CN108076649A - 热诱发低流动速率压裂 - Google Patents

Abstract

一种通过在页岩地层中进行水力压裂来增加烃产量的方法，所述方法通过使用在关井期间以低速率循环喷射冷却水性流体的地震性方法以诱发所述地层拉伸断裂，并且在完井中形成具有足够的侧向延伸部分的高和极高导流性裂缝的裂缝网络。使用水性流体和支撑剂的最终单次循环，其中支撑剂的体积已根据井下压力的测量结果得到测定。在每一喷射循环之后测定和分析其它裂缝参数和所述整体裂缝网络形状的评估结果，所述其它裂缝参数是：所述极高导流性裂缝的体积、所述极高导流性裂缝的侧向延伸部分、所述极高导流性裂缝的表面。

Description

热诱发低流动速率压裂

本发明涉及通过在页岩地层中进行水力压裂来提取烃，并且更具体地说，主要涉及在关井期间以低速率循环喷射冷却流体的地震性方法，其诱发所述地层拉伸断裂并且在完井中形成高和极高导流性裂缝的裂缝网络。

为了满足我们的能源需求，如今所谓的非常规资源越来越受关注。因此，已研发出技术以对来自低渗透率次表面地层，诸如页岩、泥灰岩、粉砂岩等的烃产量进行增产。在典型配置中，提供水平支脚来使井钻穿盖岩下的已知页岩地层。随后沿排管长度在井段处对井进行打孔并且在堵住每一井段的情况下加以增产，之后对下一个井进行打孔并且通过进行压裂作业来增产。30到40个井段通常间隔100m，这是井段之间的典型分隔距离。在所述过程结束时，随后打开整个井以进行开采。压裂作业中所用的泵送流体会被回采，之后是烃流。

在典型的压裂作业中，以相对较高初始速率，比如10bpm喷射水或呈凝胶形式的稠化水。以约20bpm的梯级斜升泵送速率以获得100到200bpm的最大泵送速率。这一阶梯式方法用于震动地层并且打开地层中预先存在的天然裂缝。在这一高泵送速率下，随后将支撑剂添加到水中以填充裂缝，保持其打开以进行开采。支撑剂是砂石或工程陶瓷颗粒，其经大小设定而提供支撑同时还允许烃，即页岩油和/或页岩气流动。当泵压力用完时继续泵送直到供给的支撑剂耗尽或发生脱砂(screen out)为止。

在增产过程中，如果经烃填充的天然存在的裂缝存在于井段处，那么可以对这些裂缝进行开采。然而，每一井段的产量可大不相同。这部分归因于以下事实：尽管可以通过测井在井筒壁处鉴别到裂缝迹线，但此类测井并未表明裂缝的侧向延伸部分，并且侧向延伸部分会决定烃的开采量。目前估算出约50％的经增产的井段开采不出任何烃，主要是因为所述井段处缺乏具有足够的侧向延伸部分的经烃填充的天然存在的裂缝。

Dusseault和Bilak的US 2013/0284438涉及一种在岩层中生成裂缝网络以从地层提取烃或其它资源的方法。所述方法包括以下步骤：i)通过在适于促进天然裂缝膨胀、剪切和/或水力连通的条件下将非浆水溶液喷射于井中来强化地层中的天然裂缝和初期裂缝的网络，并且之后ii)通过在一系列喷射事件中将包含载流体的多种浆液和较大粒度的颗粒状支撑剂依次喷射于所述井中来诱发大裂缝网络，其与强化后的天然裂缝网络水力连通。这一方法是基于引起地层中天然和初期裂缝的网络发生剪切断裂。还要求将非浆水溶液进一步喷射于井中将延伸自支撑裂缝的区域。

本发明的目标在于提供一种在完井中井段处的地层中产生具有足够的侧向延伸部分的极高导流性裂缝的裂缝网络的方法，所述方法用于改进增产效率并且因此改进烃产量。

根据本发明的第一方面，提供一种通过在井中进行水力压裂来增加烃产量的方法，所述井具有至少一个暴露地层中的岩石的打孔井段，并且在井段处，所述方法包含以下步骤：将水性流体喷射于地层中，随后将水性流体和支撑剂喷射于地层中，其特征在于：

存在喷射水性流体的多次循环，随后以单次循环喷射水性流体和一定体积的支撑剂，其中每一循环在关井期内终止；

支撑剂的体积根据井下压力的测量结果得到测定；

并且所述方法是地震性的，其中喷射速率较低而防止震动地层，并且喷射的水性流体的温度不高而诱发岩石拉伸断裂，并且因此提供针对烃开采的具有足够的侧向延伸部分的极高导流性裂缝和高导流性裂缝的裂缝网络。

通过这种方式，每一水性流体喷射循环将会在已存在的裂缝的表面上诱发裂缝并侧向延伸网络。由于所诱发的裂缝是由已存在的裂缝形成，因此所得网络具有高导流性。极高导流性裂缝处于井周围，在最终循环中填充有支撑剂并且是主要渗透管道，会有效地增加井体积。极高导流性裂缝延伸出高导流性裂缝，其提供增加的侧向延伸部分，并没有被加撑，并且尽管其在井进行开采时可能部分闭合，但仍将促成烃产量进给极高导流性裂缝。然而，值得注意的是所产生的裂缝的‘分形(fractal-like)’或‘人造(man-made)’性质。这些裂缝借助于关井期，随后喷射较冷水性流体而为人造的，沿裂缝边界存在热应力工作组分，将其减弱以允许其它裂缝形成。这与为了打开已存在的和初期裂缝而在所述裂缝上进行的剪切断裂现有技术应用形成对比。

优选地，泵送水性流体的喷射速率小于15bpm(桶/分钟)。喷射速率可小于10bpm。喷射速率可在4到15bpm范围内。对于一次或多次循环，喷射速率可小于2bpm。更优选地，喷射速率小于1bpm。喷射速率在每一循环中可有所不同。通过这种方式，在泵送水性流体时地层不会遇到震动。传统水力压裂的喷射速率通常在50到200bpm范围内，因为其意图震动地层来打开裂缝。有利地，与传统水力压裂所需的30到50个高压泵相比，低喷射速率相当于由1或2个高压泵进行泵送。泵送水性流体和支撑剂的喷射速率可较高，即传统水力压裂更典型为50到200bpm。这一较高速率会加速最终循环。

优选地，水性流体的温度足以产生形成新裂缝所需的热应力。水性流体在喷射之前加以冷却。这一冷却可通过在喷射之前将水性流体静置一段时间来实现。如果水性流体是从加热源，例如另一个井获得，那么会需要此类方法。优选地，水性流体的温度小于井段处的地层的温度。当水性流体被喷射和泵送到井段时随之发生的加热水性流体将在测定水性流体温度时被考虑在内。更优选地，使用井下温度计来测定井段处的温度。

优选地，根据由先前循环计算出的裂缝参数的分析结果来测定每一循环的用于泵送水性流体的喷射速率、喷射持续时间、压力和关井期持续时间。

优选地，裂缝参数选自包含以下中的一个或多个的群：极高导流性裂缝的体积、极高导流性裂缝的侧向延伸部分、极高导流性裂缝的表面和整体裂缝网络形状的评估。优选地，在水性流体的每一喷射循环之后计算出全部裂缝参数。

优选地，使用位于井中的井下压力计来测量井下压力，其中井下压力计具有至少1Hz的数据采集速率。以此方式，每秒采集用于裂缝参数计算的数据点。更优选地，数据采集速率在1与10Hz之间。数据采集速率可在10与100Hz之间。与现有技术测量相比，这是高数据采集速率。由于大多数测计目前是数字式的，因此此类数据采集速率是可用的，但并不基于将在行业中通常所用的时间范围内采集到的过量数据使用。

优选地，在关井时，喷射速率以逐步方式减小。更优选地，最终关井前的最终步骤的喷射速率小于2bpm。优选地，在约1到5分钟内完成每一步进。

优选地，在每一循环开始时，水性流体的喷射速率小于2bpm。更优选地，水性流体的喷射速率在0.5到2bpm范围内。

优选地，根据极高导流性裂缝的体积的计算结果测定支撑剂体积。由于支撑剂仅填充这些极高裂缝，因此支撑剂体积将为极高导流性裂缝体积的一定百分比，剩余百分比由水性流体组成。支撑剂体积可经计算而在极高导流性裂缝的体积的30％到70％范围内。

优选地，水性流体为水。更优选地，水性流体是来自另一个井的采出水。另一个井可为常规或非常规井。水性流体可为海水。通过这种方式，水性流体可为可供在井中使用的任何流体，并且因此不用必须将淡水引入井中。优选地，水性流体不含化学添加剂来调整粘度。这会降低制造水性流体溶液的成本和时间。水性流体可含有杀菌剂以防止发生如所行业中所已知的酸化(souring)。

优选地，支撑剂如传统上所用并且为所属领域的技术人员已知。支撑剂可以是砂石、陶瓷、经涂布的树脂或其它等等。

优选地，所述方法包括以下步骤：堵住井段，打孔并且沿井筒使用第一方面的喷射循环步骤增产后续井段，疏通所述井，回采水性流体并开采烃。

可在先前已通过水力压裂来增产的井段处进行所述方法。这可被认为是再压裂(re-fracking)。

因此，附图和描述应被视为在本质上是说明性而非限制性的。此外，本文中所使用的术语和措词仅仅用于描述性目的并且不应被理解为限制范畴，如包括、包含、具有、含有或涉及和其变体的语言意图为广义的并且涵盖列于其后的标的物、等效物和未列举的其它标的物，并且不意图排除其它添加物、组分、整数或步骤。同样地，出于适用的法律目的，术语包含被认为与术语包括或含有同义。对于文献、动作、材料、装置、物品等的任何论述仅出于为本发明提供背景的目的而包括在本说明书中。基于与本发明相关的领域中的公共常识，未建议或表示任何或全部这些事物形成现有技术的一部分。本发明中的全部数值理解为由“约”加以修饰。本文所述的要素或任何其它组分的全部单数形式理解为包括其复数形式且反之亦然。

尽管说明书将提到上(up)和下(down)以及最上(uppermost)和最下(lowermost)，但这些应理解为与井筒有关的相对术语，并且井筒的倾角，尽管在一些图式中以垂直显示，但可为倾斜的。这在水平井领域中，尤其对于页岩地层来说为已知的。

现将参照附图仅借助于实例描述本发明实施例，在所述附图中：

图1是根据本发明的一个实施例，一种用于通过水力压裂增加来自井的烃产量的方法的图式；

图2是根据现有技术通过水力压裂来增产井的示意性图示；

图3是在其中进行本发明方法的井的示意性图示；

图4(a)是喷射流体进入裂缝的示意性图示，并且图4(b)是展示喷射期间膨胀应力的相应图式；

图5(a)是关井期间图5(a)的裂缝中的热应力的示意性图示，并且图5(b)是展示关井期间热应力的相应图式；

图6是根据本发明的一个实施例，井周围的裂缝网络的示意性图示；

图7是根据本发明的一个实施例，井下压力对喷射体积的图式，其经分析以测定极高导流性裂缝的体积；

图8是根据本发明的一个实施例，井下压力对时间的图式，其经分析以测定极高导流性裂缝的侧向延伸部分；

图9是根据本发明的一个实施例，井下压力与喷射速率对时间的说明性图式，其用于测定针对极高导流性裂缝的表面的计算的摩擦损失的差值；

图10是根据本发明的一个实施例，利用最佳多项式拟合的摩擦损失相较于喷射速率的图式，其经分析以测定极高导流性裂缝的表面；并且

图11是提供特征性曲线的图式，其可经分析以给出裂缝网络几何结构的定性评定。

参考图1，根据本发明的一个实施例，展示一种用于在井22(如图2中所示)中以喷射速率12对照时间14的图式形式产生具有足够的侧向延伸部分(如图6中所示)的高和极高导流性裂缝18、20的裂缝网络16的方法(通常以参考数字10表示)，所述方法通过利用水力压裂增产来增加烃产量。

在图2中，展示通过水力压裂增产的井22。以常规方式将井22从地面26钻探穿过地层28。显示井14具有初始垂直井筒30，其钻经淡水保护层32和盖岩34而抵达经鉴别的页岩地层36。随后水平钻探井筒30以达到页岩地层36的最大可用体积。在完成井22时，导管38将插入到页岩地层36处的井眼44中，导管38被凝结在适当位置以在导管的外表面40与井眼44的内表面42之间产生呈水泥护套形式的分隔物。在地面26处将存在井口46，其提供用于出入井筒30的管道。

完成井22时，选择第一井段48。第一井段48通常处于排管长度52的远端50处。对第一井段48进行打孔以在页岩地层36和导管38的内侧54之间提供接入。地层36的所述暴露使得可进行压裂作业56。

在典型的压裂作业56中，以相对较高初始速率，比如10bpm喷射水或呈凝胶形式的稠化水。以约20bpm的梯级斜升泵送速率以获得100到200bpm的最大泵送速率。这一阶梯式方法用于震动地层并且打开天然裂缝。在这一高泵送速率下，随后将支撑剂添加到水中以填充裂缝，保持其打开以进行开采。支撑剂是砂石或工程陶瓷颗粒，其经大小设定而提供支撑同时还允许烃，即页岩油和/或页岩气流动。当泵压力用完时继续泵送直到供给的支撑剂耗尽或发生脱砂为止。

压裂作业56之后，随后堵住62第一井段48以阻挡接入地层36。随后对第二井段60进行打孔。第二井段60与第一井段48隔开(100m可为典型分隔距离)，并且位于第一井段48的下游。

以相同方式在第二井段60上进行压裂作业56并且沿排管长度52通过在后续井段上进行压裂作业来重复堵塞，随后打孔和增产的过程。尽管仅数个井段展示在图2中，但30到40个井段更为常见，以确保最大程度地提取可用烃。

在所述过程结束时，随后打开整个井以进行开采。泵送流体会被回采，之后是烃流。

如图2中所指示，由每一井段开采的烃58的量大不相同。所属领域的技术人员已知的是，高达50％的井段将开采不出任何烃58。这是因为井段处缺乏在地层中具有足够的侧向延伸部分的裂缝18、20。

因此意识到，如果可以发现一种在每一井段处产生具有具备足够的侧向延伸部分的裂缝18、20的裂缝网络16的方法，那么由每一井段都将开采出烃58。这将增加来自井22的烃产量。

所述方法10提供于本发明中。方法10的技术要求展示在图3中。这个图是图2的简化版本并且为了清楚起见，相同部件被给定相同参考数字。在图3中，井22显示为与单一井段48完全垂直，但应意识到，井22在实践中可实际上为水平的。尺寸同样变化很大以突出重要的相关区域。以传统方式钻探井22，所述方式提供套管74以支撑井眼44通过盖岩34的长度而到达页岩地层36的位置。所属领域的技术人员已知的标准技术将用于鉴别页岩地层36的位置并且用于测定井22的特性。

开采导管82定位穿过套管74和导管38(呈开采尾管(production liner)形式)，由尾管悬挂器80悬挂在开采导管82的底部84处并且在井眼44中延伸穿过页岩地层36。开采封隔器76在开采导管82与套管74之间提供密封，防止流体流经其间的环形区78。将水泥泵送到开采尾管38的外表面90与打开的井眼44的内壁92之间的环形区88中。这一水泥在环形区88中形成水泥护套86。当全部就位时，穿过开采尾管38和水泥护套86产生穿孔94以使地层36暴露于开采尾管38的内管道96。以标准技术形式进行这一切，以在页岩地层36中钻探和完成井22。

在地面26处，存在标准井口46。井口46提供用于使流体(如烃)从井22通过的管道(未图示)。井口46还提供用于由泵100喷射流体的管道98。测计102位于井口46上并且由单元104控制，所述单元104还从测计102采集数据。测计102包括温度计、压力计和速率计。井口46处的所有这些地面组件都是标准的。

对于本发明来说，必须还装配井下测计106。此类井下测计106在行业中是已知的并且由地面26处的单元104运作，处于开采封隔器76上方。通过位于环形区78中的高容量电缆108传输数据。测计102、106可为标准测计，但对于本发明来说，测计102、106必须能够以高采集速率记录下至少井下压力110数据。这一速率将处于至少1Hz的频率下，以使得数据点可以每秒至少一个点的速率得到采集。由于大多数测计目前是数字式的，因此这可仅需要增加测计采集频率。单元104可本地采集数据并且将这一数据传输到操作平台(未图示)，在所述操作平台处可对数据进行分析。公认的是，井下压力计在最终循环124中泵送水性流体64和支撑剂66混合物时将不继续存在。然而，当方法10计算出所需的支撑剂66的体积时，最终循环124将不需要进行井下测量。

在传统水力压裂中，压裂作业56在地面26需要20到50个泵100以提供50到200bpm的喷射速率。在本发明中，仅需要一个或两个泵100。这是因为需要小于15bpm的喷射速率。在一个优选实施例中，泵100为高压精确低速率泵。需要精确度以将所需低速率，即小于2bpm的流体通过管道98施配到完井筒44中。可在方法10的最终阶段使用更典型的高压高速率泵来泵送水性流体和支撑剂。

伴随如图2中详述而制备的井22，可实施本发明的增产方法10。返回到图1，以第一喷射速率Q1 114a喷射水性流体64持续ti1 116a，并且随后关闭118a井22持续tsi1120a。将这视为循环122a。之后以可能不同的喷射速率114b-d、持续时间116b-d和关井期120b-d进行其它循环122b-d。所述方法10以最终循环124结束，其中以速率Qp 126喷射水性流体64和支撑剂66持续tp 128并且关井持续tsip 130时间段。尽管图1中的方法10显示四次水性流体64喷射循环122a-d，但所需的次数将取决于由先前循环122所采集的数据的分析结果。

在传统水力压裂中，水性流体必须为淡水或盐度较低的水。也可将减少摩擦的添加剂与水合并，即所谓的滑溜水(slick-water)，或可对水加以稠化，即所谓的压裂凝胶。将大量淡水送到地点和添加剂成本使得传统水力压裂为昂贵的。在本发明中，水性流体64不需要为淡水，也不需要具有降低摩擦的添加剂。实际上，水性流体64可以是海水或来自其它井的采出水。因此，来自经增产的井22的回采水可用于在下一个或相邻井22上进行压裂作业56。另外，还可使用来自常规井的采出水。本发明的唯一要求在于水性流体64为冷却的。对此，意味着关井时的喷射流体的温度必须小于地层温度以提供温度差并且引发热应力。此类冷却可通过在将采出水/流体喷射于井中之前具有迟滞时间来实现。还可用杀菌剂处理水以避免由细菌导致地层酸化。

参考图4(a)，存在当将水性流体64喷射于地层36中时会发生什么的图示。通过泵送经过井眼44而使流体64进入井22。在打孔的井段处将存在大型侧向裂缝，通常称作‘半翼(half-wing)’裂缝132。这些裂缝在横向范围上往往是广泛和较短的。在喷射流体64时，流体进入朝向末端处的裂缝尖端134行进的裂缝64。当水性流体前缘136流经裂缝132时，在流体前缘136与尖端134之间产生“空隙”。发生空穴作用而产生水蒸气138，并且所得膨胀应力140作用于裂缝132的壁142。图4(b)在时间14内对此进行图示。存在最小原位应力144，其可被认为是恒定的。喷射速率114也可被认为是恒定的。喷射流体64归因于空穴作用会增加井下压力110，引起井下压力110大于原位应力144。净压力146归因于膨胀应力140。

在关井118时，热应力148将作用于裂缝132，如图5(a)中所示。当此处的流体64在关井时比接近于尖端134(在所述尖端134处出现较小热应力148b)的温热流体要凉时，较大热应力148a沿最接近井眼44的壁142作用。热应力148表示沿裂缝壁142，即裂缝边界起作用的热应力组分，将其减弱以允许与裂缝壁142正交的裂缝形成。图5(b)给出裂缝132处的地层36中会发生何种温度变化的图示说明。鉴于根据裂缝132(正交)的温度150对距离152，我们得到地层或原始温度154，其以恒定值156给出。当流体64得到冷却时，裂缝132处的温度150将处于值158下，其比关井时的原始温度值156要低得多。然而，关井时的温度曲线在始于裂缝132的短距离164内便上升到原始温度156。关井时的热应力148可被认为是‘早期浅(early shallow)’应力。通过使井22关闭持续时间段120，从裂缝132移动的温度曲线将发生改变。关井结束时的所得曲线166显示裂缝132处的温度值160，其处于关井时的温度值158与原始温度156之间。随后取始于裂缝132的另一距离168，达到原始温度156的曲线166更浅。因此，现存在经引发的‘后期深(late deep)’热应力148，其诱发与裂缝132的壁142正交的裂缝产生。

当以低喷射速率114实现地层36拉伸断裂时，所述方法10基本上为a-seismic。这意味着方法10会产生未可通过地震台阵(seismic array)记录的裂缝，此类倾斜仪等为用于测量裂缝的常见技术。因此，在不存在天然裂缝的情况下，例如在现有技术中通常被看作是“不可压裂”的富粘土地层中可以使用本发明方法10。方法10可产生裂缝，并且更确切地说，产生完全‘人造’的裂缝网络16，以使得所谓的‘甜点(sweet spot)’可产生在地层36中的任何位置。

所得裂缝网络16展示在图6中。从井眼44会看到极高导流性裂缝20的网络，所述裂缝已通过后续的喷射循环122产生。与如将通过天然和初期裂缝网络看到的无规图案相比，裂缝18呈现彼此正交，显示通过因沿裂缝表面的热应力引起的拉伸断裂形成。高导流性裂缝18源自极高导流性裂缝20。热应力148显示接近于井眼44的裂缝20、18的高度致密网络16，其密实度随移离井眼44而降低。在一些情况下，以井眼44为中心，出现三个渗透区。在最终循环124中喷射支撑剂66与流体64时，已测定出支撑剂体积和粒径以使得所有极高导流性裂缝20都将填充有支撑剂，同时避免发生滤砂的任何可能性。在开采烃期间，加撑的极高导流性裂缝20是主要渗透管道。喷射循环122的高导流性裂缝18目前是低导流性裂缝，其将部分闭合但仍促成将烃进给到主要流体管道。

对于每一喷射循环122b-d来说，测定多个裂缝参数为有利的，以便帮助选择每一喷射循环122的喷射速率、喷射持续时间116和每一关井期的持续时间120。在水性流体122的每一喷射循环之后测定的裂缝参数为：

(a)极高导流性裂缝的体积；

(b)极高导流性裂缝的侧向延伸部分；

(c)极高导流性裂缝的表面；和

(d)整体裂缝网络形状的评估。

现在参考图7，其显示用于测定极高导流性裂缝的体积的图式170。图式170显示在循环122开始时，所测量的井下压力110对喷射体积172。这显示在固定梯度下呈直线形式急剧上升，之后朝向水平拖尾的曲线174。曲线174拖尾的点176反映出一个或多个裂缝的形成引起井下压力下降。点176可被称为裂开压力(Leak-Off Pressure；PLOT)。所属领域的技术人员将认识到，通过使用压缩方程点176处的固定梯度等效于体积。此类方程为所属领域的技术人员已知。为了进行这些测量，在循环122开始时，使水性流体64的喷射速率114处于0.5到2bpm范围内，并且使井下压力计的数据采集速率处于1与10Hz之间。

如图6中所示，在最终循环124期间喷射支撑剂66以填充极高导流性裂缝20的体积。当测定好极高导流性裂缝的体积时，我们可测定出所需支撑剂66的体积。计算支撑剂66的体积使得所述方法更高效，因为只有所需量会得到混合和使用。还会防止脱砂发生。支撑剂的体积经选择而处于极高导流性裂缝的体积的30％到70％范围内，以使得其余百分比为用于将支撑剂66携载到极高导流性裂缝20中的水性流体64。

现在参考附图中的图8，其显示用于测定极高导流性裂缝的侧向延伸部分的图式178。图式178显示关井118时的井下压力110对时间14。在每一循环122的关井118时，水性流体64的喷射速率114处于1到2bpm范围内并且井下压力计的数据采集速率在10与100Hz之间，或至少前一分钟如此。如果快速关井，图式178将显示具有峰和谷的水击压力波180，其展示井22和地层36中水击压力波自刚性反射体的反射。如果缓慢关井，那么水击波180将为过于削平的(truncated)。这个波180可同样被视为地震中的声波。通过用快速傅里叶变换(fast Fourier Transform)处理波180，可根据反射体与井下压力计的距离，使用水性流体中的音速解释所述变换的频率分量，以得到相当于极高导流性裂缝的侧向延伸部分的距离。侧向延伸部分会给出可从其提取到烃的地层体积的指示，并且如上文所论述，其是产生烃产量的具有足够的侧向延伸部分的裂缝。

接下来需要测定极高导流性裂缝的表面。表面较大，可通过热应力产生的裂缝越多。为了实现这，以逐步方式进行关井118。在喷射的水性流体64的持续时间116之后，以约1bpm的梯级，1到5分钟的步进持续时间降低喷射速率114。数据采集频率设定在1与10Hz之间。在图8中，停止喷射的最后一个步骤用于获得水击波180。喷射速率182的梯级展示在图9上，以匹配由逐步关井引起的随时间14推移井下压力110中存在的梯级。曲线184用于测定跨越两个速率梯级的压力差186。随后进行摩擦损失188的计算以得到摩擦损失188对喷射速率的曲线图190。曲线图190展示在图10中。计算最佳多项式拟合曲线192。已知极高导流性裂缝20的体积(图7)和其大致形状(图8)，使用最佳多项式拟合曲线192来推导极高导流性裂缝20的数量、地层36中裂缝网络16与岩石基质之间的表面积和极高导流性裂缝20的平均开度。极高导流性裂缝20的平均开度可用于测定支撑剂粒度。通过选择每一支撑剂颗粒的粒度小于或等于平均开度，可确保极高导流性裂缝20将得到紧密地填充并且因此得到很好地加撑。通过选择支撑剂66的颗粒粒度，最终喷射步骤124要比现有技术更有成本效益并且得到优化。

通过建立针对每一关井118的特征性曲线来限定整体裂缝网络形状的评估结果。优选地，在每一喷射循环之后实时追踪所述形状。伴随导数194，对照关井时间120绘制井下压力110的半对数导数。特征性曲线196展示在图11中。优选地，所述曲线提供三个斜度198、200、202，其中每一斜度的持续时间表明压力扩散的持续时间。关井时的第一斜度198表示平坦裂缝中的压力扩散；第二斜度200表示平坦裂缝和正交裂缝中的压力扩散；并且第三斜度202表示“伪”裂缝网络中的压力扩散。在完成每一循环122a-c时，分析特征性曲线196，并且针对后续的喷射循环122b-d调整喷射速率114、喷射持续时间116和关井期120以调节接下来的特征性曲线。目标为将喷射水性流体64的后续循环122上的初始两个斜度198、200的持续时间降到最低，以使得最大压力扩散跨越已形成的理想的伪各向同性裂缝网络16。

在本发明的一个实施例中，冷却水性流体64的喷射循环122将耗费两周时间段，其中水性流体64和支撑剂66的最终循环124仅耗费数小时。

当首先完成井并且对每一井段进行打孔(即所述方法为主要水力压裂技术)时或在使用传统方法水力压裂井(这将被视为再压裂)之后，方法10可在如图2所示的完井的独立井段处施用。此类再压裂将在缺乏具有足够的侧向延伸部分的裂缝的井段处获取烃。

本发明之主要优点在于提供一种针对烃开采，在地震性方法中通过在产生具有足够的侧向延伸部分的各向同性断裂网络的井中进行水力压裂来增加烃产量的方法。

本发明的另一个优点在于提供一种通过在相较于传统水力压裂方法，需要减少的泵数量的井中进行水力压裂来增加烃产量的方法。

本发明的又一个优点在于提供一种通过在可使用任何可用供水，甚至来自相邻常规或非常规井的采出水的井中进行水力压裂来增加烃产量的方法。

本发明之再一个优点在于提供一种通过在井中的井段处产生人造‘甜点’的井中进行水力压裂来增加烃产量的方法。

可以在不脱离本发明范畴的情况下对本文中所描述的本发明进行修改。举例来说，应了解，一些图式是以理想化形式显示并且图式的说明可需要价值判断以便确定针对后续喷射循环的喷射速率、喷射持续时间和关井期。另外，在本文中的描述中，我们设想一种完井，在所述完井中，导管被凝结在适当位置以提供经打孔而暴露地层的水泥护套。所属领域的技术人员将认识到，存在提供使地层暴露于开采导管的管道的替代性方式的其它可用完成方法。也可采用外部封隔器来使每一井段和开采区与其相邻井段和开采区分离。可通过打开阀门或移动滑套以暴露开采尾管(即打孔尾管)的槽形部分来暴露地层，从而允许流体在井段处的地层与开采导管的内管道之间通过。

Claims (25)

1.一种通过在井中进行水力压裂来增加烃产量的方法，所述井具有至少一个暴露地层中的岩石的打孔井段，并且在井段处，所述方法包含以下步骤：将水性流体喷射于所述地层中，随后将水性流体和支撑剂喷射于所述地层中，其特征在于：

存在喷射所述水性流体的多次循环，随后以单次循环喷射所述水性流体和一定体积的支撑剂，其中每一循环在关井期内终止；

所述支撑剂的体积根据井下压力的测量结果得到测定；

并且所述方法是地震性的，其中喷射速率较低而防止震动所述地层，并且所述喷射的水性流体的温度不高而诱发所述岩石拉伸断裂，并且因此提供针对烃开采的具有足够的侧向延伸部分的极高导流性裂缝和高导流性裂缝的裂缝网络。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用于泵送所述水性流体的所述喷射速率小于15bpm(桶/分钟)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述喷射速率在4到15bpm范围内。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中对于一次或多次循环，所述喷射速率小于2bpm。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述喷射速率小于1bpm。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述喷射速率在每一循环中会有所不同。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述水性流体的温度足以产生形成新裂缝所需的热应力。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在喷射之前对所述水性流体进行冷却。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述水性流体的温度小于所述井段处所述地层的温度。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中根据由先前循环计算出的裂缝参数的分析结果来测定每一循环的用于泵送所述水性流体的所述喷射速率、喷射持续期间、压力及关井期持续时间。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述裂缝参数选自包含以下中的一个或多个的群：所述极高导流性裂缝的体积、所述极高导流性裂缝的侧向延伸部分、所述极高导流性裂缝的表面和整体裂缝网络形状的评估。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述水性流体的每一喷射循环之后计算出全部所述裂缝参数。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中使用位于所述井中的井下压力计来测量所述井下压力，并且其中所述井下压力计具有至少1Hz的数据采集速率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述数据采集速率在1与10Hz之间。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述数据采集速率在10与100Hz之间。

16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在关井时，所述喷射速率以逐步方式减小。

17.根据权利要求16所述的方法，其中最终关井前的最终步骤的所述喷射速率小于2bpm。

18.根据权利要求16所述的方法，其中在约1到5分钟内完成每一步骤。

19.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在每一循环开始时，水性流体的所述喷射速率小于2bpm。

20.根据权利要求19所述的方法，其中水性流体的所述喷射速率在0.5到2bpm范围内。

21.根据任一前述权利要求所述的方法，其中根据所述极高导流性裂缝的体积的计算结果测定所述支撑剂体积。

22.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述水性流体为水。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述水性流体是来自另一个井的采出水。

24.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：堵住所述井段，打孔并且沿井筒使用根据任一前述权利要求所述的喷射循环步骤增产后续井段，疏通所述井，回采所述水性流体并开采烃。

25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在先前已通过水力压裂来增产的井段处进行所述方法。