裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法與流程
2023-05-31 07:47:01 2
本發明涉及一種裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法，屬於油氣井增產改造技術領域。
背景技術：
對於高溫、深層、裂縫型碳酸鹽巖儲層實施酸壓改造由於酸巖反應速率快，酸液有效作用距離短，裂縫端部難以提供有效導流能力，而裂縫入口端由於酸液與裂縫長時間接觸，酸液對巖石力學強度破壞使得近井筒區域酸蝕裂縫導流能力保持性差(何春明、郭建春，《酸液對灰巖力學性質影響的機制研究》，巖石力學與工程學報，2013(s2)：3016-3021)，影響酸壓改造的效果。同時對於裂縫型碳酸鹽巖儲層需要提高改造體積實現裂縫橫向和縱向轉向才能進一步提高改造效果，目前最有效縫內暫堵就是裂縫端部暫堵如端部脫砂，而縫內其他區域的暫堵難以實現整個裂縫高度的封堵，僅能起到提高縫內淨壓力的作用，而縫口暫堵由於裂縫開度大封堵難度大，單純的顆粒暫堵劑在注入過程中會分散(楊兆中等，一種多級暫堵深度網絡酸壓方法，cn106194145)，難以達到最優封堵效果。
因此，提供一種裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法成為本領域亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法，該方法能夠充分利用暫堵轉向過程實現裂縫支撐，將暫堵轉向和裂縫支撐一體化、同步化，提高裂縫型碳酸鹽巖儲層的酸壓改造效果。
為達到上述目的，本發明提供了一種裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法，其中，
需要改造的巖層的層數為1層時，該方法包括以下步驟：
步驟a1，向地層泵注前置液和縫內複合暫堵體系；
步驟b1，向地層泵注具有變粘能力的酸，以形成人工裂縫，同時在遠離井筒區域實現裂縫尖端的暫堵；
步驟c1，向地層泵注攜砂液和頂替液，完成裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化的改造；
需要改造的巖層的層數為2層以上時，該方法包括以下步驟：
步驟a2，向地層泵注前置液和縫內複合暫堵體系，以形成人工裂縫，同時在遠離井筒區域實現裂縫尖端的暫堵；
步驟b2，向地層泵注具有變粘能力的酸；
步驟c2，向地層泵注含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液和頂替液，以實現裂縫縫口的暫堵；
根據需要改造的層數，重複步驟a2至步驟c2的操作，其中，在進行最後一次泵注時，不注入含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液，而是注入攜砂液，完成裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化的改造。
在本發明提供的技術方案中，所述根據需要改造的層數，重複步驟a2至步驟c2的操作。其中，在最後一次泵注時，不注入含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液，而是注入攜砂液主要是指：當需要改造的層數在2層以上時，最開始和中間的每一層都進行步驟a2至步驟c2的操作，當對最後一層進行改造時，進行步驟a2至步驟b2的操作之後，向地層泵注攜砂液和頂替液。例如需要改造的層數為2層時，對第一層進行步驟a2至步驟c2的操作，接著對第二層進行步驟a2至步驟b2的操作，然後向地層泵注攜砂液和頂替液；需要改造的層數為3層時，對第一層和第二層分別進行步驟a2至步驟c2的操作，接著對第三層進行步驟a2至步驟b2的操作，然後向地層泵注攜砂液和頂替液。
本發明在對裂縫型碳酸鹽巖儲層進行暫堵研究時發現：縫內暫堵的關鍵區域為裂縫的端部和裂縫的入口端，而導流能力受影響的關鍵區域也是裂縫的端部和裂縫的入口端。本發明提供的技術方案能夠充分利用暫堵轉向過程實現裂縫支撐，將暫堵轉向和裂縫支撐一體化、同步化，進一步提高裂縫型碳酸鹽巖儲層的酸壓改造效果。
在本發明提供的技術方案中所述縫內複合暫堵體系也可以稱之為縫內複合暫堵劑，所述縫口複合暫堵體系也可以稱之為縫口複合暫堵劑。
在上述方法中，優選地，在進行改造之前，該方法還包括以下步驟：
獲取需要改造的巖層的巖石力學參數數據，所述巖石力學參數數據包括楊氏模量數據和泊松比數據；
基於獲得的巖石力學參數數據，通過fracpt酸壓優化設計軟體模擬得到前置液泵注結束後裂縫端部的開度，以及頂替階段注入層間暫堵劑時裂縫入口端的開度；
根據前置液泵注結束後裂縫端部的開度、頂替階段注入層間暫堵劑時裂縫入口端的開度，以及不同開度裂縫的暫堵選擇圖版，確定縫內複合暫堵體系和縫口複合暫堵體系。
在上述方法中，頂替階段注入層間暫堵劑時裂縫入口端的開度主要是指在主壓裂注入階段結束後，轉入頂替階段時，需要降低注入排量(即將主壓裂注入階段的注入排量逐漸降低至某一固定的注入排量，其中，主壓裂注入階段的注入排量及某一固定的注入排量根據需要暫堵改造的裂縫而定)向裂縫中注入層間暫堵劑，降排量注入層間暫堵劑的過程中可以計算得到裂縫入口端的開度。
在上述方法中，所述不同開度裂縫的暫堵選擇圖版是通過物模試驗建立的。圖版的橫坐標為固相顆粒(可降解暫堵劑+支撐劑)的體積與攜帶液的體積之比(相當於砂比)，單位為m3/m3；縱坐標為可降解纖維的體積與攜帶液的體積之比。在本發明提供的技術方案中，暫堵劑是在凍膠壓裂液中加入的。
在上述方法中，優選地，所述前置液包括滑溜水和/或凍膠壓裂液；注入前置液時，先注入滑溜水，後注入凍膠壓裂液；所述滑溜水和所述凍膠壓裂液的比例可以根據儲層的實際溫度和濾失情況進行調整，更優選地，所述滑溜水和所述凍膠壓裂液的體積比為(1:1)-(3:1)；進一步優選地，所述凍膠壓裂液為耐酸壓裂液，其包括酸性羧甲基壓裂液、自生酸壓裂液和酸性交聯纖維素壓裂液中的一種或幾種。
在本發明提供的技術方案中，所述滑溜水的原料組成和配比可以根據需要改造的巖層的實際情況進行調整，優選地，以質量百分比計，所述滑溜水的原料組成包括：0.1％羧甲基瓜膠、0.5％助排劑、0.2％粘土穩定劑，餘量為水。
在本發明提供的技術方案中，所述凍膠壓裂液的原料組成和配比可以根據需要改造的巖層的實際情況進行調整，優選地，以質量百分比計，所述凍膠壓裂液的原料組成包括：0.5％羧甲基瓜膠、0.2％粘穩劑、0.5％助排劑、0.2％交聯促進劑、0.05％殺菌劑，餘量為水。
在上述方法中，優選地，注入縫內複合暫堵體系時，先將縫內複合暫堵體系加入凍膠壓裂液中，然後再注入地層中；更優選地，所述縫內複合暫堵體系包括可降解纖維、可降解暫堵劑和支撐劑；進一步優選地，將縫內複合暫堵體系加入凍膠壓裂液時，可降解纖維的體積與凍膠壓裂液的體積比為0.2-0.3％，可降解暫堵劑的體積與凍膠壓裂液的體積比為2-4％，支撐劑的體積與凍膠壓裂液的體積比為3-10％，更優選為5-10％。
在上述方法中，優選地，向地層注入前置液和縫內複合暫堵體系時包括：
配製滑溜水和凍膠壓裂液，將所述凍膠壓裂液分為三部分，第一部分為純凍膠壓裂液，第二部分為添加了支撐劑的凍膠壓裂液，第三部分為添加了縫內複合暫堵體系的凍膠壓裂液；
向地層注入滑溜水；
向地層依次注入純凍膠壓裂液、添加了支撐劑的凍膠壓裂液和添加了縫內複合暫堵體系的凍膠壓裂液；其中，在所述添加了支撐劑的凍膠壓裂液中，支撐劑的體積與凍膠壓裂液的體積比可以為3％-5％。
在上述方法中，所述純凍膠壓裂液、添加了支撐劑的凍膠壓裂液和添加了縫內複合暫堵體系的凍膠壓裂液這三部分的體積比可以根據施工難度進行調整，施工難度越大則純凍膠壓裂液的比例越高，施工難度越低則添加了縫內複合暫堵體系的凍膠壓裂液的比例越高，優選地，所述純凍膠壓裂液、添加了支撐劑的凍膠壓裂液和添加了縫內複合暫堵體系的凍膠壓裂液這三部分的體積比為(1:1:1)-(3:1:1)。在某些施工環境下
在上述方法中，所述縫內複合暫堵體系的尺寸可以根據需要封堵的裂縫的開度而定，通常裂縫的開度/顆粒的尺寸＝2-2.5；優選地，所述可降解纖維的長度為4-6mm；所述可降解暫堵劑的粒徑為30-70目；所述支撐劑的粒徑為70-140目。
在上述方法中，優選地，所述縫口複合暫堵體系包括可降解纖維、可降解暫堵劑和支撐劑；更優選地，在製備所述含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液時，可降解纖維的體積與凍膠壓裂液的體積比為1-1.8％，可降解暫堵劑的體積與凍膠壓裂液的體積比為4-10％，更優選為4-6％，所述支撐劑的體積與凍膠壓裂液的體積比為10-15％。所述縫口複合暫堵體系的尺寸可以根據需要封堵的裂縫的開度而定，通常裂縫的開度/顆粒的尺寸＝1-1.5，進一步優選地，所述可降解纖維的長度為6-9mm，所述可降解暫堵劑的粒徑6-20目，所述支撐劑的粒徑為30-140目，進一步優選為30-70目。
在上述方法中，優選地，所述可降解纖維和可降解暫堵劑可以由水溶性或酸溶性材料製備得到；所述可降解纖維和可降解暫堵劑在60-150℃條件下，經過4-10h可以降解。
在上述方法中，優選地，採用油管或套管向地層進行泵注，所述油管和套管的施工排量為8-10m3/min；更優選地，所述油管的直徑為4in或4-1/2in，所述套管的直徑為5in或5-1/2in，採用本發明限定的油管和套管能夠滿足施工排量8-10m3/min的泵注要求。
在上述方法中，優選地，所述具有變粘能力的酸包括含有鹽酸的ves自轉向酸、ph值控制聚合物變粘酸和溫控變粘酸中的一種或幾種的組合；更優選地，所述含有鹽酸的ves自轉向酸中鹽酸的質量百分比濃度為15-20％。
在本發明提供的技術方案中，所述含有鹽酸的ves自轉向酸的原料組成和配比可以根據需要改造的巖層的實際情況進行調整，優選地，以重量百分比計，所述含有鹽酸的ves自轉向酸的原料組成包括：15％hcl、3-5％ves、4.5％緩蝕劑、2％鐵穩劑、0.15％緩蝕促進劑，餘量為水。
在本發明提供的技術方案中，所述ph值控制聚合物變粘酸的原料組成通常可以包括ph值控變粘聚合物稠化劑、緩蝕劑、鐵離子穩定劑、助排劑、交聯劑和水；所述溫控變粘酸的原料組成通常可以包括溫控變粘聚合物稠化劑、緩蝕劑、鐵離子穩定劑、助排劑、交聯劑和水；本領域技術人員可以根據實際情況對ph值控制聚合物變粘酸和溫控變粘酸的原料組成和配比進行調整。
在上述方法中，優選地，其中，向地層注入含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液時，控制注入排量為1-2m3/min，以減小裂縫的開度，提高縫口的封堵機率。
在本發明提供的技術方案中，所述攜砂液中的支撐劑為陶粒，但不限於此。
本發明的有益效果：
(1)所選用的縫內/縫口暫堵體系為可降解纖維、可降解暫堵劑和陶粒支撐劑的混合樣。該體系既包括纖維和暫堵劑等柔性材料，又包括剛性陶粒支撐劑，較現有的柔性暫堵體系封堵強度高，較剛性暫堵體系的自恢復能力更強，能夠進一步提高暫堵轉向效果；此外，縫內/縫口暫堵體系在完成縫內轉向和層間轉向後，可降解纖維和可降解暫堵劑會溶解，留下支撐劑對裂縫端部和裂縫入口端進行支撐，提高酸蝕裂縫導流能力和導流能力的保持性；
(2)本發明提供的技術方案能夠充分利用暫堵轉向過程實現裂縫支撐，將暫堵轉向和裂縫支撐一體化、同步化，進一步提高裂縫型碳酸鹽巖儲層的酸壓改造效果。
附圖說明
圖1為縫內轉向和層間轉向的示意圖；
圖2為裂縫開度沿長度方向的分布圖；
圖3為不同開度裂縫的暫堵選擇圖版；
圖4為實施例井酸壓改造的施工曲線。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。
實施例
本實施例提供了一種裂縫型碳酸鹽巖儲層暫堵轉向和裂縫支撐一體化改造方法。
本實施例以華北油田某井為研究對象(如圖1所示)，該井埋深達到5400m，儲層溫度達到177℃，發育多尺度天然裂縫，屬於深層裂縫型碳酸鹽巖油氣藏。
本實施例提供的方法包括以下步驟：
步驟1，根據室內巖芯實驗和測井資料計算得到的儲層巖石力學參數，主要參數包括楊氏模量為30000-50000mpa，泊松比為0.15-025；
按照設計的泵注程序利用fracpt酸壓設計軟體模擬得到前置液泵注結束後裂縫端部裂縫的開度為1mm左右，以及注入層間暫堵劑過程中裂縫入口端的開度為5mm左右，如圖2所示。
步驟2，根據步驟1模擬得到的裂縫端部的開度和裂縫入口端的開度，同時利用物模實驗建立的不同開度裂縫的暫堵選擇圖版(即轉向材料優選圖版)，確定縫內複合暫堵體系和縫口複合暫堵體系(如圖3所示)。
利用fracpt酸壓設計軟體模擬得到的裂縫端部的開度為1mm，因此，最優的縫內複合暫堵體系包括：①可降解暫堵劑，其粒徑為0.4mm左右(30目)，其體積與凍膠壓裂液的體積比為3％；②陶粒支撐劑，其尺寸為70-140目，其體積與凍膠壓裂液的體積比為7％；③可降解纖維，其長度為6mm，其體積與凍膠壓裂液的體積比為0.25％；0.25％的可降解纖維+3％的30目可降解暫堵劑+7％的70-140目陶粒支撐劑構成了縫內複合暫堵體系。
模擬得到的裂縫入口端的開度為5mm，因此，最優的縫口複合暫堵體系包括：①可降解暫堵劑，其尺寸為1.5-2mm左右(10目)，其體積與凍膠壓裂液的體積比為10％；②陶粒支撐劑，其尺寸為40-140目，其體積與凍膠壓裂液的體積比為15％；③可降解纖維，其尺寸為9mm，其體積與凍膠壓裂液的體積比為1.2％；1.2％的可降解纖維+10％的10目可降解暫堵劑+15％的40-140目陶粒支撐劑構成了縫口複合暫堵體系。
步驟3，為了滿足大排量施工的要求，本井採用4-1/2in油管+5in套管注入的管柱結構，能夠滿足的施工排量可達到10m3/min。
本井儲層溫度為177℃，為了實現對儲層降溫，同時激活更多的天然裂縫，在前置液階段注入400m3滑溜水，以質量百分比計，所述滑溜水的原料組成包括：0.1％羧甲基瓜膠、0.5％助排劑、0.2％粘土穩定劑，餘量為水；滑溜水的注入排量為8-9m3/min，前置液中滑溜水與凍膠壓裂液的體積比為1.5:1。
凍膠壓裂液採用的是酸性羧甲基壓裂液，以質量百分比計，所述酸性羧甲基壓裂液的原料組成包括：0.5％羧甲基瓜膠、0.2％粘穩劑、0.5％助排劑、0.2％交聯促進劑、0.05％殺菌劑，餘量為水；該凍膠壓裂液能夠有效提高造縫效率。
由於本井的楊氏模量比較高，裂縫開度較窄，因此在前置液注入過程中可以相對縮小縫內複合暫堵體系的注入階段，以免出現裂縫未延伸到設計長度即出現端部封堵的問題，注入縫內複合暫堵體系時，將縫內複合暫堵體系加入純凍膠壓裂液中配製成攜砂液，控制純凍膠壓裂液與攜砂液的體積比為3:1，並且控制注入排量最高為11m3/min。
步驟4，本井所採用的酸液主要為清潔的ves自轉向酸，為了實現造長縫和實現天然裂縫溝通的目的，優化了兩套不同稠化劑濃度的酸液：
低粘ves自轉向酸：以重量百分比計，其原料組成包括15％hcl、3％ves、4.5％緩蝕劑、2％鐵穩劑、0.15％緩蝕促進劑，餘量為水，該低粘ves自轉向酸的粘度為10mpa·s左右，能夠對天然裂縫進行溶蝕溝通，促進天然裂縫對產量的貢獻；
高粘ves自轉向酸：以重量百分比計，其原料組成包括15％hcl、5％ves、4.5％緩蝕劑、2％鐵穩劑、0.15％緩蝕促進劑，餘量為水，該高粘ves自轉向酸的粘度為50mpa·s左右，能夠降低酸巖反應速率，對深部儲層進行溶蝕溝通；
注入酸液時控制注入排量為10m3/min，以提高縫內的淨壓力，提高酸液的有效作用距離，減少注入的時間。
步驟5，在對單層改造結束後注入15-20m3頂替液，頂替液為壓裂液基液或滑溜水；在頂替液注入結束後注入含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液，注入含有縫口複合暫堵體系的凍膠壓裂液時，需要將注入排量從8-10m3/min降低到1-2m3/min，以減小裂縫開度，提高縫口的封堵機率。
步驟6，本井需要改造的層段為2層，因此，進行了2次縫內複合暫堵轉向和1次縫口複合暫堵轉向，如圖4。
本井累積注入液量達到3096m3，其中，滑溜水為570m3，凍膠壓裂液為1076m3，低粘ves自轉向酸為600m3，高粘ves自轉向酸為850m3。施工排量為8-11m3，施工壓力最高達到92mpa。本井壓後16mm油嘴求產，井口壓力為20mpa，日產氣量為40.9×104m3，日產油量為71m3，實現了高產。7mm油嘴試採40餘天，井口壓力仍保持在23mpa以上，日產氣量為11×104m3以上，日產油量為40m3，累產油量為1437m3，累產氣量為600×104m3以上，初步實現了穩產的目標。
綜上所述，本發明提供的技術方案能夠充分利用暫堵轉向過程實現裂縫支撐，將暫堵轉向和裂縫支撐一體化、同步化，有效提高裂縫型碳酸鹽巖儲層的酸壓改造效果。