CN112302611B - 一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法。所述方法包括：在水平井进行填砂分段压裂时，在压裂后期尾追多粒径组合支撑剂的携砂液，利用支撑剂充填封隔的方式进行分段；其中，所述多粒径组合支撑剂在搅拌均匀后紧密堆积，达到最大的堆积率，实现封堵的效果。本发明利用多种粒径支撑剂紧密堆积的方式解决了两段压裂之间距离短，储层压力低情况下传统充填方式封堵效果差的问题。本发明通过多粒径支撑剂组合的方式实现充填分段，成功率可达到100％。

Description

一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法。

背景技术

针对套变井或者容易发生套变的井实施分段压裂时，业内常用的电缆泵送桥塞分段存在桥塞卡住、电缆崩断等极大风险，因此需要选用填砂进行分段，但在地层压力低时，填砂段两端压差高，传统单粒径支撑剂填砂难以封堵住，无法实现有效分段。

随着非常规储层的规模开发，低压储层套变井的有效分段方式是技术人员需要解决的问题。

传统的支撑剂充填分段的方式，是在压裂后期高砂比阶段尾追高浓度的携砂液，待顶替到指定位置后，适时停泵造成近井口砂堵，在井筒附近沉砂充填，形成砂塞从而形成封堵效果，但尾追的高浓度携砂液中只含有单一粒径支撑剂，如20-40目支撑剂，在低压储层情况下，而且水平井分段压裂段与段之间距离较小时，封堵成功率低。

因此，需要提出一种新的分段压裂的方法，以提高低压储层套变井的分段成功率。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法，以提高低压储层套变井的分段成功率。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法，该方法包括：

在水平井进行填砂分段压裂时，在压裂后期尾追多粒径组合支撑剂的携砂液，利用支撑剂充填封隔的方式进行分段；

其中，所述多粒径组合支撑剂在搅拌均匀后紧密堆积，达到最大的堆积率，实现封堵的效果；如图1所示。

常规水平井填砂分段压裂一般包括五步：

第一步注入前置液，一般为纯液体；

第二步注入携砂液，一般为液体和支撑剂混合液；

第三步泵入顶替液，一般为纯液体；第四步试压，验证封堵效果；第五步下入射孔枪进行下一段射孔。

本发明对第二步中后期的支撑剂类型进行优化，在携砂阶段的最后阶段泵入高浓度(砂浓度大于300kg/m³)的多粒径组合支撑剂，利用支撑剂充填封隔的方式进行分段；因此，本发明的多粒径支撑剂组合充填分段压裂包括六步：

第一步注入前置液，一般为纯液体；

第二步注入携砂液，一般为液体和支撑剂混合液；

第三步泵注高浓度多粒径组合支撑剂的携砂液，即将多种不同粒径的支撑剂搅拌均匀，然后和液体一起泵注到井底；

第四步注入顶替液，一般为纯液体；

第五步试压，验证封堵效果；

第六步下入射孔枪进行下一段射孔。其中多粒径组合支撑剂在搅拌均匀后可以紧密堆积，达到最大的堆积率，实现良好封堵的效果。

具体的，所述多粒径组合支撑剂的组合方式为：20-40目、40-70目和70-140目支撑剂。

优选地，所述多粒径组合支撑剂中的支撑剂为石英砂、陶粒等常用支撑剂。

其中，20-40目支撑剂的粒径为850-425μm，40-70目支撑剂的粒径为425-212μm，70-140目支撑剂的粒径为212-106μm。

为了达到最好的封堵效果，所述多粒径组合支撑剂中20-40目、40-70目和70-140目支撑剂的颗粒数量比为7:1:2，体积比为14:1:1。此时符合紧密堆积特征，可以达到最大的堆积率，孔隙率最小。

进一步的，所述多粒径组合支撑剂的用量通过以下方法计算：

根据压裂设计，确定前后压裂两段之间的距离，即第n段最后一个射孔簇与第n+1段第一个射孔簇的距离，那么加入的多粒径组合支撑剂的用量可由下式(2)计算：

V_支撑剂＝π×R²×L (2)

式中：V_支撑剂--支撑剂的体积，m³；π--圆周率；R--注入管柱的内径，m；L--第n段最后一个射孔簇与第n+1段的第一个射孔簇的距离，m。

在本发明的优选方案中，为了达到最好的封堵效果，20-40目、40-70目和70-140目支撑剂的颗粒数量比为7:1:2，体积比为14:1:1。

因此，20-40目支撑剂的用量为0.875×V_支撑剂；40-70目支撑剂的用量为0.0625×V_支撑剂；70-140目支撑剂的用量为0.0625×V_支撑剂。

进一步的，第四步中，所述顶替液的用量用下式(3)确定：

V_液＝V_管柱+V_地面 (3)

式中：V_液，顶替液量，m³；V_管柱，管柱的体积，m³；V_地面，地面管线的体积；

V_管柱＝π×R²×h (4)

式中：V_管柱，管柱的体积，m³；π，圆周率；R，管柱内径，m；h，第n段最后一个射孔簇的深度，m。页岩气体积压裂中V_地面一般为2m³；如有特殊情况则根据实际情况计算即可。

进一步的，待所有压裂段施工结束后采用连续油管冲砂，然后进入排采阶段。

本发明的多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法，利用多种粒径支撑剂紧密堆积的方式解决了两段压裂之间距离短，储层压力低情况下传统充填方式封堵效果差的问题。本发明通过多粒径支撑剂组合的方式实现充填分段，一次封堵成功率可达到100％。

附图说明

图1为本发明多粒径组合支撑剂封堵效果示意图。

图2为本发明实施例1中的加砂压裂施工曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在实地作业中使用本发明的多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法时，首先要了解以下内容：

一、支撑剂充填分段的原理

水力压裂采用支撑剂充填分段的原理是基于达西定理，即利用高浓度支撑剂充填管柱，减小管柱内空隙，降低管柱内流体通过的导流能力。

式中：Q，流量，cm³；K，渗透率，D；Δp，压力差，atm；A，面积，cm²；μ，液体粘度，cp；L，长度，cm。

二、支撑剂组合优选

传统的支撑剂充填分段的方式，是在压裂后期高砂比阶段尾追高浓度的携砂液，待顶替到指定位置后，适时停泵造成近井口砂堵，在井筒附近沉砂充填，形成砂塞从而形成封堵效果，但尾追的高浓度携砂液中只含有单一粒径支撑剂，如20-40目支撑剂，在低压储层情况下，而且水平井分段压裂段与段之间距离较小时，封堵成功率低。

本发明为了解决两段压裂之间距离短，储层压力低情况下传统充填方式封堵效果差的问题，提出多粒径支撑剂组合充填分段压裂的方法。

根据密实堆积的理论，通过异径球形颗粒堆积实验测得球体体积，进而计算得到孔隙率，所得数据如表1所示(《粉体科学与工程基础》叶菁著，科学出版社，2009年，第3章中3.2.3异径球形颗粒的堆积，P39页)。

表1数据可以看出，支撑剂粒径类型数量越多，空隙率越小，越有利于封堵，但在大于3种类型后，孔隙率已经变化不大。

本发明综合考虑封堵效果和简单易操作等因素，选用大粒径为主体，利用多粒径组合的方式进行充填，本发明选择常用的20-40目、40-70目和70-140目支撑剂进行组合。

依据多组分颗粒紧密堆积理论确定其颗粒数量比，从而达到最大的堆积率，实现最好的封堵效果。

20-40目的粒径为850-425μm，40-70目的粒径为425-212μm，70-140目的粒径为212-106μm，为了达到最好的封堵效果，则三者的颗粒数量比为7:1:2，体积比为14:1:1。

表1多组分颗粒的堆积特征

三、支撑剂用量的计算

根据压裂设计，确定前后压裂两段之间的距离，即第n段最后一个射孔簇与第n+1段第一个射孔簇的距离，那么加入的支撑剂量可由下式(2)计算：

V_支撑剂＝π×R²×L (2)

式中：V_支撑剂--支撑剂的体积，m³；π--圆周率；R--注入管柱的内径，m；L--第n段最后一个射孔簇与第n+1段的第一个射孔簇的距离，m。

20-40目的粒径为850-425μm，40-70目的粒径为425-212μm，70-140目的粒径为212-106μm。

为了达到最好的封堵效果，则三者的颗粒数量比为7:1:2，体积比为14:1:1。

20-40目的用量为0.875×V_支撑剂；

40-70目的用量为0.0625×V_支撑剂；

70-140目的用量为0.0625×V_支撑剂。

四、顶替液量的计算

当混合粒径支撑剂开始泵注之后，顶替液量用下式确定：

V_液＝V_管柱+V_地面 (3)

式中：V_液，顶替液量，m³；V_管柱，管柱的体积，m³；V_地面，地面管线的体积，页岩气体积压裂中一般为2m³。

V_管柱＝π×R²×h (4)

式中：V_管柱，管柱的体积，m³；π，圆周率；R，管柱内径，m；h，第n段最后一个射孔簇的深度，m。

实施例1：

以大寨区块H1-4井为例，对本发明多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法进一步详细说明。

H1-4井是一口页岩气水平井，由于在水平段钻进过程中，发生井眼垮塌等问题，造成了井眼周围情况复杂，水平井分段压裂过程中发生套变的几率大，通用的桥塞分段方式不适用，因此选用支撑剂充填进行分段。

H1-4采用139.7mm套管固井，套管内径D＝115.02mm。

以第11段压裂施工为例(n＝11)，其最后一个射孔簇的位置是2672m，第6段的第一个射孔簇的位置是2651m，两者之间的距离L为21米，因此总共需求支撑剂量为0.19m³。

其中20-40目为0.17m³，40-70目为0.01m³，70-140目为0.01m³。

V_支撑剂＝π×R²×L＝π×(0.115/2)²×21＝0.22m³；

V_管柱＝π×R²×h＝π×(0.115/2)²×2672÷4＝27.75m³；

管柱容积为27.75m³，地面管线容积2m³，故顶替液量必须小于29.53m³。

整口井一共分13段压裂，待第13段压裂施工结束后采用连续油管冲砂，然后进入排采阶段。

其中的加砂压裂施工曲线如图2所示。

从图2中可以看出，后期泵入420kg/m³的高浓度混合支撑剂，顶替了24.23m³后就停泵，即停止往井筒中注入，等待裂缝闭合后，再重新往井筒注入液体，因为压力迅速升高，远超于停泵前施工压力，即可证明井筒无通道，混合粒径支撑剂封堵效果达到要求。

本说明书中采用的表示方法，是本领域技术人员的习惯用法，本领域技术人员熟知，不做更详细解释。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种多粒径组合支撑剂充填分段压裂的方法，其特征在于，该方法适用于低压储层套变井或者容易发生套变的井实施分段压裂，该方法包括：

在水平井进行填砂分段压裂时，在压裂后期尾追多粒径组合支撑剂的携砂液，利用支撑剂充填封隔的方式进行分段；

所述多粒径组合支撑剂的携砂液的砂浓度大于300kg/m³；

所述多粒径组合支撑剂的组合方式为：20-40目、40-70目和70-140目支撑剂；

所述多粒径组合支撑剂中20-40目、40-70目和70-140目支撑剂的颗粒数量比为7:1:2，体积比为14:1:1；

其中，所述多粒径组合支撑剂在搅拌均匀后紧密堆积，达到最大的堆积率，实现封堵的效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步注入前置液；第二步注入携砂液；第三步泵注多粒径组合支撑剂的携砂液；第四步泵入顶替液；第五步试压，验证封堵效果；第六步下入射孔枪进行下一段射孔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多粒径组合支撑剂中的支撑剂为石英砂或陶粒。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述多粒径组合支撑剂的用量通过以下方法计算：

根据压裂设计，确定前后压裂两段之间的距离，即第n段最后一个射孔簇与第n+1段第一个射孔簇的距离，那么加入的多粒径组合支撑剂的用量由下式(2)计算：

V_支撑剂＝π×R²×L (2)

式中：V_支撑剂--支撑剂的体积，m3；π--圆周率；R--注入管柱的内径，m；L--第n段最后一个射孔簇与第n+1段的第一个射孔簇的距离，m。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，20-40目支撑剂的用量为0.875×V_支撑剂；40-70目支撑剂的用量为0.0625×V_支撑剂；70-140目支撑剂的用量为0.0625×V支撑剂。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第四步中，所述顶替液的用量用下式(3)确定：

V_液＝V_管柱+V_地面 (3)

式中：V_液，顶替液量，m³；V_管柱，管柱的体积，m³；V_地面，地面管线的体积；

V_管柱＝π×R²×h (4)

式中：V_管柱，管柱的体积，m³；π，圆周率；R，管柱内径，m；h，第n段最后一个射孔簇的深度，m。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，待所有压裂段施工结束后采用连续油管冲砂，然后进入排采阶段。

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