一种页岩体积控缝防压窜的方法

本发明涉及石油与天然气开采，尤其是一种页岩体积控缝防压窜技术方法。

背景技术：

1、页岩气作为非常规油气资源的重要组成部分，由于其资源量巨大以及能源的清洁特性得到了人们的广泛重视与开发。为了最大限度地提高资源动用率，通常都采用井网整体部署的方式开发页岩气。川南页岩气层理、天然裂缝发育，压裂施工过程中，压裂液容易沿此类弱面进液，导致人工裂缝过度沿天然裂缝延伸，加剧套变、压窜，特别是各区块工厂化布井开发模式下，压窜问题频发。因此针对性地进行体积控缝防压窜工艺设计，预防并降低压窜风险发生，为保障压裂施工正常进行，实现页岩气规模效益开发具有重要意义。

2、伴随着对页岩气的高度开发，水力压裂压窜方面的研究也越来越多。whitfield等人(2019)提出预先注入技术防止压窜。唐慧莹等人(2019)针对玛湖地区提出非均匀交错射孔方式减小压窜风险。何乐等人(2020)提出以母井产量恢复速度为核心的压窜影响程度量化评价指标。雍锐等人(2020)以地质工程经济一体化对页岩气水平井井距优化调整来预防压窜。邓刚等人(2022)发表了一套压驱时邻井压力实时监测配套工艺及压力预警方法。针对不同地区页岩气压窜的预防措施不尽相同，这些方法并不具备普适性。主要存在以下不足：(1)控制泵注排量虽然降低净压力，减缓扩展速度，但同时也降低了裂缝的复杂程度。(2)提升井距可以控制压窜风险，但减小了裂缝的控制范围。(3)减小注液规模虽然缩短了裂缝系统的整体长度，但同样也减小了裂缝的控制范围。(4)常规暂堵防窜仅依靠暂堵剂，仅能实现部分封堵，仍有压窜风险，且改造体积并不大。常用的小粒径暂堵剂单价贵，桥接能差，封堵效果差欠佳。

3、因此，急需解决的技术问题是如何在有效避免压窜的同时还能增加裂缝复杂程度，增大改造体积。

技术实现思路

1、为了实现页岩气开采中在有效避免压窜的同时增加裂缝复杂程度，增大改造体积的目的，本发明提供一种页岩体积控缝防压窜的方法。

2、本发明提供的页岩体积控缝防压窜的方法，步骤如下：

3、s1、对不同储层压裂风险进行评估；

4、根据下述公式计算压窜风险系数fh：

5、fh＝∑[0.4r+0.2(tl)+0.1l+0.15(qvz)+0.15]

6、式中，r为天然裂缝发育程度，t为母井生产时间、l为母井改造缝长；l为井距；q为排量、v为用液规模、z为用砂规模。

7、根据计算出的压窜风险系数fh划分为三个风险等级：

8、0≤fh≤0.3，属于低风险，人工裂缝延伸过程中受老裂缝低应力区区压差驱动压窜。

9、0.3<fh≤0.6，属于中风险，人工裂缝朝天然裂缝过度延伸压窜。

10、fh>0.6，属于高风险，直接延顺层裂缝带压窜。

11、s2、针对不同风险等级实施不同防窜技术方案；

12、(1)针对高风险段：

13、该段特征已存在高渗透(低压窜阻抗r)老裂缝或沟通天然裂缝，压裂人工裂缝会直接延其延伸压窜。采用选择性强封堵填砂预防压窜，可结合区域前后施工计划选择性封堵填砂控制老裂缝渗流速度及一定程度注入保压，预防后续井段压裂时被压窜。

14、防窜工艺步骤如下：

15、①首先注入粘度不超过5mpa·s的低粘度前置液，优选粘度3mpa·s的低粘度前置液，排量控制在10～12m3/min，低粘度前置液打碎储层，控制近端扩展远端；

16、②当累积液量达到50m3时开始铺置支撑剂，排量不变，支撑剂浓度100kg/m3，阶段支撑剂用量5t，净液量50m3，支撑剂远端支撑降滤提升压抗阻；支撑剂选自石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种或多种；

17、③当累计液量达100m3时，开始采用粘度为10-20mpa·s的中粘度压裂液，优选粘度12mpa·s的中粘度压裂液，加入由纤维、100目支撑剂和缝端暂堵剂组成的砂塞进行封堵，排量提高至12～14m3/min，砂塞浓度(纤维、100目支撑剂、缝端暂堵剂总浓度)为120kg/m3，阶段砂塞用量12t，净液量100m3；

18、④当累计液量达200m3时，开始采用胶液，所述胶液为粘度180mpa·s的压裂液，继续加入砂塞进行封堵，排量不变，砂塞浓度提高至140kg/m3，阶段砂塞用量18t，净液量200m3；胶液可以在地层中形成胶塞；

19、⑤同时加入中粘压裂液及胶液，采用40-70目支撑剂、纤维和缝端封堵剂组成的砂塞封堵缝端，砂塞浓度不超过300kg/m3，缝口封堵采用缝口暂堵球和缝口暂堵剂结合的形式。

20、所述砂塞中的纤维由聚乳酸或聚乙烯醇制成，长度为10-12mm，直径20-50μm，质量占比25％；支撑剂为石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种或多种，质量占比30％；缝端暂堵剂为聚乙烯醇、聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚乙醇酸、聚己内酯中的一种或多种制成的颗粒物，质量占比45％。

21、(2)针对中风险段：

22、该段特征主要因天然裂缝较发育且规律性的沿最大主应力方向分布，人工裂缝易沿其延伸导致邻井压窜。采用强化防窜封堵，形成人工裂缝并及时转向适度沟通天然裂缝，应及时对人工裂缝封堵控制避免延天然裂缝过度延伸。

23、防窜工艺步骤如下：

24、①首先注入粘度不超过5mpa·s的低粘度前置液，优选粘度3mpa·s的低粘度前置液，排量控制在12～14m3/min，低粘度前置液打碎储层，控制近端扩展远端；

25、②当累积液量达到50m3时开始铺支撑剂，排量不变，支撑剂浓度100kg/m3，阶段支撑剂用量5t，净液量50m3，支撑剂远端支撑降滤提升压抗阻；支撑剂选自石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种；

26、③当累计液量达100m3时，开始采用粘度为10-15mpa·s的中粘度压裂液，优选粘度12mpa·s的中粘度压裂液，加入由纤维、100目支撑剂和缝端暂堵剂组成的砂塞进行封堵，排量12～14m3/min，砂塞浓度为120kg/m3，阶段砂塞用量12t，净液量100m3；

27、④当累计液量达200m3时，开始采用胶液，所述胶液为粘度180mpa·s的压裂液，继续加入砂塞进行封堵，排量不变，砂塞浓度提高至140kg/m3，阶段砂塞量28t，净液量200m3；胶液可以在地层中形成胶塞；

28、⑤同时加入中粘压裂液及胶液，采用100目支撑剂、纤维和缝端封堵剂组成的砂塞封堵缝端，砂塞浓度不超过300kg/m3，缝口封堵采用缝口暂堵球和缝口暂堵剂结合的形式。

29、所述砂塞中的纤维由聚乳酸或聚乙烯醇制成，长度为5-10mm，直径10-20μm，质量占比15％；支撑剂为石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种或多种，质量占比50％；缝端暂堵剂为聚乙烯醇、聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚乙醇酸、聚己内酯中的一种或多种制成的颗粒物，质量占比35％。

30、(3)针对低风险段：

31、强化防窜充分改造，避免人工裂缝沿层理及微细裂缝过度延伸。充分改造裂缝欠发育井段但需注意人工裂缝沿层理及微细裂缝过度延伸导致压窜，改造过程中结合人工裂缝延伸规律进行封堵转向，压裂过程中加强监测及时防窜。

32、防窜工艺步骤如下：

33、①首先注入粘度不超过5mpa·s的低粘度前置液，优选粘度3mpa·s的低粘度前置液，排量控制在12～16m3/min，低粘度前置液打碎储层，控制近端扩展远端；

34、②当累积液量达到50m3时开始铺支撑剂，排量不变，支撑剂浓度100kg/m3，阶段支撑剂用量5t，净液量50m3，支撑剂远端支撑降滤提升压抗阻；支撑剂选自石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种；

35、③当累计液量达100m3时，开始采用粘度为10-20mpa·s的中粘度压裂液，优选粘度12mpa·s的中粘度压裂液，加入由纤维、200目支撑剂和缝端暂堵剂组成的砂塞进行封堵，排量提高至12～16m3/min，砂塞浓度为100kg/m3，阶段砂塞用量12t，净液量40m3；

36、④当累计液量达140m3时，开始采用胶液，所述胶液为粘度100mpa·s的压裂液，继续加入砂塞进行封堵，排量不变，砂塞浓度提高至120kg/m3，阶段砂塞用量12t，净液量100m3；胶液在地层中可以形成胶塞；

37、⑤同时加入中粘压裂液及胶液，采用200目支撑剂、纤维和缝端封堵剂组成的砂塞封堵缝端，砂塞浓度不超过300kg/m3，缝口封堵采用缝口暂堵球和缝口暂堵剂结合的形式。

38、所述砂塞中的纤维由聚乳酸或聚乙烯醇制成，长度为1-5mm，直径5-10μm，质量占比10％；支撑剂为石英砂、陶粒、硅微粉、玻璃微珠中的一种或多种，质量占比40％；缝端暂堵剂为聚乙烯醇、聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚乙醇酸、聚己内酯中的一种或多种制成的颗粒物，质量占比50％。

39、上述三种不同风险段的防窜工艺中，缝口封堵采用的材料相同，均采用缝口暂堵球和缝口暂堵剂结合的形式。缝口暂堵球由橡胶、塑料或聚氨脂中的一种制成，投注直径15mm的暂堵球，现场备用直径19mm的暂堵球。缝口暂堵剂由水解聚丙烯酰胺、氧氯化锆、乙酰丙酮中的一种制成。暂堵时机：随段内应力差异的减小，由30min至60min，对应液量500m3-1000m3。投注方式：按两次先后投入，每次投放间隔2-5分钟，每次投放10g缝口暂堵球和50kg缝口暂堵剂。

40、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

41、本发明的页岩体积控缝防压窜的方法通过人工干预预防优势裂缝过度延伸，提出综合利用支撑剂、砂塞以及胶液(胶塞)组合防窜的理念，实现对改造体积裂缝尖端有效封堵的体积控缝技术。在地层中砂塞的各组分纤维、支撑剂和缝端暂堵剂可以聚集粘接成团形成固相砂塞。胶液携带砂塞在适当阶段、不同位置都形成防窜塞。裂缝前端稳固封堵，将沿裂缝的流动从平板流变为渗流甚至阻隔流动，降低尖端净压力，阻碍缝长扩展；增加裂缝后端净压力，新缝起裂。压裂完成后，在温度和压力的作用下固相砂塞自动溶解，形成流动通道。

42、与现有技术相比，本发明的体积控缝防窜技术的优势在于低成本、大规模，实现对改造体积裂缝尖端有效全域暂堵，增大改造体积，增加裂缝复杂程度的同时不会减小裂缝控制范围，实现有效防窜。

43、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。