CN117967265A - 一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田井下压裂酸化领域，公开了一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法及其应用，包括：(1)根据目标缝洞储集体和完井后的井身结构，设计人造主裂缝延伸方向和延伸长度，下入钻井和酸压一体化的钻进压裂工具，在井眼中按照设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向进行钻进，得到所述人造主裂缝；(2)利用所述裸眼封隔器对所述人造主裂缝进行密封处理，向所述人造主裂缝中注入压裂液进行憋压造缝，得到分支裂缝I；(3)对所述分支裂缝I进行渗透酸化压裂处理，得到分支裂缝II。本发明的方案能够人为控制主裂缝的方向和长度，沟通更多缝洞储集体构建复杂裂缝，并且更加节约时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及油田井下压裂酸化领域，具体涉及一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法及其应用。
背景技术
酸化压裂技术是碳酸盐岩储层增产的有效手段，已成为油层有效开发的必要和必须手段。目前在碳酸盐岩储层酸化压裂中，需要控制人工裂缝的扩展方向和角度，以沟通尽可能多的缝洞储集体，扩大改造范围、提高压裂改造针对性。同时还需要避免多条裂缝之间或储层非均质性对人造裂缝扩展的干扰。但目前的酸化压裂技术中人造裂缝的扩展是由地质因素决定，无法通过人工手段进行干预和控制，造成酸化压裂改造的不确定性，降低了改造效率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的前述问题，提供一种能够人为控制主裂缝的方向和长度，沟通更多缝洞储集体构建复杂裂缝，并且更加节约时间和成本的碳酸盐岩储层酸化压裂方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法，包括以下步骤：
(1)根据目标缝洞储集体和完井后的井身结构，设计人造主裂缝延伸方向和延伸长度，下入钻井和酸压一体化的钻进压裂工具，在井眼中按照设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向进行钻进，得到所述人造主裂缝；
沿着入井的方向，所述钻进压裂工具由下至上依次为：PDC钻头、井下马达、柔性钻具、裸眼封隔器、组合酸压管柱；
(2)利用所述裸眼封隔器对所述人造主裂缝进行密封处理，向所述人造主裂缝中注入压裂液进行憋压造缝，得到分支裂缝I；
(3)对所述分支裂缝I进行渗透酸化压裂处理，得到分支裂缝II。
本发明的第二方面提供前述第一方面所述的方法在油气田开采领域中的应用。
本发明提供的技术方案至少具有以下优势：
(1)本发明提供的技术方案能够人为控制缝洞型碳酸盐岩储集体中主裂缝的延伸方向和延伸长度，根据目标缝洞储集体的孔洞分布状态设计主裂缝的方向和长度，使其能够沟通更多的孔洞和天然裂缝，形成缝网，扩大压裂控制区域，不会受到储层应力和已有裂缝的干扰。
(2)本发明提供的技术方案采用钻进压裂工具人为制造主裂缝，并且在钻头钻进到主裂缝设计需求后，停止钻进，不起钻，直接利用钻进压裂工具中的裸眼封隔器密封人造主裂缝，随即进行憋压造缝，并且不需要固井，比传统压裂造缝节省成本和时间。
(3)本发明提供的技术方案优选采用小尺寸钻具人为制造主裂缝，能够有效防止井眼坍塌，也更容易进行酸化改造。
(4)本发明提供的技术方案酸液由地面设备泵入钻井酸压一体化管柱，在经过管道到达钻头的水眼部位，最后到达人造主裂缝控制下的各分支裂缝，能够在裂缝内部均匀注酸，酸液能够直接喷在缝尖处，酸蚀效果更好。
附图说明
图1是本发明的一种优选的具体实施方案的人造主裂缝设计示意图；
图2是本发明的一种优选的具体实施方案的钻进压裂工具组合示意图；
图3是本发明的一种优选的具体实施方案的效果示意图。
附图标记说明
1为导向锚定器；2为PDC钻头；3为井下马达；4为柔性钻具；5为裸眼封隔器；6为组合酸压管柱；
7和10均为井眼；8和11均为人造主裂缝；9和12均为分支裂缝。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
需要说明是，在实施本发明提供的技术方案之前，需要在目标缝洞储集体上进行裸眼完井，得到井眼，本发明对所述裸眼完井的具体操作没有特别的限制，本领域技术人员可以根据本领域已知的技术手段进行选择实施，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
本发明根据地震反演和蚂蚁体追踪建模技术预测缝洞储集体位置；通过成像测井、岩心观察等手段测量天然裂缝发育特征；通过采用区域-局部-单井，先大后小，逐级约束的方式，建立了整体-井周的精细三维地应力模型来确定地应力分布和大小。然后根据目标缝洞储集体的地理位置特点，孔洞以及天然裂缝的分布特征，地应力的分布和大小，设计人造主裂缝的延伸方向和延伸长度，尽可能沟通更多的天然裂缝和孔洞，提高生产效率。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法，包括以下步骤：
(1)根据目标缝洞储集体和完井后的井身结构，设计人造主裂缝延伸方向和延伸长度，下入钻井和酸压一体化的钻进压裂工具，在井眼中按照设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向进行钻进，得到所述人造主裂缝；
沿着入井的方向，所述钻进压裂工具由下至上依次为：PDC钻头、井下马达、柔性钻具、裸眼封隔器、组合酸压管柱；
(2)利用所述裸眼封隔器对所述人造主裂缝进行密封处理，向所述人造主裂缝中注入压裂液进行憋压造缝，得到分支裂缝I；
(3)对所述分支裂缝I进行渗透酸化压裂处理，得到分支裂缝II。
本发明所述PDC钻头指的是聚晶金刚石复合片钻头。
优选地，在步骤(1)中，所述PDC钻头的外径为152-171.4mm，更优选为152mm。
优选地，在步骤(1)中，所述井下马达的外径为127-139.7mm，更优选为127mm。本发明的发明人在研究中发现，采用该优选条件下的PDC钻头能够有效防止井眼坍塌，更有利于后续的压裂酸化改造，形成复杂缝网，提高油气能源的开采效率。
优选情况下，在步骤(1)中，沿着入井的方向，所述钻进压裂工具中的所述柔性钻具由下至上依次包括测量短节、加重钻杆短节、普通钻杆短节。
优选地，所述柔性钻具中包含的短节的单个长度为300-500mm。
在本发明中，所述柔性钻具的长度根据设计的人造主裂缝的长度来决定，在图2中，黑色部位指的是导向锚定器1，正红色部位指的是PDC钻头2，蓝色部位指的是井下马达3，绿色部位指的是柔性钻具4，玫红色部位指的是裸眼封隔器5，灰色部位指的是组合酸压管柱6。如图2所示，根据人造主裂缝的设计长度组装钻进压裂工具，沿着入井的方向，由下至上依次为PDC钻头2、井下马达3、柔性钻具4、裸眼封隔器5、组合酸压管柱6，待到所述PDC钻头钻进至人造主裂缝设计需求后停止钻进，不起钻，保证裸眼封隔器5位于新建造的所述人造主裂缝内部，并且靠近所述人造主裂缝的起裂位置，投球启动所述裸眼封隔器5，使主裂缝形成一个密闭空间，然后进行所述憋压造缝，得到所述分支裂缝I。
优选地，在步骤(1)中，所述组合酸压管柱为钻井和酸压一体化管柱，所述组合酸压管柱上安装有弹扶正装置。
在本发明中，所述钻进压裂工具还连接有地面设备，所述地面设备包括钻机、泥浆泵、压裂泵车组等，在制备人造主裂缝时开启泥浆泵，采用钻井液驱动井下马达高速旋转，破岩钻进形成所述人造主裂缝。本领域技术人员可以根据本领域已知的技术手段选择需要的地面设备，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
根据一种优选的具体实施方式，在步骤(1)中，所述方法还包括：先根据井身结构下入导向锚定器，根据设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向确定所述导向锚定器在井眼中的下入深度和朝向，然后再下入所述钻进压裂工具进行钻进，得到所述人造主裂缝。
图3示意了设计的地层效果图。所描述的相关技术科学术语为本申请的技术专业领域人员所理解的通常定义或含义。如图3所示，本发明所述的PDC钻头在井眼7或井眼10中需要进行侧钻得到人造主裂缝8或人造主裂缝11，在人造主裂缝的基础上继续压裂酸化得到分支裂缝9或分支裂缝12，本发明优选采用斜向器锚定机构技术来实现侧钻。本发明提供的技术方案，所述PDC钻头的开窗角度能够接近90度，垂直于井眼的方向扩展。本发明所述的人造主裂缝长度能够达到70米，且方向固定，不会受到储层应力或已有裂缝的干扰。
本发明对采用的所述压裂液的具体种类和排量没有特别的限制，本领域技术人员可以根据本领域已知的压裂液种类进行选择，并且根据目标缝洞储集体的现实情况确定压裂液排量，只要能够成功压裂得到预期的分支裂缝即可，本发明在后文中示例性的提供一种优选的具体实施方式，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
优选情况下，在步骤(2)中，控制所述憋压造缝的条件，使得所述分支裂缝I的数量≥3条。人造主裂缝构建好后钻进压裂工具停在缝内，在缝尾用裸眼封隔器密封，注入压裂液，在人造主裂缝内憋压起裂，打开天然裂缝，形成所述分支裂缝I。
本发明对进行步骤(2)所述憋压造缝所需要的压裂泵车组的数量以及管线的耐压能力没有特别的限制，本领域技术人员可以根据预测的压裂最大破裂压力情况进行确定，只要能够达到本发明要求的分支裂缝I的数量即可，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
优选地，在步骤(3)中，采用酸液和所述压裂液交替注入的方式进行所述渗透酸化压裂处理。
优选地，所述交替注入的交替次数为3-5次。
本发明对采用的所述酸液的具体种类和排量没有特别的限制，本领域技术人员可以根据本领域已知的酸液种类进行选择，并且根据目标缝洞储集体的现实情况确定酸液排量，本发明在后文中示例性的提供一种优选的具体实施方式，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
本发明对进行所述交替注入的注入时间和注入量没有特别的限制，注入时间可以根据实际情况进行调整，每次注入的时间可以在几分钟到几小时之间，具体取决于井筒的深度、地层条件和操作要求等因素。注入量的确定需要综合考虑井眼的尺寸、地质条件、裂缝设计需求和液体性质等因素。注入量的设定应该使得压裂液和酸液能够充分覆盖和渗透到分支裂缝中，以达到预期的压裂和酸化效果。具体的注入量可以根据实际情况进行试验和调整。本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
图3是采用本发明提供的技术方案针对碳酸盐岩储层进行酸化压裂得到人造主裂缝和分支裂缝的效果示意图，本发明对传统压裂技术进行改进，实现控制主裂缝扩展方向，提高天然裂缝沟通能力，优化酸液分布的效果。本发明无需控制所述PDC钻头往不同方向钻进，确定方向后沿直线钻进，得到人造主裂缝，无需固井，可在钻进结束后不起钻的情况直接进行压裂酸化处理，得到分支裂缝，大大缩短了工程周期，节约时间，提高了压裂的效率。
如前所述，本发明的第二方面提供了前述第一方面所述的方法在油气田开采领域中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，所述原料和设备均为市售品。
PDC钻头：外径为152mm，购自江汉石油钻头股份有限公司，型号为非标定制；
井下马达：外径为127mm，购自江汉石油钻头股份有限公司，型号为非标定制；
柔性钻具：由175个柔性钻柱短节，每个短节长度为400mm，外径为89mm，购自上海可岩能源科技有限公司，型号为API SPEC7；
裸眼封隔器：外径为127mm，长度为500mm，购自中石化江汉石油工程有限公司，型号为Y211-157-120/50；
组合酸压管柱：外径为88.9mm，耐压100MPa，N80钢级，购自上海可岩能源科技有限公司，型号为31/2″油管柱。
滑溜水：0.3wt％胍胶、0.02wt％pH值调节剂、0.1wt％杀菌剂、余量为水；
胶凝酸：20wt％HCl、0.7wt％胶凝剂、2.0wt％高温缓蚀剂、1.0wt％铁离子稳定剂、1.0wt％破乳剂、余量为水；
压裂液：0.5wt％胍胶、0.02wt％pH值调节剂、1.0wt％破乳剂、0.5wt％温度稳定剂、0.1wt％杀菌剂、余量为水；
地面交联酸：20wt％HCl、0.7wt％稠化剂、2.0wt％缓蚀剂、1.0wt％破乳剂、1.0wt％铁离子稳定剂、0.7wt％交联剂、0.2wt％调理剂、0.02wt％破胶剂、余量为水；其中，交联剂：LK-12有机钛(A)：LK-12有机钛(B)＝2：1，交联比0.6％。
实施例1
图1描述了本实施例的适用地质背景和优势。设计案例的各结构部件的相对位置关系均是根据图2的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等。图1中的方位描述均按照“上北下南、左西右东”的方式进行描述。
图1解释了本实施例的地质情况。碳酸盐岩储层井眼钻完后，最大水平主应力方向为北偏东45度。因此采用常规压裂方法，主裂缝是沿着最大水平主应力方向扩展，即北偏东45度和其对角线方向。但是油气储集体位于南偏东30度，不在主裂缝的扩展路径上，按照常规压裂手段是无法沟通的。因此需要采用本发明的方法，让主裂缝的扩展方向为南偏东30度，同时构建次级复杂裂缝，沟通非主应力方向上尽可能多的储集体。
具体操作步骤如下：
S1：裸眼完井：在目标缝洞储集体上进行裸眼完井，完井段深钻，为后期砾石充填提供空间，得到井眼；
S2：确定主裂缝的延伸方向和长度：根据地震反演和蚂蚁体追踪建模技术预测缝洞储集体位置；通过成像测井、岩心观察等手段测量天然裂缝发育特征；通过采用区域-局部-单井，先大后小，逐级约束的方式，建立了整体-井周的精细三维地应力模型来确定地应力分布和大小；然后根据目标缝洞储集体的地理位置特点，孔洞以及天然裂缝的分布特征，地应力的分布和大小，设计人造主裂缝的延伸方向和延伸长度，尽可能沟通更多的天然裂缝和孔洞；
S3：下入导向锚定器：在裸眼完井的井眼底部下入导向锚定器到井深5820米，锚定器的方向为井眼的南偏东30度；使用裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构技术来实现PDC钻头在裸眼井段的侧钻；
S4：下入钻进压裂工具：下入钻井和酸压一体化的钻进压裂工具，沿着入井的方向，钻进压裂工具由下至上依次为：PDC钻头、井下马达、柔性钻具、裸眼封隔器、组合酸压管柱；组合酸压管柱安装有弹扶正装置，钻进压裂工具连接钻机、泥浆泵、压裂泵车组等地面设备；设计人造主裂缝长度为80米左右，因此链接175个柔性钻柱短节组成柔性钻具，再链接2个裸眼封隔器保证封隔的可靠性；
S5：PDC钻头定向钻进：主裂缝朝着南偏东30度钻进时，泥浆泵泵入钻井液驱动井下马达高速旋转PDC钻头，破岩钻进，当管柱下入80米，表明已钻进长度达到80米，停止钻井，得到人造主裂缝；
S6：密封造缝：投球启动裸眼封隔器，封闭钻具与人造主裂缝之间的环形空间，使人造主裂缝形成一个密闭空间；关闭井口防喷器，连接地面高压管线和压裂泵车组；
S7：依次泵入50m3滑溜水(前置液，排量3m3/min)、100m3胶凝酸(排量5m3/min)、50m3滑溜水(排量大于3m3/min)、460m3压裂液(排量大于5.5m3/min)、400m3地面交联酸(排量大于6.5m3/min)、100m3滑溜水(顶替液，排量大于5.5m3/min)；注入的液体通过PDC钻头的水眼口进入密闭的人造主裂缝中，经过缝内憋压造出新的分支裂缝扩大地层改造的范围；利用酸液刻蚀碳酸盐岩岩石，保证裂缝导流能力；
S8：注液结束后，停止泵入，测停泵压力，并开始排液。采用10-12mm油嘴排液，若压力下降很快，则可进一步调大油嘴放喷。残酸返排至以地层出液、见地层流体为标准，排出全部施工注入液体；
S9：解封退钻：上提钻具解除裸眼封隔器的密封，将工具从井下取出。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳酸盐岩储层酸化压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据目标缝洞储集体和完井后的井身结构，设计人造主裂缝延伸方向和延伸长度，下入钻井和酸压一体化的钻进压裂工具，在井眼中按照设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向进行钻进，得到所述人造主裂缝；
沿着入井的方向，所述钻进压裂工具由下至上依次为：PDC钻头、井下马达、柔性钻具、裸眼封隔器、组合酸压管柱；
(2)利用所述裸眼封隔器对所述人造主裂缝进行密封处理，向所述人造主裂缝中注入压裂液进行憋压造缝，得到分支裂缝I；
(3)对所述分支裂缝I进行渗透酸化压裂处理，得到分支裂缝II。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述PDC钻头的外径为152-171.4mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述井下马达的外径为127-139.7mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，沿着入井的方向，所述钻进压裂工具中的所述柔性钻具由下至上依次包括测量短节、加重钻杆短节、普通钻杆短节。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述组合酸压管柱为钻井和酸压一体化管柱，所述组合酸压管柱上安装有弹扶正装置。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述方法还包括：先根据井身结构下入导向锚定器，根据设计的所述人造主裂缝的起裂位置和延伸方向确定所述导向锚定器在井眼中的下入深度和朝向，然后再下入所述钻进压裂工具进行钻进，得到所述人造主裂缝。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，控制所述憋压造缝的条件，使得所述分支裂缝I的数量≥3条。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，采用酸液和所述压裂液交替注入的方式进行所述渗透酸化压裂处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述交替注入的交替次数为3-5次。
10.权利要求1-9中任意一项所述的方法在油气田开采领域中的应用。
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