CN109751026B - 一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法及施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法、一种压裂作业方法以及一种井下加热装置方法包括：在压裂作业过程中，在射孔完成后加热水平井筒内的滑溜水以增加裂缝的复杂性程度。根据本发明的方法可以有效提高压压裂开采裂缝系统复杂程度，从而提高常压页岩气储层裂缝的长期有效导流能力，以增加增产措施的有效周期进而提高经济开发效益。

Description

一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法及施工工艺

技术领域

本发明涉及油气开采领域，具体涉及一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法及施工工艺。

背景技术

页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中。

随着常规石油资源的枯竭，页岩气的开采慢慢成为当今油气开采的重点。页岩气资源包括高压页岩气以及常压页岩气。常压页岩气的资源量极其巨大，一旦获得商业性突破，则页岩气的开发前景十分广阔。

然而，目前常压页岩气压裂技术主要采用类似高压页岩气压裂的技术模式及参数。由于高压页岩气的物理性质与常压页岩气的物理性质并不完全相同，因此，现有技术中，常压页岩气压裂技术只是在施工方面取得成功，但产量一直不理想，压后产量的递减速度也较快。

发明内容

本发明提供了一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法，所述方法包括：

在压裂作业过程中，在射孔完成后加热水平井筒内的滑溜水以增加裂缝的复杂性程度。

在一实施例中，在射孔完成后加热水平井筒内的滑溜水，其中，采用电磁感应加热的方式加热水平井筒内的滑溜水。

在一实施例中，在射孔完成后加热水平井筒内的滑溜水，其中，将水平井筒内的所有滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度的50％以上。

在一实施例中，所述方法还包括：

停止加热后注入温度相对较低的滑溜水。

在一实施例中，在压裂过程中，基于小微尺度裂缝系统确定支撑剂的最小粒径。

在一实施例中，在压裂过程中，采用140-230目和70-140目两种粒径的支撑剂，两种支撑剂的混合比例为1：1。

本发明还提出了一种基于本发明所述方法的压裂作业方法，所述流程包括：

将井下加热器随桥塞、桥塞座封及射孔枪一起下入水平井筒内预定的位置内；

令所述桥塞座封丢手；

上提所述射孔枪和所述井下加热器，进行射孔作业；

按设定要求的簇数射孔完成后，使用所述井下加热器加热水平井筒内的液体；

提出所述射孔枪和所述井下加热器的管串，按照预先设计的压裂工艺进行压裂作业。

在一实施例中，将井下加热器随桥塞及射孔枪一起下入水平井筒内预定的位置内，其中，将多个井下加热器串联下入所述水平井筒内多个不同的位置。

在一实施例中，提出所述射孔枪和所述井下加热器的管串，按照预先设计的压裂工艺进行压裂作业，其中，在所述压裂作业过程中注入温度相对较低的滑溜水。

本发明还提出了一种井下加热器，所述加热器包括：

外保护层；

电感线圈，其配置为当接收到高频交变电流时产生交变磁场；

电磁发热管，其配置为在所述交变磁场下产生发热；

分隔层，其配置为分隔所述电感线圈与所述电磁发热管。

根据本发明的方法可以有效提高压压裂开采裂缝系统复杂程度，从而提高常压页岩气储层裂缝的长期有效导流能力，以增加增产措施的有效周期进而提高经济开发效益。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的压裂施工流程示意图；

图2是根据本发明一实施例的包含井下加热器、桥塞、桥塞座封及射孔枪的管柱示意图；

图3是根据本发明一实施例的井下加热器结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

随着常规石油资源的枯竭，页岩气的开采慢慢成为当今油气开采的重点。页岩气资源包括高压页岩气以及常压页岩气。常压页岩气的资源量极其巨大，一旦获得商业性突破，则页岩气的开发前景十分广阔。

然而，目前常压页岩气压裂技术主要采用类似高压页岩气压裂的技术模式及参数。由于高压页岩气的物理性质与常压页岩气的物理性质并不完全相同，因此，现有技术中，常压页岩气压裂技术只是在施工方面取得成功，但产量一直不理想，压后产量的递减速度也较快。

针对上述问题，本发明首先对现有技术的施工细节进行分析。

具体的，技术上主要采用类似涪陵海相高压页岩气压裂的技术模式及参数，如单段射孔2-3簇，段长70-80m，单段总压裂液量1600-1800m3，其中，滑溜水体积占比80-90％，黏度6-12mPa.s，剩余为胶液，黏度一般为30-50mPa.s。有时甚至不用胶液而全程采用滑溜水。总支撑剂量60-70m3，支撑剂粒径一般包括70-140目、40-70目及30-50目，其中，70-140目支撑剂体积占比10-20％，30-50目支撑剂体积占比10-15％，剩余为40-70目支撑剂，且占主导地位。注入排量14-16m3/min，综合砂液比4％左右。这种技术模式及参数存在以下问题：

1)压力系数低，原始的各种裂隙的尺度相对较小，因此，如采用高压页岩气常用的中高黏度滑溜水，势必产生的小微尺度的裂缝系统要少得多，则裂缝的复杂性程度会大幅降低。

2)70-140目小粒径支撑剂的应用比例如采用高压页岩气适合的比例，因上述原因，大部分小粒径支撑剂会因小微尺度的裂缝不够，而大部分滞留于大尺度的主裂缝中，最终反而会堵塞主裂缝的导流能力，对压后效果起不利影响。

3)由于段间距、单段射孔簇数及单段压裂液量等参数相当或接近，因此，在相同的水平段长度的基础上，裂缝的条数一样，但由于上述原因造成的每条裂缝的复杂性程度不够，则最终的裂缝有效改造体积降低。而常压页岩气需要更高的裂缝改造体积。

基于上述分析，本发明提出了一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法。具体的，在一实施例中，在压裂作业过程中，在射孔完成后加热水平井筒内的滑溜水以增加裂缝的复杂性程度。

具体的，在一实施例中，将水平井筒内的滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度。这样就可以令水平井筒内的滑溜水黏度大幅度降低(在一具体应用实施例中，降低到0.1-0.2mPa.s)，使得更容易沟通与延伸更小尺度的裂缝系统，从而大幅度增加裂缝的复杂性程度。此外，比原始地层温度更高后，也增加热应力效应，并在一定程度上降低岩石的强度，在一定的缝内净压力条件下，更易产生新的破裂，从而可延伸更多的小微尺度裂缝系统。

根据本发明的方法可以有效提高压压裂开采裂缝系统复杂程度，从而提高常压页岩气储层裂缝的长期有效导流能力，以增加增产措施的有效周期进而提高经济开发效益。

具体的，在一实施例中，将水平井筒内的所有滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度的50％以上。

进一步的，在一实施例中，采用电磁感应加热的方式加热水平井筒内的滑溜水。这样可以有效保证加热实施的有效性与安全性。同时，通过电磁加热器的总功率可以计算具体的加热效果，从而准确控制最终的加热结果温度。

进一步的，在一实施例中，在井筒内的滑溜水加热完毕停止加热后，在后续的压力作业中注入温度相对较低的滑溜水。具体的，在一实施例中，后续注入的滑溜水与加热过的滑溜水的温差为5-10倍。这样，通过冷热交替的作用，可以促使进一步产生更复杂的裂缝系统。由于后续滑溜水的黏度较加热的滑溜水黏度高，可以进一步增加不同尺度裂缝内的净压力，也利于使裂缝的复杂性进一步增加。

进一步的，在一实施例中，为了充分支撑大量小微尺度的裂缝系统，在压裂过程中，选用宽粒径分布范围、较小粒径支撑剂。具体的，基于小微尺度裂缝系统确定支撑剂的最小粒径。不同粒径的支撑剂，通过自然渗吸原理，小粒径支撑剂分布于小微尺度裂缝系统，中粒径支撑剂分布于中等尺度的裂缝系统，大粒径支撑剂则分布于大尺度的裂缝系统内，各得其所，有利于提高施工砂液比或采用连续加砂模式，不同尺度裂缝内的净压力进一步提升，又进一步增加了裂缝的复杂性程度，获得更高的裂缝导流能力。

具体的，在一实施例中，最小粒径的支撑剂选择140-230目。

进一步的，在一实施例中，只采用两种粒径的支撑剂，具体的，采用140-230目和70-140目两种粒径的支撑剂。考虑到不同尺度裂缝占比难以准确地确定，特设计140-230目和70-140目混合的方式，且混合比例为1：1。这样，就相当于采用一种粒径的支撑剂，即70-230目，相当于宽粒径分布的支撑剂，可有效覆盖大范围内不同尺度的裂缝系统。这种混合的支撑剂对页岩气的流动而言，即使日产量达10万方，也不增加额外的缝内摩阻。况且，由于不同粒径的支撑剂，通过自然渗吸原理，小粒径支撑剂分布于小微尺度裂缝系统，中粒径支撑剂分布于中等尺度的裂缝系统，大粒径支撑剂则分布于大尺度的裂缝系统内，实际上是各得其所，它们其实很难聚集在一起的。因此，担心的支撑剂混合后导流能力低对后产量的影响，几乎不存在，或影响较小。此外，因支撑剂的粒径整体偏小，更利于提高施工砂液比或采用连续加砂模式，不同尺度裂缝内的净压力进一步提升，又进一步增加了裂缝的复杂性程度，获得更高的裂缝导流能力。

基于本发明提出的方法，本发明提出了一种压裂作业方法。

接下来基于流程图详细描述本发明实施例的实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，在一实施例中，压裂作业方法包括以下步骤。

S110，将井下加热器随桥塞及射孔枪一起下入水平井筒内预定的位置内。具体的，在一实施例中，包含井下加热器、桥塞、桥塞座封及射孔枪的管柱如图2所示。其中，井下加热器为电磁加热器，其通过电缆获取电能以发热。

进一步的，在一实施例中，为了增加加热效率，将多个井下加热器串联下入水平井筒内多个不同的位置。

S120，令桥塞座封丢手。

S130，上提射孔枪和井下加热器。

S140，进行射孔作业。

S150，按设定要求的簇数射孔完成后，使用井下加热器加热水平井筒内的液体。

S160，加热完成后，提出射孔枪和井下加热器的管串。

S170，按照预先设计的压裂工艺进行压裂作业。

进一步的，在一实施例中，在步骤S170中，按照预先设计的压裂工艺进行压裂作业，其中，在压裂作业过程中注入温度相对较低的滑溜水。

进一步的，为了实现本发明所述的方法，本发明还提出了一种井下加热器，该井下加热器采用电磁加热原理。具体的，如图3所示，加热器包括：

外保护层；

电感线圈，其配置为当接收到高频交变电流时产生交变磁场；

电磁发热管，其配置为在所述交变磁场下产生发热；

分隔层，其配置为分隔所述电感线圈与所述电磁发热管。

通过电缆输入高频交变电流，电感线圈产生交变磁场，在电磁发热管的金属内筒和套管内产生小的电涡流，电涡流促使金属内筒和套管的金属分子高速无规则运动，互相碰撞、摩擦产生热，金属内筒和套管作为热源直接加热井筒内的滑溜水。

下面利用一具体实施场景来详细描述本发明一实施例的具体实施过程。

在一具体应用场景中，压裂作业详细的实施步骤如下：

1)评估关键页岩储层参数：包括岩性及矿物组分、物性、岩石力学及三向地应力、层理缝/纹理缝及高角度天然裂缝特征等。可采用录井、测井及岩心测试等方法获取。水平段情况，可参考导眼井测录井及岩心数据的对应关系，由水平段测井情况与导眼井的测井曲线对比，获取有关参数。

2)优选簇射孔位置：在步骤1)的基础上，综合考虑页岩的地质甜点及工程甜点，用等权重法计算最终的综合甜点指标。由综合甜点指标高低进行排序，再结合步骤3)优化最终簇射孔位置。为了增加段内各簇均匀起裂与延伸的概率，段内各簇位置处的工程甜点指标应相当或接近，最大与最小的工程甜点差异不应超过10％。

3)优化裂缝参数：在步骤1)、步骤2)基础上，应用页岩气压裂产量预测的成熟模拟软件ECLIPSE，按等效导流能力方法设置水力裂缝。所谓等效导流能力，就是将裂缝宽度放大一定的倍数后，按比例缩小裂缝内的渗透率，使它们的乘积即裂缝的导流能力保持不变。然后，按常用的正交设计方法，模拟不同的裂缝长度及其分布(等缝长、两头长中间短的U型和长短缝交互的W型等)、裂缝导流能力、缝间距下的压后产量动态，从中优选压后产量相对最大时对应的裂缝参数系统即为最佳的裂缝参数。

4)压裂施工参数的优化：为了获得步骤3)中获得的最佳裂缝参数，应用页岩气压裂裂缝扩展模拟的常用商业性软件MEYER，同样按正交设计方法，模拟不同的压裂施工参数(排量、总液量及滑溜水的比例、总支撑剂量及施工砂液比)及不同压裂液黏度下的裂缝参数动态变化情况，从中优选能获得最佳裂缝条件下的压裂施工参数及压裂液黏度。

5)滑溜水替井筒作业：该作业主要在第一段应用，因其它段在作业后期都是滑溜水顶替，井筒中已充满低摩阻的滑溜水了。一般第一段都是连续油管带射孔枪作业，可利用连续油管对滑溜水进行正注作业，直到环空返排出滑溜水为止。

6)下电磁加热器、射孔及桥塞管串，并完成桥塞座封、丢手及射孔作业：沿水平井段均匀分布1-10个电磁加热器，其它的射孔枪、桥塞及作业，按常规流程执行。

7)电缆通电，井下电磁加热器对水平井筒内滑溜水进行加热，根据电磁加热器的总功率、页岩地层温度及预期的50-100％的温度增值，计算需要的加热时间，并计算该温度对射孔位置套管强度及变形的影响，确保对套管抗内压强度的影响程度在5％以内。

8)滑溜水造缝施工：基于步骤4)的模拟结果，用优化的总液量的20-30％进行造缝施工，排量取步骤4)优化的最高排量的70％，以沟通与延伸尽可能多的小微尺度裂缝系统。

9)140-230目和70-140目混合支撑剂加砂作业：这两种支撑剂按1:1进行混合，可用两台混砂车平行施工。按加砂前期30-40％时间内进行长段塞注入，如2-4-6-8％、10-12-14-16％，每个砂液比段可为半个井筒容积左右。之后，可尝试连续加砂模式，如16-18-18-20-22-24-26-28-30％，考虑到支撑剂的总体粒径相对较小，砂液比也可尝试进一步提高，但一定控制好井口施工压力上升速度小于1MPa/min，否则易引起砂堵。一直到所有支撑剂注入完为止。

10)顶替作业：在步骤9)结束后，进行顶替作业，顶替液的前20-30m³必须采用高黏度胶液，以减少水平井筒的沉砂效应。总顶替量按井筒容积的120-140％准备。

11)其它段的施工，重复步骤6)～步骤10)。

12)所有段压裂施工结束后，钻塞、返排、测试求产及正常生产，按常规流程执行。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法，其特征在于，所述方法包括：

在压裂作业过程中，在射孔完成后采用电磁感应加热方式来加热水平井筒内的滑溜水，直至超过原始地层温度，其中，将水平井筒内的所有滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度的50％以上；

停止加热后注入温度相对较低的滑溜水，以增加裂缝的复杂性程度，其中，低温滑溜水与加热过的滑溜水的温度相差5～10倍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在压裂过程中，基于小微尺度裂缝系统确定支撑剂的最小粒径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在压裂过程中，采用140-230目和70-140目两种粒径的支撑剂，两种支撑剂的混合比例为1：1。

4.一种基于权利要求1～3中任一项所述提升压裂开采裂缝系统复杂程度的方法的压裂作业方法，其特征在于，所述压裂作业方法包括：

将井下加热器随桥塞、桥塞座封及射孔枪一起下入水平井筒内预定的位置内，其中，将多个井下加热器串联下入所述水平井筒内多个不同的位置；

令所述桥塞座封丢手；

上提所述射孔枪和所述井下加热器，进行射孔作业；

按设定要求的簇数射孔完成后，使用所述井下加热器采用电磁感应加热方式来加热水平井筒内的滑溜水，直至超过原始地层温度，其中，将水平井筒内的所有滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度的50％以上；

提出所述射孔枪和所述井下加热器的管串，按照预先设计的压裂工艺进行压裂作业，其中，在所述压裂作业过程中注入温度相对较低的滑溜水，以及低温滑溜水与加热过的滑溜水的温度相差5～10倍。

5.一种井下加热器，其特征在于，所述井下加热器实现如权利要求4所述的压裂作业方法并通过多个井下加热器串联的方式下入水平井筒内多个不同的位置，其中，所述井下加热器包括：

外保护层；

电感线圈，其配置为在压裂作业过程中，当在射孔完成后接收到高频交变电流时产生交变磁场，直至水平井筒内的所有滑溜水加热到井底压力下超过原始地层温度的50％以上以停止产生高频交变电流；

电磁发热管，其配置为在所述交变磁场下产生发热来加热水平井筒内的滑溜水，在电磁发热管的金属内筒和套管内产生电涡流，该电涡流促使金属内筒和套管的金属分子高速无规则运动，使得金属内筒和套管作为热源直接加热井筒内的滑溜水，以在不产生交变磁场的情况下停止加热；

分隔层，其配置为分隔所述电感线圈与所述电磁发热管。

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