一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法
【專利摘要】本發明屬于石油壓裂技術領域，具體涉及一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，針對二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂井筒摩阻高、液態CO2粘度低，使用增稠劑提粘困難，導致懸砂能力差，濾失量大，不利于壓裂造縫等問題，通過纖維性質和使用量、加入時機、加入方式等的控制，分別用于降阻、攜砂、暫堵等，形成纖維輔助二氧化碳干法壓裂工藝或超臨界二氧化碳壓裂工藝，彌補單相技術不足，提高儲層改造效果。
【專利說明】
一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法
技術領域
[0001]本發明屬于石油壓裂技術領域，具體涉及一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法。 【背景技術】
[0002]中國的低滲、超低滲等非常規油氣資源十分豐富。然而，由于非常規儲集層物性普遍較差，因而需要采用儲集層改造技術改善滲流條件，以達到有效開采的目的。國內外最常用的儲集層改造技術是水力壓裂技術，即采用水基壓裂液對儲集層進行改造。但水基壓裂液體系存在水資源大量浪費、黏土膨脹和壓裂液殘渣傷害儲集層、返排不完全造成地下水污染以及污水處理費用高昂等缺點。C02干法壓裂技術是一種正在不斷完善的無水壓裂技術，它是使用100%液態co2作為壓裂介質，首先將支撐劑加壓降溫到液態co2的儲罐壓力和溫度，在專用混砂機內與液態co2混合，然后用高壓壓裂栗栗入井筒進行壓裂。與常規水基壓裂也相比，C02干法壓裂技術具有明顯優勢，不再贅述。該技術自20世紀80年代在北美首次應用以來，目前已在國外已廣泛應用于各種地層中。[〇〇〇3]我國二氧化碳干法壓裂技術起步較晚，目前川慶鉆探和吉林油田分別聯合國內相關科研院所開展了大量C02干法壓裂技術研究，并進行了多口井先導試驗，相關技術走在國內前列。但也發現C02干法壓裂技術存在若干不足，需要攻關改進，比如:C02壓裂液井筒摩阻高;液態C02粘度低，使用增稠劑提粘困難，導致懸砂能力差，濾失量大，不利于壓裂造縫，這是導致施工失敗的主因。針對這兩點國內外正在開展攻關研究，以求突破。
[0004]纖維壓裂技術在國內外已大量應用，廣泛用于防支撐劑回流、提高壓裂液攜砂能力、暫堵壓裂等，效果顯著。將纖維壓裂與二氧化碳干法壓裂相結合，有望利用表面改性纖維降阻、攜砂、防支撐劑回流、暫堵等優勢，彌補單純二氧化碳干法壓裂摩阻高、攜砂困難等不足。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有的C02干法壓裂工藝存在C02壓裂液井筒摩阻高;液態C02 粘度低，使用增稠劑提粘困難，導致懸砂能力差，濾失量大，不利于壓裂造縫的問題。
[0006]為此，本發明提供了一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，包括如下步驟:1)對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，得到改性后的聚乙烯醇纖維；2)壓裂工作液的準備:以支撐劑、改性后的聚乙烯醇纖維和100%液態C02配制前置液， 配置成的前置液中改性后的聚乙稀醇纖維質量分數為〇.5%?1 %，支撐劑質量分數為15%? 30%，剩余為液態C〇2;3 )使用活性水以0.4?0.5m3/min的施工排量替擠出井筒內的液體；4)待井筒內的液體排盡后，以0.6?2.0m3/min的施工排量坐封壓裂封隔器；5)待壓裂封隔器坐封后，以2.4?3.0m3/min的施工排量注入步驟2)中的前置液45m3， 進行預沖洗，并形成主裂縫；6 )對形成的主裂縫階梯式注入100%液態C〇2和支撐劑組成的攜砂液，階梯式加砂比濃度依次為1〇%-15%-20%-28%-30%，在加砂比濃度為10%-15%-20%-28%階段加入不加改性后的聚乙烯醇纖維的攜砂液，在加砂比濃度為30%階段的攜砂液中開始混入步驟2)中準備的占攜砂液的質量分數為1%?2%的改性后的聚乙烯醇纖維，注入地層形成新分支縫；7)以2.4?3.0m3/min的施工排量用活性水替擠出井筒內的攜砂液，完成壓裂。
[0007]所述的步驟2)前置液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內管路摩阻試驗確定。
[0008]所述的步驟6 )攜砂液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂液密閉攜砂實驗確定。
[0009]所述的步驟6)中改性后的聚乙烯醇纖維通過全自動纖維分散、計量及加入裝置加入，實現纖維加入與儀表車、混砂車高效銜接、量化控制。
[0010]所述的步驟1)中采用鉻酸溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，所述的鉻酸溶液的配方為1(2(>2〇7、1120和濃1123〇4物質量比為5:8:100，將水溶性聚乙烯醇纖維在該鉻酸溶液鉻酸溶液室溫條件下浸泡2.5h進行改性。
[0011]所述的步驟1)中采用KMn〇4或硫酸作為引發劑，對水溶性聚乙烯醇纖維進行接枝丙烯酸改性，所述的KMn〇4濃度為5Xl(T3m〇l/L、硫酸濃度為0.2mol/L、丙烯酸濃度為 0.8mol/L、反應時間為3.0h。[〇〇12]所述的步驟1)中采用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，濃度為25Xl(T3m〇l/L的過氧化二異丙苯作引發劑， 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷單體濃度為0.lmol/L，將水溶性聚乙烯醇纖維在該甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液中浸漬時間24小時，乙醇濃度10%。 [〇〇13]所述的步驟2)和步驟6)中選用的改性后的聚乙烯醇纖維的長度為6?8mm，直徑為 lOun1
[0014]本發明提供的這種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法具有以下有益效果:(1)根據液態二氧化碳或超臨界二氧化碳性質，進行壓裂纖維表面改性，使其能與二氧化碳壓裂液較好配伍，同時具備表面改性降低摩阻功能；(2)前置液階段纖維降阻、攜砂液階段纖維攜砂、暫堵等工藝參數的室內優化，主要技術要點包括改性纖維加入方式、注入量、加入比例、加入時機等工藝參數優化設計；(3)在室內研究基礎上，利用現場纖維分散、計量設備將纖維分散、計量，設計現場纖維輔助二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂纖維加入工藝，實現纖維順利入井，通過纖維性質和使用量的控制，分別用于降阻、攜砂、暫堵等，主要技術要點是改性纖維加入方式、注入量、加入比例、加入時機等工藝參數優化設計。
[0015](4)多項壓裂技術的集成創新，彌補單相技術不足，技術先進性及優勢明顯，技術使用效果顯著，成功率高。【具體實施方式】
[0016]下面是通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以下實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。 [〇〇17] 實施例1:本實施例提供一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，包括如下步驟:1)對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，得到改性后的聚乙烯醇纖維；2)壓裂工作液的準備:以支撐劑、改性后的聚乙烯醇纖維和100%液態C02配制前置液， 配置成的前置液中改性后的聚乙稀醇纖維質量分數為〇.5%?1 %，支撐劑質量分數為15%? 30%，剩余為液態C02;3 )使用活性水以0.4?0.5m3/min的施工排量替擠出井筒內的液體；4)待井筒內的液體排盡后，以0.6?2.0m3/min的施工排量坐封壓裂封隔器；5)待壓裂封隔器坐封后，以2.4?3.0m3/min的施工排量注入步驟2)中的前置液45m3， 進行預沖洗，并形成主裂縫；6 )對形成的主裂縫階梯式注入100%液態C02和支撐劑組成的攜砂液，階梯式加砂比濃度依次為1〇%-15%_20%-28%-30%，在加砂比濃度為10%-15%-20%-28%階段加入不加改性后的聚乙烯醇纖維的攜砂液，在加砂比濃度為30%階段的攜砂液中開始混入步驟2)中準備的占攜砂液的質量分數為1%?2%的改性后的聚乙烯醇纖維，注入地層形成新分支縫；7)以2.4?3.0m3/min的施工排量用活性水替擠出井筒內的攜砂液，完成壓裂。
[0018]本實施例的這種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，針對二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂井筒摩阻高、液態C02粘度低，使用增稠劑提粘困難，導致懸砂能力差，濾失量大，不利于壓裂造縫等問題，通過纖維性質和使用量、加入時機、加入方式等的控制，分別用于降阻、攜砂、暫堵等，形成纖維輔助二氧化碳干法壓裂工藝或超臨界二氧化碳壓裂工藝， 彌補單相技術不足，提高儲層改造效果。
[0019]實施例2:步驟2)前置液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內管路摩阻試驗確定，用以降低摩阻。
[0020]室內管路摩阻試驗:在實驗室，首先測定清水在三個管路(3/4\1/2\1〇不同流量下的摩阻，驗證設備數據的準確性。然后配置30L本方法中所要測定的前置液，讓其分別在不同改性后的聚乙烯醇纖維的加量(前置液中纖維質量分數)、加入時機(前置液中什么時候加入纖維)、加入方式(纖維加入速率)的情況下分別流過三個管路，測得其流過三個管路時的壓降，得到不同情況下與摩阻的關系曲線，求出其最佳值，該值以具體的實施情況為準。
[0021]步驟6)攜砂液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂液密閉攜砂實驗確定，使纖維起到攜砂、防支撐劑回流目的。
[0022]室內二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂液密閉攜砂實驗:在室內模擬二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂液攜砂實驗，分別以不同狀況下的攜砂液進行試驗，包括不同的改性后的聚乙烯醇纖維的加量(前置液中纖維質量分數)、加入時機(全程伴注、還是高砂比加入)、加入方式(先和液態二氧化碳混合還是先和砂子混合)等等，求得各種情況下的參數，繪制圖表，選擇最佳情況下進行實際施工，使纖維起到攜砂、防支撐劑回流目的。[〇〇23] 實施例3:步驟6)中改性后的聚乙烯醇纖維通過全自動纖維分散、計量及加入裝置加入，實現纖維加入與儀表車、混砂車高效銜接、量化控制。
[0024]此處具體的纖維加入以及與儀表車、混砂車高效銜接、量化控制的過程，參照已申請的專利“一種精確輸送纖維的裝置及其輸送方法”，申請號為:201510653986.7，此為已有技術，在此不作特別說明。[〇〇25] 實施例4:步驟1)中可以采用鉻酸溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，鉻酸溶液的配方為1(2〇2〇7、1120和濃1123〇4物質量比為5:8:100，將水溶性聚乙烯醇纖維在該鉻酸溶液鉻酸溶液室溫條件下浸泡2.5h。[〇〇26]步驟1)中還可以采用KMn〇4或硫酸作為引發劑，對水溶性聚乙烯醇纖維進行接枝丙烯酸改性，KMn〇4濃度為5 X l(T3m〇l/L、硫酸濃度為0.2mol/L、丙烯酸濃度為0.8mol/L、 反應時間為3.0h。[〇〇27] 步驟1)中還可以采用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，濃度為25Xl(T3m〇l/L的過氧化二異丙苯作引發劑，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷單體濃度為0.lmol/L，將水溶性聚乙烯醇纖維在該甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液中浸漬時間24小時，乙醇濃度10%。 [〇〇28]上述三種對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性的方法中，水溶性聚乙烯醇纖維表面吸附了甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷分子，吸濕率最高，達到〇.41%。[〇〇29]優選水溶性聚乙烯醇纖維，選用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，得到改性后的聚乙烯醇纖維，這種表面改性技術提高了水溶性聚乙烯醇纖維與壓裂液均勻混合速度30%以上，分散程度良好，無明顯抱團現象，在90°C以內10d可降解85%以上，有效降低支撐劑沉降速率50%以上，改性后的水溶性聚乙烯醇纖維纖維網絡與支撐劑形成復合體，其穩定時間提高了 1?2倍，支撐劑回流量降低80%以上。
[0030] 上述選擇基礎上，設計纖維暫堵驅替實驗，優選出所述步驟2)和步驟6)中改性后的聚乙稀醇纖維的長度為6?8mm。[〇〇31]纖維暫堵驅替實驗的過程如下:①將巖心從中間由軸向切成剖面為矩形的均勻兩半;②在兩半合成的縫隙中均勻鋪上混有不同長度改性后的聚乙烯醇纖維的支撐劑，將其固定;③在加上圍壓的條件下，以lml/min的流量注入胍爾膠水溶液，直至巖心夾持器出口端流下第一滴液體且以后不斷有液體流出，此時進口端壓力表的讀數為暫堵劑的突破壓力。結果顯示2mm改性后的聚乙烯醇纖維無法形成暫堵，4mm改性后的聚乙烯醇纖維在混砂濃度為l〇kg/m3下突破壓力達到0.2MPa，6?8mm改性后的聚乙烯醇纖維在混砂濃度為 10kg/m3下突破壓力達到0.25?0.3MPa，綜合考慮，選取6?8mm改性后的聚乙烯醇纖維。 [〇〇32]設計纖維支撐砂體坍塌實驗，優選出所述步驟2)和步驟6)中選用的改性后的聚乙烯醇纖維的直徑為1 〇Mi。[〇〇33] 纖維支撐砂體坍塌實驗過程如下:選取4根長度為12.7cm、內徑為22mm的管柱，分別連接管子，在出口配有篩網，用質量分數為0.5%的胍爾膠水溶液(S卩100g水里加入 0.5g胍爾膠)攜帶支撐劑和直徑分別為5wi1、lOwn、15mi和20wii的改性后的聚乙烯醇纖維流過篩網，留下20/40目的支撐劑和改性后的聚乙烯醇纖維，再用自來水沖洗30分鐘；四根管子是獨立的，沖洗孔是直徑為1.27cm固定在每個管子出口的法蘭；自來水通過每個管柱，流體的流量逐漸增大，直到砂/纖維砂體破壞，記錄通過管柱的流量和壓降(結果取四個管柱的平均值)。結果顯示，使用直徑為lorn的改性后的聚乙烯醇纖維測得通過管柱的流量和壓降最大，因此，優選改性后的聚乙烯醇纖維直徑為10WI1。
[0034]綜上所述，本發明的這種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，主要是通過以下關鍵得以實現:(1)根據液態二氧化碳或超臨界二氧化碳性質，進行壓裂纖維表面改性，使其能與二氧化碳壓裂液較好配伍，同時具備表面改性降低摩阻功能；(2)根據室內管路摩阻試驗，確定二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂前置液階段改性纖維加量、加入時機、加入方式等參數，以降低摩阻；(3)根據室內二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂液密閉攜砂實驗，確定不同砂濃度時最佳纖維加入量、加入時機、加入方式等參數，使纖維起到攜砂、防支撐劑回流目的；(4)根據地層性質、壓裂規模和壓裂設計思路，可提高攜砂階段改性纖維伴注量實現封端暫堵，增加裂縫凈壓力，啟動天然裂縫，增加儲層改造體積；(5)利用纖維分散、計量設備將纖維分散、計量，設計現場纖維輔助二氧化碳干法或超臨界二氧化碳壓裂纖維加入工藝，實現纖維順利入井。
[0035]通過以上手段的有機配合，形成纖維輔助二氧化碳干法壓裂工藝或超臨界二氧化碳壓裂工藝，彌補單相技術不足，提高儲層改造效果。
[0036]以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于，包括如下步驟:1)對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，得到改性后的聚乙烯醇纖維；2)壓裂工作液的準備:以支撐劑、改性后的聚乙烯醇纖維和100%液態C02配制前置液，配 置成的前置液中改性后的聚乙稀醇纖維質量分數為〇.5%?1%，支撐劑質量分數為15%? 30%，剩余為液態C02;3)使用活性水以0.4?0.5m3/min的施工排量替擠出井筒內的液體；4)待井筒內的液體排盡后，以0.6?2.0m3/min的施工排量坐封壓裂封隔器；5)待壓裂封隔器坐封后，以2.4?3.0m3/min的施工排量注入步驟2)中的前置液45m3，進 行預沖洗，并形成主裂縫；6)對形成的主裂縫階梯式注入100%液態C02和支撐劑組成的攜砂液，階梯式加砂比濃度 依次為10%-15%-20%-28%-30%，在加砂比濃度為10%-15%-20%-28%階段加入不加改性后的 聚乙烯醇纖維的攜砂液，在加砂比濃度為30%階段的攜砂液中開始混入步驟2)中準備的占 攜砂液的質量分數為1%?2%的改性后的聚乙烯醇纖維，注入地層形成新分支縫；7)以2.4?3.0m3/min的施工排量用活性水替擠出井筒內的攜砂液，完成壓裂。2.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟2)前 置液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內管路摩阻試驗確定。3.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟6)攜 砂液中改性后的聚乙烯醇纖維的加量、加入時機、加入方式通過室內二氧化碳干法或超臨 界二氧化碳壓裂液密閉攜砂實驗確定。4.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟6)中 改性后的聚乙烯醇纖維通過全自動纖維分散、計量及加入裝置加入。5.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟1)中 采用鉻酸溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行表面改性，所述的鉻酸溶液的配方為K2Cr2〇7、 H20和濃H2S〇4物質量比為5:8:100,將水溶性聚乙烯醇纖維在該鉻酸溶液鉻酸溶液室溫條 件下浸泡2.5h進行改性。6.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟1)中 采用KMn04或硫酸作為引發劑，對水溶性聚乙烯醇纖維進行接枝丙烯酸改性，所述的KMn04濃 度為5X 10—3m〇l/L、硫酸濃度為0? 2mol/L、丙烯酸濃度為0? 8mol/L、反應時間為3? 0h〇7.如權利要求1所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步驟1)中 采用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水溶液或乙醇溶液對水溶性聚乙烯醇纖維進行 表面改性，濃度為25Xl(T3m〇l/L的過氧化二異丙苯作引發劑，甲基丙烯酰氧基丙基三甲 氧基硅烷單體濃度為0.lmol/L，將水溶性聚乙烯醇纖維在該甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷的水溶液或乙醇溶液中浸漬時間24小時，乙醇濃度10%。8.如權利要求5或6或7所述的纖維輔助二氧化碳干法壓裂方法，其特征在于:所述的步 驟2)和步驟6)中選用的改性后的聚乙烯醇纖維的長度為6?8mm，直徑為lOwii。
【文檔編號】E21B43/26GK105952428SQ201610294563
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】許洪星, 孫虎, 王祖文, 張冕, 池曉明, 廖樂軍, 高紅平, 李燕紅, 陶長州, 劉歡, 楊燕, 郭艷萍, 紀冬冬
【申請人】中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司