一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂及其不均匀铺置方法

摘要

本发明涉及一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂及其不均匀铺置方法，包括支撑剂颗粒骨架，所述的支撑剂颗粒骨架外形为球体形，以球体的球心为中心在球体内设置有三个相互垂直的并且贯穿球体的圆柱形通道，在所述支撑剂颗粒骨架内填充有压裂纤维，在所述圆柱形通道的端口处设置有可降解聚合物对圆柱形通道端口进行封堵。本发明可降解聚合物降解后，随压裂液返排出地层，内部的纤维得到释放，形成网状结构，使支撑剂不均匀铺置，形成通道压裂的效果，最终不均匀铺置的支撑剂间的通道和支撑剂框架内部的通透孔道的导流能力会比常规压裂的导流能力增加10～30倍。

权利要求

1.一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂，包括支撑剂颗粒骨架，其特征在于，所述的支撑剂颗粒骨架外形为球体形，以球体的球心为中心在球体内设置有三个相互垂直的并且贯穿球体的圆柱形通道，在所述支撑剂颗粒骨架内填充有压裂纤维，在所述圆柱形通道的端口处设置有可降解聚合物对圆柱形通道端口进行封堵。

2.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，对圆柱形通道端口进行封堵的厚度为支撑剂直径的二十分之一到十分之一。

3.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，所述的三个圆柱形通道的半径均为球体半径的五分之一到三分之一。

4.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，所述的支撑剂粒径为5 40目。

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5.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，以支撑剂颗粒框架、可降解聚合物和压裂纤维的体积总和为支撑剂总体积，所述的支撑剂颗粒骨架的体积占支撑剂总体积的50%-80%，所述的可降解聚合物占支撑剂总体积的5%-10%，内部空腔占总体积15% 40%。

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6.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，所述的支撑剂颗粒骨架的视密度为1.6-2.7g/cm3；

所述的可降解聚合物的视密度为1.1-1.35g/cm3；

填充压裂纤维并且对圆柱形通道端口进行封堵后骨架式支撑剂的视密度为1.2-2.6g/cm3。

7.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，所述的支撑剂颗粒骨架的材质为陶瓷、金属或玻璃。

8.根据权利要求1所述的骨架式支撑剂，其特征在于，所述的可降解聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的接枝共聚物，聚交酯或聚乙醇酸；

所述的压裂纤维为玻璃纤维或聚乙烯醇纤维。

9.权利要求1-8任一项所述的骨架式支撑剂的不均匀铺置方法，包括步骤如下：（1）压裂开始时，向地层泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

（2）将混合有权利要求1-8任一项所述的骨架式支撑剂的携砂液以3 10m3/min的排量泵~入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状，即完成骨架式支撑剂的不均匀铺置。

10.根据权利要求9所述的铺置方法，其特征在于，步骤（2）中以骨架式支撑剂占总携砂液体积的体积分数之比为砂比，所述的砂比为40%-80%。

说明书

一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂及其不均匀铺置方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂及其不均匀铺置方法，属于油气田开发的技术领域。

背景技术

[0002] 我国低渗透、特低渗透油气藏分布广泛，大多数低渗透油气藏不进行储层增产改造难于获得工业油气，目前进行油气藏的增产措施主要是水力压裂技术。水力压裂的目的是建立从地层到井筒的流动路径，提高油气井产能。常规压裂技术通常采用支撑剂填充裂缝，保持裂缝开启，使裂缝具有较高的导流能力，从而建立有效的生产通道。因此在水力压裂中，支撑剂在裂缝中的铺置所增大的导流能力起着至关重要的作用。

[0003] 目前国内油田现场压裂中，很多施工过程是使用传统支撑剂直接对裂缝进行填充，这样相比于原始油气藏其导流能力的确提高很多。例如，中国专利文件CN105315985A(申请号：)公开了一种空心陶粒支撑剂及制备方法，将无烟煤粉破碎研磨，做成球形种子；将除无烟煤粉外的各种原料分别破碎研磨后按比例混合，以无烟煤粉球形种子为种子，在滚球机中成球；后经筛选、烘干、煅烧后制得一种空心陶粒支撑剂，所述空心陶粒支撑剂中心为中空结构。尽管这种支撑剂具有中空结构，但是油气导流的通道仍然只存在于支撑剂之间的缝隙，并且压裂液破胶残渣、支撑剂破碎颗粒堵塞孔道后，使得裂缝内的导流能力大大降低，压后试井测得的裂缝渗透率常常只能达到实验室的十分之一，甚至百分之一。

[0004] 近几年来，国内外出现了一种高速通道压裂技术，该技术与常规压裂的区别是改变了裂缝内的支撑剂的铺置形态，把常规均匀铺置变为非均匀的分散铺置。人工裂缝由众多像桥墩一样的“支柱”支撑，支柱与支柱之间形成畅通的“通道”，众多“通道”形成网络，从而实现大裂缝内包含众多小裂缝的形态，极大地提高了油气渗流能力，所以被形象的称之为“高速通道”压裂工艺。缺点是其使用的主要是常规支撑剂和纤维，纤维在携带过程中，易堵塞裂缝孔道，无法在裂缝深处阻止支撑剂沉降。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，尤其是现有的非均匀铺置支撑剂的压裂技术中使用常规支撑剂和纤维，导致的纤维在携带过程中易堵塞裂缝孔道并阻止支撑剂沉降的缺陷，本发明提供一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂及其不均匀铺置方法。本发明改变常规的支撑剂颗粒状实体形状，形成一种骨架状的支撑剂框架，在框架中填充能够自动降解的聚合物和压裂纤维的混合体，通过改变充填聚合物的密度，即可改变整体支撑剂的密度，保证支撑剂在不同密度压裂液中的悬浮。支撑剂注入裂缝后，在地层高温条件下，聚合物自动降解并释放出与之结合的压裂纤维，纤维在裂缝中形成网状结构，有利于支撑剂团的形成，实现支撑剂的不均匀铺置，形成高速通道压裂。降解的聚合物随着压裂液返排以后，剩余的支撑剂框架也能很好地在地层中铺置，支撑剂框架的内部也形成可供油气导流的高渗透率通道。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂，包括支撑剂颗粒骨架，所述的支撑剂颗粒骨架外形为球体形，以球体的球心为中心在球体内设置有三个相互垂直的并且贯穿球体的圆柱形通道，在所述支撑剂颗粒骨架内填充有压裂纤维，在所述圆柱形通道的端口处设置有可降解聚合物对圆柱形通道端口进行封堵。

[0008] 根据本发明，优选的，对圆柱形通道端口进行封堵的厚度为支撑剂直径的二十分之一到十分之一。支撑剂颗粒骨架内部空腔接近于空心状态。

[0009] 根据本发明，优选的，所述的三个圆柱形通道的半径均为球体半径的五分之一到三分之一；优选的，所述的支撑剂粒径为5～40目，大于常规支撑剂粒径。

[0010] 根据本发明，优选的，以支撑剂颗粒框架、可降解聚合物和压裂纤维的体积总和为支撑剂总体积(即：整个球体体积)，所述的支撑剂颗粒骨架的体积占支撑剂总体积的50％-80％，所述的可降解聚合物占支撑剂总体积的5％-10％，内部空腔占总体积15％～40％。

[0011] 根据本发明，优选的，所述的支撑剂颗粒骨架的视密度为1.6-2.7g/cm3；

[0012] 优选的，所述的可降解聚合物的视密度为1.1-1.35g/cm3；

[0013] 优选的，填充压裂纤维并且对圆柱形通道端口进行封堵后骨架式支撑剂的视密度为1.2-2.6g/cm3。

[0014] 根据本发明，优选的，所述的支撑剂颗粒骨架的材质为陶瓷、金属或玻璃；

[0015] 优选的，所述的可降解聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、水还原性的丙烯酸，水还原性的苯氧基树脂，聚酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的接枝共聚物，聚交酯、聚乙醇酸或聚乙醇乳酸；

[0016] 优选的，所述的压裂纤维为玻璃纤维或聚乙烯醇纤维。

[0017] 本发明的骨架式支撑剂内部孔道的建立方法是：在球体的球心为原点，建立一个相互垂直的X-Y-Z三轴坐标系，沿着坐标轴的方向，把支撑剂内部抠除三个圆柱体通道，即形成三个通透的孔洞，去除的圆柱体半径为球体半径的五分之一到三分之一。

[0018] 根据本发明，上述骨架式支撑剂的不均匀铺置方法，包括步骤如下：

[0019] (1)压裂开始时，向地层泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

[0020] (2)将混合有本发明骨架式支撑剂的携砂液以3～10m3/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状，即完成骨架式支撑剂的不均匀铺置。

[0021] 根据本发明的铺置方法，优选的，步骤(2)中以骨架式支撑剂占总携砂液体积的体积分数之比为砂比，所述的砂比为40％-80％。

[0022] 本发明骨架式支撑剂中的可降解聚合物降解融化以后，随压裂液进行返排流出。与聚合物混合在一起的压裂纤维得到释放，从支撑剂内部脱出并进入裂缝内，形成网状结构，有一定抑制支撑剂沉降的作用，并使支撑剂聚集成团，在团与团之间也形成供油气导流的通道，即实现高速通道压裂。本发明骨架式支撑剂中可降解聚合物未降解之前，整个球形的支撑剂颗粒随着携砂液进入地层裂缝中，与常规压裂相似，在颗粒中的聚合物降解融化之后，迅速返排，只留下颗粒框架和纤维留于地层中，在地层中形成不均匀铺置的状态。裂缝闭合后，形成的导流通道由两部组成：支撑剂颗粒之间的通道和支撑剂内部的通透孔道。

[0023] 本发明的特点及优势：

[0024] 1、本发明的骨架式支撑剂相互垂直分布的3个圆柱形通道，分布均匀，受力平衡，在裂缝内受挤压时，不易变形破碎；在球形体支撑剂骨架外观上共有6个孔眼，在地层中与相邻的支撑剂紧凑排列时保证至少有2个孔眼是与外部空间相连的，保证了每个支撑剂颗粒框架内部都能供油气通过。若圆柱形通道大于3个，则不能保持支撑剂的力学性质，结构不坚固。

[0025] 2、本发明利用部分聚合物的可降解特点和低密度的特性，充填于骨架式支撑剂骨架孔道的外层部分，将整体支撑剂随携砂液注入地层裂缝。堵塞支撑剂的聚合物降解后，压裂纤维会溢出颗粒骨架，扩散到外面生成网状结构，有利于支撑剂的不均匀铺置，从而形成高速通道压裂。

[0026] 3、本发明根据与压裂液的搭配，选择合适的可降解聚合物，降低整体支撑剂的密度，使用高密度的压裂液时，则使用高密度的聚合物，使用低密度的压裂液，则使用低密度的聚合物；选用的可降解聚合物的密度大约在1.1～1.35g/cm3之间，远低于支撑剂骨架密度。聚合物的低密度特性，使得支撑剂在运移途中，更易在携砂液中悬浮，不易沉降，支撑剂更易进入裂缝深部。整体支撑剂颗粒呈球形，相比于单纯的颗粒骨架，更易随着携砂液进行运移。

[0027] 4、本发明可降解聚合物降解后，随压裂液返排出地层，内部的纤维得到释放，形成网状结构，使支撑剂不均匀铺置，形成通道压裂的效果，最终不均匀铺置的支撑剂间的通道和支撑剂框架内部的通透孔道的导流能力会比常规压裂的导流能力增加10～30倍。

附图说明

[0028] 图1：为本发明骨架式支撑剂骨架的外观示意图。

[0029] 图2：为本发明骨架式支撑剂骨架在去除球体的八分之一体积后的剖视图。

[0030] 图3：为本发明骨架式支撑剂可降解聚合物降解以后，支撑剂骨架在地层裂缝内的铺置效果图。其中，1为受纤维缠绕连接在一起的支撑剂团，2为纤维，3为油气流通的方向。

具体实施方式

[0031] 下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

[0032] 实施例1-8：

[0033] 一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂，包括支撑剂颗粒骨架，所述的支撑剂颗粒骨架外形为球体形，以球体的球心为中心在球体内设置有三个相互垂直的并且贯穿球体的圆柱形通道，在所述支撑剂颗粒骨架内填充压裂纤维，在所述圆柱形通道的端口处设置有可降解聚合物对圆柱形通道端口进行封堵，支撑剂颗粒内部空腔接近于空心状态，封堵的厚度为支撑剂直径的二十分之一到十分之一之间。

[0034] 圆柱形通道的建立方式为：在球体中心建立一个三轴坐标系，沿着极轴的方向，把支撑剂内部去除，即形成三个通透的孔洞，去除的圆柱体半径为球体半径的五分之一到三分之一。支撑剂骨架的外观示意图如图1所示，从图1中可以看出，支撑剂骨架的打孔为三个，沿着三个相互垂直的极轴，极轴的交点在球心，结构稳固且受力均匀。

[0035] 以支撑剂颗粒框架、可降解聚合物和压裂纤维的体积总和为支撑剂总体积(即：整个球体体积)，所述的支撑剂颗粒骨架的体积占支撑剂总体积的50％-80％，所述的可降解聚合物占支撑剂总体积的5％-10％，内部空腔占总体积15％～40％。

[0036] 实施例1-8中支撑剂骨架的材质，可降解聚合物的材质，压裂纤维材质，骨架式支撑剂的颗粒粒径以及视密度如表1所示。

[0037] 表1

[0038]

[0039]

[0040] 实施例9-11

[0041] 如实施例1所述，不同的是：

[0042] 支撑剂选择目数分别为20目、30目、40目，基本材料皆由陶粒构成，骨架式支撑剂通道的内径为整体支撑剂内径的三分之一；压裂纤维为聚乙烯醇，密度为1.2g/cm3，用聚乙烯醇压裂纤维充填入骨架式支撑剂后，用聚环氧乙烷进行封堵通道端口；骨架式支撑剂总体的密度为1.3g/cm3。

[0043] 实施例12：

[0044] 一种实现大孔隙通道的骨架式支撑剂的不均匀铺置方法，包括步骤如下：

[0045] (1)压裂开始时，向地层泵入前置液，使地层形成一定宽度和长度的裂缝；

[0046] (2)将混合有实施例1-8所述的骨架式支撑剂的携砂液以3～10m3/min的排量泵入地层，以支撑已经形成的裂缝几何形状，即完成骨架式支撑剂的不均匀铺置。

[0047] 本实施例中以骨架式支撑剂占总携砂液体积的体积分数之比为砂比，所述的砂比为50％。

[0048] 待可降解聚合物降解融化以后，随压裂液进行返排流出。与可降解聚合物混合在一起的压裂纤维得到释放，从支撑剂内部脱出并进入裂缝内，形成网状结构，有一定抑制支撑剂沉降的作用，并使支撑剂聚集成团，在团与团之间也形成供油气导流的通道。效果图如图3所示。从图3中可以看出，油气可以从任意方向通过球体内部的孔道，从而大大提高渗透率。

[0049] 试验例

[0050] 以常规支撑剂为对比，测试实施例9-11的支撑剂和常规支撑剂的导流能力，具体的实验方法如下：

[0051] (1)实验排量

[0052] 实验采用小排量泵加注携砂液和中间顶替液，二者的泵送流量均设为50L/min，开始时可视平板裂缝装置不施加闭合压力，缝宽设置为8mm。

[0053] (2)压裂液的粘度

[0054] 压裂液的粘度主要受温度的影响，该实验装置适合在常温下进行实验。实验中配制的压裂液基液粘度为1mPa·s。

[0055] (3)砂比

[0056] 砂比为支撑剂占总携砂液体积的体积分数。选择该实验的砂比为80％。在聚乙烯醇聚合物在高温条件下降解后一段时间，开始测试导流能力，结果如表2所示。

[0057] 表2

[0058]

[0059] 由表1可以看出，实施例9、10、11在裂缝中充填的支撑剂远比对比例中常规支撑剂更多，这是因为骨架式支撑剂独特的空心结构，使得整体密度更轻，更容易被携带，所以能够进入裂缝中的量更多；而且实施例9、10、11的导流能力比对比例更大，这是因为封堵骨架式支撑剂孔道的聚合物降解后，纤维排出，缠绕在支撑剂上，进一步阻止支撑剂沉降，使得支撑剂之间留存有一定的通道，且支撑剂内部形成空心结构，也提供了内部巨大的通道。随着支撑剂的目数越高，也就是粒径越小，所带来的贾敏效应越严重，降低了导流能力。由此看来粒径大的骨架式拥有比常规支撑剂更高的导流能力。