CN112177582B - 一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、优化设计裂缝形态参数及压裂施工参数；步骤2、下入射孔工具射孔，起出射孔工具；步骤3、下入压裂管柱，坐封封隔器并验封，隔离脱扣点以下井筒；步骤4、进行压裂作业；步骤5、进行压井作业或进行放喷作业，然后起出所述压裂管柱；步骤6、下入桥塞，重复步骤2‑步骤6，直至所有段施工完成；步骤7、压后钻塞、返排、测试及求产。所述方法填补了该领域的技术空白，为后续复杂情况压裂井提供了一种较为可行的方法。

Description

一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法

技术领域

本发明涉及油田开发领域，尤其涉及页岩气井压裂，具体地，涉及一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法。

背景技术

我国页岩气资源丰富，初步估计我国页岩气可采资源量在36.1万亿立方米，极具有开发价值。目前，我国页岩气井的完井方法主要以桥塞-射孔联作压裂为主，即通过套管与桥塞封隔地层，引导大排量压裂液流入至射孔孔眼中进行压裂作业。由此可见，套管完整性是页岩气井水力压裂成功施工的重要基础之一。

但是，当发生套管脱扣时，脱扣处极易发生井漏、渗滤乃至塌陷，井口增压受限，直接导致压裂规模受限，影响储层改造效果，严重时甚至导致压裂施工无法进行。值得注意的是，页岩气藏储层物性普遍较差，需通过水力压裂作业才可以获得商业性气流，水力压裂的效果直接影响页岩气井的后续测试采气效果。鉴于此，亟需一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于套管脱扣条件下的分段多簇压裂方法，能够在一定程度上解决套管脱扣井压裂中所遇到的压裂改造效果差的问题，从而在复杂井况下保证压裂效果。

本发明的目的是提供一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、优化设计裂缝形态参数及压裂施工参数。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1中，所述压裂施工参数包括(压裂液)排量优化。

在进一步优选的实施方式中，排量优化时，满足式(1)所示条件：

Max Q

s.t.p_井口≤p_{井口最大允值}

p_{脱扣点以上内压}(MD)≤σ(MD)

Q≤Q_max；

p_{脱扣点以下内压}(MD)≤σ(MD) 式(I)；

在式(1)中，Q表示排量，Q_max表示保证封隔器正常工作的最高排量，p_井口表示井口压力，p_{井口最大压力允值}表示井口允许的最大压力值，MD表示测深，p_{脱扣点以上内压}(MD)表示脱扣点以上测深为MD处的压力，p_{脱扣点以下内压}(MD)表示脱扣点以下测深为MD处的压力，σ_c(MD)表示测深为MD处的套管抗内压强度。式(1)所示优化方程可以采用内点法求解。

根据式(1)，在排量优化时需考虑到本施工情况下排量所受到的限制，主要包括：①井口压力不得超过最大套压；②压裂管柱(油管、变扣及封隔器)处内压力不得超过对应位置的抗内压强度；③需保证压裂时封隔器在最高砂比及最高排量的携砂压裂液冲刷下封隔成功；④脱扣点以下套管压力不得超过套管抗内压强度。同时，考虑到高排量在造缝及携砂能力上极具有优势，在满足以上条件的前提下排量尽可能增大。

在本发明中，裂缝形态参数及压裂施工参数的优化可借助压裂产量预测的常用商业模拟软件ECLIPSE和裂缝扩展模拟常用的商业模拟软件MEYEY，基于常规流程进行模拟优化确定。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1之前还进行如下步骤1’：

步骤1’：分析页岩的可压性、力学性质及压裂品质。

在进一步优选的实施方式中，在步骤1中，综合应用地震、测井、录井、测试及导眼井目的层岩心模拟三轴应力及温度等条件下的实验确定包括目的层岩性及全岩矿物组分、物性、岩石力学参数及三向地应力、水平层理缝/纹理缝及高角度天然裂缝发育情况等参数。

其中，水平段的参数分布，由水平段与导眼井测井参数类比以及基于导眼井资料所建立的动静态参数的转换关系，综合权衡确定。

步骤2、下入射孔工具射孔，然后起出射孔工具。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2中，单段射孔1～3簇。

其中，考虑到排量受限，为保证压裂效果，单段簇数为1～3簇，压裂段数为常规压裂井的2倍以上。这样，通过多段少簇，减小单段施工规模，在井口排量受限的条件下保证了平均单簇排量，进而保证了压裂液的造缝能力及携砂能力，在一定程度上避免了复杂井口给压裂施工所带来的一定影响，最终有利于保持甚至提高页岩气井的储层改造效果。

步骤3、下入压裂管柱，坐封封隔器并验封，隔离脱扣点以下井筒。

根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，沿压裂液进液方向，所述压裂管柱依次包括第一油管、变扣、第二油管和封隔器。

在进一步优选的实施方式中，所述第二油管与所述封隔器配合。

这样，第二油管内径需要与封隔器匹配，但是，内径小可能会增大沿程摩阻。

在更进一步优选的实施方式中，第一油管的内径大于第二油管的内径，两者通过所述变扣实现不同内径油管之间的连接。

其中，在保证第一油管强度及工具顺利下入、工作的前提下，第一油管的选型时优先选择管内径最大的型号。这样，采用大直径第一油管可以在一定程度上减少管内沿程摩阻。

根据本发明一种优选的实施方式，在下入压裂管柱时，封隔器与脱扣点之间距离为2m以上。

在本发明中，将压裂管柱下入至套管脱扣处，封隔器置于脱扣点下方2m以上，封隔器座封，形成压裂管柱与封隔器下方套管的连续管道，同时隔离脱扣点。

在进一步优选的实施方式中，每压裂2～4段后将封隔器的座封点下移。

其中，封隔器上卡瓦咬入套管后容易损伤套管，每压裂几段后需将座封点下移以减小套管伤害。

步骤4、进行压裂作业。

考虑到本发明单段簇数减少、排量减少，在压裂时采用的液量、砂量较正常施工情况下明显降低。同时，为降低支撑剂对油管及封隔器的冲刷作用，推荐设计采用低砂比进行压裂作业。

在本发明中，所述压裂作业为常规压裂作业，例如可以如下进行：

步骤4.1、酸处理；

步骤4.2、采用高粘胶液造主缝；

步骤4.3、注入含有70-140目支撑剂的高粘滑溜水；

步骤4.4、注入含有40-70目支撑剂的高粘滑溜水；

步骤4.5、注入高粘滑溜水进行扫砂作业；

步骤4.6、注入含有40-70目支撑剂的胶液；

步骤4.7、注入顶替液。

步骤5、进行压井作业或进行放喷作业，然后起出所述压裂管柱。

其中，在下一段桥塞、射孔工具下入前起出压裂管柱，从而避免了小通径压裂管柱对工具下入的影响，保证了压裂顺利施工。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤5中，当采用压井作业时，先配置压井液，然后进行循环压井或平推压井作业，最后，解封封隔器，起出所述压裂管柱。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤5中，当采用放喷作业时，放喷至井口压力泄压至0MPa时，解封封隔器，起出所述压裂管柱。

其中，在步骤5中，采用压井或者放喷方式以井口装置、地层压力而定。

步骤6、下入桥塞，重复步骤2-步骤6，直至所有段施工完成。

步骤7、压后钻塞、返排、测试及求产。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提出了一种套管脱扣条件下的页岩气井水力压裂方法，填补了该领域的技术空白，为后续复杂情况压裂井提供了一种较为可行的方法；

(2)本发明通过多段少簇，减小单段施工规模，在井口排量受限的条件下保证了平均单簇排量，进而保证了压裂液的造缝能力及携砂能力，在一定程度上避免了复杂井口给压裂施工所带来的一定影响，最终有利于保持甚至提高页岩气井的储层改造效果；

(3)本发明在桥塞、射孔工具取出后下入压裂管柱，在桥塞、射孔工具下入前起出压裂管柱，从而避免了小通径压裂管柱对工具下入的影响，保证了压裂顺利施工。

附图说明

图1示出本发明所述方法的流程示意图；

图2示出压裂时井内压裂管柱的部分剖视结构示意图。

附图标记说明

1-第一油管；2-变扣；3-第二油管；4-封隔器；5-套管；6-桥塞。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

实施例

C1页岩气井，垂深2236m，测深4001m，水平段长1340m。在固井阶段中，因操作人员失误，固井后过早拆卸联顶节，导致套管在测深607.21m处脱扣。为保证压裂井顺利施工，采取以下方法进行储层改造作业：

先进行裂缝形态参数及压裂施工参数的优化设计，其中，相对于相同地段的井，在套管脱扣下设计最大排量为原来的0.5倍，具体地，根据式(1)优化后得到的参数结果：井口限压95MPa，脱扣点以上限压55MPa，优化Q_max＝8方/min。

(1)通过连续油管下入射孔枪进行射孔作业；

(2)起出射孔管柱后下入压裂管柱，座封封隔器并验封，隔离脱扣点以下井筒，试压60MPa合格后准备压裂作业；

在压裂油管中，第一油管为3-1/2”外加厚油管(内径69mm)，第二油管为2-7/8”油管(内径59mm)，变扣为2-7/8”×3-1/2”变扣，封隔器内径为48mm。

(3)采用连续油管携带射孔枪完成第一段射孔作业后，以1.5m³/min的排量共注入预处理酸(15％HCl+2.0％缓蚀剂+1.5％助排剂+2.0％粘土稳定剂+1.5％铁离子稳定剂)10m³。然后以5m³/min的排量注入低黏度滑溜水30m³替酸。之后继续注入低黏度滑溜水60m³替酸，排量先将至1.5m³/min，随后将排量分别提高至3m³/min和5m³/min。

(4)采用高黏度胶液造主缝，快提排量至8m³/min。

(5)注入含有70/140目支撑剂的高粘滑溜水，将70/140目支撑剂按照砂比为3％-5％-7％-8％的比例段塞式加入13.3m³，各段塞携砂液液量分别为40m³、50m³、60m³、60m³，各段塞隔离液的液量分别为30m³、30m³、50m³、50m³；

(6)注入含有40/70目支撑剂的高粘滑溜水，将40/70目支撑剂按照砂比为10％-12％-14％-16％的比例连续式加入29m³，各段塞携砂液液量分别为50m³、50m³、60m³、60m³；

(7)注入高粘滑溜水60m³进行扫砂作业；

(8)注入含有40/70目支撑剂的胶液，将40/70目支撑剂按照砂比为16％-18％-20％-22％的比例连续式加入42.4m³，各段塞携砂液液量分别为60m³、55m³、50m³、50m³；

(9)注入顶替液，包括：50m³的胶液和20m³的高黏度滑溜水。

(10)进行压井作业并起出油管及封隔器；

(11)下入桥塞及射孔枪，重复上述(2)-(11)，直至所有段施工完成；

(12)压后钻塞、返排、测试及求产。

该井投入生产后，产气量与邻井(未脱扣)相当，说明了本发明所述方法的可靠性及实用性较好。

Claims (9)

1.一种套管脱扣条件下的页岩气井分段多簇压裂方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、优化设计裂缝形态参数及压裂施工参数；

步骤2、下入射孔工具射孔，然后起出射孔工具；

步骤3、下入压裂管柱，坐封并验封，隔离脱扣点以下井筒；

步骤4、进行压裂作业；

步骤5、进行压井作业或进行放喷作业，然后起出所述压裂管柱；

步骤6、下入桥塞，重复步骤2-步骤6，直至所有段施工完成；

步骤7、压后钻塞、返排、测试及求产；

在步骤1中，所述压裂施工参数包括排量优化，满足式(1)所示条件：

Max Q

s.t.p_井口≤p_{井口最大允值}

p_{脱扣点以上内压}(MD)≤σ(MD)

Q≤Q_max；

p_{脱扣点以下内压}(MD)≤σ(MD) 式(1 )

在式(1)中，Q表示排量，Q_max表示保证封隔器正常工作的最高排量，p _井口表示井口压力，p_{井口最大压力允值}表示井口允许的最大压力值，MD表示测深，p _{脱扣点以上内压}(MD)表示脱扣点以上测深为MD处的压力，p_{脱扣点以下内压}(MD)表示脱扣点以下测深为MD处的压力，σ_c(MD)表示测深为MD处的套管抗内压强度。

2.根据权利 要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1之前还进行如下步骤1’：

步骤1’：分析页岩的可压性、力学性质及压裂品质。

3.根据权利 要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，单段射孔1～3簇。

4.根据权利 要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，沿压裂液进液方向，压裂管柱依次包括第一油管、变扣、第二油管和封隔器。

5.根据权利 要求4所述的方法，其特征在于，第一油管的内径大于第二油管的内径，两者通过变扣实现不同内径油管之间的连接。

6.根据权利 要求5所述的方法，其特征在于，在下入压裂管柱时，封隔器与脱扣点之间距离为2m以上。

7.根据权利 要求6所述的方法，其特征在于，每压裂2～4段后将封隔器的座封点下移。

8.根据权利 要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在步骤5中，当采用压井作业时，先配制压井液，然后进行循环压井或平推压井作业，最后，解封封隔器，起出压裂管柱。

9.根据权利 要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在步骤5中，当采用放喷作业时，放喷至井口压力泄压至0MPa时，解封封隔器，起出所述压裂管柱。

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