CN115478827A - 一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，该方法包括固结井段磨料射流、拖动管柱液氮射流、压裂井段磨料射流、不动管柱压裂改造和水平井逐级分段压裂，所述该方法位于水平井内部，水平井包括天然气水合物水平井、套管、油管、固结井段，天然气水合物水平井中套管与井眼环空未实施固井作业，利用液氮水力射流建立压裂井段与已改造段之间的有效封隔，同时实施压裂改造，改进常规水力射孔分段压裂在水合物储层适应性不足的问题，为水合物储层水平井套管不固井完井提供一种安全环保、方便可靠、操作性极强的分段压裂方。
Description
技术领域
本发明涉及水合物储层分段压裂技术领域，尤其涉及一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法。
背景技术
天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，主要分布与深海沉积物或陆域永久冻土区域，因其外观像冰而且遇火燃烧，所以又被称为“可燃冰”。
水平井分段压裂技术是低渗透致密油气藏和页岩油气藏经济开发重要手段，这为水合物产业化开发增产稳产提供有益借鉴。水平井分段压裂施工工艺技术难点在于分段压裂工艺方式选择和井下封堵工具，目前国内外水平井分段压裂的工艺技术方法主要包括化学隔离技术、机械封隔技术、限流压裂技术和水力喷射分段压裂技术。对于天然气水合物储层而言，受现阶段固井水泥放热等影响，一般采用生产套管不固井完井，分段压裂过程中采用化学隔离、机械封隔和限流压裂均存在一些弊端，而集射孔、压裂与封隔一体化功能的水力喷射分段压裂具有显著优势。水力喷射分段压裂在孔道增压和油套环空压力共同作用下，人工裂缝起裂和延伸。而在弱胶结水合物储层中，水力射流孔道形态有别于成岩地层中较为规则的纺锤型孔道形态，孔道增压作用有限，裂缝起裂和延伸主要依靠油套环空压力作用，这对施工过程中井下压力控制要求极高，否则容易造成已改造段的重复压裂和低破裂压力储层段的起裂延伸。所以，水力喷射分段压裂虽然具有明显的技术优势，但是其在水合物储层中应用仍存在一系列技术难点，制约该工艺技术的现场应用和改造效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，用于解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，该方法包括固结井段磨料射流、拖动管柱液氮射流、压裂井段磨料射流、不动管柱压裂改造和水平井逐级分段压裂，所述该方法位于水平井内部，水平井包括天然气水合物水平井、套管、油管、固结井段，天然气水合物水平井中套管与井眼环空未实施固井作业；
所述固结井段磨料射流：拖动水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段，按照固结井段水力射流参数，通过压裂车组从油管泵注射孔液及磨料，射穿套管，沟通套管外环空；
所述拖动管柱液氮射流：在固结井段磨料射流上的固结井段磨料射流施工结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段底部，以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过地面压裂车组从油管泵注液氮，液氮从喷嘴射流喷出时同步上提管柱，液氮从喷枪喷高速射流嘴流出后，体积快速膨胀，压力急剧降低，产生焦耳-汤姆逊效应，在套管与裸眼环空以及套管内部结冰而产生固结冰包，从而对已改造井段实现固结封堵；
所述压裂井段磨料射流：在拖动管柱液氮射流上的拖动管柱液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至压裂改造目标井段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管泵注射孔液和磨料，射穿套管，沟通储层，建立压裂通道；
所述不动管柱水力压裂：在压裂井段磨料射流上的压裂井段磨料射流结束后，保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，按照水力压裂施工参数，通过油套同注泵注压裂液和支撑剂，对压裂井段进行压裂改造；
所述水平井逐级分段压裂：根据水平井压裂设计，拖动管柱至下一固结井段，重复步骤固结井段磨料射流和拖动管柱液氮射流完成该段的固结封堵，并继续拖动管柱至压裂井段，重复步骤压裂井段磨料射流和不动管柱水力压裂完成该段的压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
优选的，所述固结井段位于压裂井段与已改造压裂段之间，目的在于产生封堵作用；所述水力喷砂射孔压裂管柱从下至上包括导向头、单向阀、筛管、喷枪短接、导流扶正器、安全接头和油管。
优选的，所述固结井段射孔参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间以刚好射穿套管为宜；所述射孔液以高效携砂和保护储层；所述磨料为石英砂和石榴石，为了对所述固结井段进行有效封堵，对固结井段实施多次射孔作业。
优选的，所述拖动管柱液氮射流目的在于对套管与裸眼环空以及套管内部进行有效固结封堵，同时预防作业管柱冻结于套管内；所述下放水力喷砂射孔压裂管柱的目的是为了确保上提管柱过程中，液氮射流能够覆盖所述固结井段的所有孔眼；所述液氮射流参数主要包括射流排量和射流时间，其中射流排量需确保固结冰包的形成速率和强度满足封堵要求，射流时间需确保液氮射流过程中能够覆盖固结井段所有孔眼。
优选的，所述压裂井段磨料射流目的在于建立井筒于储层间的压裂通道；所述压裂井段水力射流参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间不仅要求射穿套管，同时要求在储层内形成一定尺度的射流孔道，以便于诱导人工裂缝起裂和延伸；所述射孔液和磨料可以与固结井段磨料射流中一致。
优选的，所述不动管柱目的在于保持水力喷砂射孔压裂管柱喷嘴与套管和地层内孔眼对应，利于压裂改造；所述油套同注可根据实际工况选择环空加砂，油管补液或者油管加砂，环空补液的方式进行压裂；所述压裂液推荐采用延迟自生热压裂液体系，可以弥补液氮固结套管和井眼环空以及套管内所需的热量。
优选的，为了降低施工难度和段间干扰，水平井分段压裂推荐采用从水平井B靶点至A靶点逐级分段压裂改造。
优选的，所述按照正常压裂作业程序实施第N段压裂改造，第N段裂缝沟通天然气水合物储层。
优选的，所述第N段施工结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N段与第N+1段井段之间的固结井段实施磨料射流，按照固结井段的水力射流参数，通过地面压裂车组从油管泵注射孔液及磨料，射穿套管，为了更好的沟通储层，对固结井段实施多次射孔，沟通套管外环空，固结井段磨料射流结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段底部，并以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过压裂车组从油管泵注液氮，当液氮从喷嘴喷出时，同步上提水力喷砂射孔压裂管柱，液氮流经套管孔眼在套管与裸眼环空以及套管内部结冰而产生固结冰包，从而对已改造第N段实现固结封堵。
优选的，所述固结井段液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N+段压裂段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管泵注射孔液和磨料，射穿套管，沟通储层，在储层内建立N+1段射流孔道，保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，优选延迟自生热压裂液体系，按照水力压裂施工参数，通过油管加砂，环空补液的方式对第N+1段进行压裂改造，第N+1段压裂施工结束后，拖动管柱至第N+1段和第N+2段中间的固结井段）按照上述步骤完成固结封堵，并拖动管柱至第N+2段完成压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，利用液氮水力射流建立压裂井段与已改造段之间的有效封隔，同时实施压裂改造，改进常规水力射孔分段压裂在水合物储层适应性不足的问题，为水合物储层水平井套管不固井完井提供一种安全环保、方便可靠、操作性极强的分段压裂方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、天然气水合物水平井；2、套管；21、套管孔眼；3、油管；31、导向头；32、单流阀；33、筛管；34、喷枪短接；35、导流扶正器；36、安全接头；4、第N段裂缝；5、固结井段（5）；51固结冰包；6、第N+1段射流孔道。
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做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。
实施例：参照图1，一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，包括该方法包括固结井段磨料射流、拖动管柱液氮射流、压裂井段磨料射流、不动管柱压裂改造和水平井逐级分段压裂，该方法位于水平井内部，水平井包括天然气水合物水平井1、套管2、油管3、固结井段5，天然气水合物水平井1中套管2与井眼环空未实施固井作业，利用液氮水力射流建立压裂井段与已改造段之间的有效封隔，同时实施压裂改造，改进常规水力射孔分段压裂在水合物储层适应性不足的问题，为水合物储层水平井套管不固井完井提供一种安全环保、方便可靠、操作性极强的分段压裂方法；
固结井段磨料射流：拖动水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段5，按照固结井段5水力射流参数，通过压裂车组从油管3泵注射孔液及磨料，射穿套管，沟通套管外环空；
拖动管柱液氮射流：在固结井段磨料射流上的固结井段磨料射流施工结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段5底部，以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过地面压裂车组从油管泵注液氮，液氮从喷嘴射流喷出时同步上提管柱，液氮从喷枪喷高速射流嘴流出后，体积快速膨胀，压力急剧降低，产生焦耳-汤姆逊效应，在套管2与裸眼环空以及套管2内部结冰而产生固结冰包，从而对已改造井段实现固结封堵；
压裂井段磨料射流：在拖动管柱液氮射流上的拖动管柱液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至压裂改造目标井段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管泵注射孔液和磨料，射穿套管，沟通储层，建立压裂通道；
不动管柱水力压裂：在压裂井段磨料射流上的压裂井段磨料射流结束后，保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，按照水力压裂施工参数，通过油套同注泵注压裂液和支撑剂，对压裂井段进行压裂改造；
水平井逐级分段压裂：根据水平井压裂设计，拖动管柱至下一固结井段5，重复步骤固结井段磨料射流和拖动管柱液氮射流完成该段的固结封堵，并继续拖动管柱至压裂井段，重复步骤压裂井段磨料射流和不动管柱水力压裂完成该段的压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
固结井段5位于压裂井段与已改造压裂段之间，目的在于产生封堵作用；水力喷砂射孔压裂管柱从下至上包括导向头31、单向阀32、筛管33、喷枪短接34、导流扶正器35、安全接头36和油管3。
固结井段5射孔参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间以刚好射穿套管2为宜；射孔液以高效携砂和保护储层；磨料为石英砂和石榴石，为了对固结井段5进行有效封堵，对固结井段5实施多次射孔作业。
拖动管柱液氮射流目的在于对套管2与裸眼环空以及套管2内部进行有效固结封堵，同时预防作业管柱冻结于套管2内；下放水力喷砂射孔压裂管柱的目的是为了确保上提管柱过程中，液氮射流能够覆盖固结井段5的所有孔眼；液氮射流参数主要包括射流排量和射流时间，其中射流排量需确保固结冰包的形成速率和强度满足封堵要求，射流时间需确保液氮射流过程中能够覆盖固结井段5所有孔眼。
压裂井段磨料射流目的在于建立井筒于储层间的压裂通道；压裂井段水力射流参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间不仅要求射穿套管2，同时要求在储层内形成一定尺度的射流孔道，以便于诱导人工裂缝起裂和延伸；射孔液和磨料可以与固结井段磨料射流中一致。
不动管柱目的在于保持水力喷砂射孔压裂管柱喷嘴与套管2和地层内孔眼对应，利于压裂改造；油套同注可根据实际工况选择环空加砂，油管补液或者油管加砂，环空补液的方式进行压裂；压裂液推荐采用延迟自生热压裂液体系，可以弥补液氮固结套管和井眼环空以及套管2内所需的热量。
为了降低施工难度和段间干扰，水平井分段压裂推荐采用从水平井B靶点至A靶点逐级分段压裂改造。
按照正常压裂作业程序实施第N段压裂改造，第N段裂缝4沟通天然气水合物储层。
第N段施工结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N段与第N+1段井段之间的固结井段5实施磨料射流，按照固结井段5的水力射流参数，通过地面压裂车组从油管3泵注射孔液及磨料，射穿套管2，为了更好的沟通储层，对固结井段5实施多次射孔，沟通套管外环空，固结井段磨料射流结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段5底部，并以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过压裂车组从油管泵注液氮，当液氮从喷嘴喷出时，同步上提水力喷砂射孔压裂管柱，液氮流经套管孔眼21在套管2与裸眼环空以及套管2内部结冰而产生固结冰包51，从而对已改造第N段实现固结封堵。
固结井段5液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N+1段压裂段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管3泵注射孔液和磨料，射穿套管2，沟通储层，在储层内建立N+1段射流孔道6，保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，优选延迟自生热压裂液体系，按照水力压裂施工参数，通过油管加砂，环空补液的方式对第N+1段进行压裂改造，第N+1段压裂施工结束后，拖动管柱至第N+1段和第N+2段中间的固结井段5按照上述步骤完成固结封堵，并拖动管柱至第N+2段完成压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，该方法包括固结井段磨料射流、拖动管柱液氮射流、压裂井段磨料射流、不动管柱压裂改造和水平井逐级分段压裂，所述该方法位于水平井内部，水平井包括天然气水合物水平井（1）、套管（2）、油管（3）、固结井段（5），天然气水合物水平井（1）中套管（2）与井眼环空未实施固井作业；
所述固结井段磨料射流：拖动水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段（5），按照固结井段（5）水力射流参数，通过压裂车组从油管（3）泵注射孔液及磨料，射穿套管，沟通套管外环空；
所述拖动管柱液氮射流：在固结井段磨料射流上的固结井段磨料射流施工结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段（5）底部，以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过地面压裂车组从油管泵注液氮，液氮从喷嘴射流喷出时同步上提管柱，液氮从喷枪喷高速射流嘴流出后，体积快速膨胀，压力急剧降低，产生焦耳-汤姆逊效应，在套管（2）与裸眼环空以及套管（2）内部结冰而产生固结冰包，从而对已改造井段实现固结封堵；
所述压裂井段磨料射流：在拖动管柱液氮射流上的拖动管柱液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至压裂改造目标井段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管泵注射孔液和磨料，射穿套管，沟通储层，建立压裂通道；
所述不动管柱水力压裂：在压裂井段磨料射流上的压裂井段磨料射流结束后，保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，按照水力压裂施工参数，通过油套同注泵注压裂液和支撑剂，对压裂井段进行压裂改造；
所述水平井逐级分段压裂：根据水平井压裂设计，拖动管柱至下一固结井段（5），重复步骤固结井段磨料射流和拖动管柱液氮射流完成该段的固结封堵，并继续拖动管柱至压裂井段，重复步骤压裂井段磨料射流和不动管柱水力压裂完成该段的压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
2.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述固结井段（5）位于压裂井段与已改造压裂段之间，目的在于产生封堵作用；所述水力喷砂射孔压裂管柱从下至上包括导向头（31）、单向阀（32）、筛管（33）、喷枪短接（34）、导流扶正器（35）、安全接头（36）和油管（3）。
3.根据权利要求2所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述固结井段（5）射孔参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间以刚好射穿套管（2）为宜；所述射孔液以高效携砂和保护储层；所述磨料为石英砂和石榴石，为了对所述固结井段（5）进行有效封堵，对固结井段（5）实施多次射孔作业。
4.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述拖动管柱液氮射流目的在于对套管（2）与裸眼环空以及套管（2）内部进行有效固结封堵，同时预防作业管柱冻结于套管（2）内；所述下放水力喷砂射孔压裂管柱的目的是为了确保上提管柱过程中，液氮射流能够覆盖所述固结井段（5）的所有孔眼；所述液氮射流参数主要包括射流排量和射流时间，其中射流排量需确保固结冰包的形成速率和强度满足封堵要求，射流时间需确保液氮射流过程中能够覆盖固结井段（5）所有孔眼。
5.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述压裂井段磨料射流目的在于建立井筒于储层间的压裂通道；所述压裂井段水力射流参数包括射孔排量、射孔砂比、射孔时间，其中射孔时间不仅要求射穿套管（2），同时要求在储层内形成一定尺度的射流孔道，以便于诱导人工裂缝起裂和延伸；所述射孔液和磨料可以与固结井段磨料射流中一致。
6.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述不动管柱目的在于保持水力喷砂射孔压裂管柱喷嘴与套管（2）和地层内孔眼对应，利于压裂改造；所述油套同注可根据实际工况选择环空加砂，油管补液或者油管加砂，环空补液的方式进行压裂；所述压裂液推荐采用延迟自生热压裂液体系，可以弥补液氮固结套管和井眼环空以及套管（2）内所需的热量。
7.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，为了降低施工难度和段间干扰，水平井分段压裂推荐采用从水平井B靶点至A靶点逐级分段压裂改造。
8.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述按照正常压裂作业程序实施第N段压裂改造，第N段裂缝（4）沟通天然气水合物储层。
9.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述第N段施工结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N段与第N+1段井段之间的固结井段（5）实施磨料射流，按照固结井段（5）的水力射流参数，通过地面压裂车组从油管（3）泵注射孔液及磨料，射穿套管（2），为了更好的沟通储层，对固结井段（5）实施多次射孔，沟通套管外环空，固结井段磨料射流结束后，下放水力喷砂射孔压裂管柱至固结井段（5）底部，并以液氮为射流介质，按照液氮射流参数，通过压裂车组从油管泵注液氮，当液氮从喷嘴喷出时，同步上提水力喷砂射孔压裂管柱，液氮流经套管孔眼（21）在套管（2）与裸眼环空以及套管（2）内部结冰而产生固结冰包（51），从而对已改造第N段实现固结封堵。
10.根据权利要求1所述的一种水合物储层水平井套管不固井完井分段压裂方法，其特征在于，所述固结井段（5）液氮射流结束后，拖动水力喷砂射孔压裂管柱至第N+1段压裂段，按照压裂井段水力射流参数，通过压裂车组从油管（3）泵注射孔液和磨料，射穿套管（2），沟通储层，在储层内建立N+1段射流孔道（6），保持水力喷砂射孔压裂管柱不动，优选延迟自生热压裂液体系，按照水力压裂施工参数，通过油管加砂，环空补液的方式对第N+1段进行压裂改造，第N+1段压裂施工结束后，拖动管柱至第N+1段和第N+2段中间的固结井段（5）按照上述步骤完成固结封堵，并拖动管柱至第N+2段完成压裂改造，依次类推，重复上述步骤，完成水平井所有压裂井段的压裂改造。
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