一种提高低渗致密砂岩油气井产能的纤维暂堵转向压裂方法

摘要

本发明具体涉及一种提高低渗致密砂岩油气井产能的纤维暂堵转向压裂方法，包括以下步骤：1)选择可实施纤维暂堵转向压裂的井和层；2)选择射孔井段和射孔参数；3)优化确定压裂施工参数及压裂施工泵序；4)计算纤维暂堵转向剂加入量、施工中纤维加入速度、裂缝转向封堵压力；5)模拟计算裂缝闭合时间和裂缝闭合压力及前置液量；6)利用纤维暂堵转向剂对原裂缝进行封堵，使裂缝转向后，转向压裂阶段施工。本发明可广泛用于低渗致密砂岩多薄储层油气井的压裂改造，通过软件模拟计算，优化压裂施工参数、纤维加量，提高储层改造效果。与现有技术相比，具有施工成本低，可控性强，压后效果好，是邻井产能的2-4倍。

说明书

技术领域

本发明属于油气井压裂技术领域，具体涉及一种提高低渗致密砂岩油 气井产能的纤维暂堵转向压裂方法，用于老井重复压裂改造。

背景技术

压裂是低渗油气藏储层改造、实现效益开发的重要途径，暂堵转向压 裂技术可提高储层的改造体积，形成复杂缝网体系，增加油气泄流面积， 实现油气井增产目的。

常规的暂堵转向压裂方法是通过在压裂过程中注入化学暂堵剂，进行 裂缝内的暂堵，迫使裂缝转向延伸。采用的化学暂堵剂主要分为两种，一 种是水溶性暂堵剂，另一种是采用油溶性暂堵剂。暂堵剂主要是利用一定 的粒径进行孔吼内的堆积，或者通过成胶作业形成滤饼，从而形成渗透率 极低、抗压程度高的暂堵阻挡层，实现裂缝端部的封堵，使裂缝转向延伸。

现有的压裂方法存在以下两点问题：

1、可控性弱，从而使裂缝延伸压力幅度升高不大，裂缝转向延伸不 明显，不易形成转向裂缝以增加压后油气泄流面积；

2、暂堵材料不可完全降解，不能大幅提高裂缝导流能力，容易对地 层造成较大的伤害，或抗压能力不够，裂缝易突破，提高低渗致密砂岩储 层的压裂改造增产效果不明显。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述问题，为低渗致密砂岩油气井储 层改造提供一种增加油气泄流面积，提高单井油气增产效果的纤维暂堵转 向压裂技术。

为此，本发明提供了一种提高低渗致密砂岩油气井产能的纤维暂堵转 向压裂方法，包括以下步骤：

步骤1)根据单井测井、录井资料、储层应力资料、砂岩横向展布及裂 缝发育情况，判断、选择可实施纤维暂堵转向压裂的井和层；

步骤2)根据单井测井、录井地质资料选择射孔井段和射孔参数；

步骤3)根据单井地质资料及邻井生产动态资料，结合压裂分析软件模 拟计算，优化确定压裂施工参数及压裂施工泵序；

步骤4)根据优化确定的压裂施工参数、裂缝形态模拟参数及裂缝封堵 长度，根据相似准则，应用实验室模拟的岩心暂堵压裂实验数据，计算纤 维暂堵转向剂加入量、施工中纤维加入速度、裂缝转向封堵压力；

步骤5)在正式压裂施工前，可进行压裂测试，利用停泵压力数据通过 压裂分析软件模拟计算裂缝闭合时间和裂缝闭合压力及前置液量；

步骤6)利用分层压裂工具进行单层加砂压裂改造，压裂施工中，利用 纤维暂堵转向剂对原裂缝进行封堵，使裂缝转向后，转向压裂阶段施工。

步骤1)所述的判断可实施纤维暂堵转向压裂的井和层，包括以下条件：

(1)改造砂岩储层的最大水平主应力和最小水平主应力的应力差小于 9MPa；

((2)改造砂岩储层平均微裂缝条数为每米储层厚度0.8条以上；

(3)改造砂岩储层脆性指数大于50；

(4)改造砂岩储层纵向厚度小于10m；

(5)改造砂岩储层纵向上泥岩遮挡层与砂岩的应力差大于8MPa，且泥 岩遮挡层厚度大于5m。

步骤2)中选择射孔井段为气层中段靠下部的位置，射孔厚度为2-4m。

步骤3)或步骤4)中所述压裂施工参数包括支撑剂用量、平均支撑剂加 注比例、施工排量、压裂液用量，

步骤4)所述裂缝形态模拟参数包括改造裂缝的导流能力、裂缝长度、裂 缝高度、裂缝宽度。

所述压裂分析软件为FracproPT软件或E-StimPlan软件或Meyer软件。

步骤3)所述的压裂施工泵序包括施工各小阶段的支撑剂浓度和支撑剂 用量、压裂液用量、纤维暂堵转向剂加注时间。

步骤6)所述压裂施工中，采用清洁压裂液作为工作流体，按照步骤5) 中压裂测试确定的前置液量进行前置液造缝施工，加入支撑剂阶段根据步 骤3)确定的施工泵序进行施工，加注纤维暂堵转向剂进行裂缝端部封堵， 待裂缝成功转向后进行转向压裂阶段施工，并实时监测施工压力，根据施 工压力变化判断裂缝是否产生了转向裂缝。

所述裂缝是否产生了转向裂缝的判断方法为：在纤维暂堵转向剂加注 完毕后，泵注暂堵顶替液阶段，观察施工压力是否快速上涨，且上涨压力 大于最大水平主应力与最小水平井主应力的应力差，如果施工上涨压力大 于此应力差，则判断原裂缝实现了封堵，产生了新的转向裂缝，则继续进 行转向压裂施工；否则，继续混合注入纤维和支撑剂，进行再次封堵。

所述纤维暂堵转向剂为DF-1改性纤维。

本发明的有益效果是：方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可 广泛用于低渗致密砂岩多薄储层油气井的压裂改造，通过软件模拟计算， 可优化压裂施工参数、纤维加量，提高储层改造效果。比起现有的砂岩体 积压裂技术，具有施工成本低，可控性强，现场施工灵活可调，压后效果 好，是邻井产能的2-4倍。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是纤维封堵长度与封堵压力的关系；

图2是苏东A井山₁层纤维暂堵转向压裂施工曲线图；

图3是苏东B井山₁层纤维暂堵转向压裂施工曲线图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种提高低渗致密砂岩气井产能的纤维暂堵转向压裂 方法，包括以下步骤：

步骤1)根据单井测井、录井资料、储层应力资料、储层砂岩横向展布 及微裂缝发育情况，判断选择实施纤维暂堵转向压裂的井和层。

其中，判断选择实施纤维暂堵转向压裂的井和层满足以下条件：

(1)改造砂岩储层的最大水平主应力和最小水平主应力的应力差小于 9MPa；

(2)改造砂岩储层微裂缝较为发育，平均微裂缝条数大于每米储层厚 度0.5条；

(3)改造砂岩储层具有较高的脆性指数，脆性指数大于50；

(4)改造砂岩储层纵向砂体厚度小于15m；

(5)改造砂岩储层纵向上具有较好的遮挡条件，即泥岩遮挡层与砂岩 的应力差大于6MPa，且泥岩遮挡层厚度大于5m。

步骤2)根据单井测井、录井地质资料优化射孔井段和射孔参数。优化 射孔井段为气层中段靠下部的位置，优化射孔厚度为2-4m。

步骤3)根据单井地质资料及邻井生产动态资料，结合压裂分析软件模 拟计算，优化确定压裂施工参数及压裂施工泵序。

其中，所用的压裂分析软件为FracproPT软件或E-StimPlan软件或 Meyer软件，优化确定的压裂施工参数包括支撑剂用量、平均支撑剂加注比 例、施工排量、压裂液用量；压裂施工泵序包括施工各小阶段的支撑剂浓 度和支撑剂用量、压裂液用量、纤维暂堵剂加注时间。

步骤4)根据优化确定的压裂施工参数、裂缝形态模拟参数及裂缝转向 封堵长度，根据相似准则，应用实验室模拟的岩心暂堵压裂实验数据，计 算纤维暂堵剂加入量、施工中纤维加入速度、裂缝转向封堵压力。

而裂缝形态模拟参数包括改造裂缝的导流能力、裂缝长度、裂缝高度、 裂缝宽度。

步骤5)在正式压裂施工前，进行小型压裂测试，利用停泵压力数据通 过压裂分析软件模拟计算裂缝闭合时间和裂缝闭合压力及前置液量。

其中，所用的压裂分析软件为FracproPT软件或E-StimPlan软件或 Meyer软件。

步骤6)主压裂施工中，利用纤维暂堵剂对原裂缝进行封堵，使裂缝产 生转向后，进行转向压裂阶段施工。

压裂施工中，采用低伤害压裂液作为工作流体，按照步骤5)中小型压 裂测试确定的前置液量进行前置液造缝施工，加入支撑剂阶段根据步骤3) 确定的施工泵序进行施工，加注纤维暂堵剂进行裂缝端部封堵，待裂缝成 功转向后进行转向压裂阶段施工，并实时监测施工压力，根据施工压力变 化判断裂缝是否产生了转向裂缝。

而裂缝是否产生了转向裂缝的判断方法为：在纤维暂堵剂加注完毕后， 泵注暂堵顶替液阶段，观察施工压力是否快速上涨，且上涨压力大于最大 水平主应力与最小水平井主应力的应力差，如果施工上涨压力大于此应力 差，则判断原裂缝实现了封堵，则继续进行转向压裂施工；否则，继续混 合注入纤维和支撑剂，进行再次封堵。其中，纤维暂堵剂为具有可降解特 性的DF-1改性纤维。

本发明提供的这种提高低渗致密砂岩气井产能的纤维暂堵转向压裂方 法方法工艺简单、便于操作、施工效果明显，可广泛用于低渗致密砂岩多 薄储层气井的压裂改造，通过软件模拟计算，可优化压裂施工参数、纤维 加量，提高储层改造效果。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例以苏东A井为例，该井是一口气田开 发井，典型的低渗致密砂岩气藏多薄层气井，有气层、含气层、含气水层 共6个小层，综合分析本井测录井资料及区块开发情况，选择压裂层段为 山₁气层。为了对该井储层进行有效改造，设计采用纤维暂堵转向压裂工艺。

具体步骤；

步骤1)评价该井山₁气层是否适合纤维暂堵转向压裂：该区块山₁层 最大水平主应力和最小水平主应力的应力差平均6MPa，区块微裂缝较为发 育，平均微裂缝条数为1.1条/m，砂岩储层脆性指数较高，为50-60，储层 纵向厚度8m，泥岩遮挡层厚度大于6m，与砂岩层应力差11MPa，应力遮 挡较好。综合评价认为，该井山₁层可采用纤维暂堵转向压裂技术进行压裂 改造。

步骤2)根据所选适合转向压裂的井和层的测井、录井等地质资料选择 射孔井段和射孔参数。优化该井射孔段为2974.0-2976.0m，采用SYD-102 射孔枪，127射孔弹射孔，射孔相位角60°，射孔密度为16孔/m。

步骤3)根据测井数据、完井井身结构、邻井生产动态情况、储层应力 资料、砂体展布情况进行压裂改造参数优化，压裂管柱采用2⁷/₈"油管带单 上封压裂工具，结合压裂分析软件模拟计算，确定改造层段的支撑剂用量 为30m³、支撑剂平均浓度为21％、施工排量为2.4-3.0m³/min、压裂液用量 为362m³及压裂施工泵序。在支撑剂加入浓度为30％时，同时加入纤维进 行裂缝暂堵，加纤维前支撑剂用量为13m³，转向裂缝加入支撑剂为10m³， 应用压裂分析软件模拟计算裂缝参数，裂缝的导流能力为37dc.cm，裂缝长 度为150m、裂缝高度为23m、裂缝宽度为6mm，满足该井压裂改造需要。

本实施例中支撑剂类型为20-40目的高强度低密度陶粒，压裂液为低伤 害的清洁压裂液体系，可采用现有技术中公开的各种清洁压裂液，纤维暂 堵转向剂由DF-1纤维改性而来，纤维主要成分为水溶性聚乙烯醇，平均分 子量为60000～150000，为市场上通用产品。

其改性方法如下：

(1)采用铬酸溶液对DF-1纤维进行表面改性，处理效果比较好，而且 处理工艺简单，过程易于控制。采用正交实验，利用失重率、吸湿率以及 表面官能团含量等评价指标，得出最佳处理条件：①铬酸配方K₂Cr₂O₇：浓 H₂SO₄：H₂O采用5：8：100；②室温条件下浸泡时间为2.5h；③65～70℃ 条件下处理时间约4min。

(2)采用表面接枝方法对DF-1纤维进行表面处理常用的引发方式有 辐射引发和化学引发。采用正交实验，利用接枝率、吸湿率以及表面官能 团含量等评价指标，得出最佳处理条件：①KMnO₄浓度为5×10_-³mol/L、② H₂SO₄浓度为0.2mol/L、③丙烯酸浓度为0.8mol/L、④反应时间为3.0h。

(3)硅烷偶联剂处理。利用吸附率、吸湿率以及接枝率等评价指标， 得出各实验比较合适的处理条件：选用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 DF-1A-503的水/乙醇溶液处理DF-1纤维，对其表面进行改性，提高其吸湿 率以及分散性。

DF-1改性纤维具有分散好、自动降解的特点，且有助于悬砂，可提高 支撑剂在裂缝中的铺置效率，可防止压裂液返排初期支撑剂回流，提高了 裂缝的导流能力；通过实验评价，选用DF-1改性纤维的直径为10微米左 右，长度为8毫米左右；在压裂施工时，加砂的高砂比阶段，纤维与支撑 剂一起混合加入。具体说，就是在主压裂阶段加入支撑剂高砂比阶段，利 用地面加料设备将DF-1改性纤维快速吸入压裂混砂车混合罐，由地面压裂 泵车将DF-1改性纤维与支撑剂陶粒一起泵入井内。

纤维封堵长度由实验评价得来，如图1所示，评价了施工排量3m³/min， 砂比20％，缝高30m，缝宽5mm，封堵裂缝长度与封堵压力的关系曲线， 由图可知，封堵长度0.4m时，封堵压力11MPa，能够满足裂缝转向封堵的 要求。

步骤4)根据优化确定的压裂施工参数、裂缝形态模拟参数：施工排量、 支撑剂浓度、裂缝宽度、裂缝高度，以及裂缝封堵长度，根据相似准则， 应用实验室模拟的岩心暂堵压裂实验数据，对纤维加入参数进行优化计算， 优化参数主要包括：纤维加量、纤维加入速度、封堵压力。

设室内模拟暂堵裂缝长度为L₁，宽度为W₁，高度为H₁，裂缝中流速为 V₁，纤维与支撑剂形成的封堵压力为F₁，突破压力P₁，排量Q₁；油藏条件 下纤维暂堵裂缝长度为L₂，宽度为W₂，高度为H₂，裂缝中流速为V₂，纤 维与支撑剂形成的封堵压力为F₂，突破压力P₂，排量Q₂。基于裂缝中流动 相似原理，应用相似准数—牛顿数Ne建立相似方程如下：

$Ne=\frac{F_1}{{\mathrm{\rho V}}_1^2{L}_1^2}=\frac{F_2}{{\mathrm{\rho V}}_2^2{L}_2^2}=C_f$

其中

F₁＝P₁W₁H₁

F₂＝P₂W₂H₂

$V_1=\frac{Q_1}{W_1{H}_1}$

$V_2=\frac{Q_2}{W_2{H}_2}$

代入F₁、F₂、V₁、V₂，可获得：

$P_2=P_1.{\left(\frac{Q_2{L}_2}{Q_1{L}_1}\right)}^2.{\left(\frac{W_1{H}_1}{W_2{H}_2}\right)}^3$

则封堵压力△P₂的相似方程为：

${\mathrm{\Delta P}}_2={\mathrm{\Delta P}}_1·{\left(\frac{Q_2{L}_2}{Q_1{L}_1}\right)}^2.{\left(\frac{W_1{H}_1}{W_2{H}_2}\right)}^3$

根据实验室模拟的实验数据，获得纤维的加入最佳比例为12‰，支撑 剂体积密度为1760kg/m³，则纤维的加量比例为21.1kg/m³。

计算纤维的加入量为：

X＝W₂×H₂×L₂×21.1/1000

纤维的加入速度为：

$V=\frac{X\times R\times Q_2}{Y}$

以上公式中：

L₁—室内模拟暂堵裂缝长度，cm；

W₁—室内模拟暂堵裂缝宽度，mm；

H₁—室内模拟暂堵裂缝高度，mm；

V₁—室内模拟裂缝中压裂液流速，ml/min；

F₁—室内模拟纤维与支撑剂形成的封堵压力，N；

P₁—室内模拟突破纤维封堵压力，MPa；

△P₁—室内模拟裂缝封堵压力，MPa；

Q₁—室内模拟压裂液注入排量，ml/min；

L₂—油藏条件暂堵裂缝长度，m；

W₂—油藏条件暂堵裂缝宽度，mm；

H₂—油藏条件暂堵裂缝高度，m；

V₂—油藏条件裂缝中压裂液流速，m³/min；

F₂—油藏条件纤维与支撑剂形成的封堵压力，N；

P₂—油藏条件突破纤维封堵压力，MPa；

Q₂—油藏条件施工排量，m³/min；

△P₂—室内模拟裂缝封堵压力，MPa；

X—纤维加入量，kg；

Y—纤维加入阶段加砂量，m³；

R—纤维加入阶段加砂砂比；

V—纤维加入速度，kg/min；

取一组实验数据，Q₁为10ml/min，L₁为5.0cm，H₁为8.2mm，W₁为 0.067mm，△P₁为2.6MPa。油藏条件下压裂施工排量Q₂为3.0m³/min，模 拟裂缝长度L₂为150m，H₂为14m，W₂为7mm，计算△P₂等于11.8MPa。

纤维加入阶段的加入支撑剂量7m³、加砂砂比30％，计算纤维加量 172.5kg、纤维加入速度22.2kg/min、封堵压力11.8MPa，纤维暂堵后泵注 顶替液26m³，再泵注转向前置液27m³后，开始转向裂缝加入支撑剂。

压裂施工泵序设计如下：

①测试压裂泵注程序见表1(求取交联胍胶液体效率以及地层闭合压 力)：

表1压裂测试泵注程序

②主压裂泵注程序见表2(根据现场施工情况，决定是否进行新缝主压 裂阶段，直至裂缝顺利暂堵转向，方可按照设计泵注程序执行新缝压裂阶 段)：

表2主压裂施工泵注程序

步骤5)在正式压裂施工前，进行压裂测试，测试分析数据如表3所示， 裂缝闭合时间在21min左右，闭合压力为45.0MPa，G函数曲线为典型的 标准滤失模型，交联胍胶液体效率为55.1％，通过FracproPT软件模拟计 算，将主压裂阶段前置液量调整为45m³。

表3压裂测试分析结果

步骤6)主压裂施工曲线如图2所示，按照压裂测试确定的前置液量 45m³进行造缝，主加入支撑剂阶段根据主压裂施工泵序执行，加入支撑剂 12m³，进行第一次纤维暂堵，以14kg/min加入纤维转向剂140kg后，施工 压力升高不明显，执行了施工步骤三，进行第二次纤维暂堵，以23kg/min 加入纤维转向剂180kg后，施工压力由42MPa上升至51MPa，涨幅超过了 区块最大水平主应力与最小水平井主应力的平均应力差6.4MPa，暂堵成功， 转向裂缝加入支撑剂8m³，该井山₁层纤维暂堵转向压裂施工获得成功，累 计加入支撑剂30m³，累计加入纤维转向剂320kg。

该井压裂后，压裂液返排迅速，返排率达到86％，且排液过程中， 气井未出现支撑剂回流现象，测试无阻流量为12.98×10⁴m³/d，是邻井 产能的3.5倍。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例以苏东B井为例，该井是一口气田开 发井，典型的低渗致密砂岩气层多薄层气井，该井优化改造层段，选择山₁、 盒_8下采用机械式不动管柱分压改造两段，综合评价本井地质资料，认为该 井下部山₁层段可实施纤维暂堵转向压裂工艺。

该井山₁段施工曲线如图3所示，施工排量为3.0-3.4m³/min，前置液压 开地层后进行初次裂缝加砂，加入支撑剂10m³后，进行第一次纤维暂堵， 以15kg/min加入纤维转向剂30kg,压力从48MPa突增为54MPa，顶替之后 进行第二次纤维暂堵，以22.8kg/min加入纤维转向剂160kg，压力瞬间从 43MPa增为53MPa，暂堵效果最为突出，之后进行纤维低浓度2.3kg/min 携砂绊注，共加入40kg。该井顺利完成压裂施工，山₁层累计加入支撑剂 32m³，累计加入纤维转向剂230kg。

根据现场井下微地震及大地电位法监测结果表明，该井改造山₁层裂缝 网长度为168m，宽度为46m，高度为21m，裂缝网走向为北偏东91°转为 变偏东45°，监测的压裂裂缝长度、高度与设计以及压后拟合的裂缝长度、 高度有很好的符合性。

该井压裂后，排液周期短，最终返排率为83％，排液过程中，未出 现支撑剂回流现象，测试无阻流量为6.12×10⁴m³/d，是邻井产能的2.4 倍。

本发明现场应用5口气井，平均试气无阻流量为7.62×10⁴m³/d，是 相同储层地质条件邻井试气产量的2.8倍，压裂改造增产效果显著。

本实施例没有详细叙述的施工过程属本行业的公知或常用技术，这里不 一一叙述。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围 的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。