CN109372489B - 一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，通过自聚性支撑剂这一材料，将通道压裂技术从缝端到缝口完整的实施出来，形成真正的通道压裂技术。本发明发挥自聚性支撑剂的优势，并且克服了传统通道压裂改造不足之处，更好的达到通道压裂形成高导流能力通道的效果，支撑住缝口，提高导流能力，降低支撑剂的回流，通过二次聚合的方式将粉砂聚集固结，形成新的支撑剂团，并且施工简便，成为一项由自聚性支撑剂引导的新的增产技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，属于对低渗透油气藏水力压裂改造的技术领域。
背景技术
随着通道压裂技术，例如中国专利CN103306659B所述实现超高导流能力的压裂工艺技术在页岩气藏、低渗透油气藏等非常规储层的大规模使用，许多新式的材料与技术逐渐在施工现场得到推广和应用。
通道压裂打破了常规压裂中支撑剂颗粒彼此相互接触、流体流动局限于支撑剂颗粒之间的孔隙这种填充结构层的限制，使得储层的渗流方式发生了质的改变，将导流能力提高了几个数量级。
在中国专利CN107387053A中提出，通道压裂技术的实现过程包括了多簇射孔工艺、脉冲段塞泵注加砂、尾部追砂等三个主要部分。在文献《高通道压裂非均匀铺砂技术研究进展》中提到了采用自聚物改性的支撑剂进行高速通道压压裂，但是对于高速通道压裂的尾追阶段并为提出相应的改造方式。结合不同文献以及现场实际经验可以得出，脉冲段塞泵注加砂决定了通道压裂技术的支撑剂铺置形态，而尾部追砂阶段则决定了通道压裂施工是否成功。
通道压裂技术通过脉冲段塞泵注加砂的方式向地层内注入受纤维使支撑剂固结成团，并降低支撑剂的分散和沉降，提高支撑剂段塞的稳定性，增强支撑剂在裂缝中的铺置效果。
传统的通道压裂技术尾追过程是采用尾追加砂的形式，在施工末期，尾追一个连续的支撑剂段塞，在裂缝近端处形成一个支撑剂的填充层，从而保证在近井地带的裂缝受闭合应力作用下，依然可以保持开启，起到连通作用。尾追阶段在实际的施工过程中是非常重要的，需要在泵注末期泵注不易破碎、渗透性好的支撑剂填充在近井地带的裂缝入口处，以最大限度的提高裂缝的导流能力和支撑能力。在以往的施工中都是采用不易破碎、渗流性好的支撑剂作为尾追填充物，但是对于通道压裂来说，这最关键的最后一步却破坏了整个通道压裂技术，因为通道压裂技术是希望在地层实现高导流能力通道，并且在通道压裂的过程中，为了使支撑剂团有较好的成团效果，不但需要加入纤维，同时还要配置较高粘度的压裂液，这样，而较高粘度的压裂液将会对返排带来一定的影响，在远离缝口的位置，由于形成了高速通道，压裂液的返排较为顺利，但是当压裂液到达缝口端处时，由于受到密闭铺置的支撑剂影响会使得返排效果较差，同时会产生支撑剂回流的现象，而这将导致在缝口端的导流能力大幅度降低。另外，回流的支撑剂滞留于井筒中掩盖孔眼，也会有部分支撑剂被携带至地面，腐蚀油嘴等设备，降低油井产量，增加井底冲砂等作业频率。因此，采用传统支撑剂作为通道压裂的尾追支撑剂非但没有达到原本的目的，反而会破坏整体的通道压裂技术。
基于以上原因，本发明申请创新性的提出将具有自聚能力的自聚性支撑剂作为通道压裂技术施工的尾追注入材料。在纤维车连接混砂车进行通道压裂的加砂阶段后，通过向压裂液罐中直接放入自聚物，然后将其伴随压裂液共同注入于混砂车中，形成自聚性支撑剂，而自聚性支撑剂可以“抱团”形成支撑剂团，通过传统的压裂放置直接将自聚性支撑剂注入地下，在压裂液返排及生产过程中不易被冲散而发生支撑剂回流，同时还可以对因生产流体的冲刷而发生运移的储层粉砂微粒产生拦截作用，并使其二次定位，从而实现油气流动通道的自清洁，使通道压裂形成的高导流能力缝网长期有效。传统的通道压裂仅仅对纤维和伴随支撑剂的注入量进行计算，而对于尾追阶段支撑剂的注入量仅仅是根据压裂设计中的砂比提升量进行定量的注入，而对于该发明中，尾追自聚物的注入量，在压裂设计阶段，预计产生裂缝的大小，并结合预期形成的裂缝导流能力，通过计算得到尾追阶段的支撑剂量，并以及得到合适的自聚物的加入量。本发明通过自聚性支撑剂尾追，完成通道压裂尾追阶段实现高速通道的方法，形成真正的“通道压裂高导流能力通道”。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法。
本发明通过自聚性支撑剂完成通道压裂施工的尾追阶段，形成了以自聚性支撑剂为主导的通道压裂技术。本发明将发挥自聚性支撑剂的优势，克服传统通道压裂技术的不足之处，更好的达到通道压裂技术所期望的形成高速导流通道的目标。经过现场试验证明，本发明所述方法在实现通道压裂缝口支撑，形成从缝端到缝口全程高导流能力通道中取得了非常好的增产效果。
本发明的技术方案如下：
一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，所述方法包括：
前期通道压裂技术正常施工，在尾追阶段：将自聚性支撑剂连续泵注入到裂缝缝口处，在泵注过程中，自聚性支撑剂自聚成团，在缝口处聚集，支撑缝口；
同时，由于自聚性支撑剂自聚成团，形成高导流能力通道，使得高粘度压裂液返排；
同时，受到裂缝闭合应力的影响，有部分支撑剂会破碎形成粉砂；自聚性支撑剂在破碎过程时，自聚性支撑剂中游离的极性基团再次通过氢键使相邻的颗粒间发生作用，加之电位变化引起的引力作用，颗粒再次发生聚集，聚集后的颗粒表面覆膜层重新交联。
本发明使得聚集后的颗粒表面覆膜层重新交联，使再聚体能保持一定的强度。本发明采用自聚性支撑剂的这一特性将减少返排及裂缝缩小的危险，在通道压裂施工尾追缝口，支撑缝口控制支撑剂回流且维持较高的导流能力方面具有重要意义。
一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，所述尾追阶段的方法包括：
在完成前置液阶段和高频脉冲段塞泵注加砂阶段后，裂缝中形成高导流能力通道，为了保证在近井地带形成的裂缝有足够的导流能力，在尾部追填支撑剂，保证裂缝不闭合，并具有较高的导流能力，在此阶段，通过向压裂液中加入自聚物，在混砂车中与支撑剂混合，在向井口注入的过程中，支撑剂表面被加入到压裂液中的自聚物包裹，形成具有自聚性的支撑剂，并发生自聚现象，支撑剂自聚成团，进入缝口进行支撑。
根据本发明优选的，所述支撑剂为粒径为0.3～0.6mm陶粒。优选强度较高的陶粒。
根据本发明优选的，所述聚合物为甜菜碱聚合物(聚合物内盐的一种)。可以在压裂液中快速分散，在注入过程中附着于支撑剂表面。
根据本发明优选的，所述聚合物为水基表面改剂ASMA(Aqueous-based Surface-Modification Agent)。对于砂岩储层，所述自聚物为水基表面改剂ASMA(Aqueous-basedSurface-Modification Agent)。对于砂岩储层，建议采用水基表面改剂ASMA(Aqueous-based Surface-Modification Agent)，该类水基表明改剂注入地层后不完全固化，保持较好的黏性，在砂岩中作用效果更为突出。
根据本发明优选的，所述聚合物为聚酰酰胺树脂。对于低、中渗储层，采用聚酰酰胺树脂对支撑剂进行涂层改性；优选的，所述支撑剂与聚酰酰胺树脂的质量比为100:3-100:6。
根据本发明优选的，所述聚合物为聚结剂AA(Agglomeration Agent)。该添加剂由于具有不会对压裂液的黏度和流变性能产生影响的特点，因此对于低渗透储层的通道压裂改造具有较好的优势。
根据本发明优选的，所述聚合物为2-氟-4-乙烯基吡啶。采用2-氟-4-乙烯基吡啶制备的改性支撑剂通过现场使用发现支撑剂返排率显著减少，并提高裂缝导流能力。
根据本发明优选的，所述聚合物为低分子质量内盐与渗透性较强醇类结合而成的ZPAS表明处理体系。
根据本发明优选的，在尾追阶段的加液量为前置液加入液量23％～26％，砂比为压裂全程加砂最高砂比40％～60％；排量为3.0-6.0m3/min。
根据本发明优选的，在所述尾追阶段之前还包括通道压裂形成主裂缝，包括：
(1)配制通道压裂用基液和纤维混砂液；所述基液粘度30～110mPa·s，纤维混砂液粘度50～200mPa·s；所述纤维混砂液的砂比为8％～50％，纤维比例5％～20％；
(2)分段簇状射孔，在套管上形成多段段进液口，实现分流效果，将后期注入的支撑剂团分成若干较小簇状团支撑剂柱；
(3)前置液阶段，与常规压裂一致，不需要加入纤维，在地层形成一条通道压裂的大通道主裂缝；
(4)高频脉冲段塞泵注加砂：以脉冲的方式交替泵注含有纤维的支撑剂段塞和含纤维不含支撑剂的纯压裂液基液，该阶段利用较高粘度压裂液携带支撑剂到裂缝之中，进行铺砂。在此过程中，先注入含纤维的压裂液基液然后注入含纤维的高黏度携砂液体，称为一个周期，为了保证足够长了裂缝充填支撑剂，需要5～25个泵注周期。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明创新性的在通道压裂尾追加砂过程中加入具有自聚性支撑剂，通过在压裂液中加入自聚物将支撑剂的表明进行包裹，以此达到支撑剂自聚的效果，使尾追加砂的支撑剂到达缝口时形成支撑剂团，以此对缝口实行支撑，同时由于是以支撑剂团的形式进行缝口支撑，那么在裂缝缝口处将具有较高的导流能力，同时还可以对因生产流体的冲刷而发生运移的储层粉砂微粒产生拦截作用，并使其二次定位，从而实现油气流动通道的自清洁，使通道压裂形成的高导流能力缝网长期有效。
2、本发明创新性的采用自聚性支撑剂进行通道压裂的尾追加砂，具有自聚性支撑剂不但可以进行一次自聚，同时受到裂缝闭合应力的影响，有部分支撑剂会破碎形成粉砂，但是自聚性支撑剂在破碎过程时，聚合物中游离的极性基团会再次通过氢键使相邻的颗粒间发生作用，加之电位变化引起的引力作用，颗粒将再次发生聚集，聚集后的颗粒表明覆膜层重新交联，使得再聚体能保持一定的强度，自聚性支撑剂的这一特性将减少返排及裂缝缩小的危险，在通道压裂施工尾追缝口，支撑缝口控制支撑剂回流且维持较高的导流能力方面具有重要意义。
3、自聚性支撑剂的得到方式简单，仅需要通过向压裂液中加入自聚物，通过自聚物本身的性质即可达到对支撑剂表面的包裹，使其具有自聚特性，达到对其改造的效果，现场施工简单，且不再需要增加其它施工工具。
附图说明：
图1为应用例1井施工压裂曲线图；
图2为应用例2井施工压裂曲线图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1、
一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，所述方法包括：
前期通道压裂技术正常施工，在尾追阶段：将自聚性支撑剂连续泵注入到裂缝缝口处，在泵注过程中，自聚性支撑剂自聚成团，在缝口处聚集，支撑缝口；
同时，由于自聚性支撑剂自聚成团，形成高导流能力通道，使得高粘度压裂液返排；
同时，受到裂缝闭合应力的影响，有部分支撑剂会破碎形成粉砂；自聚性支撑剂在破碎过程时，自聚性支撑剂中游离的极性基团再次通过氢键使相邻的颗粒间发生作用，加之电位变化引起的引力作用，颗粒再次发生聚集，聚集后的颗粒表面覆膜层重新交联。
所述尾追阶段的方法包括：
在完成前置液阶段和高频脉冲段塞泵注加砂阶段后，裂缝中形成高导流能力通道，为了保证在近井地带形成的裂缝有足够的导流能力，在尾部追填支撑剂，保证裂缝不闭合，并具有较高的导流能力，在此阶段，通过向压裂液中加入自聚物，在混砂车中与支撑剂混合，在向井口注入的过程中，支撑剂表面被加入到压裂液中的自聚物包裹，形成具有自聚性的支撑剂，并发生自聚现象，支撑剂自聚成团，进入缝口进行支撑。
其中，所述支撑剂为粒径为0.3～0.6mm陶粒。优选强度较高的陶粒。
其中，所述聚合物为甜菜碱聚合物(聚合物内盐的一种)。可以在压裂液中快速分散，在注入过程中附着于支撑剂表面。
在尾追阶段的加液量为前置液加入液量23％～26％，砂比为压裂全程加砂最高砂比40％～60％；排量为3.0-6.0m3/min；
然后，顶替液注入：向地下压裂缝中注入顶替液；
最后，压裂液进行返排，通道压裂施工完成。
实施例2、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其中，所述聚合物为水基表面改剂ASMA(Aqueous-based Surface-Modification Agent)。对于砂岩储层，所述自聚物为水基表面改剂ASMA(Aqueous-based Surface-Modification Agent)。对于砂岩储层，建议采用水基表面改剂ASMA(Aqueous-based Surface-Modification Agent)，该类水基表明改剂注入地层后不完全固化，保持较好的黏性，在砂岩中作用效果更为突出。
实施例3、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其中，所述聚合物为聚酰酰胺树脂。对低、中渗储层，采用聚酰酰胺树脂对支撑剂进行涂层改性；优选的，所述支撑剂与聚酰酰胺树脂的质量比为100:3-100:6。
实施例4、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其中，所述聚合物为聚结剂AA(Agglomeration Agent)。该添加剂由于具有不会对压裂液的黏度和流变性能产生影响的特点，因此对于低渗透储层的通道压裂改造具有较好的优势。
实施例5、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其中，所述聚合物为2-氟-4-乙烯基吡啶。采用2-氟-4-乙烯基吡啶制备的改性支撑剂通过现场使用发现支撑剂返排率显著减少，并提高裂缝导流能力。
实施例6、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其中，所述聚合物为低分子质量内盐与渗透性较强醇类结合而成的ZPAS表明处理体系。
实施例7、
如实施例1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，在所述尾追阶段之前还包括通道压裂形成主裂缝，包括：
(1)配制通道压裂用基液和纤维混砂液，所述基液粘度30～110mPa·s，纤维混砂液粘度50～200mPa·s；所述纤维混砂液的砂比为8％～50％，纤维比例5％～20％；
(2)分段簇状射孔，在套管上形成多段段进液口，实现分流效果，将后期注入的支撑剂团分成若干较小簇状团支撑剂柱；
(3)前置液阶段，与常规压裂一致，不需要加入纤维，在地层形成一条通道压裂的大通道主裂缝；
(4)高频脉冲段塞泵注加砂：以脉冲的方式交替泵注含有纤维的支撑剂段塞和含纤维不含支撑剂的纯压裂液基液，该阶段利用较高粘度压裂液携带支撑剂到裂缝之中，进行铺砂。在此过程中，先注入含纤维的压裂液基液然后注入含纤维的高黏度携砂液体，称为一个周期，为了保证足够长了裂缝充填支撑剂，需要5～25个泵注周期。
本实施例中，加入支撑剂粒径尺寸为0.212～0.425mm陶粒，前置液为清水压裂液或线性胶压裂液或滑溜水压裂液。
所述步骤(1)中，所述纤维为不可降解纤维，纤维长度8～12mm之间。
所述步骤(2)中在65.6英寸(20m)的套管上分为7簇射孔，每簇射孔5英尺(1.52m)，孔密度为6孔/英尺(20孔/m)。
所述步骤(4)中，一个泵注周期的时间是40～240s，泵入的速度是2.8～7.5m3/min，纤维加入量为每立方米支撑剂总体积中加入纤维质量为5～20kg。泵注周期决定了通道压裂形成高导流通道的导流能力，需要根据室内试验、地层压力、预计产量进行优化。
应用例1、
将本发明所述的方法应用于某一油田断块井中，该地区属于中低孔、中低渗储层，平均孔隙度13.38％，平均渗透率3.29×10-3μm2，埋深1900～2000m，杨氏模量25795MPa，泊松比0.16，经过力学模型计算，该井裂缝变形数据为，设计裂缝宽度5mm，通道处缝宽2.0mm，通道宽度占未变形百分比40％，适合进行通道压裂。设计施工排量5.0m3/min，造缝宽10mm，造缝长105m，造缝高18m，。脉冲泵注段塞加砂12周期。加纤维280kg，尾追阶段可再生聚酰胺类共聚物，即聚结剂AA(Agglomeration Agent)对支撑剂表面进行处理，加入供自聚物聚合的支撑剂1.6m3、1.4m3，液量4.5m3、3.3m3，砂比35％、40％，压后支撑缝宽4mm，支撑效果达到40％，有效的实现了缝口支撑，压后导流能力达到了240μm2·cm。
该储层进行通道压裂时进行了两层压裂，本发明在此选取第一段进行分析。第27段在施工第57分钟开始进行尾追加砂，前次通道压裂加砂砂比为35％，秉持尾追阶段加砂砂比比上一次高2％～5％原则，因此在尾追阶段加砂砂比40％。加砂2.76m3，液量6.9m3。排量维持在4m3/min，此时套管压力保持稳定，表明尾追支撑剂加入效果较好，未发生砂堵，施工顺利。因为采用本发明的内容，所以尾追自聚性支撑剂的加入量，液量，以及排量都较容易进行确定，并通过实际的施工压裂曲线展现出了较好的加入效果。
该油井压前产油0.9t，不含水，压后日产液9.5t，日产油7.5t，增油倍数超过8倍，增油效果是该区其它常规压裂油井的3～4倍，通道压裂施工效果较好。
应用例2、
将本发明所述的方法应用至某井，压裂井油藏类型为构造-岩性油藏，油藏中部埋深3100m，平均孔隙度18％，平均渗透率2.1×10-3μm2属于低孔低渗储层。采用传统工艺进行改造，压裂施工加砂困难，造长缝效率低，为提高压裂效果和成功率，进行通道压裂施工。
前置液量20m3，支撑剂用量40m3，一个段塞周期240s，脉冲阶段最高砂比36％，施工排量5m3/min，纤维质量400kg，长度10mm，直径15μm，质量浓度10kg/m3。尾追阶段加入自聚性支撑剂1.42m3，液量5.25m3，砂比40％。压后强制闭合，立即放喷，最高产油量21.9t/d，压后增产幅度大于20％，压后7个月累计增产原油2500t，改造效果明显。
从图2可以看出，第40段工序在施工第88分钟开始进行尾追加砂，前次通道压裂加砂砂比为40％，秉持尾追阶段加砂砂比比上一次高2％～5％原则，因此在尾追阶段加砂砂比42％。加砂2.9m3，液量6.9m3，排量维持在5.0m3/min。在最后阶段，油压有着明显的上升趋势，表明自聚性支撑剂在缝口的支撑效果很好，进行了有效的铺置。并且采用本发明的技术可以快速准确的对施工参数进行确定，并获得良好施工效果。
Claims (5)
1.一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，所述方法包括：
前置液阶段在地层形成一条通道压裂的大通道主裂缝，然后采用陶粒支撑剂进行高频脉冲段塞泵注加砂，在完成前置液阶段和高频脉冲段塞泵注加砂阶段后，裂缝中形成高导流能力通道，进行尾追阶段施工：将自聚性支撑剂连续泵注入到裂缝缝口处，在泵注过程中，自聚性支撑剂自聚成团，在缝口处聚集，支撑缝口；
同时，由于自聚性支撑剂自聚成团，形成高导流能力通道，使得高粘度压裂液返排；
同时，受到裂缝闭合应力的影响，有部分支撑剂会破碎形成粉砂；自聚性支撑剂在破碎过程时，自聚性支撑剂中游离的极性基团再次通过氢键使相邻的颗粒间发生作用，加之电位变化引起的引力作用，颗粒再次发生聚集，聚集后的颗粒表面覆膜层重新交联；
所述尾追阶段施工包括：在完成前置液阶段和高频脉冲段塞泵注加砂阶段后，裂缝中形成高导流能力通道，在尾部追填支撑剂，保证裂缝不闭合，并具有较高的导流能力，在此阶段，通过向压裂液中加入自聚物，在混砂车中与支撑剂混合，在向井口注入的过程中，支撑剂表面被加入到压裂液中的自聚物包裹，形成具有自聚性的支撑剂，并发生自聚现象，支撑剂自聚成团，进入缝口进行支撑。
2.如权利要求1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，所述自聚物为甜菜碱聚合物。
3.如权利要求1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，所述自聚物为低分子质量内盐与渗透性较强醇类结合而成的ZPAS表面处理体系。
4.如权利要求2所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，在尾追阶段的加液量为前置液加入液量的23%～26%，砂比为压裂全程加砂最高砂比即40%～60%；排量为3.0-6.0m3/min。
5.如权利要求1所述的一种通过自聚性支撑剂实现高速通道的方法，其特征在于，在所述尾追阶段施工之前具体包括：
（1）配制通道压裂用基液和纤维混砂液；
（2）分段簇状射孔，在套管上形成多段进液口，实现分流效果，将后期注入的支撑剂团分成若干较小簇状团支撑剂柱；
（3）前置液阶段，与常规压裂一致，不需要加入纤维，在地层形成一条通道压裂的大通道主裂缝；
（4）高频脉冲段塞泵注加砂：以脉冲的方式交替泵注含有纤维的支撑剂段塞和含纤维不含支撑剂的纯压裂液基液，该阶段利用较高粘度压裂液携带支撑剂到裂缝之中，进行铺砂。
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