CN103291272A - 一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统及控制方法 - Google Patents

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CN103291272A CN2013102352528A CN201310235252A CN103291272A CN 103291272 A CN103291272 A CN 103291272A CN 2013102352528 A CN2013102352528 A CN 2013102352528A CN 201310235252 A CN201310235252 A CN 201310235252A CN 103291272 A CN103291272 A CN 103291272A
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Abstract

本发明涉及一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统及方法。该系统包括磁性、非磁性支撑剂容器,支撑剂混合器,混砂车,压裂液容器,高压泵组,地面电流电压控制器,磁场数据采集与处理中心,地面磁力计,井下外加磁场发生器,磁性支撑剂输送管线,非磁性支撑剂输送管线,混合支撑剂输送管线,压裂液输送管线,第一混、第二混砂液输送管线,地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路;地面磁力计从地面监测磁场变化;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,地面电流电压控制器布置在压裂井地面上。本发明利用磁性支撑剂颗粒之间的磁引力将支撑剂颗粒聚结在一起,结合磁法地球物理探测手段,监测支撑剂在裂缝中的铺置状态。

Description

一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于油气勘探开发领域,具体地,涉及一种支撑剂铺置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铺置控制系统及控制方法。
背景技术
[0002] 随着能源消费水平的攀升,非常规油气将成为我国未来主要的化石接替能源。由于非常规油气藏的渗透率较低,通常需要进行储层改造才能获得工业油气流。压裂技术作为油气行业常用的一种储层改造技术,在油气开采过程中占据着非常重要的地位。该技术采用支撑剂充填裂缝,保持裂缝不闭合,从而建立具有较高导流能力的生产通道。因此,支撑剂在裂缝中的铺置状态是压裂作业能否获得成功的关键。
[0003] 传统的水力压裂作业通常采用单一支撑剂填充裂缝,虽然能提高储层导流能力,但因支撑剂破碎、嵌入等因素影响,致使裂缝的导流能力下降。后来提出了变粒径支撑剂分段铺置方法,即在裂缝前段、裂缝中部和缝口位置分别布置小粒径、中等粒径和大粒径的支撑剂,但现场施工时难以保证支撑剂实现按粒径分段铺置。国外最近提出了一种高速通道压裂技术,将支撑剂非均匀铺置在裂缝中,依靠桥墩似的“支柱”支撑裂缝,支柱与支柱之间形成畅通的流动“通道”,从而极大地提高油气渗流能力。该方法在现场实施时对施工质量要求高,否则很难实现支撑剂非均匀铺置,更难形成“支柱”,从而影响压裂效果。
[0004] 此外,在现有的水力压裂技术中,支撑剂在缝中的分布状态如何,是否实现了预期的支撑剂铺置目标,目前还缺乏一种有效的监测和控制手段。
发明内容
[0005]为了解决以上技术问题,本发明提供一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统及控制方法;不但能控制支撑剂的铺置状态,而且还能监测支撑剂的铺置状态。
[0006] 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铺置控制系统,包括:磁性支撑剂容器、非磁性支撑剂容器、支撑剂混合器、混砂车、压裂液容器、高压泵组、地面电流电压控制器、磁场数据采集与处理中心、地面磁力计、井下外加磁场发生器、磁性支撑剂输送管线、非磁性支撑剂输送管线、混合支撑剂输送管线、压裂液输送管线、第一混砂液输送管线、地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路、第二混砂液输送管线、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路;
所述的磁性支撑剂容器通过磁性支撑剂输送管线与支撑剂混合器相连、非磁性支撑剂容器通过非磁性支撑剂输送管线与支撑剂混合器相连;
所述的支撑剂混合器通过混合支撑剂输送管线与混砂车相连,压裂液容器通过压裂液输送管线与混砂车相连;
混砂车通过第一混砂液输送管线与高压泵组相连,高压泵组通过第二混砂液输送管线与压裂井的井筒相连;地面磁力计位于以压裂井为中心的地面上,由多个磁力计构成一个磁力计组,从地面监测磁场变化。磁场数据采集与处理中心位于压裂井井场地面上,磁场数据采集与处理中心通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与地面磁力计相连,磁场数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示支撑剂分布状态;
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;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,地面电流电压控制器布置在压裂井地面上。
[0007] —种基于相同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,采用上述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下:
步骤1:布置压裂现场;
步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场;
步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝;
步骤4:将相同性质的磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用连续加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中;
步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结;
步骤7:实时测量强化 磁场;
步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态;
步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态;
步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
[0008] 一种基于相同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,采用上述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下:
步骤1:布置压裂现场;
步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场;
步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝;
步骤4:将相同性质的磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
分段加砂方式为:将加砂阶段分成三个或三个以上的加砂阶段,即采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液这种交替注入方式;在每个加砂阶段,采用相同的磁性支撑剂;
步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中;
步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结;
步骤7:实时测量强化磁场;
步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态;
步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态;
步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
[0009] 一种基于不同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,采用上述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下:
步骤1:布置压裂现场;
步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场;
步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝;
步骤4:将加砂阶段分成三个或三个以上的连续加砂阶段;在不同的加砂阶段,采用不同性质的磁性支撑剂;在每个加砂阶段,将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,按照连续加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状。
[0010] 步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中;
步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结;
步骤7:实时测量强化磁场;
步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态;
步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态;
步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
[0011] 一种基于不同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,采用上述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下:
步骤1:布置压裂现场;
步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场;步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝;
步骤4:将加砂阶段分成三个或三个以上的加砂阶段,在每个加砂阶段,采用不同的磁性支撑剂;采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液的交替注入方式,将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中;
步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结;
步骤7:实时测量强化磁场;
步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态;
步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态;
步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
[0012] 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 粒之间的磁引力将支撑剂颗粒聚结在一起,更易形成桥墩状“支柱”。
[0013] 2、本发明利用磁性不同的支撑剂可以在缝中不同位置形成不同性能和大小的“支柱”,从而形成不同导流能力的高速流动通道。
[0014] 3、本发明结合磁法地球物理探测手段,可以监测支撑剂颗粒在裂缝中的铺置状态。
[0015] 4、本发明利用支撑剂颗粒铺置状态的监测结果可以进一步控制、调整缝中支撑剂的铺置状态,从而有利于进一步提高裂缝导流能力。
附图说明
[0016]图1为基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统的结构示意图;
图中,1、磁性支撑剂容器;2、非磁性支撑剂容器;3、支撑剂混合器;4、混砂车;5、压裂液容器;6、高压泵组;7、地面电流电压控制器;8、磁场数据采集与处理中心;9、地面;10、地面磁力计;11、压裂井;12、井下外加磁场发生器;13、人工裂缝;14、磁性支撑剂和非磁性支撑剂组成的混合物支撑剂;15、磁性支撑剂输送管线;16、非磁性支撑剂输送管线;17、混合支撑剂输送管线;18、压裂液输送管线;19、第一混砂液输送管线;20、地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路;21、第二混砂液输送管线;22、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路。具体实施方式
[0017] 如图1所示,基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统,包括:磁性支撑剂容器1、非磁性支撑剂容器2、支撑剂混合器3、混砂车4、压裂液容器5、高压泵组6、地面电流电压控制器7、磁场数据采集与处理中心8、地面磁力计10、井下外加磁场发生器12、磁性支撑剂输送管线15、非磁性支撑剂输送管线16、混合支撑剂输送管线17、压裂液输送管线18、第一混砂液输送管线19、地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路20、第二混砂液输送管线21、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路22。
[0018] 磁性支撑剂容器I带有磁屏蔽装置,磁性支撑剂容器I中用于储存相同性质的磁性支撑剂或不同性质的磁性支撑剂;磁性支撑剂为磁化的压裂支撑剂,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/或顺磁性材料与非磁性支撑剂复合而成,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、f凡、铬、猛、铁、钴、镍、错、银、钥、错、H乙、铪、钽、鹤、钼或者上述元素的任意组合。
[0019] 非磁性支撑剂容器2中储存非磁性支撑剂;非磁性支撑剂为非磁化的压裂支撑齐U,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、核桃壳支撑齐U、树脂包覆支撑剂。
[0020] 所述的磁性支撑剂容器I通过磁性支撑剂输送管线15与支撑剂混合器3相连、非磁性支撑剂容器2通过非磁性支撑剂输送管线16与支撑剂混合器3相连;磁性支撑剂、非磁性支按预定体积比例进入支撑剂混合器3中进行均匀混合形成混合支撑剂,所述磁性支撑剂占混合支撑剂的体积比例在10%到100%之间。
[0021] 所述的支撑剂混合器3通过混合支撑剂输送管线17与混砂车4相连,压裂液容器5通过压裂液输送管线18与混砂车4相连;经支撑剂混合器3进行均匀混合后的混合支撑剂通过混合支撑剂输送管线17进入混砂车4 ;压裂液容器5中储存压裂液,压裂液通过压裂液输送管线18进入混砂车4 ;支撑剂和压裂液在混砂车4内混合均匀形成混砂液。
[0022] 混砂车4通过第一混砂液输送管线19与高压泵组6相连,高压泵组6通过第二混砂液输送管线21与压裂井11的井筒相连;所述的经混砂车4均匀混合后的混砂液通过第一混砂液输送管线19进入高压泵组6增压,经增压后的高压混砂液经第二混砂液输送管线21进入压裂井11的井筒中,然后进入前置液压开的人工裂缝13中。
[0023] 地面磁力计10位于以压裂井11为中心的地面9上,由多个磁力计构成一个磁力计组,从地面监测磁场变化。磁场数据采集与处理中心8位于压裂井11井场地面9上,磁场数据采集与处理中心8通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路20与地面磁力计10相连,磁场数据采集与处理中心8采集、保存地面磁力计10的测量信息并计算、显示支撑剂分布状态。
[0024] 所述的地面磁力计10检测压裂前的背景磁场和压裂后的强化磁场。压裂前的背景磁场是指人工裂缝13中引入磁性支撑剂之前测得的磁场;压裂后的强化磁场是指人工裂缝13中引入磁性支撑剂之后测得的磁场。
[0025] 所述的地面磁力计10为超导量子干涉仪。
[0026] 所述的检测的背景磁场和强化磁场信息通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路20送入至磁场数据采集与处理中心8。所述的磁场数据采集与处理中心8根据采集的背景磁场和强化磁场信息,确定出人工裂缝7中引入磁性支撑剂后产生的磁异常,然后利用磁异常反演算法得到磁性支撑剂在水力裂缝中的铺置状态;该功能可以根据现有技术中的人工裂缝磁异常数据采集与反演解释软件实现。
[0027] 所述的井下外加磁场发生器12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22相连;所述的井下外加磁场发生器12布置在压裂井11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9上,地面电流电压控制器7为井下外加磁场发生器12提供产生井下外加磁场的交变电场;人工裂缝14中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下相互吸引、聚结而形成桥墩似的“支柱”结构。
[0028] 实施例1
基于相同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,采用上述控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下:
步骤1:布置压裂现场
根据压裂井11周围实际环境,以压裂井11为中心在地面9布置一组地面磁力计10,并将地面磁力计10通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路20与磁场数据采集与处理中心8相连;根据压裂井井况和设计的压裂施工方案,在压裂井11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12 ;在压裂井地面9上布置压裂设备、地面电流电压控制器7,并将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;检查地面磁力计10和磁场数据采集与处理中心8工作是否正常;
步骤2:启动计算机数据处理中心8,测量初始背景磁场; 步骤3:向压裂井11井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝13 ;
步骤4:将相同性质的磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器3中均匀混合,然后与压裂液在混砂车4中均匀混合形成混砂液,采用连续加砂方式注入压裂井11井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝13中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝13中;
步骤6: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22向井下外加磁场发生器12输入外加电场;人工裂缝13中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结,形成类似桥墩的“支柱”;
步骤7:实时测量强化磁场;
步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心8进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝13中的铺置状态;
步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝13中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器7施加给井下外加磁场发生器12的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝13中的非均匀铺置状态;
步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。[0029] 实施例2:
基于相同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,与实施例1所述方法的区别在于:
步骤4中:将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器3中均匀混合,然后与压裂液在混砂车4中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井11井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝13中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
分段加砂方式为:将加砂阶段分成3个或3个以上的加砂阶段,即采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液这种交替注入方式;在每个加砂阶段,采用相同的磁性支撑剂。
[0030] 实施例3:
基于不同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,与实施例1所述方法的区别在于:
步骤4中:将加砂阶段分成3个或3个以上的连续加砂阶段;在不同的加砂阶段,采用不同性质的磁性支撑剂;在每个加砂阶段,将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器3中均匀混合,然后与压裂液在混砂车4中均匀混合形成混砂液,按照连续加砂方式注入压裂井11井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝13中,以支撑已形成的裂缝几何形状。
[0031] 由于在人工裂缝13的不同位置处铺置不同性质的磁性支撑剂,在外加磁场作用下,磁性支撑剂颗粒之间的磁引力不同,从而形成聚结程度和聚结强度不同的桥墩状“支柱”,实现支撑剂非均匀铺置。
[0032] 实施例4:
基于不同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,与实施例2所述方法的区别在于:
步骤4中:将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器3中均匀混合,然后与压裂液在混砂车4中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井11井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝13中,以支撑已形成的裂缝几何形状;
分段加砂方式为:将加砂阶段分成3个或3个以上的加砂阶段,即采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液这种交替注入方式;在每个加砂阶段,采用不同的磁性支撑剂。

Claims (10)

1.一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统,包括:磁性支撑剂容器、非磁性支撑剂容器、支撑剂混合器、混砂车、压裂液容器、高压泵组、地面电流电压控制器、磁场数据采集与处理中心、地面磁力计、井下外加磁场发生器、磁性支撑剂输送管线、非磁性支撑剂输送管线、混合支撑剂输送管线、压裂液输送管线、第一混砂液输送管线、地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路、第二混砂液输送管线、地面电流电压控制器与井下外加磁场发生器连接线路;其特征在于: 所述的磁性支撑剂容器通过磁性支撑剂输送管线与支撑剂混合器相连、非磁性支撑剂容器通过非磁性支撑剂输送管线与支撑剂混合器相连; 所述的支撑剂混合器通过混合支撑剂输送管线与混砂车相连,压裂液容器通过压裂液输送管线与混砂车相连; 混砂车通过第一混砂液输送管线与高压泵组相连,高压泵组通过第二混砂液输送管线与压裂井的井筒相连; 地面磁力计位于以压裂井为中心的地面上,由多个磁力计构成一个磁力计组,从地面监测磁场变化; 磁场数据采集与处理中心位于压裂井井场地面上,磁场数据采集与处理中心通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与地面磁力计相连,磁场数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示支撑剂分布状态; 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;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,地面电流电压控制器布置在压裂井地面上。
2.根据权利要求1所述的基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统,其特征在于:磁性支撑剂容器带有磁 屏蔽装置;磁性支撑剂、非磁性支按预定体积比例进入支撑剂混合器中进行均匀混合形成混合支撑剂,所述磁性支撑剂占混合支撑剂的体积比例在10%到100%之间;所述的地面磁力计为超导量子干涉仪。
3.一种基于相同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,采用权利要求1-2所述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下: 步骤1:布置压裂现场; 步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场; 步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝; 步骤4:将相同性质的磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用连续加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状; 步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中; 步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结; 步骤7:实时测量强化磁场; 步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态; 步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态; 步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
4.根据权利要求3所述的基于相同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,其特征在于,步骤I具体为:根据压裂井周围实际环境,以压裂井为中心在地面布置一组地面磁力计,并将地面磁力计通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与磁场数据采集与处理中心相连;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;在压裂井地面上布置压裂设备、地面电流电压控制器,并将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与井下外加磁场发生器相连。
5.一种基于相同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,采用权利要求1-2所述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下: 步骤1:布置压裂现场; 步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场; 步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝; 步骤4:将相同性质的磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状; 分段加砂方式为:将加砂阶段分成三个或三个以上的加砂阶段,即采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液这种交替注入方式;在每个加砂阶段,采用相同的磁性支撑剂; 步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中; 步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结; 步骤7:实时测量强化磁场; 步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态; 步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态; 步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
6.根据权利要求5所述的基于相同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,其特征在于,步骤I具体为:根据压裂井周围实际环境,以压裂井为中心在地面布置一组地面磁力计,并将地面磁力计通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与磁场数据采集与处理中心相连;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;在压裂井地面上布置压裂设备、地面电流电压控制器,并将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与井下外加磁场发生器相连。
7.一种基于不同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,采用权利要求1-2所述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下: 步骤1:布置压裂现场; 步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场; 步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝; 步骤4:将加砂阶段分成三个或三个以上的连续加砂阶段;在不同的加砂阶段,采用不同性质的磁性支撑剂; 在每个加砂阶段,将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,按照连续加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状; 步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中; 步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结; 步骤7:实时测量强化磁场; 步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态; 步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态; 步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
8.根据权利要求7所述的基于不同性质磁性支撑剂的连续加砂支撑剂铺置控制方法,其特征在于,步骤I具体为:根据压裂井周围实际环境,以压裂井为中心在地面布置一组地面磁力计,并将地面磁力计通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与磁场数据采集与处理中心相连;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;在压裂井地面上布置压裂设备、地面电流电压控制器,并将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与井下外加磁场发生器相连。
9.一种基于不同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,采用权利要求1-4所述的控制系统,在布置好压裂井现场后开始压裂支撑剂铺置控制过程,具体步骤如下: 步骤1:布置压裂现场; 步骤2:启动计算机数据处理中心,测量初始背景磁场;步骤3:向压裂井井筒中注入前置液,在预定的压裂部位压开地层形成一定长度和宽度的人工裂缝; 步骤4:将加砂阶段分成三个或三个以上的加砂阶段,在每个加砂阶段,采用不同的磁性支撑剂;采取注一段含支撑剂的压裂液后再注入一段不含支撑剂的压裂液的交替注入方式,将磁性支撑剂与非磁性支撑剂在支撑剂混合器中均匀混合,然后与压裂液在混砂车中均匀混合形成混砂液,采用分段加砂方式注入压裂井井筒;混砂液在高压作用下进入前置液压开的人工裂缝中,以支撑已形成的裂缝几何形状; 步骤5:注入顶替液,将井筒中的支撑剂全部替入人工裂缝中; 步骤6: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;人工裂缝中的磁性支撑剂颗粒在外加磁场所产生的磁引力作用下聚结; 步骤7:实时测量强化磁场; 步骤8:根据步骤2测量的背景磁场和步骤7实时测量的强化磁场,由磁场数据采集与处理中心进行数据处理、反演后实时得到支撑剂在人工裂缝中的铺置状态; 步骤9:根据步骤8实时得到的支撑剂在人工裂缝中的铺置状态,通过增加或降低地面电流电压控制器施加给井下外加磁场发生器的外加电场强度,改变磁性支撑剂颗粒在外加磁场作用下所产生的磁引力,从而控制磁性支撑剂颗粒之间的聚结程度和聚结强度,实时调整支撑剂在人工裂缝中的非均匀铺置状态; 步骤10:重复步骤Γ步骤9,直到达到预期的支撑剂铺置状态。
10.根据权利要求9所述的基于不同性质磁性支撑剂的分段加砂支撑剂铺置控制方法,其特征在于,步骤I具体 为:根据压裂井周围实际环境,以压裂井为中心在地面布置一组地面磁力计,并将地面磁力计通过地面磁力计与磁场数据采集与处理中心通讯线路与磁场数据采集与处理中心相连;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;在压裂井地面上布置压裂设备、地面电流电压控制器,并将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与井下外加磁场发生器相连。
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