一种裂缝性储层防砂控水人工辅助充填方法及充填效果评价方法

本发明属于油气工程，具体涉及一种裂缝性储层防砂控水人工辅助充填方法及充填效果评价方法。

背景技术：

1、裂缝性油气储层储量巨大，如我国塔里木盆地的深层裂缝性碳酸盐岩油气藏和裂缝性致密砂岩气藏，是目前及未来深层油气开发的主要目标储层。如附图1所示，裂缝性储层1中存在宽度、角度、长度不一、相互贯通或不贯通的天然裂缝2。天然裂缝2为主要油气储层空间和渗透通道。天然裂缝发育的油气储层在开采过程中，容易出现出砂现象，即裂缝中的充填物在地应力和生产压差作用下产生滑移破碎，形成的储层出砂砂粒4随流体从井筒3中排出，图1中箭头方向为储层出砂砂粒4排出方向；同时，如果储层具有距离较近的边底水5，边底水5容易沿着宽度较大、流通性较好的裂缝突进，造成提前见水。出砂和出水问题是制约裂缝性油气储层高效开发的关键问题之一，高效防砂和控水是此类油气藏高效开采的重大技术需求。

2、公开号为cn106372377a的专利文件公开了一种细粉砂油层充填防砂方法，依据细粉砂油层的自身特点科学设定防砂措施层和施工限压，利用隔层岩石弹性形变可恢复的性质，减小了挤压充填后裂缝延伸至水层的程度，从而保证了防砂的有效性，延长了防砂期限。该专利文件的充填方法适用于疏水砂岩出砂井，裂缝性储层天然裂缝的漏失机理、充填机理以及充填方式与疏水砂岩出砂井存在较大的区别，所以该专利公开的充填方法并不适用于裂缝性储层。

3、目前裂缝性碳酸盐岩和砂岩储层的防砂和控水工艺技术尚存在的关键问题包括：

4、(1)裂缝性碳酸盐岩和砂岩储层的完井方式目前以裸眼完井为主，不具备防砂功能，容易造成生产过程中井壁失稳坍塌和泥砂产出，砂埋井筒，对正常生产造成严重影响，增加维修作业成本。近年来开始尝试井筒内下入打孔管、割缝管或其它防砂筛管进行防砂和防塌完井，但效果尚难以满足生产需求。

5、(2)裂缝性储层的控水技术尚处于起步阶段，少量试验性应用的控水技术主要沿用常规的icd（inflow control device）筛管控水，仅能在井筒内实现对油水流动的调控，作用范围和效果有限。

6、(3)目前针对裂缝性储层的出砂和出水问题，防砂和控水“各自为战”，并且多在井筒内通过管柱实现，难以深入到储层内部；缺乏针对裂缝性油气储层的控砂控水一体化技术，严重制约裂缝性油气储层的防砂控水效果。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的弊端，本发明公开了一种裂缝性储层防砂控水人工辅助充填方法及充填效果评价方法，采用了如下技术方案：

2、为了便于对本发明技术方案的理解，首先结合附图2对本发明的充填方法的原理进行介绍,本发明所述的裂缝性储层防砂控水人工辅助充填砂水协同控制技术的原理为：使用携砂液将具有防水防砂功能的支撑剂携带充填到井筒附近宽度较大的天然裂缝中或充填至经过人工辅助张开较大宽度的天然裂缝中，支撑剂在裂缝中达到密实充填状态，不但可以阻挡地层砂产出，还可以延缓见水时间，从而实现砂水协同控制目的。

3、不同天然裂缝的结构及与防水防砂的支撑剂的匹配程度不同，为了针对不同的天然裂缝来选取更优的充填方案，本发明将裂缝性储层人工辅助充填砂水协同控制技术具体细化为三种充填工艺，各充填工艺的适用情况如下：

4、一、自然微饱和充填工艺，该工艺适用于天然裂缝宽度较大、密度较高、容易实现自然充填的储层，此种天然裂缝在自然状态下，不需要高强度泵注条件，缝宽能够接受容纳支撑剂，实现微饱和充填。如附图3a、3b所示。图3a为充填前的宽度较大的天然裂缝的状态，图3b为图3a采用自然微饱和充填工艺充填后的示意图，其中，图3b中的6为自然微饱和充填工艺充填后的天然裂缝，充填后天然裂缝的缝宽扩大了1-1.2倍，从自然微饱和充填工艺充填后的天然裂缝6和充填后的井筒环空部分9可以看出，天然裂缝中支撑剂的粒级小于井筒环空部分8充填的支撑剂的粒级。自然微饱和充填工艺可实现预期规模的充填强度，但又不使裂缝过度张开延伸。

5、二、人工辅助挤压过饱和充填工艺，该工艺适用于天然裂缝宽度较小难以吸纳固体颗粒的储层，需要使用合理的较高泵压、排量及砂比进行过饱和（过饱和是指超出裂缝本身容纳体积）挤压充填，将裂缝适当张开一定幅度，使之能够吸收接纳一定量的充填颗粒。如附图4a、4b所示。图4a为充填前的宽度较小的天然裂缝的状态，图4b为图4a采用人工辅助挤压过饱和充填工艺充填后的示意图，其中，图4b中的7为人工辅助挤压过饱和充填工艺充填后的天然裂缝，充填后天然裂缝的缝宽扩大了1.2-1.8倍，同样的，天然裂缝中支撑剂的粒级小于井筒环空部分8充填的支撑剂的粒级。人工辅助挤压过饱和充填工艺可使原来达不到充填条件的天然裂缝适当张宽，实现预期规模的充填强度，但又不使裂缝过度张开延伸。

6、三、人工辅助压裂强饱和充填工艺，适用于天然裂缝缝宽极低，缝长较短的储层。需要较高强度的充填施工参数，使得储层出现压开裂缝的情形，才能实现预期规模的充填强度，达到控水防砂目的。但压裂规模应严格控制，以避免产生较大裂缝从而诱发水沿裂缝突进的负面效应，如附图5a、5b所示，图5a为充填前的宽度极小的天然裂缝的状态，图5b为图5a采用人工辅助压裂强饱和充填工艺充填后的示意图，其中，图5b中10为人工辅助压裂强饱和充填工艺充填后的天然裂缝，充填后天然裂缝的缝宽扩大了1.8倍以上，同样的，天然裂缝中支撑剂的粒级小于井筒环空部分8充填的支撑剂的粒级。人工辅助压裂强饱和充填工艺可使原来达不到充填条件的天然裂缝大幅张宽，实现预期规模的充填强度，但又不使裂缝过度张开延伸。

7、基于此，如何判定储层中天然裂缝具体适用于上述哪种充填方式，成为裂缝性储层人工辅助充填的关键，在此基础上，本发明公开了一种裂缝性储层防砂控水人工辅助充填方法，包括如下步骤：

8、s11、计算裂缝性储层的裂缝产状评价指标：

9、本发明根据裂缝性储层天然裂缝的裂缝宽度范围、裂缝长度范围、裂缝倾角范围、裂缝平直度、裂缝密度来简易快速的评价裂缝产状：

10、裂缝宽度使用、和表征，分别代表裂缝的最宽缝宽，平均缝宽和特征缝宽，单位为mm。平均缝宽和特征缝宽越大，越有利于裂缝接收支撑剂、越容易充填施工。

11、裂缝长度使用、和表征，分别代表裂缝的最大长度、平均长度和特征长度，单位为mm。平均长度和特征长度越长，越有利于得到较大的充填强度。

12、裂缝倾角使用表示，其含义为井筒在裂缝面上的正投影，单位为度，将井筒看做一条线，裂缝为面，正投影为0~90°，该夹角越接近于90度，越容易从井筒半径方向向储层裂缝内充填支撑剂。

13、裂缝平直度用表示，其含义表示裂缝平直的程度，无量纲。完全平直的裂缝平直度定义为1.0，弯曲度达到90度或90度以上的裂缝平直度定义为0。平直度越高，越有利于裂缝充填施工。

14、裂缝密度用表示，其含义为单位长度的裂缝数量，条/m3。裂缝密度越大，越容易充填并利于得到较高的充填强度。

15、基于此，本发明提出用于评价裂缝产状的裂缝产状评价指标：

16、（ⅰ）；

17、式（ⅰ）中，f为裂缝产状评价指标，无量纲，值为1表示产状最好，值越小表示产状越差；

18、为裂缝的特征缝宽，mm；为特征对比固相颗粒粒径，mm，优选的，为待充填地可充填固相颗粒最低粒级产品的平均粒径；

19、为裂缝的特征长度，mm；为特征对比缝长，mm，优选的，取值为5*104mm，或为待充填地裂缝长度平均值；

20、为裂缝倾角，度；为裂缝平直度，无量纲；为裂缝密度，条/m3；为特征对比裂缝密度，条/m3，优选的，取值为10条/m3；

21、、、、、分别为缝宽、缝长、倾角、平直度、密度五项因素的权重系数，推荐取值分别为0.25、0.25、0.15、0.15、0.2，无量纲。

22、优选的，可以基于得到的产状评价指标f，对裂缝产状进行判定：f>0.75，裂缝产状评定为“超高丰度裂缝发育”；0.75≥f>0.5，裂缝产状评定为“高丰度裂缝发育”；0.5≥f>0.25，裂缝产状评定为“中丰度裂缝发育”；0.25≥f>0.05，裂缝产状评定为“裂缝弱发育”；f≤0.05，裂缝产状评定为“裂缝无发育”。所述判定结果用于表征裂缝的发育程度。

23、s12、计算人工辅助充填工艺实施可行性指标：

24、本发明在天然裂缝的裂缝产状评价指标基础上，继续考虑储层强度、支撑剂的粒径范围，提出人工辅助充填工艺实施可行性指标：

25、（ⅱ）；

26、式（ⅱ）中， g为人工辅助充填工艺实施可行性指标，无量纲，用于表征裂缝产状与支撑剂的匹配程度；为储层基质强度，mpa；为裂缝性储层支撑剂的胶结强度，mpa；为储层大裂缝破裂压力，具体指在常规压裂施工中，张开没有裂缝的地层所需要的压力，mpa；为储层天然裂缝张开压力，具体指地层已经存在裂缝，克服地应力打开裂缝所用的压力，mpa；、、为权重系数，推荐取值分别为0.25、0.25、0.5；

27、s13、基于步骤s11得到的裂缝产状评价指标f及步骤s12得到的人工辅助充填工艺实施可行性指标 g，选择裂缝性储层人工辅助充填砂水协同控制技术中的一种工艺进行充填，推荐的充填工艺和推荐理由如表1所示：

28、表1裂缝性储层充填工艺选择

29、

30、进一步的，步骤s13中，所述充填的具体操作步骤为：

31、s131、打开套管闸门，用冲洗液循环洗井，洗井所用的井底泵压为pta、排量为qa，所述井底泵压pta和排量qa根据经验设置，一般都低于井底泵压pw和排量q；

32、s132、关闭套管闸门，往天然裂缝中挤注充填粒径为da0的固相颗粒，挤注充填所用的井底泵压为pw、排量为q，砂比为rs；

33、s133、打开套管闸门，改用粒径大于da0的固相颗粒进行井筒循环充填，为了降低井筒流动阻力，井筒内充填的固体颗粒粒径需比裂缝充填的粒径提高一个粒级，井筒循环充填的井底泵压为pw，排量为q。

34、所述自然微饱和充填工艺、人工辅助挤压过饱和充填工艺和人工辅助压裂强饱和充填工艺具体操作上的区别在于：步骤s132中挤注充填所用的固相颗粒粒径da0、井底泵压pw、排量q和砂比rs不同。

35、进一步的，所述三种充填工艺的优选充填参数设计如表2所示：

36、表2裂缝性储层三种充填工艺的充填技术参数设计

37、

38、进一步的，所述三种充填工艺的优选施工参数设计如表3所示，其中，所述pw为井底泵压，所述pc为裂缝闭合应力。裂缝闭合应力pc是指已存在裂缝张开的最小缝内流体作用在裂缝面的平均压力，因此，对于天然裂缝来讲，控制其撑开需要控制井底泵压pw大于裂缝闭合应力pc。

39、表3裂缝性储层三种充填工艺的施工参数设计

40、

41、本发明还公开了一种裂缝性储层充填效果评价方法，该评价方法既可以对采用本发明所述的充填方法充填后的裂缝性储层进行评价，也可以对采用现有的充填方法充填后的裂缝性储层进行评价，该评价方法包括如下步骤：

42、s21、计算施工后裂缝充填率、生产流体含水率、日平均采油量、油井见水时间、产出流体含砂率，

43、（ⅴ）；

44、式（ⅴ）中，α为裂缝充填率，无量纲； vc为施工泵入裂缝砾石量，m3； vs为裂缝计算总体积，m3；

45、（ⅵ）；

46、式（ⅵ）中， va为施工泵入地层总砾石量，m3； vb为水平井井筒环空体积，m3；

47、（ⅶ）；

48、式（ⅶ）中，β为生产流体含水率，无量纲；n为非施工井井数，无量纲； ra为施工井产出流体含水率，无量纲； rbi为第i个非施工井产出流体含水率， i=1,2,3···n；

49、（ⅷ）；

50、式（ⅷ）中，γ为日平均采油量，无量纲； qa为施工井日采油量，吨； qbi为第i个非施工井日采油量，吨；

51、（ⅸ）；

52、式（ⅸ）中，ζ为油井见水时间，无量纲； tbi为第i个非施工井见水时间，天； ta为施工井见水时间，天；

53、（ⅹ）；

54、式（ⅹ）中， η为产出流体含砂率，无量纲； ηbi为第i个非施工井产出流体平均含砂率，无量纲； ηa为施工井产出流体含砂率，无量纲；

55、上述的各参数中，裂缝计算总体积由测井或地震反演得到，其它参数均为油井生产常用数据。

56、s22、计算防砂控水充填综合评价指标：

57、+f（ⅺ）；

58、式（ⅺ）中，n为防砂控水充填综合评价指标，无量纲；a、b、c、d、f为权重系数，取值分别为0.4、0.2、0.15、0.15、0.1；

59、s23、基于步骤s22得到的防砂控水充填综合评价指标n对裂缝性储层充填效果进行评价：

60、当0.2≥n>0时，为松散充填，充填效果较差；当0.5≥n>0.2时，为一般密实充填，充填效果一般；当0.7≥n>0.5时，为密实充填，充填效果较好；当1.0≥n>0.7时，为极密实充填，充填效果优良。

61、通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

62、本发明提供了一种可以根据储层天然裂缝的宽度分布范围、裂缝长度、裂缝倾角、裂缝密度以及天然裂缝与可用的降水防砂支撑剂的匹配程度，来对应选择自然微饱和充填工艺、人工辅助挤压过饱和充填工艺或人工辅助压裂强饱和充填工艺进行充填的储层天然裂缝充填方式，做到了“对症下药”，有效的保证了控砂控水效果。

63、本发明还提供了较优的自然微饱和充填工艺、人工辅助挤压过饱和充填工艺和人工辅助压裂强饱和充填工艺的充填技术参数和施工参数范围，从而为裂缝性油气藏防砂控水提供了一套覆盖裂缝产状评价、工艺实施可行性评价、工艺类型选择、工艺参数优化的系统的实施方案。

64、本发明提供的裂缝性储层充填效果评价方法从充填率、日平均采油量、生产流体含水率、油井见水时间，产出流体含砂率等各个参数对裂缝性储层人工辅助充填工艺进行全面且综合的评价，结果代表性好，方法简便快捷，实用性强。