CN102865061A - 支撑剂的蜂窝式铺置方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，包括步骤如下：选取吸附普通支撑剂的油溶性颗粒、普通支撑剂和压裂液按以下体积比在混砂车中混合均匀，形成混砂液；压裂开始时，将前置液泵入地层，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；将混砂液泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。本发明还提供上述支撑剂的蜂窝式铺置方法在开采原油中的应用。本发明利用油溶性颗粒吸附普通支撑剂、油溶特性，将混砂液注入地层裂缝：地层在油溶性颗粒未溶解前被压实，所述普通支撑剂形成蜂窝式排列；油溶性颗粒随原油排出地层，由于油溶性颗粒的缺失而形成的蜂窝式排列的孔隙，从而使得裂缝内的孔隙度大大提高，裂缝导流能力也将增加数5-10倍。

Description

支撑剂的蜂窝式铺置方法及应用

技术领域

本发明涉及一种支撑剂的蜂窝式铺置方法及应用，属于油气田开发研究的技术领域。

背景技术

我国低渗透、特低渗透油气藏分布广泛，大多数低渗透油气藏不进行储层增产改造难于获得工业油气，目前进行油气藏的增产措施主要是水力压裂技术。水力压裂的目的是建立从地层到井筒的流动路径，提高油气井产能。常规压裂技术通常采用支撑剂填充裂缝，保持裂缝开启，使裂缝具有较高的导流能力，从而建立有效的生产通道。因此在水力压裂中，支撑剂在裂缝中的铺置对作业的成功与否起着至关重要的作用。

目前国内油田现场压裂中，很多施工过程是使用单一支撑剂直接对裂缝进行填充，这样相比于原始油气藏其导流能力的确提高很多。但是，压裂液破胶残渣、支撑剂破碎颗粒等都会堵塞孔道，还有支撑剂的嵌入等造成了裂缝内部污染，都会使裂缝的导流能力大大降低，压后试井测得的裂缝渗透率常常只能达到实验室的十分之一，甚至百分之一。为了进一步的提高裂缝导流能力，国内提出一种将不同粒径的支撑剂按一定的比例分段注入裂缝中，这样既能提高支撑剂的抗压能力，又有更高的导流能力。实验证明当不同粒径支撑剂组合时，为了获得更好的导流能力，应避免不同粒径支撑剂混合铺置，而采用在裂缝前段铺置小粒径支撑剂，裂缝中部铺置中等粒径支撑剂，缝口位置铺置大粒径的分段铺置方式，而现场实际操作时难于确保支撑剂能够实现按粒径分段铺置，往往是大小混合在一起，因此该方法提高裂缝导流能力的作用有限。

近两年来，国外研制出来一种高速通道压裂技术。该技术与常规压裂的区别是改变了裂缝内的支撑剂的铺置形态，把常规均匀铺置变为非均匀的分散铺置。人工裂缝由众多像桥墩一样的“支柱”支撑，支柱与支柱之间形成畅通的“通道”，众多“通道”形成网络，从而实现大裂缝内包含众多小裂缝的形态，极大地提高了油气渗流能力，所以被形象的称之为“高速通道”压裂工艺。但该方法在现场实施较为困难时，对施工参数如施工排量、压裂液粘度的要求较高，一旦参数设置不合理，就达不到理想的效果，难于做到支撑剂非均匀分散铺置，更难于形成“支柱”，此外，在裂缝内还容易出现大面积缺少支撑剂充填，导致裂缝闭合，影响了压裂的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，即形成类似于蜂窝的支撑剂充填铺置方法，利用蜂窝的孔隙来提高裂缝的渗透率和导流能力，同时又可保证裂缝始终处于被支撑状态，保持张开。在油气田水力压裂施工时，这种方法的支撑剂铺置方法可以大大提高裂缝导流能力，有利于油气的流通，并能确保裂缝始终保持张开的状态，此外，还有助于压裂液的压后返排以及压碎支撑剂颗粒的有效返排，很大程度上降低了压裂液对油气藏的污染程度。

本发明还提供了上述蜂窝式铺置方法的应用。

技术术语解释：

1.普通支撑剂：为压裂支撑剂，是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。此产品利用优质铝矾土等多种原材料，用陶瓷烧结而成，是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出。用陶粒支撑材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。实践证明，使用陶粒支撑剂压裂的油井可提高产量30－50%，还能延长油气井服务年限。

2.前置液：在水力压裂过程中的作用是破裂地层并形成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，它还可以起一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂或粉陶(粒径100目，砂比5-10％左右)以堵塞地层中的裂隙，减少液体的滤失。胍胶基液、氯化钾溶液、酸液常用作前置液。

本发明的技术方案如下：

一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，包括步骤如下：

（1）选取吸附普通支撑剂的油溶性颗粒、普通支撑剂和压裂液按以下体积比在混砂车中混合均匀，形成混砂液：

油溶性颗粒：占支撑剂总体积的25%~30%；所述支撑剂总体积是指油溶性颗粒和普通支撑剂的体积之和；

普通支撑剂：占支撑剂总体积的70%~75%；

砂比：砂比为5%~50%，所述砂比指的是支撑剂总体积与压裂液体积的比值；

所述油溶性颗粒的粒径为5-16目，所述普通支撑剂的粒径为20-40目；

（2）压裂开始时，向地层泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

（3）将步骤（1）的混砂液以2-5m³/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。

根据本发明优选的，所述的油溶性颗粒选用利用现有技术制备的油溶性粉陶，具体的制备工艺在中国专利文献CN101121879具有详细记载：油溶性粉陶是将石油树脂、降滤失剂、表面活性剂、软化点调节剂、有机物相容剂按质量百分比混合搅拌均匀加入反应釜中，然后温度升至150℃，压力保持在2MPa，反应2小时后减压冷却出料，支撑固体块状物，然后采用精致粉碎设备粉碎成所需颗粒尺寸大小。各原料的质量百分比为：石油树脂44~75%、降滤失剂15~35%、表面活性剂5~10%，软化点调节剂2~8%、有机物相容剂2~5%、有机防膨抑制剂2~5%。

上述支撑剂的蜂窝式铺置方法在开采原油中的应用如下：

油溶性颗粒和普通支撑剂形成蜂窝式排列：在裂缝内，单个油溶性颗粒将普通支撑剂吸附在其周围形成支撑剂团，所述支撑剂团连成片；当裂缝闭合之后，地层压实，裂缝内受力均衡，所述油溶性颗粒和普通支撑剂将地层支撑起来一条具有一定宽度一定长度的裂缝；

当压裂施工结束之后，随着采油的开始，油溶性颗粒全部溶解在原油中，随原油流出，由于油溶性颗粒的缺失而形成的蜂窝式排列的孔隙，成为原油的导流路径。

本发明的特点及优势：

本发明利用油溶性颗粒吸附普通支撑剂的特性和油溶特性，将混砂液注入地层裂缝：

油溶性颗粒的吸附特性，将普通支撑剂吸附在其周围，地层在油溶性颗粒未溶解前被压实，所述普通支撑剂形成蜂窝式排列；

油溶性颗粒的随温特性，油溶性颗粒溶于原油，随原油排出地层，由于油溶性颗粒的缺失而形成的蜂窝式排列的孔隙，由于地层已经压实，所以这些孔隙将不会被填满，从而使得裂缝内的孔隙度大大提高，裂缝导流能力也将增加数5倍—10倍。

由于裂缝内支撑剂的孔隙较大，在生产过程当中一些压碎支撑剂颗粒，以及破胶不彻底的压裂液残渣也会通过这些蜂窝式排列的孔隙逐渐排出地层，有利于进一步提高裂缝导流能力。

附图说明

图1为：当混砂液注入裂缝、地层压实之后，裂缝的局部主视剖面图。从图1中可以看到混砂液是均匀铺置在裂缝当中，当裂缝闭合时，油溶性颗粒以及普通支撑剂将裂缝撑开，普通支撑剂形成的环形结构稳固，且均匀受力；

图2为：采油开始后，油溶性颗粒逐渐原油被溶解并且随着原油排出地层后的裂缝局部主视剖面图。从图2中可以看到，当油溶性颗粒被溶解之后，由于环绕其周围的普通支撑剂已经被压实，且形成加固的环形结构将裂缝撑起，整体呈蜂窝状。

在图1-2中，1、油溶性颗粒；2、普通支撑剂；3、油溶性颗粒溶解后留下的蜂窝状孔隙；4、地层；5、压裂裂缝。

图3为分别采用本发明与对比例的铺置方法后，其裂缝的导流能力实验对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

以下实施例中所述的油溶性颗粒为利用现有技术制备的油溶性粉陶，具体的制备工艺在中国专利CN101121879具有详细记载：油溶性粉陶是将石油树脂、降滤失剂、表面活性剂、软化点调节剂、有机物相容剂按质量百分比混合搅拌均匀加入反应釜中，然后温度升至150℃，压力保持在2MPa，反应2小时后减压冷却出料，支撑固体块状物，然后采用精致粉碎设备粉碎成粒径5-16目的油溶性颗粒。各原料的质量百分比为：石油树脂44~75%、降滤失剂15~35%、表面活性剂5~10%，软化点调节剂2~8%、有机物相容剂2~5%、有机防膨抑制剂2~5%。

实施例1、

一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，包括步骤如下：

（1）选取吸附普通支撑剂的油溶性颗粒、普通支撑剂和压裂液按以下体积比在混砂车中混合均匀，形成混砂液：

油溶性颗粒：占支撑剂总体积的25%~30%；所述支撑剂总体积是指油溶性颗粒和普通支撑剂的体积之和；

普通支撑剂：占支撑剂总体积的70%~75%；

砂比：砂比为5%~50%，所述砂比指的是支撑剂总体积与压裂液体积的比值；

所述油溶性颗粒的粒径为5—16目，所述普通支撑剂的粒径为20-40目；

（2）压裂开始时，向地层中泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

（3）将步骤（1）的混砂液以2-5m³/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。

实施例2、

如实施例1所述支撑剂的蜂窝式铺置方法在开采原油中的应用如下：

油溶性颗粒和普通支撑剂形成蜂窝式排列：在裂缝内，单个油溶性颗粒1将普通支撑剂2吸附在其周围形成支撑剂团，所述支撑剂团连成片；当裂缝闭合之后，地层压4实，裂缝5内受力均衡，所述油溶性颗粒和普通支撑剂将地层支撑起来一条具有一定宽度一定长度的裂缝5；如图1所示。

当压裂施工结束之后，随着采油的开始，油溶性颗粒1全部溶解在原油中，随原油流出，由于油溶性颗粒1的缺失而形成的蜂窝式排列的孔隙，成为原油的导流路径；如图2所示。

由实验室条件测定，在承压的条件下：20~40目的普通支撑剂的孔隙度为25%~30%，当油溶性颗粒全部溶解之后，剩余普通支撑剂所形成蜂窝状孔隙的孔隙度将提高25%~30%，即孔隙度将至少增加150%。参考文献(沈宝明、冯彬、李治平等，高闭合压力裂缝导流能力变化规律理论指导，[J]大庆石油学院学报，2010,34（6）：83-86)可知，提出裂缝渗透率与裂缝内支撑剂的孔隙度关系如公式①：

$K=\∂\·\frac{{\mathrm{\φ}}^2{D}^2}{8\mathrm{\π}}$ ①

公式①中：K——裂缝内的渗透率；

——填充物系数；

φ——裂缝支撑剂孔隙度；

D——裂缝支撑剂直径；

由公式①可见，裂缝渗透率和裂缝的孔隙度的二次方、支撑剂直径的二次方成正比。

而裂缝导流能力为公式②所示：

F_RCD=K_f×W_f②

在公式②中，F_RCD：支撑裂缝导流能力

K_f：支撑裂缝渗透率

W_f：裂缝宽度

由公式①、②理论推算可知，采用本发明所述支撑剂的蜂窝式铺置方法后，其裂缝导流能力将是常规铺置方法的5倍-10倍。

对比例

对比例1、采用常规支撑剂铺置方法对人工裂缝进行铺置，所选混砂液中只加有粒度为20-40目的普通支撑剂。

对比例2、选用与上述参数完全相同的人工裂缝，按照实施例1、2所述的铺置方法对裂缝进行铺置，利用现有测量设备检测对比例1和对比例2中所述人工裂缝的导流能力，绘制如图3的对比表，由图3可知，随着裂缝的闭合压力增加，其导流能力也逐渐减小，但是采用蜂窝式铺置方法的裂缝的导流能力远远大于采用普通铺置方法的裂缝的导流能力。

Claims (3)

1.一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，其特征在于，包括步骤如下：

（1）选取吸附普通支撑剂的油溶性颗粒、普通支撑剂和压裂液按以下体积比在混砂车中混合均匀，形成混砂液：

油溶性颗粒：占支撑剂总体积的25%~30%；所述支撑剂总体积是指油溶性颗粒和普通支撑剂的体积之和；

普通支撑剂：占支撑剂总体积的70%~75%；

砂比：砂比为5%~50%，所述砂比指的是支撑剂总体积与压裂液体积的比值；

所述油溶性颗粒的粒径为5—16目，所述普通支撑剂的粒径为20-40目；

（2）压裂开始时，向地层泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

（3）将步骤（1）的混砂液以2-5m³/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。

2.根据权利要求1所述的一种支撑剂的蜂窝式铺置方法，其特征在于，所述的油溶性颗粒为利用现有技术制备的油溶性粉陶。

3.如权利要求1所述支撑剂的蜂窝式铺置方法在开采原油中的应用：

油溶性颗粒和普通支撑剂形成蜂窝式排列：在裂缝内，单个油溶性颗粒将普通支撑剂吸附在其周围形成支撑剂团，所述支撑剂团连成片；当裂缝闭合之后，地层压实，裂缝内受力均衡，所述油溶性颗粒和普通支撑剂将地层支撑起来一条具有一定宽度一定长度的裂缝；

当压裂施工结束之后，随着采油的开始，油溶性颗粒全部溶解在原油中，随原油流出，由于油溶性颗粒的缺失而形成的蜂窝式排列的孔隙，成为原油的导流路径。

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