CN112031733B - 一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于页岩气储层改造领域，涉及一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，包括压裂前准备、射孔作业、储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展、第二阶段裂缝扩展和加入支撑剂、第一次频繁突变排量输送支撑剂、暂堵、第三阶段裂缝扩展和加入支撑剂、第二次频繁突变排量输送支撑剂、第二段及后续压裂段压裂等多个步骤。通过泵注前置高粘度胶液、突变排量压裂、配置合理的排量和砂比等方法，可在深层页岩储层中形成复杂裂缝网络和对裂缝形成高效支撑，解决了深层页岩储层地应力高和储层裂缝欠发育带来的压裂缝网单一、裂缝支撑效率有限等难题。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气储层改造领域，具体是一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法。
背景技术
自美国页岩气革命以来，页岩气的大规模商业开发改变了世界能源格局，其中大型水力压裂技术是推动这项革命的关键性技术之一。当前浅层和中深层页岩储层开发已取得突破性进展，但深层页岩储层由于埋藏深、地应力高、井底温度高和储层裂缝欠发育等问题，使得页岩储层水力压裂改造体积受限、压裂缝网较简单、支撑剂有效展布和高效支撑性欠佳，最终表现为试气初期高产，但生产中产量衰减快。
专利201510654247.X公布了一种提高深层页岩气裂缝复杂性指数的方法，通过对深层页岩气井压裂液选取及注入方式、支撑剂的选取、簇射孔数量等工艺方法的优化设计和控制，使人工主裂缝尽可能开启并沟通天然裂缝；并使单条裂缝延伸的更长和更宽，最终实现提高改造裂缝复杂性目的。专利201711057415.2公布了一种常压页岩气藏高频变排量体积压裂方法，包括页岩关键储层参数的评估、裂缝参数的优化、地质工程甜点确定及簇射孔位置确定、压裂施工参数优化、簇射孔作业、酸预处理作业、酸性滑溜水造主裂缝注入施工、中性滑溜水高排量注入施工、顶替作业等，可提高常压页岩气井压后生产效果。专利201711094273.7公布了一种深层页岩气螺旋式变参数压裂方法，通过螺旋式注入滑溜水、胶液，可最大限度地提高小微尺度裂缝的充满度，降低有效裂缝体积随时间的下降率。专利201711428558.X公布了一种提高深层页岩气裂缝复杂性的压裂方法，采用前置高粘胶液+低粘滑溜水+高粘胶液模式，可提高深层页岩气压裂裂缝复杂性及有效改造体积。除上述专利外，还有较多文献或专利陈述了不同的提高压裂裂缝复杂性的方法，但主要集中于通过前期优化评估、交替注入不同液体、设定不同施工参数来实现形成复杂缝网。每种方法形成的复杂缝网有限且不同，而且不能使支撑剂对裂缝形成高效支撑，或者不适合于深层储层压裂改造。
因此，为了水力压裂改造时在深层页岩储层中形成复杂缝网和对裂缝形成高效支撑，本发明提供了一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，能在深层页岩储层形成复杂缝网和对裂缝形成有效支撑，克服深层页岩储层水力压裂改造体积受限、压裂缝网较单一、支撑剂有效展布和高效支撑性欠佳等难题，
本发明的技术方案为：本发明提供了一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，包括以下步骤：
步骤1，射孔：对选择的压裂目标段进行射孔；
步骤2，储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展：在排量上升阶段，采用阶梯式和突变式相结合的方式进行压裂液注入，实现储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展；
步骤3，第二阶段裂缝扩展和加入支撑剂：在第一排量相对稳定阶段，采用稳定排量和突变排量相结合的方式进行压裂液注入，实现第二阶段裂缝扩展；同时，以阶梯式的方式加入支撑剂；
步骤4，第一次频繁突变排量输送支撑剂：在第一排量急剧变化阶段，采用急剧变化排量方式输送支撑剂进入裂缝更远处；
步骤5，暂堵：在稳定排量下投入暂堵剂；
步骤6，第三阶段裂缝扩展和加入支撑剂：在第二排量相对稳定阶段，采用稳定排量和突变排量相结合的方式注入压裂液，实现第三阶段裂缝扩展；同时，以阶梯式的方式加入支撑剂；
步骤7，第二次频繁突变排量输送支撑剂：在第二排量急剧变化阶段，采用频繁变化排量输送支撑剂进入裂缝远端，直到完成预定加砂程序和泵注完预定顶替液，第一段压裂目标段压裂结束；
步骤8，针对剩余的压裂目标段，均执行：先泵送封隔桥塞至前一压裂目标段位置并坐封，再重复步骤1至步骤7。
优选地，步骤2中，阶梯式排量呈递增趋势；每级阶梯排量初期先急剧增加再急剧减少，呈突增突降趋势，突增排量增量值为本级阶梯稳定排量的30%、40%或50% ，排量递增直到排量上升阶段中预定的支撑剂加量加入完成，最大排量为压裂设备所能承受最大限值。
优选地，步骤2中，注入的压裂液为：酸液、胶液和滑溜水，先注入酸液和一定量的滑溜水，再顺次注入胶液和滑溜水；其中胶液为粘度为30-50mPa·S的高粘度胶液，并含少量破胶剂，胶液的液量占排量上升阶段注入压裂液的30%；滑溜水为粘度为的3-10mPa·S滑溜水，滑溜水的液量占排量上升阶段注入压裂液的40%；
在储层裂缝起裂后，第一阶段裂缝扩展中加入砂比为2-5% 之间且目数为120、140、160、180或200的支撑剂。
优选地，步骤3和步骤6中，第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段均采用大排量、大液量方式，排量控制在18m3/min以上；排量突变时间点与每段阶梯式加入支撑剂时间点相对应，位于每段时间的60-80%时间点之间，排量增量值随着砂比的增加而增加，增量值为稳定排量的10%、20%或30%；加入支撑剂的砂比按照5%、7%、9%、11%、13%、15%的顺序等阶梯式增加或降低；在第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段即将结束且第一排量急剧变化阶段和排量急剧变化阶段开始前，砂比降至10%以下。
优选地，步骤2、3和6中，每个阶段排量突增突降变化呈尖形状，以利于在地层中形成水力冲击波，冲击页岩储层形成更复杂缝网和携带支撑剂运移距离更远。
优选地，步骤5和8中，在即将加入暂堵剂之前，在第一排量急剧变化阶段和第一排量急剧变化阶段内，采用突变中频变化排量输送支撑剂到裂缝更远处，排量变化频率0.01-1HZ，排量增量值为稳定排量的10%或20%；压裂泵车组分为两组，一组稳定排量不变，一组交替变化排量施工。
优选地，步骤5中，投入暂堵剂粒径60、80或100目，抗高温120℃，抗压差强度60MPa。
优选地，步骤7中，采用粘度为10-30mPa·S的胶液作为尾液和顶替液，泵注顶替近井地带支撑剂进入裂缝中。
本发明方法的有益效果为：
通过泵注前置高粘度胶液利于深层页岩储层起裂和造缝，提供更广阔的裂缝网络前置空间。通过突变排量压裂进一步利于深层复杂裂缝网络的形成，克服深层页岩储层地应力高和储层裂缝欠发育等问题，同时利于把支撑剂携带到裂缝远端，减少砂堤高度，更有效的支撑裂缝。结合配置合理的排量和砂比，可使深层页岩储层形成复杂缝网和对裂缝形成高效支撑，最终有助于深层页岩气井稳产，提高单井产量。
附图说明
图1为本发明单段压裂排量-砂比-时间曲线示意图；
图2为本发明支撑剂在裂缝中的浓度分布示意图；
图中，11-排量上升阶段，12-第一排量相对稳定阶段，13-第一排量急剧变化阶段，14-暂堵阶段，15-第二排量相对稳定阶段，16-第二排量急剧变化阶段，21-排量变化曲线，22-砂比变化曲线，31-第一砂堤区，32-第二砂堤区，33-第三砂堤区，34-第四砂堤区，35-支撑剂动态平衡剖面曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例：
A区块一口深层页岩气水平井，目的层位为龙马溪组，井深6038m（人工井底5977.07m），垂深4363.76m，水平段长度1503m，井底温度123.8℃，最大地应力102MPa。参阅图1、图2，根据页岩储层参数选定井段4535-5977m，段长1442m为施工井段，分24段压裂，采用全溶桥塞作为分段工具，施工前使用连续油管对压裂井进行通洗井作业。具体包括以下步骤：
步骤1，射孔作业：分2簇射孔，每簇射孔段长1.5m，16孔/m，相位角为60°，总孔数48孔。
步骤2，储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展：排量上升阶段11先按照排量为2m3/min泵注10m3浓度为15%的盐酸，再按照排量为2m3/min泵注30 m3粘度为5mPa·S的滑溜水，页岩储层裂缝起裂。继续按照排量为4m3/min、6m3/min、8m3/min、10m3/min的顺序阶梯泵注粘度40mPa·S的胶液，其中向上一级排量切换时，排量瞬间多增加50%，再回归阶梯排量值。如排量4m3/min切换到排量6m3/min，排量先瞬间上升到9 m3/min，再快速下降到6m3/min，依次类推共泵注胶液30m3。泵注胶液完成，继续按照阶梯和突变排量相结合方式泵注滑溜水，注入180目的支撑剂，砂比为3%，直到裂缝泵注压力稳定，不在增加，第一阶段裂缝扩展结束。排量和砂比变化趋势线如排量曲线21、砂比曲线22所示。
步骤3，第二阶段裂缝扩展和加入支撑剂：第一排量相对稳定阶段12采用19m3/min稳定排量向储层中注入粘度为5mPa·S的滑溜水，在此过程中采用同时按照5%、7%、9%、11%、13%、15%的砂比顺序加入共100目数的支撑剂，依次按照20%、10%的砂比加入40或70目数的支撑剂，在每种砂比支撑剂加入过程中，当该砂比的支撑剂加入70%后瞬间提高排量，紧随降低排量到稳定排量值，瞬间最高排量值依次为19 m3/min、21 m3/min、22 m3/min、23 m3/min、24 m3/min、25 m3/min、28 m3/min、22 m3/min，排量和砂比变化趋势线如排量曲线21、砂比曲线22所示。
步骤4，第一次频繁突变排量输送支撑剂：第一排量急剧变化阶段13采用急剧变化排量方式，泵注砂比为10%的40或70目数的支撑剂，最高排量为22 m3/min、最低排量为18m3/min，频率为0.1HZ，累计泵注液量为1700m3，直到把加入暂堵剂前的所需泵注的支撑剂泵注完全。
步骤5，暂堵：投入粒径为60、80或100目、抗高温120℃、抗压差强度60MPa的暂堵剂500KG，泵注滑溜水30 m3。
步骤6，第三阶段裂缝扩展和加入支撑剂：第二排量相对稳定阶段15参照步骤4，采用稳定排量和突变排量相结合的方式实现第三阶段裂缝扩展和阶梯式加入支撑剂。
步骤7，第二次频繁突变排量输送支撑剂：在第二排量急剧变化阶段16，参照步骤5，执行预定泵注程序，液体材料采用粘度为20mPa·S的胶液400 m3，粘度为5mPa·S的滑溜水作为顶替液，完成泵注，单段累计注入液量为2600m3，第一段压裂结束。
步骤8，第二段及后续压裂段压裂：先泵送可溶性封隔桥塞至前一压裂目标段位置并坐封，再重复步骤1-7，完成第2-24段压裂。
本实施例中，如图1所示，提高深部页岩储层裂缝复杂性，是通过以下两种方式相互结合实现：一是泵注前置高粘度胶液，利用高粘度胶液的优越的造缝能力，能比常规压裂液滑溜水造缝能力强。二是依靠突变排量压裂，能在井底产生高冲击力的冲击波，克服深层页岩储层地应力高和储层裂缝欠发育等问题，提高压裂液体造缝能力；以及冲击波能冲击产生很多细微裂缝，这便于裂缝扩展和形成新裂缝。
本实施例中，如图2所示，提高支撑剂展布和高效支撑能力，是通过以下三种方式相互结合实现：一是阶梯式加入支撑剂，避免支撑剂在井底堆积，便于支撑剂展布和压裂液快速带走支撑剂。二是偶尔突变式排量和急剧突变排量的泵注方式，能够产生一股水流冲击力，把支撑剂携带得更远，如图2所示，动态平衡下支撑剂在裂缝中的支撑剂动态平衡剖面曲线35是动态稳定的，当出现一股额外冲击力时，第一砂堤区31、第二砂堤区32、第三砂堤区33和第四砂堤区34会变薄，特别是第一砂堤区31的高度会大幅度降低，这样不会造成支撑剂堆积。另外，被携带走的支撑剂会运移到更远处，填充新裂缝，会提高支撑剂展布效果，更多裂缝被有效支撑。三是采用胶液作为最后注入液体，更利于井眼周围堆积的支撑剂携带到更远处。以上三种方式相结合，大幅度提高了支撑剂展布和高效支撑能力。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其它的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (6)
1.一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，射孔：对选择的压裂目标段进行射孔；
步骤2，储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展：在排量上升阶段（11），采用阶梯式和突变式相结合的方式进行压裂液注入，实现储层裂缝起裂和第一阶段裂缝扩展；
步骤2中，阶梯式排量呈递增趋势；每级阶梯排量初期先急剧增加再急剧减少，呈突增突降趋势，突增排量增量值为本级阶梯稳定排量的30%、40%或50%，排量递增直到排量上升阶段（11）中预定的支撑剂加量加入完成，最大排量为压裂设备所能承受最大限值；
步骤2中，注入的压裂液为：酸液、胶液和滑溜水，先注入酸液和一定量的滑溜水，再顺次注入胶液和滑溜水；其中胶液为粘度为30-50mPa·S的高粘度胶液，并含少量破胶剂，胶液的液量占排量上升阶段（11）注入压裂液的30%；滑溜水为粘度为的3-10mPa·S滑溜水，滑溜水的液量占排量上升阶段注入压裂液的40%；
在储层裂缝起裂后，第一阶段裂缝扩展中加入砂比为2-5% 之间且目数为120、140、160、180或200的支撑剂；
步骤3，第二阶段裂缝扩展和加入支撑剂：在第一排量相对稳定阶段（12），采用稳定排量和突变排量相结合的方式进行压裂液注入，实现第二阶段裂缝扩展；同时，以阶梯式的方式加入支撑剂；
步骤3中，第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段均采用大排量、大液量方式，排量控制在18m3/min以上；排量突变时间点与每段阶梯式加入支撑剂时间点相对应，位于每段时间的60-80%时间点之间，排量增量值随着砂比的增加而增加，增量值为稳定排量的10%、20%或30%；加入支撑剂的砂比按照5%、7%、9%、11%、13%、15%的顺序等阶梯式增加或降低；在第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段即将结束且第一排量急剧变化阶段和排量急剧变化阶段开始前，砂比降至10%以下；
步骤4，第一次频繁突变排量输送支撑剂：在第一排量急剧变化阶段（13），采用急剧变化排量方式输送支撑剂进入裂缝更远处；
步骤5，暂堵：在稳定排量下投入暂堵剂；
步骤6，第三阶段裂缝扩展和加入支撑剂：在第二排量相对稳定阶段（15），采用稳定排量和突变排量相结合的方式注入压裂液，实现第三阶段裂缝扩展；同时，以阶梯式的方式加入支撑剂；
步骤7，第二次频繁突变排量输送支撑剂：在第二排量急剧变化阶段（16），采用频繁变化排量输送支撑剂进入裂缝远端，直到完成预定加砂程序和泵注完预定顶替液，第一段压裂目标段压裂结束；
步骤8，针对剩余的压裂目标段，均执行：先泵送封隔桥塞至前一压裂目标段位置并坐封，再重复步骤1至步骤7。
2.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，和步骤6中，第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段均采用大排量、大液量方式，排量控制在18m3/min以上；排量突变时间点与每段阶梯式加入支撑剂时间点相对应，位于每段时间的60-80%时间点之间，排量增量值随着砂比的增加而增加，增量值为稳定排量的10%、20%或30%；加入支撑剂的砂比按照5%、7%、9%、11%、13%、15%的顺序等阶梯式增加或降低；在第一排量相对稳定阶段和第二排量相对稳定阶段即将结束且第一排量急剧变化阶段和排量急剧变化阶段开始前，砂比降至10%以下。
3.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，步骤2、3和6中，每个阶段排量突增突降变化呈尖形状，以利于在地层中形成水力冲击波，冲击页岩储层形成更复杂缝网和携带支撑剂运移距离更远。
4.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，步骤5和8中，在即将加入暂堵剂之前，在第一排量急剧变化阶段和第一排量急剧变化阶段内，采用突变中频变化排量输送支撑剂到裂缝更远处，排量变化频率0.01-1HZ，排量增量值为稳定排量的10%或20%；压裂泵车组分为两组，一组稳定排量不变，一组交替变化排量施工。
5.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，步骤5中，投入暂堵剂粒径60、80或100目，抗高温120℃，抗压差强度60MPa。
6.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层复杂缝网形成和高效支撑的压裂方法，其特征在于，步骤7中，采用粘度为10-30mPa·S的胶液作为尾液和顶替液，泵注顶替近井地带支撑剂进入裂缝中。
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