CN112302604A - 一种水平井分段重复压裂方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水平井分段重复压裂方法以及应用，所述方法包括步骤S1.将水平井从跟部到趾部分为多段；S2.用液体胶塞将水平井的第一段井段与水平井的其他井段隔开；S3.对水平井的第一段井段进行压裂改造。本发明提供的方法充分发挥液体胶塞高粘高强度的优势，利用液体胶塞逐段封堵部分井筒，然后利用暂堵剂进行暂堵重复压裂，总体上实现分段重复压裂，提高重复压裂针对性。同时避免了全井筒暂堵重复压裂改造不确定性大的不足，优化结果可有效指导重复压裂施工、增加改造体积、改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

Description

一种水平井分段重复压裂方法及其应用
技术领域
本发明属于油田开采领域，具体涉及一种水平井分段重复压裂方法及其应用。
背景技术
目前，水平井分段压裂技术已广泛应用于致密砂岩、页岩及碳酸盐岩油气藏，与直井压裂相比，由于水平井压裂后与油气藏的接触面积及体积都有很大程度的提高，因此投入产出比普遍提高1-3倍以上。但与直井压裂类似，水平井分段压裂后也面临着失效的问题，即压后产量逐年递减，甚至不具经济开发效益。因此，水平井的重复压裂技术已提到议事日程并日益紧迫。
目前的水平井重复压裂工艺主要有两种，一种是单封双卡管柱，虽然压裂的针对性大幅度提高，但受管柱尺寸限制，排量一般小于5m3/min,这对常规的砂岩压裂而言问题不大，但对页岩压裂而言，难以满足大排量的工艺要求；本专利对单封双卡管柱的重复压裂工艺不作研究。二是暂堵压裂工艺，即在压裂注入一定量的压裂液及支撑剂后，注入一定量的暂堵剂，封堵已压裂裂缝，迫使水平井筒内的压力有一定程度的增加，从而再次压开新的裂缝。显然地，暂堵重复压裂方式的盲目性较大，措施的针对性不强。由于是全井段笼统注入，第一次压裂已产生了大量的裂缝，加上长期生产，地层压力有较大幅度的亏空，因此，在重复压裂压裂液及携带支撑剂的携砂液沿水平井筒流动过程中，由于重新开启裂缝的分流作用及滤失的叠加效应，压裂液、支撑剂及暂堵剂等在水平井筒内的运移距离都相对较短，大部分最多只能运移到水平井筒的中部位置。因此，暂堵重复压裂工艺还存在着难以重新改造水平井筒中部到趾部处裂缝的严重局限。
因此，需要提出一种新的水平井重复压裂技术，着重解决暂堵重复压裂的局限性。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种水平井分段重复压裂方法，利用液体胶塞逐段封堵部分井筒，总体上实现分段重复压裂，提高重复压裂针对性。
本发明第一方面提供一种水平井分段重复压裂方法，所述方法包括以下步骤：
S1.将水平井从跟部到趾部分为多段井段；
S2.用液体胶塞将水平井的第一段井段与水平井的其他井段隔开；
S3.对水平井的第一段井段进行压裂改造。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S1中，跟部到中部的每个井段的段长小于或等于从中部到趾部的每个井段的段长。考虑到靠近水平井筒跟部裂缝产出程度大，地层滤失更大的实际情况，水平井筒内的暂堵，在跟部到中部范围，可以适当缩短水平井筒分段的段长。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S2之前，对地层参数进行评估，根据地层参数确定液体胶塞性能。
根据本发明的一些实施方式，地层参数主要包括初次压裂裂缝参数(缝长、缝高、缝宽等。由于长期生产，地层压力大幅度降低，导致重复压裂地层滤失增加。此外，地应力、三向应力差、岩石力学参数等都发生了较大的变化。
根据本发明的一些优选方式，可以在邻近的加密井导眼井上进行试井及取心的综合方法，获得重复压裂前的各项地层参数。
根据本发明的一些实施方式，所述液体胶塞成胶后的承压强度大于70MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述液体胶塞在成胶前粘度为80-100mPa·s，成胶后粘度大于500mPa.s，成胶时间为10-30min，破胶时间为8-10h。
根据本发明的一些实施方式，所述液体胶塞的制备原料包括丙烯酰胺单体、交联剂、引发剂、胶囊破胶剂和强化剂，
根据本发明的一些实施方式，所述交联剂包括选自硼砂、有机钛、有机硼和有机锆中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述引发剂包括选自过氧化苯甲酰和过氧化二叔丁基中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述胶囊破胶剂包覆的内核包含过硫酸铵和过硫酸钾的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述强化剂包括选自聚酯纤维和炭黑中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，以液体胶塞总重计，所述丙烯酰胺单体为8-12wt％，交联剂为0.03-0.08wt％，引发剂为0.01-0.04wt％，胶囊破胶剂为2.0-3.0wt％，强化剂为4.0-7.0wt％。
根据本发明的一些实施方式，采用液体胶塞从水平井筒跟部到趾部对水平井筒进行分段封堵。液体胶塞在成胶前的黏度应在80-100mPa.s，以确保在注入过程中能充满水平井筒。成胶后黏度应在500mPa.s以上，且在水平井筒内应充填20m以上的长度，以确保在水平井筒内可抗压差70MPa以上。另外，还应确保在成胶时间控制在10-30min，并且在成胶后8-10小时内充分水化破胶，以保证后续的重复压裂作业向趾部位置分阶段推进。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，通过使用压裂液、第一支撑剂和暂堵剂来实施所述压裂改造
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，首先压裂改造前期先加入压裂液和支撑剂，后期再加入暂堵剂。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，对水平井压裂改造包括采用第一压裂液的第一次压裂改造和采用第二压裂液的第二次压裂改造。
根据本发明的一些实施方式，第一压裂液和第二压裂液的粘度相同或不同，优选第二压裂液的粘度高于第一压裂液的粘度。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，对水平井压裂改造还包括采用第三压裂液的第三次压裂改造，其中第三压裂液的粘度与第一压裂液和第二压裂液的粘度相同或不同。
根据本发明的一些实施方式，第三压裂液的粘度高于第一压裂液和第二压裂液的粘度。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述压裂液为滑溜水压裂液，粘度为4-12mPa·s。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，第一压裂液的粘度为4-6mPa·s。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，第二压裂液的粘度为6-9mPa·s。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，第三压裂液的粘度为10-12mPa·s。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述第一支撑剂包括陶粒或石英砂中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述第一支撑剂包括第一规格支撑剂、第二规格支撑剂和第三规格支撑剂，其中第一规格支撑剂的粒径为70-140目，第二规格支撑剂的粒径为40-70目和第三规格支撑剂的粒径为30-50目。
根据本发明的一些实施方式，以段塞式方式注入第一规格支撑剂，以连续方式注入第二规格支撑剂和以连续方式注入第三规格支撑剂。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述第一支撑剂分三次注入，优选地，第一次以段塞式方式注入第一规格支撑剂，第二次以连续方式注入第二规格支撑剂和第三次以连续方式注入第三规格支撑剂。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述暂堵剂的密度小于1.5g/m3，优选地，所述暂堵剂的密度为1.1-1.2g/m3。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述暂堵剂的粒径为6-16mm。
根据本发明的一些实施方式，注入低密度暂堵剂进行分段压裂施工。由于在水平井筒中分阶段暂堵，尤其在第一次暂堵施工中，需要压裂的段数相对有限，导致沿水平井筒的压裂液滤失相对有限，因此，压裂改造的针对性大幅度提升。由于采用低密度暂堵剂，其与压裂液的流动跟随性大幅度提升，因此，在相对有限的水平段长度内，可有效封堵进液多的裂缝。
根据本发明的一些实施方式，在步骤S3中，所述暂堵剂与第二支撑剂一起注入，两者的体积之比为1:(0-3)，优选二者的体积比为1:(0.5-1.5)，例如1:1。
根据本发明的一些实施方式，所述第二支撑剂的粒径为30-50目。
根据本发明的一些实施方式，为预防暂堵剂在初次裂缝缝口处过度推进造成的“包饺子”效应对缝口处导流能力的损害，可在加入暂堵剂的同时，携带等体积的30-50目石英砂支撑剂。一旦暂堵剂完全溶解，留下30-50目的支撑剂仍可在缝口处提供足够的导流能力。
根据本发明的一些实施方式，还包括按照步骤S2-S3进行其他井段的压裂施工，其中步骤S3中所述压裂液为滑溜水压裂液和/或泡沫压裂液，优选为泡沫压裂液，更优选为二氧化碳泡沫压裂液。
在本发明的一些优选方式中，每个水平井筒暂堵阶段内，二氧化碳泡沫滑溜水中滑溜水的黏度按4-6mPa.s,6-9mPa.s及10-12mPa.s等进行，二氧化碳泡沫的质量按50％、70％及90％分别与上述黏度的滑溜水进行混合。
在本发明的一些优选方式中，为了防止压裂液沿水平井筒的滤失效应，先期重复压裂的压裂液采用低黏度滑溜水为主，后期采用逐渐增加黏度的滑溜水。本专利采用逐渐增加二氧化碳泡沫质量的泡沫滑溜水体系。滑溜水混合二氧化碳的泡沫液体系，随着泡沫质量的逐级增加，该体系的降滤失效果及携砂效果逐级增强，可以使得靠近水平井筒趾部位置的裂缝获得更充分的改造机会。
本发明的第二发面提供了上述水平井分段重复压裂方法在油田开采中的应用，尤其在重复压裂中的应用。
本发明设计合理、方法明晰、简便高效，可以进行重复压裂工艺及参数设置，适用于砂岩、碳酸盐岩及页岩油气藏。本发明提供的方法充分发挥液体胶塞高粘高强度的优势，利用液体胶塞逐段封堵部分井筒，然后利用暂堵剂进行暂堵重复压裂，总体上实现分段重复压裂，提高重复压裂针对性。同时避免了全井筒暂堵重复压裂改造不确定性大的不足，优化结果可有效指导重复压裂施工、增加改造体积、改善施工效果，从而获得最大的经济效益。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。
本发明的具体的措施如下：
1)重复压裂前地层特性参数变化的评估
由于长期生产，地层压力大幅度降低，导致重复压裂地层滤失增加。此外，地应力、三向应力差、岩石力学参数等都发生了较大的变化。可以在邻近的加密井导眼井上进行试井及取心的综合方法，获得重复压裂前的各项地层参数。
2)水平井筒暂堵液体胶塞的制备
进行液体胶塞的制备。其中，承压强度的实验测试，可在实验室采用与实际套管等直径的钢管，模拟不同胶塞长度下的耐压差情况，承压时要求液体胶塞在水平井筒的位移速度小于3cm/min。
3)第一次液体胶塞的注入作业
取步骤2)制备的液体胶塞，准备充满20m长度套管容积的量0.24m3，注入液体胶塞的排量0.2-0.5m3/min，顶替液体胶塞的压裂液黏度按80-100mPa.s，以实现活塞式推进效果。为提高施工效率，顶替液体胶塞的压裂液排量应控制在5-6m3/min，利于将之前注入的液体胶塞进一步充满水平井筒。但当液体胶塞即将到达预定位置前，将顶替排量降低到0.1-0.2m3/min，相当于在水平井筒中，液体胶塞的推进速度在10-20m/min。由于液体胶塞成胶前黏度高达80-100mPa.s，其进入老缝中的概率非常小，即使进入液量也相当小，对后续施工的影响几乎可忽略不计。
4)低黏度滑溜水造缝及携砂施工
采用黏度4-6mPa.s的低黏度滑溜水，排量取施工限压下的最高值，在注入400-500m3后，再加70-140目支撑剂，并按砂液比1-3-5-7-9％进行段塞式加砂，每个砂液比的滑溜水体积可取40-50m3，隔离液体积也取40-50m3。考虑到地层亏空及闭合应力的大幅度下降，可考虑采用石英砂支撑剂。然后，加入40-70目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按8-11-14-17-20％，每个砂液比体积取70-80m3，最后加30-50目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按15-18-21％，每个砂液比体积取10-20m3。
5)顶替作业中后期注入暂堵剂施工
按当段井筒容积的110-120％计算顶替液量。在顶替的早期40％以前，仍采用80-100mPa.s高黏压裂液顶替，以克服老裂缝及重复压裂裂缝的滤失效应。在顶替液还剩余10-15m3后，加入密度1.1-1.2g/cm3，粒径6-16mm的暂堵剂，质量为5-10kg，压裂液携带暂堵剂的质量浓度应在50-60kg/m3，注入排量应降低到0.5-1m3/min。观察是否暂堵有效的标准是井口压力的上升幅度应在3-5MPa以上(相同排量条件下)。为预防暂堵剂在初次裂缝缝口处过度推进造成的“包饺子”效应对缝口处导流能力的损害，可在加入上述暂堵剂的同时，携带等体积的30-50目石英砂支撑剂。一旦暂堵剂完全溶解，留下30-50目的支撑剂仍可在缝口处提供足够的导流能力。
6)提高黏度的滑溜水注入及加砂施工
与步骤4)相比，滑溜水的黏度可提高到6-9mPa.s，其它参数可参照步骤4)。
7)若多压裂一段，可重复步骤5)～步骤6)，否则，转步骤8)。
8)水平井筒内其它段的暂堵施工，可重复步骤3)～步骤7)，不同的是，每个水平井筒暂堵阶段内，二氧化碳泡沫滑溜水中滑溜水的黏度按4-6mPa.s,6-9mPa.s及10-12mPa.s等进行，二氧化碳泡沫的质量按50％、70％及90％分别与上述黏度的滑溜水进行混合。排量都取井口限压下的最高值。
9)压后排液、测试求产及正常生产等环节，参照常规流程及参数执行。
实施例1
本发明在川南地区A井重复压裂改造施工中进行应用，该井垂深2200m，水平段长1500m，初次压裂16段。通过本发明所提供的方法，将井筒分成5段进行重复压裂，每段300m。具体步骤如下：
1)综合室内试验、数值模拟及历史拟合结果，获得重复压裂前的各项参数，主要为地层参数、初次压裂裂缝参数(缝长、缝高、缝宽等)。
2)制备暂堵液体胶塞，以液体胶塞总重计，在配液水中将8wt％丙烯酰胺、0.06wt％有机钛交联剂(购自新乡玄泰实业有限公司)、0.02wt％过氧化苯甲酰、2.0wt％胶囊破胶剂(其中包覆的内核为过硫酸铵，购自青岛利德石油服务有限公司)和4.0wt％聚酯纤维(购自泰安智荣工程材料有限公司)逐渐搅拌溶解制得所述液体胶塞的成胶液。成胶前80-100mPa.s，成胶后粘度大于500mPa.s，成胶后承压强度大于70MPa。
3)第一次液体胶塞的注入作业。准备液体胶塞0.24m3，注入液体胶塞的排量0.5m3/min，顶替液体胶塞的压裂液黏度取80-100mPa.s。顶替液总量取25m3，排量5-6m3/min。但当液体胶塞即将到达预定位置前，将顶替排量降低到0.1-0.2m3/min。
4)低黏度滑溜水造缝及携砂施工。采用黏度4-6mPa.s的低黏度滑溜水，排量取施工限压下的最高值，在注入450m3后，再加70-140目支石英砂撑剂，并按砂液比1-3-5-7-9％进行段塞式加砂，每个砂液比的滑溜水体积可取40m3，隔离液体积也取40m3。然后加入40-70目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按8-11-14-17-20％，每个砂液比体积取70m3，最后加30-50目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按15-18-21％，每个砂液比体积取20m3。
5)顶替及注入暂堵剂施工。准备顶替液量43m3。在顶替前17m3以前，仍采用80-100mPa.s高黏压裂液顶替。在顶替液还剩余10-15m3后，加入密度1.1-1.2g/cm3，粒径6-16mm的暂堵剂，质量为5-10kg，压裂液携带暂堵剂的质量浓度应在60kg/m3，注入排量应降低到0.5-1m3/min。暂堵后井口压力的上升幅度在3-5MPa以上(相同排量条件下)。在加入上述暂堵剂的同时，携带等体积的30-50目石英砂支撑剂。
6)提高黏度的滑溜水注入及加砂施工。提高滑溜水的黏度6-9mPa.s，排量取施工限压下的最高值，在注入450m3后，再加70-140目支石英砂撑剂，并按砂液比1-3-5-7-9％进行段塞式加砂，每个砂液比的滑溜水体积可取40m3，隔离液体积也取40m3。然后加入40-70目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按8-11-14-17-20％，每个砂液比体积取70m3，最后加30-50目石英砂支撑剂，按连续加砂模式，砂液比按15-18-21％，每个砂液比体积取20m3。
7)水平井筒内其它第2-5段重复压裂的暂堵施工，可重复步骤3)～步骤6)。第2-4段重复压裂每次注入液体胶塞后的顶替液排量分别为28m3、31m3、34m3。第5段重复压裂不需要注入液体胶塞封堵。
8)压后排液、测试求产及正常生产等环节，参照常规流程及参数执行。
采用本发明提供的方法进行重复压裂，较常规暂堵重复压裂方法提高产能20％以上。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种水平井分段重复压裂方法，其包括以下步骤：
S1.将水平井从跟部到趾部分为多段井段；
S2.用液体胶塞将水平井的第一段井段与水平井的其他井段隔开；
S3.对水平井的第一段井段进行压裂改造。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，跟部到中部的每个井段的段长小于或等于从中部到趾部的每个井段的段长；和/或
在步骤S2之前，对地层参数进行评估，根据地层参数确定液体胶塞性能。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液体胶塞成胶后的承压强度大于70 MPa；和/或
所述液体胶塞在成胶前粘度为80-100mPa·s，成胶后粘度大于500mPa.s，成胶时间为10-30min，破胶时间为8-10h。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体胶塞的制备原料包括丙烯酰胺单体、交联剂、引发剂、胶囊破胶剂和强化剂，
优选地，所述交联剂包括选自硼砂、有机钛、有机硼和有机锆中的一种或多种，所述引发剂包括选自过氧化苯甲酰和过氧化二叔丁基中的一种或多种，所述胶囊破胶剂包覆的内核包含过硫酸铵和过硫酸钾的一种或多种，所述强化剂包括选自聚酯纤维和炭黑中的一种或多种，
更优选地，以液体胶塞总重计，所述丙烯酰胺单体为8-12wt％，交联剂为0.03-0.08wt％，引发剂为0.01-0.04wt％，胶囊破胶剂为2.0-3.0wt％，强化剂为4.0-7.0wt％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，通过使用压裂液、第一支撑剂和暂堵剂来实施所述压裂改造，优选地，所述压裂改造包括采用第一压裂液的第一次压裂改造和采用第二压裂液的第二次压裂改造，其中第一压裂液和第二压裂液的粘度相同或不同，优选第二压裂液的粘度高于第一压裂液的粘度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述压裂改造还包括采用第三压裂液的第三次压裂改造，其中第三压裂液的粘度与第一压裂液和第二压裂液的粘度相同或不同，优选第三压裂液的粘度高于第一压裂液和第二压裂液的粘度。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述压裂液为滑溜水压裂液，粘度为4-12mPa·s，优选第一压裂液的粘度为4-6mPa·s，优选第二压裂液的粘度为6-9mPa·s和优选第三压裂液的粘度为10-12mPa·s；和/或
所述第一支撑剂包括选自陶粒和石英砂中的一种或多种，优选地，所述第一支撑剂包括第一规格支撑剂、第二规格支撑剂和第三规格支撑剂，其中第一规格支撑剂的粒径为70-140目，第二规格支撑剂的粒径为40-70目和第三规格支撑剂的粒径为30-50目；和/或
优选地，以段塞式方式注入第一规格支撑剂，以连续方式注入第二规格支撑剂和以连续方式注入第三规格支撑剂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述暂堵剂的密度小于1.5g/m3，优选地，所述暂堵剂的密度为1.1-1.2g/m3；和/或，所述暂堵剂的粒径为6-16mm；和/或，
所述暂堵剂与第二支撑剂一起注入，两者的体积之比为1:(0-3)，优选二者的体积比为1:(0.5-1.5)；优选所述第二支撑剂的粒径为30-50目。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，还包括按照步骤S2-S3进行其他井段的压裂施工，其中步骤S3中所述压裂液为滑溜水压裂液和/或泡沫压裂液，优选为泡沫压裂液，更优选为二氧化碳泡沫压裂液。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法在油田开采中的应用，尤其在重复压裂中的应用。
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