一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺

摘要

本发明涉及一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，包括步骤如下：分别配置低密度、中密度和高密度支撑剂压裂液，其中中密度支撑剂压裂液中加入纤维，以形成支撑剂团作为通道压裂的前提，压裂开始时，把前置液泵入地层中，使地层形成一定宽度和长度的裂缝，把三种密度支撑剂压裂液共同泵入地层中，低密度支撑剂颗粒与高密度支撑剂颗粒由于未添加纤维，能够较为自由地漂浮和沉降在裂缝的顶部和上部，中密度支撑剂压裂液，使用脉冲式注入方式注入，支撑剂团间能够形成一定尺寸的通道。本发明在中密度支撑剂带与低密度支撑剂带间、中密度支撑剂带与高密度支撑剂带间形成了尺寸更为可观的大通道。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，属于油气田开发的技术领 域。

背景技术

我国的非常规油气藏，如煤层气、页岩油气、致密砂岩油气等分布广泛，储量巨大，拥 有较大的开发潜力。但因渗透率低，开采难度大，所以早期开发力度不大。目前随着世界范 围内能源需求量的增加，以及高渗透油气田的开发步入尾声，非常规油气藏逐渐成为能源开 发的主体，但由于其低孔低渗的特点，油、气在储层中渗流时的阻力极大，所以一般的非常 规储层低产甚至无自然产能，难以进行工业开发。因此，常规的压裂增产技术已不再适用。 室内实验及现场实践表明，体积压裂技术能取得较好的增产效果。所以，如何增加储层改造 体积成了大家目前最关心的问题。支撑剂在裂缝中的铺置方式在一定程度上决定了储层改造 体积的大小。

目前国内的压裂施工多采用单一规格的支撑剂完成整条裂缝的充填。理论上来讲，有支 撑剂铺置的裂缝与原始储层相比，渗透率可提高百倍至千倍。但在实际施工时，裂缝中的支 撑剂排列紧密，间距很小，导致渗流通道极易被压裂液破胶残渣、支撑剂破碎颗粒等堵塞， 使裂缝的导流能力大大降低。且裂缝内部易被支撑剂嵌入，造成导流能力进一步降低。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。针对该情况，现场 提出相应的改进方案：将不同粒径的支撑剂按一定的比例分段注入裂缝中，通常采用裂缝前 段铺置小粒径支撑剂，中部铺置中等粒径支撑剂，缝口位置铺置大粒径的分段铺置方式。室 内实验表明当不同粒径支撑剂组合时，既能提高支撑剂的抗压能力，又能保证较高的导流能 力。但现场施工时很难保证支撑剂按设计要求分段铺置，往往是大小混合在一起，造成裂缝 导流能力的提升有限。

另外一种提高裂缝导流能力的方法是通道压裂技术。中国专利文献CN103306659A(申 请号：201310279118.8)公开了一种实现超高导流能力的压裂工艺，该技术与常规压裂的区 别是改变了裂缝内支撑剂的铺置形态，把常规的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，从而实现超高导流能力，极大地提高了油气渗流能力，所以被形象的称为“高速通道” 压裂工艺。但该方法在现场实施较为困难，因为支撑剂铺置的非均匀程度难以控制，人工裂 缝易因大面积缺少支撑剂充填而闭合，影响了压裂的效果；再者由于地层的闭合压力大，桥 墩式“支柱”的支撑能力有限，造成裂缝在地层应力的作用下不断闭合，容易导致支撑剂“支 柱”压实变形，从而大大降低裂缝导流能力。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种应用支撑剂密度差异实现大通道压裂的工 艺，通过综合运用通道压裂技术、纤维材料以及不同密度的支撑剂形成低密度支撑剂带、中 密度支撑剂带与高密度支撑剂带，在相邻的支撑剂带之间形成具有超高导流能力的高速通道。 同时在中密度支撑剂带中，由于纤维的加入与支撑剂脉冲的作用，也可形成了导流能力较高 的通道。

术语说明：

1.不同密度的支撑剂：支撑剂为压裂支撑剂，主要用作油井井下支撑裂缝的介质。地层 裂缝被压开后，在闭合压力的强大作用下，裂缝会重新闭合，不能起到增产的效果，通过注 入支撑剂，使支撑剂夹持在裂缝中间保持裂缝张开，可起到较好的增产效果。本发明使用的 支撑剂利用优质铝矾土等多种原材料，由陶瓷烧结而成，是天然石英砂、玻璃球、金属球等 中低强度支撑剂的替代品。不同密度的支撑剂指的是低、中、高三种密度的支撑剂，且支撑 剂粒径保持一致。其中，中密度支撑剂的密度与压裂液密度大概相同，在压裂液中能够保持 一种悬浮的状态，铺置在裂缝中央带；高密度支撑剂密度大于压裂液密度，在施工结束后沉 降在裂缝底部。而低密度支撑剂低于压裂液密度，可以使用空心支撑剂，在压裂液中处于漂 浮状态，压裂结束后位于裂缝顶部。

2.前置液：它的作用是破裂地层并产生一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入。 对于温度较高的地层，它还能起到一定的降温作用。为了提高前置液的工作效率，在一部分 前置液中加细砂或粉陶(粒径100目，砂比5％～10％左右)以堵塞地层中的裂隙，减少液体的 滤失。胍胶基液、氯化钾溶液、酸液常用作前置液。

3.纤维：目前，纤维材料广泛应用在油气生产的多个方向，如纤维防砂工艺和通道压裂 工艺。纤维均匀分散在压裂液中，利用蜷曲、桥联等特性，可很好地起到携砂、固砂、稳砂 的作用，并可与支撑剂形成一定大小的支撑剂团。

4.脉冲式注入：是指携砂液与基液交替注入裂缝，周期性地重复，从而使支撑剂团之间 保持一定的距离，施工结束后，支撑剂团之间能够形成一定宽度的通道，保持一定的导流能 力。

5.压裂液的砂比：指支撑剂的外形体积与配置好的压裂液的体积之比。

本发明的技术方案如下：

一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，包括步骤如下：

(1)配置低密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液

将低密度支撑剂和高密度支撑剂分别与压裂液基液混合均匀，配置成低密度支撑剂 压裂液和高密度支撑剂压裂液，所述的低密度支撑剂的密度为1.0～1.2g/cm³，所述的高密度支 撑剂的密度≥1.8g/cm³；

(2)配置中密度支撑剂压裂液

将中密度支撑剂、纤维和压裂液基液混合均匀，得到含纤维的中密度支撑剂压裂液；所 述的中密度支撑剂的密度为1.2～1.5g/cm³，每立方米的支撑剂中加入的纤维质量为1.5～3.5kg；

(3)在压裂开始时，向地层中泵入前置液，以在地层中压开有一定几何尺寸的裂缝；

(4)将低密度支撑剂压裂液、含纤维的中密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液 同时注入到地层中，注入方式为脉冲式注入。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述的低密度支撑剂为空心颗粒，密度为1.1g/cm³，所 述的高密度支撑剂的密度为2～3g/cm³，所述的低密度支撑剂压裂液及高密度支撑剂压裂液的 砂比范围为5％～25％，更优选15％。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述的中密度支撑剂压裂液的砂比为5％～25％，更优选 12％；每立方米的支撑剂中加入的纤维质量为1.7～2.0kg。使用的纤维长度为6～12mm，密度 为0.7～1.2g/cm³，单丝直径为15～20μm，熔点大于350℃，碱含量小于0.8。实验证明，纤维 参数在上述范围内时，纤维在压裂液中能够保持较高的悬浮性能和较好的分散性，能够较好 的与支撑剂颗粒缠绕，从而形成高质量的支撑剂团和高导流能力的通道。

根据本发明优选的，步骤(4)中脉冲式注入采用正弦脉冲电压以3～7m³/min的排量将低 密度支撑剂压裂液、含纤维的中密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液注入地层，正弦脉 冲周期为10s～120s。

根据本发明优选的，低密度支撑剂、中密度支撑剂和高密度支撑剂的粒径均为 0.6～0.9mm。

本发明使用的压裂液为胍胶压裂液基液，也可用本领域其他压裂液基液，粘度为 100～120mPa.s即可。

本发明步骤(3)中所述的前置液作用是在地层中压开有一定几何尺寸的裂缝，可用本领 域常规前置液，例如：水、氯化钾溶液或酸溶液等。前置液的液量为施工总液量的四分之一 到三分之一。

根据本发明，不同密度的支撑剂具有不同的结构和材料组成，其中低密度支撑剂为空心 陶粒，为轻质材料，以保持在压裂液中漂浮的状态。中密度和高密度支撑剂可以选择石英、 陶粒支撑剂，三种支撑剂压裂液的注入状态为同时注入地层中。

本发明的原理：

本发明方案三种含有不同密度支撑剂的压裂液同时注入地层后，在重力与压裂液浮力的 作用下，中密度支撑剂团悬浮在压裂液中部，低密度支撑剂颗粒与高密度支撑剂颗粒由于没 有纤维的联接桥接作用，能够较为自由地在压裂液中分散开来，分别处于漂浮和沉降的状态。 压裂结束后，随着裂缝的逐渐闭合，支撑剂支撑裂缝，且在缝内受力均匀，逐渐形成了由三 种密度铺置的支撑剂带，在每两个支撑剂带之间则形成了较为通畅的供液流通过的通道。

本发明的有益效果

1、本发明在通道压裂技术的基础上进行了改进，克服了其纵向上分布范围有限，支撑能 力差的缺点。该工艺是将低、中、高三种密度的支撑剂分别与压裂液混合，并在中密度支撑 剂中加入纤维，将三种压裂液在混砂车中混合均匀后共同注入地层中，低密度支撑剂漂浮在 压裂液中，最终铺置在裂缝顶部；中密度支撑剂在压裂液中呈悬浮状，分布于整个裂缝，且 与纤维相互缠绕形成支撑剂团，分布于地层中，起到与通道压裂相同的效果；高密度支撑剂 在裂缝底部呈斜坡状。裂缝顶部和底部排列紧密的支撑剂可保证裂缝不易闭合，中部的支撑 剂团保证裂缝具有超高导流能力。

2、本发明的方案中，在施工时采用脉冲式注入，即支撑剂分段加入，每加入一段支撑剂 后就再注入一段没有支撑剂的压裂液。脉冲式加砂在地层中形成无支撑剂填充的大通道，可 供油气水三相通过，使裂缝拥有超高导流能力，比常规裂缝导流能力高1～3个数量级。

3、在压裂液加入纤维可以增加压裂液粘度，降低支撑剂沉降速度，并提高支撑剂团的稳 定性。本发明在施工时只在中密度支撑剂中加入纤维，所以低密度和高密度的支撑剂分布几 乎不受影响，低密度支撑剂分布在裂缝顶部，高密度支撑剂分布在裂缝底部，而中密度支撑 剂成团稳定，沉降速率低，分布在裂缝中间大部分区域。

4、由于裂缝的大部分区域都由支撑剂团支撑，所以裂缝中会形成束状通道，施工过程中 产生的支撑剂破碎颗粒及破胶不彻底的压裂液残渣都会随束状通道排出地层，有利于减少储 层污染，进一步提高裂缝的渗透能力。

5、本发明方案中，不要求压裂液具有高粘度，在100mPa.s左右即可，因此可以有效减 少胍胶用量，降低施工成本。

6、本发明所使用的纤维与压裂液的性质受温度影响不大，所以本发明可适用于不同深度 的各种油气储层。

附图说明

图1为本发明方案施工后，支撑剂在裂缝中稳定铺置时垂直裂缝的主视图。

其中，1、低密度支撑剂，2、纤维，3、油流通道，4、中密度支撑剂，5、高密度支撑剂。

图2为施工后垂直裂缝的剖面图。

图3为施工后垂直裂缝的侧视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。

实施例中使用的纤维为玻璃纤维，纤维长度为6～12mm，密度为0.7～1.2g/cm³，单丝直径 为15～20μm，熔点大于350℃，碱含量小于0.8，购自江苏盐城纤维制品有限公司。压裂液基 液采用胍胶压裂液基液，现场配制，配方为：0.40％瓜尔胶、0.3％防膨剂、0.5％发泡剂、0.7％ 有机硼交联剂、0.5％助排剂、0.1％杀菌剂吗，其余为清水。上述比值均为体积百分比，配制 好的压裂液基液密度在1.02～1.05g/cm³之间。

低密度支撑剂、中密度支撑剂和高密度支撑剂均为陶粒支撑剂，粒径为0.6～0.9mm，购 自山东胜利方圆陶业公司。

实施例中所用其他原料均为常规市购产品。

实施例1

一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，包括步骤如下：

(1)将低密度支撑剂和高密度支撑剂分别与压裂液基液混合均匀，得到低密度支撑剂压 裂液和高密度支撑剂压裂液，所述的低密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液的砂比均为 15％，所述的低密度支撑剂的密度为1g/cm³，空心颗粒；所述的高密度支撑剂的密度为 2.5g/cm³；

(2)将中密度支撑剂、纤维和压裂液基液混合均匀，得到含纤维的中密度支撑剂压裂液； 所述的中密度支撑剂压裂液的砂比为12％，所述的中密度支撑剂的密度为1.2g/cm³，每立方 米的支撑剂中加入的纤维质量为2kg；

(3)在压裂开始时，向地层中泵入前置液，以在地层中压开裂缝，前置液的液量占施工 总液量的三分之一；

(4)将低密度支撑剂压裂液、含纤维的中密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液从裂 缝中同时注入到地层中，注入方式为脉冲式注入，注入排量为5m³/min，采用正弦脉冲，正 弦脉冲周期为20s。

本实施例将顶替液注入地层，把三种不同密度的支撑剂压裂液送到裂缝预定位置，并有 预防砂卡的作用。顶替液为本领域常规物料。

本实施例中，三种不同密度的支撑剂压裂液同时进入地层，施工后形成的垂直裂缝的主 视图如图1所示，由图1可知：裂缝内，低密度支撑剂1、高密度支撑剂5和中密度支撑剂4 与纤维2形成的支撑剂团共同进入地层，由于密度差异，在运移过的过程中，依次按照上、 中、下的顺序排列，在每两种密度支撑剂之间形成了宽度较大的油流通道3，为油气导流提 供了条件。在采用脉冲注入方式的作用下，裂缝中部的支撑剂团之间也可形成宽度稍小的油 流通道。当裂缝闭合后，三种不同密度的支撑剂受力均衡，能够稳定支撑裂缝。

实施例2

一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，包括步骤如下：

(1)将低密度支撑剂和高密度支撑剂分别与压裂液基液混合均匀，得到低密度支撑剂压 裂液和高密度支撑剂压裂液，所述的低密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液的砂比均为 15％，所述的低密度支撑剂的密度为1.1g/cm³，空心颗粒；所述的高密度支撑剂的密度为 3.0g/cm³；

(2)将中密度支撑剂、纤维和压裂液基液混合均匀，得到含纤维的中密度支撑剂压裂液； 所述的中密度支撑剂压裂液的砂比为12％，所述的中密度支撑剂的密度为1.5g/cm³，每立方 米的支撑剂中加入的纤维质量为3.5kg；

(3)在压裂开始时，向地层中泵入前置液，以在地层中压开裂缝，前置液的液量占施工 总液量的三分之一；

(4)将低密度支撑剂压裂液、含纤维的中密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液从裂 缝中同时注入到地层中，注入方式为脉冲式注入，注入排量为7m³/min，采用正弦脉冲，正 弦脉冲周期为60s。

实施例3

一种应用支撑剂密度差异实现大通道的压裂工艺，包括步骤如下：

(1)将低密度支撑剂和高密度支撑剂分别与压裂液基液混合均匀，得到低密度支撑剂压 裂液和高密度支撑剂压裂液，所述的低密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液的砂比均为 15％，所述的低密度支撑剂的密度为1.0g/cm³，空心颗粒；所述的高密度支撑剂的密度为 2.8g/cm³；

(2)将中密度支撑剂、纤维和压裂液基液混合均匀，得到含纤维的中密度支撑剂压裂液； 所述的中密度支撑剂压裂液的砂比为12％，所述的中密度支撑剂的密度为1.3g/cm³，每立方 米的支撑剂中加入的纤维质量为1.5kg；

(3)在压裂开始时，向地层中泵入前置液，以在地层中压开裂缝，前置液的液量占施工 总液量的三分之一；

(4)将低密度支撑剂压裂液、含纤维的中密度支撑剂压裂液和高密度支撑剂压裂液从裂 缝中同时注入到地层中，注入方式为脉冲式注入，注入排量为3m³/min，采用正弦脉冲，正 弦脉冲周期为30s。