CN111423863A - 能够用于宽大裂缝的增强型暂堵剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够用于宽大裂缝的增强型暂堵剂及其制备方法，能够用于宽大裂缝的增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒；所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝。本发明具有铁磁性水溶薄膜溶解速度快，不影响暂堵剂的胶结性能，能够对缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝进行封堵、节约暂堵剂的用量、降低施工成本等优点。
Description
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体来讲，涉及一种能够用于宽大裂缝的增强型暂堵剂及其制备方法。
背景技术
在油气开采过程中，进行压裂时使用的暂堵剂主要是能在高温环境下具有可交联性的遇水可溶性高分子材料，通过将暂堵剂加入到压裂液泵送入地层裂缝中进行暂堵。暂堵剂在井下高温环境下会产生胶结，从而封堵地层裂缝，实现缝内暂堵。胶结的暂堵剂经过一段时间之后，会在水中逐渐溶解从而解除对裂缝的封堵。这种暂堵剂适用于封堵缝宽较小的裂缝，但遇到缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝，则难以通过暂堵剂的胶结实现缝内暂堵。此外，在实施缝内暂堵时，由于不确定暂堵剂在裂缝内实现暂堵的具体位置，所以暂堵剂的用量较多，增加施工成本。
通过对暂堵剂颗粒进行改性，使暂堵剂颗粒具有磁性，同时在井下局部区域施加磁场，可以使暂堵剂在局部区域实现高浓度聚集，从而对特定区域进行暂堵，提高暂堵效果，节约施工成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂。所述增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒；所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝。
在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。
在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。
在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，所述暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。
本发明的另一方面提供了一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：形成暂堵剂颗粒，所述暂堵剂颗粒为在油气井下的高温环境下具有遇水可溶性且可交联性的高分子材料；在暂堵剂颗粒表面形成铁磁性水溶薄膜，得到所述增强型暂堵剂，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒。
在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。
在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。
在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，所述暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
(1)本发明通过在暂堵剂表面包裹铁磁性水溶薄膜，通过在裂缝入口处施加磁场，提高了裂缝入口处暂堵剂的浓度，从而提高了暂堵效果；
(2)本发明的铁磁性水溶薄膜溶解速度快且不会影响暂堵剂的使用性能；
(3)本发明的暂堵剂能够对缝宽较大的裂缝进行暂堵，且节约暂堵剂用量，降低施工成本。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的提高暂堵效果的增强型暂堵剂及其制备方法。
本发明的一方面提供了一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂。
在本发明的一个示例性实施例中，能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒。所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝。具体来讲，本发明通过在暂堵剂颗粒表面包裹能够与水发生反应的铁磁性水溶薄膜，使暂堵剂能够在磁力作用下移动并汇集在井下特定区域(例如，宽大天然裂缝或人造裂缝的缝口处)，当暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜溶解之后释放出其中的暂堵剂颗粒，暂堵剂颗粒在地层高温环境(例如60～130℃) 中遇水溶解并且发生交联从而胶结并封堵裂缝入口，实现暂堵功能。这里，暂堵剂颗粒可以为遇水可溶的可交联性高分子材料，例如苯甲酸，聚丙烯等。
在本实施例中，铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。例如，铁磁性水溶薄膜可包括铁铝合金或铁镁合金或铁镁铝合金。这里，铁磁性水溶薄膜中的镁和铝元素会与水发生化学反应，使得铁磁性水溶薄膜发生快速的溶解，释放出被包裹的暂堵剂颗粒。其中，发生化学反应的方程式为：
2Al+6H20＝＝2Al(OH)3+3H2
Mg+2H2O＝＝Mg(OH)2+H2
然而，本发明不限于此，其它类型的铁磁性水溶薄膜材料也可以，只要该材料能够在磁力作用下吸附并且能够溶解于水释放被包裹的暂堵剂颗粒即可。
在本实施例中，铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。当铁磁性水溶薄膜的厚度小于0.25mm时，暂堵剂在磁场作用下受到的磁力偏小，暂堵剂难以汇集或汇集的浓度不足以封堵地层裂缝；当铁磁性水溶薄膜的厚度大于0.75mm时，铁磁性水溶薄膜与水发生反应释放暂堵剂颗粒的时间过长，不利于进行封堵施工。这里，铁磁性水溶薄膜中铁的含量可以为40％～60％wt。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量控制在此范围内时，可以保证薄膜在具有足够铁磁性的基础上，能够以较快速度溶解。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量低于40％wt时，铁磁性水溶薄膜溶解速度快，但铁磁性弱，不利于在磁力作用下汇集高浓度暂堵剂；当铁磁性水溶薄膜中铁的含量超过60％wt时，铁磁性水溶薄膜的铁磁性强，但是溶解速度慢，不利于暂堵施工。
本发明的另一方面提供了一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的制备方法。
在本发明的另一个示例性实施例中，能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的制备方法可包括以下步骤：
首先，形成暂堵剂颗粒。这里，暂堵剂颗粒为在油气井下的高温环境下具有遇水可溶性且可交联性的高分子材料。然后，在暂堵剂颗粒表面形成铁磁性水溶薄膜，得到所述增强型暂堵剂。其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒。具体来讲，先将用于封堵的暂堵剂制成一定粒径的暂堵剂颗粒。然后再在暂堵剂颗粒表面形成铁磁性水溶薄膜。例如，可以通过电镀方式自暂堵剂颗粒表面形成铁磁性水溶薄膜。然而，本发明不限于此，其它方式也可以。这里，铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。当铁磁性水溶薄膜的厚度小于0.25mm时，暂堵剂在磁场作用下受到的磁力偏小，暂堵剂难以汇集或汇集的浓度不足以封堵地层裂缝；当铁磁性水溶薄膜的厚度大于0.75mm时，铁磁性水溶薄膜与水发生反应释放暂堵剂颗粒的时间过长，不利于进行封堵施工。这里，暂堵剂颗粒可以为遇水可溶的可交联性高分子材料，例如苯甲酸，聚丙烯等。
在本实施例中，铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。例如，铁磁性水溶薄膜可包括铁铝合金或铁镁合金或铁镁铝合金。这里，铁磁性水溶薄膜中的镁和铝元素会与水发生化学反应，使得铁磁性水溶薄膜发生快速的溶解，释放出被包裹的暂堵剂颗粒。其中，发生化学反应的方程式为：
2Al+6H20＝＝2Al(OH)3+3H2
Mg+2H2O＝＝Mg(OH)2+H2
这里，铁磁性水溶薄膜中铁的含量可以为40％～60％wt。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量控制在此范围内时，可以保证薄膜在具有足够铁磁性的基础上，能够以较快速度溶解。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量低于40％wt时，铁磁性水溶薄膜溶解速度快，但铁磁性弱，不利于在磁力作用下汇集高浓度暂堵剂；当铁磁性水溶薄膜中铁的含量超过60％wt时，铁磁性水溶薄膜的铁磁性强，但是溶解速度慢，不利于暂堵施工。然而，本发明不限于此，其它类型的铁磁性水溶薄膜材料也可以，只要该材料能够在磁力作用下吸附并且能够溶解于水释放被包裹的暂堵剂颗粒即可。
本发明的另一方面还提供了一种使用能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的方法。
在本发明的又一个示例性实施例中，所述使用能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的方法针对缝隙宽度为1～5mm的天然裂缝或人造裂缝，将上述一个示例性实施例中所述的增强型暂堵剂按照质量体积比2～5： 100且单位为kg/L添加到压裂液中，随后通过具有磁性吸附功能的射孔孔眼或套管滑套喷射孔向地层泵注压裂液进行暂堵。这里，压裂液的泵注排量可以为0.4～1m3/min。具体来讲，进行暂堵时，将2～5kg的增强型暂堵剂加入 100L压裂液中，暂堵剂随压裂液进入井下并通过具有磁性吸附功能的射孔孔眼或套管滑套喷射孔进入地层裂缝中，暂堵剂在射孔孔眼或喷射孔磁场的作用下汇集在裂缝入口处，当包裹暂堵剂的铁磁性水溶薄膜溶解后，暂堵剂颗粒被释放并在井下地层高温环境中发生胶结从而将裂缝入口封堵，实现暂堵。这里，将压裂液的排量控制在0.4～1m3/min，是为了给暂堵剂充分的时间使包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜溶解以及使暂堵剂颗粒进行充分胶结。当压裂液的泵注排量控制在此范围时，能够很好的进行暂堵施工。当压裂液的泵注排量低于0.4m3/min时，暂堵剂会在自身重量的作用下下沉，依靠排量无法把暂堵剂可靠地带到指定位置；当压裂液的泵注排量高于1m3/min时，排量对暂堵剂自身的冲击力大于暂堵剂本身受到的磁力，暂堵剂就无法有效地聚集在缝口附近。
综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
(1)本发明通过在暂堵剂颗粒表面包裹铁磁性水溶薄膜，通过在裂缝入口处施加磁场，提高了裂缝入口处暂堵剂的浓度，从而提高了暂堵效果；
(2)本发明的铁磁性水溶薄膜溶解速度快且不会影响暂堵剂的使用性能；
(3)本发明的暂堵剂容易制备，能够井下规模化生产；
(4)本发明的增强型暂堵剂配合具有磁性吸附功能的射孔孔眼或套管滑套喷射孔能够对缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝进行暂堵，且节约暂堵剂用量，降低施工成本。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (8)
1.一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂，其特征在于，所述增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，
所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒；
所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝。
2.根据权利要求1所述的能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂，其特征在于，所述铁磁性水溶薄膜由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。
3.根据权利要求2所述的能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂，其特征在于，所述第一金属元素为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素为镁、铝和钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂，其特征在于，所述铁磁性水溶薄膜的厚度为0.25～0.75mm，所述暂堵剂颗粒的粒径为0.35～1.25mm。
5.一种能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
形成暂堵剂颗粒，所述暂堵剂颗粒为在油气井下的高温环境下具有遇水可溶性且可交联性的高分子材料；
在暂堵剂颗粒表面形成铁磁性水溶薄膜，得到所述增强型暂堵剂，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒。
6.根据权利要求5所述的增强型暂堵剂的制备方法，其特征在于，所述铁磁性水溶薄膜由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。
7.根据权利要求6所述的增强型暂堵剂的制备方法，其特征在于，所述第一金属元素为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素为镁、铝和钙中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的增强型暂堵剂的制备方法，其特征在于，所述铁磁性水溶薄膜的厚度为0.25～0.75mm，所述暂堵剂颗粒的粒径为0.35～1.25mm。
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