CN117916448A - 通过优化裂缝导流提高完井的方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述了增产具有碳酸盐组分的烃储层的方法。通过将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与储层的酸处理过程中要形成的裂缝的体积之比，定义导流参数和导流结果之间的关系，基于该关系来选择导流参数的值，基于导流参数的选择值来确定导流材料的量，以及将该量的导流材料添加到酸处理材料中，来形成酸处理材料。然后使用酸处理材料对储层进行酸处理。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2021年8月6日提交的美国临时专利申请序列号63/230,482的权益，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本专利申请解决了使用导流(diversion)材料对烃储层进行增产的问题。具体地，本文描述了用于设计酸处理中的导流部署的过程。
背景技术
烃储层通常被增产以增加烃的采收率。通常实施水力压裂，其中流体在高于储层断裂强度的压力下被加压到储层中。在大多数压裂实践中，将井钻入地层中，并在井的外壁上形成套管。然后使用炸药对套管进行射孔，以在套管中形成孔，这些孔可以从井壁延伸到地层中一小段距离。无论井是否下套管和射孔，都可以利用井将流体部署在地层内，以增加烃从地层流入井内。微粒通常包含在流体中，以影响压裂液如何进入井的不同非均质部分，从而影响从地层到井的流动，例如减少从地层到井的水流动，或者从具有对比性质的储层的多个部分进行生产。这种方法通常被称为“导流”
在一些情况下，酸性流体被部署在地层内，以通过溶解岩石材料(例如碳酸盐岩)来增加地层的酸敏感材料内的流动路径的尺寸。这个过程通常被称为“岩石蚀刻”。在酸处理的情况下将导流材料部署到地层是复杂的，事实是在部署导流材料期间和之后，酸处理改变了地层内流动路径的尺寸和结构。岩石材料不断被酸溶解，酸处理的化学过程和反应速率不断变化。目前，还没有稳健的方法来规划和设计酸处理时的导流材料的使用。确定在特定地层的处理液中使用多少颗粒导流材料实际上是猜测。
发明内容
本文描述的实施例提供了一种处理具有酸敏感组分的烃储层的方法，该方法包括将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与在储层的酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积的比率；定义导流参数和导流结果之间的关系；基于该关系选择导流参数的值；基于所选择的导流参数值确定导流材料的量；形成包含所述量的导流材料的酸处理流体；以及将酸处理流体应用于烃储层。
本文所述的其他实施例提供了一种形成用于具有碳酸盐组分的烃储层的处理流体的方法，该方法包括将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与在地层的酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积的比率；定义导流参数和导流结果之间的关系；基于该关系选择导流参数的值；基于所选择的导流参数值确定导流材料的量；基于流动测试选择导流材料的粒度分布；和将一定量的导流材料加入酸处理材料中。
本文所述的其他实施例提供了一种形成用于具有碳酸盐组分的烃储层的处理流体的方法，该方法包括将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与在地层的酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积的比率；定义导流参数和导流结果之间的关系；基于该关系选择导流参数的值；将导流参数的选择值与射孔-裂缝系统的体积相乘以计算导流材料的体积；基于流动测试选择导流材料的粒度分布；和将一定量的导流材料加入酸处理材料中。
附图说明
图1是概述根据一个实施例的方法的流程图。
图2是示出导流材料的台架(bench)狭槽测试程序的结果的曲线图。
图3是示出使用导流材料的流体损失测试的结果的图。
图4是示出导流测试的压力发展和泵送速率的曲线图。
图5A和5B是射孔孔道的几何理论图。
图6是示出在具有不同特性的地层中导流参数和压力上升之间的模拟关系的曲线图。
图7A-7D是不同场景下的导流特性的说明图。
具体实施方式
图1是概述根据一个实施例的方法100的流程图。方法100是一种利用烃地层的酸处理来规划导流材料的部署以成功改变地层内的流动剖面的方法。方法100依赖于地层建模和导流器测试的组合来实现很可能导致地层内成功导流的处理混合物。
在102处，获得导流材料的特性以帮助选择用于处理的导流材料。可以进行一个或多个实验室测试或场地规模(yard-scale)测试，以给出一种或多种导流材料和/或导流混合物在不同流动条件下的特性的基准指示。用于这种测试的设备是具有流动路径的流动设备，该流动路径具有模拟可能存在或可能预期存在于感兴趣地层内的裂缝的宽度、长度和/或形状。
例如，可以进行狭槽测试，其中在不同的温度和压力下迫使包含微粒的流体材料通过选择尺寸的狭槽以建立流动条件。不同类型和浓度的微粒可以与不同的载体流体特性进行比较，以了解这些参数对通过受限空间的流体流动的一般影响。然后，可以根据测试结果以及测试条件与预期地层特征的比较来选择导流材料。一般来说，各种尺寸颗粒的组合促进了有效的桥接和塞稳定性，渗透率低到足以提供适当的隔离。尽管不希望受到理论的限制，但据信较大颗粒为跨越间隙的颗粒桥提供了结构强度，较小颗粒占据了较大颗粒之间的间隙空间，从而降低了所得塞的渗透性。
图2是示出使用宽度从0.14英寸到0.6英寸的狭槽的台架规模狭槽测试结果的曲线图。导流浆液混合在浓度为300PPT(lbm/1,000gal US)和600ppt的0.5wt％瓜尔胶溶液中，并通过不同尺寸的狭槽在20mm管道中流动。监控系统的压力发展，以评估导流材料形成塞的基本能力和塞的渗透性。
作为另一个示例，可以进行加压流体损失测试，潜在地与上述狭槽测试进行比较。流体损失池(cell)可以安装限流插件，该插件可以是与上述狭槽测试中使用的插件类似的狭槽插件、锥形插件或其他有用的插件。插件通常安装有导流材料塞，例如通过使导流浆料流过插件。在某些情况下，用于狭槽测试的插件可导流至流体损失池进行直接对比。图3是示出在室温和1,300psi压力下进行的流体损失测试结果的图。使用了最小直径从0.1英寸到0.9英寸不等的锥形插件，并在图表中绘制了流体泄漏与时间的关系。
在一个中等规模的场地堵塞测试的示例中，使用一个350加仑的水箱通过一条两英寸的管道向一个低压低流量泵供水。一根4英寸长的管线将流体从泵输送到配有8毫米管的帽中，以模拟流入裂缝中。将微粒材料混入四英寸管线中以形成导流浆。传感器被用来记录压力。在该测试中，泄压阀被用作安全措施。图4是示出了使用150ppt的微粒浓度在2加仑/分钟的标称泵送速率下进行的测试的压力发展和泵送速率的曲线图。在不同的流量和微粒浓度下进行了一系列测试，以描绘一种导流材料。下表1示出了测试数据:
表1-场地堵塞测试的结果
“速率”是导流混合物泵入8mm管的速率。“至塞的体积”是在通过压力上升检测到8mm管堵塞之前泵送的总体积。观察到的总压力上升记录在标有“ΔP,”的列中，参与塞的微粒质量记录在“微粒质量”列中。这些数据表明，在测试流几何条件下，特定导流系统具有2gpm的临界速率，在该速率下产生并维持最大压降。数据还示出，微粒浓度可能在150ppt左右出现拐点。这些数据可用于设计处理流态，以实现导流材料的最大堵塞效果。
本文所述的方法依赖于一参数，该参数是导流材料的总体积与待处理地层的总开放体积之比。为了确定分母，对地层进行建模以得出系统体积的估计值。在对套管井进行射孔和酸处理的情况下，高保真酸压裂模拟器可以生成蚀刻宽度轮廓的真实估计值，以建立对近井眼裂缝结构的基本了解。这种模拟器通常使用岩石成分、酸类型和浓度、酸体积和初始裂缝结构(如压力梯度或其他参数)作为输入。井眼的蚀刻宽度和长度通常由这种模拟器输出。蚀刻的宽度和长度可用于估计系统体积。
再次参考图1，在104处，执行裂缝建模以估计井眼附近的裂缝结构参数。裂缝结构参数可以包括裂缝宽度和长度。在井下套管和射孔的情况下，模拟器以射孔结构(每英尺的孔数等)和任选的射孔效率(如本领域已知的，可以从降压测试中估计)启动。在井打开的情况下，可以基于直接测量(例如基于成像)使用裂缝分析来估计裂缝结构参数。
图5A和5B是射孔-裂缝系统的几何理论图。该系统被模拟为进入井眼的射孔以及从每个射孔发出的一条或多条裂缝的集合。射孔-裂缝系统的开放流动路径被模拟为截头圆锥体。截头锥体具有入口直径x1和末端直径x2，入口和末端之间的长度为y，如图5A所示。在图5B中，模拟了酸蚀射孔-裂缝系统。射孔后的入口宽度建模为x1+Δx，末端宽度建模为x2+Δx。酸处理射孔-裂缝系统的体积由下式给出：
其中n是井眼中形成的射孔总数。
在106处，使用上面的方程确定近井眼射孔-裂缝连续体系统的体积。将射孔-裂缝系统的几何特征应用于几何裂缝模型，并计算射孔-裂缝系统的开放体积。市场上可买到的射孔模型可用于估计几何特征，如射孔入口直径和射孔长度。市场上可买到的酸压裂模拟器可用于评估酸处理条件下射孔-裂缝系统的宽度Δx的变化和总长度y。参数x2可以初始化为0，以将射孔-裂缝系统的末端模拟为极小的。压裂效率可用于根据功能性裂缝的数量调整系统体积。
在108处，导流参数用于确定要使用的导流材料的量。导流参数定义为导流微粒总体积与系统总体积的比率，如下所示:
其中Vd是放入地层中以实现所需导流的导流材料的总体积，Vsystem是如106处所述确定的被处理地层的总空隙体积。导流参数β本质上表示系统的空隙率中有多少被导流材料填充。
106的计算可用作总系统体积，导流材料的总体积是要部署到地层中的导流材料的总体积。如果为导流参数选择了一值，并且系统总体积是已知的，则用于成功导流的导流材料体积的计算是简单的。发明人已经发现，对于致密碳酸盐地层，大约0.7和大约0.8的导流参数可以预期导致地层中显著的压力上升的形成，并因此产生良好的导流结果。更高的导流参数通常会产生更好的导流效果，但代价是使用更多的导流材料。选择最佳导流参数可确保提供足够的导流材料来减少喷射并在射孔孔道的x1+Δx尺寸处实现桥接。因此，成功的导流可以在不浪费导流材料且不导致处理疏通(ballout)或压出的情况下进行。
图6是曲线图600，其示出了不同地层结构类型的导流的模拟结果。导流压力模拟为三种不同结构类型的导流参数的函数。模拟基于固定流量、粘度、吸入间隔长度和表皮的假设，仅根据三种故障模式改变故障模式渗透率。在602处，假设在地层中没有形成塞，基于地层渗透率模拟压力上升。在606处，基于导流塞渗透率模拟压力上升，假设在射孔孔道中形成塞的情况。在604处，针对发生一些流动路径堵塞而其他流动路径保持未堵塞的情况，基于地层渗透率和塞渗透率的组合模拟压力上升。
图7A-7D是与602、604和606的关系相关的不同场景下的导流特性的图示。该图示出了通过射孔孔道702将导流材料706部署到从射孔孔道702延伸的虫孔704中的各种结果；图7A示出了没有塞形成并且导流材料流向地层内通道末端的导流场景。导流材料的颗粒太小或结构太弱，不能在地层中形成持久的塞。图7A的场景与关系602相关。图7D示出了一种导流场景，其中导流材料不流入地层，而是在射孔入口附近形成塞。在该场景下，导流材料的颗粒太大，不能有效地流入地层。图7D的场景与关系606相关。图7B示出了一导流场景，其中导流材料主要流向射孔-裂缝系统的末端，但在最末端发生了一些堵塞。图7C示出了一导流场景，其中导流材料塞在射孔-裂缝系统的最末端和射孔中。图7B和7C的场景与关系604相关，其中地层中的压力上升由地层渗透率和塞渗透率的组合支持。这些场景说明了使用传统方法成功规划和执行导流作业的难度。
应当注意，对于不同类型的导流材料和不同类型的地层，“最佳”导流参数可能不同。如上所述，认识到酸处理效果的系统体积计算通常适用于酸敏感地层，例如含有碳酸盐组分的地层。通常，使用具有一定粒度分布的导流材料可获得最佳结果，从而在桥接时提供低渗透率塞。
在110处，根据所选择的导流参数计算导流材料的体积。导流参数乘以系统体积得出处理所用导流材料的体积。将导流材料的体积乘以导流材料的堆积密度得到将被分散到用于输送到地层的处理流体中的导流材料的质量。
在112处，将具有在110处确定的导流材料体积的处理流体泵入地层。在泵送过程中监测地层中的压力发展，以确定导流材料的特性。压力响应可以与实验室和场地测试中阐明的导流材料的压力响应进行比较，以了解导流材料的特性是否跟踪测试中发现的结果。
在114处，基于观察到的压力响应可选地调节导流参数。在导流参数增加的情况下，更多的微粒材料被添加到处理流体中。当导流参数降低时，更多的液体(例如水)被添加到处理流体中。总的来说，发明人通过实际导流油田特性的经验发现，针对导流参数值β的0.7至0.8的值对于将含酸导流丸安置到具有碳酸盐组分的地层中是有效的。如果发现在此范围内选择一个值的导流特性不令人满意，则可以根据地层中观察到的压力上升为后续导流丸调整该值。
方法100可用于确定在酸处理增产作业中使用的导流材料的初始体积。上述导流参数也可用于对烃地层进行比较和分类，并预测这些地层的性质。方法100还可以用于改进用于烃储层的酸处理的导流材料和处理流体的设计。在初始压力响应出乎意料的情况下，可以调整用于计算系统体积的参数，和/或可以改变导流参数的选择，或者更新用于未来导流项目的选择基础。
虽然前述内容针对本发明的实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设计出本公开的其他和进一步的实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。
Claims (20)
1.一种处理具有酸敏感组分的烃储层的方法，该方法包括:
将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与储层酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积之比；
定义导流参数和导流结果之间的关系；
基于该关系选择导流参数的值；
基于所选择的导流参数的值来确定导流材料的量；
形成包含所述量的导流材料的酸处理流体；和
将酸处理流体应用于烃储层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中选择导流参数的值包括使用用于所述导流参数的0.7至0.8的目标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定导流材料的量包括将导流参数的选择值与射孔-裂缝系统的体积相乘。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过确定所述射孔-裂缝系统的几何特征并将所述几何特征应用于所述射孔-裂缝系统的截头圆锥体模型来确定所述射孔-裂缝系统的体积。
5.根据权利要求4所述的方法，其中截头圆锥体模型规定了射孔-裂缝系统的体积与几何特征的关系，如下所示:
其中x1是射孔-裂缝系统的射孔孔道的入口直径，x2是射孔-裂缝系统的裂缝的末端直径，y是射孔-裂缝系统的开放通道的长度，Δx是酸处理期间通道宽度的预期增长，以及n是单次处理中包含的射孔数量。
6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括基于流动测试来选择导流材料的粒度分布。
7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在对所述烃储层进行酸处理期间监测压力上升，并基于该压力上升为所述储层的后续处理调整所述导流材料的值。
8.一种形成用于具有碳酸盐组分的烃储层的处理流体的方法，该方法包括:
将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与储层酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积之比；
定义导流参数和导流结果之间的关系；
基于该关系来选择导流参数的值；
基于所选择的导流参数值来确定导流材料的量；
基于流动测试来选择导流材料的粒度分布；和
将该量的导流材料加入酸处理材料中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中选择导流参数的值包括使用用于所述导流参数的0.7至0.8的目标值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中确定导流材料的量包括将导流参数的选择值与射孔-裂缝系统的体积相乘。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过确定所述射孔-裂缝系统的几何特征并将所述几何特征应用于所述射孔-裂缝系统的截头圆锥体模型来确定所述射孔-裂缝系统的体积。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述截头圆锥体模型指定所述射孔-裂缝系统的体积与所述几何特征的关系，如下所示:
其中x1是射孔-裂缝系统的射孔孔道的入口直径，x2是射孔-裂缝系统的裂缝的末端直径，y是射孔-裂缝系统的开放通道的长度，Δx是酸处理期间通道宽度的预期增长，以及n是单次处理中包含的射孔数量。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括基于流动测试来选择导流材料的粒度分布。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括在对所述烃储层进行酸处理期间监测压力上升，并基于该压力上升为所述储层的后续处理调整所述导流材料的值。
15.一种形成用于具有碳酸盐组分的烃储层的处理流体的方法，该方法包括:
将导流参数定义为用于储层处理的导流材料的体积与储层酸处理期间形成的射孔-裂缝系统的体积之比；
定义导流参数和导流结果之间的关系；
基于该关系来选择导流参数的值；
将导流参数的选择值与射孔-裂缝系统的体积相乘以计算导流材料的体积；
基于流动测试来选择导流材料的粒度分布；和
将该体积的导流材料加入酸处理材料中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中选择导流参数的值包括使用用于所述导流参数的0.7至0.8的目标值。
17.根据权利要求15所述的方法，其中通过确定所述射孔-裂缝系统的几何特征并将所述几何特征应用于所述射孔-裂缝系统的截头圆锥体模型来确定所述射孔-裂缝系统的体积，如下给出:
其中x1是射孔-裂缝系统的射孔孔道的入口直径，x2是射孔-裂缝系统的裂缝的末端直径，y是射孔-裂缝系统的开放通道的长度，Δx是酸处理期间通道宽度的预期增长，以及n是单次处理中包含的射孔数量。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括基于流动测试来选择导流材料的粒度分布。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括在对所述烃储层进行酸处理期间监测压力上升，并基于该压力上升为所述储层的后续处理调整所述导流材料的值。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述流动测试包括狭槽测试、流体损失测试和场地堵塞测试。
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