CN107418550B - 一种自我清洁压裂支撑剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自我清洁压裂支撑剂及其应用，包括支撑剂颗粒框架，所述的支撑剂颗粒框架为椭球形，在所述椭球的长轴轴线上设置有贯穿椭球的圆柱形通道，所述的圆柱形通道中填充有酸蚀液，圆柱形通道两端通过可降解聚合物封口。本发明的酸蚀液是填充于支撑剂内部的，在碳酸盐岩地层有着更好的效果。在注入地层前没有任何损失，可以有效达到地层内部，对地层进行解赌、增大导流空间。整体支撑剂颗粒呈椭球形，相比于单纯的颗粒框架，更易受到携砂液的阻力，即更易随着携砂液进行运移。

Description

一种自我清洁压裂支撑剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种增大裂缝导流能力的自我清洁压裂支撑剂及其应用，属于油气田开发的技术领域。
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和酸化压裂技术。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传统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。但是油气导流的通道只存在于支撑剂之间的缝隙，并且压裂液破胶残渣、支撑剂破碎颗粒堵塞孔道后，使得裂缝内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。且在油气生产过程中，受储层杂质的影响，裂缝易堵塞，使导流能力降低，致使油气产量降低。
中国专利文件CN106321044A(申请号：201510375484.2)一种高温超深碳酸盐岩储层携砂酸压方法，该方法包括以下步骤：(1)采用压裂液造缝；(2)采用地面交联酸，通过所述地面交联酸与岩石反应，在已造好的裂缝中产生酸蚀裂缝，同时所述地面交联酸携带支撑剂以支撑酸蚀裂缝；(3)线性胶顶替完成酸压。但是，该方法属于常规的酸化压裂技术，需要分别向裂缝中加入腐蚀酸和支撑剂，不仅步骤复杂，而且使用常规支撑剂同样无法避免裂缝易堵塞导致导流能力降低的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是现有的支撑剂使得裂缝易堵塞导致导流能力降低的不足，本发明提供一种增大裂缝导流能力的自我清洁压裂支撑剂及其应用。本发明一方面改变常规的支撑剂颗粒状实体形状，形成一种框架状的支撑剂框架，在掏空的空间内填充酸液，并以可降解聚合物封口；同时可以降低支撑剂的密度，便于支撑剂被携带如裂缝更深处。支撑剂注入裂缝到达目的层并沉降后，裂缝闭合，在地层高温条件下，封口的聚合物自动降解，且缓慢释放出支撑剂空腔内的酸液，酸液一方面能够对岩石胶结物进行溶解，对裂缝壁面造成不均匀刻蚀，对裂缝内的堵塞物进行溶蚀和溶解，疏通裂缝孔隙。另一方面在酸液全部排出支撑剂后，剩余的框架式支撑剂由于内部空腔的原因，又可以作为新的油气导流的通道，极大地增强裂缝导流能力。
本发明的技术方案如下：
一种自我清洁压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒框架，所述的支撑剂颗粒框架为椭球形，在所述椭球的长轴轴线上设置有贯穿椭球的圆柱形通道，所述的圆柱形通道中填充有酸蚀液，圆柱形通道两端通过可降解聚合物封口。
根据本发明，优选的，所述的椭球的长短轴长度之比为(2-3)：1；
优选的，圆柱形通道的圆柱半径为椭球短轴长度的五分之一到三分之一。
根据本发明，优选的，以支撑剂颗粒框架和圆柱形通道的体积之和为支撑剂总体积，所述的支撑剂颗粒框架的体积占支撑剂总体积的50％～80％，所述的圆柱形通道的体积占支撑剂总体积的20％～50％，酸蚀液填满整个圆柱形通道，即酸蚀液的体积占支撑剂总体积的20％-50％。
根据本发明，优选的，所述的支撑剂的粒径为5-40目，大于常规支撑剂粒径。
根据本发明，优选的，所述的支撑剂框架的材质为陶瓷、玻璃或金属。
根据本发明，优选的，所述的酸蚀液为酸化压裂中常用的土酸。
根据本发明，优选的，所述的可降解聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、水还原性的丙烯酸，水还原性的苯氧基树脂，聚酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的接枝共聚物，聚交酯、聚乙醇酸、聚乙醇乳酸、蔬菜聚合物或/和骨胶原。
根据本发明，上述支撑剂的应用，包括步骤如下：
(1)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；
(2)将混合有本发明支撑剂的携砂液以3～10m3/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。
根据本发明的应用，优选的，步骤(2)中以支撑剂占总携砂液体积的体积分数为砂比，所述的砂比为30％～80％。
本发明在裂缝闭合以后，封口的可降解材料发生降解，内部包存的酸蚀液流出，并对堵塞缝隙的杂质和碎屑进行溶蚀解除，并对裂缝壁面造成不均匀刻蚀，增大裂缝导流能力。内部有空洞的支撑剂和酸蚀液刻蚀的空隙形成了新的裂缝导流能力，大大提高了裂缝导流能力。可降解聚合物未降解之前，整个椭球形的支撑剂颗粒随着携砂液进入地层裂缝中，与常规压裂相似，在颗粒中封口的可降解聚合物降解融化之后，迅速返排，内部的酸蚀液泄漏出来，对封堵空隙的杂质以及裂缝壁面进行腐蚀去除。裂缝闭合后，形成的导流通道由三部分组成：支撑剂颗粒之间的通道、支撑剂内部的圆柱形通道和裂缝壁面不均匀刻蚀造成的通道。
本发明的特点及优势：
1、本发明所用的支撑剂形状为椭球型，打孔方式为沿椭球长轴打通的一个孔洞，整个椭球质量分布均匀，受力平衡，在裂缝内受挤压时，不易变形破碎；在椭球形体支撑剂框架外观上共有2个孔眼，由于椭球的不规则形，支撑剂排列的时候具有不规律性，使得其上的2个孔眼有较大几率朝向支撑剂间的空隙，保证了每个支撑剂颗粒框架内部都能供油气通过。
2、本发明利用部分聚合物的可降解特点和低密度的特性，将酸蚀液封堵在框架式的支撑剂内部，将整体支撑剂随携砂液注入地层裂缝，不需要单独向裂缝中填充酸蚀液或支撑剂。
3、本发明的酸蚀液是填充于支撑剂内部的，在碳酸盐岩地层有着更好的效果。在注入地层前没有任何损失，可以有效达到地层内部，对地层进行解赌、增大导流空间。
4、本发明整体支撑剂颗粒呈椭球形，相比于单纯的颗粒框架，更易受到携砂液的阻力，即更易随着携砂液进行运移。
附图说明
图1：为本发明支撑剂颗粒框架的外观图。
图2：为本发明支撑剂颗粒框架的剖面图。
图3：为本发明支撑剂在可降解聚合物降解以后，支撑剂颗粒框架在地层裂缝内的铺置效果图。
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。
实施例1-8：
一种自我清洁压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒框架，所述的支撑剂颗粒框架为椭球形，在所述椭球的长轴轴线上设置有贯穿椭球的圆柱形通道，所述的圆柱形通道中填充有酸蚀液，圆柱形通道两端通过可降解聚合物封口。
圆柱形通道的建立方式为：为沿椭球长轴打通的一个孔洞，圆柱形通道的圆柱半径为椭球短轴长度的五分之一到三分之一。支撑剂颗粒框架的外观示意图如图1所示，从图1中可以看出，支撑剂颗粒框架的打出的孔道有一个，沿着椭球体的长轴，结构稳固且受力均匀。
以支撑剂颗粒框架和圆柱形通道的体积之和为支撑剂总体积，所述的支撑剂颗粒框架的体积占支撑剂总体积的50％～80％，所述的圆柱形通道的体积占支撑剂总体积的20％～50％。
实施例1-8中支撑剂颗粒框架的材质，支撑剂的颗粒粒径，酸蚀液种类，圆柱形通道的圆柱半径为椭球短轴长度比例，支撑剂颗粒框架所占支撑剂总体积之比，如表1所示。
表1
实施例9：
实施例1-8所述的支撑剂的应用，包括步骤如下：
(1)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；
(2)将混合有实施例1-8所述的支撑剂的携砂液以3～10m3/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。
步骤(2)中以支撑剂占总携砂液体积的体积分数为砂比，所述的砂比为80％。
在裂缝闭合以后，封口的可降解聚合物材料发生降解，内部包存的酸蚀液流出，并对堵塞缝隙的杂质和碎屑进行溶蚀解除，并对裂缝壁面造成不均匀刻蚀，增大裂缝导流能力。内部有空洞的支撑剂和酸蚀液刻蚀的空隙形成了新的裂缝导流能力，大大提高了裂缝导流能力。
支撑剂颗粒框架在地层裂缝内的铺置效果图如图3所示。从图3中可以看出，油气可以从任意方向通过球体内部的孔道，从而大大提高渗透率。
试验例
以常规支撑剂为对比，测试实施例1的支撑剂和常规支撑剂的导流能力。
具体的实验方法如下：
选择目数为20目的常规支撑剂与实施例1所述的支撑剂进行对比实验，其基本材料皆由陶粒构成，实施例1支撑剂孔眼的内径为整体支撑剂内径的三分之一，内部充填的酸液为土酸，密度为1.2g/cm3，之后用这种支撑剂进行导流能力实验。具体参数如下：
(1)实验排量
实验采用小排量泵加注携砂液和中间顶替液，二者的泵送流量均设为50L/min，开始时可视平板裂缝装置不施加闭合压力，缝宽设置为8mm。
(2)压裂液的粘度
压裂液的粘度主要受温度的影响，该实验装置适合在常温下进行实验。实验中配制的压裂液基液粘度为1mPa·s。
(3)支撑剂砂比
砂比为支撑剂占总携砂液体积的体积分数。选择该实验的砂比为80％。
在聚乙烯醇聚合物在高温条件下降解后一段时间，开始测试导流能力。由于实验装置的壁面为玻璃装置，因次不能测试酸蚀液对壁面的不均匀腐蚀造成的通道。只能测试酸液流出后，支撑剂内部掏空所形成的孔隙所带来的导流能力的增加。结果如表2所示。
表2
编号/指标 导流能力μm<sup>2</sup>·cm
普通支撑剂 20.3
实施例1支撑剂 34.2
经过试验，由表2可知，本发明支撑剂导流能力增加将近1.5倍，足够证明本发明能够大大增大裂缝的导流能力。

Claims (10)

1.一种自我清洁压裂支撑剂，包括支撑剂颗粒框架，其特征在于，所述的支撑剂颗粒框架为椭球形，在所述椭球的长轴轴线上设置有贯穿椭球的圆柱形通道，所述的圆柱形通道中填充有酸蚀液，圆柱形通道两端通过可降解聚合物封口。
2.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，所述的椭球的长短轴长度之比为（2-3）：1。
3.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，圆柱形通道的圆柱半径为椭球短轴长度的五分之一到三分之一。
4.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，以支撑剂颗粒框架和圆柱形通道的体积之和为支撑剂总体积，所述的支撑剂颗粒框架的体积占支撑剂总体积的50%~80%，所述的圆柱形通道的体积占支撑剂总体积的20%~50%。
5.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，所述的支撑剂的粒径为5-40目。
6.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，所述的支撑剂框架的材质为陶瓷、玻璃或金属。
7.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，所述的酸蚀液为土酸。
8.根据权利要求1所述的自我清洁压裂支撑剂，其特征在于，所述的可降解聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的接枝共聚物，聚交酯或聚乙醇酸。
9.权利要求1-8任一项所述的自我清洁压裂支撑剂的应用，包括步骤如下：
（1）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；
（2）将混合有本发明支撑剂的携砂液以3~10m3/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，步骤（2）中以支撑剂占总携砂液体积的体积分数为砂比，所述的砂比为30%~80%。
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