CN110809662B - 提高酸裂缝导流能力 - Google Patents

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Abstract

提供了用于提高对地下地层的酸压裂处理的酸裂缝导流能力的方法和系统。酸压裂处理的一个示例方法包括引发其中形成井眼(106)的地下地层(202)的压裂以产生地层裂缝(104)，在引发压裂一段时间之后，将酸性流体注入井眼中以侵蚀地层裂缝的壁从而产生裂缝导流能力(204)，将气体引入井眼中以使在井眼(206)中的流体发泡，和在处理(208)期间随时间提高流体的泡沫特征值。泡沫特征值基于所引入的气体的体积和在井眼中的流体的总体积。

Description

提高酸裂缝导流能力
优先权要求
本申请要求2017年5月15日提交的美国专利申请号15/595,108的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本说明书涉及用于地下地层的压裂方法，具体涉及酸压裂处理。
背景
包括支撑剂压裂和酸压裂的多种方法可以用于将地下地层压裂以增加总体渗透性或导流能力(conductivity)并且提高流体从其中的采出。在支撑剂压裂中，支撑剂用于在压裂处理之后保持裂缝开放。在酸压裂中，酸用于在形成裂缝的壁的地层岩石中侵蚀通道，并且岩石可以部分溶于酸中，使得可以在压裂的壁中侵蚀通道。
概述
本说明书描述了用于提高对地下地层的酸压裂处理的酸裂缝导流能力的方法和系统。
本公开的一个方面的特征在于一种酸压裂处理的方法，所述方法包括：引发其中形成井眼的地下地层的压裂以产生地层裂缝；在引发压裂一段时间之后，将酸性流体注入井眼中以侵蚀地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力；将气体引入井眼中以使在井眼中的流体发泡；和在处理期间随时间提高流体的泡沫特征值(foam quality)，其中泡沫特征值基于所引入的气体的体积和在井眼中的流体的体积。
在一些实施方式中，所述方法还包括：在处理期间监测裂缝对酸性流体的反应；和基于所监测的反应通过调节下列各项中的至少一种来控制泡沫特征值的提高：酸性流体的注入速率、酸性流体的注入体积、气体的引入速率或气体的引入体积。在一些情况中，监测裂缝的反应可以包括监测包括下列各项的参数中的至少一种：处理压力、井口压力、井底压力、流体泵送速率、气体泵送速率和浆料速率；和基于所监测的参数确定裂缝的反应。
在一些实施方式中，所述方法还包括：基于所引入的气体的体积和在井眼中的流体的体积计算泡沫特征值；和使用计算的井口泡沫特征值、预测的井底泡沫特征值或计算的实际井底泡沫特征值中的至少一个校正计算的泡沫特征值。所述方法还可以包括：基于实际井口压力和温度计算所述计算的井口泡沫特征值；基于预测的井底内相(internalphase)预测所述预测的井底泡沫特征值；和基于计算的井底内相计算所述计算的实际井底泡沫特征值，所述计算的井底内相基于井底压力和温度计算。
所述方法还可以包括确定所产生的地层裂缝的尺寸达到某一个值，并且作为回应，将酸性流体注入井眼中。引入气体可以包括在产生地层裂缝之后引入气体，直到处理完成。将气体引入井眼中可以包括在井眼中的流体中原位产生气体。所述方法还可以包括在处理期间随时间降低酸性流体的注入速率。
在一些实施方式中，注入酸性流体包括以比能够使地层裂缝闭合的裂缝闭合压力低的压力注入酸性流体。在一些情况中，注入酸性流体包括在处理期间随时间保持酸性流体的注入速率恒定。在一些情况中，注入酸性流体包括在处理期间随时间提高酸性流体的注入速率。
在一些实施方式中，引发压裂包括使压裂前置液(fracturing pad fluid)流入井眼中以使地层破裂，从而产生地层裂缝。所述方法可以包括交替进行注入压裂前置液和酸性流体的步骤，同时在这些步骤期间保持引入气体。在一些情况中，用于当前步骤的所引入的气体的体积不小于用于先前步骤的所引入的气体的体积。在一些情况中，用于当前步骤的所引入的气体的体积小于用于先前步骤的所引入的气体的体积。在一些情况中，用于当前步骤的所引入的气体的注入速率不小于用于先前步骤的所引入的气体的注入速率。压裂前置液可以包括稠化水或交联凝胶液中的至少一种。
在一些实例中，酸性流体被配置成溶解地层并且可以包含下列各项中的至少一种：浓度为0.1重量％至32重量％的盐酸(HCl)，浓度为0.1重量％至12重量％的甲酸，浓度为0.1重量％至20重量％的乙酸，浓度为0.1重量％至92重量％的甲亚硒酸(MSA)，浓度为0.1重量％至40重量％的螯合剂，或羧酸体系。酸性流体可以被配置成通过直链聚合物凝胶化，通过交联聚合物体系凝胶化，通过粘弹性表面活性剂(VES)体系凝胶化，通过柴油或油乳化，或通过特定气体发泡。
在一些实例中，所引入的气体具有低密度和低粘度并且包括下列各项中的至少一种：氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、空气、甲烷或天然气。所述方法还可以包括将导流液(diversion fluid)加入至酸性流体中，并且导流液可以包含交联聚合物、表面活性剂类材料或交联非反应性流体中的至少一种。所述方法还可以包括在地层裂缝闭合之后清洁井眼。
本公开的另一个方面的特征在于一种酸压裂处理的方法，所述方法包括：引发其中形成井眼的地下地层的压裂以产生地层裂缝；在引发压裂一段时间之后，将酸性流体注入井眼中以侵蚀地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力；将酸性延缓体系引入井眼中，所述酸性延缓体系被配置成降低在井眼中的酸性流体的反应性；在处理期间监测裂缝对酸性流体和酸性延缓体系的反应；和基于所监测的反应控制在井眼中的流体的泡沫特征值，其中泡沫特征值基于所引入的酸性延缓体系。
控制在井眼中的流体的泡沫特征值可以包括在处理期间随时间提高泡沫特征值。在一些情况中，控制在井眼中的流体的泡沫特征值包括调节下列各项中的至少一种：酸性流体的注入速率、酸性流体的注入体积、酸性延缓体系的引入速率、酸性延缓体系的引入体积或在酸性延缓体系中的酸性延缓剂的引入浓度。酸性延缓体系可以包含酸性延缓剂，所述酸性延缓剂包括下列各项中的至少一种：具有低密度和低粘度的气体，直链聚合物，交联聚合物体系，粘弹性表面活性剂(VES)体系，或者柴油或油。
本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和相关描述中给出。根据说明书、附图和权利要求书，该主题的其他特征、方面和优点将会变得明显。
附图说明
图1是示出在酸压裂处理中被井眼穿透的地层的截面图的示意图。
图2是使用气体发泡的酸压裂处理的一个示例过程的流程图。
图3是使用酸性延缓体系的酸压裂处理的另一个示例过程的流程图。
图4A示出了不使用气体发泡的酸压裂处理的示例时间图。
图4B示出了使用气体发泡的酸压裂处理的示例时间图。
详述
图1是示出在酸压裂处理(或酸压裂)中被井眼106穿透的地下地层102的截面图100的示意图。地层102可以是含碳酸盐的地层。井眼106可以包括延伸到地层102中的射孔108。可以将流体120注入(或泵送)到井眼106中并且使其通过射孔108流入地层102中。
在酸压裂处理中，可以首先将压裂前置液注入井眼106中以使地层102破裂，从而产生一个或多个地层裂缝104。之后，可以将酸性流体注入井眼106中以侵蚀裂缝104的壁，例如地层岩石的表面，以产生裂缝导流能力，例如，从而在裂缝104的裂缝部分110之间产生导通路径112。岩石可以包括方解石、石灰石或白云石。在一些实施方式中，还可以将气体130如氮气(N2)引入(泵送或原位生成)到井眼106中以在酸压裂处理期间使在井眼106中的流体发泡。
酸压裂处理的成功可以取决于在裂缝闭合压力(或应力)下保留的所产生的裂缝导流能力。裂缝导流能力可以是以下两个现象之间的竞争：在地层中的岩石表面的侵蚀和岩石强度被酸减弱。在裂缝闭合压力下，除了不均匀侵蚀以外，裂缝导流能力可以取决于岩石的凹凸体(asperities)(或粗糙度(harshness))维持机械完整性的能力。裂缝的最终导流能力取决于产生导通路径的因素以及在裂缝闭合压力下保持裂缝开放的那些因素。
酸压裂处理的第一步是在地层的岩石中产生导通路径，其中可以使用多个参数，包括酸浓度、浸泡时间、不同酸体系和添加剂。酸压裂处理的第二步是保持导通路径开放，这可以取决于岩石的凹凸体的剩余硬度。在凹凸体的硬度增加时，将会维持导流能力。因此，理想的是优化参数以维持岩石的硬度。
可以将酸凝胶化、交联或乳化以维持裂缝宽度并且使流体泄漏最小化，并且酸压裂可以应用于浅的低温碳酸盐储层，其中储层温度可以小于200°F并且在裂缝上的最大有效应力可以小于5,000psi。低温使酸和地层之间的反应速率降低，这使得酸能够在被消耗之前更深地渗透到裂缝中。例如，石灰石储层是韧性的，并且需要在裂缝上的低有效应力以在井的寿命内维持足够的裂缝导流能力。在深石灰石储层中，在裂缝上施加高井底温度和高有效应力，这使得难以使地层增产。
图2示出了使用气体发泡的酸压裂处理的一个示例过程200，其中将气体注入在井眼中的液体中以形成泡沫。泡沫是气体在液体中的分散液，其可以通过包含表面活性剂发泡剂而稳定化。液体可以是水、酸、烃如柴油或者水/烃或酸/烃的混合物。气体或内相可以是任何可用的气体。在一些情况中，气体具有低密度和低粘度，例如氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、空气、甲烷或天然气。泡沫可以是在例如小于200微米的气泡尺寸范围内的均匀混合物。气泡之间的相互作用可以被构造成(或配置成)产生具有高特征值、例如具有高于53％的泡沫特征值的泡沫。泡沫可以在一段时间例如数小时内稳定。泡沫可以提供多种优点，例如高的砂携带和悬浮能力、低过滤损失、低静水压力、低摩擦压降、快速流体回收、低地层损害和不存在由于流体成分导致的裂缝导流能力降低。因此，使用气体发泡的酸压裂处理使得能够提高酸压裂井眼的导流能力，例如在高温-高应力-贫碳酸盐地层中。
引发地下地层的压裂以产生地层裂缝(202)。可以在地层中形成井眼。地层、裂缝和井眼可以分别为图1的地层102、裂缝104和井眼106。
在一些情况中，引发压裂可以包括例如用经处理的水将井眼冷却，然后在先头(spearhead)步骤期间注入初始压裂液以提供向地层中的初始渗透。经处理的水可以是与表面活性剂和粘土控制剂混合的水。在一些情况中，经处理的水可以包括完井液和盐水。初始压裂液可以包括具有较低粘度的酸，例如26％盐酸(HCl)。
在先头步骤之后，可以将压裂前置液注入井眼中以使地层破裂，从而产生地层裂缝。压裂前置液可以不包含酸。在一些实例中，压裂前置液是基于水的前置液，例如稠化水或交联凝胶液。压裂前置液可以包括延迟的硼酸盐、锆或钛交联(xlinked)流体体系。
在引发压裂一段时间之后，将酸性流体注入井眼中以侵蚀地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力(204)。
在一些实施方式中，过程200包括确定所产生的地层裂缝的尺寸达到某一个值，并且作为回应，将酸性流体注入井眼中。在一些实例中，通过分布式温度勘测，例如使用具有实时电阻率测量的光纤结合裂缝压力匹配，可以测量或确定地层裂缝的尺寸。在一些实例中，可以使用地震和数学模型预测裂缝尺寸。可以将前置液泵送至井眼中以产生具有所需的高度、宽度、长度或其任何适合组合的裂缝。在一个具体实例中，所产生的裂缝的体积为前置液的总泵送体积的大约10％至20％。
酸性流体可以包括任何能够侵蚀或溶解岩石的流体，例如酸液(酸流体，acidfluid)。可以将酸性流体凝胶化、交联或乳化以维持裂缝宽度，从而使流体泄漏最小化，并且具有用于深的酸渗透的良好延缓作用。
在一些实例中，使用浓度范围为15重量％至28重量％的盐酸(HCl)以得到深的酸渗透和大的侵蚀。在一些情况中，对于较高温度应用来说，当因为HCl在高温的快速反应性和高腐蚀性而不推荐使用HCl时，使用甲酸(HCOOH)或乙酸(CH3COOH)。在一个具体实例中，酸液包括酸浓度为28.0重量％的高温乳化的酸体系。
在一些实例中，酸性流体包含下列各项中的至少一种：浓度为0.1重量％至32重量％的盐酸(HCl)，浓度为0.1重量％至12重量％的甲酸，浓度为0.1重量％至20重量％的乙酸，浓度为0.1重量％至92重量％的甲亚硒酸(MSA)，浓度为0.1重量％至40重量％的螯合剂，或羧酸体系。螯合剂可以包括L-谷氨酸-N,N-二乙酸(GLDA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、甲基甘氨酸二乙酸(MGDA)、羟乙基乙二胺四乙酸(HEDTA)或二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)。羧酸体系可以包括单羧酸体系、二羧酸体系、三羧酸体系或四羧酸体系。酸性流体还可以包括任何其他酸体系(例如，无机的或有机的)。酸性流体可以包括不同浓度的以上酸体系中的两种以上的混合物。
酸性流体还可以通过直链聚合物(例如，合成聚合物如聚丙烯酰胺(PAM)，生物聚合物如瓜尔胶(Guar)，羧甲基羟丙基瓜尔胶(CHMBG)，或三元共聚物)凝胶化，通过交联聚合物体系(例如，合成的如PAM，生物聚合物如CHMBG，或三元共聚物)凝胶化，通过粘弹性表面活性剂(VES)体系凝胶化，通过柴油或油(例如，不同品质的)乳化，或通过特定气体(如氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、空气、甲烷或天然气)发泡。在一个具体实例中，乳化的酸包含30体积％的柴油和70体积％的HCl溶液。
因为酸性流体与地层具有反应性，所以可以将导流液(导流剂或导流试剂)加入至酸性流体中，以使在地层内部的流体泄漏最小化并且保持与裂缝面的酸反应。尤其是，可以在其中难以得到长侵蚀裂缝的高渗透性和自然压裂的碳酸盐地层中使用导流液。可以通过使用交联和聚合物或使用表面活性剂类材料将酸凝胶化来实现导流。也可以使用交联的非反应性流体作为导流液。在一个具体实例中，导流液包含酸浓度为15.0％的包封的弱有机酸或粘弹性表面活性剂(VES)。
将气体引入井眼中以使在井眼中的流体发泡(206)。可以在整个处理中引入气体，例如在产生地层裂缝之后并且直到处理完成。
在一些实施方式中，将气体引入井眼中包括将气体(例如，从来自井口的低温气瓶中)连续注入或泵送至井眼中。如在图4B中所示，可以在处理压力下注入气体。在一些实施方式中，将气体脉冲送至流体中，例如作为多个气泡或气体段塞(gas slug)。
在一些实施方式中，将气体引入井眼中包括在井眼中的流体中原位产生气体。例如，可以通过氮盐的水溶液之间的化学反应(如使锌金属与HCl反应或使铝与NaOH溶液反应)来产生氮气。
在处理期间随时间提高流体的泡沫特征值(408)。泡沫特征值可以基于所引入的气体的体积和在井眼中的流体的总体积。在一些实例中，泡沫特征值(Fm)被定义为在分散相中的气体的体积Vg和总泡沫体积Vt之间的比率，如下所示：
Fm＝Vg/Vt＝Vg/(Vg+Vl)，
其中总泡沫体积Vt表示形成泡沫的气体和液体的总体积，并且Vl表示用于形成泡沫的液体的体积。在一些情况中，Vg可以是所引入的气体的总体积。在一些情况中，Vl可以是在井眼中注入的流体(包括前置液、酸液、导流剂和冲洗液)的总体积。泡沫特征值也可以表示为Mitchell泡沫特征值。
可以使用实时的井口压力、井下(或井底)压力和/或温度建模相应地进一步校正泡沫特征值。在一些情况中，在处理期间，可以监测至少三种类型的泡沫特征值，包括井口泡沫特征值、预测的井下(或井底)泡沫特征值和计算的实时实际井下泡沫特征值。可以基于泡沫特征值确定校正的泡沫特征值。可以监测、测量并且调节泡沫特征值。在一些情况中，可以通过经验确定泡沫特征值。在一些情况中，可以进行泡沫循环试验(foam looptest)以确定泡沫特征值并且相应地对其进行调节。
在处理期间，可以将泡沫特征值控制为随时间提高，例如从0提高至80％。过程200可以包括在处理期间监测裂缝对酸性流体的反应，和基于所监测的反应例如通过调节下列各项中的至少一种来控制泡沫特征值：酸性流体的注入速率、酸性流体的注入体积、气体的引入速率或气体的引入体积。也可以通过调节下列各项中的至少一种来控制泡沫特征值：前置液的注入速率、前置液的注入体积、导流液的注入速率或导流液的注入体积。在一些实例中，如在图4A-4B中所示，可以通过监测处理压力、井口压力、井底(或井下)压力、井底内相、液体(或流体)泵送速率、气体泵送速率或浆料速率来实时监测裂缝的反应。例如，在地层破裂之后在恒定或逐渐增加的液体泵送速率下处理压力的急剧大幅压降可以间接表明在地层中的高泄漏。
过程200可以包括以任何适合的顺序交替进行注入压裂前置液、酸性流体和导流液的步骤，同时在这些步骤期间保持引入气体。用于当前步骤的所引入的气体的注入速率可以不小于(大于或等于)用于先前步骤的所引入的气体的注入速率。在一些情况中，用于当前步骤的所引入的气体的体积可以不小于(大于或等于)用于先前步骤的所引入的气体的体积。在一些情况中，用于当前步骤的所引入的气体的体积可以小于用于先前步骤的所引入的气体的体积。
在一些情况中，在处理期间，气体的引入速率保持随时间增大，例如从4,000标准立方英尺/分钟(scf/min或scfm)增大至8,000scf/min。在处理的每个步骤中的N2气体的引入体积可以在例如44加仑至2330加仑的范围内变化。在任何情况中，在这些步骤期间均将泡沫特征值控制为随时间提高。
可以在处理期间随时间降低(或减小)酸性流体的注入速率，这可能导致在主要酸处理期间实现裂缝闭合并且可以在裂缝闭合的同时消耗大部分酸。注入酸性流体可以包括以比能够使地层裂缝闭合的裂缝闭合压力低的压力注入酸性流体。在一些情况中，可以在处理期间随时间保持酸性流体的注入速率恒定。在一些情况中，也可以在处理期间随时间提高酸性流体的注入速率。
过程200可以包括例如通过使冲洗液流动，在地层裂缝闭合之后清洁井眼。冲洗液可以不包含酸，包含如经处理的水。处理可以包括后置液(overflush)步骤和最终冲洗步骤。在后置液步骤期间，可以使较大体积的冲洗液更深地移动到储层中。在最终冲洗步骤期间，较小体积的冲洗液主要在井眼内移动。可以在清洁井眼期间保持将气体引入井眼中。
图3示出了使用酸性延缓体系的酸压裂处理的另一个示例过程300。酸性延缓体系可以包含酸性延缓剂，其被配置成降低酸性流体的反应性。在一些实例中，酸性延缓剂包括具有低密度和低粘度的气体，如氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、空气、甲烷或天然气。在一些实例中，酸性延缓剂包括下列各项中的至少一种：直链聚合物(例如，合成聚合物如PAM、生物聚合物如CHMBG或三元共聚物)，交联聚合物体系(例如，合成聚合物如PAM、生物聚合物如CHMBG或三元共聚物)，粘弹性表面活性剂(VES)体系，或者柴油或油。酸性流体可以通过酸性延缓剂如直链聚合物、交联聚合物体系或VES体系凝胶化。酸性流体可以通过柴油或油(例如，不同品质的)乳化。
引发其中形成井眼的地下地层的压裂以产生地层裂缝(302)。在引发压裂一段时间之后，将酸性流体注入井眼中以侵蚀地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力(304)。步骤302和304分别与图2的步骤202和204类似。
将酸性延缓体系引入井眼中以降低在井眼中的酸性流体的反应性(306)。可以在整个处理中引入酸性延缓体系，例如在产生地层裂缝之后并且直到处理完成。
在处理期间监测裂缝对酸性流体和酸性延缓体系的反应(308)，并且基于所监测的反应控制在井眼中的流体的泡沫特征值(310)。泡沫特征值基于所引入的酸性延缓体系。酸延缓体系可以包括增粘酸、乳化酸或在导流剂阶段中的酸体系。不同的酸性延缓体系可以形成不同的泡沫特征值。例如，与增粘酸体系相比，基于柴油的乳化酸体系倾向于使泡沫不稳定。使用特定的酸性延缓体系，可以确定并且控制相应的泡沫特征值。
控制在井眼中的流体的泡沫特征值可以包括例如通过调节下列各项中的至少一种而在处理期间随时间提高泡沫特征值：酸性流体的注入速率、酸性流体的注入体积、酸性延缓体系的引入速率、酸性延缓体系的引入体积或在酸性延缓体系中的酸性延缓剂的引入浓度。例如，可以随时间改变酸性延缓剂的浓度以增加延缓作用。
如在本文中所描述的使用通过气体发泡(或酸性延缓体系)的酸压裂处理可以降低总所需酸体积，例如从1200至1250gal/ft的酸体积降低至500至700gal/ft。发泡可以产生更好的酸延缓作用，以实现更深的酸渗透、酸导流效率的提高、泄漏速率的降低和改善的固体运输(例如，对于固体导流剂来说)，这使得能够得到更高的表观粘度。酸压裂处理还可以实现更好的排液(clean-up)，因为气体如氮气可以降低整体酸密度，以实现枯竭储层的自然返排(不需要任何额外的气举(gas lifting)技术)，沉淀物可以借助返排提升，并且可以省去在处理之后的气举。与不使用气体发泡进行处理的井相比，使用气体发泡进行处理的井在处理之后显示出更快的排液。酸压裂处理还可以降低地层损害，因为不需要闭合裂缝酸化(CFA)处理而使关井时间最小化，并且实现更好的控制/均匀的酸覆盖。酸压裂处理可以实现较低的井底处理压力、较高的酸压裂后生产率(productivity)和因此的生产速率(production rate)、减少的现场时间、关于使用连续油管的气举操作节约的成本和节约的每次处理所需的淡水。酸压裂处理还可以因更好的导流、更深的酸渗透、更少的所需液压马力和地面管线而实现更好的储层覆盖。
酸压裂处理的实施例
表1示出了不使用气体发泡的一个示例酸压裂处理的步骤。
表1：不使用气体发泡的酸压裂处理
Figure BDA0002345337900000111
首先将压裂前置液注入井眼中使被井眼穿透的地层破裂。前置液是基于水的前置液，例如稠化水或交联凝胶液，如延迟的硼酸盐交联流体(DBXF)。以20.0桶/分钟(bbl/min)的速率泵送前置液延迟的硼酸盐交联流体，并且在步骤前置液1中的总流体体积为约3500加仑(gal)。将前置液泵送至井眼中以产生具有所需高度、宽度、长度或其任何适合组合的裂缝。例如，所产生的裂缝的体积可以是前置液的总泵送体积的大约10％至20％。
一旦达到所产生的裂缝尺寸的所需值，就将酸液注入井眼中以侵蚀裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力。酸液包括酸浓度为28.0重量％的乳化酸。
将导流剂(导流液或导流试剂)加入至酸液中，以使在地层内部的流体泄漏最小化并且保持与裂缝面的酸反应。导流剂可以包括酸浓度为15.0％的颗粒。
如在表1中所示，将前置液、酸液和导流剂交替注入井眼中。酸压裂处理包括多个连续步骤：前置液1、酸1、前置液2、导流剂1、前置液3、酸2、前置液4、导流剂2、前置液5、酸3、前置液6、导流剂3、前置液7和酸4。前置液、酸液和导流剂中的每一个的泵(或注入)速率和步骤流体体积(即在一个步骤中泵送的流体体积)是不同的。例如，前置液的泵速率在处理期间随时间增加，而对于不同步骤，前置液的步骤流体体积在1,500加仑至5,000加仑的范围内变化。
在表1的酸压裂处理中，在主要酸阶段(例如，步骤酸1、酸2和酸3)期间的酸液以比可以导致裂缝闭合的裂缝闭合压力高的压力注入(或泵送)，并且酸在开放条件下与裂缝面反应。为了保持压力恒定，如在表1中所示，保持酸液的注入速率(或泵速率)随时间增加，例如从20.0bbl/min增加至45.0bbl/min。还保持酸液的步骤流体体积随时间增加，例如从4,000加仑增加至6,500加仑。还保持导流剂的泵速率随时间增加，例如从25.0bbl/min增加至40.0bbl/min，以为增加的酸液提供足够的导流。导流剂的步骤流体体积也从1,500加仑增加至2000加仑。
在闭合裂缝酸步骤(酸4)中，低于裂缝闭合压力泵送28.0重量％的盐酸(HCl)。之后，通过冲洗液例如水清洁井眼和裂缝。处理包括后置液步骤和最终冲洗步骤。
在井眼中，注入(或泵送)的酸体积从1,500gal/ft变化到2,000gal/ft。在长期生产和使用乳化酸、原位稠化酸、甲酸/HCl或粘弹性酸之后，酸体积降低至450gal/ft。
图4A示出了表1的酸压裂处理的示例时间图400。曲线402示出了在将流体(例如，前置液、酸液、导流剂和冲洗液)注入井眼中期间施加的处理压力。曲线404示出了在井眼中的浆料速率。曲线406示出了井底(BH)压力。曲线408示出了环空压力。X轴示出了时间，左侧Y轴关于处理压力(磅/平方英寸，psi)，并且右侧Y轴关于浆料速率(bbl/min)。
表2示出了使用气体发泡的一个示例酸压裂处理的步骤。
表2：使用气体发泡的酸压裂处理
Figure BDA0002345337900000131
首先用经处理的水将井眼冷却。之后，在先头步骤期间提供初始压裂液，以提供向地层中的初始渗透。初始压裂液包括具有较低粘度的酸，例如26％HCl。
之后，将压裂前置液例如稠化水或交联凝胶液如交联凝胶注入井眼中以使地层破裂，从而引发裂缝。一旦达到所产生的裂缝尺寸的所需值，就将酸液例如26％HCl泵送至井眼中以侵蚀裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力。此外，还将导流剂(或导流液)例如粘弹性表面活性剂(VES)加入至酸液中，以使在地层内部的流体泄漏最小化并且保持与裂缝面的酸反应。
与表1的酸压裂处理类似，以任何适合的顺序将前置液、酸液和导流剂交替注入井眼中。如在表2中所示，酸压裂处理包括多个连续步骤：前置液1、酸1、前置液2、导流剂1、前置液3、酸2、前置液4、导流剂2、前置液5、酸3、前置液6、导流剂3、前置液7、酸4、后置液和冲洗液。
表2的处理和表1的处理之间的区别之一是在处理的早期阶段中引入气体(例如，氮气N2)用于使流体发泡，直到处理结束，例如从步骤前置液2到步骤冲洗液。
如在表2中所示，在处理期间，将泡沫特征值控制为随时间提高，例如从0提高到78％。在处理期间监测在井眼中的裂缝对酸液的反应，并且基于所监测的反应例如通过调节下列各项中的至少一种来控制泡沫特征值的提高：气体的引入速率、气体的引入体积、酸液的注入速率或酸液的注入体积。
如在表2中所示，在处理期间，N2气体的引入速率从4,000scf/min增加至8,000scf/min。N2气体的步骤引入体积在44加仑至2330加仑的范围内变化。总酸注入速率随时间降低，这导致在主要酸处理(例如，步骤酸1至步骤酸4)期间实现裂缝闭合。以比裂缝闭合压力低的压力注入酸液。酸液的注入速率从30bbl/min降低至5bbl/min。因此，在裂缝闭合的同时消耗了大部分酸。
图4B示出了表2的酸压裂处理的示例时间图450。曲线452示出了在将流体(例如，前置液、酸液、导流剂和冲洗液)和气体注入井眼中期间施加的处理压力。曲线454示出了在井眼中的浆料速率。曲线456示出了预测的BH内相，其中曲线458示出了BH内相并且曲线460示出了计算的BH压力。曲线462示出了N2标准注入速率。曲线464示出了井口内相，并且曲线466示出了井口速率。X轴示出了处理时间，可以使用左侧A轴作为关于处理压力和计算的BH压力的压力值(磅/平方英寸表压，psig)或作为关于N2标准速率的注入速率(标准立方英尺/分钟，scfm)。可以使用右侧B轴作为关于浆料速率和井口速率的流体流动速率(桶/分钟，bpm)。使用右侧G轴作为关于预测的BH内相、BH内相和井口内相的百分比(％)。
在处理期间，可以基于实际井口压力和温度(称为井口内相)计算井口泡沫特征值。基于实时计算的BH压力和温度计算BH内相，并且可以基于计算的BH内相计算实际BH泡沫特征值。实时计算预测的BH内相，其可以用于预测井底泡沫特征值。可以基于计算的井口泡沫特征值、计算的实际井底泡沫特征值和预测的井底泡沫特征值动态地预测并且控制泡沫特征值。
表3示出了使用不同技术的两个井(井#A&B)之间的比较。利用类似于表1的不使用气体发泡的酸压裂处理来处理井#A，而利用类似于图2和表2的使用气体发泡的酸压裂处理来处理井#B。井#A和B位于具有如下基本上相同参数的相同区域中：
(i)对于两个井来说，55ft的净衬垫(pad)厚度，
(ii)每阶段的平均裸眼井段(open hole section)：对于井#A来说为942ft.，对于井#B来说为918ft.，
(iii)对于两个井来说，大约5％的储层孔隙率。
表3：在不同处理下的井#A&B的比较
Figure BDA0002345337900000151
基于在表3中所示的数据，对于利用不使用气体发泡的酸压裂处理进行处理的井#A，注入23,688gal的反应性酸体系和7,454gal的导流剂体系，接着注入6000gal的N2作为气举方法以降低静水压力，以用于更好的返排。然而，在处理之后的气体产量为零(也就是说，井被认为是死的)，因为处理液压井(killed the well)并且气举不能引发生产。
相比之下，对于利用使用气体发泡的酸压裂处理进行处理的井#B，注入25,795gal的反应性酸体系和3,862gal的导流剂体系以及用于发泡目的的6,925gal的N2(与其中在处理之后泵送气体的气举技术不同)。压裂后生产数据显示，井B在2,316psi的井口压力下生产18.7百万标准立方英尺/天(MMSCFD)。井B在处理之后自然返排而不需要任何额外的气举技术。井#B的储层压力(3,320psi)比井#A(3,850)低约500psi。这显示与不使用气体发泡的处理相比，使用气体发泡的处理可以提高井生产率。
表4示出了使用不同技术的两个井(井#C&D)之间的另一比较。使用类似于表1的酸压裂处理来处理井#C，不同之处在于在处理结束时，泵送N2以用于发泡，而利用类似于图2或表2的使用气体发泡的酸压裂处理来处理井#D。井#C和D位于具有如下基本上相同参数的相同区域中：
(i)对于两个井来说，55ft的净衬垫厚度，
(ii)每阶段的平均裸眼井段：对于井#C来说为724ft.，对于井#D来说为652ft.，
(iii)对于井#C来说大约8.5％以及对于井#vD来说5％的储层孔隙率。
表4：在不同处理下的井#C&D的比较
Figure BDA0002345337900000161
基于在表4中所示的数据，对于井#C，与图2和表2的处理类似，注入29,569gal的反应性酸体系和7,622gal的导流剂体系，以及在处理结束时，注入2,274gal的N2作为发泡流体。井#C能够在处理之后在1,530psi的井口压力下以5MMSCFD自然生产。
相比之下，对于井#D，注入24,445gal的反应性酸体系和4,073gal的导流剂体系以及用于发泡目的的7,450gal的N2(于在处理之后泵送的气举技术不同)。井#D在2,997psi的井口压力下生产15.6MMSCFD。井#D在处理之后自然返排而不需要任何额外的气举技术。此外，井#D的储层压力(4150psi)比井#C(5156)低几乎1,000psi。这显示与不使用气体发泡的处理相比，使用气体发泡的酸压裂处理可以提高井的生产率。
先前提供的示例实施方式的描述不限定或约束本说明书。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，其他变化、替换和改变也是可行的。因此，其他实施方案在所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种酸压裂处理的方法，所述方法包括：
引发其中形成井眼的地下地层的压裂以产生地层裂缝；
在引发所述压裂一段时间之后，将酸性流体注入所述井眼中以侵蚀所述地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力；
将气体引入所述井眼中以使在所述井眼中的流体发泡；
在所述处理期间随时间提高所述流体的泡沫特征值，其中所述泡沫特征值基于所引入的气体的体积和在所述井眼中的所述流体的体积；
基于所引入的气体的体积和在所述井眼中的所述流体的体积计算所述泡沫特征值；和
使用计算的井口泡沫特征值、预测的井底泡沫特征值或计算的实际井底泡沫特征值中的至少一个校正所计算的泡沫特征值。
2.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述处理期间监测所述裂缝对所述酸性流体的反应；和
基于所监测的反应通过调节下列各项中的至少一种来控制所述泡沫特征值的提高：所述酸性流体的注入速率、所述酸性流体的注入体积、所述气体的引入速率或所述气体的引入体积。
3.权利要求2所述的方法，其中监测所述裂缝的反应包括：
监测包括下列各项的参数中的至少一种：处理压力、井口压力、井底压力、流体泵送速率、气体泵送速率和浆料速率；和
基于所监测的参数确定所述裂缝的所述反应。
4.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
基于实际井口压力和温度计算所述计算的井口泡沫特征值；
基于预测的井底内相预测所述预测的井底泡沫特征值；和
基于计算的井底内相计算所述计算的实际井底泡沫特征值，所述计算的井底内相基于井底压力和温度计算。
5.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定所产生的地层裂缝的尺寸达到某一个值，并且作为回应，将所述酸性流体注入所述井眼中。
6.权利要求1所述的方法，其中引入所述气体包括：
在产生所述地层裂缝之后引入所述气体，直到所述处理完成。
7.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述处理期间随时间降低所述酸性流体的注入速率。
8.权利要求1所述的方法，其中注入所述酸性流体包括：
以比能够使所述地层裂缝闭合的裂缝闭合压力低的压力注入所述酸性流体。
9.权利要求8所述的方法，其中注入所述酸性流体包括：
在所述处理期间随时间保持所述酸性流体的注入速率恒定。
10.权利要求8所述的方法，其中注入所述酸性流体包括：
在所述处理期间随时间提高所述酸性流体的注入速率。
11.权利要求1所述的方法，其中引发所述压裂包括：
使压裂前置液流入所述井眼中以使所述地层破裂，从而产生所述地层裂缝。
12.权利要求11所述的方法，所述方法包括交替进行注入所述压裂前置液和所述酸性流体的步骤，同时在所述步骤期间保持引入所述气体。
13.权利要求12所述的方法，其中用于当前步骤的所引入的气体的体积不小于用于先前步骤的所引入的气体的体积。
14.权利要求12所述的方法，其中用于当前步骤的所引入的气体的体积小于用于先前步骤的所引入的气体的体积。
15.权利要求12所述的方法，其中用于当前步骤的所引入的气体的注入速率不小于用于先前步骤的所引入的气体的注入速率。
16.权利要求11所述的方法，其中所述压裂前置液包括稠化水或交联凝胶液中的至少一种。
17.权利要求1所述的方法，其中将气体引入所述井眼中包括：
在所述井眼中的所述流体中原位产生所述气体。
18.权利要求1所述的方法，其中所述酸性流体被配置成溶解所述地层并且包含下列各项中的至少一种：
浓度为0.1重量％至32重量％的盐酸(HCl)，
浓度为0.1重量％至12重量％的甲酸，
浓度为0.1重量％至20重量％的乙酸，
浓度为0.1重量％至92重量％的甲亚硒酸(MSA)，
浓度为0.1重量％至40重量％的螯合剂，或
羧酸体系。
19.权利要求1所述的方法，其中所述酸性流体被配置成
通过直链聚合物凝胶化，
通过交联聚合物体系凝胶化，
通过粘弹性表面活性剂(VES)体系凝胶化，
通过柴油或油乳化，或
通过特定气体发泡。
20.权利要求1所述的方法，其中所引入的气体具有低密度和低粘度并且包括下列各项中的至少一种：
氮气(N2)，
二氧化碳(CO2)，
空气，
甲烷，或
天然气。
21.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将导流液加入至所述酸性流体中，其中所述导流液包含交联聚合物、表面活性剂类材料或交联非反应性流体中的至少一种。
22.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述地层裂缝闭合之后清洁所述井眼。
23.一种酸压裂处理的方法，所述方法包括：
引发其中形成井眼的地下地层的压裂以产生地层裂缝；
在引发所述压裂一段时间之后，将酸性流体注入所述井眼中以侵蚀所述地层裂缝的壁，从而产生裂缝导流能力；
将酸性延缓体系引入所述井眼中，所述酸性延缓体系被配置成降低在所述井眼中的所述酸性流体的反应性；
在所述处理期间监测所述裂缝对所述酸性流体和所述酸性延缓体系的反应；和
基于所监测的反应控制在所述井眼中的流体的泡沫特征值，其中所述泡沫特征值基于所引入的酸性延缓体系，其中控制在所述井眼中的流体的泡沫特征值包括：在所述处理期间随时间提高所述泡沫特征值。
24.权利要求23所述的方法，其中控制在所述井眼中的流体的泡沫特征值包括：
调节下列各项中的至少一种：所述酸性流体的注入速率、所述酸性流体的注入体积、所述酸性延缓体系的引入速率、所述酸性延缓体系的引入体积或在所述酸性延缓体系中的酸性延缓剂的引入浓度。
25.权利要求23所述的方法，其中所述酸性延缓体系包含酸性延缓剂，所述酸性延缓剂包括下列各项中的至少一种：
具有低密度和低粘度的气体，
直链聚合物，
交联聚合物体系，
粘弹性表面活性剂(VES)体系，或者
柴油或油。
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