CN111622727B - 一种识别暂堵转向压裂有效性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，分别采集第一次和第二次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间，然后结合井筒参数和顶替液参数，分别计算第一次和第二次水锤波的传播距离，根据两次的传播距离确定暂堵是否有效，该方法能够快速判断储层裂缝深度；同时能够高效的判断暂堵转向压裂中暂堵是否成功，还能够快速判断暂堵转向压裂中是否有新的裂缝产生；该方法利用水锤波的传播时间和速度，经过计算，即可判断暂堵是否成功，操作便捷计算简单，大大的降低了暂堵转向有效性检测的成本，提高了检测效率，有助于暂堵转向压裂的推广应用。

Description

一种识别暂堵转向压裂有效性的方法

技术领域

本发明属于低渗透气藏储层改造领域，具体涉及一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，可在直井、定向井和水平井的暂堵转向压裂改造中应用。

背景技术

长庆油田所属的鄂尔多斯盆地油气资源丰富，属于世界上典型的致密油气藏，具有“低渗、低压、低丰度”的特点。水力压裂技术是目前开采致密油气的主要形式，是油气井增产的有力措施。它是通过注水加压，用高压液体将地层压开一条或数条裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流通通道，从而增加地层向井筒的渗流面积，达到增产增注的目的。

水锤是水力学中的一个常见概念，在有压管路中，由于流速突然变化引起动量转换而在管道内产生的一系列剧烈的压力波动现象，称为水锤。水锤也叫做水击，亦称流体瞬变过程、水力暂态过程等，是流体流动的一种非稳定流态。从其力学本质上说，水锤就是压力管道瞬变流动中出现的一种压力波，它的产生原因是管道中某一截面的流速发生了突然改变。

压裂停泵后存在的压力波动现象就是水锤的一种，见图1。具体的在压裂生产作业中，压裂液以恒定流量注入，施工结束后关井停泵，或者有目的的停泵操作，此时由于井口处的注入流量在极短时间内突然变为0，井口处的流体因惯性流动，密度下降，压力下跌，这种变化以压力波的形式向井底传播，这个稀疏波到达压裂裂缝处时，井内流体由于受到稀疏密度下降，低于裂缝内流体，裂缝内的流体在压力作用下进入井筒内，引起井内流体密度上升，压力跃升；这种压力变化又以压缩波的形式向井口传播，最终达到井口并发生固壁面反射，流体压力再次发生跃升；这个压力变化以压缩波的形式向井底传播，到达压裂裂缝时，由于井筒内流体密度高于裂缝内流体，井筒内流体在压力作用下进入裂缝，引起裂缝处井筒内流体压力下跌；这种压力变化又以拉伸波的形式向井口传播，当这个拉伸波到达井口时，整个停泵水锤波完成了一个周期的传播。

暂堵转向压裂，是在压裂施工中通过暂堵剂的暂堵作用，封堵老裂缝提升井底净压力形成一条不同于老裂缝方向的新裂缝，从而在储层中打开新的流体流动通道，更大范围地沟通老裂缝未动用的油气层，增加油气产量，这样的工艺过程称之为暂堵转向压裂。判断暂堵转向压裂是否成功在储层改造中有很重要的意义，多层合压时，暂堵转向压裂可在纵向剖面上动用新层，改善油藏产出剖面；在同层压裂中暂堵转向压裂堵老缝，造新缝，使新裂缝在平面上相对于原有裂缝发生转向，沟通新的泄油区；在套变井\落物井上暂堵转向压裂可实现分层压裂。

目前，国内外在暂堵转向有效性检测方面的主要技术有：井下微地震裂缝监测、地面微地震裂缝监测、井温测井和示踪剂监测等技术，技术原理是通过对这4种监测技术采集的数据解释出来的裂缝形态和走向来判断暂堵转向是否有效。然而，由于上述工艺比较复杂、实施条件苛刻，如果单纯是用来判断暂堵转向有效性的话施工成本高昂，应用井数有限，此外，由于探测精度的局限性和数据处理、解释的滞后，不能有效解决实际需求。

为此，需要设计一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，符合当前生产需求，流程简单，用现有压裂设备即可完成，成本低廉，满足气田经济有效开发的需求。

发明内容

针对现有技术中暂堵转向有效性检测方法实施条件苛刻以及施工成本高昂的问题，本发明提供一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，符合当前生产需求。流程简单，用现有压裂设备即可完成，成本低廉，满足气田经济有效开发的需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，包括以下步骤：

步骤1、获取第一次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₁；

步骤2、在井筒中投入暂堵剂，并完成第二次压裂施工，获取第二次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₂；

步骤3、根据井筒参数和顶替液参数确定水锤波的传播速度v；

步骤4、根据步骤3得到的水锤波的传播速度v，结合步骤1和步骤2得到的传播时间T₁和传播时间T₂，分别计算第一次和第二次压裂施工后，水锤波的第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂；

步骤5、对比第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₁，确定暂堵转向是否有效。

优选的，步骤1和步骤2中采用高频压力监测仪获取传播时间。

优选的，采用高频压力监测仪获取传播时间的方法如下：

将高频压力监测仪安装在压裂井口，采集压裂施工结束停泵时刻的压力数据，绘制水锤曲线，读取水锤波的半个传播周期数据，即为水锤波自裂缝端口至井口的传播时间。

优选的，步骤3中水锤波的传播速度v的确定方法如下：

其中，D为油管内径(mm)，δ为油管壁厚(mm)，E为油管材料的弹性模量(N/m²)，K为顶替液的体积弹性模量(N/m²)，ρ为顶替液的密度(Ns²/m⁴)。

优选的，步骤4中所述传播深度H的确定方法如下：

H＝v t

其中，v为水锤波的传播速度，t为水锤波的传播时间。

优选的，步骤5中确定暂堵转向是否有效的具体方法如下：

当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂的差值大于设定误差值，则暂堵成功；

当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂的差值小于设定误差值，则暂堵失败。

优选的，所述设定误差值为±5m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，分别采集第一次和第二次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间，然后结合井筒参数和顶替液参数，分别计算第一次压裂施工和第二次压裂施工水锤波的传播距离，根据两次的传播距离确定暂堵是否有效，当两次的传播距离不相等，也就是，第一次压裂施工和第二次压裂施工裂缝起裂深度不同，则判断暂堵有效，当两次的传播距离相等，判断第二次的压裂液及支撑剂进入第一次压裂施工形成的裂缝中，也就是暂堵失败。该方法能够高效的判断暂堵转向压裂中暂堵是否成功，同时也能够快速判断暂堵转向压裂中是否有新的裂缝产生。

附图说明

图1为本发明实施例中苏里格气田某直井压裂停泵水锤曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种识别暂堵转向压裂有效性的方法及其应用，包括以下步骤：

1)、获取第一次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₁；

具体为，在压裂井口安装一个高频压力监测仪(精度在200Hz以上)，采集压裂施工结束停泵时刻的压力数据，绘制水锤曲线，读取水锤波的半个传播周期数据，即为水锤波自裂缝端口至井口的传播时间。

2)、在井筒中投入暂堵剂，并完成第二次压裂施工，获取第二次压裂施工停泵时刻水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₂；

具体为，在压裂井口继续注入压裂液及支撑剂，完成第二次压裂施工，通过高频压力监测仪(精度在200Hz以上)采集压裂施工结束瞬间停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口的传播时间。

3)、根据井筒参数和顶替液参数确定水锤波的传播速度v，公式如下：

其中，D为油管内径(mm)，δ为油管壁厚(mm)，E为油管材料的弹性模量(N/m²)，K为顶替液的体积弹性模量(N/m²)，ρ为顶替液的密度(Ns²/m⁴)。

4)、根据步骤3)得到的水锤波的传播速度v，结合步骤1)和步骤2)得到的传播时间T₁和传播时间T₂，分别计算第一次和第二次压裂施工后，水锤波的第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂，公式如下：

H＝v t

第一次传播深度H₁，即在第一次压裂施工结束后，停泵时刻水锤波自裂缝端口至井口的传播距离。

第二次传播深度H₂，即在第二次压裂施工结束后，停泵时刻水锤波自裂缝端口至井口的传播距离。

5)、对比第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₁，确定暂堵转向是否有效。

具体为，当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂不相等时，即第二次压裂施工时，形成了新的裂缝，判断暂堵剂将第一条裂缝进行了封堵，第二次压裂施工在储层中形成了新的裂缝，暂堵成功。

当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂相等，或者误差在±5m时，判断没有形成新的裂缝，也就是说，暂堵失败。

实施例1：

长庆苏里格气田某直井采用Φ60.3mm油管注入，对山1、盒8层进行机械封隔器暂堵转向分层压裂改造，先压裂山1层，投暂堵剂，暂堵成功后，压裂盒8层。油管内径50.6mm，油管壁厚4.83mm，油管弹性模量为2.1×10¹¹N/m²，顶替液的体积弹性模量2.19×10⁹N/m²，顶替液的密度999.6Ns²/m⁴。

在压裂井口安装一个高频压力监测仪(精度在200Hz以上)，采集压裂山1层结束停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₁，然后投入暂堵剂，采集压裂盒8层结束停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₂。

t₁＝2.65s，t₂＝2.63s，根据传播时间分别计算对应的传播距离，判断暂堵是否成功。

计算方法如下：

步骤1：把这口井的参数K＝2.19×10⁹N/m²，ρ＝999.6Ns²/m⁴，D＝50.6mm，δ＝4.83mm，E＝2.1×10¹¹N/m²，带入计算公式

得到本井压力波的速度为v＝1405.38m/s；

步骤2：波的两次单程传播时间分别为t₁＝2.65s，t₂＝2.63s；

步骤3：计算波的传播深度分别为H₁＝v t₁＝3724.3m，H₂＝v t₂＝3696.2m；

步骤4：H₁≠H₂，判断两次水锤波的传播深度不同，第二次压裂开启了新的裂缝，本次暂堵成功。

实施例2：

长庆苏里格气田某水平井采用分段压裂改造，其中某一段采用段内暂堵转向压裂，即这段是二个泵注程序，完成第一个泵注程序投放暂堵转向剂，判断暂堵成功后开始第二个泵注程序。通过停泵后的水锤曲线，判断本段分簇的暂堵转向压裂是否成功？

油管内径99.57mm，油管壁厚7.37mm，油管弹性模量为2.1×10¹¹N/m²，顶替液的体积弹性模量2.19×10⁹N/m²，顶替液的密度999.6Ns²/m⁴。

在压裂井口安装一个高频压力监测仪(精度在200Hz以上)，采集第一簇的泵注程序施工结束瞬间停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₁，然后投入暂堵剂，采集第二簇的泵注程序施工结束瞬间停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₂。t₁＝3.46s，t₂＝3.43s。判断暂堵是否成功。

计算方法如下：

步骤1：把这口井的参数K＝2.19×10⁹N/m²，ρ＝999.6Ns²/m⁴，D＝99.57mm，δ＝7.37mm，E＝2.1×10¹¹N/m²，带入计算公式

得到本井压力波的速度为v＝1385.76m/s；

步骤2：波的两次传播时间分别为t₁＝3.46s，t₂＝3.43s；

步骤3：计算波的传播深度分别为H₁＝v t₁＝4794.7m，H₂＝v t₂＝4753.1m；

步骤4：H₁≠H₂，判断两次水锤波的传播深度不同，第二次压裂开启了新的裂缝，本次暂堵成功。

实施例3：

长庆苏里格气田某定向井采用Φ73.02mm油管注入，对山2、盒8层进行机械封隔器暂堵转向分层压裂改造，先压裂山2层，投暂堵剂，暂堵成功后，压裂盒8层。油管内径62.0mm，油管壁厚5.51mm，油管弹性模量为2.1×10¹¹N/m²，顶替液的体积弹性模量2.19×10⁹N/m²，顶替液的密度999.6Ns²/m⁴。

在压裂井口安装一个高频压力监测仪(精度在200Hz以上)，采集压裂山2层结束停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₁，然后投入暂堵剂，采集压裂盒8层结束停泵时刻的水锤曲线，获得水锤波自裂缝端口至井口传播时间t₂。t₁＝2.76s，t₂＝2.76s，判断本次暂堵是否成功？

计算方法如下：

步骤1：把这口井的参数带入计算公式K＝2.19×10⁹N/m²，ρ＝999.6Ns²/m⁴，D＝62.0mm，δ＝5.51mm，E＝2.1×10¹¹N/m²，

得到本井压力波的速度为v＝1400.28m/s；

步骤2：波的两次传播时间分别为t₁＝2.76s，t₂＝2.76s；

步骤3：计算波的传播深度分别为H₁＝v t₁＝3864.8m，H₂＝v t₂＝3864.8m；

步骤4：两次水锤波的传播深度基本相同，判断第二次压裂没有开启新的裂缝，本次暂堵不成功。

本发明提供的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，分别采集第一次和第二次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间，然后结合井筒参数和顶替液参数，分别计算第一次和第二次水锤波的传播距离，根据两次的传播距离确定暂堵是否有效，该方法能够快速判断储层裂缝深度；同时能够高效的判断暂堵转向压裂中暂堵是否成功，还能够快速判断暂堵转向压裂中是否有新的裂缝产生；该方法利用水锤波的传播时间和速度，经过计算，即可判断暂堵是否成功，操作便捷计算简单，大大的降低了暂堵转向有效性检测的成本，提高了检测效率，有助于暂堵转向压裂的推广应用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取第一次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₁；

步骤2、在井筒中投入暂堵剂，并完成第二次压裂施工，获取第二次压裂施工停泵时刻，水锤波自裂缝端口至井口的传播时间t₂；

步骤3、根据井筒参数和顶替液参数确定水锤波的传播速度v；

所述水锤波的传播速度v的确定方法如下：

其中，D为油管内径(mm)，δ为油管壁厚(mm)，E为油管材料的弹性模量(N/m²)，K为顶替液的体积弹性模量(N/m²)，ρ为顶替液的密度(Ns²/m⁴)；

步骤4、根据步骤3得到的水锤波的传播速度v，结合步骤1和步骤2得到的传播时间T₁和传播时间T₂，分别计算第一次和第二次压裂施工后，水锤波的第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂；

步骤5、对比第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂ ，确定暂堵转向是否有效。

2.根据权利要求1所述的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中采用高频压力监测仪获取传播时间。

3.根据权利要求2所述的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，采用高频压力监测仪获取传播时间的方法如下：

将高频压力监测仪安装在压裂井口，采集压裂施工结束停泵时刻的压力数据，绘制水锤曲线，读取水锤波的半个传播周期数据，即为水锤波自裂缝端口至井口的传播时间。

4.根据权利要求1所述的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，步骤4中所述传播深度H的确定方法如下：

H＝vt

其中，v为水锤波的传播速度，t为水锤波的传播时间。

5.根据权利要求1所述的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，步骤5中确定暂堵转向是否有效的具体方法如下：

当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂的差值大于设定误差值，则暂堵成功；

当第一次传播深度H₁和第二次传播深度H₂的差值小于设定误差值，则暂堵失败。

6.根据权利要求5所述的一种识别暂堵转向压裂有效性的方法，其特征在于，所述设定误差值为±5m。

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