CN114508348A - 一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法，步骤1：制备缝洞型岩样，岩样边长至少300mm，岩样设置井筒、天然溶洞和天然裂缝；步骤2：岩样放入模拟装置，加载三向主应力；步骤3：向井筒中泵入压裂液，压开沿最大水平主应力方向上的水力裂缝；步骤4：泵注暂堵液，暂堵剂尺寸小于水力裂缝缝宽进行缝内暂堵；步骤5：以高于破裂压力排量注入压裂液，沿非最大水平主应力方向开启新水力裂缝；步骤6：向新水力裂缝中注入酸液，使其沟通天然裂缝和溶洞；步骤7：观察并分析裂缝和暂堵剂形态和转向。该方法基于大尺度缝洞型岩样，结合水力压裂、缝内暂堵转向以及基质酸化技术，更好的模拟溶洞储集体在非最大水平主应力方向上的情况与规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法，属于致密油气藏水力压裂技术领域。
背景技术
为提高油气井产量，储层在开采过程中会利用水力压裂及酸化、酸压等手段进行改造施工。在缝洞型碳酸盐岩储层中，储层改造的主要目的是为了沟通溶洞储集体，传统改造措施仅能在水平最大主应力方向上形成单一裂缝或者仅可以沟通近井地带的溶洞，对于非最大主应力方向上的溶洞储集体，则需要将缝内暂堵转向压裂以及基质酸化“循缝找洞”二者相结合，以达到增产改造的目的。
目前，室内真三轴水力压裂实验主要集中研究天然裂缝对于水力裂缝扩展的影响，相对较少研究天然溶洞对于水力裂缝扩展的影响。而缝洞型碳酸盐岩储层则更为复杂，和单纯的裂缝性油藏相比，缝洞型储层中缝、洞交错存在，溶洞尺寸跨度从厘米级到米级，流动复杂，既有渗流、裂缝流，又有洞穴流。储层地质结构更加复杂，具有更高的非均质型，水力裂缝扩展模式更加复杂，对于实验研究也提出了更高的挑战(翁振,张耀峰,伍轶鸣,范坤,汪芳.储层溶洞对水力裂缝扩展路径影响的实验研究[J].油气藏评价与开发,2019,9(06):42-46.)。因此，针对缝洞型油藏，传统室内真三轴水力压裂实验装置无法模拟缝内暂堵转向压裂以及基质酸化，是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有室内真三轴水力压裂实验装置无法模拟缝洞型油藏缝内暂堵转向压裂以及基质酸化的技术问题，本发明提供了一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法。制备大尺度岩样的基础上，结合天然裂缝与天然溶洞的制备，模拟缝洞型岩样，从而能够模拟在非最大主应力方向上压裂裂缝，从而模拟缝内暂堵转向循缝找洞压裂以及基质酸化。
本发明的技术方案：
一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法，包括以下步骤：
步骤1：制备缝洞型岩样，所述岩样的中心设置井筒，在所述井筒两侧对称设置两个天然溶洞，在每个所述天然溶洞周围设置天然裂缝，所述岩样为大尺度岩样，尺寸为300～400mm×300～400mm×300～400mm；
步骤2：将制备好的岩样放入三轴暂堵压裂物理模拟装置中，根据实验要求使用三轴应力泵对试样进行三向主应力加载；
步骤3：泵入压裂液，压开沿最大水平主应力方向上的一条裂缝；
步骤4：泵注暂堵液，暂堵液中的暂堵剂尺寸小于裂缝缝宽，使其将暂堵剂携带入缝内形成暂堵；
步骤5：以高于破裂压力的排量继续注入压裂液，使其沿非最大水平主应力方向开启新的裂缝；
步骤6：向新裂缝中注入酸液，使其沟通天然裂缝，直至沟通天然溶洞；
步骤7：泵注结束后，取出岩样，观察岩石表面裂缝形态，然后剖开岩样，观察岩样内部裂缝形态、暂堵剂铺设形态以及裂缝转向、酸蚀蚓孔扩展状况，并结合施工压力曲线进行分析。
在向泵压裂液、暂堵剂和酸液以前，还包括制备实验所需的压裂液、暂堵剂以及酸液的步骤。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法中，优选地，其岩样制备要点为：
所述岩样采用中强型普通硅酸盐水泥，例如强度等级为32.5Mpa，其中水泥、细沙和水按照质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.2-0.6混合浇筑而成，例如1：1：0.4。所述岩样的原料、配比和尺寸可按照模拟地层条件的不同做出调整。
所述岩样中井筒的制备过程为：在所述岩样中钻取一个直径为20mm、长度为200mm的井眼，用150mm长钢管模拟井筒并进行固井，并留出50mm裸眼井段。所述井筒尺寸可根据岩样尺寸按照实验需求做出调整。
所述岩样中天然溶洞的制备过程为：在浇筑之前，将2个外径为50mm，高为120mm的PVC管对称预埋在井筒两侧，或后期采用直径为0.75mm的小钻头凿除，溶洞中心与井筒中心的距离为60mm，以模拟直径为50mm的天然溶洞储集体距离井筒较近的情况。所述天然溶洞的尺寸和位置可按照实验需求做出调整。
所述岩样中天然裂缝的制备过程为：在混凝土浇筑过程中，在所述天然溶洞的附近放置2～8张50mm×50mm的打印纸用以模拟缝洞型储层中天然溶洞附近的天然裂缝。所述天然裂缝的尺寸和位置以及角度可以按照实验需求做出调整。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟过程中，优选地，所述压裂液为胍胶压裂液，进一步的应为耐酸型压裂液，其包括酸性羧甲基压裂液、自生酸压裂液和酸性交联纤维素压裂液中的一种或几种。所述胍胶压裂液的原料组成和配比可根据需改造储层的实际情况进行调整，优选地，以质量百分比计，所述胍胶压裂液的原料组成包括：0.5％羧甲基胍胶+0.2％粘稳剂+0.5％助排剂+0.2％交联促进剂+0.05％杀菌剂，余量为水。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟过程中，优选地，缝内暂堵剂由纤维和/或颗粒组成，要求所述暂堵纤维及暂堵颗粒尺寸小于裂缝缝宽，其在作为溶剂的压裂液中的质量分数为2％～4％。其组成与配比可按照实验需求进行调整。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟过程中，优选地，所述酸液为交联酸体系，所述交联酸体系的原料组成包括：20％盐酸+1％稠化剂+2.5％缓蚀剂+0.5％增效剂+1％酸压用铁离子稳定剂+1％酸压用破乳剂+1％交联剂和延迟交联剂(2：12)。在本发明提供的技术方案中，所述交联酸体系的原料组成和配比可根据需改造储层的实际情况进行调整。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟过程中，优选地，所述三向主应力应根据实验要求使用三轴应力泵进行加载。
在本发明提供的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟过程中，优选地，应记录实验施工压力，以便进行分析。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的岩样为大尺度岩样，尺寸为300～400mm×300～400mm×300～400mm，并且结合了天然裂缝与天然溶洞的制备，以更好的模拟缝洞型岩样。该大尺度缝洞型岩样不仅能够模拟最大主应力方向上的水力裂缝，而且能够模拟在非最大主应力方向上的压裂裂缝。
2、本发明提供了一套开采缝洞型油藏的物理模拟方法流程，在大尺寸缝洞型岩样的基础上，结合了水力压裂技术、缝内暂堵转向技术以及基质酸化的优势，可以更好地模拟溶洞储集体位于井筒非最大水平主应力方向上的情况与规律，为更好地开采该类储层提供了新思路与新方法。
附图说明
图1是大尺度缝洞型岩样的俯视示意图；
2、井筒，8、大尺度岩样，9、水力裂缝，10、天然溶洞，11、天然裂缝；12、新水力裂缝；
图2是本发明的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟装置的实施例的示意图；
1、岩样腔，2、井筒，3、压裂液管，4、暂堵液罐，5、酸液罐，6、驱替泵，7、控制台；
图3是大尺度缝洞型岩样的立体示意图；
2、井筒，8、大尺度岩样，10、天然溶洞，11、天然裂缝。
具体实施方式
下面将结合附图1-3和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
本实施例的一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法，包括以下步骤：
步骤1：制备缝洞型岩样：所述岩样的中心设置井筒2，在所述井筒2两侧对称设置两个天然溶洞10，在每个所述天然溶洞10周围设置天然裂缝11，所述岩样为大尺度岩样8；
采用强度等级为32.5Mpa的中强型普通硅酸盐水泥制备300mm×300mm×300mm的大尺度岩样8，其中水泥、细沙和水按照质量比为1：1：0.4混合。
如图1和图3所示，在所述制备好的岩样的中心钻取一个直径为20mm、长度为200mm的井眼，用150mm长钢管模拟井筒2并使用环氧树脂胶水进行固井，岩样中部留出50mm裸眼井段。在浇筑之前，将2个外径为50mm，高为120mm的PVC管对称预埋在井筒2两侧的对角线位置以模拟天然溶洞10，或者后期采用直径为0.75mm的小钻头凿除以模拟直径为50mm的天然溶洞10，溶洞中心与井筒2中心的距离为60mm。浇筑时，在每个所述天然溶洞10的附近放置2～8张50mm×50mm的打印纸用以模拟缝洞型储层中天然溶洞附近的天然裂缝11。
步骤2：将制备好的大尺度岩样8放入三轴暂堵压裂物理模拟装置的岩样腔1中，并施加三轴主应力：首先通过电控系统沿X方向施加第一应力，其大小为15Mpa；其次沿Y方向施加第二应力，其大小为13Mpa；沿Z轴施加第三应力，其大小为5Mpa。
步骤3：制备压裂液、暂堵液和酸液：
制备压裂液1000mL，压裂液配方为：0.5％羧甲基胍胶+0.2％粘稳剂+0.5％助排剂+0.2％交联促进剂+0.05％杀菌剂，余量为水。
制备暂堵液1000mL，暂堵液配方为：压裂液+0.4％可降解纤维(<1mm)。
制备酸液1500mL，酸液配方为20％盐酸+1％稠化剂+2.5％缓蚀剂+0.5％增效剂+1％酸压用铁离子稳定剂+1％酸压用破乳剂+1％交联剂和延迟交联剂(2：12)。
步骤4：通过驱替泵6和控制台7以50mL/min的速率从压裂液管3向井筒2中泵入压裂液250mL，压开沿最大水平主应力方向上的一条水力裂缝9。
步骤5：再通过驱替泵6和控制台7以50mL/min的速率从暂堵液管4中向井筒2中泵入暂堵液250mL对水力裂缝9进行暂堵。
步骤6：再次通过驱替泵6和控制台7以相同速率向井筒2中注入压裂液300mL，使其沿非最大水平主应力方向开启新水力裂缝12。
步骤7：通过驱替泵6和控制台7以25mL/min的速率从酸液罐5向井筒2中注入酸液，使新水力裂缝12沟通天然裂缝11，直至沟通天然溶10。当压力突然降低，则说明新水力裂缝12与溶洞储集体/天然溶洞10已沟通。
步骤8：泵注结束后，取出大尺度岩样8，通过观察泵注压力可判断裂缝暂堵效果以及与天然裂缝、天然溶洞的沟通情况，可以对溶洞储集体在井筒非最大水平主应力方向上时的缝内暂堵转向循缝找洞压裂实现较好的模拟。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发
明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种直井缝内暂堵转向循缝找洞压裂物理模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：制备缝洞型岩样，所述岩样的中心设置井筒，在所述井筒两侧对称设置两个天然溶洞，在每个所述天然溶洞周围设置天然裂缝，所述岩样为大尺度岩样，尺寸为300～400mm×300～400mm×300～400mm；
步骤2：将制备好的所述岩样放入三轴暂堵压裂物理模拟装置中，使用三轴应力泵对试样进行三向主应力加载；
步骤3：向所述井筒中泵入压裂液，压开沿最大水平主应力方向上的一条水力裂缝；
步骤4：向所述井筒中泵注暂堵液，所述暂堵液中的暂堵剂尺寸小于水力裂缝缝宽，使其将暂堵剂携带入水力裂缝内形成暂堵；
步骤5：以高于破裂压力的排量继续注入压裂液，使其沿非最大水平主应力方向开启新水力裂缝；
步骤6：向所述新水力裂缝中注入酸液，使所述新水力裂缝沟通天然裂缝，直至沟通天然溶洞；
步骤7：泵注结束后，取出岩样，观察岩石表面裂缝形态，然后剖开岩样，观察岩样内部裂缝形态、暂堵剂铺设形态以及裂缝转向、酸蚀蚓孔扩展状况，并结合施工压力曲线进行分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中制备岩样采用中强型普通硅酸盐水泥，其中水泥、细沙和水按照质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.2-0.6混合浇筑而成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤1中岩样上的井筒制备过程为：在所述岩样中钻取一个直径为18～22mm、长度为180～220mm的井眼，用140～160mm长钢管模拟井筒并进行固井，余留出40～60mm裸眼井段。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤1中所述天然溶洞的制备过程为：在浇筑之前，将两个空心管对称预埋在井筒两侧，或浇筑后采用钻头在所述井筒两侧对称凿除岩样，以模拟天然溶洞，所述天然溶洞尺寸为：直径为40～60mm，高度为100～140mm，所述天然溶洞中心与井筒中心的距离为50～80mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2中天然裂缝的制备过程为：在浇筑过程中，在所述天然溶洞的附近放置2～8张40～60mm×40～60mm的纸，以模拟缝洞型储层中天然溶洞附近的天然裂缝。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中泵注的压裂液为胍胶压裂液。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述压裂液为耐酸型压裂液，包括酸性羧甲基压裂液、自生酸压裂液和酸性交联纤维素压裂液中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于以质量百分比计，所述胍胶压裂液的原料组成包括：0.5％羧甲基胍胶+0.2％粘稳剂+0.5％助排剂+0.2％交联促进剂+0.05％杀菌剂，余量为水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤4中泵注的所述暂堵液包括暂堵剂和作为溶剂的压裂液，所述暂堵剂由暂堵纤维和/或暂堵颗粒组成，所述暂堵纤维和暂堵颗粒的尺寸小于所述水力裂缝缝宽，所述暂堵剂在作为溶剂的压裂液中的质量分数为2％～4％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤6中泵注的酸液为交联酸体系，所述交联酸体系的原料组成包括：20％盐酸+1％稠化剂+2.5％缓蚀剂+0.5％增效剂+1％酸压用铁离子稳定剂+1％酸压用破乳剂+1％交联剂和延迟交联剂。
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