一種應(yīng)用支撐劑密度差異實現(xiàn)大通道的壓裂工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用支撐劑密度差異實現(xiàn)大通道的壓裂工藝，屬于油氣田開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的非常規(guī)油氣藏，如煤層氣、頁巖油氣、致密砂巖油氣等分布廣泛，儲量巨大，擁有較大的開發(fā)潛力。但因滲透率低，開采難度大，所以早期開發(fā)力度不大。目前隨著世界范圍內(nèi)能源需求量的增加，以及高滲透油氣田的開發(fā)步入尾聲，非常規(guī)油氣藏逐漸成為能源開發(fā)的主體，但由于其低孔低滲的特點，油、氣在儲層中滲流時的阻力極大，所以一般的非常規(guī)儲層低產(chǎn)甚至無自然產(chǎn)能，難以進行工業(yè)開發(fā)。因此，常規(guī)的壓裂增產(chǎn)技術(shù)已不再適用。室內(nèi)實驗及現(xiàn)場實踐表明，體積壓裂技術(shù)能取得較好的增產(chǎn)效果。所以，如何增加儲層改造體積成了大家目前最關(guān)心的問題。支撐劑在裂縫中的鋪置方式在一定程度上決定了儲層改造體積的大小。
[0003]目前國內(nèi)的壓裂施工多采用單一規(guī)格的支撐劑完成整條裂縫的充填。理論上來講，有支撐劑鋪置的裂縫與原始儲層相比，滲透率可提高百倍至千倍。但在實際施工時，裂縫中的支撐劑排列緊密，間距很小，導(dǎo)致滲流通道極易被壓裂液破膠殘渣、支撐劑破碎顆粒等堵塞，使裂縫的導(dǎo)流能力大大降低。且裂縫內(nèi)部易被支撐劑嵌入，造成導(dǎo)流能力進一步降低。壓后試井測得的裂縫滲透率常常只能達到實驗室的十分之一，甚至百分之一。針對該情況，現(xiàn)場提出相應(yīng)的改進方案:將不同粒徑的支撐劑按一定的比例分段注入裂縫中，通常采用裂縫前段鋪置小粒徑支撐劑，中部鋪置中等粒徑支撐劑，縫口位置鋪置大粒徑的分段鋪置方式。室內(nèi)實驗表明當(dāng)不同粒徑支撐劑組合時，既能提高支撐劑的抗壓能力，又能保證較高的導(dǎo)流能力。但現(xiàn)場施工時很難保證支撐劑按設(shè)計要求分段鋪置，往往是大小混合在一起，造成裂縫導(dǎo)流能力的提升有限。
[0004]另外一種提高裂縫導(dǎo)流能力的方法是通道壓裂技術(shù)。中國專利文獻CN103306659A(申請?zhí)?201310279118.8)公開了一種實現(xiàn)超高導(dǎo)流能力的壓裂工藝，該技術(shù)與常規(guī)壓裂的區(qū)別是改變了裂縫內(nèi)支撐劑的鋪置形態(tài)，把常規(guī)的均勻鋪置變?yōu)榉蔷鶆虻姆稚佒?，人工裂縫由眾多像橋墩一樣的“支柱”支撐，支柱與支柱之間形成暢通的“通道”，眾多“通道”形成網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)超高導(dǎo)流能力，極大地提高了油氣滲流能力，所以被形象的稱為“高速通道”壓裂工藝。但該方法在現(xiàn)場實施較為困難，因為支撐劑鋪置的非均勻程度難以控制，人工裂縫易因大面積缺少支撐劑充填而閉合，影響了壓裂的效果；再者由于地層的閉合壓力大，橋墩式“支柱”的支撐能力有限，造成裂縫在地層應(yīng)力的作用下不斷閉合，容易導(dǎo)致支撐劑“支柱”壓實變形，從而大大降低裂縫導(dǎo)流能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用支撐劑密度差異實現(xiàn)大通道壓裂的工藝，通過綜合運用通道壓裂技術(shù)、纖維材料以及不同密度的支撐劑形成低密度支撐劑帶、中密度支撐劑帶與高密度支撐劑帶，在相鄰的支撐劑帶之間形成具有超高導(dǎo)流能力的高速通道。同時在中密度支撐劑帶中，由于纖維的加入與支撐劑脈沖的作用，也可形成了導(dǎo)流能力較高的通道。
[0006]術(shù)語說明:
[0007]1.不同密度的支撐劑:支撐劑為壓裂支撐劑，主要用作油井井下支撐裂縫的介質(zhì)。地層裂縫被壓開后，在閉合壓力的強大作用下，裂縫會重新閉合，不能起到增產(chǎn)的效果，通過注入支撐劑，使支撐劑夾持在裂縫中間保持裂縫張開，可起到較好的增產(chǎn)效果。本發(fā)明使用的支撐劑利用優(yōu)質(zhì)鋁礬土等多種原材料，由陶瓷燒結(jié)而成，是天然石英砂、玻璃球、金屬球等中低強度支撐劑的替代品。不同密度的支撐劑指的是低、中、高三種密度的支撐劑，且支撐劑粒徑保持一致。其中，中密度支撐劑的密度與壓裂液密度大概相同，在壓裂液中能夠保持一種懸浮的狀態(tài)，鋪置在裂縫中央帶；高密度支撐劑密度大于壓裂液密度，在施工結(jié)束后沉降在裂縫底部。而低密度支撐劑低于壓裂液密度，可以使用空心支撐劑，在壓裂液中處于漂浮狀態(tài)，壓裂結(jié)束后位于裂縫頂部。
[0008]2.前置液:它的作用是破裂地層并產(chǎn)生一定幾何尺寸的裂縫，以備后面的攜砂液進入。對于溫度較高的地層，它還能起到一定的降溫作用。為了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加細砂或粉陶(粒徑100目，砂比5%?10%左右)以堵塞地層中的裂隙，減少液體的濾失。胍膠基液、氯化鉀溶液、酸液常用作前置液。
[0009]3.纖維:目前，纖維材料廣泛應(yīng)用在油氣生產(chǎn)的多個方向，如纖維防砂工藝和通道壓裂工藝。纖維均勻分散在壓裂液中，利用蜷曲、橋聯(lián)等特性，可很好地起到攜砂、固砂、穩(wěn)砂的作用，并可與支撐劑形成一定大小的支撐劑團。
[0010]4.脈沖式注入:是指攜砂液與基液交替注入裂縫，周期性地重復(fù)，從而使支撐劑團之間保持一定的距離，施工結(jié)束后，支撐劑團之間能夠形成一定寬度的通道，保持一定的導(dǎo)流能力。
[0011]5.壓裂液的砂比:指支撐劑的外形體積與配置好的壓裂液的體積之比。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0013]一種應(yīng)用支撐劑密度差異實現(xiàn)大通道的壓裂工藝，包括步驟如下:
[0014](I)配置低密度支撐劑壓裂液和高密度支撐劑壓裂液
[0015]將低密度支撐劑和高密度支撐劑分別與壓裂液基液混合均勻，配置成低密度支撐劑壓裂液和高密度支撐劑壓裂液，所述的低密度支撐劑的密度為1.0?1.2g/cm3，所述的高密度支撐劑的密度多1.8g/cm3；
[0016](2)配置中密度支撐劑壓裂液
[0017]將中密度支撐劑、纖維和壓裂液基液混合均勻，得到含纖維的中密度支撐劑壓裂液；所述的中密度支撐劑的密度為1.2?1.5g/cm3，每立方米的支撐劑中加入的纖維質(zhì)量為 1.5 ?3.5kg ；
[0018](3)在壓裂開始時，向地層中泵入前置液，以在地層中壓開有一定幾何尺寸的裂縫；
[0019](4)將低密度支撐劑壓裂液、含纖維的中密度支撐劑壓裂液和高密度支撐劑壓裂液同時注入到地層中，注入方式為脈沖式注入。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴中所述的低密度支撐劑為空心顆粒，密度為1.1g/cm3，所述的高密度支撐劑的密度為2?3g/cm3，所述的低密度支撐劑壓裂液及高密度支撐劑壓裂液的砂比范圍為5%?25%，更優(yōu)選15%。
[0021]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑵中所述的中密度支撐劑壓裂液的砂比為5%?25%，更優(yōu)選12%;每立方米的支撐劑中加入的纖維質(zhì)量為1.7?2.0kg0使用的纖維長度為6?12_，密度為0.7?1.2g/cm3，單絲直徑為15?20 μ m，熔點大于350 °C，堿含量小于0.8。實驗證明，纖維參數(shù)在上述范圍內(nèi)時，纖維在壓裂液中能夠保持較高的懸浮性能和較好的分散性，能夠較好的與支撐劑顆粒纏繞，從而形成高質(zhì)量的支撐劑團和高導(dǎo)流能力的通道。
[0022]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑷中脈沖式注入采用正弦脈沖電壓以3?7m3/min的排量將低密度支撐劑壓裂液、含纖維的中密度支撐劑壓裂液和高密度支撐劑壓裂液注入地層，正弦脈沖周期為1s?120s。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，低密度支撐劑、中密度支撐劑和高密度支撐劑的粒徑均為0.6 ?0.9mm。
[0024]本發(fā)明使用的壓裂液為胍膠壓裂液基液，也可用本領(lǐng)域其他壓裂液基液，粘度為100 ?120mPa.s 即可。
[0025]本發(fā)明步驟(3)中所述的前置液作用是在地層中壓開有一定幾何尺寸的裂縫，可用本領(lǐng)域常規(guī)前置液，例如:水、氯化鉀溶液或酸溶液等。前置液的液量為施工總液量的四分之一到三分之一O
[0026]根據(jù)本發(fā)明，不同密度的支撐劑具有不同的結(jié)構(gòu)和材料組成，其中低密度支撐劑為空心陶粒，為輕質(zhì)材料，以保持在壓裂液中漂浮的狀態(tài)。中密度和高密度支撐劑可以選擇石英、陶粒支撐劑，三種支撐劑壓裂液的注入狀態(tài)為同時注入地層中。
[0027]本發(fā)明的原理:
[0028]本發(fā)明方案三種含有不同密度支撐劑的壓裂液同時注入地層后，在重力與壓裂液浮力的作用下，中密度支撐劑團懸浮在壓裂液中部，低密度支撐劑顆粒與高密度支撐劑顆粒由于沒有纖維的聯(lián)接橋接作用，能夠較為自由地在壓裂液中分散開來，分別處于漂浮和沉降的狀態(tài)。壓裂結(jié)束后，隨著裂縫的逐漸閉合，支撐劑支撐裂縫，且在縫內(nèi)受力均勻，逐漸形成了由三種密度鋪置的支撐劑帶，在每兩個支撐劑帶之間則形成了較為通暢的供液流通過的通道。
[0029]本發(fā)明的有益效果
[0030]1、本發(fā)明在通道壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了改進，克服了其縱向上分布范圍有限，支撐能力差的缺點。該工藝是將低、中、高三種密度的支撐劑分別與壓裂液混合，并在中密度支撐劑中加入纖維，將三種壓裂液在混砂車中混合均勻后共同注入地層中，低密度支撐劑漂浮在壓裂液中，最終鋪置在裂縫頂部；中密度支撐劑在壓裂液中呈懸浮狀，分布于整個裂縫，且與纖維相互纏繞形成支撐劑團，分布于地層中，起到與通道壓裂相同的效果；高密度支撐劑在裂縫底部呈斜坡狀。裂縫頂部和底部排列緊密的支撐劑可保證裂縫不易閉合，中部的支撐劑團保證裂縫具有超高導(dǎo)流能力。
[0031]2、本發(fā)明的方案中，在施工時采用脈沖式注入，即支撐劑分段加入，每加入一段支撐劑后就再注入一段沒有支撐劑的壓裂液。脈沖式加砂在地層中形成無支撐劑填充的大通道，可供油氣水三相通過，使裂縫擁有超高導(dǎo)流能力，比常規(guī)裂縫導(dǎo)流能力高I?3個數(shù)量級。
[0032]3、在壓裂液加入纖維可以增加壓裂液粘度，降低支撐劑沉降速度，并提高支撐劑團的穩(wěn)定性。本發(fā)明在施工時只在中密度支撐劑中加入纖維，所以低密度和高密度的支撐劑分布幾乎不受影響，低密度支撐劑分布在裂縫頂部，高密度支撐劑分布在裂縫底部，而中密度支撐劑成團穩(wěn)定，沉降速率低，分布在裂縫中間大部分區(qū)域。
[0033]4、由于裂縫的大部分區(qū)域都由支撐劑團支撐，所以裂縫中會形成束狀通道，施工過