一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法

技术领域

本发明属于油气田水力压裂技术领域，涉及一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法。

背景技术

水平井钻井技术和分段压裂技术是页岩气实现商业开发的两个核心技术，在进行分段压裂改造前需要为水平井筒与页岩储层提供孔眼通道，目前国内外常用的水平井分段射孔工艺技术是泵送桥塞-射孔联作技术。射孔方法多种多样，根据射孔相位可分为螺旋射孔、定向射孔、定面射孔等，根据射孔弹类型可分为大孔径射孔弹工艺和深穿透射孔弹工艺。深穿透射孔弹具有小孔径、穿透深的特点，可以穿透井筒附近钻完井污染区，有利于勾通井筒与储层，但孔眼摩阻较大；大孔径射孔弹具有大孔径、射孔孔道规则等特点，能有效降低施工摩阻，提升压裂初期破裂排量，降低地层起裂压力，进而提升压裂改造效果，但穿深较低。

公开号为CN104879110A的中国发明专利申请，公开了一种分簇射孔分段压裂联作工艺，包括如下步骤：a、根据测井解释成果、分段压裂或体积压裂工艺需求，确定射孔段分簇；b、下入完井管柱，下入完井工具，并按设计要求座封封隔器，替入完井液；c、采用带压电缆输送过油管分簇射孔技术完成第一段射孔作业；d、压裂施工；e、第一段压裂完成后，投入可降解纤维暂堵球堵塞射孔孔眼，重复进行第二段分簇射孔与压裂，直到完成整口井的射孔和压裂施工作业。

公开号为CN106321030A的中国发明专利申请，公开了一种用于射孔及加砂压裂的联作装置，其包括具有第一内腔的水力射孔工具，水力射孔工具的壁上设置有能与第一内腔连通的喷嘴；设置在水力射孔工具的下端的具有第二内腔的联作工具，联作工具的壁上设置有能与第二内腔连通的第一加砂过流孔；以及套接在联作工具的外壁上的加砂压裂工具，在加砂压裂工具的壁上设置有能与第一加砂过流孔配合形成加砂过流孔的第二加砂过流孔，其中，联作工具能相对于加砂压裂工具轴向移动以使得第一加砂过流孔和第二加砂过流孔选择性连通。

公开号为CN110984943A的中国发明专利申请，公开了一种致密储层长水平井极限分簇射孔压裂方法，包括如下步骤：步骤一：建立水平段综合品质分级评价标准根据致密储层长水平井测井结果，筛选综合地质工程一体化甜点判识因素中的数值，建立水平段综合品质分级评价标准，建立的水平段综合品质分级评价标准分为I、II、III类；步骤二：选择压裂改造对象根据步骤一的水平段综合品质分级结果，选择I、II类水平段作为压裂改造对象；步骤三：对裂缝射孔位置进行分段和分簇根据步骤二选择的压裂改造对象，结合甜点分布形态开展差异化布缝，对裂缝射孔位置进行分段和分簇；步骤四：进行单段压裂规模的差异化参数设定根据步骤三所分的簇数，进行单段压裂规模的差异化参数设定；步骤五：进行多簇射孔及压裂施工步骤四完成后，对水平井第一段进行油管传输多簇射孔，并进行压裂施工；步骤六：桥塞坐封丢手与待作业井段的射孔步骤五完成后，通过水力泵送可溶桥塞及射孔工具，进行桥塞坐封丢手与待作业井段的射孔；步骤七：进行目的作业井段与下部已作业井段封隔步骤六完成后，从井口投入与桥塞配套的可溶压裂球，进行目的作业井段与下部已作业井段的封隔，随后采用光套管注入实现压裂施工；步骤八：重复步骤六-步骤七，直至完成长水平井全部层段极限分簇射孔压裂作业；步骤九：关井，待可溶球及可溶桥塞溶解，放喷、求产和完井。

微地震监测技术能够描述井筒附近的储层内因应力场变化导致岩石破坏而引起的地震事件，可用于监测水力压裂施工过程中地层发生的破裂情况，能以三维图像形式展示，便于压裂施工指挥人员认识裂缝发育形态。目前，微地震监测技术广泛应用于页岩气水力压裂施工中，施工指挥人员可以通过微地震监测技术清楚了解储层改造情况。

公开号为CN106918841A的中国发明专利申请，公开了一种基于多因素综合的微地震压裂裂缝分析方法，包括以下步骤：A、对于目标压裂井所在区域，收集至少一个震源能量已知的微地震事件和多个其它微地震事件并获得每个微地震事件所对应的空间位置、振幅能量和震源破裂机制，形成目标压裂井的微地震事件集；利用所述至少一个震源能量已知的微地震事件中的一个或多个，建立振幅能量与破裂波及范围的关系；B、从所述微地震事件集中的任一微地震事件开始，根据所述关系确定该任一微地震事件的破裂波及范围，并在该破裂波及范围内从所述微地震事件集中寻找与该任一微地震事件具有相同或相似震源机制的其它微地震事件，将该任一微地震事件与所寻找到的其它微地震事件构成事件子集，并根据所述事件子集的空间分布求取对应的裂缝；在所述任一微地震事件在其波及范围内未寻找到具有相似震源的其它微地震事件的情况下，直接保留该任一微地震事件的震源机制形成的离散裂缝片；C、从所述微地震事件集中，去掉步骤B中已求取裂缝或者保留离散裂缝片的微地震事件，对于剩余的微地震事件再次进行步骤B；D、循环进行步骤C，直到遍历所述微地震事件集的所有微地震事件，将所有经过步骤B求取的裂缝或者保留的离散裂缝片构成裂缝网络。

公开号为CN105629295A的中国发明专利申请，公开了一种页岩气体积压裂微地震监测方法，所述方法包括：根据页岩气平台井的最大化监测范围，所有压裂井需在监测井的监测范围内；仪器部署位置固井质量好，避免固井质量差的井段；排除噪音源，避免同平台、压裂井同降液面引起井间干扰；可进行单井监测，也可同时监测多口压裂井；将所述监测井液面降至地面以下预设值，并在所述监测井的直井段设置高采样率检波器；利用测井曲线建立初始速度模型；根据射孔事件或导爆索对初始速度模型进行校准及优化，并对所述高采样率检波器进行方位校正；对原始微地震信号进行水平分量旋转和滤波等预处理；根据所述高采样率检波器接收的微地震记录，利用校准及优化后的所述初始速度模型，计算及显示微地震事件信息。

公开号为CN111751885A的中国发明专利申请，公开了一种页岩气体积压裂微地震监测方法，包括：步骤1，布置微地震地面监测系统；步骤2，进行微地震数据处理；步骤3，进行微地震压裂实时评估；步骤4，进行微地震压裂过程调整。利用放射状排列微地震地面监测和微地震井中联合监测技术，对水力压裂裂缝进行实时成像，提高定位精度，现场指导压裂参数的实时优化，提升储层改造效果，得到后期测试产量验证；在微地震数据处理上，通过获取预设工区的地震数据，并利用地震数据建立地层吸收衰减模型，并利用地层吸收衰减模型对地震数据进行频率补偿，消除了地层对地震波的吸收衰减作用。

涪陵区块页岩气已经开发到中后期，储层地应力发生较大变化，加密井压裂时压裂液优先进入地应力较小的部位，这些部位多分布在前期改造部位附近，因而无法有效改造地应力大的部位（即挖潜能力大的部位）。为改造地应力大的部位，提高缝网复杂程度，实现体积压裂，技术人员多采用投球暂堵转向与缝内暂堵转向技术。但通过现场微地震监测发现，投球暂堵转向与缝内暂堵转向技术对于提高缝网复杂程度作用有限，无法实现均衡改造储层的目的。投球暂堵转向技术可以实现封堵高导流能力炮眼，改造其他进液能力低的炮眼，能够起到均衡改造储层的目的，但其使用效率低；而缝内暂堵转向技术仅能封堵高导流能力炮眼内微裂缝，压裂液转向后仍然改造该炮眼范围内储层，无法达到均衡压裂改造的目的。目前采用的射孔工艺方法主要是通过改变簇间距与孔眼数量来改变各簇进液流量分配，难以实现页岩气井均衡压裂改造。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法。该方法首次将单独应用的微地震监测技术、体积压裂技术与变孔径射孔技术组合在一起，对页岩气井压裂改造，形成一种新型的改善压裂扩展形态，提高压裂改造体积，最终实现压裂效果的提升，实现页岩气井均衡压裂。具体技术流程为首先根据微地震监测技术分析和判断压裂裂缝形态扩展情况，然后通过优化射孔孔眼与射孔方位来控制新压裂的起裂方向与起裂压力，使压裂液更多地进入未充分改造层，从而实现压裂裂缝的均衡扩展，提高缝网复杂度，达到均衡体积压裂目的。具体技术方案如下。

一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用常规射孔方式射孔；

（2）水力压裂施工；

（3）采用微地震监测技术分析裂缝发育情况：用微地震实时监测水力压裂施工过程中引起的地震事件，以三维图像形式展示，根据地震事件研究裂缝发育情况，确定压裂改造体积，观察不同区域的压裂改造效果；

（4）采用变孔径定方位射孔方式优化射孔：针对改造效果差的区域，使用大孔径射孔弹射孔，降低压裂液进入摩阻，提高压裂初期排量，降低起裂压力；针对改造效果好的区域，使用深穿透射孔弹射孔，保持深穿透性，同时保持较高的压裂液进入摩阻，促使压裂液进入大孔径炮眼；

（5）重复步骤（2）~步骤（4），直至页岩气井压裂改造均衡。

在一些具体实施方案中，步骤（4）中，采用如下公式计算大孔径射孔和深穿透射孔炮眼摩阻：

式中，

在一些具体实施方案中，步骤（4）中所述大孔径射孔弹的直径为14~18mm，所述深穿透射孔弹的孔径为8~11mm。

本发明具有以下有益技术效果：通过微地震实时监测压裂施工情况，分析压裂裂缝扩展形态和裂缝扩展尺寸；在认识裂缝扩展形态后，通过变孔径定方位射孔优化方式来改变孔眼摩阻，控制压裂液流动方向，使未充分改造的储层进行有效改造。利用本发明的技术方案，可使压裂技术更有针对性和有效性，实现更大的体积缝网，达到均衡体积压裂目的。

附图说明

图1是不同大孔径射孔弹和深穿透射孔弹对应的进液流量图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法，将微地震监测技术、体积压裂技术与变孔径射孔技术组合在一起，对页岩气井压裂改造，实现页岩气井均衡压裂。具体技术流程为：首先根据微地震监测技术分析和判断压裂裂缝形态扩展情况，然后通过优化射孔孔眼与射孔方位来控制新压裂的起裂方向与起裂压力，使压裂液更多地进入未充分改造层，从而实现压裂裂缝的均衡扩展，提高缝网复杂度，达到均衡体积压裂目的。包括以下步骤：

（1）采用常规射孔方式射孔；

（2）水力压裂施工；

（3）采用微地震监测技术分析裂缝发育情况：用微地震实时监测水力压裂施工过程中引起的地震事件，以三维图像形式展示，根据地震事件研究裂缝发育情况，确定压裂改造体积，观察不同区域的压裂改造效果；

（4）采用变孔径定方位射孔方式优化射孔：针对改造效果差的区域，使用直径为14~18mm的大孔径射孔弹射孔，降低压裂液进入摩阻，提高压裂初期排量，降低起裂压力；针对改造效果好的区域，使用直径为8~11mm的深穿透射孔弹射孔，保持深穿透性，同时保持较高的压裂液进入摩阻，促使压裂液进入大孔径炮眼；

（5）重复步骤（2）~步骤（4），直至页岩气井压裂改造均衡。

以下通过具体实施例对本发明做详尽描述，该实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。

一种控制页岩气井均衡压裂改造的方法，具体步骤如下：

（1）常规射孔方式射孔：采用深穿透射孔弹，螺旋射孔，相位60°，每段5簇射孔，孔密20孔/米，0.3m/簇，孔径9.5mm。

（2）水力压裂施工：主要泵注程序为：先泵注前处理酸液20m

（3）微地震监测分析：用微地震实时监测水力压裂施工过程中引起的地震事件，以三维图像形式展示，根据地震事件研究裂缝发育情况，确定压裂改造体积。观察发现井筒两侧改造不均衡，左侧改造效果差，右侧改造效果好。裂缝监测显示其压裂缝长呈现双翼不规则扩展，左翼为70m，右翼为180m，经计算右翼的裂缝体积为左翼的2倍以上，表明左翼未实现充分改造。

（4）变孔径定方位射孔方式优化射孔：井筒左侧改造效果差，优化射孔枪使用大孔径射孔弹，孔径16mm，降低压裂液进入摩阻，提高压裂初期排量，降低起裂压力；井筒右侧改造效果好，优化使用深穿透射孔弹，孔径9.5mm，保持深穿透性，同时保持较高的压裂液进入摩阻，促使压裂液进入大孔径炮眼。其他射孔参数采用螺旋射孔，相位60°，每段5簇射孔，孔密20孔/米，0.3m/簇。

（5）水力压裂施工：具体施工流程与步骤（2）相同。

（6）微地震监测分析：用微地震实时监测水力压裂施工过程中引起的地震事件，裂缝监测结果显示左翼压裂裂缝扩展得到明显改善，左翼裂缝缝长达到172m，计算裂缝体积与右翼基本相同。表明井筒两侧改造相对均衡，达到了设计目的。

步骤（4）中炮眼摩阻计算公式为：

施工参数如下表：

假设压裂液各有一半排量进入两种类型炮眼，则深穿透射孔弹孔眼摩阻为：

大孔径射孔弹孔眼摩阻为：

压裂液进入大孔径射孔弹炮眼摩阻低于进入深穿透射孔弹炮眼摩阻，说明压裂液并不是按1:1排量进入两种孔眼，压裂液将会优先进入大孔径炮眼，改造高应力区域，实现均衡改造储层的目的。

通过计算可以确定不同大孔径射孔弹对应的进液流量，其中深穿透射孔弹孔径不变，结果如图1所示。分析发现随着大孔径射孔弹孔径的增加，进液流量不断增加，而深穿透炮眼进液流量不断减小。因此，变孔径定方位射孔方法可以有效制压裂起裂方向与起裂压力，使压裂液更多的进入高应力储层，提高缝网复杂度，实现均衡体积压裂。