CN117432385A - 能够使用声波探测的支撑剂和应用及其声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油工程完井技术领域，公开了一种能够使用声波探测的支撑剂和应用及其声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法；包括固体高密度核芯，沿所述高密度核芯向外依次包覆设置有磁致伸缩层、弹性间隔层和外壳层；所述磁致伸缩层为离散分布有磁致伸缩颗粒的聚合物层；所述外壳层为内部含有弹性基质和磁性粒子的铁磁材料，所述磁性粒子离散分布在所述外壳层内且具有统一的磁场方向；所述弹性间隔层包括弹性材料；当所述外壳层发生形变，其内部所述磁性粒子的相对位置发生改变导致磁通量变化，使所述磁致伸缩颗粒伸缩振动，产生能够被探测到的声波信号。本发明具有反射低频段声波信号的优势。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程完井技术领域，具体地涉及一种能够使用声波探测的支撑剂和声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法。
背景技术
水力压裂是改造油气层的有效方法，是油气水井增产增注的重要措施。我国石油天然气资源的突出特点之一是低渗透油气层分布广、储量大，这种客观存在的资源条件决定了水力压裂作为低渗透油气田增储上产的首选措施和有效方法，在老油气田稳产高产和低渗透新油气田勘探开发中发挥着不可替代的重要作用。
油气井实施压裂改造措施后，需要经济有效的方法来评估压裂作业效果，获取裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，以优化后期的钻完井设计，改善油气藏压裂增产作业效果，提高油气井产能和采收率。通过裂缝监测数据，可以预测裂缝方位、计算改造油藏体积SRV和裂缝参数及预测产能，最终提高开发经济效益。
随着水力压裂技术的发展和应用，现场迫切需要测量和评估水力裂缝的有效而经济的方法。目前通常采用一些裂缝直接诊断技术，如井下电视、微地震测量、放射性示踪剂、井温测试、地面和井底测斜仪等已被应用于推断地下裂缝的几何尺寸，然而这些诊断技术提供的资料往往有限，而且费用昂贵。
目前国内外常用的压裂监测和评价方法有多种，归纳起来主要可以分为两类：第一类是近场监测技术(主要包括井温法、同位素示踪剂法、化学示踪剂和分布式光纤监测法)，第二类是远场监测技术(主要为微地震监测和测斜仪监测)等。
放射性示踪剂技术具有有限同位素半衰期以及环境和HSE限制；高热中子俘获化合物技术需要使用中子测井工具监测，穿透深度0.3m以内，不能显示闭合应力；化学示踪剂监测技术可以监测压裂段返排量，但是无法获得裂缝信息；微地震监测，不能识别支撑颗粒位置，解释具有不确定性，精度差；测斜仪监测技术可以测定裂缝方位、倾角，裂缝缝高度和宽度，不能获得裂缝规模信息；磁性纳米粒子监测技术通过磁化率监测支撑剂位置，但是监测电磁工具庞大，无法放入井下，同时只可以在裸眼中或者PVC套管中用。
CN202111302857.5实施例涉及一种协流式可控粒径的环氧树脂相变支撑剂制备装置及方法，该协流式可控粒径的环氧树脂相变支撑剂制备装置包括压力控制机、协流式微通道管式乳液制备装置、以及压裂液盛放罐，协流式微通道管式乳液制备装置与所述压力控制机连接，并通过所述压力控制机控制恒压泵分别将乳化剂水溶液和环氧树脂和固化剂的混合体系注入所述协流式微通道管式乳液制备装置，压裂液盛放罐具有与所述协流式微通道管式乳液制备装置连接的接口，所述压裂液盛放罐内盛放有压裂液，用于对所述协流式微通道管式乳液制备装置通过协流式微通道法生成的乳液颗粒和所述压裂液进行搅拌。
CN202111108269.8属于油气田压裂施工开采用支撑剂技术领域，具体涉及利用二氧化硅包覆制备的低密度高强度陶粒支撑剂及其制备方法。本发明所述支撑剂以陶粒支撑剂为内核，在内核外包覆二氧化硅，即得低密度高强度陶粒支撑剂。本发明基于二氧化硅具有较高强度和较低密度，起到提高陶粒支撑剂并降低密度的作用。本发明无所后续热处理，所得产品具有成本低、密度低、强度高等优点，有利于减轻压裂液对底层渗透率的损害，提高油气开采量。
CN202111090102.3公开了一种基于电致伸缩材料的电震一体化监测方法和系统，该方法包括：发送电流信号，其中，所述电流信号包括以下至少之一：多频电流信号、单频电流信号，所述电流信号的频率是根据支撑剂确定的，所述支撑剂在预定频率的电流信号激发下做伸缩震动；获取通过地震传感器接收到的声波信号，其中，所述声波信号为所述电流信号激发所述支撑剂做伸缩震动而产生的声波信号；根据所述声波信号确定所述支撑剂在压裂层的震动位置，其中，所述震动位置用于确定支撑裂缝特征的依据。通过本申请解决了现有水力压裂监测技术中对支撑剂的监测难度大的问题，采用了电致伸缩材料作支撑剂从而能够通过微地震监测支撑剂位置。
CN202110979965.X公开了一种微量元素缓释示踪支撑剂及其制备方法。本发明在原始支撑剂的表面包覆一层高分子材料薄膜，将微量元素示踪物质镶嵌在高分子材料薄膜之中，形成以原始支撑剂为内核，外层包裹高分子材料薄膜(镶嵌微量元素示踪物质)的微量元素缓释示踪支撑剂，它可以采用热覆膜或者冷覆膜两种制备方法进行制备。当微量元素缓释示踪支撑剂被注入地层之后，由于高分子材料保持惰性，微量元素示踪物质能通过高分子骨架中的孔道缓慢扩散至液体中，实现缓慢释放，利用微量物质分析设备对样品进行分析就可得到产出曲线，进而获得压裂后地层中的信息，从而为明确压裂效果，判断工程问题，优化压裂工艺提供信息支持。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法方便、高效、全面监测压裂裂缝的问题，提供一种能够使用声波探测的支撑剂和应用及其声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法，可以使用常规的声波测井仪器监测，与现有的支撑剂相比具有良好的反射性能，能够提高压裂裂缝的监测精度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种能够使用声波探测的支撑剂，所述支撑剂包括固体高密度核芯，沿所述高密度核芯向外依次包覆设置有磁致伸缩层、弹性间隔层和外壳层；
所述磁致伸缩层为离散分布有磁致伸缩颗粒的聚合物层；
所述外壳层为内部含有弹性基质和磁性粒子的铁磁材料，所述磁性粒子离散分布在所述外壳层内且具有统一的磁场方向；
所述弹性间隔层包括弹性材料；
当所述外壳层发生形变，其内部所述磁性粒子之间的相对位置发生改变导致磁通量变化，使所述磁致伸缩颗粒发生振动，产生能够被探测到的声波信号。
本发明第二方面提供本发明所述的支撑剂在油气井水力压裂支撑裂缝特征信息监测中的应用，优选在油气井水力压裂支撑裂缝位置信息监测中的应用。
本发明第三方面提供一种声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法，采用本发明所述的支撑剂，该方法包括：
S1在油气井中或地面上布置声波发生装置，在油气井中布置声波接收装置；
S2将所述支撑剂送入油气井水力压裂支撑裂缝中；
S3启动所述声波发生装置向S2中支撑剂发送激发脉冲，其中，所述支撑剂在激发脉冲的激发下，内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动；
S4获取声波接收装置接收到的所述支撑剂内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动而产生的声波信号，以作为确定水力压裂裂缝特征的依据。
通过上述技术方案，本发明的支撑剂被注入压裂裂缝后，在声波频率的激发下，支撑剂之间发生挤压产生形变，使得磁致伸缩颗粒伸缩振动而产生能够被声波接收器接收到的声波信号，这些声波信号能够作为确定压裂裂缝的依据；特别地，本发明的支撑剂可以使用常规的声波测井仪器监测，在0-10000Hz的声波频率下具有良好的反射性能，与现有技术中的支撑剂相比能够提高压裂裂缝的监测精度。
附图说明
图1是本发明一种优选实施方式的能够使用声波探测的支撑剂的结构示意图；
图2是实施例1本发明的支撑剂和普通陶粒支撑剂在不同频率声波穿透性的对比分析图谱；
图3是实施例2本发明的支撑剂和普通陶粒支撑剂在不同频率声波穿透性的对比分析图谱；
图4是实施例3本发明的支撑剂和普通陶粒支撑剂在不同频率声波穿透性的对比分析图谱。
附图标记说明
1固体高密度核芯；2磁致伸缩层；3弹性间隔层；4外壳层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
如图1所示，本发明第一方面提供一种能够使用声波探测的支撑剂，所述支撑剂包括固体高密度核芯1，沿所述高密度核芯1向外依次包覆设置有磁致伸缩层2、弹性间隔层3和外壳层4；
所述磁致伸缩层2为离散分布有磁致伸缩颗粒的聚合物层；
所述外壳层4为内部含有弹性基质和磁性粒子的铁磁材料，所述磁性粒子离散分布在所述外壳层4内且具有统一的磁场方向；
所述弹性间隔层3包括弹性材料；
当所述外壳层3发生形变，其内部所述磁性粒子的相对位置发生改变导致磁通量变化，使所述磁致伸缩颗粒发生振动，产生能够被探测到的声波信号。
需要说明的是，本发明的支撑剂被注入压裂裂缝后，在声波频率的激发下，支撑剂之间发生挤压，支撑剂产生形变，使得磁致伸缩颗粒伸缩振动而产生能够被声波接收器接收到的声波信号，这些声波信号能够作为确定压裂裂缝的依据；特别地，本发明的支撑剂可以使用常规的声波测井仪器监测，在大于20000Hz的声波频率下可以被穿透，以测量压裂缝附近的地层特征，在0-10000Hz的声波频率下具有良好的反射性能，以确定压裂裂缝的位置特征。
根据本发明一种优选实施方式，所述固体高密度核芯1的密度≥2.5g/cm3。
根据本发明一种优选实施方式，所述磁致伸缩层2中磁致伸缩颗粒均匀分布在所述固体高密度核芯1外部，这样具有强震动发声的优点。
本发明中，所述外壳层4中所述磁性粒子均匀分布，这样具有强磁场的优点。
本发明中，所述固体高密度核芯1选自砂砾、陶粒或铅中的至少一种。
本发明中，所述弹性间隔层3的弹性材料选自橡胶和/或树脂。本发明的树脂或橡胶为常用的树脂或橡胶，例如，橡胶可以是天然橡胶或丁苯橡胶；树脂可以是DCPD石油树脂，本发明实施例中以DCPD石油树脂作为示例性说明本发明的优势，但本发明不局限于此。
根据本发明的一种优选实施方式，所述磁致伸缩层2中磁致伸缩颗粒和聚合物的体积比为1:1～1:2。
根据本发明的一种优选实施方式，优选地，所述磁致伸缩颗粒的粒径为0.05～0.15mm。
本发明中，所述聚合物选自树脂和/或橡胶。本发明的树脂或橡胶为常用的树脂或橡胶，例如，橡胶可以是天然橡胶或丁苯橡胶；树脂可以是DCPD石油树脂，本发明实施例中以DCPD石油树脂作为示例性说明本发明的优势，但本发明不局限于此。
本发明中，所述磁致伸缩颗粒的材料选自铁氧体磁致伸缩材料和/或Ni-Zn-Co磁致伸缩材料。本发明实施例中以Ni-Zn-Co磁致伸缩材料作为示例性说明本发明的优势，但本发明不局限于此。
根据本发明的一种优选实施方式，所述外壳层4中弹性基质和磁性粒子的体积比为1:1～1:2。
根据本发明的一种优选实施方式，优选地，所述磁性粒子粒径为0.04～0.06mm。
本发明中，所述磁性粒子的材料选自合金永磁材料、铁氧体永磁材料和金属间化合物永磁材料中的至少一种。本发明实施例中以铁氧体永磁材料作为示例性说明本发明的优势，但本发明不局限于此。
本发明中，所述弹性基质自树脂和/或橡胶。本发明实施例中以树脂作为示例性说明本发明的优势，但本发明不局限于此。
根据本发明的一种优选实施方式，所述固体高密度核芯1：所述磁致伸缩层2：所述弹性间隔层3：所述外壳层4的厚度比值为1～2:1～2:3～5:1～2。
本发明中，所述固体高密度核芯1的厚度(或半径)为0.1～0.2mm。
本发明中，所述磁致伸缩层2的厚度为0.1～0.2mm。
本发明中，所述弹性间隔层3的厚度为0.25～0.5mm。
本发明中，所述外壳层4的厚度为0.1～0.2mm。
本发明第二方面提供本发明所述的支撑剂在油气井水力压裂支撑裂缝特征信息监测中的应用，优选在油气井水力压裂支撑裂缝位置信息监测中的应用。
本发明第三方面提供一种声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法，采用本发明所述的支撑剂，该方法包括：
S1在油气井中或地面上布置声波发生装置，在油气井中布置声波接收装置；
S2将所述支撑剂送入油气井水力压裂支撑裂缝中；
S3启动所述声波发生装置向S2中支撑剂发送激发脉冲，其中，所述支撑剂在激发脉冲的激发下，内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动；
S4获取声波接收装置接收到的所述支撑剂内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动而产生的声波信号，以作为确定水力压裂裂缝位置的依据。
需要说明的是，声波技术在油气井的勘探和开发过程中经常用来测量地层和井的信息，本发明的支撑剂能够使用现有技术中的声波技术来测量支撑剂在裂缝中的分布，且与现有技术的支撑剂相比能够增加测量精度。地面反射地震波原理是使用一个声波源和一些列声波接收器来测量地层不同深度声波反射的迟滞时间。本发明通过在井筒或者井下放入声波发射器和接收器对裂缝中的支撑剂进行垂直地震波剖析。
具体地，在声波发生装置发出的压力脉冲或声波脉冲的激发下，支撑剂之间相互挤压产生形变，使得其内部的磁致伸缩颗粒伸缩振动产生能够被声波接收器接收到的声波信号，这些声波信号作为确定压裂裂缝特征的依据。
特别地，所述激发脉冲频率为0-10000Hz，本发明的支撑剂具有良好的反射性能，由此可以测量支撑剂的分布位置特征；此外，本发明的支撑剂在大于20000Hz的声波频率可以声波可以穿透，由此可以测量压裂缝附近的地层特征；由此，结合微地震数据可以用来评价支撑剂在裂缝中的铺设情况。
下面通过实施例来说明本发明的优势，但本发明并不局限于此。
如图1所示，实施例1-2中的支撑剂包括固体高密度核芯1，沿固体高密度核芯1向外依次包覆设置有磁致伸缩层2、弹性间隔层3和外壳层4。
声波探测油气井水力压裂裂缝特征的方法，包括：
S1在油气井中布置声波发生装置和声波接收装置；
S2将支撑剂送入油气井水力压裂支撑裂缝中；
S3启动声波发生装置向S2中支撑剂发送激发脉冲，其中，支撑剂在激发脉冲的激发下，内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动；
S4获取声波接收装置接收到的支撑剂内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动而产生的声波信号，以作为确定水力压裂裂缝特征的依据。
本发明中，普通陶粒支撑剂为外购的彦峰普通陶粒支撑剂，Ni-Zn-Co磁致伸缩材料牌号AFK502(购自法国)，铁氧体永磁材料牌号为Y35(购自鑫悦磁铁)，采用声波发射-监测仪得到图2-图4所示图谱。
实施例1
固体高密度核芯1为密度7g/cm3的铅，弹性间隔层3的弹性材料为DCPD石油树脂；磁致伸缩颗粒均匀分布在固体高密度核芯1外部，磁致伸缩层2中磁致伸缩颗粒和聚合物的体积比为1:1；磁致伸缩颗粒粒径为0.1mm；聚合物为DCPD石油树脂，磁致伸缩颗粒的材料为Ni-Zn-Co磁致伸缩材料(AFK502)；外壳层4中磁性粒子均匀分布且弹性基质和磁性粒子的体积比为1:1，磁性粒子大小为0.05mm，磁性粒子为铁氧体永磁材料(Y35)，弹性基质为DCPD石油树脂；
固体高密度核芯的厚度为0.1mm，磁致伸缩层的厚度为0.1mm，弹性间隔层的厚度为0.25mm，外壳层的厚度为0.1mm；
结果：如图2所示，与现有技术中普通陶粒支撑剂相比，本发明的支撑剂在0-10000Hz的声波频率条件下，具有高反射、低穿透的优势。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中固体高密度核密度为2.1g/cm3；
结果：如图3所示，在0-10000Hz声波频率条件下，实施例2支撑剂的反射性能低于实施例1高于普通陶粒支撑剂。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例外壳层4中铁磁材料颗粒非均匀分布；磁致伸缩层2中磁致伸缩颗粒非均匀分布在固体高密度核芯1外部；
结果：如图4所示，在20000Hz声波频率以下，实施例3支撑剂的反射性能低于实施例1高于普通陶粒支撑剂。
通过上述对比，采用本发明在0-10000Hz的声波条件下具有较为优异的反射性能，能够满足井下监测的需要。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种能够使用声波探测的支撑剂，其特征在于，所述支撑剂包括固体高密度核芯(1)，沿所述固体高密度核芯(1)向外依次包覆设置有磁致伸缩层(2)、弹性间隔层(3)和外壳层(4)；
所述磁致伸缩层(2)为离散分布有磁致伸缩颗粒的聚合物层；
所述外壳层(4)为内部含有弹性基质和磁性粒子的铁磁材料，所述磁性粒子离散分布在所述外壳层(4)内且具有统一的磁场方向；
所述弹性间隔层(3)包括弹性材料；
当所述外壳层(4)发生形变，其内部所述磁性粒子之间的相对位置发生改变导致磁通量变化，使所述磁致伸缩颗粒发生振动，产生能够被探测到的声波信号。
2.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，
所述固体高密度核芯(1)的密度≥2.5g/cm3；
和或
所述磁致伸缩层(2)中磁致伸缩颗粒均匀分布在所述固体高密度核芯(1)外部；
和/或
所述外壳层(4)中所述磁性粒子均匀分布。
3.根据权利要求1所述的支撑剂，其中，
所述固体高密度核芯(1)选自砂砾、陶粒或铅中的至少一种；
和/或
所述弹性间隔层(3)的弹性材料选自橡胶和/或树脂。
4.根据权利要求1或2所述的支撑剂，其中，
所述磁致伸缩层(2)中磁致伸缩颗粒和聚合物的体积比为1:1～1:2；
优选地，
所述磁致伸缩颗粒的粒径为0.05～0.15mm；
和/或
所述聚合物选自树脂和/或橡胶；
和/或
所述磁致伸缩颗粒的材料选自铁氧体磁致伸缩材料和/或Ni-Zn-Co磁致伸缩材料。
5.根据权利要求1或2所述的支撑剂，其中，
所述外壳层(4)中弹性基质和磁性粒子的体积比为1:1～1:2；
优选地，
所述磁性粒子粒径为0.04～0.06mm；
和/或
所述磁性粒子的材料选自合金永磁材料、铁氧体永磁材料和金属间化合物永磁材料中的至少一种；
和/或
所述弹性基质自树脂和/或橡胶。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的支撑剂，其中，所述固体高密度核芯(1)：所述磁致伸缩层(2)：所述弹性间隔层(3)：所述外壳层(4)的厚度比值为1～2:1～2:3～5:1～2。
7.根据权利要求1-6所述的支撑剂，其中，
所述固体高密度核芯(1)的厚度为0.1～0.2mm；
和/或
所述磁致伸缩层(2)的厚度为0.1～0.2mm；
和/或
所述弹性间隔层(3)的厚度为0.25～0.5mm；
和/或
所述外壳层(4)的厚度为0.1～0.2mm。
8.权利要求1-7任意一项所述的支撑剂在油气井水力压裂支撑裂缝特征信息监测中的应用，优选在油气井水力压裂支撑裂缝位置信息监测中的应用。
9.一种声波探测油气井水力压裂裂缝位置的方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任意一项所述的支撑剂，该方法包括：
S1在油气井中或地面上布置声波发生装置，在油气井中布置声波接收装置；
S2将所述支撑剂送入油气井水力压裂支撑裂缝中；
S3启动所述声波发生装置向S2中支撑剂发送激发脉冲，其中，所述支撑剂在激发脉冲的激发下，内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动；
S4获取声波接收装置接收到的所述支撑剂内部的磁致伸缩颗粒做伸缩振动而产生的声波信号，以作为确定水力压裂裂缝位置的依据。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述激发脉冲频率为0-10000Hz。
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