本發(fā)明涉及油氣藏儲(chǔ)層改造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法。

背景技術(shù)：

頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的核心技術(shù)為水平井分段壓裂技術(shù)，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一般技術(shù)為橋塞座封分隔分段壓裂技術(shù)，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中頁(yè)巖儲(chǔ)層橋塞座封分隔分段壓裂施工工序的流程示意圖，如圖1所示，壓裂順序?yàn)閺乃骄憾说礁说囊欢我欢蔚膲毫?。?dāng)進(jìn)行萬(wàn)第一段射孔壓裂后，其余每段的施工順序均是通過(guò)下橋塞座封—射孔—壓裂這幾個(gè)步驟完成，直至完成整個(gè)儲(chǔ)層，最終再進(jìn)行鉆磨儲(chǔ)層內(nèi)的所有橋塞，如此便能夠進(jìn)行排液生產(chǎn)操作。

但是，普通分段壓裂技術(shù)不具有體積壓裂的理念，沒(méi)有考慮裂縫間的應(yīng)力干擾影響，也沒(méi)有考慮如何使地層水平主應(yīng)力差減小甚至翻轉(zhuǎn)進(jìn)而形成縫網(wǎng)，所以形成的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)模較小或沒(méi)有形成縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致壓裂改造效果不夠理想，儲(chǔ)層改造體積小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法，其能夠有效增加儲(chǔ)層改造體積。

本發(fā)明實(shí)施例的具體技術(shù)方案是：

一種基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法，它包括以下步驟：

在水平井內(nèi)的套管上進(jìn)行射孔以形成第一穿孔；

對(duì)所述第一穿孔進(jìn)行壓裂以形成第一條裂縫；

向所述水平井內(nèi)下入橋塞并對(duì)所述橋塞進(jìn)行坐封以對(duì)第N穿孔與所述水平井井口之間進(jìn)行分隔；

對(duì)所述橋塞靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第N+1穿孔；

對(duì)所述第N+1穿孔靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第N+2穿孔；

對(duì)所述水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第N+2穿孔處形成第N+1條裂縫；

在形成所述第N+1條裂縫后，在壓裂過(guò)程中向水平井內(nèi)投入封堵件以對(duì)所述第N+1條裂縫進(jìn)行封堵；

繼續(xù)對(duì)所述水平井進(jìn)行壓裂以使所述第N+1穿孔處形成第N+2條裂縫；其中N＝1、3、5、7……、1+2M，M為大于等于0的整數(shù)。

優(yōu)選地，它還包括以下步驟：對(duì)所有橋塞進(jìn)行鉆磨以使得所述水平井內(nèi)暢通。

優(yōu)選地，在對(duì)所述水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第N+2穿孔處形成第N+1條裂縫至繼續(xù)對(duì)所述水平井進(jìn)行壓裂以使所述第N+1穿孔處形成第N+2條裂縫之間，壓裂過(guò)程為持續(xù)壓裂。

優(yōu)選地，所述封堵件為封堵球。

優(yōu)選地，所述第N條裂縫和所述第N+1條裂縫長(zhǎng)度相同。

優(yōu)選地，所述第N條裂縫的長(zhǎng)度大于所述第N+2條裂縫長(zhǎng)度。

優(yōu)選地，所述第N+1條裂縫長(zhǎng)度大于所述第N+2條裂縫長(zhǎng)度。

優(yōu)選地，形成所述第N+2條裂縫的壓裂壓力大于形成所述第N條裂縫的壓裂壓力。

優(yōu)選地，形成所述第N+2條裂縫的壓裂壓力大于所述第N+1條裂縫的壓裂壓力。

優(yōu)選地，在所述對(duì)所有橋塞進(jìn)行鉆磨以使得所述水平井內(nèi)暢通步驟中，通過(guò)在所述水平井內(nèi)下入磨銑工具，通過(guò)所述磨銑工具對(duì)所橋塞進(jìn)行鉆磨以使裂縫與井口之間連通。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下顯著有益效果：

1、與普通分段壓裂相比，本發(fā)明中的基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法能夠產(chǎn)生復(fù)雜的縫網(wǎng)，大幅提高壓裂改造效果和儲(chǔ)層動(dòng)用程度。

2、本基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法只需在一般的橋塞座封分隔分段壓裂的基礎(chǔ)上對(duì)操作步驟進(jìn)行改動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已具備的施工條件和裝置即可實(shí)施，不會(huì)增加額外的機(jī)械設(shè)備、施工成本以及施工復(fù)雜程度。同時(shí)，本方法大幅減少了橋塞的數(shù)量，達(dá)到一半左右，降低了施工成本和施工時(shí)間，且本方法中除第一循環(huán)階段壓裂施工外，其余循環(huán)階段壓裂都是兩段一起壓裂，大幅提高了壓裂效率，減少了壓裂施工時(shí)間。

附圖說(shuō)明

在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本發(fā)明公開(kāi)的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來(lái)實(shí)施本發(fā)明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中頁(yè)巖儲(chǔ)層橋塞座封分隔分段壓裂施工工序的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法在實(shí)施例中的流程圖。

圖3為水力裂縫的產(chǎn)生引起的應(yīng)力場(chǎng)變化示意圖。

圖4為裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力隨距離裂縫面長(zhǎng)度變化趨勢(shì)圖。

圖5為壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第一條裂縫的示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第二條裂縫的示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第三條裂縫的示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行又一循環(huán)階段壓裂施工的示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中最終形成的縫網(wǎng)區(qū)域圖。

圖11為普通分段壓裂方法最終形成的縫網(wǎng)區(qū)域圖。

以上附圖的附圖標(biāo)記：

1、第一穿孔；2、第一條裂縫；3、橋塞；4、第二穿孔；5、第三穿孔；6、第二條裂縫；7、第三條裂縫；8、第四穿孔；9、第五穿孔；10、壓裂液；11、套管；12、復(fù)雜縫網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖和本發(fā)明具體實(shí)施方式的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。

圖2為本發(fā)明基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法在實(shí)施例中的流程圖，如圖2所示，申請(qǐng)人提出了一種基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法，它包括以下步驟：在水平井內(nèi)的套管11上進(jìn)行射孔以形成第一穿孔1；對(duì)第一穿孔1進(jìn)行壓裂以形成第一條裂縫2；向水平井內(nèi)下入橋塞3并對(duì)橋塞3進(jìn)行坐封以對(duì)第N穿孔與水平井井口之間進(jìn)行分隔；對(duì)橋塞3靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第N+1穿孔；對(duì)第N+1穿孔靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第N+2穿孔；對(duì)水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第N+2穿孔處形成第N+1條裂縫；在形成第N+1條裂縫后，在壓裂過(guò)程中向水平井內(nèi)投入封堵件以對(duì)第N+1條裂縫進(jìn)行封堵；繼續(xù)對(duì)水平井進(jìn)行壓裂以使第N+1穿孔處形成第N+2條裂縫；其中N＝1、2、3、……、M，M為大于等于1的整數(shù)。

Sneddon在1946年研究了水力裂縫的產(chǎn)生引起的地層應(yīng)力場(chǎng)的變化，得到了水力裂縫附近地層任意一點(diǎn)裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力的計(jì)算公式

$\frac{1}{2}({\mathrm{\Δ\σ}}_Y+{\mathrm{\Δ\σ}}_X)=-p_o\{\frac{r}{\sqrt{r_1{r}_2}}cos(\mathrm{\θ}-0.5{\mathrm{\θ}}_1-0.5{\mathrm{\θ}}_2)-1\}---\left(1\right)$

$\frac{1}{2}({\mathrm{\Δ\σ}}_Y-{\mathrm{\Δ\σ}}_X)=p_o\frac{r{\mathrm{sin\θL}}^2}{4{\left(r_1{r}_2\right)}^{3/2}}sin\left(\frac{3}{2}\right({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2\left)\right)---\left(2\right)$

在公式(1)和公式(2)式中：p_o表示裂縫內(nèi)部壓力；Δσ_X和Δσ_Y分別為X方向和Y方向的裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力。

圖3為水力裂縫的產(chǎn)生引起的應(yīng)力場(chǎng)變化示意圖，σ_hmin和σ_hmax分別代表地層初始水平最小主應(yīng)力和水平最大主應(yīng)力。

根據(jù)公式(1)和公式(2)式，可得到裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力Δσ_X和Δσ_Y的表達(dá)式，取圖3中X軸上任意一點(diǎn)，計(jì)算Δσ_X和Δσ_Y，并進(jìn)行繪圖，圖4為裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力隨距離裂縫面長(zhǎng)度變化趨勢(shì)圖，如圖4所示，圖4中X軸為無(wú)因次距離，為2l/L的比值，Y軸為應(yīng)力變化量/裂縫擴(kuò)展凈壓力的比值。其中，l表示X軸上任意一點(diǎn)與裂縫面的距離，即l＝rsinθ，橫坐標(biāo)2l/L表示l與裂縫半長(zhǎng)的無(wú)因次距離。如圖4所示，水平最小主應(yīng)力方向的裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力大于水平最大主應(yīng)力方向的裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力，即水力裂縫的產(chǎn)生，導(dǎo)致裂縫周?chē)貙拥膽?yīng)力各向異性減小了，使地層應(yīng)力趨于各向同性?；谏鲜鲈恚瑘D5為壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)12的結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示，當(dāng)按照順序在儲(chǔ)層壓裂形成第一條裂縫2、第二條裂縫6和第三條裂縫7后，在第一條裂縫2和第二條裂縫6之間的儲(chǔ)層會(huì)形成如圖5所示的復(fù)雜縫網(wǎng)12的結(jié)構(gòu)?；隗w積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法的具體操作步驟如下：

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第一條裂縫2的示意圖，如圖6所示，在水平井內(nèi)的套管11上進(jìn)行射孔以形成第一穿孔1。一般在水平井的趾端開(kāi)始進(jìn)行射孔形成第一穿孔1，如此，再慢慢依次向井口方向進(jìn)行其他步驟和操作。

如圖6所示，對(duì)第一穿孔1進(jìn)行壓裂以形成第一條裂縫2，具體可以在井口通過(guò)壓裂液10進(jìn)行打壓，進(jìn)而使得壓裂液10通過(guò)第一穿孔1在儲(chǔ)層上壓裂形成第一條裂縫2，形成第一條裂縫2后停止打壓壓裂。

如圖6所示，向水平井內(nèi)下入橋塞3并對(duì)橋塞3進(jìn)行坐封以對(duì)第一穿孔1與水平井井口之間進(jìn)行分隔。

如圖6所示，對(duì)橋塞3靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第二穿孔4。

如圖6所示，對(duì)第二穿孔4靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第三穿孔5。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第二條裂縫6的示意圖，如圖7所示，對(duì)水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第三穿孔5處形成第二條裂縫6，具體為向水平井內(nèi)通過(guò)壓裂液10進(jìn)行壓裂以在第三穿孔5處形成第二條裂縫6。壓裂所形成第二條裂縫6的長(zhǎng)度最好和第一條裂縫2的長(zhǎng)度基本相同，如此，在后期形成的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)更為均勻。

在形成第二條裂縫6后，在壓裂過(guò)程中向水平井內(nèi)投入封堵件以對(duì)第二穿孔4進(jìn)行封堵。該步驟中的封堵件一般為封堵球，當(dāng)然也可以是其它可以對(duì)射孔形成的穿孔進(jìn)行封堵的其它工具。施工過(guò)程通過(guò)計(jì)算好投入封堵件的合適時(shí)間，進(jìn)而控制形成第二條裂縫6的長(zhǎng)度。當(dāng)封堵件為封堵球時(shí)，投入封堵球的數(shù)量應(yīng)以能夠完全封堵第二條裂縫6為好，其數(shù)量應(yīng)小于等于第二穿孔4的眼數(shù)，可采用一次性投送，也可采用多次分批投送。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中壓裂生成第三條裂縫7的示意圖，如圖8所示，繼續(xù)對(duì)水平井進(jìn)行壓裂以使第二穿孔4處形成第三條裂縫7。在壓裂形成第三條裂縫7的過(guò)程中，第一條裂縫2的長(zhǎng)度盡量大于第三條裂縫7長(zhǎng)度，第二條裂縫6長(zhǎng)度也餓盡量大于第三條裂縫7長(zhǎng)度。在對(duì)水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第三穿孔5處形成第二條裂縫6至繼續(xù)對(duì)水平井進(jìn)行壓裂以使第二穿孔4處形成第三條裂縫7之間，整個(gè)通過(guò)壓裂液10進(jìn)行壓裂的過(guò)程為持續(xù)壓裂。施工過(guò)程中，第三條裂縫7的壓裂的凈壓力會(huì)出現(xiàn)高于前兩條裂縫的情況，原因是投入封堵件封堵第二條裂縫6后，地面泵壓應(yīng)有一定幅度的升高，這表明儲(chǔ)層中的縫網(wǎng)正在形成，施工順利。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行又一循環(huán)階段壓裂施工的示意圖，如圖9所示，向水平井內(nèi)下入橋塞3并對(duì)橋塞3進(jìn)行坐封以對(duì)第三穿孔5與水平井井口之間進(jìn)行分隔。對(duì)橋塞3靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第四穿孔8。對(duì)第四穿孔8靠近井口方向一側(cè)的水平井的側(cè)壁上進(jìn)行射孔以形成第五穿孔9。對(duì)水平井內(nèi)進(jìn)行壓裂以使第五穿孔9處形成第四條裂縫；在形成第四條裂縫后，在壓裂過(guò)程中向水平井內(nèi)投入封堵件以對(duì)第四條裂縫進(jìn)行封堵。繼續(xù)對(duì)水平井進(jìn)行壓裂以使第四穿孔8處形成第五條裂縫。如此不斷循環(huán)，直至壓裂有裂縫的水平井的長(zhǎng)度滿(mǎn)足要求。

最后，對(duì)所有橋塞3進(jìn)行鉆磨以使得水平井內(nèi)暢通，如此，便可進(jìn)行排液生產(chǎn)。上述步驟的具體操作可以是在水平井內(nèi)下入磨銑工具，通過(guò)磨銑工具對(duì)所橋塞3進(jìn)行鉆磨以使裂縫與井口之間連通。

在第三穿孔5處出現(xiàn)第二條裂縫6會(huì)先于在第二穿孔4出現(xiàn)第三條裂縫7的原因是，第二條裂縫6距離第一條裂縫2較遠(yuǎn)，根據(jù)圖4所示，第一條裂縫2水平最小主應(yīng)力方向的誘導(dǎo)應(yīng)力在第二條裂縫6處小于在第三條裂縫7處，在第一條裂縫2形成后，第二條裂縫6的起裂壓力小于第三條裂縫7的起裂壓力，因此第二條裂縫6先于第三條裂縫7起裂，第二條裂縫6突破起裂壓力起裂后，裂縫凈壓力迅速減小，因此在第二條裂縫6擴(kuò)展全過(guò)程中，水平井的井筒內(nèi)部壓力一直小于第三條裂縫7的起裂壓力，所以第三條裂縫7不會(huì)起裂和擴(kuò)展。當(dāng)?shù)诙l裂縫6擴(kuò)展到一定規(guī)模，投入一定數(shù)量的封堵件，封堵第二條裂縫6的孔眼，這時(shí)只有第三條裂縫7的孔眼可以進(jìn)液，由于前兩條裂縫的形成較大幅度增大了第三條裂縫7附近地層的水平最小主應(yīng)力，因此第三條裂縫7的起裂壓力較高，表現(xiàn)在施工過(guò)程中為封堵第二條裂縫6后，地面泵壓會(huì)有一定幅度的升高，當(dāng)?shù)谌龡l裂縫7擴(kuò)展到一定規(guī)模后(大約是井筒直徑的4倍)，裂縫擴(kuò)展壓力有一定幅度的回落。

本申請(qǐng)中的基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法能夠較好的適用于對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行改造的過(guò)程中，當(dāng)然的，本工藝方法也能夠在其它性質(zhì)的儲(chǔ)層中進(jìn)行使用，同樣也具有一定的效果。

下面為采用本申請(qǐng)中基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法進(jìn)行壓裂形成縫網(wǎng)區(qū)域與采用普通分段壓裂技術(shù)形成的縫網(wǎng)區(qū)域的對(duì)比，圖10為本發(fā)明實(shí)施例中最終形成的縫網(wǎng)區(qū)域圖，圖11為普通分段壓裂方法最終形成的縫網(wǎng)區(qū)域圖，如圖10和圖11所示，地層初始狀態(tài)下X方向?yàn)樗阶钚≈鲬?yīng)力方向，大小為52MPa，Y方向?yàn)樗阶畲笾鲬?yīng)力方向，大小為57MPa，即水平兩向主應(yīng)力差值為5MPa，需要說(shuō)明的是圖10和圖11中形成裂縫的寬度是實(shí)際放大300倍以后的效果圖，否則相對(duì)于裂縫的長(zhǎng)度和定的尺寸無(wú)法觀測(cè)到裂縫的形態(tài)。圖10與圖11中，裂縫產(chǎn)生的順序?yàn)閳D中標(biāo)注的(1)-(2)-(3)，裂縫之間的間距為120米，從兩圖的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)采用本申請(qǐng)中基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法進(jìn)行壓裂形成縫網(wǎng)區(qū)域遠(yuǎn)大于采用普通分段壓裂技術(shù)形成的縫網(wǎng)區(qū)域。與普通分段壓裂相比，本申請(qǐng)中的基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法能夠產(chǎn)生復(fù)雜的縫網(wǎng)，大幅提高壓裂改造效果和儲(chǔ)層動(dòng)用程度，有效增加儲(chǔ)層改造體積。而且，本基于體積壓裂下縫網(wǎng)形成的工藝方法只需在一般的橋塞3座封分隔分段壓裂的基礎(chǔ)上對(duì)操作步驟進(jìn)行改動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已具備的施工條件和裝置即可實(shí)施，不會(huì)增加額外的機(jī)械設(shè)備、施工成本以及施工復(fù)雜程度。本方法還大幅減少了橋塞的數(shù)量，達(dá)到一半左右，降低了施工成本和施工時(shí)間，且本方法中除第一循環(huán)階段壓裂施工外，其余循環(huán)階段壓裂都是兩段一起壓裂，大幅提高了壓裂效率，減少了壓裂施工時(shí)間。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。