一种体积压裂形成复杂缝网的方法与流程

[0001]
本发明涉及低渗透及非常规储层的体积压裂技术领域，具体涉及一种体积压裂形成复杂缝网的方法。


背景技术：

[0002]
低渗透及非常规储层由于其低孔、低渗的特点，必须采用体积压裂技术在储层中形成复杂的缝网才可以得到良好的开发效果。复杂缝网是指利用储层两个水平主应力差值与裂缝延伸净压力的关系，当裂缝的延伸净压力大于两个水平主应力的差值或者储层天然裂缝所需的临界压力时，会在主裂缝的侧向形成次生裂缝，最终会在沿主裂缝壁面延伸并沟通多条次生裂缝和微裂缝，在地层中形成纵横交错的立体复杂网状缝系统，使得任意方向基质中的油气向裂缝的渗流距“最短”，极大地提高了储集层的整体渗透率，提高低渗透非常规储层油气井的产能和最终采收率。
[0003]
体积压裂技术能够在储层内形成多条裂缝相互交织的复杂缝网，体积压裂技术是指在压裂过程中，使天然裂缝不断扩张、脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝和人工裂缝相互纵横交错的复杂裂缝网络，从而增加储层的改造体积，提高储层的渗透率和油田最终采收率。
[0004]
目前国内外常见的水平井体积压裂技术主要有水平井分段压裂、重复压裂、同步压裂等。
[0005]
水平井分段压裂是利用封隔器或其他化学材料对井筒进行分隔，在水平井筒内一次压裂一个井段，然后再逐段压裂，另外每一个压裂段又含有多个射孔簇，在理想条件下，每个射孔簇产生的多条裂缝将在离井筒不远处汇聚成一条裂缝，最终压开足够多的裂缝。但是，在体积压裂改造过程中，水平段套管受到剪切、滑移、错断等复杂力学行为以及应力场的变化，会引起套管变形失效的情况出现。
[0006]
重复压裂是指在同一口井进行两次或两次以上的压裂。因为随着生产进行，首次压开的裂缝由于受到支撑剂破碎、地层颗粒堵塞、裂缝闭合等因素的影响，裂缝导流能力严重下降，使得产量降低甚至停滞。重复压裂对处理低渗、天然裂缝发育、层状和非均质地层很有效，但是重复压裂的成功与否与裂缝能否成功转向有密切关系，其具有不确定性。
[0007]
同步压裂是对两口或多口平行的水平井同时压裂，通过横向裂缝相向延伸在裂缝尖端相互作用，产生一定范围的裂缝网络。同步压裂的井数越多，应力干扰的效果越好，越容易产生复杂缝网。同步压裂对页岩气井短期内增产非常明显，而且对工作区环境影响小，完井速度快，节省压裂成本，但其要求井间裂缝尖端距离较近，又不能使两条裂缝完全连通。因此同步压裂井的裂缝长度优化以及井间距的优化显得尤为重要，目前还没有相关的理论支撑。
[0008]
由此可见，目前国内外已存在的体积压裂技术各自有其优缺点以及应用范围，并且都具有施工工艺复杂的特性，无法简便经济地获得地层中的复杂缝网来提高非常规储层的采收率。


技术实现要素：

[0009]
本发明的目的在于提供一种体积压裂形成复杂缝网的方法，以解决现有体积压裂方法的压裂工艺复杂、压裂裂缝不确定性高，无法简便获得地层复杂缝网的问题。
[0010]
为实现上述目的，本发明的体积压裂形成复杂缝网的方法的技术方案是：
[0011]
一种体积压裂形成复杂缝网的方法，包括以下步骤：
[0012]
1)在水平井内进行不均匀射孔，所述不均匀射孔是射孔段内相邻两簇射孔的射孔数目不同，不均匀射孔后相邻两簇射孔形成相应数目差异的主裂缝；
[0013]
2)将液态二氧化碳泵入步骤1)形成的主裂缝中，压开地层并使裂缝延伸；
[0014]
3)将混砂液泵入地层，对步骤2)形成的裂缝进行支撑。
[0015]
本发明提供的体积压裂形成复杂缝网的方法，利用射孔的不均匀性使射孔时在不同的簇中产生了不同数量的主裂缝，对于同一段内射孔多的簇产生的主裂缝多，裂缝内摩阻小、液态二氧化碳压裂液进入量多；射孔少的簇产生的主裂缝少，裂缝内摩阻大、液态二氧化碳压裂液进入量少，从而使得产生的主裂缝之间存在缝间应力干扰，即裂缝间存在着压差，在簇间压差的作用下会形成次生裂缝，次生裂缝可以沟通相邻的主裂缝。压裂液可以通过主裂缝进入次生裂缝，产生的裂缝可以被后续的支撑剂支撑住，提高了裂缝的复杂程度。此外，在压差作用下，压裂出的次生裂缝会自发延伸，还可以沟通多条次生裂缝、微裂缝以及天然裂缝，在地层中形成纵横交错的立体复杂网状缝系统，极大的提高储层的渗流能力。
[0016]
步骤1)中，相邻两簇射孔中，射孔数目多的一簇与射孔数目少的一簇的射孔数目之比为1.2-4:1。相邻两簇射孔的簇间距为10-30米。不均匀射孔优选以上参数，可在压裂过程中形成明显的缝间压力不均衡，从而产生缝间应力干扰。
[0017]
步骤2)中，液态二氧化碳的泵入排量为4-8m3/min。采用液态二氧化碳压裂具有良好的增能作用，压后返排快，返排彻底；并且co2粘度低、穿透性强，可以沟通储集层中的微裂缝，同时可以降低岩石破裂压力，有利于形成复杂裂缝。
[0018]
步骤3)中，混砂液由支撑剂和滑溜水压裂液组成，砂比为10-20％。优选的，所述支撑剂由70-140目的粉砂和40-70目的陶粒组成。
[0019]
为进一步提高地层缝网的复杂程度，优选的，以上体积压裂形成复杂缝网的方法还包括：
[0020]
步骤4)：向地层中泵入暂堵转向剂封堵裂缝，继续泵入压裂液造缝；
[0021]
步骤5)：将支撑剂泵入地层。
[0022]
步骤4)中，暂堵后继续泵入液态二氧化碳压裂液进行造缝，可使裂缝转向形成复杂裂缝。压裂液可选择液态二氧化碳或滑溜水。
[0023]
进一步优选的，步骤5)中，所述将支撑剂泵入地层包括以段塞形式向地层中注入不同粒径以及不同砂比的支撑剂。更优选的，所述段塞包括粒径和砂比较小的在前支撑剂段塞，以及粒径和砂比较大的在后支撑剂段塞。以段塞式注入支撑剂，可以提高支撑剂的运移距离和分支裂缝的支撑程度，提高复杂裂缝体系的导流能力。在经过不均匀射孔结合液态二氧化碳压裂之后，形成许多次生裂缝，段塞式注入含有支撑剂的混砂液可以支撑住次生裂缝，形成复杂的网状缝系统，极大的提高储层的渗流能力。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施例1中水平井一段不均匀射孔结合液态二氧化碳压裂示意图；
[0025]
图2为本发明实施例1中不均匀射孔结合液态二氧化碳压裂在地层中形成复杂缝网的示意图；
[0026]
图3为对比实验中采用常规压裂方式压裂前的岩样图；
[0027]
图4为对比实验中采用常规压裂方式压裂后的岩样图；
[0028]
图5为对比实验中采用实施例的压裂方式压裂前的岩样图；
[0029]
图6为对比实验中采用实施例的压裂方式压裂后的岩样裂缝图；
[0030]
图7为对比实验中采用实施例的压裂方式压裂后的岩样分裂图；
[0031]
图8为对比实验中采用实施例的压裂方式压裂后的岩样细节图；
[0032]
图中，1-水平井射孔段，2-主裂缝，3-次生裂缝，4-液态二氧化碳压裂液流动方向，5-地层中的天然裂缝和微裂缝。
具体实施方式
[0033]
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
[0034]
以下实施例中，滑溜水压裂液的黏度为5-8mpa
·
s。
[0035]
一、本发明的体积压裂形成复杂缝网的方法的具体实施例
[0036]
实施例1
[0037]
本实施例的体积压裂形成复杂缝网的方法，包括以下步骤：
[0038]
1)测量储层地应力参数、岩石物性参数、微观孔隙特征、储层敏感性等地层基本参数，设计不均匀射孔方案。
[0039]
本实施例中，在某一水平射孔井段内射孔三簇，簇间距为15米。在第一簇只射开15个孔，在第二簇射开36个孔；在第三簇射开20个孔。
[0040]
2)在不均匀射孔完成的水平井内将液态二氧化碳泵入地层，排量为6m3/min，整个过程中液态二氧化碳的泵入量为300m3，压裂形成裂缝。在其他实施情形下，液态二氧化碳泵注排量和泵注量可以根据地层小型压裂测试结果，结合压裂优化设计结果确定。
[0041]
3)将混砂液泵入地层，对步骤2)形成的裂缝进行支撑。
[0042]
混砂液由支撑剂和滑溜水压裂液组成，砂比为15％。支撑剂由70-140目的粉陶和40-70目的陶粒按体积比3：1组成。混砂液的注入量为600m3。在其他实施情形下，混砂液的组成及注入量可以根据地层小型压裂测试结果获得的裂缝形态和数量以及后续的压裂优化设计结果确定。
[0043]
4)根据地应力参数以及对人工裂缝的监测确定地层裂缝的形态，应用暂堵转向剂封堵裂缝。
[0044]
本实施例中，地层裂缝的形态为沿着射孔方向形成3条主裂缝，二氧化碳注入后形成多条次生裂缝，用液态二氧化碳携带注入暂堵剂(液态二氧化碳和暂堵剂的体积比为10：1，总注入量为150m3)，在已有裂缝中形成桥堵，继续以6m3/min排量注入150m3液态二氧化碳，从而使得压裂液压裂形成更多的次生裂缝，提高裂缝复杂程度。
[0045]
在其他实施例情形下，根据地应力参数以及对人工裂缝监测的地层裂缝的形态确定暂堵工作液和后续的造缝压裂液的注入量。形成的次生裂缝较多时，应泵入较多的暂堵
工作液和后续的造缝压裂液。
[0046]
5)将支撑剂段塞继续泵入地层，支撑裂缝。
[0047]
根据压裂优化设计，以粘度为7mpa
·
s的滑溜水携带支撑剂注入，支撑剂段塞包括两个：其一为70/140目粉陶与40/70目陶粒60m3，比例为6:4，砂比为10％，目的是支撑住暂堵转向形成的微裂缝；另一段塞为40/70目陶粒支撑剂60m3，砂比为15％，以对较大尺寸的裂缝进行支撑；段塞式注入可以提高裂缝复杂程度以及导流能力。
[0048]
6)注入顶替液将支撑剂段塞顶替到位。
[0049]
以上体积压裂过程中，不均匀射孔结合液态二氧化碳压裂示意图如图1所示，在水平井射孔段1内，通过射孔的不均匀性导致了在不同的簇中产生了不同数量的主裂缝2。在液态二氧化碳压裂液流动方向4上，对于同一段内射孔多的簇产生的主裂缝多，裂缝内摩阻小、液态二氧化碳压裂液进入量多；射孔少的簇产生的主裂缝少，裂缝内摩阻大、液态二氧化碳压裂液进入量少，从而使得产生的裂缝之间存在缝间应力干扰，即裂缝间存在着压差，在簇间的压差的作用下会形成次生裂缝3，并且被后续的支撑剂支撑住，提高了裂缝的复杂程度。
[0050]
结合图2在地层中形成复杂缝网的示意图。经过不均匀射孔压裂以及液态二氧化碳泵入之后，由于射孔形成的主裂缝之间或者人工裂缝与天然裂缝之间存在着压力差，在压差作用下在裂缝间产生许多次生裂缝，段塞式注入含有支撑剂的滑溜水压裂液可以支撑住次生裂缝，并且压裂出的次生裂缝在压差的作用下会自发延伸，沟通主裂缝或者多条次生裂缝，以及地层中的天然裂缝和微裂缝5，从而形成复杂的网状缝系统，极大的提高储层的渗透率。
[0051]
实施例2
[0052]
本实施例的体积压裂形成复杂缝网的方法，与实施例1的区别仅在于：
[0053]
步骤1)中，根据地层基本参数涉及的不均匀射孔方案为：水平射孔井段内射孔5簇，簇间距为10米。在第一簇只射开20个孔，在第二簇射开40个孔；在第三簇射开30个孔在第四簇只射开10个孔，在第五簇射开36个孔。
[0054]
步骤2)中，液态二氧化碳的排量为8m3/min，压裂形成裂缝。液态二氧化碳的泵入量为400m3。
[0055]
步骤4)中，用粘度7mpa
·
s的滑溜水携带暂堵剂注入地层，在已有裂缝中形成桥堵，继续以6m3/min排量注入200m3滑溜水，从而使得压裂液压裂形成更多的次生裂缝，提高裂缝复杂程度。
[0056]
步骤5)中，以粘度为7mpa
·
s的滑溜水携带支撑剂注入，支撑剂段塞包括两个：其一为70/140目粉陶与40/70目陶粒80m3，比例为8:2，砂比为10％；另一段塞为30/50目陶粒支撑剂40m3，砂比为15％。
[0057]
在本发明的体积压裂形成复杂缝网的方法的其他实施例中，可仅进行步骤1)-步骤3)来获得具有一定复杂程度的缝网。
[0058]
二、实验例
[0059]
本实验例模拟常规压裂和实施例的压裂方式的压裂效果。
[0060]
应用真三轴模拟压裂实验装置，采用300
×
300
×
300mm水泥试样，分别以常规压裂方式和实施例的压裂方式对水平段不同射孔岩样进行压裂，记录压力变化，扫描裂缝形态。
常规压裂方式的压裂前和压裂后的岩样图如图3和图4所示，实施例的压裂方式压裂前和压裂后的岩样图如图5-图8所示。
[0061]
常规压裂方式采用连续均匀布孔+滑溜水压裂液，分三簇射孔，每簇射开3个孔。模拟实施例1的方式采用不均匀射孔+液态二氧化碳压裂，分三簇射孔，每一簇射孔数目按照实施例1每簇射孔比例确定，第一簇射孔数为2，第二簇射开5个孔，第三簇射开3个孔。实验地应力由真实地应力近似得到，上覆岩层压力(图中未示出)、最大水平主应力(σ
h
)、最小水平主应力(σ
h
)分别为40mpa、15mpa、10mpa。
[0062]
根据图3和图4可以看出，在储层应力条件和试验条件下，采用常规压裂方式的岩样经过压裂后，垂直于最小水平主应力方向，获得的裂缝形态为简单平直缝，脆性不强，破裂压力为25mpa。并且裂缝在扩展过程中发生了轻微的转向，这是由于天然岩心和水泥试样岩石力学性质略有差异造成的。
[0063]
根据图5-图8可以看出，在储层应力和试验条件下形成了较为复杂的裂缝，整体形成了垂直最小水平主应力方向裂缝，但是在最大水平主应力方向也进行了扩展，并且经过液态co2压裂后极大的改变了岩样的物理力学性质，使得岩样成片状发育，脆性加强，使得在压裂的过程中不断的造缝，并且由于脆性加强会产生较大的新缝，裂缝产生较大的转向，裂缝形态较为复杂。
[0064]
以上物模实验结果表明，采用实施例的压裂方式更容易在地层中形成纵横交错的立体复杂网状缝系统，从而极大的提高储层的渗透率。