[发明专利]一种页岩气水平井重复压裂工艺流程及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及非常规石油天然气增产技术领域，特别涉及一种页岩气水平井重复压裂工艺流程及设计方法。

背景技术

页岩气藏是典型的低渗透率、低孔隙度的非常规天然气藏，该资源在我国油气资源里占有很大比重。水力压裂技术作为非常规油气井增产、增注的主要措施，已广泛应用在页岩气田的开发中。然而，实际页岩气水平井改造后，由于钻井作业钻遇不佳，或目标改造层位选择不当，或井筒受损出现套管异常导致丢段，或受限于当时压裂工艺、施工材料及设备工具功率等作业方面的诸多因素影响，某些页岩气水平井未能实现全井筒范围内的有效改造，致使施工规模较小，完井指数较差；也有部分页岩气水平井则是在后期排采时，生产制度选择或调整不当，导致储层裂缝因导流能力大幅降低而逐渐失效。

为促使这类页岩气水平井老井重获高产，实现良好的经济开采效益，必须对这类老井进行重复压裂，在这项页岩气水平井老井重复压裂作业实施可行性的研究中发现，在国内页岩领域实现完成这类井的重复压裂改造仍需要克服诸多难点，重复压裂选井需要在储层品质、钻遇甜点、完井指数、生产指数、现场材料及设备、井筒完整性和邻井干扰等条件上实施综合考虑，故亟需设计一种页岩气水平井暂堵转向重复压裂工艺方法。

页岩气水平井重复压裂技术是指对于那些随着生产周期的延长，初始压裂后的气体产量不佳或大幅下降，但具备经济价值的页岩气井进行二次压裂增产的工艺，其可行性在于：排采生产时储层内部与初始裂缝平行的水平应力分量比垂直分量下降得快，孔隙压力重新分布，如果诱导应力变化足够大，克服初始水平偏应力，则在井筒和裂缝周围的椭圆形区域内，最小水平应力的方向变成最大水平应力的方向，重复压裂能够重新压裂裂缝或使裂缝重新取向，使页岩气井产能恢复到初始状态甚至更高。目前国内外已经衍生出多种相关解决技术，大致分为机械式和暂堵式两类：

(1)机械式重复压裂工艺

工艺一：通过挤注水泥封堵原有射孔段，重新射孔后再次实施压裂施工作业。该工艺能最佳的复制初始完井情况，亦可使用射孔桥塞联作技术，但实施该方法最昂贵、最费时间，且操作复杂，对水泥性能要求也高，原来有产气贡献的孔眼也会被堵死。

工艺二：使用连油和井下封隔器实现连续油管跨隔系统操作。该方法利用井筒当前状态进行施工，封隔个别的改造段，有效控制需要增产的改造段，但施工排量受限，长水平井施工风险大，管柱存在卡住的风险。

工艺三：采用管柱铣刀铣削生产套管，下入可膨胀衬管至井底，再将可膨胀锥体从井底部上提至井口，将可膨胀衬管膨胀至其最大直径，并通过高弹体将该衬管固定在适当位置，衬管膨胀可实现有效的密封原有射孔孔眼，重新射新孔后再进行重复压裂精确改造，该方法同时可安装多级衬管实现井筒重建。但对井筒质量要求高，作业周期长，需要精确定位无产量贡献的井段，存在有产气贡献孔眼被堵死的可能。

工艺四：根据现有井眼条件，下入小外径套管后重新固井，并用小外径桥塞封隔处理，该小桥塞工艺与常规分段射孔类似，能够有效分段压裂，但对固井质量要求高，作业周期长，且原有孔眼会被全部封死。

工艺五：结合压裂滑套与水力喷射射孔，使用封隔器封隔，投球打开滑套，水力喷射补孔的方式有效封隔，实现精准控制，但应用该工艺时施工排量会受限。

(2)暂堵重复压裂工艺

工艺一：使用岩盐来封堵不同压裂段的射孔，其耗费低，可在连续泵注的同时封堵射孔或裂缝未知的几何结构部分，其缺点是不能按指定顺序封堵射孔段，需要饱和盐水顶替液顶替，且需要用连续油管移除未溶解的盐，同时存在移除剖面未知的缺陷。

工艺二：使用暂堵球来封堵不同压裂段的射孔，该工艺不仅实现了降低耗费、连续泵注、封堵孔眼的目的，暂堵球还能通过返排排出或者自降解，但已存在不能按指定顺序封堵射孔段的缺点，且对地层温度条件有一定要求，另外当支撑剂经过通道时会发生侵蚀作用，如果孔眼非圆形则不能被封堵，除此以外当泵注停止时，暂堵球也会脱离孔眼。

工艺三：使用暂堵颗粒来封堵不同压裂段的射孔，该工艺也能实现降低耗费、连续泵注、封堵孔眼和裂缝未知的几何结构部分的目的，还可以通过调整井筒pH值加速降解，其缺点则是仅能临时性的井筒修复和密封转层，通过地层本身弱点进行分层，不能实现精准的压裂，且该工艺亦不能按指定顺序封堵射孔段。

工艺四：使用胶凝体系来封堵不同压裂段的炮眼或井筒，其可实现从炮眼到井筒的整个密封，相对准确实现重复压裂，但压裂后需泵注酸液洗井，可能存在地层污染问题。