CN103266877A - 一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法。基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统包括：井下外加磁场发生器、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路、地面电流电压控制器；其特征在于：所述的井下外加磁场发生器布置在压裂井井筒中的压裂层段附近，所述的井下外加磁场发生器与所述的地面电流电压控制器通过所述的地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路相连。本发明利用磁性支撑剂颗粒之间的磁引力形成“架桥”结构而有效地防止支撑剂在压裂液返排过程中发生回流，可以进一步防止压裂井投产后地层砂进入井筒；可抵缓压裂液返排过程中的流体拖曳力，降低支撑剂在缝中的运移幅度，进而缓解铺砂浓度的降低。

Description

一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于油气勘探开发领域，具体地，涉及一种支撑剂回流的控制系统和控制方法，特别是一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法。

背景技术

压裂技术是油气行业常用的一种储层改造措施，在油气开采过程中占据着非常重要的地位。压裂技术能否获得成功的关键之一是压裂支撑剂的性能和分布。压裂施工结束后，在排液和压后油气井正常生产过程中常常出现支撑剂回流现象，回流出的支撑剂有时达到支撑剂总量的20%以上。

支撑剂回流会影响压裂井的正常生产。一方面，回流出的支撑剂如果带到地面，可能侵蚀油嘴、阀门和其他设备，如果沉降在井筒，则可能掩埋射孔孔眼甚至井筒；另一方面，支撑剂回流会导致支撑缝长、缝宽和导流能力下降，影响压裂效果。这些都严重影响压后油气井的产量，增加不必要的作业措施和作业费用。因此，迫切需要一些防止支撑剂回流的控制技术来避免上述情况的发生。

为了有效地控制支撑剂回流，人们采用了包覆支撑剂技术、热塑薄带技术、表面改良支撑剂防砂技术、可变形支撑剂防砂技术、纤维控制支撑剂回流技术等控制技术和方法。上述控制技术和方法在一定程度上缓解了支撑剂回流问题，但因为要额外占据一定孔隙空间而对最终产能有影响，并且在压裂液返排过程中由于支撑剂的运移可能会进一步降低缝中的铺砂浓度。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法；磁性支撑剂颗粒在水力裂缝中依靠相互之间的磁引力而聚结形成“架桥”结构，不但能有效地解决压裂液返排过程中的支撑剂回流问题以及阻止地层砂进入井筒，而且还能防止因流体冲刷导致支撑剂运移而带来的铺砂浓度降低的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，包括：井下外加磁场发生器、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路、地面电流电压控制器；其特征在于：所述的井下外加磁场发生器布置在压裂井井筒中的压裂层段附近，所述的地面电流电压控制器布置在压裂井地面上，所述的井下外加磁场发生器与所述的地面电流电压控制器通过所述的地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路相连。

优选的，地面电流电压控制器为井下外加磁场发生器提供产生井下外加磁场的交变电场；人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下相互吸引、聚结而形成“架桥”结构。

优选的，所述的磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂中，所述磁性支撑剂占磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂的体积比例在10%到100%之间。

优选的，非磁性支撑剂为陶瓷颗粒支撑剂、石英砂支撑剂、玻璃球支撑剂、塑料球支撑剂、核桃壳支撑剂、树脂包覆支撑剂；磁性支撑剂为掺合磁性材料的压裂支撑剂，由磁性、超磁和/或顺磁性材料与支撑剂基料复合而成。

一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制方法，采用上述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；

在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：根据预先设计的压裂液返排速度，返排注入地层中的压裂液；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器7，完成支撑剂回流控制过程。

优选的，在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常。

一种压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，采用上述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；在压裂井地面还布置一组磁力计，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：恒定压裂液返排速度，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，通过地面电流电压控制器采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变施加给井下外加磁场发生器外加电场强度；磁性支撑剂颗粒在外加变化磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器，完成支撑剂回流控制过程。

优选的，在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常，磁力计为超导量子干涉仪。

一种压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，采用上述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；在压裂井地面还布置一组磁力计，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：通过地面电流电压控制器为井下外加磁场发生器施加恒定的外加电场，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变压裂液返排速度，磁性支撑剂颗粒在外加恒定磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器7，完成支撑剂回流控制过程。

优选的，在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常，磁力计为超导量子干涉仪。

相对于现有技术，本发明的优势在于：

1、本发明利用磁性支撑剂颗粒之间的磁引力形成“架桥”结构而有效地防止支撑剂在压裂液返排过程中发生回流。 

2、本发明依靠磁性支撑剂颗粒之间的磁引力而形成的“架桥”结构可以进一步防止压裂井投产后地层砂进入井筒。

3、本发明依靠磁引力将支撑剂颗粒聚结在一起，可抵缓压裂液返排过程中的流体拖曳力，降低支撑剂在缝中的运移幅度，进而缓解铺砂浓度的降低。

4、在压裂液返排过程中，通过改变外加磁场的强度，进而改变磁性支撑剂颗粒之间的聚结强度和聚结程度，形成非均匀的支撑剂铺置状态。

5、本发明结合磁法地球物理探测手段，还可进一步确定压裂液返排后磁性支撑剂在裂缝中的分布状态。

附图说明

图1为基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统的结构示意图。

图中，1、人工裂缝；2、磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂；3、井下外加磁场发生器；4、压裂井；5、地面；6、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路；7、地面电流电压控制器。 

具体实施方式

如图1所示，基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，包括：井下外加磁场发生器3、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路6、地面电流电压控制器7；所述的井下外加磁场发生器3与所述的地面电流电压控制器7通过所述的地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路6相连；所述的井下外加磁场发生器3布置在压裂井4井筒中的压裂层段附近，地面电流电压控制器7布置在压裂井地面5上，地面电流电压控制器7为井下外加磁场发生器3提供产生井下外加磁场的交变电场；人工裂缝1中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下相互吸引、聚结而形成“架桥”结构。

所述的磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂2中，非磁性支撑剂为未掺合磁性材料的压裂支撑剂，具有足够的抗压强度和抗磨损能力，能耐受注入时的强大压力和摩擦力，并有效地支撑人工裂缝，如陶瓷颗粒支撑剂、石英砂支撑剂、玻璃球支撑剂、塑料球支撑剂、核桃壳支撑剂、树脂包覆支撑剂；磁性支撑剂为掺合磁性材料的压裂支撑剂，具备非磁性支撑剂的力学性能和显著的磁性特征，由磁性、超磁和/或顺磁性材料与支撑剂基料复合而成，磁性材料由元素周期表中D区元素的金属颗粒或氧化物颗粒组成，其成分包括但不限于钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锆、铌、钼、铑、钯、钇、铪、钽、钨、铂或者上述元素的任意组合；磁性支撑剂颗粒的大小、强度、密度与非磁性支撑剂颗粒的大小、强度、密度接近；所述磁性支撑剂占磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂2的体积比例在10%到100%之间。

实施例1

基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制方法，采用上述基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井4的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器3；在压裂井地面5上布置压裂设备、地面电流电压控制器7，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路6把地面电流电压控制器7与井下外加磁场发生器3相连，并检查地面电流电压控制器7和井下外加磁场发生器3工作是否正常；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器7，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路6向井下外加磁场发生器3输入外加电场；

步骤4：根据预先设计的压裂液返排速度，返排注入地层中的压裂液；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器7，完成支撑剂回流控制过程。

实施例2：

压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，与实施例1所述方法的区别在于：

步骤1中：在压裂井地面还布置一组磁力计，如超导量子干涉仪，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤4中：恒定压裂液返排速度，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，通过地面电流电压控制器7采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变施加给井下外加磁场发生器3的外加电场强度；磁性支撑剂颗粒在外加变化磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态。

实施例3：

压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，与实施例1所述方法的区别在于：

步骤1中：在压裂井地面还布置一组磁力计，如超导量子干涉仪，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤4中：通过地面电流电压控制器7为井下外加磁场发生器3施加恒定的外加电场，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变压裂液返排速度，磁性支撑剂颗粒在外加恒定磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态。

Claims (10)

1.一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，包括：井下外加磁场发生器、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路、地面电流电压控制器；其特征在于：所述的井下外加磁场发生器布置在压裂井井筒中的压裂层段附近，所述的地面电流电压控制器布置在压裂井地面上，所述的井下外加磁场发生器与所述的地面电流电压控制器通过所述的地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路相连。

2.根据权利要求1所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，其特征在于：地面电流电压控制器为井下外加磁场发生器提供产生井下外加磁场的交变电场；人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下相互吸引、聚结而形成“架桥”结构。

3.根据权利要求1-2所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，其特征在于：所述的磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂中，所述磁性支撑剂占磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂的体积比例在10%到100%之间。

4.根据权利要求1-3所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，其特征在于：非磁性支撑剂为陶瓷颗粒支撑剂、石英砂支撑剂、玻璃球支撑剂、塑料球支撑剂、核桃壳支撑剂、树脂包覆支撑剂；磁性支撑剂为掺合磁性材料的压裂支撑剂，由磁性、超磁和/或顺磁性材料与支撑剂基料复合而成。

5.一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制方法，采用权利要求1-3所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；

在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：根据预先设计的压裂液返排速度，返排注入地层中的压裂液；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器7，完成支撑剂回流控制过程。

6.根据权利要求5所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制方法，其特征在于：在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常。

7.一种压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，采用权利要求1-3所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；在压裂井地面还布置一组磁力计，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：恒定压裂液返排速度，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，通过地面电流电压控制器采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变施加给井下外加磁场发生器外加电场强度；磁性支撑剂颗粒在外加变化磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器，完成支撑剂回流控制过程。

8.根据权利要求7所述的压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，其特征在于：在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常；磁力计为超导量子干涉仪。

9.一种压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，采用权利要求1-3所述的基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统，在布置好压裂井的施工现场后开始压裂作业和支撑剂回流控制过程，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：布置压裂井现场

根据压裂井井况和设计的压裂施工方案，在压裂井的井筒中布置压裂工具，并在压裂层段附近布置井下外加磁场发生器；在压裂井地面布置压裂设备、地面电流电压控制器，并通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路把地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器相连；在压裂井地面还布置一组磁力计，可通过磁异常的监测来确定缝中支撑剂的铺置状态；

步骤2：按照设计的压裂施工方案顺序注入前置液、携砂液和顶替液，进行压裂作业；

步骤3：压裂液返排前，启动地面电流电压控制器，通过地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路向井下外加磁场发生器输入外加电场；

步骤4：通过地面电流电压控制器为井下外加磁场发生器施加恒定的外加电场，在确保支撑剂不会回流进入井筒的条件下，以地面磁力计监测的磁异常作为判断支撑剂铺置状态的依据，采取逐渐增加、逐渐降低、逐步增加、逐步降低或交替增加和降低的方式改变压裂液返排速度，磁性支撑剂颗粒在外加恒定磁场所产生的磁引力、返排流体对聚结的磁性支撑剂颗粒的拖曳力、聚结的磁性支撑剂颗粒的重力和聚结的磁性支撑剂颗粒的浮力的共同作用下，在不同裂缝位置处形成不同聚结程度和聚结强度的“架桥”结构，从而在压裂液返排过程中调整缝中支撑剂的铺置状态；

步骤5：返排结束，关闭地面电流电压控制器7，完成支撑剂回流控制过程。

10.根据权利要求9所述的压裂液返排过程中调整人工裂缝中支撑剂铺置状态的工作方法，其特征在于：在步骤1的最后需要检查地面电流电压控制器和井下外加磁场发生器工作是否正常，磁力计为超导量子干涉仪。