改進(jìn)水力裂縫網(wǎng)絡(luò)的方法
【專利摘要】裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性可以在水力壓裂作業(yè)期間，通過監(jiān)測壓裂作業(yè)的運(yùn)行參數(shù)和響應(yīng)該運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測來改變井中的應(yīng)力條件而增強(qiáng)。所監(jiān)測的運(yùn)行參數(shù)可以包括泵送流體的注射速率，泵送流體的密度或在該流體泵送后該井的井底壓力。該方法提供了增產(chǎn)儲(chǔ)層體積(SRV)的增加。
【專利說明】改進(jìn)水力裂縫網(wǎng)絡(luò)的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水力壓裂的方法，特別是通過改變儲(chǔ)層中的應(yīng)力條件，來改進(jìn)所產(chǎn)生 的或擴(kuò)大的裂縫的總表面積和/或水力裂縫的復(fù)雜性的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 水力壓裂是一種增產(chǎn)方法，用于產(chǎn)生與地下地層的大區(qū)域的高傳導(dǎo)性連通。該方 法增加了地層內(nèi)有效的井筒面積，以便能夠加速俘獲的油或氣的生產(chǎn)。該方法的效率經(jīng)常 通過地層的增產(chǎn)儲(chǔ)層體積（SRV)來度量。
[0004] 在水力壓裂過程中，壓裂流體在超過目標(biāo)儲(chǔ)層巖石的裂縫壓力的壓力泵送，來產(chǎn) 生或擴(kuò)大井筒穿透的地下地層內(nèi)的裂縫。用于引起水力壓裂的流體經(jīng)常被稱作"緩沖液 (pad)"。在一些情況中，該緩沖液可以包含細(xì)微粒例如細(xì)篩砂，用于流體損失控制。在其他 情況中，該緩沖液可以包含較大粒度的微粒，以磨除穿孔或井筒附近的彎曲處。
[0005] -旦引發(fā)了裂縫，則隨后的階段可以將含有化學(xué)試劑的流體以及支撐劑泵送入所 產(chǎn)生的裂縫中。該裂縫通常在泵送期間持續(xù)增大，并且支撐劑以可透過的"填料"的形式保 留在裂縫中，其用于"支撐"裂縫打開。一旦完成該處理，則裂縫將封閉到支撐劑上。增加 壓裂流體壓力最終導(dǎo)致了流體穿過裂縫面的泄露率增加，其改進(jìn)了支撐劑填充在裂縫內(nèi)的 能力。一旦完成該處理，則裂縫封閉到支撐劑上。該支撐劑保持裂縫打開，提供了高傳導(dǎo)路 徑，用于烴和/或其他地層流體流入井筒中。
[0006] 用于常規(guī)儲(chǔ)層的水力壓裂作業(yè)的處理設(shè)計(jì)通常要求壓裂流體在它進(jìn)入裂縫時(shí)達(dá) 到最大粘度。該流體的粘度影響了裂縫長度和寬度。
[0007] 大部分壓裂流體的粘度可以歸因于增粘劑例如粘彈性表面活性劑或增粘聚合物 的存在。任何壓裂流體的一個(gè)重要屬性是它在注射后表現(xiàn)出粘度降低的能力。被稱作減阻 水（slickwater)的低粘度流體也已經(jīng)用于低滲透性地層包括氣密性儲(chǔ)層的增產(chǎn)中。這樣 的儲(chǔ)層經(jīng)常表現(xiàn)出復(fù)雜的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)。減阻水流體典型地不含粘彈性表面活性劑或增粘 聚合物，但是包含足量的減摩劑來使得管狀摩擦壓力最小化。這樣的流體通常的粘性僅稍 高于未摻雜的淡水或鹽水。減阻水中減摩劑的存在典型地不會(huì)將該流體的粘度增加大于 1-2 厘泊（cP)。
[0008] 為了有效地接近致密的地層，井經(jīng)常是水平鉆探的，然后進(jìn)行一種或多種裂縫處 理來增產(chǎn)。用低粘度流體傳播的裂縫表現(xiàn)出比用高粘度流體傳播的那些更小的裂縫寬度。 另外，低粘度流體促進(jìn)了增產(chǎn)期間儲(chǔ)層內(nèi)裂縫復(fù)雜性的增加。這經(jīng)常導(dǎo)致形成更大的所產(chǎn) 生的裂縫面積，烴可以從其中流入較高傳導(dǎo)的裂縫路徑中。此外，這樣的流體在地層中引入 了較少的殘留損壞，這歸因于該流體中不存在增粘聚合物。
[0009] 在一些頁巖地層中，過長的原生裂縫經(jīng)常導(dǎo)致垂直于最小應(yīng)力方向。典型地，將另 外的壓裂流體泵入井筒中簡單地?cái)U(kuò)展了平面的或原生裂縫。在大多數(shù)情況中，原生裂縫是 占優(yōu)的，并且次生裂縫是有限的。壓裂處理（其產(chǎn)生了占優(yōu)的長平坦裂縫）特征在于低的 接觸裂縫面表面積，即低的SRV。由通過這樣的處理所產(chǎn)生的壓裂網(wǎng)絡(luò)中來生產(chǎn)烴受限于低 的SRV〇
[0010] 最近，減水阻壓裂（slickwaterfacturing)已經(jīng)被用于處理頁巖地層。但是，通過 該作業(yè)所產(chǎn)生的次生裂縫接近于井筒，在這里表面積增加。減水阻壓裂通常被認(rèn)為在打開 或產(chǎn)生遠(yuǎn)離井筒的裂縫的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方面是低效的。因此，雖然減水阻壓裂中SRV增加，但是 生產(chǎn)僅在初期是高的，然后快速下降到較低的持續(xù)生產(chǎn)，因?yàn)楹苌俳佑|遠(yuǎn)離井筒區(qū)域的烴。
[0011] 如同減水阻壓裂那樣，常規(guī)的壓裂作業(yè)典型地賦予了不需要的長原生裂縫。雖然 更大數(shù)目的次生裂縫會(huì)在遠(yuǎn)離井筒處使用比減阻水粘性的流體來產(chǎn)生，但是在常規(guī)水力壓 裂作業(yè)中普遍的是流體的低效率，這主要通過井筒附近所產(chǎn)生的次生裂縫數(shù)目的減少來體 現(xiàn)。
[0012] 最近，人們的注意力已經(jīng)涉及到增加遠(yuǎn)離井筒的區(qū)域以及近井筒區(qū)域的烴的生產(chǎn) 率的選項(xiàng)。具體的關(guān)注已經(jīng)聚焦于增加低滲透率地層（包括頁巖）的生產(chǎn)率。方法已經(jīng)進(jìn) 行了特別調(diào)節(jié)來增產(chǎn)沿著水平井筒的離散間距，這產(chǎn)生了穿孔簇。雖然通過這樣的方法增 加了地層的SRV，但是該簇之間的潛在生產(chǎn)性儲(chǔ)層區(qū)域經(jīng)常沒有增產(chǎn)。這降低了增產(chǎn)作業(yè)的 效率。因此尋求通過增加進(jìn)行壓裂的區(qū)域的分布，來增加SRV的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性可以在水力壓裂作業(yè)期間，通過監(jiān)測壓裂作業(yè)的運(yùn)行參數(shù)和改 變作業(yè)期間井中的應(yīng)力條件而增強(qiáng)。另外，所產(chǎn)生的裂縫的總表面積可以通過這樣的作業(yè) 來增加。該方法提供了增產(chǎn)儲(chǔ)層體積（SRV)的增加。
[0014] 可以監(jiān)測一種或多種運(yùn)行參數(shù)。進(jìn)行監(jiān)測的通常的運(yùn)行參數(shù)是流體的注射速率、 流體密度和井的井底壓力。
[0015] 在流體泵送階段之前和流體泵送階段之后評(píng)價(jià)一種或多種運(yùn)行參數(shù)。然后可以基 于流體泵送階段之后所監(jiān)測的運(yùn)行參數(shù)的讀數(shù)和預(yù)定的目標(biāo)運(yùn)行參數(shù)之間的差值，來改變 井內(nèi)的應(yīng)力條件。因此，水力壓裂作業(yè)中隨后的步驟通過由監(jiān)測一種或多種運(yùn)行參數(shù)觀察 到的響應(yīng)值來決定。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施方案中，運(yùn)行參數(shù)在初始?jí)毫蚜黧w或緩沖液流體泵入地層之后監(jiān)測， 其擴(kuò)大或產(chǎn)生了初始裂縫。
[0017] 在另一實(shí)施方案中，運(yùn)行參數(shù)可以在任何流體階段之后監(jiān)測，其在初始?jí)毫蚜黧w 或緩沖液流體之后泵入地層。
[0018] 在另一實(shí)施方案中，運(yùn)行參數(shù)可以在泵入地層的每個(gè)流體階段過程中監(jiān)測。
[0019] 當(dāng)所監(jiān)測的運(yùn)行參數(shù)不同于目標(biāo)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，進(jìn)入地層的流體流動(dòng)可以轉(zhuǎn)向。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)之后，流體流動(dòng)可以從一個(gè)或多個(gè)高傳導(dǎo)原 生裂縫轉(zhuǎn)向到低傳導(dǎo)次生裂縫。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)之后，進(jìn)入地層的流體流動(dòng)可以通過改變泵 入地層的流體的注射速率來轉(zhuǎn)向。
[0022] 在另一實(shí)施方案中，在泵送受監(jiān)測階段之后，流體流動(dòng)可以通過向地層中泵入包 含化學(xué)轉(zhuǎn)向劑的轉(zhuǎn)向流體來轉(zhuǎn)向。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方案中，這里所述的方法中所用的化學(xué)轉(zhuǎn)向劑可以是下式的化合物或 其酸酐：
[0024]

【權(quán)利要求】
1. 水力壓裂被儲(chǔ)層穿透的含烴地下地層的方法，該方法包括： (a) 將流體以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大原生裂縫的壓力泵入該地層中； (b) 測定井內(nèi)的井底處理壓力； (c) 通過向該地層內(nèi)引入化學(xué)轉(zhuǎn)向劑，以使流體流動(dòng)從損失區(qū)轉(zhuǎn)向； (d) 將所測定的井底處理壓力與預(yù)定的目標(biāo)井底處理壓力進(jìn)行比較； (e) 將壓裂流體泵入該地層中，其中通過該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑來阻止該壓裂流體流向該損失 區(qū)，和 (f) 擴(kuò)展該地層中的該原生裂縫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（c)的該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑以不同于步驟（a)中泵 送的該流體的注射速率的注射速率引入該地層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在該處理之后，除去該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑在原位井下儲(chǔ)層條件部分地但非完 全地可溶解。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑在原位井下儲(chǔ)層條件完全地可溶 解。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑是下式的化合物或其酸酐：
其中： R1 是-COO-(R5O)y-R4; R2和R3選自-H和-COO-(R5O)y-R4; 條件是R2或R3中至少一個(gè)是-COO-(R5O)y-R4,和 進(jìn)一步的條件是R2和R3都不是-COO-(R5O)y-R4; R4是-H或C^C6烷基； R5是C「(：6亞烷基；和 每個(gè)y是0-5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑是鄰苯二甲酸酐或?qū)Ρ蕉姿狒?br> 8. 水力壓裂被井穿透的含烴地下地層的方法，該方法包括： (a) 將流體以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力泵入該地層中； (b) 測定該井的表面處或表面附近的表面壓力； (c) 通過向該地層內(nèi)引入轉(zhuǎn)向劑，以將流體流動(dòng)從高傳導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)向到低傳導(dǎo)區(qū)； (d) 將所測定的表面壓力與目標(biāo)表面壓力進(jìn)行比較；和 (e) 改變該井中的應(yīng)力和擴(kuò)展該裂縫，其中在該井中通過改變以下至少一種來改變應(yīng) 力： (i) 該流體的注射速率； (ii) 該井的井底壓力；或 (iii) 該流體的密度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟（a)-(e)是連續(xù)的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該地下地層是頁巖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該轉(zhuǎn)向劑是下式的化合物或其酸酐：
其中： R1 是-COO-(R5O)y-R4; R2和R3選自-H和-COO-(R5O)y-R4; 條件是R2或R3中至少一個(gè)是-COO-(R5O)y-R4,和 進(jìn)一步的條件是R2和R3都不是-COO-(R5O)y-R4; R4是-H或C^C6烷基； R5是C「(：6亞烷基；和 每個(gè)y是0-5。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該轉(zhuǎn)向劑是鄰苯二甲酸酐或?qū)Ρ蕉姿狒?br> 13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中（a)的該流體進(jìn)一步包含支撐劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該支撐劑的表觀比重小于或等于2. 25。
15. 水力壓裂被井穿透的含烴地下地層的方法，其中將流體以足以擴(kuò)大或產(chǎn)生裂縫的 壓力引入該井中，該方法包括： (a) 定義以下運(yùn)行參數(shù)中的至少一個(gè)： (i) 該流體的注射速率， (ii) 該流體的密度；或 (iii) 該井的井底處理壓力 (b) 將該流體泵入該地層中，并且產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫； (b) 在該流體泵入該地層之后，比較步驟（a)的運(yùn)行參數(shù)中的至少一個(gè)與所定義的運(yùn) 行參數(shù)之間的差值； (c) 改變該流體進(jìn)入該地層的注射速率，或者向該地層泵入轉(zhuǎn)向劑，其中將引入該地層 的流體流動(dòng)從高傳導(dǎo)裂縫轉(zhuǎn)向到低傳導(dǎo)裂縫； (d) 比較步驟（a)的運(yùn)行參數(shù)中的至少一個(gè)與步驟（a)所定義的運(yùn)行參數(shù)之間的差 值； (e) 改變該井中的應(yīng)力和擴(kuò)展該裂縫，其中在該井中通過改變步驟（a)的運(yùn)行參數(shù)中 的至少一個(gè)來改變應(yīng)力，其中步驟（e)之后的增產(chǎn)儲(chǔ)層體積大于步驟（c)之后的增產(chǎn)儲(chǔ)層 體積。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該地下地層是頁巖。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在步驟（c)中將轉(zhuǎn)向劑泵入該地層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該轉(zhuǎn)向劑是下式的化合物或其酸酐： 其中：
R1 是-COO-(R5O)y-R4; R2和R3選自-H和-COO-(R5O)y-R4; 條件是R2或R3中至少一個(gè)是-COO-(R5O)y-R4,和 進(jìn)一步的條件是R2和R3都不是-COO-(R5O)y-R4; R4是-H或C^C6烷基； R5是C「(：6亞烷基；和 每個(gè)y是0-5。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該轉(zhuǎn)向劑是鄰苯二甲酸酐或?qū)Ρ蕉姿狒?br> 20. 水力壓裂被井穿透的含烴地下地層的方法，該方法包括： (a) 將壓裂流體以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力泵入該地層中； (b) 向該地層中泵入轉(zhuǎn)向劑流體，其中引入該地層的轉(zhuǎn)向劑流體的流動(dòng)從高傳導(dǎo)區(qū)進(jìn) 行到低傳導(dǎo)區(qū)；和 (c) 以大于步驟（a)中所定義壓力的壓力向該地層中泵入另外的壓裂流體； 其中步驟（c)之后該地層內(nèi)的裂縫面積大于由不采用步驟（b)的基本類似的方法所產(chǎn) 生的裂縫面積。
21. 水力壓裂被井穿透的含烴地下地層的方法，該方法包括： (a) 將流體以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大原生裂縫的壓力泵入該地層中； (b) 監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)，并且將該流體泵入該地層之后的運(yùn)行參數(shù)與該運(yùn)行參數(shù)的預(yù)定值 進(jìn)行比較，其中該運(yùn)行參數(shù)是以下中至少一種： (i) 該流體的注射速率， (ii) 該流體的密度；或 (iii) 該井的井底處理壓力 (c) 通過轉(zhuǎn)向?qū)⒘黧w流動(dòng)從高傳導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)向低傳導(dǎo)區(qū)； (d) 將步驟（c)之后的運(yùn)行參數(shù)與該運(yùn)行參數(shù)的預(yù)定值進(jìn)行比較； (e) 將壓裂流體泵入該地層中，其中通過該轉(zhuǎn)向劑阻止該壓裂流體流向該低傳導(dǎo)區(qū)； 和 (f)擴(kuò)展該地層中的該原生裂縫。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（c)的轉(zhuǎn)向包括向該地層中泵入化學(xué)轉(zhuǎn)向 劑。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中將相對輕量的微粒與該化學(xué)轉(zhuǎn)向劑一起泵入該 地層中。
【文檔編號(hào)】C09K8/62GK104508079SQ201380039506
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】H·D·布拉農(nóng), T·R·斯達(dá)克二世, S·G·聶爾森, C·E·貝爾, T·N·羅伊茨, D·V·S·古普塔, J·D·萊蒙斯, C·D·胡夫, J·C·高特斯克林, A·F·貢扎勒茲 申請人:貝克休斯公司