CN111396018B - 一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，涉及油气田加砂压裂工艺技术领域。收集和评估目标井地质资料；根据目标井储层渗透率及单条人工裂缝控制半径设计段长、簇间距和簇数；以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模和支撑剂规模；对目标井开展测试压裂，确定目标井储层压裂液效率；根据确定的压裂用液规模、压裂液效率分别计算前置液、前置携砂液和携砂液的使用量；根据目标井井筒容积确定顶替液使用量；根据确定的支撑剂规模以及前置液、前置携砂液、携砂液和顶替液量生成泵注程序，实施压裂作业。本发明解决了传统压裂设计中因前置液比例与储层无法完全匹配造成压裂过程形成无支撑、无效缝体的技术问题。

Description

一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法
技术领域
本发明涉及油气田加砂压裂工艺技术领域。
背景技术
我国致密砂岩油气资源非常丰富，全国技术可采资源量约为12万亿立方米，该类资源的高效开发能为国家能源安全提供重要保障。由于致密砂岩具有低渗、低孔特征，渗透率通常在0.01-1mD之间，通过水力压裂方式建立地下高渗流通道是有效开采该类资源的必要技术手段。在水力压裂实施过程中，通过地面设备将高压液体注入岩层，在岩层中形成人工裂缝，同时高压液体携带一定强度的支撑剂进入人工裂缝，利用支撑剂支撑水力裂缝，形成高渗流通道。因此水力压裂过程中，支撑剂在水力裂缝中的高效铺置是决定压后增产效果的关键因素。
传统压裂设计中，压裂泵注程序包括前置液、携砂液、顶替液三部分组成，其中前置液为不含有支撑剂的纯液相，主要作用是在地层中预先形成水力裂缝体，理论前置液设计量为支撑剂到达预期缝长时，前置液完全滤失进入地层时的液量，目前国内致密储层压裂设计中前置液占总液量比例一般在35％-45％。该方法在实际操作过程中，由于致密砂岩多为复杂河道砂体，砂体非均质性较强，压裂段储层无法用单一滤失系数或压裂液效率衡量，因此前置液比例设计值较难与储层完全匹配，若地层滤失系数低于设计值，过量前置液滞留在裂缝体中，同时缝体中无支撑剂有效支撑，严重影响压后增产效果。
作者为“张天翔、张瑞瑞、刘炜、袁峰、王艳芬、李庭强”等，于2008年在刊名为《新疆石油科技》的期刊文献上发表了题名为“低(无)前置液加砂压裂工艺应用研究”的期刊文献，发表日期为2008年04期，该文献公开了“低前置液或无前置液加砂压裂是指造缝用压裂液不超过施工总用液的10％或者只有几方液、而加砂强度与同一区块压裂井相同或者超过相同射孔厚度井的加砂量。阐述了新疆准噶尔盆地西北缘乌—夏断裂带乌33井区克拉玛依组油层由于低压、低温、中强水敏等问题,在工艺上探索了以提高加砂强度,同时减少入井液的措施的技术方法,进行现场实践。2008年1月至2008年6月进行了18井次的应用试验,成功率100％,并取得一定的生产效果。该工艺的实施使单井整体入井用压裂液减少20％～35％不等,从物理意义上讲,降低了压裂液对敏感地层的二次污染,缩短了占产周期,降低了作业成本。这对将来类似油气区块的油层改造提供一些技术思路与启示,有一定的现实指导意义”
但是，以上述期刊文献为代表的传统压裂设计采用单一恒定粘度压裂液，无法高效匹配前置造缝和支撑剂铺置对于压裂液粘度的针对性需求。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，本发明通过在压裂设计中降低前置液比例、引入前置携砂液、采用阶梯变粘度滑溜水，实现前置造缝、支撑剂铺置协同作业，解决了传统压裂设计中因前置液比例与储层无法完全匹配造成压裂过程形成无支撑、无效缝体的技术问题，保证了整个压裂缝体中支撑剂有效铺置。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：包括：
A、收集和评估目标井地质资料；
B、根据目标井储层渗透率及单条人工裂缝控制半径设计段长、簇间距和簇数；
C、以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模和支撑剂规模；
D、对目标井开展测试压裂，确定目标井储层压裂液效率η；
E、根据确定的压裂用液规模、压裂液效率分别计算前置液、前置携砂液和携砂液的使用量；
前置液的设计量Vp为压裂用液规模总液量Vt的5％-10％，具体用量根据前期施工压力情况和段塞打磨压降情况而定，砂比0％；其主要作用为a、压裂开始破裂岩石；b、形成初始流动通道，评估地层可压性；c、加入支撑剂段塞，打磨炮眼，降低施工摩阻；前置液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水，利用高粘滑溜水较低的滤失系数、高效造缝特性，形成初始裂缝通道；
前置携砂液的设计量Vps，根据公式
Figure BDA0002493689080000021
计算，砂比为5％-9％，按1％固定台阶逐级递增；其主要作用为：a、利用混砂液中的高比例高粘度液相进一步在砂体中造缝；b、在形成的裂缝体中预铺置低密度支撑剂，保证最终形成的裂缝体全部有效支撑；前置携砂液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水；一方面确保进一步高效造缝，同时利用高粘液体将支撑剂携带至裂缝前端，确保缝体有效支撑；
所述低密度支撑剂，视密度低于1.45g/cm3，真密度低于2.55g/cm3；在前置携砂液阶段采用低密度支撑剂是为了降低支撑剂在滑溜水中的沉降速度、提升输送距离，确保前置携砂液阶段中支撑剂在缝体中的高效铺置；
携砂液的设计量Vs根据公式Vs＝Vt-Vp-Vps计算，砂比为10％-28％，按6％-2％逐级降台阶递增，携砂液阶段采用粘度介于3-5mPa·s的低粘滑溜水和粘度介于5-10mPa·s的中粘滑溜水，随着阶段砂比升高，逐级提高滑溜水粘度，确保滑溜水高效携砂，防止支撑剂过度沉降造成砂堵；携砂液阶段中，在前置液和前置携砂液阶段已形成的裂缝体中铺置中密度支撑剂，确保最终形成的裂缝体中按设计导流能力高效铺置支撑剂；所述中密度支撑剂，视密度低于1.6g/cm3，真密度低于2.7g/cm3；
F、根据目标井井筒容积确定顶替液使用量；
顶替液的设计量Vd为施工井段井筒容积的1.2-1.5倍，砂比0％；确保井筒中携砂液完全顶替进入地层裂缝；
G、根据确定的支撑剂规模以及前置液、前置携砂液、携砂液和顶替液量生成泵注程序，实施压裂作业。
所述A步骤中，收集和评估目标井地质资料，包括但不限于，三维地震数据、钻井数据、录井数据、测井数据和岩心试验数据。
所述C步骤中，建立目标井地质及单井模型，以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模Vt和支撑剂规模。
所述步骤D中，所述测试压裂包括但不限于，阶梯升排量、阶梯降排量、停泵压降180min，计算得到目标井储层压裂液效率η。
所述高粘度滑溜水、中粘度滑溜水、低粘度滑溜水的配方为：0.1％-0.3％稠化剂、0.03％-0.06％碳酸钾、0.035％-0.07％戊二醛、0.035％-0.07％聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚和0.01％-0.02％破胶剂，其余为水；通过在线调整稠化剂的加量，实现粘度在3-15mPa·s实时切换，施工排量介于10-16m3/min。
所述的稠化剂是两性离子聚丙烯酰胺。
所述的破胶剂是由40％烷基酚和环氧乙烷缩合物OP-20、30％过硫酸钾和30％水混配而成。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本方法通过在压裂设计中引入前置携砂液，实现了前置造缝、支撑剂铺置协同作业，避免了传统设计中因前置液比例与储层无法完全匹配造成压裂过程形成无支撑剂铺置的无效缝体，特别是在E步骤中采用阶梯变粘度滑溜水，保证了整个压裂缝体中支撑剂的有效铺置。
2、本发明中，前置液的设计量Vp为压裂用液规模总液量Vt的5％-10％，具体用量根据前期施工压力情况和段塞打磨压降情况而定，砂比0％，这样设置的好处在于a、压裂开始破裂岩石；b、形成初始流动通道，评估地层可压性；c、加入支撑剂段塞，打磨炮眼，降低施工摩阻。
3、本发明中，前置携砂液的设计量Vps，根据公式
Figure BDA0002493689080000041
计算，砂比为5％-9％，按1％固定台阶逐级递增，这样设置的好处在于a、利用混砂液中的高比例高粘度液相进一步在砂体中造缝；b、在形成的裂缝体中预铺置低密度支撑剂，从而保证最终形成的裂缝体全部有效支撑；前置携砂液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水；一方面能确保进一步高效造缝，另一方面利用高粘液体将支撑剂携带至裂缝前端，进一步确保缝体有效支撑。
4、本发明中，在前置携砂液阶段采用低密度支撑剂，能有效降低支撑剂在滑溜水中的沉降速度、提升输送距离，确保前置携砂液阶段中支撑剂在缝体中的高效铺置。
5、本发明中，携砂液的设计量Vs根据公式Vs＝Vt-Vp-Vps计算，砂比为10％-28％，按6％-2％逐级降台阶递增，携砂液阶段采用粘度介于3-5mPa·s的低粘滑溜水和粘度介于5-10mPa·s的中粘滑溜水，随着阶段砂比升高，逐级提高滑溜水粘度，这样的设置方式能确保滑溜水高效携砂，防止支撑剂过度沉降造成砂堵；携砂液阶段中，在前置液和前置携砂液阶段已形成的裂缝体中铺置中密度支撑剂，能确保最终形成的裂缝体中按设计导流能力高效铺置支撑剂。
6、本发明中，顶替液的设计量Vd为施工井段井筒容积的1.2-1.5倍，砂比0％；这样的设置方式能确保井筒中携砂液完全顶替进入地层裂缝。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为实施例2中实例井压裂监测改造体示意图；
图2为实施例2中实例井压后测试曲线示意图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明的最佳实施方式，其公开了一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其包括：
A、收集和评估目标井地质资料；
B、根据目标井储层渗透率及单条人工裂缝控制半径设计段长、簇间距和簇数；
C、以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模和支撑剂规模；
D、对目标井开展测试压裂，确定目标井储层压裂液效率η；
E、根据确定的压裂用液规模、压裂液效率分别计算前置液、前置携砂液和携砂液的使用量；
前置液的设计量Vp为压裂用液规模总液量Vt的5％-10％，具体用量根据前期施工压力情况和段塞打磨压降情况而定，砂比0％；其主要作用为a、压裂开始破裂岩石；b、形成初始流动通道，评估地层可压性；c、加入支撑剂段塞，打磨炮眼，降低施工摩阻；前置液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水，利用高粘滑溜水较低的滤失系数、高效造缝特性，形成初始裂缝通道；
前置携砂液的设计量Vps，根据公式
Figure BDA0002493689080000051
计算，砂比为5％-9％，按1％固定台阶逐级递增；其主要作用为：a、利用混砂液中的高比例高粘度液相进一步在砂体中造缝；b、在形成的裂缝体中预铺置低密度支撑剂，保证最终形成的裂缝体全部有效支撑；前置携砂液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水；一方面确保进一步高效造缝，同时利用高粘液体将支撑剂携带至裂缝前端，确保缝体有效支撑；
所述低密度支撑剂，视密度低于1.45g/cm3，真密度低于2.55g/cm3；在前置携砂液阶段采用低密度支撑剂是为了降低支撑剂在滑溜水中的沉降速度、提升输送距离，确保前置携砂液阶段中支撑剂在缝体中的高效铺置；
携砂液的设计量Vs根据公式Vs＝Vt-Vp-Vps计算，砂比为10％-28％，按6％-2％逐级降台阶递增，携砂液阶段采用粘度介于3-5mPa·s的低粘滑溜水和粘度介于5-10mPa·s的中粘滑溜水，随着阶段砂比升高，逐级提高滑溜水粘度，确保滑溜水高效携砂，防止支撑剂过度沉降造成砂堵；携砂液阶段中，在前置液和前置携砂液阶段已形成的裂缝体中铺置中密度支撑剂，确保最终形成的裂缝体中按设计导流能力高效铺置支撑剂；所述中密度支撑剂，视密度低于1.6g/cm3，真密度低于2.7g/cm3；
F、根据目标井井筒容积确定顶替液使用量；
顶替液的设计量Vd为施工井段井筒容积的1.2-1.5倍，砂比0％；确保井筒中携砂液完全顶替进入地层裂缝；
G、根据确定的支撑剂规模以及前置液、前置携砂液、携砂液和顶替液量生成泵注程序，实施压裂作业。
所述A步骤中，收集和评估目标井地质资料，包括但不限于，三维地震数据、钻井数据、录井数据、测井数据和岩心试验数据。
所述C步骤中，建立目标井地质及单井模型，以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模Vt和支撑剂规模。
所述步骤D中，所述测试压裂包括但不限于，阶梯升排量、阶梯降排量、停泵压降180min，计算得到目标井储层压裂液效率η。
所述高粘度滑溜水、中粘度滑溜水、低粘度滑溜水的配方为：0.2％稠化剂、0.04％碳酸钾、0.05％戊二醛、0.05％聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚和0.01％破胶剂，其余为水；通过在线调整稠化剂的加量，实现粘度在3-15mPa·s实时切换，施工排量介于10-16m3/min。
所述的稠化剂是两性离子聚丙烯酰胺。
所述的破胶剂是由40％烷基酚和环氧乙烷缩合物OP-20、30％过硫酸钾和30％水混配而成。
实施例2
具体应用实例，以四川中部地区沙溪庙组致密砂岩气藏某水平井QL为例，该井A点垂深2225.88m、斜深3110m，B点垂深2250.31、斜深4025m，水平段长915m，水平段共解释气层5段，厚792m，储层厚度为601.6m，平均孔隙度10.5％，总平均含水饱和度41.3％。
A、收集和评估目标井地质资料，包括但不限于，三维地震数据、钻井数据、录井数据、测井数据、岩心试验数据；
B、根据目标井储层渗透率及单条人工裂缝控制半径设计段长、簇间距、簇数，目标井设计段长70-90m、簇间距25-30m、单段簇数3-4簇，全井共分为16段、52簇；
C、以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂总规模，目标井设计人工裂缝长度150m、导流能力10-15D·cm，单段压裂用液规模1200m3，单段支撑剂规模185m3；
D、对第1段开展测试压裂，计算得到压裂液效率48.3％；
E、根据确定的压裂总规模1200m3、压裂液效率0.483，计算前置液120m3，前置液携砂液298m3，携砂液782m3；
F、根据是目标井井筒容积确定顶替液量，目标井压裂管柱外径为139.7mm，内径为114.3mm，压裂段井深介于2705-4000m，井筒容积介于27.8-41m3，顶替液量介于41.6-61.6m3；
G、根据设计的压裂用砂规模以及前置液、前置携砂液、携砂液、顶替液量生成泵注程序(如下表所示)，实施压裂作业。
实例井压裂设计泵注程序表
Figure BDA0002493689080000071
本实施例中井各压裂段监测压裂改造体积表如下所示：
实例井各压裂段监测压裂改造体积表
压裂段 改造体积10<sup>4</sup>m<sup>3</sup>
1 300.8
2 350.8
3 268.4
4 304.4
5 398.8
6 416
7 304
8 380.8
9 424.8
10 460.8
11 307.2
12 424.8
13 345.6
14 498.4
15 456.8
16 331.6
总计 4465.9
本实例井压裂监测改造体如图1所示，本实例井压后测试曲线如图2所示，该实例井监测压裂改造体积总计4465.9×104m3，压后测试产量23.13×104m3/d，是同期河道砂组邻井测试产量的4.6倍，取得了良好增产效果。说明采用本方法在形成满足设计需求的裂缝体的同时提高了支撑剂在缝体中的铺置程度，减少了无支撑剂铺置的无效缝体，有效提升压后产量、提高致密砂岩气藏开发效益。

Claims (7)

1.一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：
A、收集和评估目标井地质资料；
B、根据目标井储层渗透率及单条人工裂缝控制半径设计段长、簇间距和簇数；
C、以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模和支撑剂规模；
D、对目标井开展测试压裂，确定目标井储层压裂液效率η；
E、根据确定的压裂用液规模、压裂液效率分别计算前置液、前置携砂液和携砂液的使用量；
前置液的设计量Vp为压裂用液规模总液量Vt的5％-10％，具体用量根据前期施工压力情况和段塞打磨压降情况而定，砂比0％；前置液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水，利用高粘滑溜水形成初始裂缝通道；
前置携砂液的设计量Vps，根据公式
Figure FDA0002493689070000011
计算，砂比为5％-9％，按1％固定台阶逐级递增；在形成的裂缝体中预铺置低密度支撑剂；前置携砂液阶段采用粘度为10-15mPa·s的高粘滑溜水，将支撑剂携带至裂缝前端；
所述低密度支撑剂，视密度低于1.45g/cm3，真密度低于2.55g/cm3；
携砂液的设计量Vs根据公式Vs＝Vt-Vp-Vps计算，砂比为10％-28％，按6％-2％逐级降台阶递增，携砂液阶段采用粘度介于3-5mPa·s的低粘滑溜水和粘度介于5-10mPa·s的中粘滑溜水，随着阶段砂比升高，逐级提高滑溜水粘度；携砂液阶段中，在前置液和前置携砂液阶段已形成的裂缝体中铺置中密度支撑剂；所述中密度支撑剂，视密度低于1.6g/cm3，真密度低于2.7g/cm3；
F、根据目标井井筒容积确定顶替液使用量；
顶替液的设计量Vd为施工井段井筒容积的1.2-1.5倍，砂比0％；
G、根据确定的支撑剂规模以及前置液、前置携砂液、携砂液和顶替液量生成泵注程序，实施压裂作业。
2.根据权利要求1所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述A步骤中，收集和评估目标井地质资料，包括但不限于，三维地震数据、钻井数据、录井数据、测井数据和岩心试验数据。
3.根据权利要求1所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述C步骤中，建立目标井地质及单井模型，以达到最优产量为依据设计人工裂缝长度、导流能力和压裂用液规模Vt和支撑剂规模。
4.根据权利要求1所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述步骤D中，所述测试压裂包括但不限于，阶梯升排量、阶梯降排量、停泵压降180min，计算得到目标井储层压裂液效率η。
5.根据权利要求1所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述高粘度滑溜水、中粘度滑溜水、低粘度滑溜水的配方为：0.1％-0.3％稠化剂、0.03％-0.06％碳酸钾、0.035％-0.07％戊二醛、0.035％-0.07％聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚和0.01％-0.02％破胶剂，其余为水；通过在线调整稠化剂的加量，实现粘度在3-15mPa·s实时切换，施工排量介于10-16m3/min。
6.根据权利要求5所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述的稠化剂具体是两性离子聚丙烯酰胺。
7.根据权利要求5所述的一种提高非均质储层支撑剂铺置效果的压裂方法，其特征在于：所述的破胶剂具体是由40％烷基酚和环氧乙烷缩合物OP-20、30％过硫酸钾和30％水混配而成。
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