，充分挖掘储层的生产潜力。该发明是页岩气工艺技术领域的重要突破，对提高非常规油气藏的开发技术水平和经济效益具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1
X探井，
(1)关键页岩储层参数评估
根据测井、岩心分析等数据，进行页岩气储层的岩性及矿物组分、岩石力学及三向地应力、天然裂缝特征及地下流体性质分析。
(2)簇射孔位置选择及射孔作业
在(1)的基础上，采用常规的螺旋式射孔技术进行相关的射孔作业。
(3)磁性滑溜水的制备
根据储层特点和现场施工泵注需要，该井采用乳液型磁性滑溜水体系进行压裂施工。先将水通过磁化器处理为磁化水，再配置乳液型磁性滑溜水；
(4)压裂施工参数优化
在裂缝参数优化的基础上那个，优化并制定了施工泵注程序，其中，磁性滑溜水的排量为设计最高排量的70％～80％。最高排量与常规滑溜水体系相比，进行适当调整，磁性滑溜水注入时的最高排量为12m3/min。
(5)常规的酸处理作业
按照泵注程序，进行了常规的酸处理作业，
(6)磁性滑溜水注入施工
按照泵注程序进行了压裂施工，根据设计最高排量。
(7)磁性滑溜水加砂
在(7)的施工中，按设计要求的时机，适时加入设计的支撑剂类型、粒径、砂液比及用量。为增加滑溜水携带支撑剂的效率，可采用表面带铁粉的支撑剂(市售产品)，利用滑溜水的磁性对铁粉的吸引力，增加支撑剂与磁性滑溜水的跟随效果，提高支撑剂在裂缝远端位置纵向上的悬浮效果，也能在一定程度上增加裂缝的有效改造体积。
(8)高黏度胶液加砂施工
按设计要求，在加砂的最后阶段可用高黏度胶液携带更高砂液比的支撑剂，增加主裂缝的支撑效率和导流能力。
先按最高排量60％～70％(7.2m3/min～8.4m3/min)进行注入，等注入到15％～25％(270m3～450m3)滑溜水体积，然后再提到设计的最高排量12m3/min进行施工，等最后剩余15％～25％(270m3～450m3)磁性滑溜水体积后，将排量提高到设计最高排量的110％～120％(13.2m3/min～14.4m3/min)。
按设计要求，在加砂的最后阶段采用高黏度胶液进行大粒径支撑剂的尾追，以增加主裂缝的支撑效率和导流能力。施工过程中，磁性滑溜水体系的降阻率达到了73.6％，室内评价该滑溜水的防膨率83.7％，页岩岩心伤害率为13.9％。
该井按照新的压裂技术施工后，日产气22000m3，较同区块其他井，产量提高29％以上，增产效果明显。
实施例2
Y井；
(1)关键页岩储层参数评估
根据测井、岩心分析等数据，进行页岩气储层的岩性及矿物组分、岩石力学及三向地应力、天然裂缝特征及地下流体性质分析。
(2)簇射孔位置选择及射孔作业
在(1)的基础上，采用常规的螺旋式射孔技术进行相关的射孔作业。
(3)磁性滑溜水的制备
根据储层特点和现场施工泵注需要，该井采用乳液型磁性滑溜水体系进行压裂施工。先将水通过磁化器处理为磁化水，再配置乳液型磁性滑溜水。
(4)压裂施工参数优化
在裂缝参数优化的基础上那个，优化并制定了施工泵注程序，其中，磁性滑溜水的排量为设计最高排量的70％～80％。最高排量与常规滑溜水体系相比，进行适当调整，磁性滑溜水注入时的最高排量为13m3/min。
(5)常规的酸处理作业
按照泵注程序，进行了常规的酸处理作业。
(6)磁性滑溜水注入施工
按照泵注程序进行了压裂施工，根据设计最高排量。
(7)磁性滑溜水加砂
在(7)的施工中，按设计要求的时机，适时加入设计的支撑剂类型、粒径、砂液比及用量。为增加滑溜水携带支撑剂的效率，可采用表面带铁粉的支撑剂(市售产品)，利用滑溜水的磁性对铁粉的吸引力，增加支撑剂与磁性滑溜水的跟随效果，提高支撑剂在裂缝远端位置纵向上的悬浮效果，也能在一定程度上增加裂缝的有效改造体积。
(8)高黏度胶液加砂施工
按设计要求，在加砂的最后阶段可用高黏度胶液携带更高砂液比的支撑剂，增加主裂缝的支撑效率和导流能力。
先按最高排量60％～70％(7.8m3/min～9.1m3/min)进行注入，等注入到15％～25％(300m3～500m3)滑溜水体积，然后再提到设计的最高排量13m3/min进行施工，等最后剩余15％～25％(300m3～500m3)磁性滑溜水体积后，将排量提高到设计最高排量的110％～120％(14.3m3/min～15.6m3/min)。
按设计要求，在加砂的最后阶段采用高黏度胶液进行大粒径支撑剂的尾追，以增加主裂缝的支撑效率和导流能力。施工过程中，磁性滑溜水体系的降阻率达到了76.7％，室内评价该滑溜水的防膨率83.7％，页岩岩心伤害率为13.9％。
该井按照新的压裂技术施工后，日产气31000m3，较同区块其他井，产量提高49％以上，增产效果明显。
对比例：
以中国某页岩气区块A井为例，该井采用常规压裂方法，采用常规滑溜水和胶液组合作为压裂液，施工最高排量15m3/min，该井按照常规压裂技术施工后，日产气17000m3，产量较低，且递减速度快。

Claims (7)

1.一种采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于所述方法包括：
所述页岩气压裂方法中采用磁性滑溜水。
2.如权利要求1所述的磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于：
所述磁性滑溜水是：先将水磁化，然后利用磁化后的水再配置成滑溜水。
3.如权利要求2所述的采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于：
所述磁性滑溜水的降阻率大于70％，防膨率大于80％，伤害率小于15％。
4.如权利要求1～3之一所述的采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于所述方法包括：
(1)关键页岩储层参数评估；
(2)簇射孔位置选择及射孔作业；
(3)磁性滑溜水的制备；
(4)裂缝参数优化；
(5)压裂施工参数优化；
(6)常规的酸处理作业；
(7)磁性滑溜水注入施工；
(8)磁性滑溜水加砂；
(9)高黏度胶液加砂施工。
5.如权利要求4所述的采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于：
步骤(5)中，磁性滑溜水的排量为设计最高排量的70％～80％。
6.如权利要求4所述的采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于：
步骤(7)中，
先按最高排量60％～70％进行注入，等注入到15％～25％滑溜水体积，然后再提到设计的最高排量进行施工，等最后剩余15％～25％磁性滑溜水体积后，将排量提高到设计最高排量的110％～120％。
7.如权利要求4所述的采用磁性滑溜水的页岩气压裂方法，其特征在于：
步骤(8)中，支撑剂采用表面加铁粉的支撑剂。
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