CN111706311B - 一种液体自支撑高速通道压裂施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体自支撑高速通道压裂施工工艺，包括以下步骤：(1)将常规压裂液和密度调节剂按一定重量比配制B1液；(2)使用B1液制造裂缝；(3)在制造裂缝的同时配制A液和B液：将树脂或树脂稀释液与悬浮分散剂混合后，加入固化剂，混合均匀得到A液；B1液与悬浮分散剂或B1液与悬浮分散剂、交联剂混合均匀得到B液；(4)造缝完成后，立即将A液通过若干喷射口喷射进B液中，喷射口位于B液的液面之下，并将A、B混合液注入地层；(5)使用顶替液将A、B混合液全部顶替进地层，憋压40～180min。该工艺解决了现有技术中A液成块成片分布，易造成地层伤害的问题，能实现全面裂缝自支撑和高速通道压裂效果。
Description
技术领域
石油工业油气田开发技术领域，涉及一种液体自支撑技术实现高速通道压裂的施工工艺。
技术背景
低渗、特低渗、致密油气藏、页岩气藏仅仅依靠常规开发方式难以获得工业油气流，针对低渗透储层的特性，目前常用的开发方式主要为水力压裂开发方式，通过水力压裂形成高导流能力的裂缝，从而改变储层渗流能力，提高泄油面积，达到增产效果。
目前的水力压裂开发技术首先通过前置液压开地层裂缝，然后注入含有固体支撑剂的携砂液。裂缝闭合后，通过携砂液携带的固体支撑剂起到支撑裂缝的作用，支撑剂由于密度高，裂缝闭合后，大多支撑剂铺置底部，形成砂堤，不利于裂缝有效高度的扩展，且支撑剂用量大、成本高，成本占到压裂施工的1/3，甚至更高。此外，均匀铺置的支撑剂导流能力仅仅依靠颗粒与颗粒之间的孔隙提供，导流能力有限。斯伦贝谢公司提出通道压裂技术(高速通道压裂新技术，油田新技术，2011年秋季刊，23卷，第3期)，通过支撑剂团形成不连续支撑剂团充填层。不连续支撑剂团，相当于大颗粒团，大颗粒团与团之间形成离散的高速通道网络，从而形成高速渗流通道，该技术可实现较高的导流能力。但是该技术仍然需要向地层注入固体支撑剂，且注入工艺复杂，施工成本高。此外注入固体支撑剂施工过程易出现砂堵风险，砂堵一旦发生，轻者需冲砂、洗井作业，影响压裂施工进程，重者造成井筒报废，引起千万甚至上亿经济损失。
针对常规压裂技术及通道压裂技术存在的问题，中国专利文献CN1059715 79A公开了一种相变压裂液施工工艺，该种施工工艺中相变压裂液与非相变压裂液同时注入，固化后，非相变压裂液返排，通过非相变压裂液流通的孔道，起到支撑裂缝的作用。该施工工艺所需相变液体含量在30％以上，相变液体在流动过程中属于连续流动，且相变液体与非相变液体密度值难以控制，相变压裂液固化后容易成块、成片分布，相变压裂液不仅用量大，成本高，成片、成块的连续固化还有可能堵塞裂缝、粘接岩石孔隙，造成严重地层伤害。成块、成片的固化体渗透率低，固化体之间也没有充足的连通孔隙，该种连续注入的施工工艺也无法获得高速通道导流能力，无法实现高导流能力通道压裂。
此外，赵立强等公开一种新型自支撑压裂液体系实验研究(油气藏评价与开发，2020，10(2)：121-127.)，所述相变压裂液最终形成的固体颗粒目数在20～70目之间，粒径与常规支撑剂无异，该种粒径的支撑剂铺置后，仍然是通过颗粒与颗粒间的孔隙提供导流能力，无法获得高速通道导流能力。
发明内容
本发明针对现有技术中相变材料用量大、成本高、易造成地层伤害的问题，提出一种针对新型液体自支撑压裂液的液体自支撑高速通道压裂施工方法，该种液体自支撑压裂液无需固相支撑剂，将压裂液注入裂缝后，可固化形成厘米级圆球状颗粒，均匀填充在裂缝中，促进裂缝缝高、缝长的延伸，形成厘米级高速渗流通道，获得无限导流能力，提高泄油面积，提高采收率。此外，液体可固化液用量少，成本低，压裂施工过程保持液态，流动性高，施工简单，不存在砂堵风险。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种液体自支撑高速通道压裂施工工艺，包括以下步骤：
(1)配制B1液：将100重量份的常规压裂液和4～40重量份密度调节剂混合均匀得到B1液；
(2)制造裂缝：向需要压裂的油气井注入B1液，当高于地层破裂压力时，地层被压开裂缝；B1液的注入量根据裂缝尺寸要求设计；
(3)在制造裂缝的同时现场配制A液和B液：将树脂或树脂稀释液与悬浮分散剂混合后，加入固化剂，混合均匀得到A液；将B1液与悬浮分散剂混合均匀，或将B1液与悬浮分散剂和交联剂混合均匀得到B液；树脂稀释液为树脂和稀释剂的混合物；
(4)造缝完成后，立即将刚配制好的A液和B液混合，并将混合液注入地层，A液和B液的混合方式为：使用高压设备将A液通过喷射口喷射进B液中，A液在B液中形成均匀分布的厘米级液体颗粒；喷射口位于B液的液面之下；
(5)混合液注入完成后向井筒中注入顶替液，将A/B混合液全部顶替进地层，憋压40～180min。
待A液在B液中固化后，形成厘米级颗粒，均匀铺置在裂缝中，颗粒间形成高导流能力通道。
上述工艺适用的地层温度是60～160℃。
上述压裂工艺中，将A液喷射到B液中，在B液中形成均匀的悬浮分散的厘米级液体颗粒，该液体颗粒由B液携带注入地层，在60～160地层温度下，固化成厘米级固体颗粒，起到支撑裂缝的作用，厘米级大颗粒之间形成离散的高速通道网络，形成高出常规压裂几倍到几十倍的导流能力。只需占A、B液总质量25％以下的A液(相变材料)用量，即可形成均匀分散的固化颗粒，且可均匀填充在裂缝中，形成高导流能力渗流通道，极大的减少了裂缝渗流阻力，提高泄油面积，提高油气产量。
优选的，步骤(3)中，A液的配制方法具体为：将重量份为100份树脂，0～20份稀释剂混合均匀，加入0.1～0.5份悬浮分散剂后，再加入20～40份固化剂混合均匀；优选的，稀释剂为10～20份；
B液的配制方法具体为：将100重量份的常规压裂液和4～40份密度调节剂混合均匀得到B1液，然后加入0～1份交联剂，0～4份表面活性剂，0.1～0.5份悬浮分散剂混合均匀。
优选的，步骤(4)中可以是多个喷射口，喷射口均匀分布。优选的，喷射口的直径为0.5mm～3mm。步骤(4)中，A液的喷射压力为0.3MPa～0.6MPa。
优选的，A液、B液混合完成后的20分钟内将A/B混合液全部的注入井内，进一步优选的，A液、B液的混合过程和A/B混合液的注入过程在现场施工过程中是一个连续不断的施工过程，即随混和随注入。
步骤(4)中A液的喷射速度根据施工排量设计，假设施工排量为Vm3/min，即A/B混合液用量为Vm3/min，那么A液喷射速度为V*A/(A+B)m3/min，本领域技术人员可根据排量选择合适的高压泵。
优选的，步骤(5)中，A液与B液质量比为1:3～19。A/B混合液注入裂缝的总量与按照裂缝设计几何尺寸体积计算。
优选的，步骤(5)中的顶替液为油田常用顶替液，无特殊要求；顶替液主要是为了将A/B混合液顶替进地层，体积一般为1个井筒体积，用量需根据油管尺寸、井深进行计算。
优选的，所述A液中包括100份树脂，0～20份稀释剂，20～40份固化剂，0.1～0.5份悬浮分散剂；B液中包括100份常规压裂液，0～1份交联剂，4～40份密度调节剂，0～4份表面活性剂，0.1～0.5份悬浮分散剂。上述均为重量份。
优选的，所述A液中的树脂为环氧树脂，包括双酚A型环氧树脂E-44，双酚A型环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂，多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种或多种。环氧树脂为形成厘米级颗粒的主要材料。
优选的，所述A液中的稀释剂包括乙醇、丙酮、甲乙酮、环己酮、甲苯、二甲苯、正丁醇、正丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、环氧丙烷邻甲苯基醚中的一种。稀释剂的主要作用为：降低环氧树脂粘度、提高流动性，促进树脂液分散。
优选的，所述A液中的固化剂包括三亚乙基四胺，三乙烯四胺，三亚乙基三胺，邻苯二甲酸酐，顺丁烯二酸酐，咪唑类固化剂中的一种。固化剂的主要作用为使环氧树脂固化。
优选的，所述A液和B液中的悬浮分散剂为亲水性纤维材料。所述亲水性纤维材料为低密度纤维(密度为0.95～1.1g/cm3，碱含量小于0.8％，抗拉强度大于600MPa)，A液中所用亲水性纤维材料直径10～20μm，长度1～5mm。B液中所用亲水性纤维材料的直径为10～20μm，长度5～12mm。所述亲水性纤维材料为在市面购置的纤维材料，包括改性聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或两种。其中，改性聚丙烯纤维为聚丙烯纤维经过表面改性处理后得到，纤维改性方法为常规方法，改性方法参考文献：刘中伟,张炉青,仇凯,等.聚丙烯纤维的表面改性研究[J].山东化工,2015,044(006):31-33,38。
在A液与B液的混合过程中，喷射过程会产生微小液滴，A液中的悬浮分散剂对各小液滴之间具有一定的牵扯作用，从而能够促进小液滴聚并，能促进树脂液成团成簇状存在，保证厘米级大颗粒形成；并能防止固化颗粒、压裂过程中产生的碎屑回流等。B液中悬浮分散剂有利于提高A液喷射入B液后形成的水包油液体颗粒的悬浮性，也有利于在注入过程中厘米级固体颗粒分散。B液中的纤维通过与A液液体颗粒的物理碰撞约束颗粒的运动，该约束作用受到纤维取向、纤维浓度和长度的影响。在A液液体颗粒固化形成厘米级固体颗粒的过程中，A液液体颗粒与B液中的纤维不断碰撞，碰撞使得纤维发生运动，纤维之间相互作用增强、接触数量增多，多根纤维相互接触形成网状结构，大大降低A液液体颗粒的运动速度。将A液颗粒外围受到的常规压裂液的曳力，传递到内部，提高了A液厘米级颗粒的稳定性。
如果A液中悬浮分散剂含量过少，不利于A液大颗粒的形成；若纤维量过多，则A液流动性变差，难以将A液喷射进B液中。
如果B液中纤维量过少，则起不到悬浮分散作用，A液大颗粒易沉降，过多时，成本升高，且施工压力升高，甚至堵塞炮眼。
B1液的作用与常规压裂技术中压裂液作用类似，用于前置液压裂裂缝，还作为B液的前处理液，用于后期配制B液。地质情况不同，油井不同，压裂规模也不同，压裂裂缝尺寸不同。本发明的B1液和常规压裂液作用是一致的，压裂时前置液阶段可注入本发明B1液压开裂缝，需要的裂缝尺寸越大，B1液的用量也就越多。
B液是在压裂过程中进行配制的，如果提前配制，由于悬浮分散剂和交联剂的作用，会使B液粘度大幅度升高，造成摩阻升高，施工压力上升。
配制A液时，首先将树脂体系与稀释剂混合，主要是为了稀释树脂液，提高流动性，易于后续A液配制，易于向B液中喷射，降低施工压力。A液需要在现场配制，尤其是固化剂，需要在施工时实时加入，可以防止A液在施工前固化造成材料浪费，如果压裂出现不可预知的情况停止施工时，避免A液浪费，从而减少成本损失。
A液、B液的混合过程与压裂施工过程同步进行。压裂完成后，立即将混合均匀的A液通过泵车，喷射进B液中，得到混合液，然后立即将混合液，通过高压泵车注进地层。特别的，搅拌均匀的A液一定要喷射进B液中，且A/B混合液无需搅拌，直接泵入地层。若将A液和B液同时注入地层，A液固化后容易成块、成片分布，不仅用量大，成本高，成片、成块的连续固化还有可能堵塞裂缝、粘接岩石孔隙，造成严重地层伤害。成块、成片的固化体渗透率低，固化体之间也没有充足的连通孔隙，该种连续注入的施工工艺也无法获得高速通道导流能力，无法实现高导流能力通道压裂。若在施工时先注A液后注入B液，A液不分散，不具有通道压裂效果，且易造成堵塞，施工风险大。若A液和B采用常规方法搅拌混合，则会形成小颗粒，无法形成厘米级大颗粒，不具有高速通道压裂效果。
优选的，所述常规压裂液为胍胶压裂液、滑溜水压裂液、乳液压裂液、聚丙烯酰胺溶液、黄原胶溶液。主要为增稠剂，提高流体粘度，减缓颗粒沉降速度。
优选的，B液中所述的交联剂为胍胶压裂液常用硼酸类交联剂，比如硼砂、有机硼、有机锆等油田常用交联剂。交联剂主要为了使胍胶压裂液增粘，控制压裂液粘度，使用其他压裂液时无需加入交联剂。
优选的，B液中所述密度调节剂为氯化钠、氯化钾、溴化钠、溴化钾、溴化锌、溴化钙中的一种或几种，用量根据所需压裂液密度调节。密度调节剂主要作用为了调节压裂液密度，提高A液固化颗粒悬浮性，提高可携带性，有利于颗粒圆度、球度的提高。
所述表面活性剂为油田常用表面活性剂，添加表面活性剂能够进一步提高厘米级固体颗粒的分散性。
B液中油田常用的表面活性剂如下：
(1)阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠；
(2)阳离子表面活性剂：季铵化物；
(3)两性离子表面活性剂：十二烷基二甲基氧化胺。
优选的，将混合均匀的A液通过泵车，喷射进B液中。
专利CN105971579A中M液为非相变液体，N液为相变液体，N液与本发明A液作用类似，都属于可固化液体，但是本发明A液配方为树脂类固化体系，在市场上可直接购置相关材料，且A液配制过程简单，材料易获得；N液是由多种化学物质反应得出，与A液配方完全不同，其配制过程复杂，材料用量多，且用到多种有毒试剂，实验室合成防护要求高。M液非相变材料与本发明B液类似，但是二者作用不同，该专利中M液通过返排，其占有的通道最后形成油气流动通道。此种施工工艺不适用于本发明所述的压裂液，本发明B液为携带液，需要将A液均匀喷射进B液中，油气孔道不用通过B液流通返排获得，由于A液在B中是颗粒状存在，固化后成厘米级颗粒，且均匀悬浮，所到之处均可实现有效支撑裂缝，厘米级颗粒与颗粒之间大孔隙构成高导流能力渗流通道，具有高速通道压裂效果。且本发明要求B液具有一定粘度，不能使用清水或者盐水代替，且B液中需要加入悬浮分散剂，悬浮分散剂的加入，可降低A液液体颗粒和固化后的固体颗粒的沉降速度，提高分散性。
本发明的有益效果：
(1)液体自支撑压裂液无需固相支撑剂，改变现有常规压裂方式，节省了固相支撑剂的成本，减少施工工艺，避免了固相支撑剂带来的砂堵风险，此外，由于是液体注入，减少了施工压力，降低施工风险、减少压裂车组用量，缩减成本。
(2)形成的厘米级固化颗粒抗压强度高，厘米级固体颗粒抗变形能力强，避免了传统低密度支撑剂容易被压实的缺陷。
(3)用较少的相变材料即可获得全面的裂缝支撑，既缩减压裂成本，又提高了裂缝控制面积。
(4)可形成均匀悬浮分散的厘米级固体颗粒，可扩展裂缝的有效逢高，形成厘米级裂缝缝宽，厘米级颗粒与颗粒之间形成离散的高速通道网络，形成无限高导流能力渗流通道，降低渗流阻力；压裂液所到之处均可形成有效支撑，进一步扩大裂缝控制面积，提高产量。
(5)解决了现有施工工艺存在的，相变材料成块、成片分布，不分散，易造成地层伤害的问题，能实现全面裂缝自支撑，实现高速通道压裂效果。
附图说明
图1是实验1平板缝中完全固化前颗粒分布示意图；
图2是实验1固化后形成的厘米级大颗粒；
图3是实验2平板缝中完全固化前厘米级颗粒分布图；
图4是实验3平板缝中固化后厘米级颗粒分布图；
图5是实验4固化后形成的液体自支撑效果；
图6是实验5固化后形成的液体自支撑效果；
图7是实施例1平板缝中固化后颗粒分布示意图；
图8是本发明压裂液压裂工艺和其他常规支撑剂的导流能力对比图；
图9是对比例1模拟结果示意图；
图10是对比例2模拟结果示意图。
具体实施方式
首先，采用一般实验室方法评价本发明所用压裂液固化形成的厘米级颗粒铺置情况及抗压强度，包括以下步骤：
(1)根据相似准则，设计平板裂缝尺寸，准备符合相似准则要求的亚克力板平板模型，将平板模型置于水浴锅中；
(2)采用均匀搅拌的方式配制B液；
(3)采用均匀搅拌的方式配制A液，在树脂或树脂稀释液中加入悬浮分散剂混合，再加入固化剂混合均匀；
(4)将A液喷射进B液中，喷射后无需搅拌，A液在B液中形成分布均匀的厘米级液体颗粒；
(5)将A液、B液混合后的20min内将A、B混合液通过微量泵泵入平板裂缝模型，打开水浴锅，设置温度为模拟地层温度，实验过程确保注入裂缝后，水浴锅再开始升温，模拟压裂液注入地层升温过程；
(6)A/B混合液注入裂缝后，观测混合液在平板缝中的运移规律，记录实验现象，等待颗粒固化，记录固化后实验结果；
(7)固化结束后，将固化颗粒分离，通过振动筛分选颗粒，记录粒径范围，并进行抗压强度测试。
实验1.一种液体自支撑高速通道压裂液，将双酚A型环氧树脂E-51质量40g与改性聚丙烯纤维0.04g混合均匀，然后加入三亚乙基四胺固化剂8g混匀，得到A液；将胍胶压裂液500g，有机硼交联剂0.5g，氯化钾20g，改性聚丙烯纤维0.5g混合均匀得到B液。按照质量比为1:10取上述A液与B液。将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度60℃，固化时间60min。
平板缝中实验示意图如图1所示。固化后形成厘米级颗粒，颗粒均匀分散在裂缝中，颗粒间形成厘米级孔隙。实验结果示意图如图1所示。实验结束后，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表1所示，形成的厘米级大颗粒见图2所示。
表1
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 52.36％ | 45.56％ | 2.08％ |
由表1数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。
重复以上实验，获得足够量的固化颗粒，将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。由于0～5目固化颗粒粒径较大，无相关标准测试抗压强度，利用支撑剂测试标准不能精确表示其性能，且只要5～10目、10～20目颗粒满足强度要求，说明材料本身没有问题，足以证明0～5目固化颗粒满足要求，对于0～5目颗粒，即使存在破碎情况，由于其粒径较大，仍能保持高速通道导流能力。测试结果如下表2所示。
表2
| 支撑剂目数 | 52MPa压实状态/破碎率 | 69MPa压实状态/破碎率 | 86MPa压实状态/破碎率 |
| 5～10目 | 无压实/0.23％ | 无压实/2.36％ | 无压实/7.78％ |
| 10～20目 | 无压实/0.56％ | 无压实/2.45％ | 无压实/8.86％ |
通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。特别的，形成的大粒径固化颗粒由于粒径范围远远超过常规支撑剂，存在部分破碎，并不影响导流能力，破碎形成残渣也会被加入的纤维材料捕获，避免造成地层伤害。
实验2.一种液体自支撑高速通道压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51质量40g，用8g乙醇稀释剂稀释，然后加入聚乙烯醇纤维0.2g混合均匀后，加入三亚乙基四胺固化剂16g，混匀得到A液；将胍胶压裂液500g，硼砂交联剂5g，氯化钾100g，溴化钙100g，改性聚丙烯纤维2.5g，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠20g混合均匀得到B液。按质量比为1：3取上述A液、B液，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度80℃，固化时间40min。
平板缝中实验示意图如图3所示。固化后形成厘米级颗粒，颗粒均匀分散在裂缝中，颗粒间形成厘米级孔隙。实验结果示意图如图3所示。实验结束后，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表3所示。
表3
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 55.23 | 42.72 | 2.05％ |
由表3数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。
重复以上实验，获得足够量的固化颗粒，将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。测试结果如下表4所示。通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。
表4
| 支撑剂目数 | 52MPa压实状态/破碎率 | 69MPa压实状态/破碎率 | 86MPa压实状态/破碎率 |
| 5～10目 | 无压实/0.35％ | 无压实/3.58％ | 无压实/7.59％ |
| 10～20目 | 无压实/0.68％ | 无压实/4.07％ | 无压实/8.98％ |
实验3.一种液体自支撑高速通道压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比3:1混合均匀，共计60g，加入丙酮稀释剂7g混合均匀后加入纤维(聚乙烯醇纤维)0.2g混匀，然后加入邻苯二甲酸酐15g得到A液；取乳液压裂液750g，氯化钾40g，聚乙烯醇纤维1.2g混合均匀得到B液。按照质量比1:19取上述A液与B液，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度90℃，固化时间30min。固化后形成厘米级颗粒，颗粒均匀分散在裂缝中，颗粒间形成厘米级孔隙。实验结果示意图如图4所示。实验结束后，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表下表5所示。
表5
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 50.28％ | 48.26％ | 1.36％ |
由上表数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。重复以上实验，获得足够量的固化颗粒，将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。测试结果如下表6所示。通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。
表6
| 支撑剂目数 | 52MPa压实状态/破碎率 | 69MPa压实状态/破碎率 | 86MPa压实状态/破碎率 |
| 5～10目 | 无压实/0.36％ | 无压实/3.25％ | 无压实/9.75％ |
| 10～20目 | 无压实/0.75％ | 无压实/4.58％ | 无压实/10.59％ |
实验4.一种液体自支撑压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比3:1混合，共计60g，加入丙酮稀释剂7g，加入邻苯二甲酸酐15g混合均匀后得到A液；取乳液压裂液750g，氯化钾40g，聚乙烯醇纤维1.2g混合均匀，得到B液。按照质量比为1:19取A液、B液，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度80℃，固化时间60min。实验结果如图5所示，由于A液中无悬浮分散剂，在A液和B液混合过程中产生的小颗粒液滴难以聚并，从而造成小颗粒较多，大颗粒含量下降，且固化后，部分颗粒发生沉降。
实验5.一种液体自支撑压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比3:1混合，共计60g，加入丙酮稀释剂7g混合均匀后，再加入聚乙烯醇纤维0.2g混匀，最后加入邻苯二甲酸酐15g混合均匀后得到A液；取乳液压裂液750g，氯化钾40g混合均匀，得到B液。按照质量比为1:10取A液、B液，采用实施例中的注入方式，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度80℃，固化时间60min。实验结果如图6所示，由于B液中未加入悬浮分散剂，造成大颗粒悬浮性差，A液固化后形成的大颗粒沉降现象明显，不利于大颗粒在裂缝中全面铺置，不利于裂缝控制面积的提高。
由实验4和实验5可知，形成均匀分布的大颗粒的主要原因是A液中含有纤维类悬浮分散剂，使得在A液和B混合过程中产生的小液滴进行聚并，生成大颗粒液体，在B液中长纤维悬浮分散剂的作用下，使得生成的大颗粒液体均匀、悬浮分散；A液与B液采用喷射的混合方式主要是为了避免常规搅拌混合使形成的液体颗粒过小。
实验6.一种液体自支撑压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比3:1混合均匀，共计60g，加入丙酮稀释剂7g混合均匀后加入聚乙烯醇纤维0.2g混匀，然后加入邻苯二甲酸酐15g得到A液；取乳液压裂液750g，氯化钾40g，聚乙烯醇纤维1.2g混合均匀得到B液。按照质量比1:2取上述A液与B液，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度90℃，固化时间30min。结果发现，A液在B液中分散性较差，注入过程A液出现块状粘接，不利于颗粒分散，且由于A液含量较高，提高了经济成本。
实验7.一种液体自支撑压裂液，取双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比3:1混合均匀，共计60g，加入丙酮稀释剂7g混合均匀后加入改性聚乙烯醇纤维0.2g混匀，然后加入邻苯二甲酸酐15g得到A液；取乳液压裂液750g，氯化钾40g，改性聚乙烯醇纤维1.2g混合均匀得到B液。按照质量比1:25取上述A液与B液，将A液喷射进B液中，然后将混合液注入平板裂缝，模拟地层温度90℃，固化时间30min。结果发现，由于A液含量较少，形成的厘米级大颗粒数量太少，无法全面支撑裂缝。
以下模拟现场施工方式对本发明工艺进行进一步的说明，但不仅限于此。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：
一种液体自支撑高速通道压裂液的压裂施工工艺，包括以下步骤：
(1)配制B1液和树脂稀释液：将胍胶压裂液100重量份与氯化钾4重量份混合均匀得到B1液；将100重量份的双酚A型环氧树脂E-51和10重量份的乙醇稀释剂混合均匀得到树脂稀释液；
(2)制造裂缝；利用专利CN110725675A公开的缝网模拟装置模拟裂缝。
(3)在制备裂缝的同时配制A液、B液：在树脂稀释液中加入改性聚丙烯纤维0.1重量份，混合均匀后加入三亚乙基四胺25重量份，搅拌均匀形成A液。B1液中加入有机硼交联剂1重量份，改性聚丙烯纤维0.1重量份搅拌均匀形成B液。
(4)造缝完成后，立即将A液和B液混合，并将混合液注入平板缝中，A液和B液的混合方式为：使用螺杆泵模拟高压泵将A液通过若干喷射口喷射进B液中，喷射口位于B液的液面之下；平板缝置于恒温箱中，设定地层温度80摄氏度。按照质量比为1:10注入A液与B液。喷射压力为：0.5Mpa；喷射口直径为：1.5mm。
(5)注入完成后，模拟注入顶替液，停泵60min，记录实验结果。
实验结果示意图如图7所示。实验结束后，清洗设备，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表7所示。通过专利CN110725675A公开的缝网模拟装置及方法、固化颗粒铺置情况，测试固化颗粒强度及粒径范围。
表7
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 51.36％ | 46.54％ | 2.10％ |
由表7数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。测试结果如下表8所示。
表8
通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。特别的，形成的大粒径固化颗粒由于粒径范围远远超过常规支撑剂，即使存在部分破碎，并不影响导流能力，破碎形成残渣也会被加入的纤维材料捕获，避免造成地层伤害。
实施例2
一种液体自支撑高速通道压裂液压裂施工工艺，包括以下步骤。
(1)配制B1液和树脂稀释液：双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照3:1配制，共计100重量份，与丙酮稀释剂20g重量份混合得到树脂稀释液；乳液压裂液100重量份与氯化钾4重量份混合均匀得到B1液。
(2)制造裂缝：利用专利CN110725675A公开的缝网模拟装置模拟裂缝。
(3)在制备裂缝的同时配制A液、B液：在树脂稀释液中加入改性聚丙烯纤维0.5重量份，然后加入邻苯二甲酸酐20重量份混合均匀形成A液。B1液中加入改性聚丙烯纤维0.2重量份搅拌均匀形成B液。
(4)造缝完成后，立即将A液和B液混合，并将混合液注入平板缝中，A液和B液的混合方式为：使用螺杆泵模拟高压泵将A液通过若干喷射口喷射进B液中，喷射口位于B液的液面之下；平板缝置于恒温箱中，设定地层温度60摄氏度。按照质量比为1:3混合A液与B液。
(5)注入完成后，模拟注入顶替液，停泵60min。实验结束后，清洗设备，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表9所示。
表9
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 52.35％ | 45.78％ | 1.86％ |
由表9数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。测试结果如下表所示。
表10
| 颗粒目数 | 52MPa压实状态/破碎率 | 69MPa压实状态/破碎率 | 86MPa压实状态/破碎率 |
| 5～10目 | 无压实/0.52％ | 无压实/4.21％ | 无压实/10.56％ |
| 10～20目 | 无压实/0.47％ | 无压实/5.02％ | 无压实/12.33％ |
通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。
实施例3
一种液体自支撑高速通道压裂液压裂施工工艺，包括以下步骤。
(1)配制B1液和树脂稀释液：双酚A型环氧树脂E-51质量100重量份，乙醇稀释剂20重量份混合均匀得到树脂稀释液；胍胶压裂液100重量份和氯化钾40重量份混合均匀得到B1液。
(2)制造裂缝：利用专利CN110725675A公开的缝网模拟装置模拟裂缝。
(3)现场配制A液、B液。树脂稀释液中加入聚乙烯醇纤维0.2重量份混合均匀后加入邻苯二甲酸酐40重量份，搅拌均匀形成A液。B1液中加入硼砂交联剂0.1重量份，加入聚乙烯醇纤维0.5重量份搅拌均匀形成B液。
(4)造缝完成后，立即将A液和B液混合，并将混合液注入平板缝中，A液和B液的混合方式为：使用螺杆泵模拟高压泵将A液通过若干喷射口喷射进B液中，喷射口位于B液的液面之下，A液各喷射流之间均匀分布；平板缝置于恒温箱中，设定地层温度160℃。按照质量比为1:19混合A液与B液。
(5)A、B液注入完成后，模拟注入顶替液，停泵60min。
实验结束后，清洗设备，分离出固化颗粒，恒温箱干燥24h，通过振动筛分选颗粒，分选颗粒粒径范围如表11所示。
表11
| 目数范围 | 0～5目 | 5～10目 | 10～20目 |
| 百分比 | 54.38％ | 42.78％ | 2.84％ |
由表11数据可知，液体自支撑高速通道压裂液所形成的的固化颗粒粒径大多在10目以下，颗粒粒径远大于20～40目的常规支撑剂。大颗粒固化颗粒保证了裂缝宽度，提高了导流能力。将分选出的5～10目、10～20目的固化颗粒按照支撑剂抗压强度评价标准进行强度测试。测试结果如下表12所示。
表12
| 颗粒目数 | 52MPa压实状态/破碎率 | 69MPa压实状态/破碎率 | 86MPa压实状态/破碎率 |
| 5～10目 | 无压实/0.57％ | 无压实/3.54％ | 无压实/10.99％ |
| 10～20目 | 无压实/0.54％ | 无压实/5.28％ | 无压实/12.47％ |
通过强度测试可知，固化形成的大颗粒满足支撑剂强度要求。
试验例：为了进一步验证本发明的适用性，以地面露头岩块作为实验材料，利用岩心导流能力模拟装置室内模拟现场施工过程。采用3组测试进行对比，一组铺置石英砂、一组铺置陶粒、一组采用实施例3的液体自支撑压裂液。露头岩板尺寸为8cm×5cm×1.75cm，将两块岩板放入岩心夹持器，模拟压裂施工过程，模拟地层温度100℃。实验过程，液体自支撑压裂液采用本发明提到的施工工艺过程模拟测试，改变裂缝闭合压力测试裂缝导流能力。石英砂组、陶粒组，分别将石英砂和陶粒，铺置在岩板上，铺置石英砂与陶粒的质量与A液质量相同，同样改变裂缝闭合压力测试导流能力，将导流能力测试图绘于图8中。由导流能力测试结果可知，液体自支撑通道压裂导流能力远大于常规支撑剂的铺置情况，说明本发明所提到液体自支撑压裂技术可大幅度提高导流能力，满足地下高压要求。
对比例1
一种液体自支撑压裂液压裂施工工艺，液体自支撑压裂液包括质量比为1:10的A液和B液的混合液。其中，A液中：双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比为1:1复配，共计100重量份；丙酮稀释剂10重量份；三亚乙基四胺固化剂30重量份；改性聚丙烯纤维0.2重量份。B液中0.3％浓度乳液压裂液100重量份，氯化钾与氯化钠混合物共20重量份，改性聚丙烯纤维0.2重量份。采用专利文献CN105971579A提到的注入方式将A/B液同时注入的方式进行平板模拟实验，观测实验结果，其他条件同实施例2。实验结果如图9所示，A液成块、成片分布，无分散，且大多固化物沉降底部，仅有少量颗粒，无法实现悬浮分散的厘米级颗粒，运用此种方式，极易造成施工风险。
对比例2
一种液体自支撑压裂液压裂施工工艺，液体自支撑压裂液包括质量比为1:10的A液和B液的混合液。其中，A液中：双酚A型环氧树脂E-51与双酚F型环氧树脂按照质量比为1:1复配，共计100重量份；丙酮稀释剂10重量份；三亚乙基四胺固化剂30重量份；改性聚丙烯纤维0.2重量份。B液中含有乳液压裂液100重量份，氯化钾与氯化钠混合物共20重量份，改性聚丙烯纤维0.2重量份。采用A/B常规搅拌均匀混合方式进行平板模拟实验，观测实验结果，其他条件同实施例2。实验结果如图10所示，由于A/B液搅拌混合，颗粒粒径急剧下降，颗粒分布以小颗粒为主，颗粒目数在20目以上，无法实现高速通道压裂效果。
Claims (12)
1.一种液体自支撑高速通道压裂施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制B1液：将100重量份的常规压裂液和4~40重量份密度调节剂混合均匀得到B1液；
（2）制造裂缝：向需要压裂的油气井注入B1液，当高于地层破裂压力时，地层被压开裂缝；
（3）在制造裂缝的同时现场配制A液和B液：将树脂或树脂稀释液与悬浮分散剂混合后，加入固化剂，混合均匀得到A液；将B1液与悬浮分散剂混合均匀，或将B1液与悬浮分散剂和交联剂混合均匀得到B液；
（4）造缝完成后，立即将A液和B液混合，并将混合液注入地层，A液和B液的混合方式为：将A液通过喷射口喷射进B液中，喷射口位于B液的液面之下，A液在B液中形成均匀分布的厘米级液体颗粒；
（5）混合液注入完成后向井筒中注入顶替液，将A、B混合液全部顶替进地层，憋压40~180min。
2.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，步骤（4）和步骤（5）中，A、B混合液中A液与B液质量比为1:3~19。
3.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，所述工艺适用的地层温度是60~160℃。
4.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，所述A液中包括100份树脂，0~20份稀释剂，20~40份固化剂，0.1~0.5份悬浮分散剂；B液中包括100份常规压裂液，0~1份交联剂，4~40份密度调节剂，0~4份表面活性剂，0.1~0.5份悬浮分散剂。
5.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述A液中的树脂为环氧树脂，包括双酚A型环氧树脂E-44、双酚A型环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述A液中的稀释剂包括乙醇、丙酮、甲乙酮、环己酮、甲苯、二甲苯、正丁醇、正丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、环氧丙烷邻甲苯基醚中的一种。
7.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述A液中的固化剂包括三亚乙基四胺，三乙烯四胺，三亚乙基三胺，邻苯二甲酸酐，顺丁烯二酸酐，咪唑类固化剂中的一种。
8.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述A液和B液中的悬浮分散剂为亲水性纤维材料。
9.根据权利要求8所述工艺，其特征在于，A液中所用亲水性纤维材料直径为10~20μm，长度为1~5mm；B液中所用亲水性纤维材料的直径为10~20μm，长度为5~12mm。
10.根据权利要求8所述工艺，其特征在于，所述亲水性纤维材料为改性聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或两种。
11.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，B液中所述的交联剂为胍胶压裂液常用交联剂，包括硼砂交联剂、有机硼交联剂、有机锆交联剂中的一种。
12.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，B液中所述密度调节剂为氯化钠、氯化钾、溴化钠、溴化钾、溴化锌、溴化钙中的一种或几种；所述表面活性剂包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物、十二烷基二甲基氧化胺中的一种。
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