專利名稱：對(duì)水平井進(jìn)行水力壓裂從而增產(chǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在地下地層中進(jìn)行水力壓裂，并且更具體地涉及用于優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能 力的方法。
背景技術(shù)：
水力壓裂是一種用于通過(guò)將來(lái)自井眼的高傳導(dǎo)性裂縫放置或延伸到儲(chǔ)層內(nèi)來(lái)增 加井產(chǎn)能的主要工具。傳統(tǒng)的水力壓裂處理通常被認(rèn)為具有幾個(gè)不同的階段。在第一階段期間，在高速和高壓下將水力壓裂流體通過(guò)井眼注入到地下地層中。 壓裂液注入速度超過(guò)進(jìn)入地層內(nèi)的過(guò)濾速度，從而增加生產(chǎn)層表面處的液壓。當(dāng)流體壓力 超過(guò)閾值時(shí)，地層巖層或巖石破裂并斷裂。水力壓裂開(kāi)始并且當(dāng)持續(xù)注入壓裂液時(shí)水力壓 裂裂縫開(kāi)始擴(kuò)展到地層內(nèi)。在接下來(lái)的階段期間，支撐劑與壓裂液混合并且在整個(gè)水力壓裂裂縫中被輸送。 在所設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度上沉積在人工裂縫內(nèi)的支撐劑在停止注入之后機(jī)械地防止裂縫閉合。一旦 壓裂處理結(jié)束，并且井被轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)模式，油/氣流入到裂縫并且通過(guò)支撐劑充填層沿井 眼流動(dòng)。油/氣的開(kāi)采速度基本上取決于包括地層滲透率、地層中的液壓、采出液的特性、 裂縫的形狀等的參數(shù)的數(shù)值。最重要的參數(shù)并且在水力壓裂中可以控制和調(diào)節(jié)的參數(shù)是支 撐劑充填層滲透率。在多種情況中，當(dāng)將支撐劑充填層的水力傳導(dǎo)率增加到超過(guò)傳統(tǒng)技術(shù) 的限度時(shí)，可以顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。迄今為止公開(kāi)的許多發(fā)明旨在增加含油氣層中所產(chǎn)生的裂縫的水力傳導(dǎo)率。其它發(fā)明提出了在支撐劑充填層中產(chǎn)生高傳導(dǎo)性孔道。這些孔道被假設(shè)為沒(méi)有支 撐劑并且為儲(chǔ)層流體提供傳導(dǎo)性孔道。在專利(US3850247A1,US3592266, US5411091A1, US20050274523A1, US6776235) 中，通過(guò)泵送交替層段壓裂料(這些交替層段壓裂料的至少一個(gè)參數(shù)是不同的)而產(chǎn)生高 傳導(dǎo)性孔道。例如，在US3592266中，提供了通過(guò)泵送粘性明顯不同的交替體積的流體而在 支撐劑充填層中產(chǎn)生不均勻性。在US6776235中，流體的攜砂能力和/或支撐劑的濃度不 同。所有專利假定在壓裂處理的初始階段引入的不均勻性將在整個(gè)壓裂處理過(guò)程中保持， 前述壓裂處理的初始階段是當(dāng)流體被混合并被泵送到井眼內(nèi)時(shí)的時(shí)刻。壓裂漿中的不均勻 性被認(rèn)為使所產(chǎn)生的支撐劑充填層產(chǎn)生不均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
提出了用于水平井的開(kāi)采增產(chǎn)處理的新技術(shù)。所述技術(shù)基于段塞方法(slugging approach)，并與具體射孔策略結(jié)合。本發(fā)明涉及通過(guò)將不均勻的支撐劑充填層裝填到裂縫 內(nèi)而實(shí)現(xiàn)裂縫傳導(dǎo)性的大幅度增加。


圖1說(shuō)明了用于在水平井中形成縱向裂縫的傳統(tǒng)的均勻支撐劑充填層的過(guò)程(初始階段)；注釋1_井眼，2-支撐劑，3-射孔孔眼在套管上的排列圖2說(shuō)明了用于在水平井中形成縱向裂縫的不均勻支撐劑充填層的過(guò)程(初始階 段)；注釋1_井眼，2-支撐劑，3-射孔孔眼在套管上的排列圖3顯示了用于在水平井中形成橫向裂縫的不均勻支撐劑充填層(初始階段)；注釋1_井眼，3-射孔孔眼在套管上的排列，4-橫向裂縫圖4顯示橫向裂縫中的不均勻充填層的示意圖。到達(dá)射孔區(qū)的支撐劑的段塞在孔 眼中被分成多個(gè)柱，所述柱沿徑向方向自井眼傳播；注釋1_井眼，2-支撐劑，3-射孔孔眼在套管上的排列；4-橫向裂縫圖5顯示橫向裂縫中的不均勻充填層的示意圖。顯示了在基于低粘度流體注入之 后的支撐劑的段塞。注釋1-井眼，2-支撐劑，3-射孔孔眼在套管上的排列，4-橫向裂縫，5-通過(guò)支撐 劑柱指進(jìn)，注入的低粘度流體。圖6顯示相鄰簇之間的射孔方位的變化。這種變化對(duì)于相鄰簇來(lái)說(shuō)在不同的孔眼 兩端產(chǎn)生壓降。壓降差將使通過(guò)相鄰簇的先前的柱產(chǎn)生不同的速度，從而防止所述柱一起 被泵送并提供不均勻支撐劑充填層。注釋1_井眼，3-射孔孔眼在套管上的排列，6-被稱作為擇優(yōu)裂縫面(PFP)的裂 縫增長(zhǎng)的方向。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種在水平井應(yīng)用中在水力壓裂裂縫中產(chǎn)生不均勻的支撐劑充填 層并因此產(chǎn)生流動(dòng)可獲得的傳導(dǎo)性開(kāi)口網(wǎng)的方法。與傳統(tǒng)的(被均勻支撐)裂縫相比，被 這種不均勻支撐劑充填層覆蓋的水力壓裂裂縫將具有基本上更高的傳導(dǎo)性，并因此將增加 油氣開(kāi)采速度。用于在裂縫中形成不均勻支撐劑充填層的方法與具體射孔方案結(jié)合，基于將壓裂 液和裝填有支撐劑的壓裂液交替注入裂縫內(nèi)。本發(fā)明不涵蓋壓裂液和具有支撐劑的壓裂液的交替注入，而是關(guān)注于新的射孔方案。壓裂液和具有支撐劑的壓裂液的交替注入包括以下詳細(xì)說(shuō)明的多個(gè)階段。第一階段是壓裂液的注入和裂縫的形成/擴(kuò)展。第二階段是在具體設(shè)備(所述具體設(shè)備不是給定專利的主題)的幫助下將給定體 積的支撐劑添加到壓裂液。(以給定支撐劑含量)與壓裂液混合的給定體積的支撐劑被稱 作為支撐劑段塞。沿井眼將所述支撐劑段塞輸送到射孔區(qū)。一個(gè)支撐劑段塞內(nèi)的支撐劑的 體積是重要的參數(shù)，并且對(duì)最終的裂縫的期望特性具有實(shí)質(zhì)影響。為了計(jì)算所述體積，應(yīng)該 知道諸如巖石的楊氏模量和裂縫閉合壓力的地層參數(shù)?；诤袔r石的油/氣的這些參 數(shù)，可計(jì)算支撐劑段塞的尺寸，使得注入的支撐劑部分能夠防止裂縫閉合。所發(fā)現(xiàn)的是為了 實(shí)現(xiàn)必需的傳導(dǎo)性增加，在通常的現(xiàn)有泵送速度下單個(gè)段塞泵送(在地面上)的時(shí)間需要 小于30-40秒。
第三階段是注入給定體積的沒(méi)有支撐劑的壓裂液。在第三階段期間注入的體積是 用于產(chǎn)生強(qiáng)透水的不均勻支撐劑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)。可由諸如巖石的楊氏模量的參數(shù)、裂縫 閉合壓力和支撐劑段塞的尺寸來(lái)確定沒(méi)有支撐劑的壓裂液的體積。所發(fā)現(xiàn)的是在現(xiàn)有的泵 送速度下第三階段泵送的時(shí)間在30-40秒以下，以防止裂縫閉合。在第二階段期間生成的支撐劑段塞沿井眼被輸送到射孔區(qū)。已經(jīng)到達(dá)射孔區(qū)的支 撐劑段塞被分成多個(gè)更小部分(所謂的支撐劑柱)。孔眼簇的數(shù)量和尺寸以及段塞體積確 定由一個(gè)段塞形成的柱的數(shù)量。通過(guò)壓裂液將柱向下輸送到裂縫。將第二階段和第三階段重復(fù)所需的次數(shù)。每一個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間和流體中的支撐 劑含量可以變化。因此在裂縫中形成不均勻的支撐劑結(jié)構(gòu)(段塞)。在裂縫閉合之后，穩(wěn)定的支撐劑 形成物保持裂縫壁并且防止完全閉合。具體射孔策略是本發(fā)明的關(guān)鍵部分。對(duì)于水平井中的不同類型裂縫來(lái)說(shuō)，射孔策 略會(huì)變化?，F(xiàn)有技術(shù)已知水平井應(yīng)用中的兩種類型的水力壓裂。所述兩種類型的水力壓裂 的裂縫方向不同；這產(chǎn)生縱向裂縫或橫向裂縫。本發(fā)明也使用射孔技術(shù)的一些說(shuō)明。雖然射孔技術(shù)本身不是本本發(fā)明的一部分， 但是可以在 Oilfield Review, Autumn 2006，ρ· 18—35 中的 “NewPractices to Enhance Perforation Results”中得到所述技術(shù)的很好說(shuō)明。在以下說(shuō)明中，可以使用定向和非定 向射孔技術(shù)。推薦的射孔策略如下1.對(duì)于縱向裂縫來(lái)說(shuō)，與在以段塞的形式泵送支撐劑(圖2)時(shí)的具體泵送計(jì)劃結(jié) 合，通過(guò)產(chǎn)生多組孔眼簇來(lái)實(shí)現(xiàn)不均勻充填。通過(guò)孔眼簇，可利用高射孔密度對(duì)孔眼間隔進(jìn) 行平均。所述簇被非射孔間隔分開(kāi)。2.對(duì)于橫向裂縫來(lái)說(shuō)，可通過(guò)產(chǎn)生位于同一平面處但具有不同相位(圖4)的多個(gè) 射孔孔眼來(lái)實(shí)現(xiàn)不均勻支撐劑充填層。將在不同定向的孔眼處產(chǎn)生支撐劑段塞的分離。應(yīng) 該以微小體積的段塞的形式泵送支撐劑，以防止相鄰支撐劑段塞在輸送期間凝結(jié)。3.對(duì)于橫向裂縫來(lái)說(shuō)，可通過(guò)產(chǎn)生位于相同的平面但是具有不同相位(圖5) 的多個(gè)射孔孔眼來(lái)實(shí)現(xiàn)不均勻支撐劑充填層。應(yīng)該在沒(méi)有支撐劑的低粘度階段之后以 微小體積的段塞的方式泵送支撐劑。因?yàn)橹高M(jìn)效應(yīng)，沒(méi)有支撐劑的低粘度階段會(huì)撕裂 段塞(Homsy G. Viscous fingering in porousmedia. //Annual Rev. of Fluid Mech., 1987. -V. 19. -P. 271. 271-314)。4.對(duì)于縱向裂縫來(lái)說(shuō)，射孔孔道相對(duì)于優(yōu)選斷裂面(PFP)的定向(孔眼位置的 相位)對(duì)于在一個(gè)簇中的孔眼的相鄰孔道來(lái)說(shuō)可以變化，或者可以在兩個(gè)相鄰簇之間變化 (盡管在一個(gè)簇內(nèi)所有射孔孔道的方位是相同的)。因此，換句話說(shuō)，在非定向射孔的情況 下，一個(gè)孔道可以具有120度相位，而另一個(gè)可以具有60度相位?；蛘?，在定向射孔的情況 下，一個(gè)孔道可以相對(duì)于PFP以30度被定向，而相鄰的一個(gè)孔道可以相對(duì)于PFP以10度被 定向。射孔孔道方位的這種變化將在井眼與裂縫內(nèi)的壓力之間產(chǎn)生不同的壓降，從而使通 過(guò)相鄰射孔孔眼的支撐劑段塞穿透的速度不同。依此方式，當(dāng)相鄰柱彼此分隔開(kāi)時(shí)，可以實(shí) 現(xiàn)所述效應(yīng)。圖6中說(shuō)明了這種技術(shù)。通過(guò)在不同的簇之間改變射孔孔道相對(duì)于主PFP的方位角，可以引入兩個(gè)相鄰孔眼的水力阻抗之間的差，并且這將促進(jìn)兩個(gè)相鄰支撐劑柱的明顯 分離。圖5示出了 180度相位射孔的情況，但是顯而易見(jiàn)的是，這種角度調(diào)節(jié)技術(shù)的使用不 局限于180度定向射孔的情況。通過(guò)角度調(diào)節(jié)，近井眼水力阻抗的變化可以與包括60度相 位的其它射孔相位一起使用?？傊?，所提供的水力壓裂的新方法包括以下基本概念1.通過(guò)交替泵送壓裂液和含有支撐劑的流體對(duì)水平井進(jìn)行壓裂。2.產(chǎn)生具體射孔策略，從而形成具有高射孔密度的射孔孔眼簇。作為極端情況，可 以產(chǎn)生射孔槽。射孔策略的類型取決于裂縫產(chǎn)生的類型。3.對(duì)于縱向裂縫來(lái)說(shuō)，用于段塞(階段二)和清潔壓裂液(階段三)的注入時(shí)間 應(yīng)該較小。根據(jù)計(jì)算，僅當(dāng)階段二和階段三的注入時(shí)間小于30-40秒時(shí)，才可實(shí)現(xiàn)顯著的水 力傳導(dǎo)率增加。4.對(duì)于橫向裂縫來(lái)說(shuō)，通過(guò)孔眼到達(dá)同一裂縫的支撐劑漿和清潔壓裂液的體積對(duì) 于傳導(dǎo)性的顯著增加來(lái)說(shuō)應(yīng)該非常小?？梢酝ㄟ^(guò)使用限流壓裂技術(shù)并且同時(shí)對(duì)幾個(gè)橫向裂 縫進(jìn)行壓裂來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的效果。在這種情況下，用于階段二和階段三的注入時(shí)間仍然應(yīng)該 小于30-40秒。這將產(chǎn)生的事實(shí)是，在泵送的階段二和階段三期間，移動(dòng)到橫向裂縫的流體 和支撐劑漿的量較少，并且這使得傳導(dǎo)率增加。這里公開(kāi)的技術(shù)方案被進(jìn)一步說(shuō)明如下模擬裂縫的壁的透明單元被設(shè)置成具有ImX 40cm X Icm的尺寸。壓裂液被泵送通 過(guò)所述單元。流體通過(guò)用作孔眼的Icm的孔被泵送到單元內(nèi)。被泵送通過(guò)所述單元的流體 是含有2. 4g/l聚糖的交聯(lián)凝膠。支撐劑渣是含有具有AcFrac CR 20/40支撐劑添加物的 2.4g/l聚糖的交聯(lián)凝膠。交聯(lián)凝膠中支撐劑含量是960g/l。當(dāng)清潔凝膠和含有凝膠的支 撐劑段塞交替時(shí)，在單元中形成不均勻的支撐劑段塞。泵送速度從1升/分鐘變化到20升 /分鐘。根據(jù)透水性測(cè)量?jī)x器中不均勻支撐劑段塞的模擬，顯示出單元的透水性顯著增加。 標(biāo)準(zhǔn)支撐劑充填層在6. 9MPa載荷下提供150達(dá)西的透水性，而含有不均勻支撐劑段塞的單 元在6. 9MPa載荷下提供3000達(dá)西的透水性。
權(quán)利要求
一種水平井的水力壓裂方法，用于增加油氣開(kāi)采速率，所述方法包括簇狀地層射孔策略，該簇狀地層射孔策略與交替注入含有支撐劑的水力壓裂液和不含有支撐劑的水力壓裂液相結(jié)合，并形成用于開(kāi)采液流動(dòng)的高滲透孔道網(wǎng)，其中，所述含有支撐劑的流體部分在小于30秒的時(shí)間期間被直接注入到射孔區(qū)，形成支撐劑柱，隨后，在小于30秒的時(shí)間期間注入不含有支撐劑的流體部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)于縱向裂縫來(lái)說(shuō)，通過(guò)注入分隔開(kāi)的支撐劑部 分，提供具有高射孔密度的射孔間隔，來(lái)實(shí)現(xiàn)不均勻支撐劑分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)于橫向裂縫來(lái)說(shuō)，通過(guò)改變相位提供位于同一 平面的多個(gè)射孔，并注入很少的支撐劑部分，來(lái)實(shí)現(xiàn)不均勻支撐劑分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在含有支撐劑的流體部分之間注入含有非支撐 劑的流體的部分，以形成所謂的指進(jìn)效應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，對(duì)于縱向裂縫來(lái)說(shuō)，用于相鄰簇的射孔孔道相對(duì)于擇 優(yōu)裂縫面的方位是不同的，并且一個(gè)簇內(nèi)的所有射孔孔道的方位保持相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及在地下地層中進(jìn)行水力壓裂，并且更具體地涉及用于優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力的方法。
文檔編號(hào)E21B43/26GK101952544SQ200880125456
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者奧列格·奧利高維徹·梅德弗杰夫, 阿納托利·弗拉基米羅維奇·梅德弗杰夫 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司