一种水平井泥岩穿层压裂方法

摘要

本发明涉及一种水平井泥岩穿层压裂方法。该方法在主压裂中采取以下措施：（1）快速起动压裂液输送装置；（2）大排量注入压裂液；（3）大量注入前置液扩缝；（4）小粒径支撑剂；（5）阶梯式递增的低砂比。本发明方法成功解决了通过泥岩穿层压裂沟通上下储层的目的，确保了在砂泥岩互层的水平井中压裂施工的成功，更大程度地改造了上下砂岩油气层，大大提高了施工成功率和有效动用储量，获得了显著的经济效益。本发明方法设计合理、施工工艺简单、操作简便、压裂施工成功率高、施工效果明显，在砂泥岩互层的水平井压裂中，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于油田采油工艺技术领域，涉及一种水平井压裂过程中 穿透泥岩隔层沟通到砂岩储层提高压后效果的有效方法。

背景技术

随着钻井技术及井下工具的不断发展，水平井分段压裂技术已成 为开发低渗透油气田的主导技术。水平井分段压裂不仅要确保每段压 裂施工的成功，关键要通过多段的压裂提高单井产量，从而提高开发 效果，否则水平井开发就无经济效益可言。

由于区域沉积的复杂变化，某些区块横向上和垂向上非均质性 强，垂向上发育多个油层，油层间有一定厚度的泥岩夹层，夹层厚度 几米到几十米不等，对于这些复杂断块油藏，由于地质情况复杂，储 层预测难度大，特别是在穿越断层级破碎带后储层预测偏差大，导致 储层钻遇率低。水平井钻遇过程中可能钻遇到大段泥岩，欲压裂改造 这种钻遇大段泥岩水平井，最大难度在于压裂段数和压裂位置的选择 以及施工砂堵的风险，放弃泥岩段选段压裂将意味着大大减少压裂段 数，压裂段数的减少将显著影响压后产量效果，但在泥岩段压裂又面 临着极大的施工风险。如果对于泥岩隔层厚度小的储层采取特殊的技 术措施，通过在泥岩段压裂而沟通到距此不远的砂岩储层，将会大大 提高压裂效果和储层动用，降低对水平井轨迹精度的要求。一般而言， 应避免在泥岩段压裂，以往进行的泥岩压裂尝试也反映出这种压裂方 式早期砂堵的风险性，例如，大庆油田南227-平287井射孔段泥岩隔 层厚度5.1m（上部2.1m，下部3.0m），上部砂岩层厚1.2m，下部砂 岩2.0m，压裂砂刚进地层即砂堵，以施工失败而告终，此后未再进行 该类试验。

CN1869398公开了一种水平井压裂方法，在施工的全井段均匀射 孔条件下，采用现场分析诊断及暂堵剂技术，分多次施工阶段实现多 条人工裂缝的目的。该发明虽然在水平井或普通油井的长井段压裂施 工中，保证了压裂施工效果，并可明显提高了井身完善程度和全井段 的动用程度，但是该发明不能解决钻遇到大段泥岩时出现的问题，同 时此方法仅限于套管完井的水平井段。

例如，针对水平井钻遇泥岩需要压裂沟通上下砂岩储层时，当不 了解此种情况下压裂裂缝起裂及延伸的特性，通常情况下需要进行阶 梯排量小型测试压裂（探井压裂通常使用的方法），以获取地层裂缝 的延伸压力、闭合压力、滤失特性情况等，通过此方法压裂工程师可 以得到对该地层压裂的整体参数了解。然而，由于泥岩地层应力高、 塑性强、破裂压力高、形成的裂缝宽度窄、砂泥岩层间特性差异大等 特点，当前置液比小、排量小时，就不能形成有效宽度的裂缝，造成 过液不过砂的情况，在缝口容易造成砂堵，导致施工失败。可见，现 有技术中，还没有一种有效的解决水平井泥岩穿层压裂的有效方法。

因此，目前存在的问题是需要研究开发一种水平井压裂过程中穿 透泥岩隔层的有效方法，以确保压裂施工成功和砂岩油气储层的动 用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一 种水平井泥岩穿层压裂方法，该方法采用主压裂快速大排量造缝，大 量注入前置液扩缝，小粒径支撑剂支撑裂缝、阶梯式递增的低砂比等 工艺技术进行水平井泥岩穿层压裂。

该方法在砂泥岩互层的油气储层中，降低了水平井压裂时砂堵等 施工风险，确保了穿透泥岩隔层，更大程度地改造上下砂岩储层。该 方法是一种解决水平井泥岩穿层压裂沟通砂岩储层提高压裂效果与 储层动用的有效方法。

为此，本发明提供了一种水平井泥岩穿层压裂方法，其包括：

步骤A，造缝：向井筒内注入压裂液并憋压，使地层起裂；

步骤B，扩缝：向在步骤A中产生的缝隙中继续注入前置液进行 扩缝；

步骤C，充填裂缝：向步骤B中得到的裂缝中注入携砂液。

根据本发明，在步骤A中，所述压裂液在启动压裂液输送装置后 15s内达到4.0～4.5m³/min的排量。

在本发明的一个实施方式中，在步骤B中，所述前置液的注入量 为压裂液总注入量的45%（v/v）。

根据本发明，在步骤B中，还包括在所述前置液中分别加入5% （v/v）和7%（v/v）的支撑剂。所述支撑剂的粒度在40～70目之间。

在上述步骤B中，所述前置液采用压裂液输送装置加入。

根据本发明方法，在步骤C中，在所述携砂液中包含有支撑剂。

在本发明的一个实施方式中，所述携砂液中支撑剂的砂比呈阶梯 式递增。在该过程中，携砂液的排量稳定。

根据本发明，所述砂比在8%（v/v）～18%（v/v）范围内呈阶梯 式递增。

在本发明的一个实时方式中，所述支撑剂的粒度在40～70目之间。

本发明中，所述支撑剂包括但不限于石英砂、陶粒等。优选所述 支撑剂为陶粒。

在上述步骤C中，所述携砂液采用压裂液输送装置注入。

本发明中，所述压裂液输送装置为带有泵的压裂车组。

在本发明步骤A中，快速起启动压裂液输送装置，例如泵，使得 压裂液的施工排量在短时间，例如15s内达到4.0～4.5m³/min的设计排 量，在井筒内憋压，致使地层快速起裂。

压裂液的大排量施工可以形成具有一定宽度的有效裂缝，同时穿 透泥岩层，纵向上充分沟通并改造砂岩储层。

在本发明步骤B中，针对水平井钻遇泥岩，通过压裂穿透泥岩沟 通砂岩时，采用大量注入前置液进行扩缝，使得裂缝在长度、高度上 充分延伸，为支撑剂的铺置提供条件，并扩大裂缝的泄油面积。

同时，在步骤B的前置液中加入5%（v/v）和7%（v/v）的陶粒， 例如，粒度在40～70目之间的陶粒，可以起到段塞打磨裂缝壁面的作 用。

在本发明步骤C中，向步骤B中得到的裂缝中注入携砂液，尤其 是注入，例如，包含有作为支撑剂的粒度在40～70目之间的陶粒的携 砂液，可以有效避免高应力泥岩层裂缝宽度窄导致的砂堵。同时，采 用低砂比施工，并且以砂比在8%（v/v）～18%（v/v）范围内呈阶梯 式递增的方式加入携砂液，这样可以避免追求高砂比施工，可以有效 地避免砂堵的发生。

本发明中所用术语“砂比”亦称为混砂比或加砂比，是指携砂液 中支撑剂的堆积体积与净液体积的百分比，以%（v/v）的方式表示。

本发明中，低砂比一词，是通常指砂比低于20%（v/v）。

本发明中所用术语“施工排量”一词，是指实际施工过程中，压 裂液的实际排量。

本发明中所用术语“设计排量”一词，是指泵注程序设计中的压 裂液排量。

本发明方法主要应用于水平井压裂时，存在砂泥岩互层或需要沟 通上下砂岩储层时的压裂，也可用在类似储隔层压裂的直井中。

应用本发明的方法，在东北十屋油田2口水平井3个井段泥岩穿 层压裂获得100%成功，使单井增加了1～2个压裂段，裂缝监测显示 压裂沟通了砂岩储层，压后取得较好效果，单井压后日产油达到 15～25t/d，为水平井压裂位置的选择和提高垂向动用程度提供了新的 技术方法。

总体来说，本发明在主压裂中采取以下措施：（1）快速起动压 裂车组；（2）大排量注入压裂液；（3）大量注入前置液扩缝；（4） 小粒径支撑剂；（5）阶梯式递增的低砂比。快速起动压裂液输送装 置与大排量注入压裂液相结合，使得压裂液的施工排量在短时间达到 4.0～4.5m³/min的排量，在井筒内憋压，致使地层快速起裂。大量注入 前置液扩缝、小粒径支撑剂与阶梯式递增的低砂比相结合，可以避免 追求高砂比施工，并可以有效地避免砂堵的发生。

本发明方法成功解决了通过泥岩穿层压裂沟通上下储层的目的， 确保了在砂泥岩互层的水平井中压裂施工的成功，更大程度地改造了 上下砂岩油气层，大大提高了施工成功率和有效动用储量，获得了显 著的经济效益。本发明方法设计合理、施工工艺简单、操作简便、压 裂施工成功率高、施工效果明显，在砂泥岩互层的水平井压裂中，具 有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：

图1是实施例1的泵注程序图。

图1中的坐标轴的含义如下：y轴施工排量（m³/min）；次y 轴砂浓度（kg/m³）/砂比（%）。

图2是实施例1的裂缝穿过泥岩图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例和附图 仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。各实施例中的材料 均为工业品。

实施例

实施例1：

本实施例的水平井泥岩穿层压裂方法：针对未知地层压裂特征 时，首先采用阶梯测试压裂技术分析泥岩裂缝延伸特性，了解延伸压 力、闭合压力以及地层对液体的滤失特性。针对主加砂压裂施工，则 采取以下技术措施，其泵注程序如图1所示。

在压裂起始阶段，快速启动压裂车组，在15s内施工注入压裂液 排量达到4.0m³/min，在井筒内憋压，致使地层快速起裂。

在前置液阶段，注入前置液进行扩缝，前置液的注入量为压裂液 总注入量的45%（v/v），由此使得裂缝在长度、高度上充分延伸，为 支撑剂的铺置提供条件，并扩大裂缝的泄油面积。同时，在前置液阶 段，通过向前置液中分别加入5%（v/v）和7%（v/v）的粒度在40～70 目之间的陶粒段塞打磨裂缝壁面。

在携砂液阶段，以砂比为8%～10%～12%～14%～16%～18%（v/v） 的阶梯式递增的方式，向上述阶段得到的裂缝中注入包含有作为支撑 剂的粒度在40～70目之间的陶粒的携砂液，以避免高应力泥岩层裂缝 宽度窄导致的砂堵，总加砂量为20m³。

现场实施水平井3个段的压裂施工，获得成功，实现了泥岩穿层 压裂，单井压后日产油达到15～25t/d，取得了显著的增油效果，其裂 缝穿过泥岩图见图2。

实施例2：

针对主加砂压裂施工，采取以下技术措施：

在压裂起始阶段，快速启动压裂车组，在12s内施工注入压裂液 排量达到4.5m³/min，在井筒内憋压，致使地层快速起裂。

在前置液阶段，注入前置液进行扩缝，前置液的注入量为压裂液 总注入量的45%（v/v），由此使得裂缝在长度、高度上充分延伸，为 支撑剂的铺置提供条件，并扩大裂缝的泄油面积。同时，在前置液阶 段，通过向前置液中分别加入5%（v/v）和7%（v/v）的粒度在40～70 目之间的陶粒段塞打磨裂缝壁面。

在携砂液阶段，以砂比为8%～10%～12%～14%～16%～18%（v/v） 的阶梯式递增的方式，向上述阶段得到的裂缝中注入包含有作为支撑 剂的粒度在40～70目之间的陶粒的携砂液，以避免高应力泥岩层裂缝 宽度窄导致的砂堵，总加砂量为30m³。

现场实施水平井2个段的压裂施工，获得成功，实现了泥岩穿层 压裂，单井压后日产油达到20～28t/d，增油效果显著。

对比例：

某水平井进行主压裂施工。

在压裂起始阶段，在泵注25s时施工注入排量3.0m³/min，在井筒 内憋压，致使地层起裂。

在前置液阶段，注入前置液进行扩缝，前置液的注入量为压裂液 总注入量的40%（v/v），由此使得裂缝在长度、高度上继续延伸，为 支撑剂的铺置提供条件，并扩大裂缝的泄油面积。同时，在前置液阶 段，通过向前置液中加入5%（v/v）的陶粒段塞打磨裂缝壁面。

在携砂液阶段，采用20～40目支撑剂，当砂比在15%时，发生砂 堵，总加砂量7m³。现场实施水平井1个段的压裂施工，压后日产油 1.5t/d，增油效果差。

上述结果说明，快速起动压裂车组与大排量注入压裂液相结合， 使得压裂液的施工排量在短时间达到很大，在井筒内憋压，致使地层 快速起裂。大量注入前置液扩缝、小粒径支撑剂与阶梯式递增的低砂 比相结合，可以避免追求高砂比施工，并可以有效地避免砂堵的发生。 可以看出，采用本发明方法，施工效果明显，更大程度地改造了上下 砂岩油气层，确保了在砂泥岩互层的水平井中压裂施工的成功。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。