[发明专利]一种防止套管变形的压裂方法及其应用

说明书

本发明涉及一种防止套管变形的压裂新方法，属于石油开采领域，适用于页岩油气藏。所述方法综合采用钻完井及压裂一体化设计技术，优化水平井筒穿行方向，采用平面射孔技术，合理优化预处理酸的类型、配方及注入工艺参数等，配合超临界CO₂压裂液破岩，全程应用70‑140目自悬浮支撑剂等工艺技术，防止套管压裂变形，充分提高压裂裂缝改造体积。本发明极大增加了压裂改造效果，优化结果可有效指导压裂施工、极大增加改造体积、明显改善施工效果，从而获得最大的经济效益。

技术领域

本发明属于石油开采领域，具体涉及一种深层页岩气压裂防止套管变形的新方法。

背景技术

目前，深层页岩气压裂技术的应用越来越多，但由于埋深的大幅度增加，三向应力也相应大幅度增加，钻井时水平井筒及射孔带来的应力集中效应明显，加上水力压裂施工过程中井筒中的高施工压力的综合作用，以及经常采用的变排量施工中产生的压力脉冲效应等，都对套管的强度破坏作用加剧，严重时甚至发生套管变形的被动局面，使得后续下桥塞射孔联作及压后钻塞等都带来许多负面影响，严重时甚至可能中断压裂施工及压后钻塞等工作，甚至可能造成全井工程报废，进而带来重大的经济损失。

目前，常用的防止套管变形的技术措施主要有：1)应用高强度的套管；2)增加每簇射孔的长度，由原先的0.5-1.0m增加到1.5-2.5m。但这些措施有时仍未见明显的效果。上述第一个措施非常得当，但第二个措施，即单纯增加每簇射孔的长度，可能开始时多孔进液，有利于降低破裂压力和初期的裂缝延伸压力。但当裂缝延伸到一定程度后，由于页岩的强非均质性，总有一部分裂缝延伸得更充分，且因单簇射孔长度长，可能最终的裂缝延伸条数要适当增加，最终使得每条裂缝的延伸排量降低，因此，裂缝宽度等也相应降低，可能诱发早期砂堵现象，导致施工压力的持续快速上升，反而不利于保护套管。

因此，有必要研究提出一种深层页岩气压裂时的防止套管变形技术，以解决生产亟需解决的难题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种防止套管变形的压裂方法，所述方法综合采用钻完井及压裂一体化设计技术，优化水平井筒穿行方向，采用平面射孔技术，合理优化预处理酸的类型、配方及注入工艺参数等，配合超临界CO₂压裂液破岩，全程应用70-140目自悬浮支撑剂等工艺技术，防止套管压裂变形，充分提高压裂裂缝改造体积。

本发明的总体思路是：

(1)钻完井及压裂一体化设计技术

按钻完井流程反向设计、正向施工。包括水平井筒的方位、套管的强度及壁厚等要完全满足后续压裂作业的井底压力要求。此外，所有的入井液(钻井液、固井液、完井液、压裂液等)要进行相互间的配伍性研究。以往只考虑各自与储层岩石及流体的配伍性，没有考虑相互间的配伍性。虽然在施工作业中是各种独立注入地层的，但在遇到天然裂缝发育的位置，钻井液的滤失加大，与压裂时的压裂液就有机会接触甚至发生不配伍反应，影响页岩气井的正常返排及求产等工作。

(2)采用平面射孔技术

应用连续油管水力喷射技术，将所有的射孔眼都定位在一个平面内，该平面的方位与水力裂缝的方位一致。通过对套管破坏强度的ABAQUS分析，只要平面内的射孔总数小于10孔，与常规的螺旋式16孔/米的射孔方式相比，就不降低套管的强度。为保险起见，可将每个平面内的射孔总数控制在6孔之内。

与常规的螺旋式射孔相比，最终的裂缝延伸排量等都获得大幅度增加，因此，裂缝砂堵的概率大幅度降低，也极大地降低了套管变形的风险。

(3)尽量降低近井裂缝弯曲摩阻效应

主要是水平井筒方位与水力裂缝方位间的夹角，二者间起码要大于60°，否则，近井裂缝弯曲摩阻的增加，会大幅度增加压裂施工时的破裂压力和前期的延伸压力，给套管变形创造了可能性。

(4)合理优化预处理酸的类型及配方、注入工艺参数等