CN104948158A

CN104948158A - 水力压裂的油气田开采方法

Info

Publication number: CN104948158A
Application number: CN201410123908.1A
Authority: CN
Inventors: 秦升益; 胡文进; 王中学; 胡炜
Original assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Rechsand Science and Technology Group Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明提出一种水力压裂的油气田开采方法，是向体积份100份天然水中添加5-60份自悬浮支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中。本发明提出的方法，以天然水直接作为携砂液，不用增稠剂，明显降低了施工用液体的成本。无需配置压裂液，减少施工设备，简化施工流程，缩短施工时间，降低工人的劳动强度。天然水不含增稠剂，储层伤害轻，增产作用好。不污染地层水，保护环境。

Description

水力压裂的油气田开采方法

技术领域

本发明属于矿产开采领域，具体涉及一种通过支撑加强裂缝的水力压裂的油田、气田、页岩气开采方法。

背景技术

清水压裂(Water Fracturing)是在清水中加入少量的减阻剂、稳定剂、表面活性剂等添加剂作为压裂液进行的压裂作业，又叫做减阻水压裂。实验表明，添加了支撑剂的清水压裂效果明显好于不加支撑剂时的效果，支撑剂能够让裂缝在压裂液返回后仍保持开启状态。清水压裂成本低，地层伤害小，是目前页岩气开发最主要的压裂技术。

但是，现有清水压裂技术中的清水中含有降滤失剂、增稠剂，主要是高分子化合物，诸如甘露糖和半乳糖组成的高分子量多糖、或瓜胶衍生物、或纤维素衍生物，或生物聚合物，诸如黄原胶、二苯基甲烷和硬葡聚糖等，以提供减摩降阻的作用。这些高分子化合物随同清水进入地层，开采时、开采之后通过地层缝隙进入地下水，造成环境污染，已引起多方关注（《国外油田工程》2010年09期）。另一方面，压裂液返排的时候，消耗很大的泵功率，不利于全部返排。如果把高分子材料和支撑剂组合，又存在强度不好、难回收的问题，如果组合的支撑剂破损，同样使高分子材料进入地质岩层，造成地下水污染。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种清水压裂支撑的油气田开采方法。

为实现上述目的，具体技术方案为：

一种清水压裂支撑的油气田开采方法，其是向体积份100份天然水中添加5-60份（体积分）自悬浮支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中；所述地下岩层可以是稠油油藏的岩层、天然气岩层、盐岩层、沉积岩层中的一种。

所述天然水选自河水、养殖用水、湖水、海水及地下水中的一种或多种；

所述自悬浮支撑剂是在骨料上包覆有高分子材料的球状颗粒；所述高分子材料为水溶性高分子材料和树脂的混合物，所述树脂为天然树脂或合成树脂；

所述地下岩层是稠油油藏的岩层、页岩层、盐岩层、沉积岩层中的一种。

其中，所述自悬浮支撑剂是将粘接剂溶液分散于骨料中，再加入水溶性高分子材料制得，所述粘结剂溶液占骨料重量10-30%，水溶性高分子材料占骨料重量0.1～5%。

其中，所述骨料为石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、粉碎的果壳颗粒中的一种；所述骨料的尺寸为6-200目（即2.8mm-0.075mm之间）。

优选地，所述天然树脂为松脂、虫胶或柯巴树脂；所述合成树脂为酚醛树脂或环氧树脂。

进一步地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂；所述环氧树脂优选为环氧树脂E-55、E-51、E44、E-42、E-35、E-20(601)、E-14、E-12、E-06、E-03中的一种或多种；

其中，所述粘接剂溶液的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂优选自丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯氯仿，二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇中的一种或多种；

优选地，所述的水溶性高分子材料选自黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶、黄原胶、结冷胶、壳聚糖、聚胺树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚季铵盐、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、季铵盐改性壳聚糖、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶中的一种或多种。

本发明提出的自悬浮支撑剂可以采用任何方法制造。优选地，所述自悬浮支撑剂的制备方法为：

1）以16-200目的颗粒为骨料，向骨料中加入粘结剂溶液，所述粘结剂溶液占骨料重量10-30%，再加入占骨料重量0.1-2.0%的水溶性高分子材料。

2）搅拌均匀，干燥筛分。

步骤2）优选为在60-100℃下加热干燥，干燥时间2-10h。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的使用自悬浮支撑剂的清水压裂体系采油方法，无需使用添加了有机高分子且成本昂贵的压裂液进行压裂，而直接使用随处可得的天然水进行压裂即可；天然水直接作为携砂液，不用增稠剂，明显降低了施工用液体的成本。无需配置压裂液，减少施工设备，简化施工流程，缩短施工时间，降低工人的劳动强度。

返排液可以二次回注，不污染地下水。去除了大规模多次配置压裂液性能变化可能性，压裂施工稳定。压裂液的摩阻小，增加压裂泵效，砂比高，利于地质裂缝的充分填充。

本发明提出的方法使用范围广，可以应用于常规油井，气井、水井等流体矿产的压裂作业，也可以应用于页岩气、煤层气的压裂作业。返排快速，可以利用破胶机，把支撑剂表面的高分子分解为小分子，实现快速返排。适用范围广，无论是天然淡水还是海水，都能用于携砂液，进行压裂作业。

附图说明

图1为开采的流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

1）以石英砂（河砂）1000g为原料，经擦洗烘干后，砂中完全不含水，筛选20-40目的石英砂为骨料（以下实施例中石英砂的预处理过程相同）；

2）环氧树脂E-55，按1：1比例与乙酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g胍胶。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒（比骨料粒径稍大），骨料表面包覆、或部分包覆有胍胶高分子材料。

实施例2

1）取40-70目1kg石英砂（风积砂）作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-51，按1：1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g羧甲基胍胶。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

实施例3

1）取30-50目1kg石英砂（海砂）和烧结氧化铝作为骨料，两种材料目数相同，等体积混合，备用；

2）甲阶酚醛树脂8g，加入乙醇20g。搅拌均匀，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g聚丙烯酰胺。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

对比例1

支撑剂：石英砂，粒度20-40目。

在天然水（没有添加化学品）中的沉降实验。

表1天然水中实施例1-3、对比例1支撑剂的沉降速度

实施例4

1）取30-50目1kg覆膜砂（按照专利CN1640981A，实施例2的方法制备）作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-51，按1：1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得40mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g黄原胶。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

实施例5

1）取40-70目1kg陶粒作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-55，按1：1比例与乙酸乙酯混合。搅拌均匀，制得40mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g羧甲基纤维素。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

对比例2

支撑剂：以陶粒为支撑剂。

表2天然水中实施例4、5、对比例2支撑剂的沉降速度

实施例6

1）取30-50目1kg不锈钢颗粒作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-51，按1：1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得40mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、20g壳聚糖季铵盐。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

实施例7

1）取30-50目1kg不锈钢颗粒作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-51，按1：1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得40mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g壳聚糖季铵盐。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

实施例8

1）取40-70目1kg粉碎的核桃壳作为骨料，备用；

2）环氧树脂E-51，按1：1比例与甲酸乙酯混合。搅拌均匀，制得50mL的粘接剂溶液，然后向粘接剂溶液中加入骨料、10g两性聚丙烯酰胺。

3）步骤2）所得混合物自然干燥后，筛分。

对比例3

支撑剂：专利CN1640981A，实施例2的方法制备的覆膜砂。

表3天然水中实施例6-8、对比例3支撑剂的沉降速度

试验例1

活性水：0.25g的阴离子聚丙烯酰胺（分子量300万）、1g的OP-10、10g的氯化钾、0.1g甲醛和488.65g的水。

活性水的制备过程为：将上述特定量的聚丙烯酰胺溶于488.65g的水中，混合均匀，得到稠化水；将上述特定量的OP-10溶于获得的稠化水中，混合均匀；再加入10g氯化钾，搅拌均匀；加入0.1g甲醛，搅拌均匀。

清水：天然水（地表水），没有添加化学品。

试验方法：对实施例1-8、对比例1-3的支撑剂分别在活性水中进行了携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表4：

表4中，支撑剂与活性水的质量比为30：100。序号1、2…表示实施例1、实施例2….,序号“对1”表示对比例1。下同。

表4活性水中支撑剂的沉降速度

试验方法：对实施例1-8，对比例1-3的支撑剂分别在清水中进行了液体粘度、携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表5、6：

表5天然水中支撑剂的摩阻

表5的测试结果显示，本发明提出的自悬浮支撑剂在天然水中具有优异的携砂能力和降摩阻能力。

表6加入支撑剂后清水的粘度

本申请实施例1-10制备的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的重量份比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，均能悬浮二小时以上。

对比例的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的重量份比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，石英砂约10秒沉降0.5m，陶粒约15秒，覆膜砂约30秒。

实验例2

采用清水体系，压裂液为天然水（地表水），没有添加化学品。

参照中华人民共和国石油天然气行业标准，压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法，即APIRP61测试不同支撑剂填充层的渗透率、力学性能。结果见表7、表8。

表7各试验组渗透率结果（单位：μm².cm）

按照标准SY/T5108-2006进行机械性能检测，各实验组的组别命名同上，检测结果见表8：

表8机械强度测试

试验例3：

辽河油田，某水平井，井深1900m。脱气稠油粘度5620mPa·s（50℃），原始油藏压力10MPa。原始油藏的温度38℃。

一种基于天然水携砂的压裂施工方法，用于油井，如图1所示，包括以下步骤：

本实施例所用天然水为养鱼池排放的清水，目测没有固体颗粒。本实施例所用支撑剂为实施例3制自悬浮支撑剂。

步骤一、配置冻胶作为前置液，所用冻胶为0.4%羟丙基瓜胶的水溶液经硼砂交联获得。

步骤二、连接压裂施工管线，利用前置液冻胶试压，并压开目标储层。

步骤三、在连续搅拌的状态下，以2.38m³/min的流量把清水泵入混砂车，同时以1.02m³/min的速率把自悬浮支撑剂输送入混砂车，混合均匀。

步骤四、混合均匀的悬浮液，经由压裂泵车以与混砂相同的速率泵入目标储层裂缝。

施工过程压力平稳，整个过程1.5小时，施工完毕关井3小时后返排。返排液清澈，10小时返排彻底。初期日产液2.6m³/d，产油1.7m³/d，与临井常规瓜胶冻胶压裂相比，产量提高12%。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种水力压裂的油气田开采方法，其特征在于，是向体积份100份天然水中添加5-60份自悬浮支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中；

2.根据权利要求1所述的油气田开采方法，其特征在于，所述自悬浮支撑剂是将粘接剂溶液分散于骨料中，再加入水溶性高分子材料制得，所述粘结剂溶液占骨料重量10-30%，水溶性高分子材料占骨料重量0.1～5%。

3.根据权利要求1所述的油气田开采方法，其特征在于，所述骨料为石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成树脂、球状玻璃颗粒、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种；所述骨料的尺寸为6-200目。

4.根据权利要求1所述的油气田开采方法，其特征在于，所述天然树脂为松脂、虫胶或柯巴树脂；所述合成树脂为酚醛树脂或环氧树脂。

5.根据权利要求4所述的油气田开采方法，其特征在于，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂；所述环氧树脂选自环氧树脂E-55、E-51、E44、E-42、E-35、E-20(601)、E-14、E-12、E-06、E-03中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的油气田开采方法，其特征在于，所述粘接剂溶液的溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯氯仿，二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的油气田开采方法，其特征在于，所述的水溶性高分子材料选自黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶、黄原胶、结冷胶、壳聚糖、聚胺树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚季铵盐、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、季铵盐改性壳聚糖、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶中的一种或多种。