CN112302605B - 一种页岩气水平井分段重复压裂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气水平井分段重复压裂的方法。包括：(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段；(2)制备液体暂堵剂；(3)注入中黏滑溜水施工；(4)注入液体暂堵剂施工；(5)顶替液体暂堵剂施工；(6)停泵1‑2min；(7)压裂施工；(8)重复步骤(7)1～2次；(9)其它重复压裂大段的施工。本发明的方法可有效指导重复压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

Description

一种页岩气水平井分段重复压裂的方法

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种页岩气水平井分段重复压裂的方法。

背景技术

国内页岩气水平井分段压裂自2012年实现商业突破以来，已经历5年之久，许多井出现了压后井口压力快速下降的情况，有些井已接近地面集输站的入口压力，产量快速下降。因此，页岩气水平井的分段重复压裂已紧迫地摆到工作日程中。与第一次压裂相比，页岩气水平井分段重复压裂主要存在以下难题：1)缺乏有效的分段方法。由于第一次压裂后井筒留下大量已射孔孔眼，常规的桥塞及水力喷射方法都不再适用，且双封隔器单卡的管柱排量一般在3m³/min内，难以满足页岩气大排量的施工要求；2)滤失大，且难以精确控制。由于所有射孔簇经过初次压裂，都有水力老裂缝存在，且由于长时间生产，地层压力大幅度降低。因此，在压裂液沿水平井筒中流动过程中，会造成大量的压裂液滤失，且滤失的位置无法准确确定，也难以有效控制，从而造成压裂施工造缝宽度有限，施工的砂液比及支撑剂量会相应受限；3)重复压裂的潜力区一般在水平井筒的中部到B靶点位置，但由于水平井筒大量滤失，压裂液及支撑剂难以有效地运移到水平井筒的中部到B靶点的长度范围内。最终造成水平井筒A靶点到中部位置已产出大量页岩气的部位，成为重复压裂改造的重点部位，而需要重复改造的水平井筒中部到B靶点部位却改造不到或改造的程度相对受限，影响最终重复压裂效果及有效期。

中国专利CN106845043A公开了一种页岩气水平井重复压裂工艺流程及设计方法，包括重复压裂选区定井、重复压裂工程设计、重复压裂现场实施及重复压裂监测与压后评估。此专利的压裂液类型为滑溜水和胶液，重复压裂工程设计主要进行暂堵剂的用量设计，未对压裂工艺进行详细说明。

文献《页岩气井重复压裂补孔优化技术研究》(能源与环保、2017年1月)通过耦合缝间应力干扰理论、质量守恒定律和流动压力连续性原理，建立了页岩气藏重复压裂补孔优化数值模型，预测了最大诱导水平应力时簇间距范围，结合地层水平主应力反转条件，优化了射孔参数，形成了一套页岩气井重复压裂补孔设计方法，对涪陵页岩气井重复压裂补孔设计具有一定指导和参考作用。但主要从机理上研究了重复压裂补孔优化技术，并没有涉及具体的工艺方法。

文献《美国页岩油气井重复压裂提高采收率技术进展及启示》(环球石油、2016年2月)指出页岩油气井的重复压裂面临技术适应性、经济性、不确定性等方面的挑战，目前发展趋势是建立适合作业区的选井标准、可膨胀衬管技术、精确的产量预测模型、新型材料的压裂液和支撑剂，指出页岩油气开发需要持续技术创新，重复压裂作为重要的创新方向。此文献仅对美国重复压裂技术进行概述，并没有涉及具体的工艺方法

目前重复压裂技术主要采用暂堵球封堵水平井筒的射孔孔眼，利用缝内暂堵剂促进裂缝复杂性程度的提升。但由于暂堵球的密度远大于携带液的密度，加上水平井筒的A靶点一般高于B靶点，造成暂堵球的流动跟随性差，目前的暂堵球流动模拟结果也证实，绝大部分暂堵球(一般在80％左右)都封堵住了靠近B靶点的裂缝。同时，由于滤失大，重复压裂的造缝宽度相对较窄，暂堵剂容易在流动过程中，易封堵在近井裂缝处，对远井裂缝复杂性的提升意义不大。

因此，需要研究提出一种新的页岩气分段重复压裂技术，以解决上述局限性。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种页岩气水平井分段重复压裂的方法。本发明的方法可有效指导重复压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

本发明的目的是提供一种页岩气水平井分段重复压裂的方法。

包括：

步骤(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段；

步骤(2)制备液体暂堵剂；

步骤(3)注入中黏滑溜水施工；

步骤(4)注入液体暂堵剂施工；

步骤(5)顶替液体暂堵剂施工；

步骤(6)停泵1-2min；

步骤(7)压裂施工，包括：

a注入中黏滑溜水施工；

b泵注70-140目支撑剂；

c泵注40-70目支撑剂；

d投加暂堵球施工；

步骤(8)重复步骤(7)1～2次；

步骤(9)其它重复压裂大段的施工。

其中，优选：

所述步骤(1)中，从靠近B靶点起，把初次压裂分段的3-5段作为重复压裂的一个大段进行依次划分。

所述步骤(2)液体暂堵剂的黏度为150-200mPa.s；起黏时间为进入裂缝1-2Min内起黏；

靠近B靶点起，重复压裂第二大段的液体暂堵剂的破胶时间为3-4小时，越靠近A靶点的重复压裂大段，液体暂堵剂的破胶时间越长，为3-4小时的整数倍。

所述步骤(3)，注入黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积为150-200m³，排量取限压下的最高值。

所述步骤(4)，根据每一大段中初次压裂的裂缝数，每条裂缝封堵1-2m深度来计算每段注入暂堵剂的体积；排量为5-7m³/min。

所述步骤(5)，采用黏度为30-40mPa.s的中黏液胶进行顶替施工；排量为井口限压下的最高值，顶替体积为30-40m³。

所述步骤(7)包括：

a注入黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积为150-200m³，排量为井口限压下的最高值；

b采用段塞式注入中黏滑溜水携带支撑剂，砂液比为2-4-6-8-10％，每个砂液比体积为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积；排量取井口限压下的最高值；

c采用段塞式注入模式，中黏滑溜水携带支撑剂，砂液比为6-8-10-12-14％，每个砂液比体积为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积；排量取井口限压下的最高值；

d根据重复压裂的每一大段的总孔眼数，取其30-40％计算暂堵球数量，球径比孔眼直径大1-3mm；携带液为黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，注入排量取3-4m³/min，携带液的体积为3-5m³。

步骤b，当井口压力上升速度小于1MPa/min，采用连续两个砂液比的长段塞施工模式。

步骤d，投暂堵球后，井口压力上升达到6MPa以上，转下一步施工；

如果井口压力上升没有达到6MPa以上，再进行投球作业，直到达到井口压力上升幅度为止。

本发明的方法适用于非常规气藏。总的思路是：

(1)先注入液体暂堵剂封堵井筒A靶点附近初次裂缝；

(2)封堵完成后，然后利用暂堵球在靠近B靶点附近裂缝进行暂堵重复压裂。

(3)待B靶点附近重复压裂完成后，A靶点附近注入的液体暂堵剂破胶，然后针对A靶点附近的裂缝进行暂堵球重复压裂施工。

该发明主要是通过注入液体暂堵剂封堵部分初次压裂裂缝，人为缩短降堵重复压裂井筒长度，提高重复压裂针对性，可明显提高重复压裂效果。本发明具体的措施如下：

(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段。可把初次压裂分段的3-5段作为重复压裂的一个大段进行划分。然后，从应力及脆性等方面进行微调，即每个大段的工程可压性及地质甜点等尽量相当或接近。

(2)制备液体暂堵剂。优选具有低伤害特点的聚合物，经过配方调整，使其具有不同的延迟交联时间、破胶时间，以便使其可以在规定时间内成胶对初次压裂裂缝进行封堵，并能在特定的时间后破胶。

延迟交联时间即为液体由地面注入到进入裂缝的时间。同一个重复压裂分段内注入的液体暂堵剂破胶时间应是相同的。一般从靠近B靶点算起，每个大段的破胶时间一般在3-4小时，越往A靶点，要求的破胶时间越长，一般是上述3-4小时的整数倍。

起黏时间要求是进入各自裂缝后1-2min立即起黏，由于各自进入裂缝的时间不同，各大段的起黏时间要求也不同。黏度要求在150-200mPa.s左右。

(3)注入中黏滑溜水施工。注入黏度6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积150-200m³，排量一般取限压下的最高值，一方面可降低老裂缝的滤失，二方面可冲刷水平井筒，将水平井筒中初次压裂留下的支撑剂等杂物冲散到水平井筒的趾部。

(4)注入液体暂堵剂施工。基于思路1)的要求，根据初次压裂的射孔总簇数，可简单认为总簇数就是裂缝的总条数。由初次压裂施工参数及压裂液性能参数，反演初次压裂形成的裂缝高度等参数。然后根据每条裂缝封堵1-2m深度计算需要的液体暂堵剂体积。总的液体暂堵剂的体积取从A靶点开始到B靶点的75％左右裂缝的总体积。

为便于液体暂堵剂进入沿程的各簇射孔老裂缝，注入排量应适当小些，如5-7m³/min。

(5)顶替液体暂堵剂施工。利用暂堵剂起黏前黏度相当的中黏胶(一般为30-40mPa.s)进行顶替施工。为防止顶替液过多地进入靠近A靶点裂缝，顶替排量为井口限压下的最高值。顶替体积为地面管线及75％的水平井筒容积之和，一般为30-40m³。

(6)适当停泵1-2min。

(7)注入中黏滑溜水施工。注入黏度6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积一般为150-200m³，排量为井口限压下的最高值。

(8)泵注70-140目支撑剂。一般采用段塞式注入支撑剂，砂液比一般为2-4-6-8-10％，每个砂液比体积一般为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积。压裂液黏度取6-9mPa.s，排量取井口限压下的最高值。

(9)泵注40-70目支撑剂。仍采用段塞式注入模式，砂液比一般为6-8-10-12-14％，每个砂液比体积一般为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积。压裂液黏度取6-9mPa.s，排量取井口限压下的最高值。当井口压力上升速度小于1MPa/min，可尝试连续两个砂液比的长段塞施工模式。

(10)投加暂堵球施工。

根据靠近B靶点重复压裂第一大段的总孔眼数，取其30-40％计算暂堵球数量，球径比孔眼直径大1-3mm。携带液仍采用6-9mPa.s的中黏滑溜水，为提高暂堵球封堵效果，注入排量取3-4m³/min，携带液的体积一般为3-5m³。如投暂堵球后，井口压力在可对比条件下有明显上升，如达到6MPa以上，可转步骤11)施工。否则，再进行投球作业，直到达到井口压力上升幅度为止。

(11)重复步骤7)～步骤10)1～2次。该大段施工结束后仍以投暂堵球结束，将该段及以前的新裂缝暂堵上，以保障后续段施工时，液体不进入重复压裂新缝。

(12)其它重复压裂大段的施工，在各大段裂缝内液体暂堵剂依次破胶后，可重复步骤7)～步骤11)，直到将所有大段施工完为止。需要指出的是，最后一个大段施工时就不必投暂堵球收尾。

(13)压后返排、测试及生产等环节，参照已有的规范及参数执行，在此不赘。

发明的效果

本发明具有以下技术特点和优良效果：

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。优化结果可有效指导重复压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

A井，该井垂深2146m，水平段长1560m，初次压裂15段。通过本发明所提供的方法，步骤如下：

(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段。把初次压裂分段的5段作为重复压裂的一个大段进行划分，共划分为三段。从B靶点到A靶点依次为重复压裂第一、二、三大段。以第一大段施工为例，对施工过程进行说明。

(2)制备液体暂堵剂封堵第二、三大段。优选具有低伤害特点的聚合物，经过配方调整，使每一段液体体系具有不同的延迟交联时间、破胶时间。每段的液体暂堵剂黏度要求为200mPa.s。根据施工进度计算，第二大段液体暂堵剂成胶时间10-20min，破胶时间4h，第三大段液体暂堵剂成胶时间5-10min，破胶时间8h。

(3)注入中黏滑溜水施工。注入黏度9mPa.s的中黏滑溜水，体积200m³，排量14m³/min。

(4)注入液体暂堵剂施工。由初次压裂施工参数及压裂液性能参数，反演初次压裂形成的裂缝高度等参数。然后根据每条裂缝封堵1-2m深度计算需要的液体暂堵剂体积。封堵第二、三大段所需液体暂堵剂的体积都为15m³。为便于液体暂堵剂进入沿程的各簇射孔老裂缝，注入排量5m³/min。

(5)顶替液体暂堵剂施工。利用暂堵剂起黏前黏度相当的中黏胶(一般为40mPa.s)进行顶替施工，顶替排量为14m³/min。顶替体积为30m³。

(6)停泵2min。

(7)注入中黏滑溜水施工。注入黏度9mPa.s的中黏滑溜水，体积为150m³，排量14m³/min。

(8)泵注70-140目支撑剂。采用段塞式注入支撑剂，砂液比为2-4-6-8-10％，每个砂液比体积为30m³，隔离液体积30m³。中黏滑溜水携带支撑剂，排量取14m³/min。

(9)泵注40-70目支撑剂。采用段塞式注入模式，砂液比为6-8-10-12-14％，每个砂液比体积为30m³，隔离液体积30m³。中黏滑溜水携支撑剂，排量14m³/min。此时井口压力上升速度小于1MPa/min，进行连续两个砂液比的长段塞施工模式。

(10)投加暂堵球施工。

根据靠近B靶点重复压裂第一大段的总孔眼数240孔，计算暂堵球数量96颗，球径比孔眼直径大3mm。携带液仍采用9mPa.s的中黏滑溜水，注入排量取4m³/min，携带液的体积为5m³。投暂堵球后，井口压力明显上升，达到6MPa，转步骤11)施工。

(11)重复步骤7)～步骤10)2次

(12)待第二大段内液体暂堵剂破胶后，重复步骤7)～步骤11)施工。

(13)待第三大段内液体暂堵剂破胶后，重复步骤7)～步骤11)施工。

经过模拟计算，A井压后产能达20×10⁴m³，取得了较好的改造效果。

实施例2

B井，该井垂深2238m，水平段长1850m，初次压裂20段。通过本发明所提供的方法，步骤如下：

(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段。把初次压裂分段的5段作为重复压裂的一个大段进行划分，共划分为四段。从B靶点到A靶点依次为重复压裂第一、二、三、四大段。以第一大段施工为例，对施工过程进行说明。

(2)制备液体暂堵剂封堵第二、三、四大段。优选具有低伤害特点的聚合物，经过配方调整，使每一段液体体系具有不同的延迟交联时间、破胶时间。每段的液体暂堵剂黏度要求为150mPa.s。根据施工进度计算，第二大段液体暂堵剂成胶时间15-30min，破胶时间3h，第三大段液体暂堵剂成胶时间10-20min，破胶时间6h，第四大段液体暂堵剂成胶时间5-10min，破胶时间9h。

(3)注入中黏滑溜水施工。注入黏度6mPa.s的中黏滑溜水，体积150m³，排量15m³/min。

(4)注入液体暂堵剂施工。由初次压裂施工参数及压裂液性能参数，反演初次压裂形成的裂缝高度等参数。然后根据每条裂缝封堵1-2m深度计算需要的液体暂堵剂体积。封堵第二、三、四大段所需液体暂堵剂的体积都为15m³。为便于液体暂堵剂进入沿程的各簇射孔老裂缝，注入排量7m³/min。

(5)顶替液体暂堵剂施工。利用暂堵剂起黏前黏度相当的中黏胶(黏度为30mPa.s)进行顶替施工，顶替排量为14m³/min。顶替体积为40m³。

(6)停泵1min。

(7)注入中黏滑溜水施工。注入黏度6mPa.s的中黏滑溜水，体积为200m³，排量15m³/min。

(8)泵注70-140目支撑剂。采用段塞式注入支撑剂，砂液比为2-4-6-8-10％，每个砂液比体积为35m³，隔离液体积35m³。中黏滑溜水携带支撑剂，排量取15m³/min。

(9)泵注40-70目支撑剂。采用段塞式注入模式，砂液比为6-8-10-12-14％，每个砂液比体积为35m³，隔离液体积35m³。中黏滑溜水携支撑剂，排量15m³/min。此时井口压力上升速度小于1MPa/min，进行连续两个砂液比的长段塞施工模式。

(10)投加暂堵球施工。

根据靠近B靶点重复压裂第一大段的总孔眼数240孔，计算暂堵球数量96颗，球径比孔眼直径大3mm。携带液仍采用6mPa.s的中黏滑溜水，注入排量取4m³/min，携带液的体积为3m³。投暂堵球后，井口压力明显上升，达到6MPa，转步骤11)施工。

(11)重复步骤7)～步骤10)2次；

(12)待第二大段内液体暂堵剂破胶后，重复步骤7)～步骤11)施工。

(13)待第三大段内液体暂堵剂破胶后，重复步骤7)～步骤11)施工。

(14)待第四大段内液体暂堵剂破胶后，重复步骤7)～步骤11)施工。

经过模拟计算，A井压后产能达31×10⁴m³，取得了较好的改造效果。

对比例：

C井，垂深2025m，水平长度1400m，初次压裂15段，施工采用现有暂堵重复压裂方法，施工步骤如下：

(1)泵注3mPa·s低粘压裂液1000m³，排量6m³/min；

(2)泵注压裂液2200m³，其中3mPa·s低粘压裂液1500m³，100mPa·s高粘压裂液700m³；支撑剂80m³，100目支撑剂60m³，40/70目支撑剂20m³，排量14m³/min；

(3)降排量8m³/min，投加13mm暂堵球200个；

(4)提排量14m³/min，泵注压裂液2000m³，其中3mPa·s低粘压裂液1300m³，100mPa·s高粘压裂液700m³；支撑剂70m³，100目支撑剂45m³，40/70目支撑剂25m³；

(5)降排量8m³/min，投加13mm暂堵球200个；

(6)提排量14m³/min，泵注压裂液1800m³，其中3mPa·s低粘压裂液1200m³，100mPa·s高粘压裂液600m³；支撑剂60m³，100目支撑剂40m³，40/70目支撑剂20m³；

(7)降排量8m³/min，投加13mm暂堵球200个；

(8)提排量14m³/min，泵注压裂液1800m³，其中3mPa·s低粘压裂液1200m³，100mPa·s高粘压裂液600m³；支撑剂60m³，100目支撑剂40m³，40/70目支撑剂20m³；

(9)降排量8m³/min，投加13mm暂堵球200个；

(10)提排量14m³/min，泵注压裂液1800m³，其中3mPa·s低粘压裂液1200m³，100mPa·s高粘压裂液600m³；支撑剂60m³，100目支撑剂40m³，40/70目支撑剂20m³；

(11)停泵，压裂结束。

C井采用常规暂堵重复压裂方法施工，压后产能3×10⁴m³，改造效果较差。

Claims (7)

1.一种页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于所述方法包括：

步骤(1)对经过初次压裂的水平井筒进行重复压裂分段；

步骤(2)制备液体暂堵剂；

靠近B靶点起，重复压裂第二大段的液体暂堵剂的破胶时间为3-4小时，越靠近A靶点的重复压裂大段，液体暂堵剂的破胶时间越长，为3-4小时的整数倍；

步骤(3)注入中黏滑溜水施工；

注入黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积为150-200m³，排量取限压下的最高值；

步骤(4)注入液体暂堵剂施工；

步骤(5)顶替液体暂堵剂施工；

步骤(6)停泵1-2min；

步骤(7)压裂施工，包括：

a注入黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，体积为150-200m³，排量为井口限压下的最高值；

b采用段塞式注入中黏滑溜水携带支撑剂，砂液比为2-4-6-8-10％，每个砂液比体积为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积；排量取井口限压下的最高值；

c采用段塞式注入模式，中黏滑溜水携带支撑剂，砂液比为6-8-10-12-14％，每个砂液比体积为当段井筒容积，隔离液体积也取当段井筒容积；排量取井口限压下的最高值；

d根据重复压裂的每一大段的总孔眼数，取其30-40％计算暂堵球数量，球径比孔眼直径大1-3mm；携带液为黏度为6-9mPa.s的中黏滑溜水，注入排量取3-4m³/min，携带液的体积为3-5m³；步骤(8)重复步骤(7)1～2次；

步骤(9)其它重复压裂大段的施工。

2.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，从靠近B靶点起，把初次压裂分段的3-5段作为重复压裂的一个大段进行依次划分。

3.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

所述步骤(2)液体暂堵剂的黏度为150-200mPa.s；起黏时间为进入裂缝1-2Min内起黏。

4.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

所述步骤(4)，根据每一大段中初次压裂的裂缝数，每条裂缝封堵1-2m深度来计算每段注入暂堵剂的体积；排量为5-7m³/min。

5.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

所述步骤(5)，采用黏度为30-40mPa.s的中黏液胶进行顶替施工；排量为井口限压下的最高值，顶替体积为30-40m³。

6.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

步骤b，当井口压力上升速度小于1MPa/min，采用连续两个砂液比的长段塞施工模式。

7.如权利要求1所述的页岩气水平井分段重复压裂的方法，其特征在于：

步骤d，投暂堵球后，井口压力上升达到6MPa以上，转下一步施工；

如果井口压力上升没有达到6MPa以上，再进行投球作业，直到达到井口压力上升幅度为止。