CN109763804A - 一种水平井分段暂堵压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平井分段暂堵压裂方法，属于油气田开发的水利压裂的技术领域，方法包括，对水平井的射孔孔眼进行暂堵，在暂堵射孔孔眼周围形成新裂缝，重复上述过程，达到水平井井段上的分段压裂效果，为水平井的开发提供更有效快捷的方式。同时在暂堵剂降解后还会对裂缝端口形成支撑提高压裂成功率，暂堵剂不会在井筒中残留，同时在压裂液中具有极高的降解率，不会对地层产生污染，大大提升了改造效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平井分段暂堵压裂方法，属于油气田开发的水利压裂的技术领域。
背景技术
随着世界的石油需求量日益增加，非常规油气资源越来越成为勘探开发的新区域。我国非常规油气资源广泛，增产潜力巨大，水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施，其中水平井分段压裂由于其沟通储层较大使其开发潜力远远大于垂直井，由此出现的水平井分段压裂技术是开发非常规油气的重要技术手段。水平井分段压裂技术主要由段间隔离和沟通地层两方面组成，每个步骤都对整个压裂施工效果起着至关重要的作用。
段间隔离技术的主要作用是将压裂层系隔离，使各层系在施工过程中互不影响，目前主要是通过封隔器、桥塞或水泥封隔来实现段间隔离效果。沟通地层技术的作用是在压裂之前沟通井筒和储层，通过压裂滑套或射孔来实现井筒和地层的沟通。常用的水平井分段压裂完井方式主要有：(1)“压差滑套+投球滑套+裸眼封隔器”完井；(2)“压差滑套+固井滑套+固井水泥封隔器”完井；(3)“射孔+桥塞”套管完井；(4)“水力喷射分段压裂完井”完井；(5)“连续油管拖动分段压裂完井”完井。这些水平井分段压裂方式可对不同井况的层位进行压裂，但是这些方式的缺点十分显著：作业工具复杂；作业时间长；连续压裂与无限级数不可兼得。
D1中国专利文件CN105756650A(申请号：201610181518.9)公开了一种采用混合暂堵剂封堵管外窜实现水平井分段压裂的方法，以段塞方式多轮次挤注不同粒径和不同比例的暂堵剂，所述暂堵剂进入水平井套管外窜槽部位后，固化并微膨胀，与地层和套管胶结在一起。但该技术采用多次轮注的技术手段进行暂堵剂的注入，且注入的暂堵剂受段塞的影响粒径与比例需要多次调解，这样的改造方式过程繁琐且对施工现场的注入工序要求较高，很容易造成操作的失误导致施工失败。
D3中国专利文件CN105672970A(申请号：201511015214.7)公开了一种实现水平井段内暂堵转向多缝压裂的方法，首先制备暂堵转向工作液，暂堵转向工作液包括可降解暂堵剂、可降解纤维和低粘携带液；进行分段压裂，泵注顺序为前置液→携砂液→暂堵转向工作液；全部压裂完成后，待暂堵转向工作液降解，排液。该技术采用携砂液注入完毕再进行暂堵剂注入的方式进行施工，但是采用这种方式进行水平井的分段暂堵，因为没有携砂液携带支撑剂进行后续的注入，因此无法对已压开裂缝的端口进行有效的支撑，这样在压裂液反排时由于裂缝端口未形成有效支撑而导致裂缝失效，且容易造成支撑剂的回流污染井筒，裂缝支撑失效，导致压裂失败。
D4中国专利文件(申请号CN201711396902.1)公开了一种颗粒与凝胶组合封堵水平井多段裂缝的方法，对水平井井筒处理，通过井口排量泵注化学颗粒与凝胶胶液混合的封堵剂段塞，进行多次泵注封堵剂段塞，使工作压力逐渐升高至套管限压或初次压裂地层最高破压值，关井侯凝，待凝胶胶液固化后维持颗粒封堵形态，实现封堵剂整体反向承压，对水平井井筒进行二次处理，清除井筒内残留颗粒物和固化凝胶，确保井筒畅通。但该方案中，颗粒与凝胶混合加入会在井筒中有残留，同时还会对地层造成污染，使得压裂裂缝失去效用。
综上所述，现有的水平井压裂方法并不能有效完成压裂技术，施工复杂、失败率高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明了一种新型水平井分段暂堵压裂技术。
术语说明
测井：测井，也叫地球物理测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法之一。
套管完井：套管完井又称衬管完井、尾管完井(liner completion)。套管下到开发目标煤层之上并固井，然后通过套管射孔、套管喷射、开槽等地层进入技术，建立井筒与目标层联络通道的完井方式。
发明概述
随着水平井分段压裂技术的不断发展，国内外各大油田对水对缩短作业时间和降低作业风险提出了更高的要求。水平井分段暂堵压裂技术将暂堵压裂技术应用于水平井分段压裂上，利用暂堵剂代替封隔器和压裂滑套的封堵作用，可以在进行分段压裂时不需要对水平井下封隔器，对水平井进行连续压裂，缩短了作业时间，降低了施工风险，提高分段压裂成功率和效率。在现阶段的暂堵剂选择，主要围绕暂堵剂的尺寸与暂堵剂的封堵能力，暂堵剂的封堵能力在4.5-5.1MPa之间即可满足要求，暂堵剂的尺寸在2～10mm即可达到要求。这样的暂堵剂在相关的暂堵剂制造厂商即可买到，市场应用范围很广且出售厂家较多。暂堵剂能否在裂缝处形成足以产生新裂缝的有效封堵，并且能在一定的时间内解堵，对整个分段压裂施工和增产效果有非常重要的影响。
本发明的技术方案如下：
发明详述
ZDY-6暂堵剂
ZDY-6暂堵剂是粒径为2～10mm的颗粒性暂堵剂，满足不同的射孔孔径，并根据各井的射孔尺寸选择适当粒径的暂堵剂。压裂施工工程中，当所压裂裂缝达到足够的长度时，通过混砂车与压裂液混合，泵入ZDY-6暂堵剂，泵入量根据裂缝尺寸而定(通过承压实验得出：当暂堵剂封堵段长度达到0.2～1m时，其承压能力为20～100MPa)。
一种水平井分段暂堵压裂方法，包括步骤如下：
(1)将水平井钻好、进行测井与相关的套管完井；
(2)通过测井曲线对分析出来的含油层进行一次性射孔，没有传统分段压裂的级数限制；
(3)射孔后，向油井中放置连续油管，并在与射孔位置对应的连续油管处设置压力传感器，利用压力传感器绘制施工过程中的压力施工曲线；
(4)向套管与连续油管之间的环空内泵入前置液，保障可以形成预期的裂缝尺寸；随着井筒内的压力不断升高，当达到所有射孔处的最小破裂压力时，该射孔处的岩石开始破裂，通过对现场的压力施工曲线分析，当油管压力达到最高点后有一下降过程，当在1min之内油管压力下降1.5-3MPa时，可知第一段裂缝已成功压开，与此同时，连续油管在该处的压力感应器将信号传输到地面仪表车，确定破裂点的位置；
(5)随后泵入携砂液，根据该破裂点位置处的储层特点，设计泵入的携砂液量，结合现有公式计算求出环空内的压裂液体积，判断向环空内加入暂堵剂的时间；
(6)当暂堵剂到达射孔处时，该处射开地层的压力较小，暂堵剂受井筒内液体压力影响被压入裂缝，由于暂堵剂在进入井筒过程中产生膨胀，膨胀后体积达到裂缝1/3-2/3范围之间，众多暂堵剂在缝口处堆积形成架桥，产生聚集；
(7)暂堵剂泵入1～60分钟后，由于受储层流体化学成分(Na+、Mg2+等)、地层温度(50-180℃)和与压裂液接触等因素的影响，注入地下在裂缝端口处的暂堵剂互相胶结，粘连在一起，将裂缝的缝口堵住，同时有部分支撑剂在暂堵剂的空隙处进行充填，形成有效封堵；
(8)待暂堵剂封堵后，继续向套管与油管之间的环空内泵入前置液，此时破裂压力最小位置处的岩石开始产生新的破裂，形成新的裂缝，重复步骤(5)-(7)，进行施工直到所有射孔处都压开裂缝为止，本步骤中泵注的前置液成分与步骤(4)中泵入的前置液成分相同；
(9)当所有层系压裂完成后，关井，等待泵入的暂堵剂在裂缝缝口位置处自行降解、缝内支撑剂的沉降和压裂液的破胶；
(10)再次泵入携砂液，将各条裂缝的缝口填充满支撑剂，本步骤中泵注的携砂液成分与步骤(5)泵入的携砂液成分相同；
(11)关井0.5～36h后进行返排施工，将地层中的压裂液返排到地面，地层中只留下支撑剂支撑裂缝，施工完成。
根据本发明优选的，步骤(4)中，向套管与连续油管之间的环空内以3.5-4.5m3/min的速度泵入前置液，泵入的前置液的体积在5-18m3范围之内。
根据本发明优选的，步骤(5)中，泵入携砂液的泵入速度在4.5-15m3/min之间。
根据本发明优选的，步骤(5)中，暂堵剂的加入时间为：在携砂液加入2/3的体积后进行暂堵剂的加入。以确保裂缝达到压裂设计的尺寸要求，并形成有效的裂缝支撑。
根据本发明优选的，步骤(8)中，向套管与油管之间的环空内泵入前置液的速度是3.5-4.5m3/min，泵入前置液的容积为5-18m3。
根据本发明优选的，步骤(9)中，关井时间为0.5～20h。
本发明具有如下有益效果
1.本发明提出的水平井暂堵压裂技术通过使用化学颗粒暂堵剂代替封隔器和桥塞等传统压裂封隔方式将裂缝进行封堵，段间隔离的方式不同，可依次压开整个水平井的所有射孔位置，施工一段时间后暂堵剂可自行降解，实现所有裂缝与水平井筒相沟通，水平井的缝网结构更复杂。该项技术依靠最少的作业工具，可随意更改压裂层位，大大减少了作业时间，实现水平井的无限极连续压裂。
2.本发明创新性的在进行水平井分段压裂施工时，可以不再借助传统的封隔器和压裂滑套的封堵作用，可以在进行分段压裂时在不需要对水平井下封隔器的基础上进行连续压裂，缩短了作业时间，降低了施工风险，提高分段压裂的成功率和分段压裂效率。本发明能通过多次的暂堵剂ZDY-6加入实现水平井的分度压裂，不但可以实现更大范围的改造，同时由于是采用暂堵材料的加入而不是封隔器的座封，极大的节约了施工的成本与时间，免去了封隔器座封以及验封的时间，避免了由于座封不合格导致的一系列压裂施工问题。提高了水平井分段压裂的成功率。
3.本发明在采用暂堵剂进行水平井分度暂堵压裂时，采用了ZDY-6型暂堵剂，该暂堵剂已研发粒径尺寸范围为2～10mm，呈颗粒状，可以满足不同的射孔孔径，同时经过实际测试，ZDY-6型暂堵剂的承压能力受暂堵长度(20-100cm)影响，可以达到20～100MPa，在储层裂缝中得以实现有效封堵，使水平井分度压裂改造效果更好。
4.本发明所述的一种新型水平井分段暂堵压裂技术中所采用的技术可以准确的对待改造裂缝进行压裂，封堵，且施工稳定，不需要较大排量和更加多的液量，对油管具有一定的保护作用，无需刮管，不用验封，全程采用一套设备稳定施工。
5.本发明的技术方案采用一次性注入，使得施工工序简化且不会造成施工上的失误，对实际改造成功率具有较高保证。
6.利用本发明的技术方案，在暂堵剂注入裂缝端口形成暂堵后会跟进一小段的支撑剂，小颗粒的支撑剂与暂堵剂混合形成滤饼，即达到的封堵的目的，同时在暂堵剂降解后还会对裂缝端口形成支撑提高压裂成功率。
7.本发明提出的暂堵剂不会在井筒中残留，同时在压裂液中具有极高的降解率，不会对地层产生污染，大大提升了改造效果。
附图说明
图1为井段射孔图；
图2为第一段裂缝压开图；
图3为暂堵剂在射孔处聚集示意图；
图4为暂堵剂在射孔处胶结将裂缝封堵示意图；其中，1、暂堵剂，2、40/70目小粒径陶粒支撑剂；
图5为暂堵剂将第一段裂缝封堵示意图；
图6为所有射孔处都压开了裂缝示意图；
图7为水平井分段压裂施工完成图。
具体实施方式
下面结合实施实例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1、
一种水平井分段暂堵压裂方法，对水平井的射孔孔眼进行暂堵，在暂堵射孔孔眼周围形成新裂缝，重复上述过程，达到水平井井段上的分段压裂效果，为水平井的开发提供更有效快捷的方式。具体步骤包括：
(1)将水平井钻好、进行测井与相关的套管完井。
(2)通过测井曲线对分析出来的含油层进行一次性射孔，没有传统分段压裂的级数限制，如图1所示。
(3)射孔后，向油井中放置连续油管，并在与射孔位置对应的连续油管处装有压力传感器，利用压力传感器绘制施工过程中的压力施工曲线。
(4)向套管与连续油管之间的环空内以4m3/min的速度泵入前置液，环空结构为常规的油田套管与连续油管环空，前置液的配比视目标井的储层特性与现场压裂需求决定，并无特殊要求，且前置液的配比材料在市场上的相关厂家均能买到，没有相关特定。泵入的前置液的体积取15m3，保障可以形成预期的裂缝尺寸。随着井筒内的压力不断升高，当达到所有射孔处的最小破裂压力时，该射孔处的岩石开始破裂，通过对现场的压力施工曲线分析，当油管压力达到最高点后有一明显下降过程，即当在1min之内油管压力下降1.5-3MPa时，可知第一段裂缝已成功压开，与此同时，连续油管在该处的压力感应器将信号传输到地面仪表车，可以确定破裂点的位置。
(5)随后泵入携砂液，泵入速度在6m3/min，携砂液的成分受目标井的地层特性影响，针对不同井，携砂液的成分不同，选用的均为市购现有。根据该破裂位置处的储层特点，设计泵入的携砂液量，结合现有的计算公式求出环空内的压裂液体积，判断向环空内加入暂堵剂ZDY-6的时间，通常在携砂液加入2/3的体积后进行暂堵剂ZDY-6的加入，以确保裂缝达到压裂设计的尺寸要求，如图2所示，并形成有效的裂缝支撑。
(6)当液体携带暂堵剂ZDY-6到达射孔处时，该处射开地层的压力较小，暂堵剂ZDY-6受井筒内液体压力影响被压入裂缝，由于暂堵剂ZDY-6在进入井筒过程中产生膨胀，膨胀后体积达到裂缝1/3-2/3范围之间，众多暂堵剂在缝口处堆积形成架桥，产生聚集，如图3所示。
(7)暂堵剂ZDY-6泵入2分钟后，由于受储层流体化学成分(Na+、Mg2+等)、地层温度(50-180℃)和与压裂液接触等因素的影响，注入地下在裂缝端口处的暂堵剂ZDY-6互相胶结，粘连在一起，将裂缝的缝口堵住，同时有部分支撑剂在暂堵剂ZDY-6的空隙处进行充填，形成有效封堵，如图4、5所示。
(8)待暂堵剂ZDY-6封堵后，继续向套管与油管之间的环空内以4m3/min的速度泵入6m3前置液，此时破裂压力最小位置处的岩石开始产生新的破裂，形成新的裂缝，重复上述步骤(5)-(7)进行施工直到所有射孔处都压开裂缝为止，如图6所示，本步骤中泵注的前置液成分与步骤(4)中泵入的前置液成分相同。
(9)当所有层系压裂完成后，关井3h，等待泵入的暂堵剂ZDY-6在裂缝缝口位置处自行降解、缝内支撑剂的沉降和压裂液的破胶。
(10)再次泵入携砂液，将各条裂缝的缝口填充满支撑剂，本步骤中泵注的携砂液成分与步骤(5)泵入的携砂液成分相同。
(11)关井24h后进行返排施工，将地层中的压裂液返排到地面，地层中只留下支撑剂支撑裂缝，施工完成，如图7所示。
实施例2、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例1所示，所不同的是，步骤(4)中，套管与连续油管之间的环空内前置液的泵入速度为3.5m3/min，泵入前置液的体积取5m3。
实施例3、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例1所示，所不同的是，步骤(4)中，套管与连续油管之间的环空内前置液的泵入速度为4.5m3/min，泵入前置液的体积取18m3。
实施例4、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例1所示，所不同的是，步骤(5)中，携砂液的泵入速度为4.5m3/min。
实施例5、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例1所示，所不同的是，步骤(5)中，携砂液的泵入速度为15m3/min。
实施例6、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例4所示，所不同的是，步骤(7)中，暂堵剂ZDY-6泵入1分钟后，注入地下在裂缝端口处的暂堵剂ZDY-6互相胶结，粘连在一起，将裂缝的缝口堵住，同时有部分支撑剂在暂堵剂ZDY-6的空隙处进行充填，形成有效封堵。
实施例7、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例5所示，所不同的是，步骤(7)中，暂堵剂ZDY-6泵入60分钟后，注入地下在裂缝端口处的暂堵剂ZDY-6互相胶结，粘连在一起，将裂缝的缝口堵住，同时有部分支撑剂在暂堵剂ZDY-6的空隙处进行充填，形成有效封堵。
实施例8、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例6所示，所不同的是，步骤(8)中，向套管与油管之间的环空内泵入前置液的泵入速度为3.5m3/min，泵入5m3。
实施例9、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例7所示，所不同的是，步骤(8)中，向套管与油管之间的环空内泵入前置液的泵入速度为4.5m3/min，泵入18m3。
实施例10、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例8所示，所不同的是，步骤(9)中，当所有层系压裂完成后，关井0.5h，等待泵入的暂堵剂ZDY-6在裂缝缝口位置处自行降解、缝内支撑剂的沉降和压裂液的破胶。
实施例11、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例9所示，所不同的是，步骤(9)中，当所有层系压裂完成后，关井20h，等待泵入的暂堵剂ZDY-6在裂缝缝口位置处自行降解、缝内支撑剂的沉降和压裂液的破胶。
实施例12、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例10所示，所不同的是，步骤(11)中，关井0.5h后进行返排施工，将地层中的压裂液返排到地面，地层中只留下支撑剂支撑裂缝，施工完成。
实施例13、
一种水平井分段暂堵压裂方法，其步骤如实施例11所示，所不同的是，步骤(11)中，关井36h后进行返排施工，将地层中的压裂液返排到地面，地层中只留下支撑剂支撑裂缝，施工完成。
应用例1、
将本发明的步骤方法应用于实际水平井中。目标A井水平段长度420m。此次压裂改造采用分段压裂5段，共射开12m，此次压裂加入ZDY-6暂堵剂，第一段加入50kg、第二段加入40kg、第三段加入50kg、第四段加入47kg、第五段加入48kg，累计加入235kg。
为了达到水平井分段暂堵改造的效果，在第一段进行封堵的时候开始进行第二段压裂，在一二段进行暂堵的同时进行第三段压裂，以此类推，直到五段裂缝全部进行封堵完毕，最后进行解堵，完成压裂液的返排。
最终，通过产量统计，该井改造效果较好，利用本发明所述方法进行水平井分段压裂改造后压后获得了良好的增产效果，达到了预期目标。
应用例2、
将本发明用于B井，射孔井段为3488.5-3646.5m。该井共注入压裂前置液306.35m3，携砂液376.49m3，顶替液29.3m3，由于射孔数较少，且预设计压裂裂缝半长为110m，因此，共加入暂堵剂85kg。
压后通过数据统计可知，采用本发明所述方法进行水平井分段压裂改造后压后获得了良好的增产效果，达到了预期目标。
Claims (6)
1.一种水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)将水平井钻好、进行测井与相关的套管完井；
(2)通过测井曲线对分析出来的含油层进行一次性射孔；
(3)射孔后，向油井中放置连续油管，并在与射孔位置对应的连续油管处设置压力传感器，利用压力传感器绘制施工过程中的压力施工曲线；
(4)向套管与连续油管之间的环空内泵入前置液；随着井筒内的压力不断升高，当达到所有射孔处的最小破裂压力时，该射孔处的岩石开始破裂，通过对现场的压力施工曲线分析，当油管压力达到最高点后有一下降过程，当在1min之内油管压力下降1.5-3MPa时，可知第一段裂缝已成功压开，与此同时，连续油管在该处的压力感应器将信号传输到地面仪表车，确定破裂点的位置；
(5)随后泵入携砂液，根据该破裂点位置处的储层特点，设计泵入的携砂液量，结合现有公式计算求出环空内的压裂液体积，判断向环空内加入暂堵剂的时间；
(6)当暂堵剂到达射孔处时，该处射开地层的压力较小，暂堵剂受井筒内液体压力影响被压入裂缝，由于暂堵剂在进入井筒过程中产生膨胀，膨胀后体积达到裂缝1/3-2/3范围之间，众多暂堵剂在缝口处堆积形成架桥，产生聚集；
(7)暂堵剂泵入1～60分钟后，注入地下在裂缝端口处的暂堵剂互相胶结，粘连在一起，将裂缝的缝口堵住，同时有部分支撑剂在暂堵剂的空隙处进行充填，形成有效封堵；
(8)待暂堵剂封堵后，继续向套管与油管之间的环空内泵入前置液，此时破裂压力最小位置处的岩石开始产生新的破裂，形成新的裂缝，重复步骤(5)-(7)，进行施工直到所有射孔处都压开裂缝为止，本步骤中泵注的前置液成分与步骤(4)中泵入的前置液成分相同；
(9)当所有层系压裂完成后，关井，等待泵入的暂堵剂在裂缝缝口位置处自行降解、缝内支撑剂的沉降和压裂液的破胶；
(10)再次泵入携砂液，将各条裂缝的缝口填充满支撑剂，本步骤中泵注的携砂液成分与步骤(5)泵入的携砂液成分相同；
(11)关井0.5～36h后进行返排施工，将地层中的压裂液返排到地面，地层中只留下支撑剂支撑裂缝，施工完成。
2.根据权利要求1所述的水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，步骤(4)中，向套管与连续油管之间的环空内以3.5-4.5m3/min的速度泵入前置液，泵入的前置液的体积在5-18m3范围之内。
3.根据权利要求1所述的水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，步骤(5)中，泵入携砂液的泵入速度在4.5-15m3/min之间。
4.根据权利要求1所述的水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，步骤(5)中，暂堵剂的加入时间为：在携砂液加入2/3的体积后进行暂堵剂的加入。
5.根据权利要求1所述的水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，步骤(8)中，向套管与油管之间的环空内泵入前置液的速度是3.5-4.5m3/min，泵入前置液的容积为5-18m3。
6.根据权利要求1所述的水平井分段暂堵压裂方法，其特征在于，步骤(9)中，关井时间为0.5～20h。
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