CN110344806A - 一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法。包括：第一步，开窗侧钻水平井钻井以形成长裸眼小井眼并下入炸药，待炸药爆炸后冲击岩石，形成大量微裂纹及微裂隙；第二步，对通过爆炸脉冲冲击所形成的裂隙发育岩体进行射孔作业，将滑溜水注入到射孔孔眼内，形成一条主裂缝，进一步打开径向裂缝以及所激活的天然裂缝，并与主裂缝相连通，形成主裂缝‑分支缝的复杂裂缝网络；泵入已混有支撑剂的胶液或滑溜水压裂液实施铺砂，使主裂缝和爆炸裂缝进一步延伸、扩展，并由支撑剂充填裂缝，持续加砂至设计砂量后停止作业。本发明操作简单，技术成熟，能够有效提高深层页岩气储层的改造效率。

Description

一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法

技术领域

本发明涉及深层页岩气水力压裂技术领域，进一步地说，是涉及是一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，是一种高压地下爆炸与水力压裂相结合的深层页岩气增产技术。

背景技术

随着涪陵、长宁、焦石坝、威远等区块中深层页岩的勘探开发和商业化开采，目前的页岩气开发由中浅层向深层扩展。深层开发潜力巨大，以大焦石坝、丁山、南川等区域为例，其深层页岩气资源量高达4.612×10⁸m³。

虽然深层页岩气开发潜力巨大，但是，其压裂开发难度较大。这主要是由于随着深度的增加，闭合压力增加，页岩的脆性特征减弱，塑性特征增强，一方面，这导致了压裂过程中裂缝宽度窄，沿程摩阻大，铺砂困难，改造体积受限；另一方面，在高塑性页岩及高闭合压力作用下，支撑剂易嵌入或压碎，导致裂缝导流能力迅速衰减，使压裂井稳产难度极大。所以，利用中浅层的以大排量滑溜水为主的体积压裂方法并不能完全适用于中深层页岩气井水力压裂中。

中国专利CN106401553A公开了一种二氧化碳-聚能剂爆燃冲压相变射流装置及其方法，涉及地下深部储层非常规油气资源开发与利用领域。该发明可以充分利用二氧化碳与聚能剂爆燃产生的高能冲击波，使储层岩石产生裂隙，并能根据压裂需求进行调配，该装置采用的反应原料对环境无污染。但是该发明仅依靠爆炸，改造作用受限。

中国专利CN106382109A公开了一种二氧化碳冲压相变爆燃致裂系统及其方法，涉及地下深部储层非常规油气资源开发与利用领域。该发明可以充分利用二氧化碳与聚能剂爆燃产生的高能冲击波，使储层岩石产生裂隙，并能根据压裂需求进行调配，该装置采用的反应原料对环境无污染。但是该发明仅依靠爆炸，改造作用存在一定的技术局限性。

中国专利CN106437666A公开了一种用于石油天然气增产技术中的油气储层内爆炸压裂专用炸药引爆的新技术。该新技术方案是：首先将预定量的油气储层内爆炸压裂专用炸药压入预先由水力压裂形成的主裂缝中；紧接着在主裂缝中压入预定量的快凝隔离液；对该井段进行循环洗井；将携带小孔径深穿透石油射孔弹的管柱上提至爆炸压裂目标层段，并将射孔相位调整至第一次射孔完井的相同射孔相位位置，通过井口加压引爆石油孔弹；石油射孔弹爆炸后形成的高速金属射流贯穿快凝隔离液(层)后，冲击引爆主裂缝中的爆炸压裂专用炸药。但是，由于其采用的是射孔弹引爆，因此，其适用性上存在一定的局限性。

采用传统的水力压裂技术在中深层页岩气储层改造存在一定的技术局限性。探索新的适用于深层页岩气井水力压裂方法以提高深层页岩气资源的开发效率，已成为一种迫切的需求。

发明内容

为解决现有技术中出现的深层页岩气水力压裂技术的不足的问题，本发明提供了一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法。将高压地下爆炸与水力压裂技术相结合的深层页岩气增产技术，该方法通过井下爆炸的方式激活了深层页岩的天然裂缝，降低了深层页岩气储层的体积改造难度，操作简单，技术成熟，在降低裂缝起裂压力及延伸难度、增大裂缝复杂程度及改造体积方面具有较大的优势，能够有效提高深层页岩气储层的改造效率。

本发明的目的是提供一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法。

所述方法包括：

第一步，开窗侧钻水平井钻井以形成长裸眼小井眼并下入雷管，待雷管爆炸后冲击岩石，形成大量微裂纹及微裂隙；

第二步，对通过爆炸脉冲冲击所形成的裂隙发育岩体进行射孔作业，将滑溜水注入到射孔孔眼内，形成一条主裂缝，进一步打开径向裂缝以及所激活的天然裂缝，并与主裂缝相连通，形成主裂缝-分支缝的复杂裂缝网络；泵入已混有支撑剂的胶液或滑溜水压裂液实施铺砂，使主裂缝和爆炸裂缝进一步延伸、扩展，并由支撑剂充填裂缝，持续加砂至设计砂量后停止作业。

其中，第一步采用侧钻裸眼井或径向水平井方式。

采用侧钻裸眼井方式包括以下步骤：

①水平井钻井结束后，将套管下入井筒内，注入水泥并固井，确认固井完成后，通井、刮管并验套；

②下入桥塞封隔器封堵井眼；匀速缓慢下入斜向器，随后进行开窗修窗施工；

③使用转盘钻进或复合钻进的方式钻至设计井深；

④起上钻井工具，下入炸药，待下入指定深度后，通过定时装置引爆炸药；

⑤重复步骤②～④，在上一段位置侧钻水平井眼并下入炸药引爆地层。

采用径向水平井技术共采取以下步骤：

①水平井钻井结束后，将套管下入井筒内，注入水泥并固井，确认固井完成后，通井、刮管并验套；

②匀速缓慢下入导向器，随后在套管和水泥环上钻孔，完成开窗作业，并起上开窗工具；

③下入带有高压软管的连续油管，利用高压软管所连接的水力钻头高压冲击岩石以实现水力喷射径向水平钻井，从而形成径向水平井眼；

④起上钻井工具，下入炸药，待下入指定深度后，引爆炸药；

⑤上提导向器至上一段位置，重复步骤②～④，侧钻水平井眼并下入炸药引爆地层。

优选：

小井眼作为爆炸位置，沿最大水平主应力方向水平钻井，并沿水平主井眼方向在两侧交错布置，其个数为：

式中，L为水平井眼长度，R_爆炸为雷管的应力波波及范围半径。

相邻小井眼沿水平主井眼方向的间距d为：

d≤R_爆炸

在塑性特征较为明显的压裂层段，也可适当增加爆炸点。

侧钻的水平井井眼长度为100～300m，为设计裂缝半长的50％～70％；

所选的射孔位置避免在小井眼处。

第二步包括以下步骤：

①用连续油管或爬行器拖动射孔枪下入进行第一段射孔；

②取出射孔枪，进行第一段压裂作业；

③电缆作业下入桥塞及射孔枪，开泵泵送桥塞至预订位置，点火坐封桥塞，上提射孔枪至预设位置，进行第二段射孔作业；

④起出射孔枪和桥塞下入工具；

⑤对下一层段进行压裂作业；

⑥用同样的方式，依次下入桥塞、射孔、压裂，完成剩余分段压裂；

⑦分段压裂完成后，采用连续油管钻除桥塞。

在近分支水平井眼的压裂层段中进行水力压裂作业时，当出现以下两种情况时，采用不同作业方式：

①当出现泵压急剧下降时，泵入暂堵剂，对已经与小井眼相连通的炮眼及缝口进行暂堵，迫使压裂液转向为未大量滤失的压裂簇；

②若未出现明显的泵压下降现象，按照压裂设计进行。

本发明中所采用的炸药为雷管或通常压裂用炸药，优选雷管。

所使用的雷管由定时装置、起爆药、传爆药、猛炸药组成，化学成分为硝化纤维、硝化甘油、TNT，应力波波及范围半径应在其与邻近爆炸点距离的1倍以上；

进一步的，在所述的水力压裂作业中，还包括采用微地震、测斜仪等对水力压裂进行监测，以确定小井眼爆炸造缝辅助水力压裂效果。

发明的效果

本发明有以下有益效果：

①现场施工可准确、可靠地控制爆炸点位置及爆炸范围，从根本上避免了井筒内及近井筒处爆炸，从而保护了井筒安全及水泥环完整性，避免了近井筒爆炸在后续压裂中所容易引起的裂缝弯曲、多裂缝等近井壁现象，从而提高了水力压裂作业的施工效率；

②爆炸载荷下对岩石产生了应力波及爆炸气体，促进了微裂纹的发育，并在动态载荷下促进多裂纹快速发展，降低了后续水力压裂作业形成缝网的难度；

③通过爆炸所产生的高温气流及大载荷应力波作用下，在页岩气储层内形成由页岩颗粒支撑的大量自支撑裂缝网络，在后续页岩气深层过程中可提高页岩气的渗流能力，有利于页岩气井的稳产；

④在近爆炸点处选择暂堵剂，可有效地控制压裂裂缝形态，防止因压裂液在近井壁处大量滤失而降低了主裂缝的扩展能力。

附图说明

图1为开窗侧钻水平井钻井以形成长裸眼小井眼示意图；

图2为下入长裸眼小井眼雷管示意图；

图3为雷管引爆激活天然裂缝及径向裂缝示意图；

图4为水力压裂沟通天然裂缝及径向裂缝并形成裂缝网络示意图。

附图标记说明：

1-小井眼；2-雷管。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

某页岩气储层，埋深4000m，储层厚度50m。为达到页岩气增产目的，设计缝长需大于250m。

水平井眼长度为1200m。结合测井资料以及雷管相关参数，故选取水平段22m、201m、402m、802m、1002处为小井眼位置。

采用水平侧钻井眼的方式在水平段21m、201m、402m、802m、1002m处钻长水平裸眼并引爆。为方便表述，将水平段21m、201m、402m、802m、1002m处简称为第1、2、3、4、5爆炸点。以第5爆炸点为例，下入斜向器并完成开窗修复工作后，采用螺杆钻具及钻头完成径向水平长裸眼的钻井，其长度需大于缝长的一半以上，同时考虑为避免爆炸对水泥环完整性造成破坏，分支水平井长度为230m。第5爆炸点与第4爆炸点的距离为200m，为促使后续体积压裂作业顺利进行，需确保爆炸载荷下页岩气储层中多裂纹可充分发展，5爆炸点爆炸后其应力波波及范围需在其与第4爆炸点的距离的1倍以上，即大于200m。在下入雷管，雷管由引信、计时器、硝化纤维、硝化甘油、TNT组成；引爆雷管后，下入封隔器封隔起爆井眼；下入斜向器至爆炸点4处，重复以上工作。

在完成侧钻长裸眼并引爆，确保改造目标区域中在应力波及爆炸气流作用下天然裂缝及径向裂缝充分发育后，可进行水力压裂作业。

邻近5个近爆炸点的压裂段施工初期泵压均大幅度下降，表明此时压裂液已经渗滤到分支井眼中，影响了主裂缝的扩展。为此，泵入暂堵剂，对已经与小井眼相连通的炮眼及缝口进行暂堵，待压力上升后，泵入隔离液以及前置液造缝，加入少量粉砂以打磨裂缝；随后泵入携砂液段塞式加砂；尾追一个支撑剂段塞以保持近井壁裂缝导流能力。

在远处爆炸点的应力波作用下，天然裂隙及径向裂缝发育，为裂缝网络的形成提供了有利条件。为此，借鉴页岩气压裂技术改造的经验，采用滑溜水压裂液为主的体积压裂方法，即：泵入隔离液以及大排量滑溜水前置液造缝，激活天然裂缝，形成裂缝网络，同时可加入少量粉砂以打磨裂缝；泵入大排量滑溜水段塞式加砂；尾追一个支撑剂段塞及胶液压裂液以保持近井壁裂缝导流能力。

此页岩气井投产后，与邻井相比，采用小井眼爆炸造缝辅助水力压裂技术后，产能有较大幅度提高，说明小井眼爆炸造缝辅助水力压裂技术在页岩气开发中具有广阔的应用前景。

Claims (9)

1.一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于所述方法包括：

第一步，开窗侧钻水平井钻井以形成长裸眼小井眼并下入炸药，待炸药爆炸后冲击岩石，形成大量微裂纹及微裂隙；

第二步，对通过爆炸脉冲冲击所形成的裂隙发育岩体进行射孔作业，将滑溜水注入到射孔孔眼内，形成一条主裂缝，进一步打开径向裂缝以及所激活的天然裂缝，并与主裂缝相连通，形成主裂缝-分支缝的复杂裂缝网络；泵入已混有支撑剂的胶液或滑溜水压裂液实施铺砂，使主裂缝和爆炸裂缝进一步延伸、扩展，并由支撑剂充填裂缝，持续加砂至设计砂量后停止作业。

2.如权利要求1所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

第一步采用侧钻裸眼井或径向水平井方式。

3.如权利要求2所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

采用侧钻裸眼井方式包括以下步骤：

①水平井钻井结束后，将套管下入井筒内，注入水泥并固井，确认固井完成后，通井、刮管并验套；

②下入桥塞封隔器封堵井眼；匀速缓慢下入斜向器，随后进行开窗修窗施工；

③使用转盘钻进或复合钻进的方式钻至设计井深；

④起上钻井工具，下入炸药，待下入指定深度后，通过定时装置引爆炸药；

⑤重复步骤②～④，在上一段位置侧钻水平井眼并下入炸药引爆地层。

4.如权利要求2所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

采用径向水平井技术采取以下步骤：

①水平井钻井结束后，将套管下入井筒内，注入水泥并固井，确认固井完成后，通井、刮管并验套；

②匀速缓慢下入导向器，随后在套管和水泥环上钻孔，完成开窗作业，并起上开窗工具；

③下入带有高压软管的连续油管，利用高压软管所连接的水力钻头高压冲击岩石以实现水力喷射径向水平钻井，从而形成径向水平井眼；

④起上钻井工具，下入炸药，待下入指定深度后，引爆炸药；

⑤上提导向器至上一段位置，重复步骤②～④，侧钻水平井眼并下入炸药引爆地层。

5.如权利要求2或3所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

小井眼作为爆炸位置，沿最大水平主应力方向水平钻井，并沿水平主井眼方向在两侧交错布置，其个数为：

式中，L为水平井眼长度，R_爆炸为炸药的应力波波及范围半径。

相邻小井眼沿水平主井眼方向的间距d为：

d≤R_爆炸

6.如权利要求5所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

侧钻的水平井井眼长度为100～300m，为设计裂缝半长的50％～70％；

所选的射孔位置避免在小井眼处。

7.如权利要求1所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

第二步包括以下步骤：

①用连续油管或爬行器拖动射孔枪下入进行第一段射孔；

②取出射孔枪，进行第一段压裂作业；

③电缆作业下入桥塞及射孔枪，开泵泵送桥塞至预订位置，点火坐封桥塞，上提射孔枪至预设位置，进行第二段射孔作业；

④起出射孔枪和桥塞下入工具；

⑤对下一层段进行压裂作业；

⑥用同样的方式，依次下入桥塞、射孔、压裂，完成剩余分段压裂；

⑦分段压裂完成后，采用连续油管钻除桥塞。

8.如权利要求7所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

在近分支水平井眼的压裂层段中进行水力压裂作业时，当出现以下两种情况时，采用不同作业方式：

①若未出现明显的泵压下降现象，按照压裂设计进行；

②当出现泵压急剧下降时，泵入暂堵剂，对已经与小井眼相连通的炮眼及缝口进行暂堵，迫使压裂液转向为未大量滤失的压裂簇。

9.如权利要求1所述的小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法，其特征在于：

所述炸药为雷管，应力波波及范围半径应在其与邻近爆炸点距离的1倍以上。