CN113027441B - 一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，步骤如下：收集目标井地质、工程资料；压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂的选用；产量预测、优化支撑缝导流能力及长度、宽度确定；压裂测试并确定基础参数；确定动态裂缝和支撑裂缝的几何尺寸；确定自支撑裂缝参数和自支撑压裂液用量；液体注入完成压裂、支撑工作；关井相变固化；开井泄压；通过多种压裂液、携砂液和顶替液的配合实现水力裂缝的全支撑避免动态裂缝的浪费；多种压裂液、携砂液和顶替液的用量优化，实现全支撑，且满足模拟的需要，避免液体浪费；裂缝远端由自支撑相变压裂液固化形成的固体支撑剂支撑，不需要携砂液形成的砂堤支撑，间接提高了支撑裂缝长度。
Description
技术领域
本发明属于油气藏勘探开发技术领域，具体涉及一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法。
背景技术
我国致密砂岩、页岩油气资源丰富，该类资源的高效开发是国家能源安全的重要保障。由于致密砂岩、页岩油气具有低孔低渗特征，自然产能低，通过水力压裂方式建立地下高导流通道是开发该类资源的关键技术手段。
在水力压裂实施过程中，通过地面设备以远超地层吸液能力的排量将高压液体注入地层，压开地层形成人工裂缝，随后将高压液体携带固体支撑剂进入人工裂缝，在裂缝闭合后由支撑剂阻止人工裂缝闭合，获得高导流通道。支撑裂缝长度和支撑裂缝导流能力是影响压裂效果的两个关键参数。
赵立强等公开了一种相变自支撑压裂液(一种新型自支撑压裂液体系实验研究,油气藏评价与开发,2020,10(2):121-127；自支撑相变压裂技术室内研究与现场应用,天然气工业,2020,40(11):66-73)，刘化普等公开了一种液体自支撑高速通道压裂液(CN111718703A)，可以通过注入自支撑压裂液，在地层中形成固相颗粒实现裂缝自支撑。虽然该压裂液可以实现水力裂缝的全支撑，但由于压裂液等的过量使用导致的浪费，且自支撑压裂液成本高昂，在实现裂缝全支撑的同时难以达到压裂经济性要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，可提高支撑裂缝的长度增强支撑效果，同时可实现动态裂缝的全支撑，避免动态裂缝和压裂液的浪费。
本发明通过下述技术方案实现：
一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，包括如下步骤：
S1：根据目标井进行压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂的选用；
S2：进行不同裂缝特性下产量预测、优化支撑裂缝导流能力及裂缝长度、确定支撑裂缝宽度；
S3：测试压裂并确定关键基础参数；
S4：确定动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸；
S5：确定自支撑裂缝参数和自支撑压裂液用量；
S6：依次注入自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液体、携砂液和顶替液，完成压裂、支撑剂铺置工作；
S7：关井相变固化；
S8：开井泄压，完成全支撑。
本发明一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，在施工前通过步骤S1～S5实现对目标井的地质及工程资料进行收集分析；压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂材料的确定；产量预测、优化支撑裂缝长度和导流能力和支撑裂缝宽度的确定；关键基础参数的测定；动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸的确定；自支撑裂缝参数和自支撑压裂液用量的确定，实现自支撑相变压裂液、前置压裂液、携砂液和顶替液的用量，刚好实现动态裂缝的全支撑，且支撑裂缝能满足产能模拟的需要，避免了液体的浪费。步骤S6～S8完成加砂压裂及水力裂缝全支撑工作，其中通过前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液和顶替液的配合使用实现水力裂缝的全支撑避免动态裂缝的浪费，同时裂缝远端由自支撑相变压裂液在相变温度Tc以上相变固化形成的固体支撑剂支撑，不需要携砂液形成的砂堤支撑，间接提高了支撑裂缝长度。
更具体的方法步骤：
步骤S4中所述压裂液和自支撑相变压裂液性能参数指标均满足SY/T6376的规定；所述支撑剂和自支撑相变压裂液生成支撑剂的性能参数指标均满足SY/T5108的规定。其中特别地要求自支撑相变压裂液满足室温T0＜相变温度Tc＜储层温度Tf，该自支撑相变压裂液在地面及注入井筒时为液相，在井筒和地层裂缝中吸热升温，当液体温度Tf≥相变温度Tc时，从液相变成固相支撑剂。本发明中自支撑相变压裂液优选超分子构筑单元10％～40％、超分子功能单元0～40％、表面活性剂0.5％～2％、无机盐0～5％、氧化剂0.5％～2％、助溶剂0～2％其余为溶剂的相变压裂液体系；压裂液优选胍胶压裂液或聚丙烯酰胺压裂液；支撑剂为石英砂、陶粒或覆膜石英砂。
更具体的：步骤S2中应用油气藏数值模拟软件结合生产动态历史拟合，对进行不同裂缝特性下的产量进行预测；
更具体的：根据设定的压裂设计目标函数，对支撑裂缝长度和支撑裂缝导流能力进行优化处理；
更具体的：根据支撑裂缝导流能力与支撑剂铺置浓度关系得到支撑裂缝宽度。
更具体的：步骤S3中对目标井进行压裂测试，并确定关键基础参数，所述关键基础参数包括液体效率、闭合应力和渗透率，同时根据实际需求也可对其他基础数据进行测定。
更具体的：步骤S4中采用水力裂缝模拟软件模拟计算目标井层在所用压裂液、支撑剂和给定液量、排量和泵序下的动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸。
更具体的：步骤S5中根据S4中所得动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸通过计算确定前置压裂液用量和自支撑压裂液用量，且前置压裂液用量和自支撑压裂液用量计算公式如下：
Lspf(z)＝Ldf(z)-Lpf(z) (1)
Vspf＝ηVspρsp (3)
Vp'f＝Vpf-Vspf (4)
式中：Lspf(z)为缝高H＝z处的自支撑裂缝单翼长度，m；
Ldf(z)为缝高H＝z处的动态裂缝单翼长度，m；
Lpf(z)为缝高H＝z处的支撑裂缝单翼长度，m；
Vsp为自支撑裂缝体积，m3；
hl为动态裂缝下缝高，m；
hu为动态裂缝上缝高，m；
wspf为支撑裂缝宽度，m；
Vspf为自支撑压裂液用量，m3；
η为转化单位质量自支撑剂所需的自支撑相变压裂液量，m3/kg；
ρsp为自支撑剂视密度，kg/m3；
V’pf为最终前置压裂液用量，m3；
Vpf为初始给定前置压裂液用量，m3。
更具体的：所述S6包括如下步骤：
自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液的注入，以高于储层岩石破裂压力的注入压力将自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液注入储层中，从而形成水力裂缝；前置压裂液将储层压开形成水力裂缝，并将裂缝温度降低至自支撑相变压裂液的相变温度Tc以下；两种压裂液混合注入可以确保当地层温度恢复到相变温度Tc以上时，自支撑相变压裂液相变固化形成的支撑剂颗粒分散在裂缝内实现支撑而不会彻底堵塞裂缝，而前置压裂液刚好全部滤失进入地层而不造成浪费。
待水力裂缝形成后，将携砂液按照初始给定的加砂顺序和泵序注入储层中；携砂液中的支撑剂在水力裂缝运移，形成砂堤支撑裂缝；此外，还能将前置压裂液和自支撑相变压裂液的混合液进行顶替，使自支撑相变压裂液在未被支撑剂铺置的裂缝位置处发生相变固化形成支撑剂；在两种支撑剂的共同作用下可使得水力裂缝被全支撑。此中由于自支撑相变压裂液成本较高，所以不全使用自支撑相变压裂液进行压裂，而采用自支撑相变压裂液相变固化形成的固体支撑剂来实现远端裂缝的支撑，而携砂液携带的支撑剂来实现近端裂缝的支撑。
待携砂液注入工作完成后，向井筒内注入顶替液，将注入的携砂液全部替入水力裂缝中。其中顶替液优选为前置压裂液基液、降阻水、清水、氯化铵溶液或氯化钾溶液。
更具体的：所述S7将目标井关闭10～30分钟，直到储层温度恢复到自支撑相变压裂液的相变温度Tc以上，自支撑相变压裂液发生相变固化形成固体支撑剂，对水力裂缝的前缘进行支撑。
更具体的：S8所述的开井泄压可将注入的前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液、顶替液返排，液体返排后让出的空间作为油气流动通道。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，通过前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液和顶替液的配合使用实现水力裂缝的全支撑避免动态裂缝的浪费；
2、本发明一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，优化了自支撑相变压裂液、前置压裂液、携砂液和顶替液的用量，刚好实现动态裂缝的全支撑，且支撑裂缝能满足产能模拟的需要，避免了液体的浪费；
3、本发明一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，裂缝远端由自支撑相变压裂液在相变温度Tc以上相变固化形成的固体支撑剂支撑，不需要携砂液形成的砂堤支撑，间接提高了支撑裂缝长度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明形成的支撑裂缝示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本发明一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，本发明在施工前先对目标井的区域地质、钻井、录井、测井、岩心、地下流体、储层测试及生产测试、历次作业、邻井或同区块改造、地震、地面资料等资料进行收集与整理，对目标井及其周围环境又一个初步的了解，为目标井层所用压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂材料等的选择提供支撑；采用油气藏数值模拟软件进行产量预测，进一步优化支撑裂缝长度和导流能力，进而得到支撑裂缝宽度；在压裂测试得到关键基础参数后，利用水力裂缝模拟软件得到动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸；最后依据公式算出自支撑压裂液及前置压裂液的用量；完成以上准备工作后，向储层中注入自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液体形成水力裂缝；然后注入携砂液至水力裂缝中形成沙堤支撑裂缝；然后注入顶替液将携砂液全部替入水力裂缝中；关井待储层温度恢复至相变温度Tc以上，自支撑相变压裂液固化形成固体支撑剂，对水力裂缝的前缘进行支撑；然后开井泄压，让注入的前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液、顶替液返排，压裂液返排后让出的空间作为油气流动通道，最终完成水力裂缝全支撑的全部工作。
一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，包括如下步骤：
S1：根据目标井进行压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂的选用；
S2：进行不同裂缝特性下产量预测、优化支撑裂缝导流能力及裂缝长度、确定支撑裂缝宽度；
S3：测试压裂并确定关键基础参数；
S4：确定动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸；
S5：确定自支撑裂缝参数和自支撑压裂液用量；
S6：依次注入自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液体、携砂液和顶替液，完成压裂、支撑剂铺置工作；
S7：关井相变固化；
S8：开井泄压，完成全支撑。
步骤S1中所述压裂液和自支撑相变压裂液性能参数指标均满足SY/T6376的规定；
所述支撑剂和自支撑相变压裂液生成支撑剂的性能参数指标均满足SY/T5108的规定。
步骤S2中应用油气藏数值模拟软件结合生产动态历史拟合，对进行不同裂缝特性下的产量进行预测；
根据设定的压裂设计目标函数，对支撑裂缝长度和支撑裂缝导流能力进行优化处理；
根据支撑裂缝导流能力与支撑剂铺置浓度关系得到支撑裂缝宽度。
步骤S3中对目标井进行压裂测试，并确定关键基础参数，所述关键基础参数包括液体效率、闭合应力和渗透率。
步骤S4中采用水力裂缝模拟软件模拟计算目标井层在所用压裂液、支撑剂和给定液量、排量和泵序下的动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸。
步骤S5中根据S4中所得动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸通过计算确定前置压裂液用量和自支撑压裂液用量，且前置压裂液用量和自支撑压裂液用量计算公式如下：
Lspf(z)＝Ldf(z)-Lpf(z) (1)
Vspf＝ηVspρsp (3)
Vp'f＝Vpf-Vspf (4)
式中：Lspf(z)为缝高H＝z处的自支撑裂缝单翼长度，m；
Ldf(z)为缝高H＝z处的动态裂缝单翼长度，m；
Lpf(z)为缝高H＝z处的支撑裂缝单翼长度，m；
Vsp为自支撑裂缝体积，m3；
hl为动态裂缝下缝高，m；
hu为动态裂缝上缝高，m；
wspf为支撑裂缝宽度，m；
Vspf为自支撑压裂液用量，m3；
η为转化单位质量自支撑剂所需的自支撑相变压裂液量，m3/kg；
ρsp为自支撑剂视密度，kg/m3；
V’pf为最终前置压裂液用量，m3；
Vpf为初始给定前置压裂液用量，m3。
步骤S6包括如下步骤：
自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液的注入，以高于储层岩石破裂压力的注入压力将自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液注入储层中，从而形成水力裂缝；
待水力裂缝形成后，将携砂液按照初始给定的加砂顺序和泵序注入储层中；
待携砂液注入工作完成后，向井筒内注入顶替液，将注入的携砂液全部替入水力裂缝中。
步骤S7将目标井关闭10～30分钟，直到储层温度恢复到自支撑相变压裂液的相变温度Tc以上，自支撑相变压裂液发生相变固化形成固体支撑剂，对水力裂缝的前缘进行支撑。
步骤S8所述的开井泄压可将注入的前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液、顶替液返排，液体返排后让出的空间作为油气流动通道。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据目标井进行压裂液、自支撑相变压裂液和支撑剂的选用；
S2：进行不同裂缝特性下产量预测，优化支撑裂缝导流能力及裂缝长度，确定支撑裂缝宽度；
S3：进行测试压裂并确定关键基础参数；
S4：确定动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸；
S5：确定自支撑裂缝参数和自支撑压裂液用量；
S6：依次注入自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液体、携砂液和顶替液，完成压裂、支撑剂铺置工作；
S7：关井相变固化；
S8：开井泄压，实现裂缝全支撑；
步骤S5中根据步骤S4中所得动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸，通过计算确定前置压裂液用量和自支撑压裂液用量，且前置压裂液用量和自支撑压裂液用量计算公式如下：
Lspf(z)＝Ldf(z)-Lpf(z) (1)
Vspf＝ηVspρsp (3)
Vp'f＝Vpf-Vspf (4)
式中：Lspf(z)为缝高H＝z处的自支撑裂缝单翼长度，m；
Ldf(z)为缝高H＝z处的动态裂缝单翼长度，m；
Lpf(z)为缝高H＝z处的支撑裂缝单翼长度，m；
Vsp为自支撑裂缝体积，m3；
hl为动态裂缝下缝高，m；
hu为动态裂缝上缝高，m；
wspf为支撑裂缝宽度，m；
Vspf为自支撑压裂液用量，m3；
η为转化单位质量自支撑剂所需的自支撑相变压裂液量，m3/kg；
ρsp为自支撑剂视密度，kg/m3；
V’pf为最终前置压裂液用量，m3；
Vpf为初始给定前置压裂液用量，m3。
2.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，步骤S1中所述压裂液和自支撑相变压裂液性能参数指标均满足SY/T6376的规定；
所述支撑剂和自支撑相变压裂液生成支撑剂的性能参数指标均满足SY/T5108的规定。
3.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，步骤S2中应用油气藏数值模拟软件结合生产动态历史拟合，对进行不同裂缝特性下的产量进行预测；
根据设定的压裂设计目标函数，对支撑裂缝长度和支撑裂缝导流能力进行优化处理；
根据支撑裂缝导流能力与支撑剂铺置浓度关系得到支撑裂缝宽度。
4.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，步骤S3中对目标井进行测试压裂，并确定关键基础参数，所述关键基础参数包括液体效率、闭合应力和渗透率。
5.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，步骤S4中采用水力裂缝模拟软件模拟计算目标井层在所用压裂液、支撑剂和给定液量、排量和泵序下的动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，步骤S6中包括自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液的注入，以高于储层岩石破裂压力的注入压力将自支撑相变压裂液和前置压裂液的混合液注入储层中，从而形成水力裂缝；
待形成水力裂缝后，将携砂液按照初始给定的加砂顺序和泵序注入储层中；
待携砂液注入工作完成后，向井筒内注入顶替液，所述顶替液可将注入的携砂液全部替入水力裂缝中。
7.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，所述S7将目标井关闭10～30分钟，直到储层温度恢复到自支撑相变压裂液的相变温度Tc以上，自支撑相变压裂液发生相变固化形成固体支撑剂，对水力裂缝的前缘进行支撑。
8.根据权利要求1所述的一种水力裂缝全支撑的加砂压裂的优化设计方法，其特征在于，S8所述的开井泄压可将注入的前置压裂液、自支撑相变压裂液、携砂液、顶替液返排，液体返排后让出的空间作为油气流动通道。
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