一种地震能量监测指导暂堵剂加入的页岩气压裂改造方法与流程

本发明涉及页岩气压裂改造领域中一种依靠地震能量监测指导暂堵剂加入的页岩气压裂改造方法。

背景技术：

近年来，水平井分段压裂技术使页岩气资源得到有效开发，桥塞射孔连作技术是页岩气水平井压裂的标准技术，美国至少90%的页岩气水平井、中国95%以上的页岩气水平井都采用该工艺。然而微地震波监测、产液剖面测试、示踪剂测试等研究表明，约有1/3射孔簇数没有被压裂改造或改造的不充分，这些未被改造的射孔簇对产量没有贡献，同时，受到储层天然裂缝发育的影响，导致水平井部分井段发生套管变形，套管变形段无法下入桥塞进行分段压裂改造。因此需要通过合压开采的方式对套管变形段进行改造。

我国页岩气储层存在水平应力差大、压裂后裂缝形态单一、难以形成复杂裂缝的特点。页岩气产量是依靠人工裂缝复杂程度和有效改造体积控制的，即“裂缝控制产量”。如何解决射孔簇改造效率低、均匀程度差，提高裂缝复杂程度，从而对套管变形段进行合压开采，是目前中国页岩气压裂改造面临的难题之一。

针对上述页岩气藏开采面临的难题，采用加入暂堵剂的方式进行暂堵转向压裂改造，打通未被充分改造的射孔簇，使未被改造的射孔簇多进液和砂，实现井筒与油气藏接触最大化，充分调动地层资源完成储层改造，从而提高采收率。

秦旭，曾斌，李文洪等提出通过优选暂堵剂解决水平应力差大难以造复杂裂缝以及套变井无法充分改造的难题（秦旭，曾斌，李文洪.页岩气压裂用暂堵剂优化设计.广州化工，2019年3月，第47卷第6期），采用的方式是在每个长段塞之后进行暂堵剂的加入，却没有优化暂堵剂的加入时机，未能达到充分改造的效果与目的。

专利cn106437662a公开了一种适用于深层页岩气水平井的混合暂堵体积压裂方法，包括对发生疑似套变的水平井进行通井、洗井作业，并确定所述水平井是否发生套变，若判定该水平井已经发生了套变，则进一步确定套变位置和套变长度，随后采用混合暂堵体积压裂转向工艺对射孔炮眼、段内或缝内压裂有效流动通道实施转向压裂施工作业，以增加整体改造体积。

专利cn106150429a公开了页岩气多级压裂用暂堵剂及应用的方法。利用暂堵剂进行控制性暂时封堵，井底压力升高后打开未改造新地层，开启新裂缝，从而实现动态分级，无需使用桥塞。同样适用于页岩气井套管变形段的压裂改造。

页岩气水平井套管变形段长度通常在3段及以上，对于页岩气套管变形段的改造通常会涉及到加入暂堵剂的暂堵转向工艺技术，由于受到页岩气储层岩性、物性、岩石力学条件等限制，暂堵剂在施工过程中的加入时机、加入方式一直都无法进行有效判断，不能断定暂堵剂进入地层后是否到达预定位置并形成封堵，达到对套管变形段充分改造的效果。此外，在暂堵剂在加入过程中由于不适当的排量和加入时机会导致页岩气套变段改造不充分，使得部分井段多次转向压裂，而有些井段则没有经过压裂改造，暂堵剂的加入还可以解决射孔簇改造效率低、均匀程度差、裂缝复杂程度低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地震能量监测指导暂堵剂加入的页岩气压裂改造方法，该方法原理可靠，操作简便，通过地震能量监测压裂裂缝实时形成形态，针对不同施工效果指导暂堵剂的加入，在地层中形成有效封堵，对页岩气套管变形段进行充分改造，有效解决目前页岩气井套管变形段通过暂堵转向方式进行改造时暂堵剂加入时机不准确、加入方式不完善等问题，克服了现有技术的缺陷和不足。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种地震能量监测指导暂堵剂加入的页岩气压裂改造方法，依次包括以下步骤：

第一步：通过泵送桥塞遇阻点判定套管变形段即待改造段的位置，通过测井、录井、施工资料确定该套管变形段的井深、井温及地层闭合压力；通过井温测试判断套管变形段的最大变形点的最大内径（关松.油水井套损检测技术分析与评价.石油仪器，2010年第2期）；根据待改造段的井温及地层闭合压力，初步筛选出满足条件的暂堵剂。

第二步：对初步筛选出的暂堵剂进一步优选，包括暂堵剂颗粒的承压性、颗粒粒径、注入浓度，过程如下：

暂堵剂承压性优选：注入压差在20-100kpa范围内暂堵剂可以有效封堵，在80-110℃温度下，1cm叠加压缩厚度的暂堵剂滤饼平均可以承受40mpa压力。

暂堵剂粒径优选：当暂堵剂粒径是地层孔喉直径的1/7-1/3时，可以形成孔喉内滤饼，实现暂堵剂桥堵。因此根据第一步得到的套管变形段的最大变形点的最大内径，筛选出粒径满足最大内径1/7-1/3的暂堵剂，通常粒径10-22mm为大颗粒暂堵剂，粒径3-10mm为中小颗粒暂堵剂。

所述暂堵剂粒径优选，通常采用10-22mm大颗粒暂堵剂封堵近井天然裂缝密集发育的层段，采用3-10mm中小颗粒暂堵剂封堵远井天然裂缝。对于套管变形段，将大颗粒暂堵剂、中小颗粒暂堵剂两种尺寸的暂堵剂按照1:6-4:5的质量比例混合应用，采用大粒径的暂堵剂对变形段进行封堵，随后加入中小粒径的暂堵剂将大粒径暂堵剂封堵时形成的空隙进行充填，以此达到完整封堵的作用。

暂堵剂注入浓度优选：在压裂液中加入5-10质量%的暂堵剂后，可有效封堵高渗层（封堵率可达到95%以上），迫使后续工作液转向低渗层，增大工作液波及面积，利于套管变形段的改造。

第三步：进行地震能量监测，通过地震能量的变化幅度判断裂缝的起裂程度：设地震能量下降幅度为x，当0%≤x≤25%时，说明此时未形成裂缝或形成的裂缝为微弱张开裂缝；当25%＜x＜65%时，说明此时形成的裂缝介于微弱张开裂缝与明显起裂之间，且数值越大裂缝起裂越明显；当65%≤x≤100%时，说明此时形成的裂缝为明显起裂裂缝。

所述地震能量监测，过程如下：建立75-180个三分量检波器组成网格状排列，基于光束叠加的地震能量发射层析成像，通过semblance方法扫描地下储层岩石破裂所释放出来的破裂能量，结合压裂施工曲线解释破裂能量的时间和空间分布，确定诱发微地震事件的震源位置及该位置的能量。

第四步：当0%≤x≤25%时，说明未形成裂缝或形成的裂缝为微弱张开裂缝，需要通过如下方式进行改造：停泵，停止加入压裂液和支撑剂，通过井口投放第二步优选出的大颗粒暂堵剂（根据现场经验法，大颗粒暂堵剂的加入个数t为套管最大变形内径y（mm）的1.5—2倍），随后开泵，以1.0-2.0m³/min排量加入压裂液携带大颗粒暂堵剂进入改造层段，压裂液加入量为一个井筒容积，随后在混砂车加入中小颗粒暂堵剂，注入排量为3.5-7.0m³/min，当加入一个井筒容积后提高排量至12-14m³/min。

第五步：重复第三步，如果地震能量下降幅度依旧为0%≤x≤25%，则说明第四步改造失败，重复第四步，直到地震能量下降幅度超过65%，说明已经有明显裂缝生成，且改造效果很好，恢复正常施工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过在地面建立三分量检波器组成网格状稀疏检波器排列并叠加的地震能量成像，相比其它监测方式，具有监测成本低、监测距离不受限、适用性强、计算量低、受地面噪声干扰小的优点；

（2）通过室内实验对加入的暂堵剂进行优化，可以得到更适合目标井的暂堵剂类型，达到最优使用效果；

（3）通过地震能量监测的方式监测地层能量变化，实时监测压裂施工过程中的裂缝变化，以此指导暂堵剂的加入时机，使暂堵剂进入到有效层段，形成暂堵转向压裂，对于页岩气井套管变形段的改造具有很好的开发效果。

附图说明

图1为w16井地震能量监测图。

图2为w16井压裂曲线。

具体实施方式

下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

实施例1

w16井位于wy区块，水平埋深2267m-2576m，地层压力系数约1.52-1.58，厚度＞6.5m，孔隙度6.4%，脆性指数70.2%，水平应力差11mpa，天然裂缝发育段段长447.8m，占比25.4%，受邻井压裂影响发生套管变形现象，套管变形段为13-22段。采用本发明提出的压裂改造方式进行了通过地震能量监测指导的暂堵转向压裂方案设计。设计改造第17段。

通过温度测试得到第17段套管变形段最大变形内径为80mm，经过第四步的计算得到需要加入的颗粒数量为120个大粒径暂堵剂。通过对目标井前期资料分析，优选暂堵剂材料为聚胶酯，粒径尺寸13-22mm，实验温度120℃下，15h降解97%，24h降解100%。设计加入暂堵剂900kg，其中，施工中期加入120粒大粒径暂堵剂+300kg中小粒径暂堵剂，预计施工间停泵在井口加入120粒大粒径暂堵剂，随后开泵追投中小粒径暂堵剂300kg。实验模拟得到暂堵剂加入浓度为10kg/m³，根据地震能量监测情况考虑是否需要增加。

通过地震能量监测显示，沿着主裂缝方向有能量变化，且变化幅度已达到85%，但仅为单翼缝，另一端的裂缝能量变化幅度仅15%，此时停泵加入大粒径暂堵剂，开泵初始加入排量1.5m³/min，随后加入中小粒径暂堵剂，控制暂堵剂的浓度为10%，加入量为300kg，与停泵追加暂堵剂的设计值相吻合。

从图1地震能量监测发现，在施工95min时，出现地震能量降低趋势，且降低幅度至低于25%，判断此时张开的裂缝为微弱张开，此时采取停泵加入暂堵剂的方式（见图2压裂曲线），在120min时暂堵剂加入完毕且达到地层，此时再次观察地震能量变化，发现地震能量上涨，证明暂堵剂加入施工成功，达到了预期效果。

同理，当施工达到185min时发现地震能量再次下降，且降低至25%以下，此时再次停泵加入暂堵剂，在200min时暂堵剂加入完毕且达到地层，此时再次观察地震能量变化，发现地震能量上涨，此时受到支撑剂加入的影响，裂缝出现闭合趋势，地震能量有所降低，在加砂最后阶段地震能量再次上升，此时停泵完成施工。

通过示踪剂显示，该井段压后提供日产量1.5×10⁴m³，压后2个月累产112.5×10⁴m³。取得了较好的改造效果。