CN109958416B - 一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法。包括：每簇射孔排量相等，且等于总的注入排量除以该段的射孔簇数。包括：(1)关键储层参数评价；(2)确定段簇位置；(3)裂缝参数优化；(4)压裂施工参数的优化；(5)邻井段簇进液及进支撑剂监测参数分析；(6)各簇平均排量的分配(7)水平井筒各簇射孔处井筒压力的计算(8)各簇射孔数量及孔径调节(9)段内整体簇射孔方案的微调(10)下桥塞及簇射孔联作作业；(11)酸预处理及前置液造缝和携砂液加砂(12)顶替作业。本发明增加各射孔簇间进液、进砂的均匀性，改善压裂液、支撑剂在射孔簇之间的分布，增加裂缝的整体改造体积，实现储层增产效果的最大化。

Description

一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法

技术领域

本发明涉及水平井压裂技术领域，进一步地说，是涉及一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法。本发明可用于碳酸盐岩、砂岩、页岩等储层的水平井分段压裂中。

背景技术

目前，水平井分段压裂中，普遍采用桥塞射孔联作技术，其中用到的多簇射孔技术，普遍采用等孔径、等孔密的射孔策略，这是基于每簇射孔都均匀进入压裂液和支撑剂的假设作出的，但实际情况是，由于压裂目的层的非均质性，很难保证各簇均匀进液和进砂。国外大量的产气剖面测试及支撑剂示踪剂监测资料也证实，靠近跟部的射孔簇里进入的压裂液量及支撑剂量远高于其余的射孔簇，可能占该段总压裂液量及支撑剂量的50％以上，而靠近趾部的射孔簇可能只进入了整个压裂段总压裂液量及支撑剂量的10％甚至更低。这种射孔簇间不均衡的压裂液量及支撑剂量分布，会导致簇间诱导应力的大幅度降低，该段裂缝的整体改造体积也会大幅度降低。

《致密低渗油藏水平井分段多簇压裂技术优化及在泾河油田的应用》(石油地质与工程2017年3月)，该文献针对泾河油田致密低渗油藏水平井分段压裂改造产量低的问题，提出利用水平井分段多簇压裂技术进行增产的解决方案，从水平井分段多簇压裂增产机理着手，分析了影响多簇起裂、裂缝有效延伸以及裂缝复杂性的因素；结合限流原理和人工诱导应力场分析，确定了簇间距、多簇射孔参数以及压裂施工参数，并在泾河油田进行了现场应用,取得了良好的增产效果。该文献针对泾河油田致密低渗油藏特点，优化了水平井分段多簇压裂改造技术，但主要是针对簇间距、射孔参数、施工排量等进行了优化，单段压裂仍采用等孔径、等孔密的射孔策略，并未对孔径、孔密等进行优化，有一定技术局限性。

以往也有提出采用变孔径变孔密的射孔技术，但缺乏定量的设计方法为依托，往往凭经验。因此，需要研究提出一种新的能定量设计的变孔径变孔密设计及施工技术，以解决上述局限性。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法。本发明针对现有水平井分段压裂中常规射孔技术造成的各簇进液、进砂不均匀现象，在裂缝参数、施工参数优化的基础上，首先对各簇排量进行优化调整，根据该排量计算各簇射孔处井筒压力，在此基础上对各簇射孔数量、孔径及段内整体簇射孔方案进行调整，增加各射孔簇间进液、进砂的均匀性，改善压裂液、支撑剂在射孔簇之间的分布，增加裂缝的整体改造体积，以解决目前技术的局限性，实现储层增产效果的最大化。

本发明的总体思路：

(1)先定量计算水平井筒内的压力梯度及对应各射孔簇处的井筒处压力。

按管流计算纯压裂液的摩阻，公式如下：

其中，f-摩阻系数，ρ-压裂液密度，u-管内压裂液流速，L-水平段长度，D-管径。

为简化起见，假设在排量一定的前提下，压力梯度沿直井筒及水平井筒都是恒定的，直井筒就多一个重力梯度而已。

但考虑到各簇都有不同的排量，可结合思路(2)中各簇排量的计算结果，靠近跟部第一个射孔簇处可为总注入排量，第二个射孔簇排量为总注入排量与第一簇射孔排量之差，以此类推。

由此可以由井口压力，计算到每个射孔簇处的井筒(主要为水平井筒)压力。

一般而言，靠近跟部的射孔簇处井筒压力最高，靠近趾部射孔簇井筒压力最低。各簇射孔孔眼摩阻的差值，应与上述井筒压力的差值相对应，且从根部向趾部，各射孔簇的孔眼摩阻应是逐渐降低的。

(2)各射孔簇注入排量的分配

以往都想当然认为各簇射孔的排量相等。实际上，邻井压后监测结果差异性很大。可根据此结果，分配各射孔簇的原始排量，因为以往的各簇射孔孔径及孔数相等，本专利要进行调节的。必然地，排量也会相应随之变化。

将上述原始排量与平均排量比较，排量调节后的新排量分配，应是每簇排量相等，且等于总的注入排量除以该段的射孔簇数。

原始排量指第一次计算得出的各簇排量，即根据不同孔径、孔数计算得出的排量；平均排量是指各簇排量总和除以该段射孔簇数。

先由各簇原始排量与要求的平均排量对比，如果高于平均排量，则按比例缩小孔数，如单纯缩小孔数还难以准确调节对应的排量差，则应再对某些孔眼的孔径进行调节(可能大也可能小)，直至达到上述要求为止。其它簇的孔数及孔径调节，按此方法执行。只不过如原始排量低于要求的平均排量，则要按排量比例增加孔数及调节孔径。一般地，靠近跟部的要减少孔数，而靠近趾部的要增加孔数。孔径只起微调作用，可大可小。

(3)在思路(2)的基础上，再根据各簇处井筒压力与孔眼摩阻差值相等为原则进行判断，如满足上述原则且误差在正负5％以内，可以不再调节各簇孔数或孔径。否则，还要进行微调。

这里需要注意的是，簇内如个别孔孔径调整了，则不能保证每个孔眼的摩阻相等。此时，孔径的变化，其吸收的排量，按孔眼横截面积占比确定。最终如计算各个孔的摩阻不同的话，以最大摩阻代表整个射孔簇的孔眼摩阻。

(4)考虑到支撑剂进入孔眼后的磨蚀效应，各射孔孔径一般要变大，随之排量会增大，但这两个参数变化都具有不确定性，为简化起见，假设孔眼摩阻维持恒定不变。

本发明的目的是提供一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法。

包括：

每簇射孔排量相等，且等于总的注入排量除以该段的射孔簇数。

包括以下步骤：

(1)关键储层参数评价；

(2)确定段簇位置；

(3)裂缝参数优化；

(4)压裂施工参数的优化；

(5)邻井段簇进液及进支撑剂监测参数分析；

(6)各簇平均排量的分配；

(7)水平井筒各簇射孔处井筒压力的计算；

(8)各簇射孔数量及孔径调节；

(9)段内整体簇射孔方案的微调；

(10)下桥塞及簇射孔联作作业；

(11)酸预处理及前置液造缝和携砂液加砂；

(12)顶替作业。

其中，

步骤(6)，由步骤(4)的最高排量，与步骤(2)中段簇优选结果，按各簇排量均等原则进行匹分。

步骤(7)，按管流计算纯压裂液的摩阻，公式如下：

可结合思路(2)中各簇排量的计算结果，靠近跟部第一个射孔簇处可为总的注入排量，第二个射孔簇排量为总注入排量与第一簇射孔排量之差，以此类推。

由此可以由井口压力，计算到每个射孔簇处的井筒(主要为水平井筒)压力

步骤(8)，再根据各簇处井筒压力与孔眼摩阻差值相等为原则进行判断，且误差在正负5％以内。

步骤(9)，按步骤(4)压裂参数的要求进行最终簇射孔参数的微调。

步骤(10)，第一段下连续油管带射孔枪，其余段用电缆泵送桥塞及射孔枪。按上述确定的簇射孔参数进行作业。

步骤(12)，按当段井筒容积的105-110％进行顶替液量设计。

本发明具体可采用以下实施步骤

(1)关键储层参数评价

包括储层纵横向展布、岩性、物性、含油气性、岩石力学参数及三向地应力参数、天然裂缝及层理缝特征及温度、压力、地下流体性质等参数。

(可通过地震、测井、录井、测试及小型测试压裂及导眼井目的层与上下50m范围内的岩心室内测试分析等进行综合评价。考虑到压裂一般为准静态过程，要录取精确的静态参数，有些参数是动态的，如测井解释的岩石力学参数等，要转换为三轴应力条件下的岩心静态参数。测井解释的地应力也要与小型测试压裂解释结果进行转换，包括测井解释渗透率也要转换为测试获取的地层条件下的有效渗透率。

水平段的测井参数较少，可以与直导眼井测井参数进行类比，并根据上述各有关动静态参数的转换关系，由此确定水平段的各关键静态参数的分布。

(2)在步骤(1)的基础上，结合邻井资料及常用的PETREL地质建模软件，分别计算地质甜点及工程甜点沿水平段及其横向上水力裂缝波及范围内的分布场。然后，按等权重方法，确定综合的甜点分布。然后在水平段垂直方向至少500m范围内，计算平均的综合甜点。由此排序确定可能的簇射孔位置。最后，结合步骤3)优化的缝间距及套管固井质量及接箍位置等，并将甜点误差在10％以内的，可作为段内簇射孔的依据。由此综合确定段簇位置，即各级趋势和簇射孔的位置。

(3)裂缝参数优化

将步骤(2)建立的地质模型参数导入压裂井产量预测常用的商业模拟软件ECLIPSE中去，按等效导流能力方法(裂缝宽度放大一定的倍数后，按比例缩小裂缝内支撑剂的渗透率，使它们的乘积，即裂缝的导流能力保持不变)设置水力裂缝，并按正交设计方法，模拟不同的缝长、导流能力、缝间距及裂缝布局(等缝长分布、两头长中间短的U型分布、长短交互的W型分布及纺锤形分布等)下的压后产量动态变化规律，从中优选压后产量相对最大或经济净现值最大时对应的裂缝参数即为优化值。

(4)压裂施工参数的优化

为获得步骤(3)优化的裂缝参数，应用压裂裂缝模拟常用的商业模拟软件，如MEYER，STIMPLAN，GOFHER等，模拟不同压裂施工参数下的裂缝参数动态变化规律，施工参数包括排量、黏度、液量、支撑剂量及砂液比等。从中优选能获得优化裂缝参数的压裂施工参数即为最优值。

(5)邻井段簇进液及进支撑剂监测参数分析

如邻井有这方面资料，可以分析每个段簇压裂液及支撑剂的进入比例。由此按比例分配各簇的排量。

如没有这方面的资料，可借鉴国外的相关资料，因为只要是分簇压裂，压裂液及支撑剂进入各簇的规律应是接近的，除非由步骤(2)发现各簇间甜点差异太大，如大于10％。但这种情况一般会考虑放在不同的段里进行压裂。

(6)各簇平均排量的分配

按思路(2)要求，由步骤(4)优化的最高排量，与步骤(2)中段簇优选结果，按各簇排量均等原则进行匹分。

(7)水平井筒各簇射孔处井筒压力的计算

根据思路(1)要求，按段分别计算各簇射孔处的井筒内的压力。

(8)各簇射孔数量及孔径调节

根据步骤(5)及步骤(6)的结果，按思路(3)的要求，进行精细计算和调整。

(9)段内整体簇射孔方案的微调

按步骤(4)的要求进行最终簇射孔参数的微调。其它参数，如射孔密度、相位、及穿深等，参照以往参数不再调节。

(10)下桥塞及簇射孔联作作业

第一段下连续油管带射孔枪，其余段用电缆泵送桥塞及射孔枪。按上述确定的簇射孔参数进行作业。

(11)酸预处理及前置液造缝和携砂液加砂等，参照常规流程执行，在此不赘。

(12)顶替作业

按当段井筒容积的105-110％进行顶替液量设计。在顶替液的前30-40％，用黏度60-80mPa.s的高黏度胶液进行注入，以防止水平井筒的沉砂效应，利于后续下桥塞及座封作业的顺利执行。之后，换用黏度2-3mPa.s的低黏滑溜水，直到顶替完成。排量按步骤(4)优化的最优排量执行。

(13)其它段的压裂施工，重复步骤(10)～步骤(12)，直到将所有段压裂完为止。

(14)钻塞、返排、测试及生产等，参照常规流程及参数执行，在此不赘。发明的效果

与现有的水平井分段压裂中常规射孔技术相比，本发明所述提出了一种全新的多簇射孔技术，压裂过程中不再采用等孔径、等孔密的射孔策略，而是在关键储层参数评价基础上，对裂缝参数、施工参数进行优化，再对各簇排量进行优化调整，根据该排量计算各簇射孔处井筒压力，在此基础上对各簇射孔数量、孔径及段内整体簇射孔方案进行调整。

本发明可增加各射孔簇间进液、进砂的均匀性，有效改善压裂液、支撑剂在射孔簇之间的分布，增加裂缝的整体改造体积，最大限度地挖掘储层的增产能力。

现场施工也具备可操作性。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

A井，目的层段岩性为长石砂岩，天然裂缝较发育。目的层压裂井段为2870.2-2902.0m，储层平均杨氏模量27.6GPa，平均泊松比0.25；目的层与上部隔层的应力差约为8MPa，与下部隔层应力差约为13MPa；目的层温度为113℃。为了解该目的层的含油性及产能，并对该区块开展下步勘探评价工作，借鉴本专利提出的工艺方法，结合本井实际情况，进行了该井的压裂方案设计及现场先导试验，具体实施方法及效果如下：

(1)储层参数评价：根据地震、地质、测井及岩心测试资料，目的层段岩性为长石砂岩，裂缝主要发育在泥岩中，砂岩中裂缝发育程度相对较低；裂缝以高角度缝为主，见水平裂缝；储层具弱速敏、弱酸敏、弱水敏、弱应力敏感性特征；储层平均杨氏模量27.6GPa，平均泊松比0.25，抗拉强度9.6-12.5MPa；最大水平主应力80.3-79.5MPa，最小水平主应力：66.9-66.2MPa，目的层温度为113℃。

(2)确定段簇位置：根据(1)中参数评价，结合邻井资料和PETREL地质建模软件，计算得出地质甜点和工程甜点沿水平段及其横向上水力裂缝波及范围，再得出综合甜点，以此确定每段每簇射孔位置。本井分3段压裂，每段分3簇。

(3)裂缝参数优化：通过正交方法模拟计算，确定采用等缝长分布，半缝长200-220m，导流能力8-10dc.cm；分3段压裂，每段3簇，平均簇间距15m。

(4)压裂施工参数优化：根据GOFHER软件正交模拟计算，确定每段施工参数。其中单段施工液量400-500m³，支撑剂量20-25m³，施工排量1-6m³/min，压裂液选用低黏滑溜水和高黏滑溜水，其中胶液黏度50-60mPa·s，低黏滑溜水黏度3mPa·s，高黏滑溜水黏度30mPa·s左右。射孔孔径初步选用10.7mm，孔密为16孔/m。

(5)各簇平均排量的分配：每段各簇排量为2m³/min。

(6)各簇射孔处井筒压力计算：计算所得各段簇井筒内压力为：第一段第一簇63.2MPa，第二簇62.3MPa，第三簇61.1MPa；第二段第一簇62.6MPa，第二簇61.1MPa，第三簇59.8MPa；第三段第一簇60.7MPa，第二簇59.3MPa，第三簇58.1MPa；

(7)各簇射孔数量及孔径调节：按步骤(4)中模拟施工参数及射孔参数，计算出各段簇原始排量：第一段第一簇为2.6m³/min，第二簇为1.9m³/min，第三簇为1.5m³/min；第二段第一簇为2.4m³/min，第二簇为2.2m³/min，第三簇为1.4m³/min；第三段第一簇为2.3m³/min，第二簇为2.0m³/min，第三簇为1.7m³/min。各段簇相应射孔孔径及孔密调整为：第一段第一簇孔径8mm、孔密12孔/m，第二簇孔径10.7mm、孔密16孔/m，第三簇孔径13.4mm、孔密20孔/m；第二段第一簇孔径8mm、孔密14孔/m，第二簇孔径10.7mm、孔密15孔/m，第三簇孔径13.4mm、孔密22孔/m；第三段第一簇孔径10.7mm、孔密14孔/m，第二簇孔径10.7mm、孔密16孔/m，第三簇孔径13.4mm、孔密18孔/m。调整后各簇井筒压力与孔眼摩阻差值相差5％以内。

(8)下桥塞及簇射孔联作作业：第一段下连续油管带射孔枪，其余段用电缆泵送桥塞及射孔枪。

按上述步骤对该井进行了压裂施工，现场施工工艺取得成功。结合该井压后产气剖面测试结果，证实该井各射孔簇进入压裂液及支撑剂较平均。该井压后取得了较好的效果，压后初期日产油量为3.2m³/d，半年后日产量稳定在2.0m³/d左右。

通过该井的先导试验证明：借鉴本专利提出的工艺方法，压后初期日产油量达到邻井的2倍左右，且压后产量递减明显慢于邻井或邻区块，压后稳产及有效期明显增长，取得了显著的增油效果，提高该类储层的压裂改造效果。

Claims (4)

1.一种变孔径变孔密均匀进液进砂的多簇射孔压裂方法，其特征在于所述方法包括：

(1)关键储层参数评价；

(2)确定段簇位置；

计算得出地质甜点和工程甜点沿水平段及其横向上水力裂缝波及范围，再得出综合甜点，以此确定每段每簇射孔位置；

(3)裂缝参数优化；

(4)压裂施工参数的优化；

(5)邻井段簇进液及进支撑剂监测参数分析；

(6)各簇平均排量的分配；

由步骤(4)的最高排量，与步骤(2)中段簇优选结果，按各簇排量均等原则进行匹分；

先由各簇原始排量与要求的平均排量对比，如果高于平均排量，则按比例缩小孔数，如单纯缩小孔数还难以准确调节对应的排量差，则应再对某些孔眼的孔径进行调节，直至达到上述要求为止；其它簇的孔数及孔径调节，按此方法执行；如原始排量低于要求的平均排量，则要按排量比例增加孔数及调节孔径；

(7)水平井筒各簇射孔处井筒压力的计算；

按管流计算纯压裂液的摩阻，公式如下：

由井口压力，计算到每个射孔簇处的井筒压力；

(8)各簇射孔数量及孔径调节；

再根据各簇处井筒压力与孔眼摩阻差值相等为原则进行判断，且误差在正负5％以内；

(9)段内整体簇射孔方案的微调；

(10)下桥塞及簇射孔联作作业；

(11)酸预处理及前置液造缝和携砂液加砂；

(12)顶替作业。

2.如权利要求1所述的多簇射孔压裂方法，其特征在于：

步骤(9)，按步骤(4)的压裂参数的要求进行最终簇射孔参数的微调。

3.如权利要求1所述的多簇射孔压裂方法，其特征在于：

步骤(10)，第一段下连续油管带射孔枪，其余段用电缆泵送桥塞及射孔枪； 按上述确定的簇射孔参数进行作业。

4.如权利要求1所述的多簇射孔压裂方法，其特征在于：

步骤(12)，按当段井筒容积的105-110％进行顶替液量设计。