CN113218770A - 一种多岩性压裂裂缝试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多岩性压裂裂缝试验方法,包括以下步骤:(1)岩石基质制作:根据不同岩石力学参数,调配水泥、石英砂和水的质量比例,分别制作用于模拟页岩、煤岩及灰岩的长方体薄板;(2)裂缝系统模拟:在岩石薄板制作过程中,通过预置纸片模拟煤岩、页岩层理及煤岩割理;(3)试样组合;(4)试样钻孔:根据水平井与直井井型特征,在试样表面沿平行或垂直于层理的方向钻取长度为16cm、直径为14mm的沉孔,粘固模拟井筒,下部预留2cm裸眼段;(5)选择支撑剂的种类;(6)执行加沙过程;(7)对支撑剂的导流能力进行评估。因此,本发明为一种能够定量、准确预测水平井分段压裂裂缝真实扩展轨迹的模拟方法。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏开发领域,尤其涉及一种多岩性压裂裂缝试验方法。
背景技术
压裂物理模拟是一种可靠且有效地分析压裂缝几何形态与延伸扩展过程的重要实验室手段,但目前尚无针对多煤层区煤系复合储层的压裂物理模拟方法。
且现有开采过程中,煤系复合储层普遍具有低孔低渗的特点,与常规单一岩性储层相比,煤系复合储层具备鲜明的地质特点,岩性组合样式多样且复杂,尤其是不同类型储层岩石力学性质与层间界面性质显著差异,影响压裂缝延伸能力与扩展方式,进而决定着煤系气采气速率和最终采收率。因此,查明煤系复合储层合压裂缝扩展规律是最大限度释放煤系气产能的关键,对煤系气规模性开发具有重要意义。
申请号为201510977233.1的中国发明申请公开了一种煤岩定向井加砂压裂的物理模拟方法,该方法并不能实时监测水力压裂下煤岩内部的变化。
申请号为201410785259.1的中国发明申请公开了一种页岩中裂缝扩展的物理模拟系统及方法,该方法只是单一的利用声发射监测页岩中裂缝的扩展。
申请号为201310219803.1的中国发明申请公开了一种利用井口检波器进行水力压裂微地震监测的方法,该方法是在实验室内部模拟的现场微地震监测,模拟结果与现场实际存在一定的偏差,没有将实验室与现场建立联系。
综上所述,目前存在页岩、煤岩、砂岩等多种岩性共存井,多气共采系统中存在多岩性压裂裂缝扩展的情况,因此需要建立一个多岩性压裂裂缝系统,解决煤系复合储层深埋地下,致使压裂缝几何形态与延伸扩展无法直接观测的技术问题。
发明内容
针对现有技术中提到的技术问题,本发明提出了一种多岩性压裂裂缝试验方法,具体是通过如下步骤实现的:
一种多岩性压裂裂缝试验方法,包括以下步骤:(1)岩石基质制作:根据不同岩石力学参数,调配水泥、石英砂和水的质量比例,分别制作用于模拟页岩、煤岩及灰岩的长方体薄板;(2)裂缝系统模拟:在岩石薄板制作过程中,通过预置纸片模拟煤岩、页岩层理及煤岩割理;(3)试样组合:将制备完成的页岩、煤岩及灰岩薄板叠放于300mm×300mm的钢制模具中;(4)试样钻孔:根据水平井与直井井型特征,在试样表面沿平行或垂直于层理的方向钻取长度为16cm、直径为14mm的沉孔,粘固模拟井筒,下部预留2cm裸眼段;(5)根据以下公式计算支撑剂的沉降速度,并选择支撑剂的种类:
式中:Vt为沉降速度(单位cm/s);dp为支撑剂粒径(单位cm);ρp为支撑剂体积密度(单位g/cm3);ρf为流体密度(单位g/m3);g为重力比例系数(单位N/kg);μf为流体黏度(单位mPa·s)。
(6)执行加沙过程,当加砂难度较大时,通过延长停泵时间(6~12h),重新起泵进行压裂。由于缝内支撑剂和液体的重新开始流动,阻力大,从而提高了缝内的净压力,迫使裂缝转向或开启更多的微裂缝。
(7)对支撑剂的导流能力进行评估,以选择相应的浓度,且支撑裂缝的渗透率和导流能力通过以下公式获得:
式中:k为支撑裂缝渗透率,单位μm2;FRCD为支撑剂充填层导流能力; Q为裂缝内流量,单位cm3/s;μ为流体粘度,mPas;△p为测试段两端的压力差,单位kPa;Wf为充填裂缝缝宽,单位cm;Q为裂缝内流量,cm3/min。
支撑剂在地层内的嵌入对导流能力的伤害非常严重,10kg/m2铺砂浓度下由于嵌入可以导致导流能力下降65.9%,5kg/m2铺砂浓度下导流能力可下降87.5%,铺砂浓度越大,嵌入对导流能力的伤害程度越小。
只有闭合压力达到一定值时,嵌入的伤害才表现出来。使嵌入伤害作用表现出来的闭合压力的大小与裂缝内铺砂浓度有关。铺砂浓度越大,嵌入伤害表现出来所需要的闭合压力也越大。5kg/m2铺砂浓度下嵌入伤害表现出来的闭合压力约为40MPa,10kg/m2铺砂浓度下约为50MPa,20kg/m2铺砂浓度下则为70MPa。
铺砂浓度对导流能力的影响很大,铺砂浓度增大1倍,导流能力将成数倍增加。在相同地层条件下,支撑剂在砾岩中的嵌入最为严重,泥岩其次,粉砂岩最小。
更进一步,所述的实验钻孔共设置4组试验,前2组试验井型为水平井,后2组试验井型为垂直井,根据现场地应力测试确定岩心所处深度的储层地应力状态,并依据相似准则确定试验中所加载的围压大小。
更进一步,试验结束后,将试样沿裂缝面劈裂,观察水力裂缝近井筒起裂及穿层扩展形态,并根据垂向上水力裂缝与岩性交界面的沟通情况,将水力裂缝扩展分为以下三类:①水力裂缝垂直层理起裂并延伸至岩性界面后,垂向上停止扩展;②裂缝垂向扩展至岩性界面后转向或分叉,沿着岩性界面延伸;③裂缝垂向扩展至岩性界面,随后穿层沟通相邻产层。
更进一步,级次裂缝优选密度1.50g/cm3的70/140目石英砂作为支撑剂,一级次裂缝优选密度1.65g/cm3的40/70目陶粒作为支撑剂。
更进一步,压裂初期先采用高黏滑溜水(黏度25-50mPa·s)造缝,然后注入低黏滑溜水(黏度2-5mPa·s)和砂比6%-14%石英砂进行压裂,压裂后期为提高主裂缝导流能力,应用高黏滑溜水(黏度50-80mPa·s,降阻剂 B质量分数0.5%-0.7%)携带砂比8%-22%陶粒进行压裂。
有益效果:
(1)通过优选聚合物降阻剂,优化黏土稳定剂、破乳助排剂和过硫酸盐类破胶剂的加量,形成了变黏滑溜水压裂液,通过调整降阻剂质量分数来调控压裂液黏度,且具有良好的耐温抗剪切性能及破胶性能,降阻率在 70%以上,可满足滑溜水连续加砂压裂的要求。
(2)通过先导性试验,形成了适用于页岩油储层特点的滑溜水连续加砂压裂工艺,70/140目石英砂和40/70目陶粒连续加砂最高砂比分别达14%和达22%。
(3)变黏滑溜水连续加砂压裂技术,有效提高了单位液体的携砂量,与应用传统段塞加砂压裂的邻井相比,效率提高了37.5%,每米加砂量提高 73%,节约压裂液用量31.7%,压裂液降阻率达到70%,取得了良好的压裂增产效果。
(4)连续加砂工艺与传统段塞加砂工艺相比,对压裂液性能稳定性需求较高,需要在线混配装置精确、可靠,还需根据降阻剂的特性,优选配制装置、优化配液流程,以保证压裂液性能稳定,提高技术的适用性及可靠性。
附图说明
图1为不同粒径、不同铺置浓度支撑剂导流能力模拟结果图;
图2为粉陶粉砂导流能力模拟结果对比图;
图3为不同粒径条件下支撑剂密度对沉降速度的影响示意图;
图4为加砂压裂施工曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行进出、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
一种多岩性压裂裂缝试验方法,包括以下步骤:(1)岩石基质制作:根据不同岩石力学参数,调配水泥、石英砂和水的质量比例,分别制作用于模拟页岩、煤岩及灰岩的长方体薄板;(2)裂缝系统模拟:在岩石薄板制作过程中,通过预置纸片模拟煤岩、页岩层理及煤岩割理;(3)试样组合:将制备完成的页岩、煤岩及灰岩薄板叠放于300mm×300mm的钢制模具中;(4)试样钻孔:根据水平井与直井井型特征,在试样表面沿平行或垂直于层理的方向钻取长度为16cm、直径为14mm的沉孔,粘固模拟井筒,下部预留2cm裸眼段;(5)根据以下公式计算支撑剂的沉降速度,并选择支撑剂的种类:
式中:Vt为沉降速度(单位cm/s);dp为支撑剂粒径(单位cm);ρp为支撑剂体积密度(单位g/cm3);ρf为流体密度(单位g/m3);g为重力比例系数(单位N/kg);μf为流体黏度(单位mPa·s)。
(6)执行加沙过程,当加砂难度较大时,通过延长停泵时间(6~12h),重新起泵进行压裂。由于缝内支撑剂和液体的重新开始流动,阻力大,从而提高了缝内的净压力,迫使裂缝转向或开启更多的微裂缝。在YY1-3HF 井得到了较好的效果,二次压裂裂缝复杂程度明显提高,但这种工艺施工时间长、作业成本高。所述的实验钻孔共设置4组试验,前2组试验井型为水平井,后2组试验井型为垂直井,根据测试确定岩心所处深度的储层地应力状态,并依据相似准则确定试验中所加载的围压大小。试验结束后,将试样沿裂缝面劈裂,观察水力裂缝近井筒起裂及穿层扩展形态,并根据垂向上水力裂缝与岩性交界面的沟通情况,将水力裂缝扩展分为以下三类:①水力裂缝垂直层理起裂并延伸至岩性界面后,垂向上停止扩展;②裂缝垂向扩展至岩性界面后转向或分叉,沿着岩性界面延伸;③裂缝垂向扩展至岩性界面,随后穿层沟通相邻产层。级次裂缝优选密度1.50g/cm3的 70/140目石英砂作为支撑剂,一级次裂缝优选密度1.65g/cm3的40/70目陶粒作为支撑剂。压裂初期先采用高黏滑溜水(黏度25-50mPa·s)造缝,然后注入低黏滑溜水(黏度2-5mPa·s)和砂比6%-14%石英砂进行压裂,压裂后期为提高主裂缝导流能力,应用高黏滑溜水(黏度50-80mPa·s,降阻剂 B质量分数0.5%-0.7%)携带砂比8%-22%陶粒进行压裂。
由图1可以看出,在高闭合应力下,40/70目陶粒(铺置浓度为10kg/m2)、 30/50目陶粒(铺置浓度为5和10kg/m2)和20/40目陶粒(铺置浓度为5kg/m2) 的导流能力相差不大,考虑加砂难度、支撑剂运移沉降性能和长期导流能力,一级次裂缝(即主裂缝)采用小粒径、高铺砂浓度,因而优选40/70 目陶粒作为支撑剂。
由图2可以看出,在低闭合应力下,70/140目陶粒(简称粉陶)导流能力高于70/140目石英砂(简称粉砂);随着闭合应力增大,支撑剂导流能力下降明显,当闭合应力为60-70MPa时,粉陶和粉砂的导流能力相差不大,能够满足二级次裂缝(即次裂缝)导流能力需求,由于粉砂的成本更低,因而优选其作为二级次裂缝支撑剂。
根据式计算了不同粒径、不同密度支撑剂在压裂液中的沉降速度,结果如图3所示。由图3可以看出,随着支撑剂的粒径和密度减小,其沉降速度变慢,可以被压裂液携带至裂缝更远处,因此二级次裂缝优选密度 1.50g/cm3的70/140目石英砂作为支撑剂,一级次裂缝优选密度1.65g/cm3的40/70目陶粒作为支撑剂。
如图4所示,进行加砂操作,该段整个压裂作业采用连续加砂方式,施工排量平稳(14-15m3/min),施工泵压随支撑剂加入略有波动,支撑剂 111.3m3,其中70/140目石英砂70.4m3,30-50目陶粒,变黏滑溜水全程降阻率达到70%以上,顺利完成压裂施工。与未应用该技术相比,施工效率提高37.5%,加砂量提高73%。该井压裂后监测结果表明,裂缝长度90-127mm,有效改造面积82779mm2,形成了较好的缝网体系,初期日产油量提高79%, 180d累计产量提高61%,储层压裂增产效果明显。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此,本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以作出各种变换或变型,因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴,应由各权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种多岩性压裂裂缝试验方法,其用于低净空下隧道钻孔桩施工中,其特征在于,包括以下步骤:(1)岩石基质制作:根据不同岩石力学参数,调配水泥、石英砂和水的质量比例,分别制作用于模拟页岩、煤岩及灰岩的长方体薄板;(2)裂缝系统模拟:在岩石薄板制作过程中,通过预置纸片模拟煤岩、页岩层理及煤岩割理;(3)试样组合:将制备完成的页岩、煤岩及灰岩薄板叠放于300mm×300mm的钢制模具中;(4)试样钻孔:根据水平井与直井井型特征,在试样表面沿平行或垂直于层理的方向钻取长度为16cm、直径为14mm的沉孔,粘固模拟井筒,下部预留2cm裸眼段;(5)根据以下公式计算支撑剂的沉降速度,并选择支撑剂的种类:
式中:Vt为沉降速度(单位cm/s);dp为支撑剂粒径(单位cm);ρp为支撑剂体积密度(单位g/cm3);ρf为流体密度(单位g/m3);g为重力比例系数(单位N/kg);μf为流体黏度(单位mPa·s);
(6)执行加沙过程,当加砂难度较大时,通过延长停泵时间为6~12h,重新起泵进行压裂;
(7)对支撑剂的导流能力进行评估,以选择相应的浓度,且支撑裂缝的渗透率和导流能力通过以下公式获得:
式中:k为支撑裂缝渗透率,单位μm2;FRCD为支撑剂充填层导流能力;Q为裂缝内流量,单位cm3/s;μ为流体粘度,mPas;△p为测试段两端的压力差,单位kPa;Wf为充填裂缝缝宽,单位cm;Q为裂缝内流量,cm3/min。
2.如权利要求1中所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于:所述的实验钻孔共设置4组试验,前2组试验井型为水平井,后2组试验井型为垂直井,根据现场地应力测试确定岩心所处深度的储层地应力状态,并依据相似准则确定试验中所加载的围压大小。
3.如权利要求2所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,试验结束后,将试样沿裂缝面劈裂,观察水力裂缝近井筒起裂及穿层扩展形态,并根据垂向上水力裂缝与岩性交界面的沟通情况,将水力裂缝扩展分为以下三类:①水力裂缝垂直层理起裂并延伸至岩性界面后,垂向上停止扩展;②裂缝垂向扩展至岩性界面后转向或分叉,沿着岩性界面延伸;③裂缝垂向扩展至岩性界面,随后穿层沟通相邻产层。
4.如权利要求3所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,级次裂缝优选密度1.50g/cm3的70/140目石英砂作为支撑剂,一级次裂缝优选密度1.65g/cm3的40/70目陶粒作为支撑剂。
5.如权利要求4所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,压裂初期先采用高黏滑溜水造缝,然后注入低黏滑溜水和砂比6%-14%石英砂进行压裂,压裂后期为提高主裂缝导流能力,应用高黏滑溜水携带砂比8%-22%陶粒进行压裂。
6.如权利要求5所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,高黏滑溜水的黏度为25-50mPa·s。
7.如权利要求6所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,低黏滑溜水的黏度为2-5mPa·s。
8.如权利要求7所述的多岩性压裂裂缝试验方法,其特征在于,高黏滑溜水的黏度为50-80mPa·s,降阻剂B质量分数0.5%-0.7%。
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