CN115822546B - 一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，具体施工过程如下：支撑剂由内至外依次裹覆增粘剂和减阻剂薄膜，支撑剂随压裂液泵入裂缝初期，在减阻剂薄膜降阻润滑作用下，减弱压裂液摩擦阻力，提高支撑剂运移效率，促进其定向远距离运移，改善井筒的近端裂缝支撑剂堆积阻塞现象；当支撑剂完成定向运移，铺置于井筒的远端裂缝后，依据实际工况需求设计的减阻剂薄膜限时溶解，内层的增粘剂向外释放后强力吸附于井筒的远端裂缝表面；最终，压裂液返排而支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝中，对压裂缝起到有效支撑作用。本发明可实现支撑剂定向嵌入裂缝的目的，解决支撑剂返吐导致抽采通道闭合的施工难题，提升煤层气抽采效率。
Description
技术领域
本发明属于煤层气抽采及矿井水力压裂技术领域，具体涉及一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法。
背景技术
煤炭作为我国重要的基础能源物质，为我国乃至全世界经济发展以及人民日益增长的生产生活需求提供切实保障，煤层气产业规模也由此日益扩大。因此，如何稳步提升煤层气抽采效率和煤层气井生产能力成为煤炭工作者需要共同解决的难题。
水力压裂技术作为改善煤储层物性、提高气藏流体渗透能力的关键手段之一，是将压裂液以大大超过煤层吸收能力的排量注入煤层，以高压克服地应力及煤体强度在煤层中人为制造裂缝的过程，裂缝形成后，还需要泵入带有支撑剂的压裂液，以延伸扩展裂缝并防止裂缝在地应力作用下闭合。该技术被广泛应用于煤矿瓦斯抽采领域，以提高储层渗透率，起到增产增注的作用。然而，由于煤层埋深不断加大、地应力逐渐增高以及微小构造发育等因素致使煤层结构愈发复杂，导致我国有相当数量的煤层气井水力压裂效果不理想，表现为压裂造缝效果差限制导流能力、支撑剂运移距离未达到预期目标导致井筒远端裂缝在地应力作用下闭合、支撑剂颗粒易碎导致微小碎粒渗入裂缝阻塞气体运移通道、支撑剂随压裂液大量返吐等现象。尽管，国内外学者为解决上述问题提出一系列措施，但仍未从根本上彻底解决相关实际工程问题。
因此，亟待发明一种基于新型支撑剂的水力压裂施工方法解决水力压裂过程中出现的井筒近端支撑剂积聚、井筒的远端裂缝扩张延展效果差、支撑剂返吐等问题，进而改善水力压裂致裂增透效果，为水力压裂技术提供有力的技术支撑和理论依据，最终，实现煤层气高效抽采，为国家和人民的生产生活需求提供基础保障。
发明内容
针对上述现有支撑剂运移距离短、井筒的远端裂缝增效支撑效果差、支撑剂大量返吐等问题，本发明提出了一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法。
为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：
本方案提供的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，包括如下三个步骤：
S1支撑剂泵入初期，减阻剂薄膜促进其定向远距离运移：在减阻剂薄膜降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，提高支撑剂运移效率，延长支撑剂输送距离，促进其多向远距离运移进程，改善井筒的近端裂缝支撑剂堆积阻塞现象，提高支撑剂在水压致裂过程中的充填利用效率，增强多尺度裂缝系统间连通性；
S2支撑剂完成定向运移，减阻剂薄膜限时溶解后增粘剂释放扩张：当支撑剂随压裂液完成定向运移，铺置于井筒的远端裂缝后，依据实际工况需求设计的减阻剂薄膜限时溶解，随后，内层的增粘剂向外释放并扩张，强力吸附于井筒的远端裂缝表面，加固支撑剂作用位点，避免发生支撑剂返吐现象；
S3压裂液返排期，支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝：井筒的远端裂缝延展扩张完成后，压裂液开始返排，而支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝中，未随压裂液返排而大量返吐，提高井筒的远端裂缝的导流运移能力和增效支撑效果，防止因支撑剂返吐或支撑力度不够而导致气体运移通道闭合现象的发生，提升煤层气抽采运移效率。
所述的支撑剂在水力压裂启缝后，随压裂液泵入裂缝通道，在支撑剂最外层的减阻剂薄膜的降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，使裂缝通道内始终保持高导流能力，促进支撑剂在裂缝通道中完成多向远距离运移任务，顺利铺置于井筒的远端裂缝中，改善井筒的近端裂缝支撑剂堆积堵塞现象，同时，促进流体在微裂缝与宽裂缝之间互通运移效率，强化多尺度裂缝系统间导流能力和连通性，扩充煤层气运移通道，达到增产、增注的目的。
所述的减阻剂薄膜具备微溶于水的特性，能够实现溶解时间定量化，在实际工程应用阶段，能够依据实际工况需求设计减阻剂薄膜厚度L，由薄膜溶解速率v计算其溶解时间t，具体计算公式如下：
L＝v×t
式中：L为减阻剂薄膜厚度，单位：毫米(mm)；
v为减阻剂薄膜溶解速率，单位：毫米/小时(mm/h)；
t为减阻剂薄膜完全溶解消耗的总时间，单位：小时(h)；
使支撑剂具备足够的时间定向运移输送至多尺度裂缝系统中，尤其是井筒的远端裂缝中，有效避免减阻剂薄膜在运移过程中因过快溶解而失去减阻效果，确保井筒的远端裂缝中支撑剂的充填效果最优化。
所述的增粘剂具备不溶于水且聚合能力强的特性，防止增粘剂释放后在压裂液中溶解或扩散而失效。
所述的增粘剂具备强裹覆能力，全方位包裹覆盖内层的支撑剂颗粒使其始终维持原始形态不破碎，保证随气井生产时间推移裂缝通道导流能力的有效性和持续性；另外，有效避免支撑剂颗粒压裂破碎后的微小颗粒渗入煤层微裂缝，这是由于微裂缝的导流能力决定了煤基质储气层向宏观水力裂缝的供气能力，若破碎后的微小颗粒渗入微裂缝则大幅影响煤层气抽采运移效率。
所述的增粘剂具备延展和高韧特性，当支撑剂定向铺置于裂缝通道后，利用增粘剂自身延展特性，适当调整支撑剂形态来适应裂缝通道形状以达到最稳定的吸附状态，使支撑剂在水力压裂过程中不同延展特征和不同致裂宽度的裂缝通道中起作用，提高支撑剂普适性和稳定性，进一步防止支撑剂随压裂液返排而大量返吐。
所述的支撑剂在压裂液返排期全面充填于多尺度裂缝系统中，对于井筒的远端裂缝增效支撑效果有显著提升，使整个水力压裂裂缝延展系统保持高导流能力，提升煤层气抽采效率及煤层气产量。
由于采用上述的技术方案，本发明专利的有益效果是：
(1)本发明采用在支撑剂颗粒的最外层裹覆减阻剂薄膜的技术手段，在支撑剂泵入初期，减弱了压裂液的摩擦阻力，延长了支撑剂输送距离，促进了支撑剂定向远距离运移进程，大幅度地提升了支撑剂在裂缝通道中的运移效率，改善了井筒的近端裂缝支撑剂堆积阻塞现象，进而增强了多尺度裂缝系统间连通性，保证了煤层气运移通道的畅通性，进而达到了增产、增注的目的。
(2)本发明通过将支撑剂最外层的减阻剂薄膜溶解时间定量化处理，使得在实际工程应用阶段，能够依据实际工况需求设计减阻剂薄膜厚度，以其溶解速率为依据，计算获得溶解时间，使支撑剂具备足够的时间定向运移输送至多尺度裂缝系统中。
(3)本发明通过对支撑剂颗粒与最外层的减阻剂薄膜间充填增粘剂，一方面，当支撑剂完成定向运移并铺置于井筒的远端裂缝后，减阻剂薄膜限时溶解而内层的增粘剂向外释放并扩张，在增粘剂的作用下，支撑剂强力吸附于井筒的远端裂缝表面，加固了支撑剂作用位点，有效抑制了支撑剂返吐现象的发生；另一方面，支撑剂颗粒裹覆增粘剂有效预防了支撑剂颗粒压裂破碎后微小颗粒渗入煤层微裂缝，确保了煤基质微裂缝储气层向宏观水力裂缝的供气能力，确保了煤层气高效抽采运移效率。
(4)本发明通过减阻剂薄膜润滑降阻、增粘剂加固吸附的复合手段，稳固了支撑剂在井筒的远端裂缝中的充填利用效率，使其不随压裂液返排而大量返吐，提高了井筒的远端裂缝增效支撑效果，防止了因支撑剂返吐或支撑力度不够而导致气体运移通道闭合现象的发生，确保裂缝通道始终保持高导流运移能力，提升了煤层气抽采运移效率。
附图说明
图1为本发明限时溶解定向防返吐支撑剂的施工流程示意图；
图2为本发明支撑剂的减阻剂薄膜溶解前的结构示意图；
图3为本发明支撑剂的减阻剂薄膜溶解后的结构示意图；
图4为本发明支撑剂泵入初期示意图；
图5为本发明支撑剂后期充填示意图；
图6为本发明支撑剂泵入初期随压裂液运移示意图；
图7为本发明支撑剂充填滞留后压裂液返排过程示意图；
图中：1、支撑剂颗粒；2、增粘剂；3、减阻剂薄膜；4、煤基质；5、支撑剂；6、井筒。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方法。
本方案提供的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，包括如下三个步骤：
S1支撑剂泵入初期，减阻剂促进其定向远距离运移：在减阻剂薄膜3降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，提高支撑剂5运移效率，延长支撑剂5输送距离，促进其多向远距离运移进程，改善井筒6的近端裂缝支撑剂堆积阻塞现象，提高支撑剂5在水压致裂过程中的充填利用效率，增强多尺度裂缝系统间连通性；
S2支撑剂完成定向运移，减阻剂薄膜限时溶解后增粘剂释放扩张：当支撑剂5随压裂液完成定向运移，铺置于井筒6的远端裂缝后，依据实际工况需求设计的减阻剂薄膜3限时溶解，随后，内层的增粘剂2向外释放并扩张，强力吸附于井筒6的远端裂缝表面，加固支撑剂作用位点，避免发生支撑剂5返吐现象；
S3压裂液返排期，支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝：井筒6的远端裂缝通道延展扩张完成后，压裂液开始返排，而支撑剂5充填滞留于井筒6的远端裂缝中，未随压裂液返排而大量返吐，提高井筒6的远端裂缝导流运移能力和增效支撑效果，防止因支撑剂5返吐或支撑力度不够而导致气体运移通道闭合现象的发生，提升煤层气抽采运移效率。
所述的支撑剂5在水力压裂启缝后，随压裂液泵入裂缝通道，在支撑剂5最外层的减阻剂薄膜3的降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，使裂缝通道内始终保持高导流能力，促进支撑剂5在裂缝通道中完成多向远距离运移任务，顺利铺置于井筒6的远端裂缝通道中，改善井筒6的近端裂缝支撑剂堆积堵塞现象，同时，促进流体在微裂缝与宽裂缝之间互通运移效率，强化多尺度裂缝系统间导流能力和连通性，扩充煤层气运移通道，达到增产、增注的目的。
所述的减阻剂薄膜3具备微溶于水的特性，可实现溶解时间定量化，在实际工程应用阶段，可依据实际工况需求设计减阻剂薄膜厚度L，由薄膜溶解速率v计算其溶解时间t，具体计算公式如下：
L＝v×t
式中：L为减阻剂薄膜厚度，单位：毫米(mm)；
v为减阻剂薄膜溶解速率，单位：毫米/小时(mm/h)；
t为减阻剂薄膜完全溶解消耗的总时间，单位：小时(h)；
使支撑剂5具备足够的时间定向运移输送至多尺度裂缝系统中，尤其是井筒6的远端裂缝中，有效避免减阻剂薄膜3在运移过程中因过快溶解而失去减阻效果，确保井筒6的远端裂缝中支撑剂5的充填效果最优化。
所述的增粘剂2具备不溶于水且聚合能力强的特性，防止增粘剂2释放后在压裂液中溶解或扩散而失效。
所述的增粘剂2具备强裹覆能力，全方位包裹覆盖内层的支撑剂颗粒1使其始终维持原始形态不破碎，保证随气井生产时间推移裂缝通道导流能力的有效性和持续性；另外，有效避免支撑剂颗粒1压裂破碎后的微小颗粒渗入煤层微裂缝，这是由于微裂缝的导流能力决定了煤基质4储气层向宏观水力裂缝的供气能力，若破碎后的微小颗粒渗入微裂缝则大幅影响煤层气抽采运移效率。
所述的增粘剂2具备延展和高韧特性，当支撑剂5定向铺置于裂缝通道后，利用增粘剂2自身延展特性，适当调整支撑剂5的形态来适应裂缝通道形状以达到最稳定的吸附状态，使支撑剂5在水力压裂过程中不同延展特征和不同致裂宽度的裂缝通道中起作用，提高支撑剂普适性和稳定性，进一步防止支撑剂5随压裂液返排而大量返吐。
所述的支撑剂5在压裂液返排期全面充填于多尺度裂缝系统中，对于井筒6的远端裂缝增效支撑效果有显著提升，使整个水力压裂裂缝延展系统保持高导流能力，提升煤层气抽采效率及煤层气产量。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：包括如下三个步骤：
S1支撑剂泵入初期，减阻剂薄膜促进其定向远距离运移：在支撑剂颗粒的最外层裹覆减阻剂薄膜，在减阻剂薄膜降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，提高支撑剂运移效率，延长支撑剂输送距离，促进支撑剂定向远距离运移进程，改善井筒的近端裂缝支撑剂堆积阻塞现象，提高支撑剂在水压致裂过程中的充填利用效率，增强多尺度裂缝系统间连通性；
S2支撑剂完成定向运移，减阻剂薄膜限时溶解后增粘剂释放扩张：支撑剂颗粒与最外层的减阻剂薄膜间充填增粘剂，当支撑剂随压裂液完成定向运移，铺置于井筒的远端裂缝后，依据实际工况需求设计的减阻剂薄膜限时溶解，随后，内层的增粘剂向外释放并扩张，强力吸附于井筒的远端裂缝表面，加固支撑剂作用位点，避免发生支撑剂返吐现象；
S3压裂液返排期，支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝：井筒的远端裂缝延展扩张完成后，压裂液开始返排，而支撑剂充填滞留于井筒的远端裂缝中，未随压裂液返排而大量返吐，提高井筒的远端裂缝增效支撑效果，防止因支撑剂返吐或支撑力度不够而导致气体运移通道闭合现象的发生，确保裂缝通道导流运移能力，提升煤层气抽采运移效率。
2.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的支撑剂在水力压裂起裂产生大量压裂裂缝后，随压裂液泵入裂缝通道，在支撑剂最外层的减阻剂薄膜的降阻润滑作用下，减弱压裂液的摩擦阻力，使裂缝通道内始终保持高导流能力，促进支撑剂在裂缝通道中完成定向远距离运移任务，顺利铺置于井筒的远端裂缝中，改善井筒的近端裂缝支撑剂堆积堵塞现象，同时，促进流体在微裂缝与宽裂缝之间互通运移效率，强化多尺度裂缝系统间导流能力和连通性，保证煤层气运移通道的畅通性，进而达到增产、增注的目的。
3.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的减阻剂薄膜具备微溶于水的特性，能够实现溶解时间定量化，在实际工程应用阶段，能够依据实际工况需求设计减阻剂薄膜厚度L，由薄膜溶解速率v计算其溶解时间t，具体计算公式如下：
L＝v×t
式中：L为减阻剂薄膜厚度，单位：毫米(mm)；
v为减阻剂薄膜溶解速率，单位：毫米/小时(mm/h)；
t为减阻剂薄膜完全溶解消耗的总时间，单位：小时(h)；
使支撑剂具备足够的时间定向运移输送至多尺度裂缝系统中，进入井筒的远端裂缝中，有效避免减阻剂薄膜在运移过程中因过快溶解而失去减阻效果，确保井筒的远端裂缝中支撑剂的充填效果最优化。
4.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的增粘剂具备不溶于水且聚合能力强的特性，防止增粘剂释放后在压裂液中溶解或扩散而失效。
5.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的增粘剂具备强裹覆能力，全方位包裹覆盖内层的支撑剂颗粒使其始终维持原始形态不破碎，保证随气井生产时间推移裂缝通道导流能力的有效性和持续性；另外，有效避免支撑剂颗粒压裂破碎后的微小颗粒渗入煤层微裂缝，这是由于微裂缝的导流能力决定了煤基质储气层向宏观水力裂缝的供气能力，若破碎后的微小颗粒堵塞微裂缝则大幅影响煤层气抽采运移效率。
6.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的增粘剂具备延展和高韧特性，当支撑剂定向铺置于裂缝通道后，利用增粘剂自身延展特性，适当调整支撑剂形态来适应裂缝通道形状以达到最稳定的吸附状态，使支撑剂在水力压裂过程中不同延展特征和不同致裂宽度的裂缝通道中起作用，提高支撑剂普适性和稳定性，进一步防止支撑剂随压裂液返排而大量返吐。
7.根据权利要求1所述的一种限时溶解防返吐支撑剂定向嵌入压裂缝的施工方法，其特征在于：所述的支撑剂在压裂液返排期全面充填于多尺度裂缝系统中，对于井筒的远端裂缝增效支撑效果有显著提升，使整个水力压裂裂缝延展系统保持高导流能力，提升煤层气抽采效率及煤层气产量。
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