提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法与流程

本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及到一种提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法。

背景技术：

压裂是国内外低渗透储层改造的重要措施，而提高压裂平均砂比是有效提高压裂人工裂缝导流能力，进而提高低渗透油气井产量、降低压裂成本的重要方法。

对于埋藏深度超过2500m的低渗透油气井，常规的压裂设计及施工均基于传统的岩石裂缝形成及扩展模型，如pkn或gdk模型；传统模型指导的压裂设计及施工分为明显的压裂前置液，携砂液和顶替液。传统模型中前置液主要起到压开地层和造缝的作用，在储层中形成相应的裂缝空间后，主加砂才正式开始，如图2所示。因此传统压裂设计方法中前置液的比例占一次压裂施工总液量的35％-55％，压裂施工的综合砂比在8-13％左右，压裂液用量较大，施工费用偏高。

根据室内试验和数学模拟计算，在中低砂比阶段的携砂液同时具有造缝和携砂的作用，在裂缝形成初期就开始采用中低砂比段携砂液进行压裂，大幅提高整个压裂过程的综合砂比，综合砂比可达15-25％左右，相同加砂规模条件下压裂液使用量减少20％-40％，有效降低压裂施工费用，提高压裂改造效果。

为此我们发明了一种新的提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高压裂有效导流裂缝长度，实现减少压裂施工成本，提高压裂改造增产的效果的提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法，该提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法包括：步骤1，根据地质资料、改造目的层厚度、测井资料及油藏的物性特征岩性特征以及地应力特征，进行工艺设计；步骤2，优化前置液用量；步骤3，进行主加砂阶段的加砂；步骤4，进行压裂现场施工；步骤5，监控施工压力。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，根据地质资料、改造目的层厚度、测井资料及油藏的物性特征岩性特征以及地应力特征，结合邻井的生产和压裂情况，利用压裂软件模拟优化裂缝长度和导流能力，然后继续模拟优化施工的规模。

在步骤1中，模拟优化施工的规模包括初步确定压裂施工规模、排量及泵注程序，计算相应的前置液的压裂液效率η。

在步骤1中，施工规模是指压裂的总体压裂液用量和支撑剂用量；排量是指压裂施工的地面压裂车的排量；泵注顺序是指往井内注入液体的先后顺序。

在步骤2中，根据压裂液效率、压裂液总量或支撑剂用量计算出前置液体积，设加入支撑剂量为vs,砂比为d,则有：

式中:vp———前置液体积；

vo———注入液体总体积

η———压裂液效率。

tf———前置液的额施工时间

ti———压裂施工的总时间

在步骤2中，根据低砂比携砂液可以有效造缝的原理，在计算前置液用量中，将砂比10-15％及以下的携砂液用量按照一定的比例计算成前置液的用量，从而降低无支撑剂前置液的整体含量，提高压裂综合砂比。

在步骤2中，无支撑剂前置液的含量小于1.5倍的支撑剂体积或30％的压裂液总量。

在步骤2中，将砂比10-15％及以下的携砂液用量按照60-80％的比例计算成前置液的用量。

在步骤3中，主加砂阶段携砂液砂比在10％以上，在主加砂阶段根据施工压裂变化增加1-2个无支撑剂交联压裂液中顶液，中顶液用量为一个井筒容积；主加砂阶段完成后采用压裂顶替液将携砂液顶替入地层，完成整个压裂施工。

在步骤4中，在压裂现场施工中，泵入一个井筒容积的前置液实现储层初步破裂；通过开缝即加砂的泵注程序设计，采用中低砂比携砂液作为前置液实现打磨孔眼、协同降滤、有效造缝这些功能，降低压裂液的使用量。

在步骤4中，主加砂阶段的压裂液支撑剂采用支撑剂或支撑剂组合；中低砂比段充分造缝后，采用楔形加砂方式逐步提高砂比至施工结束，提高铺砂浓度和导流能力。

在步骤5中，通过压力传感器监测高压管路上的施工压力；压力监控直接通过井口压力对施工进行判断，及时调整泵注程序，从而确保施工成功。

本发明中的提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法，针对埋藏深度超过2500m的低渗透油气藏储层压裂改造的设计及实际施工过程，整个压裂过程包括少量前置液压裂、主加砂阶段的携砂液、顶替液，基于“低砂比携砂液也可以有效造缝”的原理，包括压裂前置液的优化方法，压裂过程的压力监测和泵注程序的调整，使用不同粒径支撑剂组合，根据施工压力监控结果调整泵注程序。本发明所述方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可以较好的减少前置液用量，大幅提高压裂综合砂比，减少压裂施工的成本，提高压裂改造增产的效果。

附图说明

图1为本发明的提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法的一具体实施例的流程图；

图2为常规压裂加砂过程的示意图；

图3为低前置液压裂加砂过程的示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

根据大量的室内试验和数学模拟计算表明，在中低砂比阶段的携砂液同时具有造缝和携砂的作用，利用这个原理认识可对常规压裂过程中高比例的前置液进行设计优化，在裂缝形成初期就开始采用中低砂比段携砂液进行压裂，大幅提高整个压裂过程的综合砂比，综合砂比可达15-25％左右，相同加砂规模条件下压裂液使用量减少20％-40％。

如图1所示，图1为本发明的提高低渗透油气藏压裂综合砂比的压裂方法的流程图。

1、进行工艺设计。根据地质资料、改造目的层厚度、测井资料及油藏的物性特征岩性特征以及地应力特征，结合邻井的生产和压裂情况，利用压裂软件模拟优化裂缝长度和导流能力，然后继续模拟优化施工的规模，即初步确定压裂施工规模、排量及泵注程序，特别是根据传统理论计算出相应的前置液的压裂液效率η。施工规模是指压裂的总体压裂液用量和支撑剂用量；排量是指压裂施工的地面压裂车的排量，如2m³/min等；泵注顺序是指往井内注入液体的先后顺序。

2、前置液用量优化。

按照传统理论计算前置液的方法有很多，其中采用压裂液效率的方法简单易行，其主要过程是根据压裂液效率、压裂液总量或支撑剂用量计算出前置液体积，设加入支撑剂量为vs(体积),砂比为d,则有：

式中:vp———前置液体积；

vo———注入液体总体积；

η———压裂液效率；

tf———前置液的额施工时间；

ti———压裂施工的总时间。

目前由于压裂软件的推广，计算压裂前置液用量vp的过程通常通过软件模拟计算得到。根据公式(2)计算采用传统原理计算的前置液用量vp一般要大于压裂液总量的30％或支撑剂总量的1.5倍。本发明的无支撑剂前置液的含量小于1.5倍的支撑剂体积或30％的压裂液总量，从而大幅降低无支撑剂前置液的整体含量，提高压裂综合砂比的目的。

本发明参考相关室内试验和现场施工数据分析，提出“低砂比携砂液也可以有效造缝”的原理，在计算前置液用量中，将砂比10-15％及以下的携砂液用量按照一定的比例(一般60-80％)计算成前置液的用量，从而大幅降低无支撑剂前置液的整体含量，提高压裂综合砂比。

本发明的一个特点就是无支撑剂前置液的含量小于1.5倍的支撑剂体积或30％的压裂液总量。

3、主加砂阶段：主加砂阶段携砂液砂比在10％以上，在主加砂阶段根据施工压裂变化可增加1-2个无支撑剂交联压裂液中顶液，中顶液用量一般在一个井筒容积左右；主加砂阶段完成后采用压裂顶替液将携砂液顶替入地层，完成整个压裂施工。

4、压裂现场施工过程。在压裂现场施工过程中，压裂初期无支撑剂前置液阶段的用量理论上可以减小到0，但通常泵入一个井筒容积的前置液实现储层初步破裂；通过“开缝即加砂”的泵注程序设计，采用中低砂比携砂液作为前置液实现打磨孔眼、协同降滤、有效造缝等功能，大大降低压裂液的使用量，如图3所示。主加砂阶段的压裂液支撑剂可采用支撑剂或支撑剂组合配方，如：30/50目陶粒，或20/40目陶粒，或30/50目与40/60目陶粒组合。中低砂比段充分造缝后，采用楔形加砂方式逐步提高砂比至施工结束，提高铺砂浓度和导流能力。

5、施工压力监控:通过压力传感器监测高压管路上的施工压力；压力监控可以直接通过井口压力对施工进行判断，及时调整泵注程序，从而确保施工成功。

本发明中的压裂液可以用为水基压裂液体系、清洁压裂液体系或油基压裂液体系，说明该方法具有较好的现场适用性。主加砂阶段采用支撑剂可采用石英砂、覆膜砂或陶粒等多种支撑剂类型，支撑剂粒径可选用相关支撑剂标准中的支撑剂粒径及组合。

在应用本发明的一具体实施例中，在胜利油田义50-斜7井进行了应用，义50-斜7井埋深3050m,油层跨度30m。该井设计添加支撑剂56m³,按照常规方法设计需要压裂液560m³左右，前置液用量240m³左右；采用本发明的设计优化方法，设计压裂液用量420m³,前置液用量20m³,支撑剂综合砂比达14％，压裂液用量较常规压裂设计少140m³。

该井压裂破裂压力53.2mpa，实际使用压裂液420m³,加砂56m³,顺利完成加砂施工。经测算，采用本发明降低压裂液用量20-25％左右，整体单井压裂费用可降低10％左右。

该井具体步骤如下：

步骤1：根据地质资料，测井资料，油藏的物性特征岩性特征以及地应力特征，结合邻井的生产和压裂情况，确定加砂规模为0.3-0.6mm陶粒56m³。，采用常规压裂优化方案初步确定使用压裂液560m³，根据该井相同区块邻井压裂数据分析，对地层渗透性，压裂液的综合滤失和液体效率充分了解，确定前置液比例为42％，使用压裂前置液240m³。

步骤2：前置液用量优化。在压裂初期设计20m³无支撑剂的前置液使储层初始破裂，然后设计砂比在3-15％左右150m³前置液，加砂6m³，实现打磨孔眼、协同降滤、有效造缝等功能；

步骤3：主加砂阶段采用楔形加砂方式按照4％的步长逐步提高砂比至40％，主要加砂砂比在30％左右，最高40％直至施工结束，在主加砂程序中设计1-2个中顶液以便观察压裂液进入地层的压力变化；主加砂阶段设计加砂50m³提高裂缝的铺砂浓度和导流能力砂比。

步骤4-5：压裂实施及压力监测。

压裂开始阶段逐步提高排量至设计排量5.5m³/min，共泵入压裂液20m³，地层破裂压力53.2mpa，待地层破裂后进入主加砂阶段；在主加砂初期，加入3-10％砂比含支撑剂前置液121.91m³，随后泵入20m³压裂液，将携砂液顶入地层，观察压力变化以确定前置液造缝效果，指导下一步施工；主加砂阶段采用楔形加砂方式，由10％砂比开始提高砂比，最高砂比40％至压裂施工结束，待支撑剂加完进入顶替阶段。

本发明所述方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可广泛用于埋藏深度超过2500m的低渗透油气藏的储层改造；通过计算中低砂比的携砂液用量，减小无支撑剂的前置液用量，大幅提高压裂综合砂比和有效支撑剂铺置裂缝长度，降低压裂液的用量，减少压裂施工成本，提高压裂改造增产的效果。比起传统技术来说，理论上有新意，操作性强，压裂效果更好。