地層壓裂酸化方法
2023-05-07 02:09:01 1
專利名稱：地層壓裂酸化方法
技術領域：
本發明涉及一種使地層中的採油區壓裂酸化的方法。
為了提高地下油氣產量，人們成功地利用和使用了許多方法。一般使用的增產方法稱為壓裂酸化。壓裂酸化一般被用來促進處在由能壓裂的和酸可溶解的具有較低的滲透性的石灰巖地層中的採油區。由於低滲透性，這些區域的碳氫化合物通常緩慢地流入在這些區域所打的井孔中。
壓裂酸化工藝一般包括在高於所用酸的壓裂壓力下水力壓裂地下採油區的巖層，所使用的酸以這樣的無規則的方式溶解壓裂面。當壓裂結束開始採油時，形成液流通道，通過該通道，該區域中的碳氫化合物很快就流到了井孔。在這種壓裂酸化工藝中，通常遇到的一個問題是使整個壓裂面過度刻蝕或軟化，即酸迅速溶解裂縫的部分巖面。但當地層壓力下降，引起裂縫密實時，該溶解部分巖面常常受到限制，這是由於裂縫面被過度刻蝕或軟化和相互之間擠壓造成的。這樣，由於整個巖面處在酸中並被軟化，從而導致碳氫化合物流量的減少。
新近研究出並已應用的一種使地下採油區壓裂酸化的改進的方法，該方法公開在美國專利US3768564中，該專利1973年10月30日授予Fredrickson和Knox。根據該方法，在地下採油區形成一個或多個裂縫，允許這些裂縫在長期與酸接觸之前密實，然後使多餘的酸從裂縫的閉合面之間流過，從而形成大流量的流體通道。用酸來防止裂縫的面被過度刻蝕和軟化，當裂縫被密實時，部分裂面原封不動的保留下來充當支撐。更準確的說，在地下採油區造出裂縫並延伸之後，裂縫面與酸保持接觸，同時使裂縫處於開放位置。在裂縫面過度刻蝕之前，允許裂縫密實，使酸流過由此形成的流體通道。同時，將裂縫密實，使通道擴大並增加其流量。
美國專利US3768564所述方法已成功的應用了許多年，但同時該方法不容易造出含有流體通道的裂縫，所述流體通道能從井孔延伸到地下採油區比較遠的地方。這是由於裂縫可以在靠近井孔的附近向上、向下和向外延伸，在這些地方施加在地層上的液壓力最大，而不僅僅在從井孔向外的方向上。
這樣需要一種改進的對地下採油區進行壓裂酸化的方法，從而能夠在該採油區造出帶有流體通道的裂縫，裂縫從井孔向外延伸很遠的距離。
根據本發明所提供的在地下採油區進行壓裂酸化的方法，該方法包括如下步驟(a)在所述區域造一個或多個裂縫;
(b)使所述裂縫密實;
(c)將酸注入到所述密實的裂縫並穿過該裂縫，從而形成了流體通道;
(d)使所述的一個或多個裂縫在所述區域中延伸;
(e)將所述裂縫密實;
(f)通過預先形成的所述流體通道和根據步驟(d)延伸的部分所述的裂縫將酸注入，同時使所述裂縫密實，從而在所述裂縫的延伸部分中形成流體通道;和(g)重複步驟(d)、(e)和(f)，直到所述裂縫中的流體通道在所述區域延伸到所需要的地方。
本發明的方法基本上包括這樣幾個步驟，首先在地下造一個或多個裂縫，然後使這些裂縫密實，並將酸注入到該裂縫中且穿過該裂縫，從而形成了流體通道。之後讓這些裂縫在該區域延伸，使延伸的裂縫密實，通過先前形成的流體通道和部分延伸的裂縫注入酸，從而在延伸的裂縫處又形成了流體通道。重複使裂縫延伸、裂縫密實和在延伸的裂縫中形成流體通道這樣的步驟，直到在其上形成的流體通道的裂縫從井孔向外延伸到所需到達的地方為止。
為了更充分地理解本發明，結構附圖來詳細描述，其中
圖1為裂縫在該區域剛形成之後的地下採油區井孔的示意圖;
圖2為裂縫被密實之後，圖1中的井孔和採油區的示意圖;
圖3為在把酸通過密實的裂縫注入進去，並形成基本上是水平的流體通道之後的圖2中的井孔和採油區示意圖;
圖4為在原來裂縫延伸之後，圖3中的井孔和採油區的示意圖;
圖5為在延伸的裂縫密實之後，圖4中的井孔和採油區的示意圖;
圖6為在將其它的酸通過延伸裂縫注入之後，圖5中的井孔和採油區的示意圖;
圖7為圖6中的裂縫再次延伸之後的井孔和採油區的示意圖;
圖8為在該裂縫被密實之後，圖7中的井孔和採油區的示意圖;
圖9為在將其它的酸通過該裂縫注入後，圖8中的井孔和採油區的示意圖。
本發明用於壓裂酸化地下採油區的各種改進方法，首先，使採油區中形成許多從井孔向外延伸到很遠的高流量的通道。其次，與前述現有的方法相比。提高了產油區的碳氫化合物的產量。
本發明的各種改進的方法基本上包括這樣一些步驟，首先在地下採油區造一個或多個帶或不帶酸的裂縫，使裂縫密實，然後通過密實的裂縫將酸注入到該裂縫中，從而形成了許多流體通道。由於用酸造出的流體通道往往會通向阻力最小的原有通道，特別是通向酸的高溶解性和高滲透性的區域。這些流體通道一般平進於基本是水平的地層。因此，流體通道一般從井孔向外延伸，而不是向上或向下延伸。然後這些裂縫在該區域延伸，並且由於地層中已刻蝕的、高導通的流體通道的阻力非常小，井孔的壓裂壓力稍稍大於流體通道的末端的壓力。依次允許新形成的裂縫從流體通道頂端形成，而不僅僅是擴大靠近井孔的裂縫。使延伸的裂縫密實，並將更多的酸通過前面形成的流體通道和部分延伸的裂縫注入進去，從而使在延伸裂縫中形成流體通道，這些通道與前面形成的流體通道連通。重複使裂縫延伸、密實的裂縫並通過前面形成的穿過部分延伸裂縫的流體通道注入更多的酸的步驟，直到有流體通道的裂縫延伸到該區域所需的地方。
參照附圖，特別是圖1，將壓裂液體通過井孔14泵入採油區12，在地下採油區至少可以造出一條裂縫10，從而作用在構成區域12的巖石上的壓力比巖石的壓裂壓力高。術語「壓裂壓力」在這裡的意思是在該壓力作用下地層中能產生裂縫，隨著壓裂液體的不斷泵入，該裂縫保持打開的狀態並繼續延伸。
在採油區域12形成裂縫10之後，降低壓裂流體的泵入速度，作用在區域12內的壓力低於壓裂壓力，使該裂縫密實(見圖2)。在最佳的方案中，泵入採油區12的流體完全停止，直到壓力消失，裂縫10完全密實為止，在本普通專業技術人員理解的情況下，從井孔中泵入到需要促進的採油區的流體都是密實酸性流體，或包括替代量的非酸性壓裂流體和酸性流體。這是由於在非酸性壓裂流體和酸性流體流量之間的泵入速度下降或停止的結果。
在裂縫10密實之後，以一定速度將含酸的流體泵入，從而作用在區域12上的壓力低於壓裂壓力，並且酸化的流體被泵入時，裂縫10仍是填塞，而後在其上刻蝕出流體通道16(見圖3)。
在裂縫10中刻蝕出流體通道16之後，向裡面注入更多的壓裂流體使裂縫10延伸。即通過裂縫10中的流體通道16以一定速度泵入壓裂流體，使作用在區域12上的壓力再次高於壓裂壓力。其結果是，使裂縫10從井孔向外延伸到更遠的距離，從而形成了延伸部分18，如圖4所示。
通過減少或停止流體的流動使包括延伸部分18的裂縫10密實(如圖5)，並通過前面形成的液流通道16和裂縫10的延伸部分18，以一定速度將含酸性流體泵入。從而使作用在區域12上的壓力低於壓裂壓力。當酸流過液流通道16和延伸部分18時，液流通道變寬，並且在其延伸部分18中刻蝕出另外的液流通道20，如圖6所示。
通過以一定速度注入更多的壓裂流體使裂縫10延伸，所產生的壓力高於區域12的壓裂壓力。壓裂流體流過液流通道16和20，使裂縫10再次從井孔14向外延伸，形成延伸部分22，如圖7所示。
通過降低或停止流體流動使裂縫10密實(如圖8)，將更多的含酸流體泵入裂縫10中。即以一定速度注入酸性流體，從而使壓力低於作用在裂縫10中的壓裂壓力。並且酸性流體流過前面形成的液流通道16和20進入延伸部分22。當酸流過延伸部分22時，在其中就形成了液流通道24。
如上所述，在採油區初次形成裂縫，並在其中刻蝕液流通道之後，通過前面形成的液流通道將更多的壓裂流體泵入地層中，從而使裂縫延伸。由於在先形成的液流通道為低摩擦通道，壓裂流體流過該通道，從而在原有擴大的液流通道的端部的裂縫延伸往往會在所有方向，即向上、向下和向外延伸。但是，當降低壓力並將酸泵入密實的裂縫時，所形成的液流通道將基本上沿著水平的高酸溶解性和/或高滲透性的裂縫巖面層形成。這樣，在裂縫的延伸部分，液流通道基本上與井孔垂直。在裂縫被密實的同時，根據構成地層的特殊形式的巖石和其它因素，注入到裂縫中的酸可以延遲，不延遲或加速的。在最佳方案中，在首次形成的裂縫中使用不延遲酸，這是由於在裂縫延伸部分使用更多的延遲酸來刻蝕液流通道。
本發明通常使用的各種壓裂流體，是為了在地層中形成一個多個裂縫，並使部分裂縫連續延伸。例如適合這樣的壓裂流體為水溶液、膠化的水溶液、含水的酸溶液、膠化的含水的酸溶液、水乳濁液和含乳的酸水溶液。
一般用膠化的含酸水溶液作為本發明的壓裂流體，但也不總是最佳的。為了普通專業技術人員更好的理解，通過在水中分解一個或多個能水合的聚合物來製備膠化的水溶液。水合聚合物使最後的溶液粘性增大。為了進一步提高該膠的粘性加入交聯劑。還能使用普通專業技術人員所熟悉的其它的提高含酸或不含酸水溶液的技術。
根據本發明能夠使用許多分散在或溶解在含水的或碳氫化合物載液中的有機酸或無機酸。通常含水的酸溶液最好。用於處理石灰巖地層的最好的酸是鹽酸、甲酸、醋酸和這些酸的混合物。正如所述，為了用前述已知的酸阻滯劑使酸與地層巖石反應減速，可以阻滯所使用的酸。也可以通過加熱泵入前的酸的混合物來加速這種反應。這些酸中可以含有普通的抗腐蝕劑以保護與其接觸的金屬表面和表面活化劑以防止乳化問題。一般使用在本發明的最好的含酸流體是含10-30%重量的含水鹽酸溶液。
本發明用於使石灰巖地層中的採油區壓裂酸化的最佳方法包括如下步驟(a)通過井孔，以一定速度將壓裂流體泵入該採油區，使作用在該採油區的壓力高於採油區的壓裂壓力，並在該區域形成一個或多個裂縫;
(b)使該裂縫密實;
(c)將含酸流體以一定速度泵入並穿過該密實的裂縫，從而作用在該區域的壓力低於它的壓裂壓力，以致在密實的裂縫中形成液流通道;
(d)將更多的壓裂流體以一定速度泵入該區域和這些裂縫中，使作用在地層上的壓力高於壓裂壓力，並且使裂縫延伸;
(e)使這些裂縫密實;
(f)以一定速度將更多的含酸流體通過先前形成的液流通道和部分用步驟(d)延伸的裂縫泵入，從而作用在該區的壓力低於壓裂壓力，以致在密實的裂縫延伸部分中形成液流通道;和(g)重複步驟(d)、(e)和(f)，直到在內部有液流通道的裂縫延伸到區域中所需達到的距離。
如上所述，通過降低泵入壓裂流體的速度，根據步驟(b)和(e)使裂縫密實，從而作用在該區域的壓力低於壓裂壓力。最好的方法是在一段時間內停止泵入流體，以確保在裂縫密實之後，以一定速度將含酸的流體泵入穿過密實的裂縫，泵入產生的壓力低於壓裂壓力。
在實施上述方法時，使用的壓裂流體最好是膠化含水流體，使用的含酸流體最好是含水酸溶液。在使用該方法泵入的流體最好由交替量的壓裂流體和含酸流體組成。流體數量是預先確定，並與泵停止間隔的時間和泵入速度相一致。從而按上述壓裂和酸化步驟進行。
為了進一步闡述本發明給出下列實例。該實例是用來說明本發明的典型工藝。為了理解該發明，在特殊地層上實施該方法以前，進行常規的實驗室實驗和計算，來確定最佳的壓裂流體和酸的特性、數量、注入速度等。該實例中所給出的流體數量和種類僅僅是為了說明，而不對本發明進行限制。
實例Ⅰ用本發明的方法來促進地層中的採油區，以提高其油氣產量。產油區間隔50英尺(15.3m)，離地面深5000英尺(1525米)。
將由含15%重量膠化的含水鹽酸溶液構成的5000美(制)加侖的壓裂液，以每分鐘約5-10桶(795-1590dm3)速度或在約3500-4500磅/吋2(24.1-31.0MPa)將採油區壓裂。
在最初形成一個或多個裂縫之後，停止泵送一段足夠的時間或降低其速度，以便使裂縫密實。然後以每分鐘約2-3桶(318-477dm3)的速度或在採油區壓力低於壓裂壓力;即壓力約1000-2000Psig(6.89-13.78MPa)的情況下，將5000美(制)加侖(19.0m3)的含有15%重量的含水鹽酸溶液泵入密實的裂縫並穿過該裂縫。當酸穿過該密實的裂縫時，在裂縫面上刻蝕出較大的液流通道。並且以每分鐘約7-12桶(1113-1908dm3)的速度或在採油區壓力約為3500Psig-4500Psig(24.1-31.0MPa)範圍內，將更多的壓裂液泵入以便使該裂縫延伸。再次停泵一段足夠的時間，以便使該裂縫密實，然後以每分鐘3-4桶(477-626dm3)的速度或在採油區壓力約為1000-2000Psig(6.89-13.78MPa)下，泵入約7500美(制)加侖(28.4m3)的含15%重量的含水鹽酸溶液，從而在該裂縫的延伸部分中形成較大的液流通道。重複泵入更多的壓裂液，停止泵入使裂縫密實和泵入更多的酸溶液以便在裂縫的延伸部分中形成液流通道的步驟，從而帶有液流通道的裂縫從井孔延伸相當遠的距離，進入採油區，即延伸距離約在500-1000英尺(152.5-305m)之間。
產品返回井中。
權利要求
1.一種地下採油區壓裂酸化方法，該方法包括如下步驟(a)在所述區域造一個或多個裂縫；(b)使所述裂縫密實；(c)將酸注入到所述密實的裂縫中，並穿過該裂縫，從而形成流體通道；(d)在所述區域使所述一個或多個裂縫延伸；(e)使所述裂縫密實；(f)通過前面形成的液流通道和由步驟(d)延伸的部分所述裂縫注入酸，同時所述裂縫密實，從而在所述裂縫的延伸部分中形成液流通道；和(g)重複步驟(d)、(e)和(f)，直到帶有液流通道的裂縫在所述區域中延伸到所需要的地方。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於根據步驟(a)和(d)，將壓裂流體以一定速度注入到所述區域所形成並延伸的所述裂縫，從而作用在所述區域上的壓力高於它的壓裂壓力。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於根據步驟(b)和(e)、通過降低壓裂流體的注入速度使所述裂縫密實，這樣作用在所述區域中的壓力低於壓裂壓力。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於根據步驟(b)和(e)，通過停止泵入所述壓裂流體使所述裂縫密實。
5.根據權利要求2、3或4所述的方法，其特徵在於所述壓裂液為含水溶液、膠化的含水溶液、含水酸溶液、膠化的含水酸溶液、含水乳膠或含水的含乳膠的酸。
6.根據權利要求1、2、3、4或5，其特徵在於根據步驟(c)和(f)，通過以一定速度將含酸液泵入所述裂縫並穿過該裂縫，將所述酸注入到所述密實的裂縫中並穿過該裂縫，從而作用在所述區域中的壓力低於它的壓裂壓力。
7.根據權利要求1-6中的任一項所述的方法，其特徵在於所述的酸為鹽酸、醋酸、甲酸或它們中的二種或全部的混合物。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述含酸流體包括含水酸溶液。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於所述含水酸溶液包括10-30%重量的含水鹽酸溶液。
10.根據權利要求1-9中的任一項方法，其特徵在於步驟(c)中的酸包括不延遲或加速的酸，步驟(f)中的酸包括延遲的酸。
全文摘要
通過在地下採油區造一個或多個裂縫，使該裂縫密實(圖1-6)和將酸注入到該密實的裂縫中並穿過該裂縫，從而在該裂縫中形成液流通道(16)的方法，來使該地下採油區壓裂酸化。裂縫(16)在該區域中延伸(圖1-6)，密實(圖1-6)並通過前面形成的液流通道和裂縫(圖1-6)延伸部分(20)注入酸從而在其延伸部分中也形成液流通道。重複使裂縫延伸、密實和注酸步驟，直到帶有液流通道的裂縫在該區域中延伸到所需到達的地方。
文檔編號C09K8/62GK1083164SQ9310952
公開日1994年3月2日 申請日期1993年7月1日 優先權日1992年7月1日
發明者S·E·弗雷德裡克森 申請人:哈利伯頓公司