CN112983378A - 实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,包括:步骤S10,根据储层水平地应力差、所需的每个方向的径向井方位角,确定径向井参数;步骤S20,根据所述径向井参数,进行径向井压裂作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝;步骤S30,对主裂缝进行监测,观察其扩展长度;步骤S40,当所述主裂缝的长度达到预设值时,泵入缝内暂堵剂,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网;步骤S50,封堵已经造缝方位的径向井;步骤S60,压裂以开启未造缝方位的径向井,直至全部方位的径向井完成作业,以实现空间多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造。
Description
技术领域
本发明实施例涉及油气田开发技术领域,特别涉及一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法。
背景技术
近年来,国内石油和天然气对外依存度越来越高,且低渗透与非常规油气占我国剩余资源量的比重较大,是国家能源安全的重要保障。储层压裂改造是实现低渗透与非常规油气高效开采的核心技术。而常规储层压裂改造技术面临两项重大挑战:一是压裂裂缝延伸方向不可控,难以定向沟通低渗透油田开发中后期零散分布的剩余油,平均采收率不到30%,即如何实现水力裂缝指哪压哪,有效挖潜剩余油气是亟待解决的难题;二是非常规油气藏中天然裂缝不发育的小型岩性圈闭体,采用分段压裂、加密井网、重复压裂等工艺成本高或改造体积有限,即如何实现直井多缝立体压裂,大幅提高直井压裂改造体积是急需攻克的课题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,旨在解决如何提高直井压裂改造体积,实现油气高效开采。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,包括:
步骤S10,根据储层水平地应力差、所需的每个方向的径向井方位角,确定径向井参数;
步骤S20,根据所述径向井参数,进行径向井压裂作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝;
步骤S30,对主裂缝进行监测,观察其扩展长度;
步骤S40,当所述主裂缝的长度达到预设值时,泵入缝内暂堵剂,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网;
步骤S50,封堵已经造缝方位的径向井;
步骤S60,压裂以开启未造缝方位的径向井,直至全部方位的径向井完成作业,以实现空间多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造。
优选地,所述步骤S20具体包括:
根据所述径向井参数,对径向井采用高排低粘压裂方式作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝。
优选地,所述对对径向井采用高排低粘压裂方式作业之前,还包括:
对径向井进行酸化处理。
优选地,所述步骤S30包括:
对主裂缝采用微地震数据对主裂缝扩展长度进行监测。
优选地,所述步骤S40包括:
当所述主裂缝的长度达到预设值时,先泵入缝内暂堵剂大颗粒架桥,小颗粒充填,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网。
优选地,架桥的暂堵剂粒径为缝径直径的1/3~2/3倍,充填颗粒粒径优先为裂缝直径的1/4~1/3。
优选地,,暂堵剂大颗粒粒径为3.3mm~6.6mm,小颗粒粒径为2.5mm~3.3mm,两者注入比例为1:1。
优选地,,所述暂堵剂注入浓度为3%-4%,滑溜水为携带液。
优选地,所述步骤S50包括:
根据井眼面积和暂堵球中心截面面积,确定所需暂堵球用量;
利用所需暂堵球用量的暂堵球,封堵已经造缝方位的径向井。
优选地,所述根据井眼面积和暂堵球中心截面面积,确定所需暂堵球用量的步骤,包括:
根据如下计算公式计算所需暂堵球用量:
其中,N为暂堵球数量;
Sw为径向井井眼面积,mm2;
n为径向井井眼数量;
Sb为暂堵球截面面积,mm2;
η为封堵效率,定义为已封堵井眼数与总井眼数的比值。
通过钻径向井辅助压裂可以实现水力裂缝的起裂与走向可控。对于天然裂缝不发育的小型岩性圈闭体,缝内暂堵压裂技术可促使复杂缝网的形成,径向井井眼暂堵压裂技术可实现空间多径向井多主缝均衡扩展;最后实现直井多缝立体压裂,提高直井压裂改造体积,实现油气高效开采。
进一步地,向压裂主缝内泵入暂堵剂实现缝内暂堵使之产生分支缝,与主缝沟通形成体积缝网,增加油流面积。另一方面,常规的径向井压裂会因为地层非均质的影响只能压裂井筒一个方位或部分方位使之产生裂缝,但径向井井眼暂堵技术利用暂堵球随液量在裂缝已开启的井眼和未开启的井眼流入分配不均的原理实现对开启方位井眼的封堵,这样后面的压裂液会泵入未开启方位的井眼使之压裂产生裂缝,在新压裂主缝中也泵入暂堵剂对其实现暂堵,产生复杂缝网。总而言之,本发明利用径向井井眼暂堵+主裂缝缝内暂堵的联合作业可使井筒内设计的每个方位都能产生与分支缝沟通的主裂缝,从而实现直井内多方位主缝均衡扩展及改造体积大幅提升的目的,解决了非常规油气藏中天然裂缝不发育的小型岩性圈闭无法实现高效开发的难题。
进一步地,本发明主要是针对非常规油气藏中天然裂缝不发育的小型岩性圈闭体,提出了一种径向井井眼暂堵技术,通过用暂堵球对优势孔眼进行暂堵实现每个方位的主缝均能起裂、扩展,通过在缝内暂堵压裂使主裂缝产生复杂缝网,最终提升改造体积。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1为压裂井与光纤监测井的物理模型示意图;
图2为径向井井眼暂堵示意图;
图3为裂缝沿径向井扩展示意图;
图4为缝内暂堵体积改造示意图;
图5为直井多缝立体压裂体积改造示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,请参阅图1,该实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法包括:
步骤S10,根据储层水平地应力差、所需的每个方向的径向井方位角,确定径向井参数;
具体地,当储层水平地应力差较高(>3MPa)或所需的每个方向的径向井方位角较大时(>15°),便需要考虑垂向多径向井辅助水力压裂工艺。
水平地应力差是影响压裂裂缝能否沿径向井排定向扩展的关键因素,水平应力差越大,裂缝沿径向井排的定向扩展越难实现,裂缝的偏转角也就越大。同时,径向井排的方位角越大,其引导强度越弱,导致裂缝沿径向井发生中途转向时,离井筒位置越近。当目标区域与最大水平地应力夹角较大,需要径向井排方位角较大时,为了实现裂缝沿径向井排方向的有效延伸和理想的缝高形态,可通过增加径向井井数和井径、减小井距和增大压裂液排量等可控措施进行人工干预。
针对直井,垂向多径向井辅助水力压裂工艺,可实现水力压裂裂缝向多目标区域扩展。采用平面四径向孔眼、相位角90°、方位角45°以及纵向孔密不小于2孔/m的空间布孔方案较为科学,在本实施例中,孔径在5cm以上。
其中孔长可通过数值模拟裂缝转向距离进行优化。具体为:通过Abauqs软件建模并划分网格,采用Abaqus自带Soi l模块对水力压裂过程中的流固耦合规律进行模拟,利用XFEM模块模拟裂缝扩展并使用四边形平面应变双线性立移缩减积分,引进沙漏来控制计算的收敛性,进行多线程计算。在结果中通过查看裂缝发生偏转时的引导因子大小来得到最优孔长。引导因子(G)定义为:在二维俯视平面上,水力裂缝与径向井排以及圆形边界所围成的面积与整个油藏顶面面积的比值。G的取值范围介于0~0.25,此值越小,说明径向井排引导水力裂缝效果越强。
表1实例参数表
项目 | 数值(或种类) |
压裂液类型 | 滑溜水 |
径向井井径 | 60mm |
径向井布孔方式 | 平面四径向孔眼 |
径向井相位角 | 90° |
径向井方位角 | 45° |
孔密 | 3孔/m |
径向井总数量 | 8个 |
设计裂缝延伸长度 | 100m |
平均缝宽 | 10m |
压裂泵注排量 | 15m<sup>3</sup>/min |
暂堵剂泵注排量 | 2m<sup>3</sup>/min |
暂堵球直径 | 5mm |
暂堵剂粒径 | 3.3mm~6.6mm(大)、2.5mm~3.3mm(小) |
封堵效率 | 65% |
暂堵球、暂堵剂 | 可溶性 |
在本实施例中,径向井参数包括:
采用平面四径向孔眼、相位角90°、方位角45°以及纵向孔密3孔/m的空间布孔方案,孔径为60mm,井长为50m,在施工设计中孔长可通过数值模拟,根据裂缝转向距离进行优化。
步骤S20,根据所述径向井参数,进行径向井压裂作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝;
请参阅图3,所述步骤S20具体包括:
根据所述径向井参数,对径向井采用高排低粘压裂方式作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝。优选地,压裂液为滑溜水。
所述对径向井采用高排低粘压裂方式作业之前,还包括:对径向井进行酸化处理,如此可以降低破裂压力。
在本实施例中,滑溜水为压裂液,以15m3/min排量进行水力压裂作业,压开部分径向井(设首次为4个),形成沿径向井扩展的主裂缝(假设刚开始只压开某一个方位的一条主裂缝,如图3)。
步骤S30,对主裂缝进行监测,观察其扩展长度;
所述步骤S30包括:
对主裂缝采用微地震数据对主裂缝扩展长度进行监测。如此,可以使冷扩展形态准确、及时得到反馈。
步骤S40,当所述主裂缝的长度达到预设值时,泵入缝内暂堵剂,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网;
请参阅图4,在本实施例中,预设值为100m,当所述主裂缝的长度达到100m时,降低排量至2m3/min,开始泵入缝内暂堵剂,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网。
具体地,所述步骤S40包括:
当所述主裂缝的长度达到预设值时,先泵入缝内暂堵剂大颗粒架桥,小颗粒充填(如此,暂堵效果更好),使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网。一方面,通过利用不均匀进液分配进行暂堵,压裂液会持续从井眼被泵入已开启裂缝,未开启径向井则不会;另一方面,对开启程度大的径向井裂缝,压裂液会被泵入的更多。暂堵剂是混合在压裂液中被泵入的,如此与压裂液有相同的流动行为。
优选地,暂堵剂为水溶性聚合物,使暂堵剂具有良好的可控性、牢固的交联网络,易变形和易分解。
优选地,架桥的暂堵剂粒径为缝径直径的1/3~2/3倍,充填颗粒粒径优先为裂缝直径的1/4~1/3。如此,可以在短时间内形成致密泥饼,快速达到暂堵作用。
优选地,暂堵剂大颗粒粒径为3.3mm~6.6mm,小颗粒粒径为2.5mm~3.3mm,两者注入比例为1:1。
优选地,所述暂堵剂注入浓度为3%-4%,滑溜水为携带液。
采用滑溜水作为携带液把暂堵剂携带进缝内进行暂堵。随后提升排量至15m3/min,继续压裂。此时利用微地震数据或通过观察泵入液量的变化来判断分支缝是否形成。如已经形成复杂缝网(如图4所示),则进入到下一步骤。
步骤S50,封堵已经造缝方位的径向井;
对于对已开启缝的径向井井眼进行封堵的原理与步骤S30中类似,不同在于此时暂堵球是直接被封堵在井眼里的;
具体地,请参阅图2,所述步骤S50包括:
步骤S51,根据井眼面积和暂堵球中心截面面积,确定所需暂堵球用量;
步骤S52,利用所需暂堵球用量的暂堵球,封堵已经造缝方位的径向井。
优选地,暂堵球为可溶性暂堵球,如此可以避免解堵作业,节约成本。
所述根据井眼面积和暂堵球中心截面面积,确定所需暂堵球用量的步骤,包括:
根据如下计算公式计算所需暂堵球用量:
其中,N为暂堵球数量;
Sw为径向井井眼面积,mm2;
n为径向井井眼数量;
Sb为暂堵球截面面积,mm2;
η为封堵效率,定义为已封堵井眼数与总井眼数的比值。
通过引入封堵效率,可以有效解决井眼和暂堵球形状不规则问题,提高封堵成功率。
在本实施例中,以所需暂堵球数量为1773个为例,再次降低排量,把1773个暂堵球随滑溜水陆续泵入井筒,直至已开启裂缝井眼被封堵住。
步骤S60,压裂以开启未造缝方位的径向井,直至全部方位的径向井完成作业,以实现空间多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造。
具体地,继续压裂,开启先前未造缝方位的径向井,重复步骤S10至步骤S50,直至全部方位的径向井完成作业,以实现空间多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造(请参阅图5)。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,包括:
步骤S10,根据储层水平地应力差、所需的每个方向的径向井方位角,确定径向井参数;
步骤S20,根据所述径向井参数,进行径向井压裂作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝;
步骤S30,对主裂缝进行监测,观察其扩展长度;
步骤S40,当所述主裂缝的长度达到预设值时,泵入缝内暂堵剂,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网;
步骤S50,封堵已经造缝方位的径向井;
步骤S60,压裂以开启未造缝方位的径向井,直至全部方位的径向井完成作业,以实现空间多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造。
2.如权利要求1所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述步骤S20具体包括:
根据所述径向井参数,对径向井采用高排低粘压裂方式作业,以形成沿径向井扩展的主裂缝。
3.如权利要求2所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述对对径向井采用高排低粘压裂方式作业之前,还包括:
对径向井进行酸化处理。
4.如权利要求1所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述步骤S30包括:
对主裂缝采用微地震数据对主裂缝扩展长度进行监测。
5.如权利要求1所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述步骤S40包括:
当所述主裂缝的长度达到预设值时,先泵入缝内暂堵剂大颗粒架桥,小颗粒充填,使其随着压裂液进入主裂缝进行暂堵,使缝内憋压,产生分支缝,形成复杂缝网。
6.如权利要求5所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,架桥的暂堵剂粒径为缝径直径的1/3~2/3倍,充填颗粒粒径优先为裂缝直径的1/4~1/3。
7.如权利要求6所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,暂堵剂大颗粒粒径为3.3mm~6.6mm,小颗粒粒径为2.5mm~3.3mm,两者注入比例为1:1。
8.如权利要求5所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述暂堵剂注入浓度为3%-4%,滑溜水为携带液。
9.如权利要求1所述的实现多径向井立体压裂多主缝均衡扩展及强化体积改造的方法,其特征在于,所述步骤S50包括:
根据井眼面积和暂堵球中心截面面积,确定所需暂堵球用量;
利用所需暂堵球用量的暂堵球,封堵已经造缝方位的径向井。
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