CN114774094A - 一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料及制备方法，该材料内核为高强度固体材料，外核为遇水可膨胀性材料，耐盐、耐温、耐冲刷性能好。该材料颗粒粒径大于筛孔直径、小于射孔炮眼直径。密度低可采用常规压裂液携带注入，通过炮眼后遇水快速膨胀，膨胀后直径是炮眼直径2倍以上，抗压强度大于等于6MPa，从而有效封堵炮眼。该材料不污染地层，具有较好的封堵强度，耐冲刷损失率低，可实现筛管破坏后的永久封堵以实现有效防砂。

Description

一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料及制备方法

技术领域

本发明属于石油和天然气开采领域，涉及一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料及制备方法，主要用于筛管防砂井射孔压裂后的有效封堵防砂。

背景技术

渤海油田疏松砂岩储层开发过程中极易出砂，储层温度60℃左右，生产压差5-6MPa，通常采用砾石充填+筛管的防砂完井手段。受限于筛管完井方式、海上油田环境和平台空间的大小，目前渤海油田主要的增产手段是解堵措施，主要包括酸化解堵、氧化解堵等，但随着油田勘探开发的深入以及多轮次解堵等措施的进行，常规解堵已经难以沟通堵塞区，解堵效果变差，出现部分受益油井产出低，注入井注不进的现象。且储层矛盾加剧储层剖面严重不均，产液及注液主要集中在主力层段，次主力层及低产层迫切需要挖潜，因此对海上疏松砂岩储层迫切需要开展压裂解堵挖潜，此技术已经成为了老油田增产的新利器。其原理是通过射孔破坏筛管，建立注液通道，对目标层实施压裂改造并进行压后防砂。对于压裂井一旦出现防砂失效或防砂有效性降低，砂体便会通过筛管射孔的炮眼处进入，防砂效果大大减弱，渗流能力变弱产液量降低，严重甚至堵死通道造成无液产出。

为了实现后期高效产油，防止压裂后出砂造成产量降低，压裂后通常采用化学防砂、机械防砂或复合防砂的防砂措施，其中机械防砂包括：小筛管二次防砂、膨胀筛管防砂、筛管补贴等，但这些措施大都需要重新起下管柱，工序复杂，耗时较长，而且作业后减小了管柱内通径影响后期其他措施作业及测试。化学防砂包括化学药剂固砂与人工井壁防砂，但一般有效期较短，尤其在渤海油田较高的产液量条件下。压后防砂是疏松砂岩储层过筛管压裂的重要部分，直接影响压裂改造的效果及有效期。对射孔后的筛管进行封堵，实现有效的防砂具有重要的意义，是实现过筛管压裂技术成功与否的关键。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料及制备方法，解决现有技术中海上疏松砂岩储层过筛管压裂作业后，因破坏筛管导致的出砂问题。

本发明的目的按以下技术方案实现：

一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，由内核及外核构成，内核与外核直径比例2:1～1:3；所述外核为膨胀体材料，由以下质量比组分构成，主剂A：主剂B：扩链剂：催化剂：助剂＝30-80：10-30：5-20：1-5：2-10，主剂A为多元醇类物质，主剂B为异氰酸酯类物质；所述内核为高强度固体。

主剂A选用聚乙二醇、聚丙二醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或几种。

主剂B异氰酸酯类选用二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。

根据耐盐耐温需求在主剂A、主剂B中引入磺酸基、刚性侧基团、疏水基团这些耐盐性、耐温性官能团。

所述内核选用石英砂、陶粒及钢渣中的一种，储层闭合压力条件下破碎率小于7％，其抗压强度大于等于30MPa。

扩链剂选用多元醇类、二元胺类、醇胺类、脂环醇类、芳醇类型中的一种或几种；催化剂选用双二甲氨基乙基醚、五甲基二乙烯三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、二丁基锡二月桂酸酯中的一种或几种；助剂包括防老化剂、促进剂、抗氧化剂、炭黑、氧化锌。

一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料的制备方法，包括以下步骤：

1)根据油水井筛管孔径、射孔炮眼孔径及储层岩石粒径、储层条件，设计封堵材料粒径尺寸；

2)根据步骤1)封堵材料粒径尺寸，并结合外核膨胀率、抗压强度及耐温耐盐性能，设计内核尺寸及外核包覆尺寸；

3)优选内核固体材料，并加工成设计尺寸；

4)在设置条件下，采用预聚体法，将主剂A与主剂B按照比例合成为主体材料；

5)预聚体降温至固定温度，将扩链剂、催化剂、助剂按照顺序迅速注入混合均匀，并放入提前预制好的模具中，内核放置正中间位置，采用硫化浇注方法，在内核周围均匀包覆可膨胀的外核材料；

6)将制备形成的永久式炮眼封堵材料冷却脱模，形成均匀性能满足需求的产品，密封保存在室温7天以上测试各项性能。

所述步骤1)、2)、3)中封堵材料粒径尺寸，内核直径尺寸大于目标井筛管孔径尺寸、储层压裂所用支撑剂最大直径尺寸，小于压裂射孔炮眼尺寸，外核直径尺寸根据膨胀倍比及性能要求进行设计，但内核+外核产品整体直径尺寸小于压裂射孔炮眼尺寸，产品膨胀后体积为压裂射孔炮眼的2倍以上，为保证抗压强度产品膨胀率不易过高，不超过400％。

所述步骤6)形成的永久性封堵产品，膨胀性为实际现场矿化度条件的膨胀倍比，耐温、耐盐、抗冲刷性能满足储层实际需求，膨胀后的封堵颗粒耐压强度大于等于6MPa。

所述步骤6)形成的永久性封堵产品，密度较轻悬浮性能好，满足采用常规压裂液能够携带注入的作业要求，其中常规压裂液体系包括瓜胶压裂液、聚合物压裂液、滑溜水常见体系。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述的膨胀性颗粒材料在使用过程中，可很好地封堵筛管炮眼处，具有较高的膨胀性能、承压性能和耐温耐盐性能；该材料在通过炮眼后遇水迅速膨胀，快速封堵炮眼。

2、该材料尺寸大于筛管孔径、小于炮眼孔径，膨胀后颗粒直径是炮眼孔径的2倍以上，有针对性、有效地封堵筛管炮眼，解决海上疏松砂岩储层过筛管压裂作业后，因破坏筛管导致的出砂问题。

3、该材料膨胀固化后硬度大，抗压强度大，不受油、矿化度水长时间浸泡冲刷影响，具有广泛适用性及长效性。该材料环保，不污染地层。

4、不需要起下管柱作业，即不用进行修井作业压裂后随入井液携带注入，大大减少了施工程序，特别是对于海上平台作业，有效降低了施工成本，施工方便、简单、安全、快捷。

本发明的一种可膨胀封堵材料，膨胀颗粒随压裂液携带注入地层，在油藏条件下吸水膨胀，膨胀后颗粒是炮眼直径2倍以上，且其固化后强度大耐盐耐温效果好，从而实现炮眼的永久封堵。

附图说明

图1为膨胀材料封堵筛管炮眼的示意图；

图中：1、套管；2、筛管；3、未膨胀的封堵颗粒；4、膨胀后的缝堵颗粒；

图2为膨胀体材料的示意图；

图中：5、封堵颗粒内核；6、封堵颗粒外核；7、膨胀后的封堵颗粒外核；

图3为膨胀材料注入过程的示意图；

图中：8、炮眼；9、封堵颗粒；10、封堵颗粒注入；11、膨胀材料封堵炮眼。

具体实施方式

为了更加清楚理解本发明，现对本发明的具体实施方案进行详细的阐述，但本发明所保护范围不仅限于此。

实施例中所用原料如无特殊说明，均为常规原料，可市购获得；实施例中所用方法，如无特殊说明，均为现有技术。

一种可膨胀颗粒封堵炮眼材料的使用方法，具体可采用以下步骤：

一)根据过筛管压裂井的筛管射孔粒径设计可膨胀颗粒的大小；

二)根据过筛管压裂井的储层条件及可膨胀颗粒的大小，选择可膨胀颗粒的内核、外核及其他助剂材料并设计比例；

三)采用预聚体法，将可膨胀体材料按照设计要求固化形成达到性能指标的膨胀体封堵材料；

四)压裂作业结束后，采用压裂液携带可膨胀体材料注入压裂作业层段，注入膨胀封堵体的数量根据射孔数确定，一般略多于射孔数；

五)封堵材料注入后，注入一定量的注入水，按照设计膨胀固结时间关井固结膨胀。

上述所示步骤一)可膨胀颗粒的大小设计依据筛管孔眼尺寸及射孔尺寸，可膨胀颗粒大于筛管孔眼尺寸小于射孔尺寸，膨胀后封堵颗粒粒径是射孔炮眼尺寸的2倍以上；步骤二)根据储层条件设计封堵颗粒，保障膨胀体强度外壳膨胀体材料膨胀率最高不超过400％，内核尺寸占整个颗粒体积最大不超过2/3，最小体积占比不少1/5，根据储层条件及生产条件如矿化度、温度、生产压差、产量等，设计耐盐耐温抗压强度性能，选择材料及占比；步骤三)根据设计采用预聚体方法，按照封堵颗粒设计形成满足性能指标的膨胀封堵颗粒，并对形成的封堵颗粒材料进行性能评价，满足设计要求才可应用；步骤四)压裂作业后，选用封堵颗粒的携带液可以为现在所用压裂液体系，包括瓜胶压裂液、聚合物压裂液、滑溜水等常用体系，但不局限于此；步骤五)封堵材料注入后，注入少量的注入水饱和在近井地带，助力封堵材料的有效膨胀固结。

本发明的核心在于形成一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其应用实例如下所示：

实施例1

海上疏松砂岩储层过筛管压裂作业，采用常规TCP射孔方式，射孔孔径10mm，形成射孔炮眼15mm左右，应用可膨胀颗粒封堵炮眼进行有效防砂。

一种可膨胀颗粒封堵炮眼材料，其中包括40vol％内核与60vol％外核。

设计封堵材料整体粒径为10mm，内核直径为4mm陶粒，外核包裹厚度尺寸为6mm，外核为65wt％的聚乙二醇、16wt％二苯基甲烷二异氰酸酯、8wt％己二醇、3wt％双二甲氨基乙基醚、2wt％防老化剂、2wt％促进剂、2wt％抗氧化剂、1wt％炭黑、1wt％氧化锌所组成的可膨胀材料。

可膨胀颗粒封堵炮眼材料制备方法：提前将聚乙二醇加热到100～120℃、待冷却到设定温度60～70℃后，按照设计比例加入异氰酸酯，保持80℃反应1～3h，脱气得到预聚体。在一定温度50～70℃，按照设计比例加入扩链剂己二醇、催化剂双二甲氨基乙基醚、防老化剂、促进剂、抗氧化、炭黑、氧化锌等。充分搅拌均匀，并放入提前预制好的直径10mm特定模具中，内核陶粒放置正中间特定位置，采用硫化浇注方法，在内核周围均匀包覆刚配制的可膨胀外核材料，将制备形成的永久式炮眼封堵材料冷却脱模，在室温密封放置7天以上测定性能合格后备用。

实施例2

海上疏松砂岩储层采用过筛管压裂作业，选用水力喷砂射孔，形成射孔炮眼直径30mm左右，选用可膨胀颗粒封堵炮眼进行有效防砂。

一种可膨胀颗粒封堵炮眼材料，其中包括50vol％内核与50vol％外核。

设计封堵材料尺寸24mm，内核直径为12mm石英，外核包裹厚度尺寸为12mm，外核为68wt％聚醚多元醇、12wt％二苯基甲烷二异氰酸酯、3wt％甲苯二异氰酸酯、8wt％丁二醇、2wt％二甲基环己胺、2wt％防老化剂、2wt％促进剂、1wt％抗氧化剂、1wt％炭黑、1wt％氧化锌。

可膨胀颗粒封堵炮眼材料制备方法：提前将聚醚多元醇加入到100～120℃、待冷却到设定温度60～70℃后，按照设计比例加入异氰酸酯，保持80℃反应1～3h，脱气得到预聚体。在一定温度50～70℃，按照设计比例加入扩链剂丁二醇、催化剂二甲基环己胺、防老化剂、促进剂、抗氧化、炭黑、氧化锌等。充分搅拌均匀，并放入提前预制好的直径24mm特定模具中，内核陶粒放置正中间特定位置，采用硫化浇注方法，在内核周围均匀包覆刚配制的可膨胀的外核材料，将制备形成的永久式炮眼封堵材料冷却脱模，在室温密封放置7天以上测定性能合格后备用。

性能评价

对实例1形成的产品进行检测，本发明制备得到的产品性能指标如下：

1、膨胀性能

将制备好的可膨胀颗粒分别浸泡在60℃、150℃的水及混合液中，混合液为模拟地层液即水+油+胍胶携带液的混合体系，按照行业标准测定吸水膨胀率，计算得到不同时间下的膨胀倍数，确定所需膨胀时间。测试结果见表1.

表1不同时间下的膨胀倍比

2、耐温、耐压稳定性评价

将封堵材料分别放置于60℃水温烘箱及150℃水温的高温高压烘箱中，放置24h使其充分膨胀，测定膨胀后颗粒的硬度及耐压强度；材料放置于60℃、150℃烘箱中6个月后再次测定其硬度与耐压强度。测试结果如下：

2、耐盐、油稳定性评价

将膨胀后的颗粒材料分别浸泡于原油与一定矿化度模拟地层水中，静置于60℃及150℃环境中，测定24h与6个月后的耐压强度，所得结果于下表所示。

3、耐冲刷性能

测定膨胀颗粒膨胀后在60℃、泵流量为6000mL/h下的冲刷实验，测定质量损失情况。所得结果如下表所示。

性能评价结果表明，本发明的可膨胀颗粒具有良好的膨胀性能够，具有优异的耐温耐盐、耐油性能，承压性能力强，满足耐冲刷要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，由内核及外核构成，内核与外核直径比例2:1～1:3；所述外核为膨胀体材料，由以下质量比组分构成，主剂A：主剂B：扩链剂：催化剂：助剂＝30-80：10-30：5-20：1-5：2-10，主剂A为多元醇类物质，主剂B为异氰酸酯类物质；所述内核为高强度固体。

2.根据权利要求1所述的用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，主剂A选用聚乙二醇、聚丙二醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，主剂B异氰酸酯类选用二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，根据耐盐耐温需求在主剂A、主剂B中引入磺酸基、刚性侧基团、疏水基团这些耐盐性、耐温性官能团。

5.根据权利要求1所述的用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，所述内核选用石英砂、陶粒、钢渣中的一种，储层闭合压力条件下破碎率小于7％，其抗压强度大于等于30MPa。

6.根据权利要求1所述的用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料，其特征在于，扩链剂选用多元醇类、二元胺类、醇胺类、脂环醇类、芳醇类型中的一种或几种；催化剂选用双二甲氨基乙基醚、五甲基二乙烯三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、二丁基锡二月桂酸酯中的一种或几种；助剂包括防老化剂、促进剂、抗氧化剂、炭黑、氧化锌。

7.一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据油水井筛管孔径、射孔炮眼孔径及储层岩石粒径、储层条件，设计封堵材料粒径尺寸；

2)根据步骤1)封堵材料粒径尺寸，并结合外核膨胀率、抗压强度及耐温耐盐性能，设计内核尺寸及外核包覆尺寸；

3)优选内核固体材料，并加工成设计尺寸；

4)在设置条件下，采用预聚体法，将主剂A与主剂B按照比例合成为主体材料；

5)预聚体降温至固定温度，将扩链剂、催化剂、助剂按照顺序迅速注入混合均匀，并放入提前预制好的模具中，内核放置正中间位置，采用硫化浇注方法，在内核周围均匀包覆可膨胀的外核材料；

6)将制备形成的永久式炮眼封堵材料冷却脱模，形成均匀性能满足需求的产品，密封保存在室温7天以上测试各项性能。

8.根据权利要求8所述的一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)、2)、3)中封堵材料粒径尺寸，内核直径尺寸大于目标井筛管孔径尺寸、储层压裂所用支撑剂最大直径尺寸，小于压裂射孔炮眼尺寸，内核尺寸占整个颗粒体积最大不超过2/3，最小体积占比不少于1/5；外核直径尺寸根据膨胀倍比及性能要求进行设计，但内核+外核产品整体直径尺寸小于压裂射孔炮眼尺寸，产品膨胀后直径尺寸为压裂射孔炮眼的2倍以上，为保证抗压强度产品膨胀率不易过高，不超过400％。

9.根据权利要求8所述的一种用于筛管射孔后的永久式炮眼封堵材料的制备方法，其特征在于，所述步骤6)形成的永久性封堵产品，膨胀性为实际现场矿化度条件的膨胀倍比，耐温、耐盐、抗冲刷性能满足储层实际需求，膨胀后的封堵颗粒耐压强度大于等于6MPa。

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