一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法及應用的製作方法
2023-05-31 16:14:36 1
一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法及應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及蚓孔式支撐劑團鋪置方法，包括步驟如下：將水溶性顆粒、普通支撐劑、玻璃纖維和壓裂液在在混砂車中混合均勻，製得混砂液，壓裂開始時，將前置液泵入地層，使地層形成一定寬度和長度的裂縫；將混砂液採用脈衝加砂方式以2-8m3/min的排量泵入地層，支撐已經形成的裂縫幾何形狀。本發明利用水溶性顆粒強度高、水溶特性、隨溫度變化特性，作為壓裂用支撐劑注入地層裂縫：地層在水溶性支撐劑未溶解前被壓實，與所述支撐劑團、所述普通支撐劑形成不均勻分布；水溶性顆粒溶解後隨油(氣)水排出儲層，由於水溶性顆粒的缺失而形成的孔隙與支撐劑團間的縫隙構成了油氣流動的具有超高導流能力的通道。
【專利說明】一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法及應用，屬於油氣田開發研宄的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國低滲透、特低滲透、非常規(如煤層氣、頁巖油氣、緻密砂巖油氣)油氣藏分布廣泛，擁有較大的開發潛力。早期因開採難度大而未被全面開發，目前隨著世界範圍內能源需求之間的矛盾日益尖銳，低滲、特低滲、非常規儲層越來越成為能源的主體。但由於其低孔、超低滲等特徵，油、氣在儲層基質中的滲流阻力極大，一般低產甚至無自然產能，從而難以實現經濟開發價值。低滲透、特低滲透油氣藏的這些特徵使得常規的壓裂增產改造技術不再適用，必須探索研宄新型的壓裂改造工藝，改變支撐劑在縫內的鋪置形態，增加油氣滲流通道、減小滲流阻力以實現低滲油氣藏的經濟有效開採。因此在水力壓裂中，支撐劑在裂縫中的鋪置對作業的成功與否起著至關重要的作用。
[0003]目前國內壓裂現場，多數情況下選擇單一規格的支撐劑完成整條裂縫的充填，這種常規鋪置形態與原始儲層相比，理論上滲透率通常可提高百倍至千倍，但支撐劑間緊密的排列方式導致滲流通道極易被壓裂液破膠殘渣、支撐劑破碎顆粒等堵塞，同時裂縫內部由於支撐劑的嵌入等造成汙染，使裂縫的導流能力大大降低，壓後試井測得的裂縫滲透率常常只能達到實驗室的十分之一，甚至百分之一。針對該情況，現場提出相應的改進方案:將不同粒徑的支撐劑按一定的比例分段注入裂縫中，通常採用裂縫前段鋪置小粒徑支撐劑，中部鋪置中等粒徑支撐劑，縫口位置鋪置大粒徑的分段鋪置方式。實驗證明當不同粒徑支撐劑組合時，既能提高支撐劑的抗壓能力，又能保證較高的導流能力，但現場實際操作時難於確保支撐劑能夠實現按粒徑分段鋪置，往往是大小混合在一起，因此該方法提高裂縫導流能力的作用有限。
[0004]近兩年來，國內研製出一種通道壓裂技術。中國專利文獻CN103306659A(申請號:201310279118.8)公開了一種實現超高導流能力的壓裂工藝，該技術與常規壓裂的區別是改變了裂縫內的支撐劑的鋪置形態，把常規均勻鋪置變為非均勻的分散鋪置，人工裂縫由眾多像橋墩一樣的「支柱」支撐，支柱與支柱之間形成暢通的「通道」，眾多「通道」形成網絡，從而實現大裂縫內包含眾多小裂縫的形態，極大地提高了油氣滲流能力，所以被形象的稱之為「高速通道」壓裂工藝。但該方法在現場實施較為困難時，對施工參數如施工排量、加砂程序、壓裂液粘度的要求較高，一旦參數設置不合理，就達不到理想的效果；其次難於控制支撐劑非均勻分散鋪置，縫內易出現大面積缺少支撐劑充填，更難於形成「支柱」，導致裂縫閉合，影響了壓裂的效果；再者基於長期生產，裂縫在地層應力的作用下不斷閉合，容易導致支撐劑「支柱」壓實變形(結構如圖1所示)，從而大大降低裂縫導流能力。
[0005]針對已有技術的不足，中國專利文獻CN102865061A(申請號:201210407602.X)提出一種支撐劑的蜂窩式鋪置方式，利用蜂窩式孔隙來提高裂縫的滲透率和導流能力，同時又可保證裂縫始終處於被支撐狀態，保持張開，同時有助於壓裂液的壓後返排及壓碎支撐劑顆粒的有效返排，很大程度上保證了裂縫高導流能力的長期有效性。但該方法中提出的油溶性支撐劑僅適用於油井且油流豐富的油井，對於氣井無任何作用，由此極大地限制了其適用範圍；此外油溶性支撐劑的顆粒和密度均大於普通支撐劑，這一特點引起了施工過程中攜砂液的攜砂困難。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法，綜合應用通道壓裂技術、纖維材料及水溶性材料形成多條錯綜複雜的束狀孔道作為油氣流動的主要通道，從而有效提高油氣井中壓裂裂縫的滲透率和導流能力；纖維材料的使用有助於提高壓裂液的攜砂作用，支撐劑更易進入深部地層，保證了裂縫始終處於被支撐張開狀態；此外，束狀通道有助於壓裂液的壓後返排以及壓碎支撐劑顆粒的有效返排，很大程度上降低了壓裂液對油氣藏的汙染程度。
[0007]術語說明:
[0008]1.普通支撐劑:為壓裂支撐劑，是一種陶瓷顆粒產品，具有很高的壓裂強度，主要用於油田井下支撐，以增加石油天然氣的產量，屬環保產品。此產品利用優質鋁礬土等多種原材料，用陶瓷燒結而成，是天然石英砂、玻璃球、金屬球等中低強度支撐劑的替代品，對增產石油天然氣有良好效果。石油天然氣深井開採時，高閉合壓力低滲透性礦床經壓裂處理後，使含油氣巖層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出。用陶粒支撐材料隨同高壓溶液進入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使油氣暢通，增加產量。
[0009]2.前置液:在水力壓裂過程中的作用是破裂地層並形成一定幾何尺寸的裂縫以備後面的攜砂液進入。在溫度較高的地層裡，它還可以起一定的降溫作用。有時為了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加細砂或粉陶(粒徑100目，砂比5-10%左右)以堵塞地層中的裂隙，減少液體的濾失。胍膠基液、氯化鉀溶液、酸液常用作前置液。
[0010]3.水溶性支撐劑:為壓裂用支撐劑，是一種具有很高的壓裂強度的水溶性顆粒，在特定的溫度範圍內，遇水後能夠完全溶解成澄明溶液，無焦肩等雜質，主要用於油氣田井下壓裂支撐，以增加石油天然氣的產量，屬環保產品。此產品工藝製作過程一般可分為:提取、精製、制粒、乾燥、整粒、質量檢查及包裝等步驟，現場將其與常規壓裂支撐劑適量混合打入地層，在地層溫度未恢復之前，兩種支撐劑共同支撐裂縫使其不因地層應力釋放而閉合，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出；一旦地層溫度恢復至水溶性支撐劑的溶點，水溶性支撐劑迅速溶解並隨油(氣)水流出，同時形成較大的空隙使油氣暢通，增加產量。
[0011]4.纖維:目前纖維材料廣泛用於油氣生產的多個方向，如纖維防砂工藝和通道壓裂工藝。纖維均勻分散壓裂液中，利用其自身低密度的特性，可很好地起到攜砂、固砂、穩砂的作用。
[0012]本發明的技術方案如下:
[0013]一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法，包括步驟如下:
[0014](I)製備混砂液，將水溶性顆粒、普通支撐劑、纖維和壓裂液在混砂車中混合均勻，製得混砂液，所述的水溶性顆粒根據地層原始溫度選擇具有對應溶點的水溶性顆粒，當地層溫度為40?90°C時，選擇熔點20?120°的水溶性顆粒；
[0015]水溶性顆粒支撐劑總體積的5%?30%，所述支撐劑總體積是指水溶性顆粒和普通支撐劑的體積之和；
[0016]普通支撐劑佔支撐劑總體積的70 %?95 % ;
[0017]纖維的加入量為每立方米的支撐劑總體積中加入纖維的質量為0.5?30kg ；
[0018]砂比為5%?90%，所述砂比為支撐劑總體積與壓裂液體積的比值；
[0019](2)壓裂開始時，向地層泵入前置液，使地層形成一定寬度和長度的裂縫；
[0020](3)將步驟⑴製得的混砂液泵入地層，以支撐步驟(2)形成的裂縫幾何形狀。
[0021]本發明優選的，所述的水溶性顆粒原料包括骨膠、磺化瀝青和胍膠，骨膠:磺化瀝青:胍膠的重量比為(3-9): (1-6): (1-5)，製備方法如下:將水加熱至70?80°C，保持溫度加入骨膠，攪拌，使骨膠完全溶解；待溫度降至40?50°C後，加入磺化瀝青，攪拌均勻；再加入胍膠強力攪拌均勻，製得混合物料，將混合物料製得厚度1-4_餅狀，自然乾燥後；粉碎過篩，製得水溶性顆粒。本發明的水溶性支撐劑溶解速度快，成本低，不汙染儲層。
[0022]本發明的骨膠:磺化瀝青:胍膠不同的重量比可以製備出不同熔點的水溶性顆粒，以滿足不同儲層溫度的溶點。
[0023]本發明優選的，所述水溶性顆粒的粒徑為0.4?0.9mm，普通支撐劑的粒徑優選的與水溶性顆粒的粒徑相同。
[0024]本發明優選的，所述的纖維長度為5mm?20mm，密度0.7?3g/cm3，單絲直徑15?20 μπι，熔點> 350°C，鹼含量< 0.8。本發明的纖維分散性好，結合泵入方式可以使部分支撐劑在裂縫成團，產生超高導流能力，未成團的分散的支撐劑顆粒圍繞在支撐劑團周圍可有效地減小因地應力釋放而引起的支撐劑團壓實、變形作用。
[0025]本發明優選的，步驟(3)中，混砂液採用脈衝泵入的方式，以2-8m3/min的排量泵入地層，所述脈衝周期為1s?300s。
[0026]上述蚓孔式支撐劑團鋪置方法在開採原油中的應用如下:
[0027]水溶性支撐劑與普通支撐劑製成混砂液的形式同時進入地層，在裂縫內，支撐地層形成裂縫，且在縫內受力均衡；壓裂施工結束後，隨著生產工作的進行，儲層溫度逐漸恢復，儲層溫度恢復至水溶性支撐劑的溶點，水溶性支撐劑迅速溶於水中，並隨油或氣水流出，水溶性支撐劑的缺失而形成的較多、較大的孔隙，孔隙與通道壓裂形成的通道共同連成多條縱橫交錯的束狀導流路徑。
[0028]有益效果
[0029]1、本發明結合了通道壓裂與蜂窩式支撐劑鋪置的優點，同時相應地克服了其存在的缺點，將水溶性支撐劑、普通支撐劑、纖維及混砂液，以獨特的泵入方式注入地層裂縫；
[0030]2、水溶性支撐劑的特性隨溫度變化，在特定的溫度範圍內完全溶於水，並隨油(氣)水排出地層，所以本發明適用範圍廣，可適用於所有油氣儲層；
[0031]3、水溶性支撐劑溶解後隨油(氣)水排出，由於水溶性顆粒的缺失而形成較多、較大的孔隙，由於地層已經壓實，所以這些孔隙將不會被填滿，從而使得裂縫內的孔隙度大大提高，裂縫導流能力也將增加數5倍一 10倍。
[0032]4、本發明中採用通道壓裂技術，加有纖維的壓裂液、獨特的泵注程序使部分支撐劑在裂縫成團，產生超高導流能力，比常規裂縫導流能力高I一3個數量級；
[0033]5、本發明對支撐劑團的分散性沒有特別要求，未成團的分散的支撐劑顆粒圍繞在支撐劑團周圍可有效地減小因地應力釋放而引起的支撐劑團壓實、變形作用。
[0034]6、由於裂縫內支撐劑的孔隙較大，在生產過程當中一些壓碎支撐劑顆粒，以及破膠不徹底的壓裂液殘渣也會通過這些束狀通道逐漸排出地層，有利於減少儲層汙染並可進一步提尚裂縫導流能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1現有通道壓裂支撐劑柱經使用一段時間後壓實變形結構示意圖。
[0036]圖2為當混砂液注入裂縫、地層壓實之後，裂縫的局部主視剖面圖。
[0037]從圖2中可以看到混砂液是均勻鋪置在裂縫當中，當裂縫閉合時，水溶性顆粒以及普通支撐劑共同支撐裂縫，結構穩固，且均勻受力；
[0038]圖3為隨著生產活動的進行，儲層溫度恢復到所述的水溶性支撐劑的溶點，水溶性顆粒完全溶解並且隨著油(氣)水排出地層後的裂縫局部主視剖面圖。
[0039]從圖3中可以看到，當水溶性支撐劑被溶解之後，由於環繞其周圍的普通支撐劑已經被壓實，溶解後的孔隙不被充填，縫內整體形成多條錯綜複雜的束狀通道。
[0040]圖4為水溶性顆粒完全溶解並且隨著油(氣)水排出地層後的裂縫後形成束狀導流路徑局部主視剖面圖。
[0041]在圖2-4中，1、地層；2、支撐劑團；3、普通支撐劑；4、水溶性支撐劑；5、束狀導流路徑。
【具體實施方式】
[0042]下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護範圍不限於此。
[0043]原料來源
[0044]實施例中使用的玻璃纖維購自江蘇鹽城纖維製品有限公司。
[0045]壓裂液採用胍膠壓裂液，胍膠壓裂液為現場配製，壓裂液的基液:0.40%胍膠、0.3%防膨劑、0.5%發泡劑、0.5%助排劑、0.1 %殺菌劑和清水；交聯液:有機硼交聯劑；交聯比:100:0.7O
[0046]普通支撐劑購買自山東勝利方圓陶業公司。
[0047]實施例1
[0048]一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法，包括步驟如下:
[0049](I)製備混砂液，將水溶性顆粒、普通支撐劑、玻璃纖維和壓裂液在在混砂車中混合均勻，製得混砂液，所述的水溶性顆粒根據地層原始溫度選擇具有對應溶點的水溶性顆粒，水溶性顆粒原料包括骨膠、磺化瀝青和胍膠，骨膠:磺化瀝青:胍膠的重量比為4:1: 1，製備方法如下:將水加熱至80°C，保持溫度加入骨膠，攪拌，使骨膠完全溶解；待溫度降至50°C後，加入磺化瀝青，攪拌均勻；再加入胍膠強力攪拌均勻，製得混合物料，將混合物料製得厚度1-4_餅狀，自然乾燥後；粉碎過篩，製得水溶性顆粒。
[0050]所述水溶性顆粒支撐劑總體積的25 %，所述支撐劑總體積是指水溶性顆粒和普通支撐劑的體積之和；
[0051 ] 普通支撐劑佔支撐劑總體積的75 % ；
[0052]纖維的加入量為每立方米的支撐劑總體積中加入纖維的質量為1kg ；
[0053]砂比為5%，所述砂比為支撐劑總體積與壓裂液體積的比值；
[0054](2)壓裂開始時，向地層泵入前置液，使地層形成一定寬度和長度的裂縫；
[0055](3)將步驟⑴製得的混砂液的泵入方式採用脈衝加入方式，以2-8m3/min的排量泵入地層，所述脈衝周期為1s?300s，以支撐步驟(2)形成的裂縫幾何形狀。
[0056]本發明優選的，所述水溶性顆粒的粒徑為0.5mm，普通支撐劑的粒徑優選的與水溶性顆粒的粒徑相同。
[0057]實施例2
[0058]如實施例1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法，不同之處在於，
[0059]步驟⑴中，骨膠:磺化瀝青:胍膠的重量比為7: 4: 3，製備方法如下:將水加熱至75°C，保持溫度加入骨膠，攪拌，使骨膠完全溶解；待溫度降至45°C後，加入磺化瀝青，攪拌均勻；再加入胍膠強力攪拌均勻，製得混合物料，將混合物料製得厚度1-4_餅狀，自然乾燥後；粉碎過篩，製得水溶性顆粒。
[0060]所述水溶性顆粒支撐劑總體積的15%，所述支撐劑總體積是指水溶性顆粒和普通支撐劑的體積之和；
[0061 ] 普通支撐劑佔支撐劑總體積的85 % ；
[0062]纖維的加入量為每立方米的支撐劑總體積中加入纖維的質量為1kg ；
[0063]砂比為20%，所述砂比為支撐劑總體積與壓裂液體積的比值；
[0064]所述水溶性顆粒的粒徑為0.4-0.9mm，普通支撐劑的粒徑優選的與水溶性顆粒的粒徑相同。
[0065]實施例3
[0066]如實施例1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法在油氣開採中的應用如下:
[0067]水溶性支撐劑與普通支撐劑製成混砂液的形式同時進入地層，如圖2-圖4所示，在裂縫內，多數普通支撐劑3與少量的水溶性支撐劑4在採用脈衝加砂方式的作用下，聚集形成支撐劑團1，其餘的普通支撐劑3與特殊的水溶性支撐劑4隨機分散於裂縫的各個區域，注入地層中的所有支撐劑以圖1形式不均勻分布於縫內；當裂縫閉合之後，地層壓實2，裂縫內部受力均衡，所述水溶性顆粒和普通支撐劑共同支撐一條具有一定寬度一定長度的裂縫；如圖2所示。
[0068]當壓裂施工結束之後，地層溫度隨生產活動的不斷進行而回升，但儲層溫度恢復至水溶性顆粒的溶點後，水溶性顆粒4全部溶解，隨油(氣)水流出(如圖3所示)；由於水溶性顆粒4的缺失形成較多、較大的孔隙，這些孔隙與支撐劑「支柱」間的縫隙連同後，即形成多條縱橫交錯的束狀流動通道5，形象地稱之為「蚓孔」;如圖4所示。
【權利要求】
1.一種蚓孔式支撐劑團鋪置方法，包括步驟如下: (1)製備混砂液，將水溶性顆粒、普通支撐劑、纖維和壓裂液在在混砂車中混合均勻，製得混砂液，所述的水溶性顆粒根據地層原始溫度選擇具有對應溶點的水溶性顆粒，當地層溫度為40?90°C時，選擇熔點20?120°的水溶性顆粒； 所述水溶性顆粒支撐劑總體積的5%?30%，所述支撐劑總體積是指水溶性顆粒和普通支撐劑的體積之和； 普通支撐劑佔支撐劑總體積的70%?95% ; 纖維的加入量為每立方米的支撐劑總體積中加入纖維的質量為0.5?30kg ； 砂比為5%?90%，所述砂比為支撐劑總體積與壓裂液體積的比值； (2)壓裂開始時，向地層泵入前置液，使地層形成一定寬度和長度的裂縫； (3)將步驟(I)製得的混砂液泵入地層，以支撐步驟(2)形成的裂縫幾何形狀。
2.根據權利要求1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法，其特徵在於，所述的水溶性顆粒原料包括骨膠、磺化瀝青和胍膠，骨膠:磺化瀝青:胍膠的重量比為(3-9): (1-6): (1-5)，製備方法如下:將水加熱至70?80°C，保持溫度加入骨膠，攪拌，使骨膠完全溶解；待溫度降至40?50°C後，加入磺化瀝青，攪拌均勻；再加入胍膠強力攪拌均勻，製得混合物料，將混合物料製得厚度l_4mm餅狀，自然乾燥後；粉碎過篩，製得水溶性顆粒。
3.根據權利要求1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法，其特徵在於，所述水溶性顆粒的粒徑為0.4?0.9mm，普通支撐劑的粒徑優選的與水溶性顆粒的粒徑相同。
4.根據權利要求1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法，其特徵在於，所述的纖維長度為5mm?20mm，密度0.7?3g/cm3，單絲直徑15?2(^111，熔點> 350°C，鹼含量< 0.8。
5.根據權利要求1所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法，其特徵在於，步驟(3)中，混砂液的泵入方式採用脈衝方式以2-8m3/min的排量泵入地層，所述脈衝周期為1s?300s。
6.權利要求要求I所述的蚓孔式支撐劑團鋪置方法在開採原油中的應用如下: 水溶性支撐劑與普通支撐劑製成混砂液的形式同時進入地層，在裂縫內，支撐地層形成裂縫，且在縫內受力均衡；壓裂施工結束後，隨著生產工作的進行，儲層溫度逐漸恢復，儲層溫度恢復至水溶性支撐劑的溶點，水溶性支撐劑迅速溶於水中，並隨油或氣水流出，水溶性支撐劑的缺失而形成的較多、較大的孔隙，孔隙與通道壓裂形成的通道共同連成多條縱橫交錯的束狀導流路徑。
【文檔編號】E21B43/267GK104453829SQ201410549071
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】溫慶志, 劉欣佳, 戰永平, 高金劍, 劉華, 段曉飛, 王淑婷, 王峰 申請人:中國石油大學(華東)