CN114439450A - 一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，包括以下步骤：步骤1：选择增产层段；步骤2：井筒处理；步骤3：电缆校深和目的层射孔；步骤4：抽水试验，落实目的层自然产能和液性；步骤5：判断产水量，若涌水量高于20m3/h或水产量为零，则对备用井段2908.0‑2923.0m重新执行步骤3、4；若有涌水量但低于20m3/h，则继续执行步骤5；步骤6：下入水力喷射压裂‑酸压管柱，并座封；步骤7：进行下部主水力喷射加砂压裂和酸压泵注施工；步骤8：放喷：视井口压力大小，采用高压管汇，控制放喷至井口压力为零，无返排液产出；步骤9：解封、循环、起钻；步骤10：试抽水试验，落实增产效果。通过现场应用，实现了增产30倍，收到了较好增产效果。

Description

一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺
技术领域
本发明属于酸化压裂工程技术领域，涉及一种碳酸盐岩深部地热 水储层酸压增产工艺。
背景技术
容城县地质构造部位处于中朝准地台(Ⅰ级)、华北断坳(Ⅱ级)、 冀中台陷(Ⅲ级)构造单元的东北部，廊坊断凹Ⅳ级构造单元。
华北断坳(Ⅱ级)为跨越冀鲁豫皖四省的大型新生代断裂坳陷的 北部，四周被深断裂或大断裂围限。进入第三纪以来，断裂活动剧烈， 形成众多的小型断陷盆地，始新世—渐新世的最大堆积厚度可达 5000m以上，并伴有大量拉斑质玄武岩的喷溢，显示大陆裂谷盆地性 质，晚第三纪至第四纪，在边界断裂的制约下，全区持续平稳地沉降。 前期的小型盆地连成一体，岩浆活动亦相应减弱。该断坳在本区含一 个Ⅲ级构造单元为冀中台陷(Ⅲ级)。
冀中台陷，位于华北断坳的西部，其北、西、南三侧被断裂围限， 东以新近系的缺失线为界，为一自始新世以来的持续坳陷区，平面略 呈北北东的矩形。该区基岩整体为一隐伏的背斜构造，其轴线大致在 固安、高阳、藁城一带，呈北北东向，主要由蓟县系地层组成，东西 两翼为古生界。早第三纪，原两翼部位大幅度坳陷，而该部位置则相 对稳定，或未沉积或沉积较薄，具有明显继承活动性质。
碳酸盐岩深部热储改造试验及产能测试部署在雄安新区容城地 热田内，该地区可分为中部凸起、西部斜坡和东部洼槽区。凸起区碳 酸盐岩热储埋深一般在700-1200m，两侧迅速过渡到3000m以上，厚 度在数百米到一千米以上。
发明内容
针对D22井三开井段深部碳酸盐岩热储层，根据临井资料、测 井资料、录井资料和成像资料、区域内增产井效果评价资料等进行增 产工艺优化，实现碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺。
本发明采用的技术方案是：
一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，包括以下步骤：
步骤1：选择增产层段；
步骤2：井筒处理；
步骤3：电缆校深和目的层射孔；
步骤4：抽水试验，落实目的层自然产能和液性；
步骤5：判断产水量，若涌水量高于20m3/h或水产量为零，则对 备用井段2908.0-2923.0m重新执行步骤3、4；若有涌水量但低于 20m3/h，则继续执行步骤5；
步骤6：下入水力喷射压裂-酸压管柱，并座封；
步骤7：进行下部主水力喷射加砂压裂和酸压泵注施工；
步骤8：放喷：视井口压力大小，采用高压管汇，控制放喷至井 口压力为零，无返排液产出；
步骤9：解封、循环、起钻；
步骤10：试抽水试验，落实增产效果。
优选的，在步骤1中，井筒处理包括以下步骤：
步骤101：通井替原井泥浆、探人工井底、洗井：下89mm油管 +155mm通井规，至人工井底或分段替浆，加压30KN探人工井底， 核实钻井数据；用清水反替出井内原井泥浆，并继续用清水反循环洗 井1.5周以上，确保进出液液性一致；
步骤102：刮削：下89mm油管+7〞套管刮削器，在封隔器座封 位置、喷枪位置上下刮削3次，确保无阻无挂；接用清水反循环洗井 1.5周，确保进出口液性一致。
优选的，在步骤5中，所述管柱包括油管、RTTS封隔器、上短 节、喷枪、下短节、单向阀、筛管和导锥，所述油管下端与RTTS封 隔器上端连接，所述RTTS封隔器下端通过上短节与喷枪上端连接， 所述喷枪下端通过下短节与单向阀上端连接，所述单向阀下单与筛管上端连接，所述筛管下端与导锥连接。
优选的，所述喷枪包括喷枪本体、喷嘴套和喷嘴，所述喷枪本体 的两端分别为上接头和下接头，所述喷枪本体通过上接头与下油管螺 纹连接，所述喷枪本体通过下接头与球座螺纹连接，所述喷枪本体外 壁上设置有6个不同方向的喷射孔，所述喷嘴套设置在喷射孔中，且 螺栓与喷枪本体固定连接，所述喷嘴设置在喷嘴套中，所述喷嘴上端 设置有喷嘴头，所述喷嘴与喷嘴头的中线轴线上设置有贯通的喷射水 眼。
优选的，所述喷嘴的底部侧壁与喷嘴套底部内壁焊接，所述喷嘴 头下端面沿其圆周方向设置有多个等间距球形凸起，所述喷嘴上端面 沿其圆周方向设置有多个与球形凸起相配合的限位槽，所述喷嘴头的 外径小于喷嘴的外壁，在喷嘴头底部与喷嘴上端外壁之间形成第一圆 台面，所述喷嘴头的外壁自下向上设置有第二圆台面和第一斜面，所 述喷嘴套的内壁上自下向上设置有与第一圆台面、第二圆台面和第一 斜面分别吻合的第一环面、第二环面以及第二斜面，所述第二斜面的 上方设置有第三斜面，所述第三斜面的倾斜方向与第二斜面相反。
优选的，所述喷射水眼的进液端至出液端为从大到小的喇叭状过 渡孔，所述过渡孔内壁为光滑弧面。
优选的，所述单向阀上下两端分别设置有外螺纹和螺纹槽，所述 单向阀上端通过外螺纹与下短节下端螺纹连接，所述单向阀下端通过 螺纹槽与筛管上端螺纹连接，所述单向阀内设置有活动腔，所述活动 腔上下两端分别设置有相互导通的上通道和下通道，所述活动腔内设 置有活动塞.
优选的，所述上通道下端面与活动塞上端面之间设置有压缩弹 簧，所述压缩弹簧的上端与上通道的下端面连接，所述压缩弹簧的下 端与活动塞上端面的凹槽底部连接，所述活动塞下断面设置有锥面， 所述锥面与下通道上端贴合，所述活动塞的侧壁呈梯形结构，所述梯 形结构的上部侧壁与活动腔内壁贴合，所述梯形结构的下部侧壁上沿 其圆周方向设置有多个导流孔。
优选的，在步骤7中，下部主水力喷射加沙压裂和酸压泵注施工 过程如下：
步骤701：循环和流程试压；
步骤702：小压测试
升排量和降排量测试，合计泵入线性胶33.5m3，测压降0.5h， 压力由14MPa降至0Mpa，生成小压测试泵注曲线，采用FracPro2019 压裂软件对小压测试泵注曲线进行压裂分析；
步骤703：停泵测压降
停泵后对地层进行压降监测，压降速率的变化能反应地层裂缝闭 合前后储层参数信息，通过G函数分析方法，求得井口闭合压力 3.75MPa，井底闭合压力34.54MPa，闭合压力梯度0.011MPa/m，裂 缝闭合时间19.5min，液体效率49.1％；
步骤704：前置交联压裂液：排量0.52-4.12m3/min，压力 4.53-52.39MPa，阶段泵入245.15m3；
步骤705：第一阶段稠化酸：排量2.76-3.08m3/min，压力 28.93-35.58MPa，阶段泵入60.66m3；
步骤706：交联压裂液段塞：排量2.09-4.23m3/min，压力 20.38-53.10MPa，阶段泵入91.22m3；
步骤707：第二阶段稠化酸：排量0.58-3.41m3/min，压力 7.62-31.83MPa，阶段泵入35.23m3；
步骤708：顶替液：排量1.96-3.3m3/min，压力26.89-4.04MPa， 阶段泵入25.00m3；停泵压力3.64MPa，0.5h，压降为0MPa；
步骤709：停泵测压降0.5h。
本发明的有益效果：本发明根据钻井实钻过程中所提供的测井资 料、录井资料、成像资料等开展增产井段优选工作，选择增产改造工 艺，基于碳酸盐岩地层固有特性，周围碳酸盐岩地热水增产改造经验， 考虑最优改造效果，最终选择水力喷射和酸压综合工艺技术，并开展 酸压液体评价和规模优化工作，确定最终增产改造工艺设计，通过现 场应用，实现了增产30倍，收到了较好增产效果。
本发明对管柱结构进行了改进，一方面设置了单向阀和筛管，使 喷射装置的喷嘴以及封隔器被砂卡的现象大大降低，同时当装置出现 砂卡故障时，能够向套管环空内泵入基液，使基液由筛管经单向阀进 入喷射装置内，方便对装置进行冲洗，即能够通过反洗井而确保作业 顺利进行。另一方面改变了以往的喷嘴结构，将传统思维喷嘴设计为 喷嘴与喷嘴头上下两个结构，在喷嘴头下端面沿其圆周方向设置有多 个等间距球形凸起，所述喷嘴上端面沿其圆周方向设置有多个与球形 凸起相配合的限位槽，从而实现喷嘴与喷嘴头在水平方向上的固定； 而且在喷嘴头底部与喷嘴上端外壁之间形成第一圆台面，所述喷嘴头 的外壁自下向上设置有第二圆台面和第一斜面，所述喷嘴套的内壁上 自下向上设置有与第一圆台面、第二圆台面和第一斜面分别吻合的第 一环面、第二环面以及第二斜面，从而利用第二斜面、第一环面以及 第二环面对第一斜面、第二圆台面以及第一圆台面进行限定，实现喷 嘴与喷嘴头在垂直方向的固定，并通过喷嘴底部与喷嘴套内底部焊接 实现喷嘴的固定，从而利用喷嘴与喷嘴套对喷嘴头进行限定，防止喷 嘴头轴向移动或脱落。所述喷射水眼的进液端至出液端为从大到小的 喇叭状过渡孔当高压水通过喷嘴的耐磨衬管时，不会产生涡流，避免 了高压涡流对进口端内壁的损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1所示为小压测试曲线；图2所示为实际主压施工曲线；图3所示为水力 喷射压裂酸压原理示意图；图4所示为压裂液室内流变试验结果；图5所示为胶 凝酸室内流变试验结果；图6所示为不同规模裂缝形态；图7所示为不同压裂组 合裂缝参数对比；图8所示为酸压酸蚀裂缝形态效果图；图9所示为小压测试泵 注曲线；图10所示为22井瞬时停泵解释曲线；图11所示G函数分析曲线；图 12所示算术平方根曲线；图13所示双对数法分析曲线；图14所示为增产管柱结 构；图15所示为水力喷枪结构示意图；图16所示为图15中A处的放大图；图 17所示为喷嘴与喷嘴头连接的示意图；图18所示为单向阀的示意图；图19所示 酸化压裂前抽水试验(Q·S-t)关系曲线图；图20所示酸化压裂后抽水试验(Q· S-t)关系曲线图。
其中，1、油管；2、RTTS封隔器；3、上短节；4、上扶正器；5、 喷枪；6、下短节；7、下扶正器；8、单向阀；9、筛管；10、导锥；
501、上接头；502、下接头；503、喷嘴套；5031、第二斜面； 504、喷嘴；5041、第一圆台面；505、喷嘴头；5051、第一斜面；5052、 第二圆台面；506、喷射水眼；507、碳化钨层；508、球形凸起；
801、螺纹槽；802、下通道；803、活动腔；804、上通道；805、 活动塞；806、压缩弹簧；807、导流孔；808、锥面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件 可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨 在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施 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。
一、D22井增产改造选层结论
Ⅰ.选层建议
本次增产改造前，建议先行优选上下有较好封割、电阻率和渗透 率较低(含水层)、二三类裂缝层射孔并试抽，落实其自然产能情况。
如高产(涌水量20m3/h以上)或涌水量为0(与测井资料不符)， 则从三类裂缝层再行优选层位进行改造试验，验证措施效果；
如低产(有涌水量，但20m3/h以下)，则直接在该层位实施增产 改造试验，落实措施效果。
通过以上试验，可强化对一二三类裂缝、电阻率、测井解释渗透 率等评价参数的认识，丰富对区域地质资料的认识，有利于以后储层 评价。
表1选层推荐表
Figure BDA0003467062630000071
说明：
1、建议先行对26-28层间3135.0-3140.0m、3155-3160m井段射 孔，试抽落实自然产能；2、如低产，增产改造验证增产改造效果(或 另行组织专家会补射试抽)；3、如高产，推荐选择15、16号层 2908.0-2923.0m射孔，试抽落实自然产能，低产改造。4、水泥返高 要求覆盖15层顶界以上至少50m。
Ⅱ.推荐层成像资料验证
1、推荐井段3135.0-3140.0m、3155-3160m井段。
Ⅲ.下套管及固井建议
下套管建议：
鉴于现场套管客观情况，及经过详细参数计算，本次作业现场套 管参数满足增产改造作业要求，P110套管优先使用至首选层即可。
固井建议：
建议从人工井底尽量确保水泥返高，水泥返高不低于2858.0m， 为将来实施增产改造创造有利条件。
二、区域增产改造作业实践及结论
Ⅰ.区域内增产改造实践概况
2017年7月11-16日，区域附近沧县台拱带干热岩资源预查项目 开展有压裂试验，选取GRY1井底部3700-4000米裸眼段，进行了水 力加砂压裂增产改造尝试试验，借鉴该井相关有益认识和建议，改进 其中不足，对本井工艺选型和优化施工参数具有积极意义。
Ⅱ.压裂材料
1、工作液配方：0.45％HPG+0.2％高效粘土稳定剂+0.3％助排剂 +0.1％杀菌剂
+0.3％调理剂+0.55％FAL-120交联剂+胶囊破胶剂+过硫酸铵； 2、支撑剂：30/50目抗69MPa中密高强陶粒；3、清水：小型压 裂测试和配置压裂液，备清水350m3。
Ⅲ.小压测试施工曲线和分析结果如图1所示。
表2：小压分析结果
Figure BDA0003467062630000081
小压测试结论：
1、地层闭合平均压为38.8MPa，液体造缝有效率低16.2％，停 泵后地层2.8—4.7min裂缝闭合，地层滤失较大，评估净压力2.76MPa 较低；2、储层天然裂缝或溶洞发育，压裂液滤失严重，造缝效率低， 大规模加砂较困难导致地层砂堵；3、裂缝闭合压力低，裂缝内支撑 剂难稳定压实，而且陶粒进溶洞无法固砂，后期生产过程易出砂导致 卡泵风险，需要对原设计方案进行调整；4、根据小型压裂测试情况 调整主压裂设计。
Ⅳ.主压泵注程序和曲线
表3：实际主压施工泵注程序表
Figure BDA0003467062630000091
实际主压施工曲线如图2所示，实际施工排量4.0m3/min，施工 压力22-30MPa，砂比3～4％，4个段塞处理，停泵压力4.0MPa。
三、D22井增产改造工艺
Ⅰ.D22井增产改造工艺设计思路
1)水力喷射加砂(少量)压裂，有助于了解地层低渗裂缝进砂 可能性，有助于改观低渗裂缝导流性能。酸压工艺采用线性胶制造人 工裂缝或充分沟通天然裂缝，交替注入胶凝酸，进一步刻蚀裂缝，确 保和提高裂缝导流能力，可以从根本上避免水力压裂工作液漏失和无 法压实固砂问题，进而实现增产目的。
2)考虑推荐选层层厚较小，推荐采用6mm×6孔喷枪1簇，根据 石油大学以往经验可实现最高40％以内加砂砂比，能够满足本井作 业。
3)考虑本井套管参数客观情况，表套承压较低，仅为18.8MPa， 推荐采用封隔器+水力喷枪管柱结构，避免表套及多级套管连接处承 压引发工程事故。
4)根据测井数据、录井岩屑实物优化工作液体系评价和支撑剂 选择，满足增产目的，取得有益成果，指导以后施工。
Ⅱ.工艺原理
水力喷射压裂(酸压)工艺针对碳酸盐岩热储层具有较强针对性， 可多级多簇喷射射孔，耐高温高压性能佳、具有有效封隔、定点起裂 和多段多簇体积压裂优势。
喷砂射孔：可实现穿透套管和近井地层，形成射孔孔眼；
水力诱导效应+热应力：可形成微压裂，促进裂缝起缝；
喷射压裂酸压：孔内增压+环空压力＞破裂压力，实现定点起裂 和酸液刻蚀裂缝，增大泄水面积，提高裂缝导流能力。相关工艺原理 见下图3所示。
四、水力喷射压裂-酸压工艺设计
液体体系及评价
Ⅰ.工作液液体系配方
1)线性胶
0.3％胍胶+0.5％助排剂+0.3％粘土稳定剂+0.1％杀菌剂+过硫酸铵 1/10000交联剂0.3％，体系PH值9-11，挑挂时间30-120S，抗温90℃， 170-1S粘度连续剪切90min，粘度达到50mpa.S，破胶时间120min，粘 度＜5mpa.S；
2)胶凝酸
15％盐酸+0.7％稠化剂+1.5％缓蚀剂+0.5％铁离子稳定剂+0.5％助排 剂；初始粘度不低于40mpa.s，170-1S粘度连续剪切70min，粘度不低 于20mpa.S；
3)水力喷射支撑剂选择：40/70目石英砂2方；
4)顶替液：清水。
Ⅱ.体系评价
1)D22井岩屑矿物组份测试实验(XRD衍射)
表4：矿物成分试验结果
Figure BDA0003467062630000111
矿物组份测试实验结果显示，试验目的层岩性主要以白云岩为 主。
2)酸溶蚀率测试实验
依据GB/T29172-2012岩心分析方法8.6要求进行测试，以白云 岩为主的岩心酸溶蚀率在78％以上，有利于形成高导流能力的酸蚀裂 缝。15％盐酸和20％盐酸溶蚀率差异不大，推荐15％浓度。
表5：酸蚀率试验
Figure BDA0003467062630000112
3)压裂液体系评价
压裂液配方：0.3％胍胶+0.5％助排剂+0.3％粘土稳定剂+0.1％杀菌 剂
交联比：100：0.3，交联时间60-90s。
通过耐温耐剪切流变实验，如图4所示，可以看出，在90℃， 170S-1条件下剪切120min后液体粘度58mpa.s，该压裂液体系符合 SY/T6376-2008压裂液通用技术条件要求。
4)胶凝酸体系评价
胶凝酸体系：15％盐酸+0.7％稠化剂+1.5％缓蚀剂+0.5％铁离子稳定 剂+0.5％助排剂；
通过耐温耐剪切流变实验结果如图5所示，可以看出，该胶凝酸 体系能够满足90℃条件下延缓酸岩反应速度的要求。
III.规模设计及优化
1.胍胶压裂液与胶凝酸用量确定
本设计使用Fracpro压裂设计与分析软件进行液量的优化。根据 造长缝、降滤失的设计原则，兼顾降成本、重效果的考虑。
1)优化前置压裂液量
利用Fracpro2019压裂软件模拟单独使用胍胶作为前置液时的 情况。
表6：软件模拟时输入的主要技术参数表
Figure BDA0003467062630000121
表7：使用压裂软件模拟胍胶液液量与裂缝长度的关系
序号 胶液(m<sup>3</sup>) 动态缝长(m) 动态缝高(m)
1 200 75.6 27.1
2 300 88.7 38.3
3 400 95 40
4 500 101 45
模拟不同压裂液用量对裂缝参数影响，如图6所示。当压裂液用 量增加到400m3后，裂缝长度、高度的扩展随压裂液用量的增加变缓 慢。说明地层中液滤失增大，液体造缝有效率降低。考虑成本较高， 最终确定压裂液用量400m3。
2)酸液量的确定
表8：不同酸液情况下的裂缝参数情况
Figure BDA0003467062630000131
通过模拟在压裂液不变情况下，不同酸液用量对裂缝参数影响分 析，如图7所示。当酸液用量增加到100m3后，酸蚀裂缝长度扩展随 酸液用量的增加变缓，且酸液对于裂缝高度影响较小，裂缝导流能力 变化不显著，最终考虑施工安全，设计优选酸液用量100m3可以达到 增产的目的，最终模拟裂缝剖面如图8所示。
2.根据以上分析结果，推荐以下酸压参数。
表9：推荐D22井酸压参数
Figure BDA0003467062630000132
Ⅳ.管柱受力及井口压力计算
1.管柱受力分析
根据管柱结构分析，油管在施工过程中受到以下几个力的作用： 管柱自重、浮力、流体对管柱的摩擦力。按照管柱3200m计算：当施 工排量在2.5m3/min时，产生的最大管柱拉力为46.4t，远小于φ89mm 外加厚油管抗拉力。
在酸压施工过程中管柱承受拉力计算结果：
表10：管柱受力计算
Figure BDA0003467062630000141
2.井口施工压力计算
本次酸压目的层井底破裂压力梯度暂按为1.7MPa/100m和GRY1 井1.03MPa/100m预估，作业井深3165m计算，水力喷枪喷嘴6mmX6 个，喷嘴压差按照较新状态的喷嘴模拟，模拟的施工压力介于 35.66-86.10MPa之间，建议限压60MPa以内作业。
井口施工压力计算见下表：
表11：D22井施工管柱摩阻和井口施工压力计算表
Figure BDA0003467062630000142
基于上述分析，本发明提出了一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压 增产工艺，包括以下步骤：
步骤1：选择增产层段；
步骤2：井筒处理；
步骤201：通井替原井泥浆、探人工井底、洗井：下89mm油管 +155mm通井规，至人工井底或分段替浆，加压30KN探人工井底， 核实钻井数据；用清水反替出井内原井泥浆，并继续用清水反循环洗 井1.5周以上，确保进出液液性一致；
步骤202：刮削：下89mm油管+7〞套管刮削器，在封隔器座封 位置、喷枪位置上下刮削3次，确保无阻无挂；接用清水反循环洗井 1.5周，确保进出口液性一致。
步骤3：电缆校深和目的层射孔；
301：电缆设备就位，施工准备；
302：召开安全会议，技术和安全交底；
303：安装井口防喷系统，准备井下电缆管串和射孔枪；
304：下入管串，电缆校深，对目的层射孔；起出电缆和射孔枪 串，检查发射率；如100％发射，结束作业，如射孔发射率低于85％， 补射作业；
步骤4：抽水试验，落实目的层自然产能和液性；
步骤5：判断产水量，若涌水量高于20m3/h或水产量为零，则对 备用井段2908.0-2923.0m重新执行步骤2、3；若有涌水量但低于 20m3/h，则继续执行步骤5；
步骤6：缓慢下入水力喷射压裂-酸压管柱，并座封；
缓慢下入增产管串至设计位置。大直径工具过井口缓慢下入，下 钻速度严格控制在0.3m/s，下钻过程中做好井口防护，严禁井下落物； 下钻过程中打好背钳，避免封隔器中途座封。
下钻前精确丈量油管长度；调配管柱，充分考虑油管伸长因素， 使喷枪对准已射孔层；钻台正转管柱8圈，加压不低于150KN座封 RTTS压裂封隔器；环空加压10MPa，对封隔器验封合格。
步骤7：进行下部主水力喷射加砂压裂和酸压泵注施工
步骤701：循环和流程试压
主要作业内容包括：
压裂机组和人员进场，压裂准备及试压。
设备和人员配置：2500型泵车4台，仪表车1台，混砂车1台， 高低压管线管汇1套，作业人员30人；
压裂车摆放调整，连接高低压施工流程，施工准备。
现场召开施工前技术和安全交底会议；
泵车循环，放喷流程试压10MPa，泵注高压流程试压65MPa，合 格；
步骤702：小压测试；
步骤803：停泵测压降；
步骤704：前置交联压裂液：排量0.52-4.12m3/min，压力 4.53-52.39MPa，阶段泵入245.15m3；
步骤705：第一阶段稠化酸：排量2.76-3.08m3/min，压力 28.93-35.58MPa，阶段泵入60.66m3；
步骤706：交联压裂液段塞：排量2.09-4.23m3/min，压力 20.38-53.10MPa，阶段泵入91.22m3；
步骤707：第二阶段稠化酸：排量0.58-3.41m3/min，压力 7.62-31.83MPa，阶段泵入35.23m3；
步骤708：顶替液：排量1.96-3.3m3/min，压力26.89-4.04MPa， 阶段泵入25.00m3；停泵压力3.64MPa，0.5h，压降为0MPa；
累计入井压裂液396.76m3，胶凝酸95.88m3，累计入井液量 492.65m3；
步骤709：停泵测压降0.5h；
步骤8：放喷：视井口压力大小，采用高压管汇，控制放喷至井 口压力为零，无返排液产出；
步骤9：解封、循环、起钻；
901：上提管柱解封RTTS封隔器，确认上提下放无阻无卡，解封 正常；
901：用清水反替出油管内残液；
901：起水力喷射压裂-酸压管柱，检查工具状况并回收；
步骤10：试抽水试验。
在步骤702和703中，主要作业内容包括：排量0.59-3.61m3/min， 升排量和降排量测试，合计泵入线性胶33.5m3，测压降0.5h，压力 由14MPa降至0MPa；试压小压测试泵注曲线见图9。
小压测试分析
采用FracPro2019压裂软件小型压裂分析，图10为D22井瞬时停 泵解释曲线，井底ISIP停泵压力，求取裂缝闭合井底闭合压力、净 压力提供计算。
根据分析D22井底井底ISIP压力43.91MPa，ISIP梯度 0.0140MPa/m，值偏低，可推测本井主压裂施工压力低，容易实施， 有利于投球采用两组喷枪开展水力喷射酸压作业。
停泵后对地层进行压降监测，压降速率的变化能反应地层裂缝闭 合前后储层参数信息，通过G函数分析方法，求得D22井，井口闭合 压力3.75MPa，井底闭合压力34.54MPa，闭合压力梯度0.011MPa/m， 裂缝闭合时间19.5min，液体效率49.1％。从裂缝闭合压力梯度分析 本井地层闭合压力低，已低于正常岩性闭合压力梯度范畴。此外看到 G函数存在微微“凸”包，分析压裂施工段存在微裂缝但发育不充分。 本施工测试段线性胶液体效率49.1％，属于正常范围内略偏大，分析 可能由于线性胶存在较好的造壁降滤性，降低了液体的滤失、或者近 井地层存在污染，裂缝未向地层深部延伸，存在污染干扰，图11为 G函数分析曲线。
从算术平方根方法进行井底闭合压力求取，从此方法求得井口闭 合压力4.14MPa，井底闭合压力34.94MPa，闭合压力梯度 0.0111MPa/m，裂缝闭合时间18.2min，液体效率47.8％。图12为算 术平方根曲线。
从数据对比来看与G函数方法求得数值相差不大，可进一步证 实，本井井底闭合压力低等信息，下面采用双对数法进行本些小压测 试分析，如图13。
双对数方法求得井口闭合压力3.94MPa，井底闭合压力34.73 MPa，闭合压力梯度0.0111MPa/m，裂缝闭合时间19min，液体效率 48.6％。数据对比三种方法数值相差不大，井底裂缝扩展净压力 8-9MPa。
小压测试结论
1)本井井底ISIP压力43.91MPa，ISIP梯度0.0140MPa/m，推测 本井主压裂施工压力低，有利于投球采用两组喷枪开展水力喷射酸压 作业。
2)G函数分析方法，求得D22井井底闭合压力34.54MPa，闭 合压力梯度0.011MPa/m，裂缝闭合时间19.5min，液体效率49.1％， G函数“凸”包，分析施工段存在微裂缝但发育不充分。预测交联 压裂液降虑性好，有利于制造人工裂缝并向远端延伸，后续胶凝酸可 以在交联段塞顶替下沿人工裂缝向前延伸并有效酸蚀人工裂缝，滤失 部分胶凝酸有利于刻蚀天然裂缝，通过人工裂缝和改善天然裂缝达到 改善地层渗透条件，提高裂缝导流能力，进而实现增产目的。
3)考虑白云岩地层特性，酸压工艺基本能够确保增产目的，酸 蚀后裂缝导流能力较高，裂缝内不必添加支撑剂，且添加后支撑剂在 酸蚀高导裂缝内无法压实，一方面泵注施工易造成砂堵事故，另一方 面抽水过程中极易随流体回吐，引发后续卡泵等事故，现场决定不予 加砂。
在上述步骤5中，所述管柱如图16所示，包括油管1、RTTS封 隔器2、上短节3、喷枪5、下短节7、单向阀8、筛管9和导锥10， 所述油管1下端与RTTS封隔器2上端连接，所述RTTS封隔器2下 端通过上短节3与喷枪5上端连接，所述喷枪5下端通过下短节7与 单向阀8上端连接，所述单向阀8下单与筛管9上端连接，所述筛管 9下端与导锥10连接。所述上短节3和下短节7上分别安装有上扶 正器4和下扶正器6。
在本实施例中，导锥10外部上端为圆柱体、下端为锥面柱体， 内部上端为大直径圆形通孔、下端为小直径圆形通孔；大直径圆形通 孔处设有内螺纹。导锥10下端的锥面设计，便于顺利下入工具；同 时内部设计的通孔，提高了反洗井时的过流能力，保证了密封面含砂 时的处理能力，使工具运行更可靠。
在本实施例中，筛管9为带孔圆管，上下两端分别设有外螺纹， 筛管9下端与导锥10螺纹连接，筛管9主体侧面开有小孔，小孔与 筛管9内部通孔共同构成反洗井时流体通道。
如图20所示，单向阀8上下两端分别设置有外螺纹和螺纹槽801， 所述单向阀8上端通过外螺纹与下短节7下端螺纹连接，所述单向阀 8下端通过螺纹槽801与筛管上端螺纹连接，所述单向阀8内设置有 活动腔803，所述活动腔803上下两端分别设置有相互导通的上通道 804和下通道802，所述活动腔803内设置有活动塞805。
在本实施例中，所述上通道805下端面与活动塞805上端面之间 设置有压缩弹簧806，所述压缩弹簧806的上端与上通道805的下端 面连接，所述压缩弹簧806的下端与活动塞805上端面的凹槽底部连 接，所述活动塞805下断面设置有锥面808，所述锥面808与下通道 802上端贴合；所述活动塞805的侧壁呈梯形结构，所述梯形结构的 上部侧壁与活动腔805内壁贴合，所述梯形结构的下部侧壁上沿其圆 周方向设置有多个导流孔807。
压裂液正向流动时，活动塞805在压缩弹簧806的作用下，其下 端的锥面808与下通道802上端口贴合，对下通道实现座封；反洗时， 压裂液将活动塞805向上顶，导流孔807将下通道和上通道804连通， 实现解封并反向流动。而且该设计在水平位置时仍然能实现座封。
在本实施例中，所述下短节7为中空圆管，其上下接头处均设置 有内螺纹，分别与单向阀8的上端和喷嘴的下端螺纹连接。上下接头 处螺纹密封性高、强度高，施工中既可保证密封性又不会发生管柱断 裂事故。
如图17-19所示，所述喷枪5包括上接头501、下接头502、喷 嘴和喷嘴套，所述下接头501和上接头502设置在喷枪5的两端，所 述上接头501为内螺纹，下接头502为外螺纹，所述喷枪5上端与上 短节3下端的外螺纹连接，其下端则与下短节7的外螺纹连接。上短 节3也为中空圆管，上下接头处分别设有内螺纹和外螺纹。
所述喷枪5外壁上设置有多个喷射孔，所述喷嘴套503设置在喷 射孔中，所述喷嘴504设置在喷嘴套503中，所述喷嘴504上端设置 有喷嘴头505，所述喷嘴504与喷嘴头505的中线轴线上设置有贯通 的喷射水眼506。
具体的，所述喷嘴504的底部侧壁与喷嘴套503底部内壁焊接， 所述喷嘴头505下端面沿其圆周方向设置有多个等间距球形凸起 508，所述喷嘴504上端面沿其圆周方向设置有多个与球形凸起508 相配合的限位槽，利用球形凸起508与限位槽相互配合，实现喷嘴504与喷嘴头505在水平方向上的固定；所述喷嘴头505的外径小于 喷嘴的外壁，在喷嘴头505底部与喷嘴504上端外壁之间形成第一圆 台面5041，所述喷嘴头505的外壁自下向上设置有第二圆台面5052 和第一斜面5051，所述喷嘴套503的内壁上自下向上设置有与第一圆台面5041、第二圆台面5042和第一斜面5051分别吻合的第一环 面、第二环面以及第二斜面。利用第二斜面、第一环面以及第二环面 对第一斜面5051、第二圆台面5052以及第一圆台面5041进行限定， 实现喷嘴504与喷嘴头505在垂直方向的固定，并通过喷嘴504底部 与喷嘴套503内底部焊接实现喷嘴504的固定，从而利用喷嘴504与 喷嘴套503对喷嘴头505进行限定，防止喷嘴头505轴向移动或脱落。
在本实施例中，所述第二斜面的上方设置有第三斜面5031，所 述第三斜面5031的倾斜方向与第二斜面相反，则使得从喷射水眼506 喷出的液体不会直接接触喷嘴套503，并且在喷嘴套503的外端面上 喷焊有碳化钨层507，同样的，在喷嘴套503的周围的喷枪外壁上喷 焊碳化钨层507，从而使喷嘴套503以及喷枪具有更好的防止喷砂过 程的反溅冲蚀，进一步保证水力喷射压裂酸化技术的顺利完成。
在本实施例中，所述喷射水眼506的进液端至出液端为从大到小 的喇叭状过渡孔，其孔壁为光滑的弧面结构，从而当高压水通过喷嘴 头505时，不会产生涡流，避免了高压涡流对进口端内壁的损坏，从 而有效地延长喷嘴的使用寿命并提高了工作效率。
在本实施例中，喷嘴头505可采用硬度达到HRA90的钨钴硬质合 金喷嘴，或喷嘴头4为镍基合金喷嘴或碳化钨喷嘴，采用此结构，保 证了喷嘴头4自身的抗冲击性能，从而延长喷嘴头505的使用寿命。
本实施例中，喷枪表面进一步做磷化处理，增强耐腐蚀能力。
在本实施例中，上扶正器和下扶正器的结构相同，均为带有六翼 的圆管，六个翼沿轴向设置并沿圆管外周均布，六个翼上下两端分别 进行倒角，倒角面长度为20mm，倒角面与竖直面的倒角角度为30°， 便于工具在井眼内起下。扶正器可以固定不动管柱式无封隔器滑套水 力喷射脉动酸压装置，使之处于井筒中心且不与套管接触，保证酸化 压裂的对称性及作业稳定。
D22井酸压效果评价
1.射孔数据
D22井酸压增产前后射孔成井，射孔段深度3024-3032m、 3135-3140m、3155-3060m、3172-3174m，射孔段共计20m。
表12：D22井射孔段数据表
射孔段序号 起止深度(m) 厚度(m)
1 3024-3032 8
2 3135-3140 5
3 3155-3060 5
4 3172-3174 2
合计 20
2.酸压前抽水实验及结果
D22井酸压增产前采用型号200QJR20-340潜水泵1台，扬程 340m，潜水泵下至342.72m处。高于庄组抽水试验开始抽水时间为： 2021年4月20日11时05分，结束抽水时间为：2021年5月22日 11时05分，结束观测时间为：2021年5月22日23时05分。酸压 前抽水试验总计历时60小时，其中抽水时间48小时，恢复水位时间12小时。
由于水量小，抽水试验共计进行一个落程。抽水试验获得热水头 为111.20m，动水位埋深为307.88m，水位降深196.68m，涌水量4.72m 3/h，单位涌水量0.024m3/h.m，井口水温60℃。历时曲线见图19。
酸压前抽水数据表见下表13。
表13：D22井酸压前增产数据表
Figure BDA0003467062630000221
3.酸压后抽水实验及结果
D22井酸压后高于庄组抽水采用200QJR20-340潜水泵抽水，开 始抽水时间为：2021年5月7日8时00分，结束抽水时间为：2021 年5月12日9时00分，结束观测时间为：2021年5月13日9时00 分，本次抽水试验总计历时144小时，其中抽水时间96小时，恢复 水位时间48小时。抽水试验分三个落程，持续时间分别为48、31、 17小时。抽水试验获得热水头为101.43m，动水位埋深为160.66m， 水位降深59.23m，涌水量44.10m3/h，单位涌水量0.745m3/h.m，井 口水温66.5℃，试验所得数据见表14抽水试验数据表。历时曲线见 图20。
表14：抽水试验数据表
Figure BDA0003467062630000222
4.酸压前后增产效果对比
由以上酸压前后抽水试验及结果数据，可得出下表增产倍数。
表15：D22井酸压增产前后效果对比表
Figure BDA0003467062630000231
由以上表可见：
1、按照最大降深酸压前后对比，酸压前单位涌水量0.024m3/h· m，酸压后单位涌水量0.75m3/h·m，酸压后较酸压前增产30倍，酸 压增产效果明显，达到了设计目的，远超项目预期。
2、静温变化看，S3落程地热水产量高，出口温度66.5℃，S1 落程地热水产量低，出口温度60.5℃，温度变化与地热水产量正相 关。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通 技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不 脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。

Claims (9)

1.一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择增产层段；
步骤2：井筒处理；
步骤3：电缆校深和目的层射孔；
步骤4：抽水试验，落实目的层自然产能和液性；
步骤5：判断产水量，若涌水量高于20m3/h或水产量为零，则对备用井段2908.0-2923.0m重新执行步骤3、4；若有涌水量但低于20m3/h，则继续执行步骤5；
步骤6：下入水力喷射压裂-酸压管柱，并座封；
步骤7：进行下部主水力喷射加砂压裂和酸压泵注施工；
步骤8：放喷：视井口压力大小，采用高压管汇，控制放喷至井口压力为零，无返排液产出；
步骤9：解封、循环、起钻；
步骤10：试抽水试验，落实增产效果。
2.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，在步骤1中，井筒处理包括以下步骤：
步骤101：通井替原井泥浆、探人工井底、洗井：下89mm油管+155mm通井规，至人工井底或分段替浆，加压30KN探人工井底，核实钻井数据；用清水反替出井内原井泥浆，并继续用清水反循环洗井1.5周以上，确保进出液液性一致；
步骤102：刮削：下89mm油管+7〞套管刮削器，在封隔器座封位置、喷枪位置上下刮削3次，确保无阻无挂；接用清水反循环洗井1.5周，确保进出口液性一致。
3.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，在步骤5中，所述管柱包括油管、RTTS封隔器、上短节、喷枪、下短节、单向阀、筛管和导锥，所述油管下端与RTTS封隔器上端连接，所述RTTS封隔器下端通过上短节与喷枪上端连接，所述喷枪下端通过下短节与单向阀上端连接，所述单向阀下单与筛管上端连接，所述筛管下端与导锥连接。
4.根据权利要求3所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，所述喷枪包括喷枪本体、喷嘴套和喷嘴，所述喷枪本体的两端分别为上接头和下接头，所述喷枪本体通过上接头与下油管螺纹连接，所述喷枪本体通过下接头与球座螺纹连接，所述喷枪本体外壁上设置有6个不同方向的喷射孔，所述喷嘴套设置在喷射孔中，且螺栓与喷枪本体固定连接，所述喷嘴设置在喷嘴套中，所述喷嘴上端设置有喷嘴头，所述喷嘴与喷嘴头的中线轴线上设置有贯通的喷射水眼。
5.根据权利要求4所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，所述喷嘴的底部侧壁与喷嘴套底部内壁焊接，所述喷嘴头下端面沿其圆周方向设置有多个等间距球形凸起，所述喷嘴上端面沿其圆周方向设置有多个与球形凸起相配合的限位槽，所述喷嘴头的外径小于喷嘴的外壁，在喷嘴头底部与喷嘴上端外壁之间形成第一圆台面，所述喷嘴头的外壁自下向上设置有第二圆台面和第一斜面，所述喷嘴套的内壁上自下向上设置有与第一圆台面、第二圆台面和第一斜面分别吻合的第一环面、第二环面以及第二斜面，所述第二斜面的上方设置有第三斜面，所述第三斜面的倾斜方向与第二斜面相反。
6.根据权利要求4所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，所述喷射水眼的进液端至出液端为从大到小的喇叭状过渡孔，所述过渡孔内壁为光滑弧面。
7.根据权利要求3所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，所述单向阀上下两端分别设置有外螺纹和螺纹槽，所述单向阀上端通过外螺纹与下短节下端螺纹连接，所述单向阀下端通过螺纹槽与筛管上端螺纹连接，所述单向阀内设置有活动腔，所述活动腔上下两端分别设置有相互导通的上通道和下通道，所述活动腔内设置有活动塞。
8.根据权利要求7所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，所述上通道下端面与活动塞上端面之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的上端与上通道的下端面连接，所述压缩弹簧的下端与活动塞上端面的凹槽底部连接，所述活动塞下断面设置有锥面，所述锥面与下通道上端贴合，所述活动塞的侧壁呈梯形结构，所述梯形结构的上部侧壁与活动腔内壁贴合，所述梯形结构的下部侧壁上沿其圆周方向设置有多个导流孔。
9.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩深部地热水储层酸压增产工艺，其特征在于，在步骤7中，下部主水力喷射加沙压裂和酸压泵注施工过程如下：
步骤701：循环和流程试压；
步骤702：小压测试
升排量和降排量测试，合计泵入线性胶33.5m3，测压降0.5h，压力由14MPa降至0Mpa，生成小压测试泵注曲线，采用FracPro2019压裂软件对小压测试泵注曲线进行压裂分析；
步骤703：停泵测压降
停泵后对地层进行压降监测，压降速率的变化能反应地层裂缝闭合前后储层参数信息，通过G函数分析方法，求得井口闭合压力3.75MPa，井底闭合压力34.54MPa，闭合压力梯度0.011MPa/m，裂缝闭合时间19.5min，液体效率49.1％；
步骤704：前置交联压裂液：排量0.52-4.12m3/min，压力4.53-52.39MPa，阶段泵入245.15m3；
步骤705：第一阶段稠化酸：排量2.76-3.08m3/min，压力28.93-35.58MPa，阶段泵入60.66m3；
步骤706：交联压裂液段塞：排量2.09-4.23m3/min，压力20.38-53.10MPa，阶段泵入91.22m3；
步骤707：第二阶段稠化酸：排量0.58-3.41m3/min，压力7.62-31.83MPa，阶段泵入35.23m3；
步骤708：顶替液：排量1.96-3.3m3/min，压力26.89-4.04MPa，阶段泵入25.00m3；停泵压力3.64MPa，0.5h，压降为0MPa；
步骤709：停泵测压降0.5h。
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