一种深层页岩压裂施工方法及装置与流程

本发明涉及油气钻采，具体来讲，涉及一种深层页岩压裂施工方法及装置。

背景技术：

1、我国深层页岩气资源潜力大，是未来页岩气产能建设的主体。水力裂缝是实现页岩气产出的流动通道，复杂裂缝网络对改造效果起到决定性作用。根据川渝及湖北深层页岩气统计结果，储层闭合压力普遍为(90-100mpa)较中浅层高10-25mpa，水平应力差(16-35mpa)较中浅层高6-10mpa，导致裂缝扩展难度大，不易形成复杂裂缝。随着应力差增加，岩心劈裂试验和数模显示裂缝形态由“主裂缝+分支缝”转变为“主裂缝”，大多数深层页岩气井微地震监测结果表明压裂缝形态简单，改造体积小，而改造体积大小是决定测试产量高低的关键因素。目前深层页岩主体工艺采用段内多簇、大排量、高强度加砂、暂堵转向压裂改造模式，通过以可溶暂堵球+可溶暂堵剂为主的段内复合暂堵转向压裂工艺，提升改造体积与裂缝复杂度。目前裂缝监测方面使用微地震、示踪剂、分布式光纤等方法开展裂缝监测评估。示踪剂与分布式光纤需要压裂施工结束返排阶段才能提供有效指导，水力压裂施工过程中，裂缝扩展常用单一微地震监测进行裂缝形态监测。而单段微地震事件数目较少，有时无法对裂缝扩展提供有效评判，方法单一，存在一定的时间滞后性。

2、因此，基于以上问题需要使用一种新的指导现场施工优化方法，解决深层页岩压裂过程中裂缝扩展形态不均匀，裂缝复杂度和改造体积偏低的问题，提供一种新的深层页岩基于综合监测与压裂实时数据的裂缝评判方法，通过结合监测与压裂实时数据对裂缝形态综合评价，适时采用复合暂堵改善裂缝扩展不均匀，提高裂缝复杂度和改造体积。

3、申请号为cn201810225668.4，公开号为cn108959679a的名称“为一种页岩气井压裂效果的评价方法和评价装置”的中国专利申请公开了一种涉及水力压裂施工技术领域的岩气井压裂效果的评价方法及评价装置。但在该评价方法中没有注明相关的优化方案。进一步的，该技术方案是利用页岩气井压裂后的返排数据进行评价，存在一定的滞后性。

4、申请号为“cn202010121944.x”、名称为“一种增大深层页岩气储层改造体积的压裂方法”本公开了一种增大深层页岩气储层改造体积的压裂方法，包括以下步骤：进行射孔作业；进行酸处理；采用高黏度胶液造主缝；注入携带有40～70目支撑剂的低黏度滑溜水进行端部脱砂作业；注入酸液；注入携带140～230目支撑剂的低黏度滑溜水；注入携带70～140目支撑剂的中黏度滑溜水和高黏度滑溜水；注入携带40～70目支撑剂的高黏度胶液；进行顶替作业；下入桥塞，重复上述步骤，直至所有段施工完成。本发明利用端部脱砂方法增大了缝内净压力，降低了层理缝及高角度缝打开难度，增大裂缝复杂性；同时通过不同黏度滑溜水、不同粒径支撑剂，实现了多尺度裂缝的饱和充填，极大地增大了深层页岩气藏有效改造体积。然而，该方法与本技术属于完全不同的两种技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于提供一种使用方便、判断准确及时的深层页岩压裂施工方法，本发明另一目的在于提供一种使用方便、判断准确及时的深层页岩压裂施工装置。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了深层页岩压裂施工方法，所述压裂施工方法可包括步骤：

3、收集当前压裂施工井段的相关参数；

4、根据所述相关参数，计算当前时刻与上一时刻压裂施工过程中裂缝体的实时净压力，得到当前时刻裂缝体的净压力变化率；

5、监测当前时刻井筒两侧的裂缝体体积，根据所述当前时刻井筒两侧的裂缝体体积计算当前时刻裂缝体的非均匀展布程度；

6、根据所述当前时刻裂缝体的非均匀展布程度与净压力变化率，判断当前时刻井筒两侧裂缝体的状态，根据当前时刻井筒两侧裂缝体的状态采取对应的施工优化措施；

7、持续进行上述步骤，直到完成当前井段的压裂施工。

8、在本发明的一个示例性实施例中，所述相关参数可包括排量、泵压、液体粘度、密度、支撑剂密度、浓度、改造段长度、斜深、垂深、地层压力、水平应力差、套管尺寸、射孔簇数、射孔位置、射孔孔数、裂缝延伸压力、停泵压力、井口压力、压裂液静水压力、压裂液摩阻、射孔孔眼摩阻、近井弯曲摩阻以及闭合压力中的一种或多种。

9、在本发明的一个示例性实施例中，所述实时净压力可通过式1计算，式1为，

10、pnet＝pwh+ph-pf-pperf-pnear-pc

11、其中，pnet为实时净压力，mpa；pwh为井口压力，mpa；ph为压裂液静水压力，mpa；pf为压裂液摩阻，mpa；pperf为射孔孔眼摩阻，mpa；pnear为近井弯曲摩阻，mpa；pc为闭合压力，mpa。

12、在本发明的一个示例性实施例中，所述监测当前时刻井筒两侧的裂缝体体积可包括：

13、利用地面密集台阵能量扫描四维影像压裂裂缝监测和广域电磁监测共同监测压裂施工过程中裂缝体展布情况，得到井筒两侧裂缝体的长度、宽度及高度，从而得到裂缝体的体积。

14、在本发明的一个示例性实施例中，所述裂缝体非均匀展布程度可通过式2计算，式2为，

15、vi＝δv/v＝|ve-vw|/(ve+vw)

16、其中，vi为当前时刻裂缝体的非均匀展布程度；δv为裂缝体积变化量，m3；v为裂缝体积，m3；ve、vw分别为井筒两侧裂缝体体积，m3。

17、在本发明的一个示例性实施例中，所述根据所述当前时刻裂缝体的非均匀展布程度与净压力变化率判断当前时刻井筒两侧裂缝体的状态可包括：

18、在当前时刻裂缝体的非均匀布展程度未达到临界点的情况下，判断净压力的变化幅度，根据净压力的变化幅度采取对应的优化施工措施；

19、在当前时刻裂缝体的非均匀布展程度达到临界点的情况下，根据净压力的变化幅度采取对应的优化施工措施；

20、其中，判断裂缝体的非均匀布展程度是否达到临界点包括：

21、当vi＜x时，裂缝体非均匀展布程度未达到临界点；

22、当vi≥x时，裂缝体非均匀展布程度达到临界点；

23、其中，vi为裂缝体非均匀展布程度，％，x为临界点，15％≤x≤25％。

24、在本发明的一个示例性实施例中，所述净压力变化率可通过式3计算，式3为：

25、

26、其中，p(i)为净压力变化率，％；δpnet为净压力变化值，mpa；pnet(i)为ti时刻裂缝体的净压力，mpa；pnet(i-a)为ti-a时刻裂缝体的净压力，mpa；a为时间间隔。

27、在本发明的一个示例性实施例中，所述方法还可包括重复上步骤完成所有井段压裂施工，实现单井更高的裂缝波及范围，提高深层页岩气井的改造体积。

28、在本发明的一个示例性实施例中，所述在当前时刻裂缝体的非均匀布展程度未达到临界点的情况下，判断净压力的变化幅度，根据净压力的变化幅度采取对应的优化施工措施可包括：

29、当裂缝体非均匀展布程度未达到临界点且净压力变化率＜10％时，判断井筒两侧扩展较均匀且净压力变化值小，可按原计划泵注程序实施；

30、当裂缝体非均匀展布程度未达到临界点且10％＜净压力变化率＜20％，判断井筒两侧扩展较均匀但净压力值波动幅度小，若波动频次较多，可实施一般强度转向；

31、当裂缝体非均匀展布程度未达到临界点且净压力变化率＞20％时，判断井筒两侧扩展较均匀但净压力值波动幅度大，如果波动频次较多，计算施工限压与目前施工压力安全窗口大小，在条件允许下可实施高强度转向。

32、在本发明的一个示例性实施例中，所述在当前时刻裂缝体的非均匀布展程度达到临界点的情况下，根据净压力的变化幅度可采取对应的优化施工措施包括：

33、当裂缝体非均匀展布程度达到临界点且净压力变化率＜10％时，判断井筒两侧扩展不均匀严重但净压力变化值小，可实施一般强度转向；

34、当裂缝体非均匀展布程度达到临界点且10％＜净压力变化率＜20％时，判断井筒两侧扩展不均匀严重且净压力值波动幅度小，实施中等强度转向；

35、当裂缝体非均匀展布程度达到临界点且净压力变化量＞20％时，判断井筒两侧扩展较均匀但净压力值波动幅度大，计算施工限压与目前施工压力安全窗口大小，在条件允许下实施高强度转向。

36、在本发明的一个示例性实施例中，所述压裂施工方法还可包括在压裂施工过程中判断裂缝体是否覆盖当前压裂施工井段的步骤，当裂缝体已经覆盖整个改造段后停止压裂施工。

37、本发明另一方面提供了一种深层页岩压裂施工装置，所述装置可包括：

38、获取模块，可用于获取当前压裂施工井段的相关参数；

39、监测模块，可用于监测当前时刻井筒两侧裂缝体体积以及裂缝体是否覆盖当前压裂施工井段；

40、计算模块，可用于基于所述当前压裂施工井段的相关参数计算当前时刻裂缝体的净压力变化率以及裂缝体的非均匀展布程度；

41、判断模块，可用于基于当前时刻裂缝体的净压力变率以及裂缝体的非均匀展布程度判断裂缝体的状态，根据裂缝体的状态输出下一步施工优化措施指令。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

43、(1)结合净压力变化率与裂缝体非均匀扩展程度来评判分析裂缝扩展情况，提高了评判结果的准确性；

44、(2)通过分析净压力变化率及裂缝体非均匀扩展程度，在不同的判定条件下实时的进行优化及重复优化，对裂缝扩展情况进行更加直观的分析。