一种页岩压裂过程中控制压力异常上升的处理方法与流程

本发明涉及一种压裂处理方法，尤其涉及一种页岩压裂过程中控制压力异常上升的处理方法。

背景技术：

页岩压裂压力异常上升是指在排量基本平稳的条件下，施工压力出现高于正常波动范围的台阶式上升，通常情况下多出现于施工的中后期。页岩储层超低孔渗特征，决定了压裂改造要获得高产工业气流，必须形成不同于常规储层的复杂缝网，同时页岩天然裂缝、层理发育，导致滤失大、液体效率低，压裂施工多采用低粘度液体，携砂性能差，压裂砂运移过程中易沉降，以上因素使页岩压裂工艺风险很大，易出现压力异常上升导致的加砂困难甚至砂堵，无法达到改造目的，从而影响最终改造效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高页岩压裂施工质量，确保改造效果的页岩压裂过程中控制压力异常上升的处理方法。

本发明所采用的技术方案为：一种页岩压裂过程中控制压力异常上升的处理方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1、前期压裂：按照压裂施工设计，通过压裂设备将前置液注入地层，继续按照设计量将压裂液带压裂砂一起注入地层；

S2、压裂中后期：当压力出现异常上升时，采用临界砂比法进行施工，具体为：

①确定临界砂比：加砂过程中压力出现斜率大于1/2的爬升，确定临界砂比范围为此时砂比减去2％～5％，并立即停止加砂，继续注入压裂液，注入量为1-1.5倍的井筒容积的压裂液，停砂不停液；

②压力异常上升处理：完成1-1.5倍的井筒容积压裂液注入后，以不超过临界砂比为起点重新加压裂砂，逐步提高压裂砂中的砂比值，直至完成设计加砂量。

按上述技术方案，若采用临界砂比法还是不能使压力平稳下来，则采用降滤法步骤，具体为：

①压力出现异常上升阶段，：加砂过程中压力出现异常上升，立即停止加砂，继续注入压裂液，注入量为1-1.5倍的井筒容积，停砂不停液；

②压力异常上升处理阶段：完成1-1.5倍的井筒容积压裂液注入后，继续用压裂液携带70/140目小粒径压裂砂注入地层中，此时小粒径压裂砂的注入量等于或小于出现压力异常时压裂砂的用量，完成此段加砂后，继续注入1-1.5倍的井筒容积的压裂液，观察压力变化；

③压力观察阶段：

若压力下降，则停止加入小粒径压裂砂，按照原设计砂比值加入压裂砂，并逐渐提高砂比，直至完成设计加砂量；

若压力不降或持续上升，则重复上述降滤法步骤步骤②1-3次，直至压力出现下降，再按照原设计加砂程序，继续施工。

按上述技术方案，若采用临界砂比法和降滤法还是不能使压力平稳下来，则采用井底压力控制法，具体为：

①压力出现异常上升处理阶段：加砂过程中压力出现异常上升，立刻降低排量，降幅为0.5-2m³/min；

②压力观察阶段：

若压力趋稳，可继续按照原设计加砂，或适当降低砂比加砂，砂比可降至临界砂比以下，直至完成加砂；

若压力继续升高或波动幅度较大，可继续降低排量，每次排量降幅0.4～0.6m³/min，直至压力平稳或下降，然后继续按照原设计加砂，或适当降低砂比加砂，直至完成加砂。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明的临界砂比法可降低砂堤形成速度，有效控制施工压力快速上升(或使施工压力趋于平稳甚至缓慢下降)的状况；当采用临界砂比法不能降低施工压力时，再尝试降滤法，降滤法可对次级裂缝系统实现快速、高效的降滤和封堵，从而在短时间内增加主裂缝系统的液体流量，增大主裂缝中携砂液流动速度、增加主裂缝动态缝宽，使压裂砂在裂缝中的运移更为顺畅，从而降低施工压力，实现后续加砂的顺利进行；当采用临界砂比法和降滤法都不能降低施工压力时，再尝试井底压力控制法，井底压力控制法采取降低排量的方式，增加近井带裂缝宽度，有利于解除压裂砂在近井带裂缝中形成的“桥堵”，起到疏通人工裂缝、增加携砂液过流面积的作用，从而降低施工压力，达到对施工压力异常上升的控制和处理的目的。

2、本发明作为一种适用于现场条件、简单易行、不改变现有施工工艺的技术方法，能够有效解决页岩压裂施工中突发性、经常性出现的压力异常升高问题，能够有效降低并稳定施工压力，确保后续加砂的顺利进行，对提高工艺符合率和最终措施效果，具有重要意义。

附图说明

图1为本发明中利用临界砂比法实施的某井段的压裂施工曲线图。

图2为本发明中利用降滤法实施的某井段的压裂施工曲线图。

图3为本发明中利用井底压力调控法的压裂施工曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种页岩压裂过程中控制压力异常上升的处理方法，它包括如下步骤：

S1、前期压裂(与常规压裂方法一样)：按照压裂施工设计，通过压裂设备将前置液注入地层，继续按照设计量将压裂液带压裂砂一起注入地层；

S2、压裂中后期：当压力出现异常上升时，采用临界砂比法进行施工，如图1所示，具体为：

①确定临界砂比：加砂过程中压力出现斜率大于1/2的爬升，确定临界砂比范围为此时砂比减去2％～5％，并立即停止加砂，继续注入压裂液，注入量为1-1.5倍的井筒容积的压裂液，停砂不停液，目的是将前期加入的砂顶替进入地层，；

②压力异常上升处理：完成1-1.5倍的井筒容积压裂液注入后，以不超过临界砂比为起点重新加压裂砂，逐步提高压裂砂中的砂比值，直至完成设计加砂量，某区块某井第3段压裂施工曲线如图1所述。

S3、顶替阶段：等压裂砂加完以后，加入顶替液防止压裂砂沉降，加入顶替液的量按照设计量完成，然后关闭压裂设备，至此施工结束。

若步骤二中，采用临界砂比法还是不能使压力平稳下来，则尝试采用降滤法步骤，如图2所示，具体为：

①压力出现异常上升阶段，：加砂过程中压力出现异常上升，立即停止加砂，继续注入压裂液，注入量为1-1.5倍的井筒容积，停砂不停液；

②压力异常上升处理阶段：完成1-1.5倍的井筒容积压裂液注入后，继续用压裂液携带70/140目小粒径压裂砂注入地层中，此时小粒径压裂砂的注入量等于或小于出现压力异常时压裂砂(一般为40/70或30/50目的压裂砂)的用量，完成此段加砂后，继续注入1-1.5倍的井筒容积的压裂液，观察压力变化；

③压力观察阶段：

若压力下降，则停止加入小粒径压裂砂，按照原设计砂比值加入压裂砂(40/70或30/50目的压裂砂)，并逐渐提高砂比，直至完成设计加砂量；

若压力不降或持续上升，则重复上述降滤法步骤步骤②1-3次，直至压力出现下降，再按照原设计加砂程序，继续施工，如图2所示。

若采用临界砂比法和降滤法还是不能使压力平稳下来，则采用井底压力控制法(如图3所示)，井底压力调控法的依据为：根据PKN模型，最大缝宽计算公式如下：

其中：W(x)为缝宽，m；ν为泊松比，无因次；H为缝高，m；Δp为缝内外压差，等于p_f-S，p_f为缝内压力，S为闭合应力，MPa；G为剪切模量，Pa。

井底压力计算公式如下：

p_bh＝P_p+P_H-P_tubing

P_tubing＝δ×1.385×10⁶D^-4.8Q^1.8L

其中：p_bh为井底压力，MPa；P_p为地面泵压，MPa；P_H为净液柱压力，与施工井垂深相关，在施工过程中不变，MPa；P_tubing为管柱沿程摩阻，MPa；δ为降阻比，与液体性能相关，液体不变，则δ不变；D为管柱直径，mm；Q为排量，m³/min；L为管柱长度，m。

假设近井带缝内压力近似等于井底压力，则有：

施工中出现压力异常上升，迅速降低排量Q，此时管柱沿程摩阻P_tubing降低，若地面泵压P_p维持不变或升高，则井底压力p_bh升高。根据上述公式，近井带裂缝宽度W_{near-wellbore}会增加，有利于解除压裂砂在近井带裂缝中形成的“桥堵”，起到疏通人工裂缝、增加携砂液过流面积的作用，从而降低施工压力，达到对施工压力异常上升的控制和处理的目的。

上述井底压力调控法的具体为：

①压力出现异常上升处理阶段：加砂过程中压力出现异常上升，立刻降低排量，降幅为0.5-2m³/min；

②压力观察阶段：

若压力趋稳，可继续按照原设计加砂，或适当降低砂比加砂，砂比可降至临界砂比以下，直至完成加砂；

若压力继续升高或波动幅度较大，可继续降低排量，每次排量降幅0.5m³/min，直至压力平稳或下降，然后继续按照原设计加砂，或适当降低砂比加砂，直至完成加砂。如图3所示。