一种混合型暂堵剂及其暂堵剂混合物、暂堵方法和应用

摘要

本发明涉及一种混合型暂堵剂、暂堵剂混合物、暂堵方法及应用，所述混合型暂堵剂包括如下重量份的组分：水溶性高分子聚合物1～9，砂子3～29，可溶或可降解的纤维0～19。将混合型暂堵剂利用10～100重量份的携带液制成所述暂堵剂混合物，用顶替液顶替进入井下裂缝预定位置，即形成具有一定粘度的暂堵墙。本发明可以应用在直井分层压裂、水平井分段压裂和老井重复压裂中，可以通过控制起粘时间(根据暂堵剂浓度)和注入速度(根据井筒容积和顶替液量)来控制其封堵位置，100％起堵，封堵强度大，有利于后续的压裂开新缝(增加新的泄流面积)，进一步提高油气井的产量。

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气井的增产技术领域，具体涉及一种混合型暂堵剂及其施工方法和应用，主要用于在油气井的压裂过程中，堵住之前已经压开的裂缝，以便再开启新裂缝(为了增加更多的新泄流面积)。

背景技术

在低渗透油气藏的开发过程中，压裂是主要的增产措施之一，其目的是在低渗透储层内压开一条缝，增大泄流面积，提高油气产量。暂堵转向压裂技术是在压裂过程中实时加入暂堵剂，基于流体遵循向阻力最小方向流动的原则，暂堵剂会随压裂液进入与原有裂缝或高渗透层连通的炮眼，在炮眼处和原有裂缝内(或高渗透带)聚集产生高强度的滤饼桥堵，使后续压裂液不能进入原有裂缝和高渗透带，这必然会在一定程度上升高井底压力，在一定的水平两向应力差条件下，产生二次破裂进而改变原有裂缝起裂方位以产生新缝，建立新的高导流能力油气流通道。

目前油田常用的暂堵剂是纤维和不同大小水溶性颗粒，利用暂堵剂顺阻力小的方向优先进入和暂堵剂在裂缝内壁面上摩擦积累的原理，堵住老缝，再开启新缝。如果堵不住，压裂液顺老缝进入而让老缝延伸，就不可能产生新缝，那么暂堵剂的强度和封堵率就是暂堵转向压裂技术的关键。

其中，中国发明专利申请CN103835691A“一种自然选择甜点暂堵体积压裂方法”中提出多裂缝的产生方法，在裂缝压开完成之后，加入高强度水溶性颗粒暂堵剂，来封堵裂缝缝口。中国发明专利申请CN103615228A“可降解纤维缝内暂堵压裂工艺”中提到一种可降解纤维与线性胶和支撑剂作为缝内暂堵压裂液，形成分支缝。中国发明专利申请CN102020984A“一种低渗透油田缝内转向压裂暂堵剂及其制备方法和应用”中提到一种地上交联型粘弹性颗粒暂堵剂，在炮眼和高渗带形成滤饼桥堵，最终促使新缝产生。中国发明专利申请CN102344788A“一种可控破胶的水平井分段压裂用暂堵剂及其制备方法”中发明一种地下交联型粉末或颗粒型暂堵剂，实现水平井段有效封堵，通过胶囊破胶剂实现有效破胶。中国发明专利申请106350043A“用于暂堵转向压裂中的复合暂堵剂和复合暂堵方法”，其包括暂堵剂a(刚性)和暂堵剂b(柔性)，按先后顺序注入油井裂缝中，暂堵剂颗粒都是2-20目。

上述暂堵技术基本上是基于暂堵颗粒或纤维在缝内或缝口(炮眼)摩擦积累(或架桥富集)形成桥堵，而积累或富集是一个模糊过程，既无法确定暂堵时机和位置，也因有暂堵剂流失问题，导致通过积累形成暂堵的厚度不能确定，那么暂堵的强度和效果就难以保证，同时，还存在暂堵剂的流失浪费问题和暂堵后在后续压裂液里剩余问题，从而影响后续压裂开新缝。另外，传统上的暂堵压裂技术基本上是根据地面施工压力的变化来确定暂堵剂的加量，那么在地面上就要提前超量预备，也必然会多加，就可能会浪费一部分。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种混合型暂堵剂，其能有效控制暂堵时机、位置和强度，形成更有效地封堵。

本发明还提供一种暂堵剂混合物，其可以控制暂堵时机、位置和强度，可以形成更有效地封堵。

本发明还提供一种暂堵方法，其在暂堵转向压裂过程中，可以控制暂堵时机、位置和强度，形成更有效地封堵。

本发明还提供一种混合型暂堵剂、暂堵剂混合物、暂堵方法的应用，其在暂堵转向压裂过程中，可以控制暂堵时机、位置和强度，形成更有效地封堵。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种混合型暂堵剂，其包括如下重量份的组分：

水溶性高分子聚合物1～9，

砂子3～29，

可溶或可降解的纤维0～19。

优选地，可溶或可降解的纤维0.5～19。本发明的混合型暂堵剂可以制成干固状(各组分可以混装或分装)，使用时，可以将各组分的混合物加入到携带液中混合，形成凝胶，由于凝胶的初始粘度较低，随着混合时间的增加，其粘度逐渐增大，因此，其不仅暂堵的时机和位置可以控制，而且，其没有暂堵剂的流失浪费和剩余，厚度和强度也可以保证，另外，其中的砂子和纤维又可以增加凝胶体的粘结力和摩擦阻力，有助于增加凝胶体的强度和移动难度，最终形成具有很强封堵能力的凝胶混合体，同时，暂堵溶解之后，其中的砂子又可以保留下来支撑裂缝用。

在本发明一种混合型暂堵剂的实施例中，其中，水溶性高分子聚合物为丙烯酰胺共聚物中的一种或多种。

例如，水溶性高分子聚合物为聚丙烯酰胺，较佳的，其分子量在1100～2500万。可以通过控制其浓度来调节其达到一定粘度所需要的时间。

较佳的，水溶性高分子聚合物为聚丙烯酰胺和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

当为聚丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物时，所述聚丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸比例为2.5:1.3～2.8:1.5。

聚丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合使用时，具有水溶性好、增粘性好、热增粘的特性，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸具有助凝效果。

在本发明一种混合型暂堵剂的实施例中，其中，砂子为石英砂和/或陶粒砂，粒径为0.25～8毫米。

较佳的，砂子为石英砂和/或陶粒砂，粒径为0.45～3.75毫米。

较佳的，砂子为粒径不同的石英砂和/或陶粒砂。

例如，6.7～8毫米石英砂20wt％、4.75～6.7毫米陶粒砂15wt％、3.35～4.75毫米陶粒砂12wt％、1.7～3.35毫米石英砂18wt％、0.71～1.7毫米陶粒砂20wt％、0.45～0.71毫米石英砂15wt％。或者3.35～4.75毫米石英砂22wt％、1.7～3.35毫米陶粒砂28wt％、0.71～1.7毫米石英砂30wt％、0.45～0.71毫米陶粒砂20wt％。

在本发明一种混合型暂堵剂的实施例中，其中，较佳的，可溶或可降解的纤维的重量份为0.8～7，其中，所述可溶或可降解的纤维包括聚乙烯醇纤维、改性聚酯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种。

较佳的，所述聚乙烯醇纤维、改性聚酯纤维和聚氨酯纤维按重量比为1.7:0.5:3.2添加。添加可溶或可降解的纤维一方面可以提高纤维支撑剂的暂堵性能从而极大的提高了暂堵层的强度，另一方面有利于预防砂子的回流返吐。

较佳的，所述可溶或可降解的纤维的长度为2～12毫米。

较佳的，长度为4±0.5毫米的纤维占比为55～75wt％。最佳的，长度为4±0.5毫米的纤维占比为55～75wt％，3.5毫米以下的占5～10wt％，9～11毫米的占10～15wt％。

其中，可溶或可降解的纤维有60℃以上开始溶解的，有90℃以上开始溶解的，其溶解率和地下温度和时间有关，完全溶解(溶解率大于80％)时间一般大于25分钟。

一种暂堵剂混合物，其包括上述任一种混合型暂堵剂以及携带液，所述携带液的重量份为10～100。

其中，携带液为粘度低于100毫帕秒的不交联压裂液。

较佳的，携带液为黄原胶压裂液和/或香豆胶压裂液。

较佳的，黄原胶和/或香豆胶在所述携带液中的质量浓度为0.1～0.7％。

进一步，上述携带液中含有吐温-20、异戊醇、羟乙基纤维素和硼氢化钠。优选地，所述吐温-20、异戊醇、羟乙基纤维素和硼氢化钠在所述携带液中的质量浓度分别为0.03～0.1％、0.002～0.006％、0.01～0.09％、0.001～0.005％。

本发明中研究发现，在携带液中添加有吐温-20、异戊醇、羟乙基纤维素、硼氢化钠后，能够大大提高了暂堵剂混合物的使用率和重复压裂成功率，起到有效封堵的作用。

进一步，上述携带液中含氯化钾、水杨酸钠，优选地，所述氯化钾和水杨酸钠在所述携带液中的质量浓度为0.01～0.1％、0.005～0.01％。

加入氯化钾和水杨酸盐使携带液更加稳定，用于配置暂堵剂进一步提高封堵强度。

一种暂堵方法，其包括如下步骤：

S1、准备预定量的上述任一种暂堵剂混合物；

S2、将步骤S1中准备的暂堵剂混合物混合后加入井筒；

S3、继续注入顶替液将所述暂堵剂混合物顶替到井下储层裂缝的缝口或缝内的预定位置；

S4、根据井筒液量，通过调节泵注速度或排量，控制暂堵剂混合物在缝内预定位置凝结所需要的时间，使得暂堵剂混合物在预定位置凝结；

S5、所述暂堵剂混合物在预定位置凝结后，暂堵完成；

S6、暂堵完成后，半小时之内就可开始提排量压裂开新缝。

本发明的暂堵剂混合物在配成后即处于粘度逐渐增加的过程，随着泵注速度放慢暂停，使得暂堵剂混合物可以在预定时机、位置进一步凝结，形成最终的高强度凝胶混合体，因此，不存在暂堵剂混合物的流失浪费问题，使得其暂堵时间、位置和厚度可控，有利于简化施工、保证封堵强度，同时，在施工开始之前，即可预判所需的暂堵剂混合物用量，还消除了暂堵剂混合物剩余的问题。

步骤S1中，暂堵剂混合物的预定量为计算得到的。

较佳的，根据需要封堵位置的缝高、缝宽和需要封堵的厚度计算得到暂堵剂混合物的预定量；

步骤S3中，预定位置是指地下储层裂缝的缝口或缝内，可通过调整顶替液用量控制暂堵位置。在具体实施中，步骤S1中的暂堵剂混合物是将上述任一种混合型暂堵剂按比例加入到携带液中混合而成的。

较佳的，水溶性高分子聚合物、砂子和纤维按比例混合后加入到携带液中。

其中，当预定位置为地下储层裂缝的缝口时，顶替液用量等于井筒液量；当预定位置为地下储层裂缝的缝内，顶替液用量大于井筒液量，并根据缝内位置选择顶替液用量。

上述任一种混合型暂堵剂、暂堵剂混合物、暂堵方法在直井分层压裂、水平井分段压裂或老井重复压裂中的应用。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的混合型暂堵剂可以制成干固状(上述组分可以混装或分装)携带、运输方便，使用时，可以将各组分的混合物加入到携带液中，形成凝胶状暂堵剂混合物。由于凝胶状暂堵剂混合物的初始粘度较低，随着配成时间的增加，其粘度逐渐增大，因此，其不仅暂堵的时机和位置可以控制，而且，其没有暂堵剂的流失浪费和剩余，厚度和强度也可以保证。另外，其中的砂子和纤维又可以增加凝胶体的粘结力和摩擦阻力，有助于增加凝胶体的强度和移动难度，最终形成具有很强封堵能力的凝胶混合体，同时，暂堵溶解之后，其中的砂子又可以保留下来支撑裂缝用。

具体实施方式

本发明的混合型暂堵剂和携带液可分开包装，携带、运输方便，使用便捷，只要将混合型暂堵剂加入携带液即可配置成暂堵剂混合物，其初始粘度较低，随着混合时间的增加，其粘度逐渐增大，因此，可有效控制暂堵的时机和暂堵位置，而且，使用过程中没有暂堵剂的流失浪费和剩余，厚度和强度也可以有效保证，利于简化施工，节约成本。

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施例，对本发明作详细描述。

实施例1～5(以井下裂缝是井筒两边对称的两条缝，井下要堵的裂缝高度是50米，裂缝宽度是10毫米，预定封堵厚度2米为例)。

实施例1

准备100Kg的PAM(聚丙烯酰胺，PAM，分子量为1600万)、200Kg的砂子和30Kg的聚乙烯醇纤维，在混砂车上将这两种材料混合后同时均匀倒入2吨不交联的0.5％黄原胶压裂液中，形成初始粘度90毫帕秒的凝胶混合体1，然后将其顶替进入到裂缝口，凝胶混合体在缝口形成2米厚的暂堵墙。

其中，砂子为粒径1～5毫米的石英砂。

其中，聚乙烯醇纤维长度为2～12毫米，其中，4±0.5毫米的占55wt％，3.5以下的占10wt％，9～11毫米的占15wt％，余下为4.5～9毫米和11～12毫米。

不交联的0.5％黄原胶压裂液为质量百分比为0.5％的黄原胶水溶液。检测上述暂堵剂混合物的粘度变化如下表1。

表1

检测结果显示，本发明的暂堵剂混合物随着时间的延长粘度逐渐增大，直至封堵(在较高温度下粘度增加速度加快)，由于其是依据配成时间成堵，因此，可通过控制时间和注入速度来控制其封堵位置，既避免了现有暂堵技术下依靠积累或富集成堵的不可控缺陷，又可以适量预制暂堵剂混合物，避免出现流失或剩余导致的浪费，通过填砂炮眼模型测得封堵后的耐压强度为45MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝，也就是说，本发明可以100％成堵，而无需依靠地面施工压力检测来确定是否成堵，施工方便快捷；而随着时间的进一步延长，其粘度逐渐降低，直至解堵(在破胶剂的作用下粘度下降速度加快)，因此，其解堵时间亦是可预估的，其既可以自然、彻底解堵，不伤害地层，也可以配合使用破胶剂控制解堵时间；另外砂子还可以支撑裂缝用，一举多得。

实施例2

准备20Kg的AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、60Kg的砂子和328Kg的改性聚酯纤维，在混砂车上将这三种材料混合后同时均匀倒入2吨不交联的0.5％香豆胶压裂液中，形成初始粘度90毫帕秒的凝胶混合体2，然后将其顶替进入到裂缝内50米，凝胶混合体暂停在缝内50米形成2米厚的暂堵墙。

其中，砂子为粒径0.25～8毫米的石英砂+陶粒砂，其中，6.7～8毫米石英砂20wt％、4.75～6.7毫米陶粒砂15wt％、3.35～4.75毫米陶粒砂12wt％、1.7～3.35毫米石英砂18wt％、0.71～1.7毫米陶粒砂20wt％、0.25～0.71毫米石英砂15wt％。

其中，改性聚酯纤维长度为2～12毫米，其中，4±0.5毫米的占60wt％，3.5毫米以下的占6.2wt％，9～11毫米的占10wt％，余下为4.5～9毫米和11～12毫米。

其中，不交联的0.5％香豆胶压裂液为质量浓度为0.5％香豆胶水溶液。检测上述暂堵剂混合物的粘度变化如下表2。

表2

检测结果显示暂堵剂混合物的粘度变化趋势相同，暂堵剂的耐压强度40MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝。

实施例3

准备180Kg的PAM+AMPS、340Kg的砂子和230Kg的聚氨酯纤维，在混砂车上将这三种材料混合后同时均匀倒入2吨不交联的0.45％黄原胶压裂液中，形成初始粘度85毫帕秒的凝胶混合体3，然后将其顶替进入到裂缝内30米，凝胶混合体在缝口形成超过2米厚的暂堵墙。

其中，PAM与AMPS的重量比为2.5:1.3，PAM的分子量1700万。

其中，砂子为粒径0.45～4.75毫米的石英砂+陶粒砂，其中，3.35～4.75毫米石英砂22wt％、1.7～3.35毫米陶粒砂28wt％、0.71～1.7毫米石英砂30wt％、0.45～0.71毫米陶粒砂20wt％。

其中，聚氨酯纤维长度为2～12毫米，其中，4±0.5毫米的占65wt％，3.5毫米以下的占8.6wt％，9～11毫米的占11.3wt％。

不交联的0.45％黄原胶压裂液可采用质量百分比为0.45％的黄原胶水溶液。

检测上述暂堵剂混合物的粘度变化如下表3。

表3

检测结果显示暂堵剂混合物的粘度变化趋势相同，暂堵剂的耐压强度为48MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝。

实施例4

准备60Kg的PAM(分子量为2500万)、460Kg的砂子和380Kg的聚乙烯醇和改性聚酯纤维，在混砂车上将这三种材料混合后同时均匀倒入2吨不交联的压裂液中，形成初始粘度95毫帕秒的凝胶混合体4，然后将其顶替进入到裂缝口，凝胶混合体暂停在缝口形成超过2米厚的暂堵墙。

其中，砂子为粒径1～6.5毫米的石英砂。

不交联的压裂液可采用含有质量百分比为0.25％的香豆胶、体积比为0.03％的吐温-20、0.005％的异戊醇、0.05％的羟乙基纤维素0.003％硼氢化钠的水溶液。其中，吐温-20、异戊醇、羟乙基纤维素、硼氢化钠的加入大大提高了暂堵剂混合物的使用率和重复压裂成功率，起到有效封堵的作用。

其中，聚乙烯醇和改性聚酯纤维重量比为2.8:1.5，长度为2～12毫米，其中，4±0.5毫米的占70wt％，以下的占7.5wt％，9～11毫米的占12wt％。

检测上述暂堵剂混合物的粘度变化如下表4。

表4

检测结果显示暂堵剂混合物的粘度变化趋势相同，暂堵剂的耐压强度为49MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝。

实施例5

准备140Kg的AMPS、580Kg的砂子和110Kg的聚乙烯醇纤维、改性聚酯纤维和聚氨酯纤维，在混砂车上将这几种材料混合后同时均匀倒入2吨不交联的0.45％黄原胶混合0.3％香豆胶压裂液中，形成初始粘度95毫帕秒的凝胶混合体5，然后将其顶替进入到裂缝，凝胶混合体在缝口形成超过2米厚的暂堵墙。

其中，砂子为粒径0.5～5毫米的陶粒砂和石英砂各占一半。

其中，聚乙烯醇纤维、改性聚酯纤维和聚氨酯纤维重量比为1.7:0.5:3.2，长度为2～12毫米，其中，4±0.5毫米的占75wt％，3.5以下的占5wt％，9～11毫米的占13.4wt％。

不交联的0.45％黄原胶混合0.3％香豆胶压裂液可采用质量百分比为0.45％黄原胶混合0.3％香豆胶的水溶液。

检测上述暂堵剂混合物的粘度变化如下表5。

表5

检测结果显示暂堵剂混合物的粘度变化趋势相同，暂堵剂的耐压强度为43MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝。

实施例6

本实施例是在实施例4的基础上，携带液的组分做了进一步的改进，增加有和水杨酸盐在所述携带液中的质量浓度为0.05％的氯化钾、0.005％水杨酸盐获得凝胶混合体6。加入氯化钾和水杨酸盐使携带液更加稳定，用于配置暂堵剂进一步提高封堵强度。检测上述凝胶混合体6的粘度变化如下表6。

表6

检测结果显示暂堵剂混合物的粘度变化趋势相同，暂堵剂的耐压强度为50MPa/m，足够用于后续的压裂施工开新缝。

由于本发明的暂堵剂混合物在注入的过程中粘度逐渐增大，通常控制其在粘度达到300毫帕秒之前到达预定封堵位置，既可以避免粘度过大难以注入，又可以避免粘度过小时在预定封堵位置流失。

综上所述，本发明的混合型暂堵剂由水溶性高分子聚合物(聚丙烯酰胺类)和不同大小石英砂(或陶粒砂)和可溶或可降解的纤维(聚乙烯醇等)组成，在井口混砂车上混合后，由不交联的压裂液(如黄原胶压裂液)携带进入井下地层裂缝缝口或缝内，然后形成封堵能力很强(耐压强度40MPa/m以上)的凝胶混合体，封堵成功率100％，封堵强度足够后续压裂施工开新缝。也就是说，本发明利用水溶性聚合物形成凝胶，凝胶的粘度一开始比较低(通常低于100毫帕秒)，10分钟左右能达到300毫帕秒左右，凝胶里不同颗粒大小的砂子和纤维可以有效增加凝胶体的强度和移动难度(粘结力和摩擦阻力)，最终可以在预定时间得到强度足够的暂堵墙。

因为本发明的暂堵剂混合物从一开始注入到进入裂缝就是粘度逐步增加的凝胶混合体，所以，与现有的暂堵技术相比，就没有暂堵剂的流失浪费和剩余问题，也就能保证暂堵剂停留在缝内或缝口等预定位置的厚度，达到足够的厚度时，其强度也可以达到封堵要求。

本发明创造性地在凝胶里加砂子和纤维，取得了预料不到的技术效果，其封堵性能显著提高，尤其是，与现有技术靠摩擦积累富集形成桥堵的原理不同，本发明是将暂堵剂和压裂液混合后形成凝胶混合体进入到裂缝某一部位，不会流失和剩余，克服了现有技术有流失和剩余浪费，保证不了厚度的缺陷，而且，通过调节泵注速度(排量)，可以控制暂堵剂混合物在缝内预定位置凝结所需要的时间，可以让暂堵剂混合体的粘度进一步增大，进一步粘结，最终得到的混合体强度增大，增加封堵能力，而且，由于本发明中暂堵剂的加量是根据要堵的裂缝高度来定的，不需要观察井口压力，施工前就可以定量，克服了现有技术中需要根据井口压力来判断是否起堵(即排量不变的情况下，如果井口压力上升了，就判断暂堵剂在缝内或缝口积累起堵了，就停止加暂堵剂)，不得不多准备暂堵剂而导致浪费的缺陷，同时，本发明形成暂堵墙的凝胶混合体，其中的凝胶和纤维在地层温度作用下，随时间会逐步溶解直至完全溶解，而其中的砂子就留下来作为支撑剂支撑裂缝。