CN104948159A - 一种天然水压裂施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于石油、天然气、页岩气及水等流体矿产的天然水压裂施工方法，是向体积份100份天然水中添加5-60份自悬浮压裂支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中。本发明提出的压裂施工方法，无需使用添加了有机高分子且成本昂贵的压裂液进行压裂，而直接使用随处可得的天然水进行压裂即可，因此，减小了污染，降低了成本。本发明方法使用的自悬浮压裂支撑剂在清水中悬浮时间长，能够更好的满足采油或采气的需要。本发明提出的自悬浮压裂支撑剂能降低压裂液的摩阻，使得应用本发明的压裂支撑体系与现有的压裂液具有基本相同的性能，易输送，易返排。

Description

一种天然水压裂施工方法

技术领域

本发明属于石油、天然气、页岩气及水等流体矿产开采领域，

具体涉及一种通过支撑加强裂缝的采矿方法。

背景技术

在开采形成在地下岩层中的矿产时，要将不同类型流体引入井眼或井眼周围的地层中。油田原油粘度大、油藏的裂缝狭小，为了提高采油量、降低成本，通常采用压裂支撑剂压裂和支撑压裂，以改善裂缝导流能力。用于压裂作业的增产措施有多种，包括氮气泡沫压裂、凝胶压裂、多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂等。

清水压裂(Water Fracturing)是在清水中加入少量的减阻剂、稳定剂、表面活性剂等添加剂作为压裂液进行的压裂作业，又叫做减阻水压裂。实验表明，添加了支撑剂的清水压裂效果明显好于不加支撑剂时的效果，支撑剂能够让裂缝在压裂液返回后仍保持开启状态。所述加有减阻剂、稳定剂、表面活性剂的水又称活性水、滑溜水。

但是，现有清水压裂技术中的压裂液中含有的减阻剂、稳定剂、表面活性剂，主要是高分子化合物，随同清水进入地层，开采时、开采之后通过地层缝隙进入地下水，造成环境污染，已引起多方关注（《国外油田工程》2010年09期）。另一方面，该压裂液粘度大于没有添加剂的水，返排的时候，消耗很大的泵功率，导致成本，不利于全部返排。

因此，本领域使用的现有压裂支撑技术亟需改进，以提高生产效率、减少对环境的危害。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种本发明的目的是提供一种天然水压裂施工方法。

为实现上述目的，具体技术方案为：

一种天然水压裂施工方法，其是向体积份100份天然水中添加5-60体积份自悬浮压裂支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中。所述天然水指自来水或地表水、地下水。没有添加化学品。

具体地，所述的压裂施工方法包括步骤：

1）以冻胶、线性胶、滑溜水或者天然水中的一种作为前置液，利用高压泵车泵入前置液并压裂目标储层，形成初期的地质裂缝；

2）在混砂罐车中持续加入天然水作为携砂液，按10-60%砂比边加入自悬浮支撑剂边搅拌，形成天然水和支撑剂的悬浮液；

3)利用高压泵车把步骤2）所得悬浮液泵入初期形成的地质裂缝中，从而使所述初期地质裂缝不断延伸，形成被支撑剂支撑的地质裂缝，实现增产目的。

其中，所述自悬浮支撑剂是在骨料上粘附有水溶性高分子材料的颗粒；

所述骨料为石英砂、陶粒、金属颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、覆膜砂、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种。

优选地，所述自悬浮支撑剂的尺寸为6-200目，形状为球形或近似球形。

其中，所述的水溶性高分子材料选自天然高分子、人工合成高分子材料或半天然半人工合成的高分子材料，所述水溶性高分子材料的用量为骨料用量的0.1～5wt%。

进一步优选地，所述的天然高分子材料选自淀粉、植物胶、动物胶或海藻胶；所述植物胶为阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶中的一种或多种；所述的动物胶为骨胶、明胶、干酪素、壳聚糖中的一种或多种；所述的海藻胶为藻蛋白酸钠、海藻酸钠、琼胶中的一种或多种；

所述人工合成的高分子材料包括缩合类和聚合类高分子材料；其中，缩合类高分子材料选自聚胺树脂、氨基树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种；聚合类高分子材料选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚季铵盐中的一种或多种；

所述的半天然半人工合成的高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物胶，具体选自淀粉衍生物、羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶中的一种或多种。

进一步地，所述自悬浮支撑剂还包括有粘结剂，按重量百分比计，粘结剂的用量为骨料用量0.5～15wt%，所述粘结剂包括天然粘结剂和合成粘结剂，所述天然粘结剂优选但不限于骨胶、松脂、桐油中的一种或多种；所述合成粘结剂优选但不限于酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、杂环高分子粘结剂中的一种或多种。

其中，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂；所述的环氧树脂双酚A型环氧树脂，优选为环氧树脂E-42(634)、E-35(637)、E-20(601)、E-14、E-12(604)、E-06(607)、E-03(609)；所述的不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚酯树脂、二甲苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂中的一种或多种；优选型号为191或196的邻苯型不饱和聚酯树脂、型号为199的间苯型不饱和聚酯树脂、树脂型号为2608、902A3、Xm-1、Xm-2的二甲苯型不饱和聚酯树脂中的一种或多种；型号为197、3301、323的双酚A型不饱和聚酯树脂中的一种或多种。所述杂环高分子粘结剂选自聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚二苯醚中的一种或多种。

本发明所述的自悬浮支撑剂的制备方法可包括以下步骤：

1）以石英砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、覆膜砂、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为原料；

骨料加热至50-300℃，再降温至240℃以下，加入重量为骨料重量0.5～15wt%的粘结剂；

2）当步骤1）所得混合物温度降至150℃以下时，加入骨料重量的0.1～5wt%的水溶性高分子，搅拌均匀。

优选地，所述步骤2）之后还包括冷却、筛分的步骤。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的压裂施工方法，无需使用添加了有机高分子且成本昂贵的压裂液进行压裂，而直接使用随处可得的天然水进行压裂即可，因此，减小了污染，降低了成本。

本发明方法使用的自悬浮压裂支撑剂在清水中悬浮时间长，能够更好的满足采油的需要。本发明提出的自悬浮压裂支撑剂能降低压裂液的摩阻，使得应用本发明的压裂支撑体系与现有的压裂液具有基本相同的性能，易输送，易返排。

发明提出的自悬浮压裂支撑剂可以在清水中实现压裂支撑，使返排支撑剂的能耗下降，没有高分子材料残留，有利于环境保护。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

1）以石英砂（河砂）为原料，经擦洗、120℃5h烘干后，砂中完全不含水，筛选20-40目的石英砂为骨料；

2）筛选的石英砂1000g，加热至200℃，加入环氧树脂E1410g，搅拌均匀；

3）步骤2）混合物的温度降至140℃，加入羧甲基纤维素8g。搅拌均匀。冷却后，筛分。

干燥后得到的支撑剂为粒径20-40目的颗粒（比骨料粒径稍大），骨料表面包覆、或部分包覆有羧甲基纤维素高分子材料。

实施例2

1）取40-70目1kg石英砂（河砂）作为骨料，备用；

2）加热至200℃，向骨料中加入环氧树脂E-0610g，当温度降至140℃以下时，加入聚已酸内酯10g，均匀混合。

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、筛分，即得。

实施例3

1）取30-50目1kg覆膜砂（按照专利CN1274626A实施例1的方法制造）作为骨料，备用；

2）先将覆膜砂加热至150℃，向骨料中加入邻苯型不饱和聚酯1911g，当温度降至130℃时，加入羧甲基羟丙基胍胶5g，均匀混合；

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、筛分，即得。

实施例4

1）取30-50目1kg陶粒（球形陶粒）作为骨料，备用；

2）加热至200℃，向骨料中加入邻苯型不饱和聚酯19110g，当温度降至140℃时，加入阴离子型聚丙烯酰胺5g，均匀混合；

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、筛分，即得。

实施例5

1）取40-70目1kg陶粒（球形陶粒）作为骨料，备用；

2）加热至190℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯树脂10g，当温度降至140℃时，加入聚乙酸乙烯醇10g，均匀混合；

3）将上述步骤（2）中的混合物冷却、筛分，即得。

实施例6

1）取30-50目1kg玻璃微球作为骨料，备用；

2）加热至210℃，向骨料中加入邻苯型不饱和聚酯1911g，当温度降至130℃时，加入田菁胶5g，均匀混合；

3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。

实施例7

1）取70-140目1kg不锈钢颗粒作为骨料，备用；

2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯树脂5g，当温度降至140℃时，加入聚乙酸乙烯醇10g，均匀混合；

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、破碎、筛分，即得。

实施例8

1）取40-70目1kg不锈钢颗粒和碳钢颗粒（质量比2:8）作为骨料，备用；

2）加热至200℃，向骨料中加入环氧树脂E0610g，当温度降至140℃时，加入两性聚丙烯酰胺10g，均匀混合；

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、筛分，即得。

实施例9

1）取40-70目1kg铝合金球形颗粒作为骨料，备用；

2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯树脂10g，当温度降至140℃时，加入两性聚丙烯酰胺10g，均匀混合；

3）将上述步骤2）得到的混合物冷却、筛分，即得。

实施例10

1）取40-70目1kg玻璃微球作为骨料，备用；

2）加热至220℃，向骨料中加入双酚A型不饱和聚酯树脂10g，当温度降至140℃时，加入羟丙基胍胶6g，均匀混合；

3）将上述步骤2）中的混合物冷却、筛分，即得。

对比例1

支撑剂：普通陶粒支撑剂（铝矾土陶粒）。，粒度20-40目。

对比例2

支撑剂：石英砂，粒度20-40目。

对比例3

支撑剂：专利CN1640981A，实施例2的方法制备的覆膜砂。

试验例1

活性水：0.25g的阴离子聚丙烯酰胺（300万）、1g的OP-10、10g的氯化钾、0.1g甲醛和488.65g的水。

活性水的制备过程为：将上述特定量的聚丙烯酰胺溶于488.65g的水中，混合均匀，得到稠化水；将上述特定量的OP-10溶于获得的稠化水中，混合均匀；再加入10g氯化钾，搅拌均匀；加入0.1g甲醛，搅拌均匀。

清水：自来水

试验方法：对实施例1-10、对比例1-3的支撑剂分别在活性水中进行了液体粘度、携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表1-表3：

表1加入支撑剂后活性水的粘度

表1中，支撑剂与活性水的质量比为30：100。序号1、2…表示实施例1、实施例2....,序号“对1”表示对比例1。

表2活性水中支撑剂的沉降速度

表3活性水中支撑剂的摩阻

测试结果显示，本发明提出的自悬浮支撑剂在活性水中具有优异的携砂能力和降摩阻能力。

试验方法：对实施例1-10、对比例1-3的支撑剂分别在清水中进行了液体粘度、携砂性能以及摩阻参数测试，粘度测试方法参见标准（SYT5107-2005）；沉降速度测定采用0.5m有机玻璃管，装入45cm高的活性水和砂比为30%的支撑剂，摇匀测试支撑剂的沉降速度；摩阻采用DV-III粘度计，配置30%砂比的压裂体系，固定转速和转子，测定它们的扭矩来表征。测试结果如下表4-表6：

表4加入支撑剂后清水的粘度

表5清水中支撑剂的沉降速度

本申请实施例1-10制备的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的重量份比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，均能悬浮二小时以上。

对比例的支撑剂，按照砂比（支撑剂与水的重量份比例）10：100、20：100、30：100加入到清水中，搅拌后，石英砂约10秒沉降0.5m，陶粒约15秒，覆膜砂约30秒。

表6清水中支撑剂的摩阻

测试结果显示，本发明所提出的支撑剂在天然水压裂体系中具有优异的携砂能力和降摩阻能力。

实验例2

参照中华人民共和国石油天然气行业标准，压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法，即APIRP61测试不同支撑剂填充层的渗透率、力学性能。结果见表7、表8。

表7各试验组渗透率结果（单位：μm².cm）

按照标准SY/T5108-2006进行机械性能检测，各实验组的组别命名同上，检测结果见表8：

表8机械强度测试

测试结果显示，本发明所提出的支撑剂在天然水压裂体系中具有优异的机械强度，不会在使用中破损。

实验例3：开采试验

长庆油田，某水平直井油井，井深2000米。

1）把天然水作为前置液，把天然水输入井下储层，进行压裂，形成地质裂缝；

2）在混砂罐车中持续加入天然水作为携砂液，按40%砂比边加入实施例3自悬浮支撑剂边搅拌，形成天然水和支撑剂的悬浮液；

与原活性水压裂体系（使用3.0×10⁶L减阻水和9.0×10⁵kg的陶粒支撑剂）比较，同样泵注排量，压裂曲线上油压降低10%。返排后检查，全部高分子材料均被返排。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种天然水压裂施工方法，其特征在于，是向体积份100份天然水中添加5-60份自悬浮支撑剂，形成支撑剂悬浮液，然后将所得支撑剂悬浮液输送到地下岩层中；所述天然水选自河水、养殖用水、湖水、海水及地下水中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的压裂施工方法，其特征在于，包括步骤：

1）以冻胶、线性胶、滑溜水或者天然水中的一种作为前置液，利用高压泵车泵入前置液并压裂目标储层，形成初期的地质裂缝；

2）在混砂罐车中持续加入天然水作为携砂液，按10-60%砂比边加入自悬浮支撑剂边搅拌，形成天然水和支撑剂的悬浮液；

3)利用高压泵车把步骤2）所得悬浮液泵入初期形成的地质裂缝中，从而使所述初期地质裂缝不断延伸，形成被支撑剂支撑的地质裂缝，实现增产目的。

3.根据权利要求1或2所述的压裂施工方法，其特征在于，所述自悬浮支撑剂是在骨料上粘附有水溶性高分子材料的颗粒；

所述骨料为石英砂、陶粒、金属颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、覆膜砂、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的压裂施工方法，其特征在于，所述自悬浮支撑剂的尺寸为6-200目，形状为球形或近似球形。

5.根据权利要求1所述的压裂施工方法，其特征在于，所述的水溶性高分子材料选自天然高分子材料、人工合成高分子材料或半天然半人工合成的高分子材料，所述水溶性高分子材料的用量为骨料用量的0.5～5wt%。

6.根据权利要求5所述的压裂施工方法，其特征在于，所述的天然高分子材料选自淀粉、植物胶、动物胶或海藻胶；所述植物胶为阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、胍胶、田菁胶、大豆胶中的一种或多种；所述的动物胶为骨胶、明胶、干酪素、壳聚糖中的一种或多种；所述的海藻胶为藻蛋白酸钠、海藻酸钠、琼胶中的一种或多种；

所述人工合成的高分子材料包括缩合类和聚合类高分子材料；其中，缩合类高分子材料选自聚胺树脂、氨基树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种；聚合类高分子材料选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚季铵盐中的一种或多种；

所述的半天然半人工合成的高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物胶，具体选自淀粉衍生物、羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的压裂施工方法，其特征在于，所述自悬浮支撑剂还包括有粘结剂，按重量百分比计，粘结剂的用量为骨料用量0.5～15wt%，所述粘结剂包括天然粘结剂和合成粘结剂，所述天然粘结剂优选但不限于骨胶、松脂、桐油中的一种或多种；所述合成粘结剂优选但不限于酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、杂环高分子粘结剂中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的压裂施工方法，其特征在于，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂；所述的环氧树脂使用环氧当量为0.09-0.14mol/100g的环氧树脂；优选为双酚A型环氧树脂，更优选环氧树脂E-42、E-35、E-20、E-14、E-12、E-06、E-03；所述的不饱和聚酯树脂选自邻苯型不饱和聚酯树脂、间苯型不饱和聚酯树脂、二甲苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂中的一种或多种；优选型号为191或196的邻苯型不饱和聚酯树脂、型号为199的间苯型不饱和聚酯树脂、树脂型号为2608、902A3、Xm-1、Xm-2的二甲苯型不饱和聚酯树脂中的一种或多种；型号为197、3301、323的双酚A型不饱和聚酯树脂中的一种或多种；所述杂环高分子粘结剂选自聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯硫醚、聚二苯醚中的一种或多种。

9.权利要求5所述的压裂施工方法，其特征在于，所述自悬浮支撑剂的制备方法包括步骤：

1）以石英砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、覆膜砂、烧结氧化锆、合成树脂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为原料；

骨料加热至50-300℃，再降温至240℃以下，加入重量为骨料重量0.5～15wt%的粘结剂；

2）当步骤1）所得混合物温度降至150℃以下时，加入骨料重量的0.1～5wt%的水溶性高分子，搅拌均匀。