一种水平井的重复压裂方法和应用与流程

本发明涉及油气开采，进一步地说，是涉及一种水平井的重复压裂方法和应用。

背景技术：

1、目前，直井单段重复压裂技术已基本成熟配套，包括重复压裂机理、裂缝起裂延伸规律、压裂液及支撑剂及工艺参数优化控制等。而随着水平井分段分簇压裂技术的普及应用，现在已出现了大量水平井需要重复压裂的问题，尤其是页岩气水平井，许多井压后生产已经历十年的时间，产量逐渐递减有的甚至只能间歇性生产。而这十年期间，水平井分段分簇压裂技术又发生了迭代升级，技术更新换代的速度很快。以目前的技术视野再来评估第一次压裂技术，在许多方面存在局限性，如簇间距相对较大，存在大量的裂缝未波及区。又如，早期的加砂强度不足，因此裂缝的导流能力不足尤其是转向支裂缝，因此压后产量递减快，目前涪陵页岩气已大部分进入地面增压开采阶段。因此，水平井的重复压裂技术已被提到紧迫的议事日程上。

2、但目前水平井的重复压裂主要依赖于国外公司的技术，如采用套中套重构井筒技术，如在原先5.5寸套管中下入3.5寸小套管并重新固井。存在的主要问题是只能一次性重复压裂，如再进行二次重复压裂则基本不存在再次重构井筒的条件。且射孔时因两层套管及两层水泥环的存在，射孔效率也有所降低，如增加射孔弹的装药量，则对内层小套管的冲击破坏性难以避免。

3、另外，国内主要采用暂堵剂及液体胶塞等方法进行重构井筒，虽然避免了套中套的套管直径降低及难以进行多次重复压裂的局限性，但暂堵剂运移的随机性难以避免，且因水平井重复压裂时多点漏失效应(多簇裂缝的存在以及压后长期生产带来的压力降低，都加速了携带液的漏失效应)，携带暂堵剂的携带液因过早漏失完毕，暂堵剂能运移到水平井筒的中间位置就不错了。因此，趾部到水平井筒中部的占一半左右的水平井筒，根本无法进行重复压裂改造。而国外资料证实，靠近趾部的位置，是重复压裂剩余油气的主要分布区，是重复压裂的主要目标区。因此，现有的靠暂堵剂进行水平井的重复压裂肯定难以解决主要矛盾。而液体胶塞因其分布位置及各个段簇缝口处差异化破胶的要求都难以实现，也存在极大的施工隐患。

4、因此，亟需研究提出一种新的水平井多次重复压裂的方法，以解决上述问题的局限性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中出现的问题，本发明提出了一种水平井的重复压裂方法和应用。本发明将可溶解的小套管与井眼的老完井管柱形成套中套的完井管柱，由于小套管的长度小于老完井管柱的长度，因此仅有一部分的老完井管柱和小套管形成套中套的完井管柱，剩余的一部分为原有的老完井管柱；然后采用现有的暂堵剂重复压裂方法进行水平井的重复压裂，提高重复压裂针对性，避免全井小套管对压裂排量的影响。本发明在重复压裂施工时，实现“可溶解的小套管+暂堵剂”有效重复压裂作业，不仅克服了常规套中固套重复压裂及暂堵重复压裂的不足；而且可以将套中套的完井管柱和原有的老完井管柱暂堵剂的压裂优势都有效发挥出来。待重复压裂完成后，实现可溶解小套管快速溶解，可以再按相同的步骤进行下一次重复压裂，也即后续油气井可实现多次重复压裂作业，充分挖潜储层产能，最大限度提高eur(预测最终可采储量)。

2、本发明的目的之一是提供一种水平井的重复压裂方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)，在待重复压裂的水平井中原有的老完井管柱内下入一直径更小的小套管；然后进行小套管的降漏失及固井作业；

4、所述小套管的材质为可溶解合金，且所述小套管的长度小于老完井管柱的长度；

5、步骤(2)，进行射孔，随后利用暂堵剂和暂堵球进行第一次重复压裂施工；

6、步骤(3)，任选地，在第一次重复压裂施工后，需要进行第n次重复压裂施工的，将第n-1次重复压裂施工后的小套管溶解，并将所述小套管固井作业后的水泥环去除；然后重复步骤(1)-(2)；

7、所述n为大于等于2的任意整数。

8、在本发明中通过管串组装入井，按正常流程进行小套管的降漏失及固井作业，并按目标井重复压裂设计方案进行压裂施工。并与邻井重复压裂进行产出投入比分析，采用本发明的方法一般可以提高20％以上；若达不到上述要求，则对可以对步骤1)-步骤2)的施工参数进一步完善和调整。

9、本发明采用暂堵剂进行重复压裂施工的方案为现有常用的工艺参数。

10、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

11、步骤(1)中，所述老完井管柱为水平井第一次压裂施工时的完井管柱。

12、本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

13、步骤(1)中，以重复压裂累产产量最大值为目标函数确定水平井的重复压裂时机；

14、优选地，在地质精细模型及邻井重复压裂后生产历史拟合的基础上，模拟不同的重复压裂时机对重复压裂累产的影响，以重复压裂累产产量最大值为目标函数确定水平井的重复压裂时机；

15、在地质精细模型及压后生产历史拟合的基础上，模拟不同的重复压裂时机对重复压裂累产的影响。即，不同压裂时机下，重复压裂前与重复压裂后一定时机(以预期的重复压裂有效期为原则，不同次数的重复压裂，有效期也不同，且重复压裂次数越多，重复压裂的有效期越短)内累积产量最大值为目标函数。显然，重复压裂时机越早，第一次裂缝作用还没有充分发挥，反之，时机越晚，则第一次裂缝的能力已消耗殆尽，且重复压裂的效果也更差(压力更低，含油气性更低)。因此，存在一个最佳的重复压裂时机，且不同次数的重复压裂的时机也不同。

16、更优选地，水平井的重复压裂时机的变化规律为：随着重复次数的增加，下一次重复压裂与上一次重复压裂间的时间间隔越短。比如第一次重复压裂后3-5年进行第二次重复压裂，第二次重复压裂后2-3年进行第三次重复压裂，第三次重复压裂后1-2年进行第四次重复压裂等。

17、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

18、步骤(1)中，在老完井管柱内下入的小套管的一端与水平井的跟端(即水平井a靶点位置)对齐。

19、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

20、所述小套管的长度与步骤(2)中所用暂堵剂的最远运移距离之和与所述老完井管柱的长度相等；

21、优选地，所述暂堵剂的最远运移距离通过测邻井重复压裂后的产剖变化，由各簇裂缝产量的变化及幅度，确定暂堵剂的最远运移距离，或者通过模拟预期的各簇裂缝滤失条件下的暂堵剂在水平井筒中的最远运移距离确定。

22、可应用fluent商业模拟，模拟预期的各簇裂缝滤失条件下的暂堵剂在水平井筒中的最远运移距离。但各簇裂缝的滤失量计算，又要依赖于步骤(1)的精细地质模型及精准的历次重复压裂压后产量历史拟合(参照各次重复压裂后的产剖结果，修正各簇裂缝的产量历史拟合)，但这些都是现有的计算方法，本领域技术人员可以对应计算。

23、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

24、随着重复压裂次数的增加，所用暂堵剂的最远运移距离逐渐减小，所述小套管的长度逐渐减大。

25、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

26、所述小套管的直径为3.5寸-4寸；优选地，所述老完井管柱的套管的直径尺寸为现有常用的尺寸，如5.5寸。考虑到目前的水平井一般采用5.5寸套管完井方式，因此，小套管的尺寸优选3.5寸和4寸两种规格。再考虑到先易后难的原则，可第一次重复压裂以3.5寸，之后的重复压裂，随着经验积累和技术水平的提升，可慢慢过渡到4寸。

27、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

28、随着重复压裂次数的增加，所述小套管的抗压强度逐渐减小；

29、优选地，通过水平井所在地层的孔隙压力及地应力，按回归方法计算每次重复压裂时需要的小套管的抗压强度。

30、考虑到随重复压裂次数的增加，地层压力及地应力逐渐降低，对上述可溶解的小套管的抗压能力要求也逐渐降低。具体做法是，以地层的原始孔隙压力计算原始最小水平应力，不同次重复压裂的孔隙压力及地应力也逐渐降低，可基于老套管的抗压强度，按上述计算的孔隙压力及地应力的变化，按回归方法计算每次重复压裂需要的小套管抗压强度(包括抗内压及抗外挤能力)。

31、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

32、所述小套管的材质为可溶解镁合金；

33、优选地所述可溶解镁合金包括al、zn、la、sn、ga和mg元素；优选地，所述可溶解镁合金包括al 3.5-7.5wt％、zn 0.5-2.0wt％、la 0-0.05wt％、sn 0.1-0.3wt％、ga 0.5-2.5wt％。

34、本发明的可溶解镁合金为现有常用的材料，可以直接购买，也可以按照现有制备方法制备即可，如包括以下步骤：

35、以az91d镁合金作为基体，加入铝、锌、镧、锡、镓等元素制备可溶性镁合金。所使用的镁合金购自洛阳升特金属制品有限公司，其化学成分及物理力学特性如下表1和表2所示。

36、表1.az91d镁合金的化学成分

37、

38、表2.az91d镁合金的物理力学特性

39、

40、制备过程如下：

41、在100～130℃下，对坩埚、石墨模具等实验用具进行预热；

42、将az91d镁合金切块，称取500g，开启间接加热式坩埚炉，预热到500℃，将az91d镁合金及铝锭放入坩埚炉中加热至熔化；

43、熔化后保温20～40min(优选30min)，除去熔体表面的杂质和夹渣，将微量元素加入到熔化的镁合金中并搅拌均匀；各微量元素加量如表3所示。

44、表3.各微量元素加量

45、 化学成分 al zn la sn ga 加量/％ 3.5-7.5 0.5-2.0 0-0.05 0.1-0.3 0.5-2.5

46、保温20～40min(优选30min)使微量元素充分溶解，将金属液表面的氧化渣扒除，将其浇注到石墨模具中，整个熔炼及浇注过程中均采用97％co2+3％sf6的混合气体保护，防止氧化；待铸件冷却至室温后逐一取出编号。

47、在本发明中，可溶解镁合金的溶解方法采用现有常用的溶解方法即可，可以根据可溶解镁合金的性质以及水平井的井下环境选择适用的酸性、碱性、中性溶液进行溶解即可。

48、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

49、步骤(2)，射孔时，射孔设备与所述小套管的间隙为4-5mm；所述射孔设备包括射孔枪和桥塞；

50、考虑到套中套射孔穿过两层套管和两个水泥环的需要，需要比选能量更大的药剂，并通过小套管破坏程度对比，以地面模拟装置为基础，选择合适的药型及装药量，确保既能穿过上述两层套管和两个水泥环，又不致于破坏小套管的结构及变形过大(影响小桥塞及射孔枪管串的顺利起下)。且因内通径变小，枪身及弹的尺寸都应相应降低。优选地，射孔时，采用深穿透射孔弹，更优选地，射孔直径为9.5-16mm；桥塞的直径小于等于62mm，耐压强度为70-90mpa。

51、另外还可以根据小套管抗压级别，确定桥塞的壁厚。

52、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

53、步骤(2)，重复压裂施工时，随着重复压裂次数的增加，所述暂堵剂的粒径逐渐减小；和/或，

54、所述暂堵剂的密度为0.9-1.2g/cm3。

55、考虑到最大限度地增加暂堵剂运移距离的需要，在保障基本抗压能力的前提下，暂堵剂的密度保持在0.9-1.2g/cm3，尤其1.0g/cm3左右最好，这样可确保在携带液中的悬浮性与同步跟随性。如暂堵材料的密度难以大幅度降低，可考虑制备成空心暂堵剂，这样可以确保其密度与水相当。本发明中的暂堵剂为现有常用的暂堵剂材料，如丙烯酰胺类聚合物材料。

56、在本发明所述的水平井的重复压裂方法中，优选地，

57、步骤(2)，重复压裂施工时，第一次重复压裂施工时，先加入粒径为8-10mm的暂堵剂，再加入粒径为40-60目的暂堵剂；第二次重复压裂施工时，加入粒径为80-120目的暂堵剂，此后重复压裂施工所用的暂堵剂粒径逐渐缩小；

58、优选地，第一次重复压裂施工时，8-10mm的暂堵剂与粒径为40-60目的暂堵剂的质量比为2:8-4:6，优选为3:7。

59、考虑到为了最大限度地降低暂堵剂携带液的滤失量，可以在注入早期加入大粒径暂堵剂如8-10mm左右，之后再逐渐降为小粒径暂堵剂如40-60目。考虑到重复压裂时的滤失量相对较大，裂缝动态缝宽相对较窄，为防止暂堵剂过早在缝口处暂堵，暂堵剂的粒径可以再小些，如80-120目。且随着重复压裂次数的增加，上述小粒径暂堵剂的粒径甚至可进一步降低，以适应裂缝动态宽度逐次降低的情况。

60、本发明的目的之二是提供本发明的目的之一所述的水平井的重复压裂方法在油气开采中的应用。

61、本发明的总体思路是：

62、1)为了最大限度地降低成本，可采取复合完井管柱，即先在原有的老完井管柱内下入一直径更小的小套管将小套管，形成套中套完井管柱，然后与剩余老完井管柱组合，按照现有的暂堵剂适用的方法进行重复压裂。另外要将套中套完井管柱放在跟部到水平井筒的中部某个位置，这样暂堵剂在套中套的完井管柱中可以先进行无滤失的运移，然后到达老井眼完井管柱后，虽然有滤失，但只要控制老井筒的长度，使老井筒的长度与暂堵剂最远可运移距离相等即可保证暂堵剂最远可运移到水平井筒的趾部位置，从而实现水平井的一次有效压裂，也可完美地发挥套中套和现有暂堵剂重复压裂方法各自的优势。

63、考虑到携带暂堵剂的携带液滤失难以精准模拟，可以在以往暂堵剂重复压裂的井上，对刚重复压裂投产的产剖进行测试，就可依据各簇裂缝的产量变化，准确地判断暂堵剂能运移的最远位置。

64、2)考虑到后续多次重复压裂作业的需要，但常规的套中套完井管柱只适合一次重复压裂需要，因第二次套中套的井筒内通径已相当小，难以满足重复压裂大排量的需要，且重复压裂的次数越多，因更长期生产导致的地层和各簇裂缝的滤失量越大，因此在排量逐次降低的前提下，可以判定，小排量大滤失前提下基本无造缝能力。此外，尤其重要的是更多层套管和更多水泥环，常规射孔技术更难以实现储层与水平井筒的有效沟通。

65、因此，在第一次重复压裂时，特设计可溶解的小套管，在完成重复压裂施工任务后的某个时间内可完全降解。因此，当第二次重复压裂时，可通过套铣或下个钻头对原先小套管的水泥环进行清除作业，则可再次下入同样尺寸的小套管，因此，第二次及之后的多次重复压裂，基本可以确保需要的排量。

66、需要指出的是，随着重复压裂次数的增加，压后生产时间越长，暂堵剂运移时的携带液滤失量也越大，因此，每增加一次重复压裂，则套中套的完井管柱长度越大，直至最终可全部采用套中套的完井方式。

67、综上，本发明将可溶解与井眼的老完井管柱形成套中套的完井管柱，由于小套管的长度小于老完井管柱的长度，因为仅有一部分的老完井管柱和小套管形成套中套的完井管柱，剩余的一部分为原有的老完井管柱；本发明采用现有的暂堵剂重复压裂方法进行水平井的重复压裂。在重复压裂施工时，实现“可溶解的小套管+暂堵剂”有效重复压裂作业，克服了常规套中固套重复压裂及暂堵重复压裂的不足；同时可以将套中套的完井管柱和原有的老完井管柱暂堵剂的压裂优势都有效发挥出来。而且，待重复压裂完成后，实现可溶解小套管快速溶解，可以再按相同的步骤进行下一次重复压裂，也即后续油气井可实现多次重复压裂作业，充分挖潜储层产能，最大限度提高eur。

68、本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在下文中，各个技术方案之间原则上可以相互组合而得到新的技术方案，这也应被视为在本文中具体公开。

69、本发明具有以下技术特点和优良效果：

70、本发明采用可溶解的小套管材料，制作了可溶解、耐高压重复压裂管柱。基于地层压力及地应力变化计算，优化重复压裂时机和可溶解的小套管长度，进而实现“可溶解的小套管+暂堵剂”有效重复压裂作业，克服了常规套中固套重复压裂及暂堵重复压裂的不足。同时，待重复压裂完成后，实现可溶解的小套管快速溶解，后续油气井可实现多次重复压裂作业，充分挖潜储层产能，最大限度提高eur(预测最终可采储量)。