专利名称：深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法
技术领域：
本发明涉及油田开发中的储层水力压裂改造增产方法，特别是一种深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，尤其适用于超深稠油弱胶结砂岩底水油藏的新井开发或旧井改造。
背景技术：
我国稠油资源极为丰富，目前已在松辽、渤海湾、准葛尔、吐哈、塔里木、二连等15个大含油盆地发现了 70多个稠油油藏，已探明石油地质储量近20亿吨，其中超深层>1700m的占6%。但超深层稠油油藏中只有塔里木盆地的塔河碳酸盐稠油油田、吐哈盆地的某砂 岩稠油油田投入开发，主要原因在于油层埋藏深、储层条件差、原油物性差等，开发难度极大。以吐哈盆地的鲁克沁稠油油田为例，其为亿吨级深层稠油油藏，埋深2 300 3800m之间，岩石类型为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩，以泥岩孔隙式胶结为主,胶结疏松,储层物性较差，孔隙度为13% 30%，渗透率为50 700X 10-3iim2，单层厚度大，可达30-45米，非均质性较强，平面变异系数为0. 05-1. 96，突进系数为1.07-13. 16，厚砂层内部粉砂质泥岩和细砂岩互层，物性夹层、岩性夹层、钙质夹层封堵性差。其稠油具有高密度、高粘度、高凝固点、高浙青质与非烃含量、中等含蜡量的“四高一中”的特点，属典型的芳香型稠油，50°C时的地面原油粘度为10200-25570mPa. s，地层条件下含气原油粘度为154 526mPa. s ;地层水矿化度高(8 18万mg/1)、温度高(97 103°C)，压力系数为0. 95 I. 05MPa/100m，地温梯度为2. 44 2. 59°C /IOOm0该油田原油对温度敏感性强，随着温度的升高，原油粘度呈明显的下降，拐点温度为55°C 78°C，当温度高于拐点温度时，原油粘度的下降趋于平缓，所以目前一直采用稠油冷采技术开发。该稠油冷采技术中，常用的水力压裂增产方法一直沿袭了硬砂岩稀油油藏常规劈裂式压裂技术路线和思路，其以材料力学中连续均质介质的断裂力学为基础，利用全部注入液体的30-60%作为造缝液体，先在岩层中形成水力劈裂的缝，然后再在注入液体中混入砂子带入压开的裂缝中，当注入液体滤失到岩层后，带入的砂子支撑住水力压开的裂缝并作为油气从岩层流入地层的通道。其采用大排量劈裂4. 5-6. 5方/分钟、常规水基瓜胶压裂液、20-40目小粒径陶粒等技术要素，增产效果表现为“两低两短”，即幅值低，稳定产量平均2-3吨/天；累计增产量低，300吨/天；峰值增产期短，2-3天；有效期短，100-130天。分析其原因在于，鲁克沁超深层稠油油藏疏松砂岩储层在岩石物理力学性质、压后裂缝内渗流形态和驱替机理等方面均不同于均质强胶结砂岩油藏，常用的水力压裂增产方法对鲁克沁等超深层稠油油藏油井增产适应性差，具体表现为
I、经过室内模拟分析，泥质弱胶结疏松砂岩在岩石杨氏模量的减少和深层高应力下，对20-40目支撑剂铺砂浓度的嵌入深度随闭合压力升高而嵌入速度加快，嵌入深度大幅增力口，使得常规水力压裂劈裂所造缝窄细，支撑缝宽平均3. 5 mm,因高强度嵌入影响而很快闭合，尤其是近井压差较大的区带，形成“包饺子”现象。在同等驱替压差下，裂缝内稠油非达西流渗流流动对稠油流动缝宽度的要求是常规稀油流动缝宽的6-10. 5倍。2、压裂后稠油缝内流动出现节流现象，由于稠油与破胶后的压裂液流度差异大、近井压差大，导致近井支撑裂缝内压裂液返排时，该段波及裂缝段两侧的稠油在大压差作用下进入裂缝形成缝内稠油段而封闭裂缝内压裂液的返排，产生节流现象，造成压后有效流动的缝短，无效支撑压裂缝长，压降漏斗的波及半径受限，使增产幅度小、有效期主要表现在近井地带。3、对于20米以上的储油厚层，前期采用一次性深穿透、全厚度覆盖射孔，一次性全射孔段大排量常规劈裂压裂单缝，使裂缝纵向延伸严重，缝高达到射孔段的2. 5-3. 0倍，支撑剂大量充填在厚层底部层段，使无效缝长、缝高大、无效填砂多，离底水较近(10-15米)的缝高控制更为困难，压后易水窜。
4、通过岩芯对比，泥质弱胶结的疏松砂岩储层内钙质夹层、物性夹层和岩性夹层多，与其间的泥质夹层、钙质夹层和物性夹层为连续沉积，地应力差值小，平均为
0.5-1. 5MPa，厚砂层内非均质严重，压裂液沿应力薄弱点段突进严重，常规水力压裂难以有效均匀造缝、平剖面动用程度低。5、实验证明，稠油对温度敏感性强，其与压裂液胶体滤饼造成的冷伤害严重。因井筒作业液温度低，尤其是压裂液在近井地带温度最低，具有与地层流体不配伍的特点，在近井地带，稠油与钻井、压井液等井筒作业液直接接触，造成原油中轻质组分与重质组分分离，胶质浙青质析出而形成胶状物堵塞地层，影响压裂效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对稠油油藏储层层段厚、非均质严重、合层压裂不能实现全层段均匀改造以及稠油在地层内的流动性差、对支撑缝导流能力的要求大大高于稀油油藏等特点，提供一种深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，实现厚油层的分段均匀改造，改善压裂效果，提高单井压裂增产幅度，延长压裂措施有效期。本发明的技术方案是
一种深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特殊之处是，包括如下步骤
(1)识别稠油厚储层内部的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层，选择井内不同层段存在的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层作为分段压裂隔层，形成多个压裂层段；
(2)避开分段压裂隔层，利用电缆传输配合射孔弹对井内多个压裂层段分别进行大孔径射孔；
(3)向井内下入预处理管柱，应用生物酶解聚液对压裂层段进行预处理；
(4)向井内下入层内分段压裂管柱，所述的压裂管柱包括压裂油管、利用压裂油管串接的对应压裂层段处的端部喷砂器和滑套喷砂器、对应压裂隔层处的封隔器及配套工具，磁定位校深压裂管柱深度，根据校深结果调整管柱深度，确保压裂管柱的封隔器坐封在压裂隔层位置，关闭井口，等待压裂；
(5)分段压裂施工，连接地面压裂施工车组和高压泵入管线，从压裂油管注入压裂液打压坐封封隔器，坐封后压裂液打开压裂管柱的端部喷砂器，按泵注程序实施第一段压裂层段加砂压裂，关井扩散压力；继续注入压裂液，压裂油管憋压打开第二段压裂层段所对应的滑套喷砂器，实施第二段压裂层段加砂压裂；按同样的步骤完成第三段压裂层段加砂压裂；以此类推，完成最上压裂层段压裂施工后，放喷、排液，完成后续作业。 压裂施工过程中，向压裂油管与油井套管之间的环形空间中注入平衡液，以控制油套压差在设计范围内。所述压裂层段为疏松砂岩地层时，采用高砂比全充填压裂方法，加砂强度为2-3. 5m3/m，排量为2-3. 0 m3/min，前置液加入量为1-1. 5个压裂油管容积，以10%_15%的低砂比起步，最高砂比为50%-65%，平均砂比为25%-35% ；
所述压裂层段为低渗透胶结砂岩底水地层时，采用低砂比充填和复合控底水方法，力口砂强度为I. 5-2. 5 m3/m,排量为2-2. 8 m3/min,前置液加入量为1_2个压裂油管容积，以5%-7%的低砂比起步，最高砂比为40%-50%，平均砂比为20%-30%。低排量起裂，降低了压裂施工时的破裂压力，控制缝口形态，保护隔层，控制缝高下部延伸，前置液、排量仅是常规压裂的25%、50%，单井节约材料费用15万元以上。所述复合控底水技术采用以下三种模式中的一种
(1)常规支撑剂多级加砂模式，同一压裂层段内将常规支撑剂总量分两个以上阶段加入，第一阶段支撑剂下沉在裂缝底部形成人工挡板，抑制裂缝下部延伸，然后进行第二阶段加砂，接下来进行第三阶段加砂，依次类推；
(2)控水支撑剂或堵水支撑剂与常规支撑剂的二次加砂模式，同一压裂层段内将支撑剂总量分两个阶段加入，第一阶段采用控水支撑剂或堵水支撑剂下沉在裂缝底部形成人工挡板，然后进行第二阶段常规支撑剂加砂；
(3 )先对靠近底水的压裂层段采用控水支撑剂或堵水支撑剂控制底水、再对其上层的压裂层段改造采用常规支撑剂压裂模式。复合控底水方法有效防止了压窜底水，利用二级加砂或多级加砂前期加入的支撑剂沉砂为人工隔板，附加人工应力差，控制缝高下窜，并提高加砂强度、缝内有效铺砂浓度和裂缝宽度，同时应用控水支撑剂憎油疏水、堵水支撑剂胶结后不渗水的特性加强人工隔板的挡水性能，降低裂缝导流能力。同时20目-40目、16目-30目的组合陶粒或16目-30目的大粒径陶粒嵌入程度较低，提高了填砂缝体的高导流能力，实验室评价闭合压力50Mpa下，20-40目中密度陶粒支撑剂导流能力为77. 33 u m2. cm,大颗粒陶粒16-30目对应导流能力为 238. 66 u m2. cm。稠油厚储层内部不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层的识别方法，具体是根据测井曲线读值，对照不同夹层电测识别标准和岩石力学参数表，或根据测井曲线读值在电测识别图版上落点，识别并定性评价全井段层内岩性夹层，通过对比，选择层内分段压裂隔层。进行分段大孔径射孔时，采用脱气原油为射孔液，对老井已射孔层采用大孔径弹电缆传输覆盖射孔，孔密10-13孔/米、孔径32-33. 5mm、穿深240_255mm ;对新钻井或老井新层，直接用电缆传输大孔径弹射孔，孔密16孔/米、孔径32-33. 5mm、穿深240_255mm。压裂前对压裂层段进行预处理时，首先，以射孔井段外延伸到地层内部0. 5-1米为处理半径的孔隙体积挤入脱气原油，挤入压力小于地层破裂压力，排量200-500L/min ；然后以射孔井段处理半径1-2米的孔隙体积挤入生物酶解聚液，挤入压力小于地层破裂压力，排量180-300L/min，关井反应24小时，以保证预处理后平均降低裂缝起裂压力5-IOMPao所述后续作业具体步骤为
(1)放嗔压裂施工完成I小时后，井口油管安装油嘴控制放嗔，待井口套管压力为10-15MPa时，从套管反打压洗井，至压力落零；
(2)起出压裂管柱待油套压落零后，换井口，上提管柱解封封隔器，起出分段压裂管柱，当封隔器因砂堵形成管柱死腔，使水力锚和封隔器仍然坐封，采用氮气机气举掏空封隔器坐封点上部井筒液体或从油套管环空打压使套管内压力大于油管压力并带压提钻换位解封封隔器和回缩水力锚牙板，起出压裂管柱；
(3)洗井正循环边循环边放管柱冲砂，用清水大排量洗井，泵压10-12MPa，排量400-450L/min,冲砂至人工井底；
(4)排液平稳下放抽油泵、抽油管、油管完井管柱，下放到设计深度后，连接地面抽油 机设备，开抽排液，排出压裂施工过程中高压挤入地层的压裂液。本发明的有益效果是
I、针对超深稠油弱胶结砂岩底水油藏的储层岩石特点、流体特征和渗流特性，创立了深层稠油厚层层内细分段充填体积压裂技术的系列增产方法，改变针对常规胶结硬砂岩的传统劈裂法施工模式，形成全程大粒径支撑剂充填加砂的水力压裂造缝模式，造缝形态由过去单一的立足于缝长的长条状平面缝转变为近井一定规模围绕井轴的三维填砂体，提高了近井压裂支撑剂充填缝宽和纵向充填程度，满足了厚层内细分压裂和裂缝高导流能力的要求。2、经过岩石强度分析，稠油储层内非泥岩隔层的钙质夹层、物性夹层和泥质夹层具有与有效储层应力差大、岩石强度高、塑性大、缓慢增压下耐压程度高等特点，不同于传统劈裂法施工模式中胶结硬砂岩的非泥岩隔层不能成为压裂隔挡的情况，则识别储层内非泥岩隔层的钙质夹层、物性夹层和泥质夹层后，利用其成为分段压裂的天然薄隔层，可以有效控制近井裂缝形态，并为后期分段注水和分段采油提供了前提条件。3、电缆传输配合大孔径射孔弹的射孔优化技术，解决了大粒径陶粒的过流孔眼问题。对比油管传输射孔，电缆传输射孔具有施工简单、作业快(2个小时即可完成一次射孔)、成本低、工艺可靠性高、减少油管上扣、作业机损耗等优点。4、压裂前对储层进行预处理，降粘解堵，消除水锁，清除油垢、无机垢，剥离、分散岩石表面的聚合物泥饼，平均降压5-10MPa，释放了近井应力，降低了压裂造缝初期的施工压力，保障了段内薄隔夹层在近井(如水泥环外)不被压窜；解除钻井污染，提高近井完善程度；降低地层原油粘度，解决压裂液冷伤害问题；并为后期压裂管柱优选、封隔器带压坐封和压裂机组组合提供了压力依据。5、压裂管柱的底部喷砂器和滑套喷砂器分别对应第一段压裂层段和第二段以上的压裂层段，封隔器坐、解封可靠，施工安全，保障了压裂作业的顺利实施。6、现场实施35 口井，施工成功率97. 6%，压后平均单井日产油8. 3吨，为常规压裂的2. 7倍，跨年累计增油18900吨。
图I是本发明的压裂管柱下入到井内的结构示意图(对应实施例I)；
图2是本发明的压裂管柱下入到井内的结构示意图(对应实施例2)；
图3是本发明的压裂管柱下入到井内的结构示意图(对应实施例3)；
图4是本发明的压裂管柱下入到井内的结构示意图(对应实施例4)；
图5是本发明的压裂管柱下入到井内的结构示意图(对应实施例5)。图中端部喷砂器I、压裂油管2、滑套承接器3、扩张式封隔器4、承砂皮碗5、滑套喷砂器6、水力锚7、反洗阀8、安全接头9、平衡管10、导压喷砂封隔器11、正反扣接头12、防
卡砂工具13。
具体实施例方式实施例I :老井已射孔未压裂层压裂施工模式
将本发明所述增产方法应用于玉东204-114井，其生产井段为2926-2955. 0米。施工步骤以下
I、识别生产井段2926-2955. 0米内部不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层，选取隔层。根据测井曲线读值，对照不同夹层电测识别标准和岩石力学参数表(或根据读值在电测识别图版上落点)，在油层2926-2955. 0米已射孔段(2926. 0-2933. 47m,2934. 07-3944. 62m, 2945. 22-2955. 0m)内优选 2944. 62-2945. 22 米钙质夹层为分段压裂隔层。①深层稠油厚储层不同夹层电测识别标准见表I。表I
.JllIJ+ ^ ^i弓质夹辰掏性夹M泥质夹辰
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其中，厚储层层间为泥质隔层，其电性特征为泥质夹层厚度比泥岩小，井径扩大、自然伽玛明显高值、自然电位无异常幅度；密度小、声波时差和补偿中子大，三孔隙度曲线向一个方向变化；电阻率低。厚储层层内主要有钙质夹层、泥质夹层、物性夹层，具体电性特征分别为
钙质夹层密度增大、声波时差和补偿中子变小，三孔隙度基本重合，自然伽玛呈低值、自然电位异常幅度略有降低；电阻率高；往往在每套沉积旋回的中部或底部。泥质夹层自然伽玛呈高值、井径扩径、自然电位相对纯泥岩基线有一定幅度；密度小、声波时差和补偿中子较高，三孔隙度向一个方向变化；电阻率明显较储层降低，比纯泥岩自然电位幅度小，常在每套沉积旋回的顶、底部。物性夹层密度增大、声波时差和补偿中子变小，三孔隙度基本重合；自然伽玛呈低值；电阻率高，幅度比钙质夹层小。②深层稠油厚储层内部夹层优选的岩石力学参数见表2。表权利要求
1.一种深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)识别稠油厚储层内部的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层，选择井内不同层段存在的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层作为分段压裂隔层，形成多个压裂层段； (2)避开分段压裂隔层，利用电缆传输配合射孔弹对井内多个压裂层段分别进行大孔径射孔； (3)向井内下入预处理管柱，应用生物酶解聚液对压裂层段进行预处理； (4)向井内下入层内分段压裂管柱，所述的压裂管柱包括压裂油管、利用压裂油管串接的对应压裂层段处的端部喷砂器和滑套喷砂器、对应压裂隔层处的封隔器及配套工具，磁定位校深压裂管柱深度，根据校深结果调整管柱深度，确保压裂管柱的封隔器坐封在压裂隔层位置，关闭井口，等待压裂； (5)分段压裂施工，连接地面压裂施工车组和高压泵入管线，从压裂油管注入压裂液打压坐封封隔器，坐封后压裂液打开压裂管柱的端部喷砂器，按泵注程序实施第一段压裂层段加砂压裂，关井扩散压力；继续注入压裂液，压裂油管憋压打开第二段压裂层段所对应的滑套喷砂器，实施第二段压裂层段加砂压裂；按同样的步骤完成第三段压裂层段加砂压裂；以此类推，完成最上压裂层段压裂施工后，放喷、排液，完成后续作业。
2.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于压裂施工过程中，向压裂油管与油井套管之间的环形空间中注入平衡液，以控制油套压差在设计范围内。
3.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于所述压裂层段为疏松砂岩地层时，采用高砂比全充填压裂方法，加砂强度为2-3. 5 m3/m，排量为2_3. O m3/min，前置液加入量为1-1. 5个压裂油管容积，以10%_15%的低砂比起步，最高砂比为50%-65%，平均砂比为25%-35% ； 所述压裂层段为低渗透胶结砂岩底水地层时，采用低砂比充填和复合控底水方法，力口砂强度为I. 5-2. 5 m3/m,排量为2-2. 8 m3/min,前置液加入量为1_2个压裂油管容积，以5%-7%的低砂比起步，最高砂比为40%-50%，平均砂比为20%-30%。
4.根据权利要求3所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于所述复合控底水技术采用以下三种模式中的一种 (1)常规支撑剂多级加砂模式，同一压裂层段内将常规支撑剂总量分两个以上阶段加入，第一阶段支撑剂下沉在裂缝底部形成人工挡板，抑制裂缝下部延伸，然后进行第二阶段加砂，接下来进行第三阶段加砂，依次类推； (2)控水支撑剂或堵水支撑剂与常规支撑剂的二次加砂模式，同一压裂层段内将支撑剂总量分两个阶段加入，第一阶段采用控水支撑剂或堵水支撑剂下沉在裂缝底部形成人工挡板，然后进行第二阶段常规支撑剂加砂； (3 )先对靠近底水的压裂层段采用控水支撑剂或堵水支撑剂控制底水、再对其上层的压裂层段改造采用常规支撑剂压裂模式。
5.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于稠油厚储层内部不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层的识别方法，具体是根据测井曲线读值，对照不同夹层电测识别标准和岩石力学参数表，或根据测井曲线读值在电测识别图版上落点，识别并定性评价全井段层内岩性夹层，通过对比，选择层内分段压裂隔层。
6.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于进行分段大孔径射孔时，采用脱气原油为射孔液，对老井已射孔层采用大孔径弹电缆传输覆盖射孔，孔密10-13孔/米、孔径32-33. 5mm、穿深240_255mm ;对新钻井或老井新层，直接用电缆传输大孔径弹射孔，孔密16孔/米、孔径32-33. 5mm、穿深240_255mm。
7.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于压裂前对压裂层段进行预处理时，首先，以射孔井段外延伸到地层内部0. 5-1米为处理半径的孔隙体积挤入脱气原油，挤入压力小于地层破裂压力，排量200-500L/min ;然后以射孔井段处理半径1-2米的孔隙体积挤入生物酶解聚液，挤入压力小于地层 破裂压力，排量180-300L/min，关井反应24小时，以保证预处理后平均降低裂缝起裂压力5-IOMPao
8.根据权利要求I所述的深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其特征在于，所述后续作业具体步骤为 (1)放嗔压裂施工完成I小时后，井口油管安装油嘴控制放嗔，待井口套管压力为10-15MPa时，从套管反打压洗井，至压力落零； (2)起出压裂管柱待油套压落零后，换井口，上提管柱解封封隔器，起出分段压裂管柱，当封隔器因砂堵形成管柱死腔，使水力锚和封隔器仍然坐封，采用氮气机气举掏空封隔器坐封点上部井筒液体或从油套管环空打压使套管内压力大于油管压力并带压提钻换位解封封隔器和回缩水力锚牙板，起出压裂管柱； (3)洗井正循环边循环边放管柱冲砂，用清水大排量洗井，泵压10-12MPa，排量400-450L/min,冲砂至人工井底； (4)排液平稳下放抽油泵、抽油管、油管完井管柱，下放到设计深度后，连接地面抽油机设备，开抽排液，排出压裂施工过程中高压挤入地层的压裂液。
全文摘要
一种深层稠油油藏厚砂岩储层层内水力分段压裂施工增产方法，其包括识别稠油厚储层内部的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层，选择井内不同层段存在的不含油钙质夹层、泥质夹层、物性夹层作为分段压裂隔层，形成多个压裂层段；避开分段压裂隔层，利用电缆传输配合射孔弹对井内多个压裂层段分别进行大孔径射孔；应用生物酶解聚液对压裂层段进行预处理；向井内下入层内分段压裂管柱，进行分段压裂施工。实现了厚油层的分段均匀改造，改善压裂效果，提高单井压裂增产幅度，延长压裂措施有效期。
文档编号E21B43/20GK102733789SQ20121023153
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者吕芬敏, 姜延庆, 崔彦立, 王宗益, 王玉成, 许云春, 钱继贺 申请人:吕芬敏, 崔彦立, 钱继贺