用于暂堵转向压裂中的复合暂堵剂和复合暂堵方法与流程

本发明涉及石油天然气增产技术领域，具体涉及在暂堵转向压裂中使用的复合暂堵剂，以及一种复合暂堵方法。

背景技术：

目前油田压裂用暂堵剂主要有水溶性颗粒暂堵剂和纤维型暂堵剂，水溶性颗粒暂堵剂分为可膨胀和不可膨胀型。除有一些报道颗粒暂堵剂与纤维型暂堵剂复合使用外，暂堵剂多为单一使用。

中国专利申请CN103835691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，来封堵裂缝的缝口，直到完成预设的裂缝条数。中国专利申请CN103615228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，形成分支裂缝。中国专利申请CN102020984中提到一种地上交联型粘弹性颗粒暂堵剂，在炮眼和高渗透带形成滤饼桥堵，最终促使新缝产生。中国专利申请CN102344788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，通过胶囊型破胶剂实现可控破胶。

上述现有技术中多为使用单一的暂堵剂或者暂堵剂混合物来进行暂堵转向。然而，通过试验发现，当只有一种颗粒暂堵剂或纤维暂堵剂时，难以同时起到架桥富集和形成致密封堵层的作用。如仅使用非膨胀颗粒暂堵剂，难以形成致密封堵层；如仅使用可膨胀颗粒，因其柔软难以架桥富集。因此，开发具有提高的暂堵效果的暂堵剂和暂堵方法，对于石油开采而言是急需的、具有重要意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够提高油田开采中的暂堵有效性的复合暂堵剂以及使用该复合暂堵剂的复合暂堵方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于暂堵转向压裂中的复合暂堵剂，其包括暂堵剂a和暂堵剂b，所述暂堵剂a选自刚性暂堵剂，所述暂堵剂b选自膨胀型暂堵剂。本发明提供的复合暂堵剂也可以理解为包括暂堵剂a和暂堵剂b的暂堵剂包。

所述膨胀型暂堵剂是指遇水能够发生膨胀的暂堵剂材料。在本发明中，优选所述膨胀型暂堵剂在水中在2h内膨胀2-10倍，优选3-6倍。所述刚性暂堵剂相对于膨胀型暂堵剂而言，一般指非膨胀型暂堵剂。

如前所述，现有技术中使用单一的暂堵剂，或者一次性加入式暂堵剂，往往难以同时起到架桥富集和形成致密封堵层的作用。

本发明通过非膨胀型颗粒暂堵剂和膨胀型颗粒暂堵剂的复配应用来实现高效暂堵的目的。其中，暂堵剂a起到架桥富集的作用，而暂堵剂b则可以在暂堵剂a形成架桥的基础上进一步封堵形成致密封堵层，从而提高暂堵的有效性。

根据本发明，所述暂堵剂a可以选自可溶性丙烯酸树脂、明胶、磺化沥青、磺化木质素、磺化褐煤、聚乙烯醇和聚酯酰胺中的一种或多种，优选明胶、磺化沥青和可溶性丙烯酸树脂中的至少一种，更优选可溶性丙烯酸树脂。适用作暂堵剂a的前述供选材料可以自制或者商购。

根据本发明，所述暂堵剂b可以选自羧甲基淀粉、部分水解聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素与丙烯酰胺的共聚物、羟乙基纤维素与丙烯酰胺的共聚物中的一种或多种，优选部分水解聚丙烯酰胺和/或羧甲基纤维素与丙烯酰胺的共聚物，更优选部分水解聚丙烯酰胺。其中，所述羧甲基纤维素优选高取代度羧甲基纤维素。适用作暂堵剂b的前述供选材料可以自制或者商购。

根据本发明的优选实施方式，在所述复合暂堵剂中，所述暂堵剂a和暂堵剂b的重量比为(5-10)∶1，优选(5-8)∶1，更优选(5-6)∶1。

根据本发明的优选实施方式，所述暂堵剂a与暂堵剂b的平均粒径比为(1.5-5)∶1，优选(2-4)∶1。在该比例范围中，暂堵剂a能更加充分地填充到暂堵剂b的孔网中并进行富集，形成致密封堵层。

根据本发明的优选实施方式，所述暂堵剂a的粒径大小为2-20目，优选4-10目；所述暂堵剂b的粒径大小为4-20目，优选6-20目。

根据本发明的优选实施方式，所述暂堵剂b在水中(室温)2h内体积膨胀2-10倍，优选3-6倍。经试验，本发明通过选用这样的暂堵剂b，尤其搭配一定量的上述暂堵剂a，能够起到良好的暂堵效果。

根据本发明，优选所述复合暂堵剂的水不溶物含量为7wt％以下，优选5wt％以下。水不溶物含量过高将堵塞地层造成永久性伤害。

在本发明的一些优选实施方式中，所述复合剂以2wt％的量添加到30-120℃的水溶液中，2h时的溶解率在93％以上，优选95％以上；所述水溶液中添加剂包括0.5-2wt％氯化钾、2-5wt％丁基羟基茴香醚(BHA)和1-10％wt％盐酸和0.05-2wt％过硫酸铵中的一种或几种。

上述添加剂中，例如当水中加入0.05-2wt％过硫酸铵时，使暂堵剂a和b的在低温时溶解率提高，从而保证在不同的温度下都能够将暂堵剂大部分溶解。

为了达到最佳暂堵效果，在本发明的优选实施方式中，所述复合暂堵剂在使用中，暂堵剂a和暂堵剂b按先后顺序注入地层裂缝中。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于暂堵转向压裂的复合暂堵方法，包括将根据本发明提供的如上所述的复合暂堵剂应用于需要暂堵的油井地层裂缝中。

根据本发明的优选实施方式，在暂堵程序中，首先将暂堵剂a注入地层裂缝中，然后再将暂堵剂b注入地层裂缝中。

本发明通过首先利用非膨胀型颗粒暂堵剂架桥富集，然后通过膨胀型颗粒暂堵剂进一步封堵形成致密封堵层来实现高效暂堵的目的。

刚性暂堵剂的架桥作用使其能够在裂缝口或者支撑剂形成的通道口滞留后逐渐富集，但刚性暂堵剂的缺点是密闭性不强，无法形成致密的封堵层，导致转向压力不高，重复压裂也难以成功。若单独使用可膨胀暂堵剂，由于可膨胀暂堵剂它具有可变形性，导致它无法形成架桥或在封富集缓慢，造成大量的可膨胀暂堵剂随着压裂液流入地层深处而起不到封堵的作用。在本发明方法中，在刚性暂堵剂所形成的封堵层上再加上可以形成致密封堵层的可膨胀暂堵剂，两者配合使用大大提高了暂堵剂的使用效率和重复压裂成功率。

根据本发明，在所提供的方法中，暂堵剂a和暂堵剂b的使用量(重量)比优选为(5-10)∶1，更优选(5-8)∶1，尤其优选(5-6)∶1。

本发明的一个突出优势在于，通过将所选的暂堵剂a和暂堵剂b先后加入地层裂缝中进行压裂作业，只需要相对少量的暂堵剂a就能够达到较高的封堵效果，可大大节省原料用量，提高了材料的利用效率，节约了成本。

根据本发明方法的优选实施方式，复合暂堵剂的用量为使形成的暂堵层(膨胀前)的厚度为8-15mm，优选9-12mm。

根据本发明方法形成的暂堵层具有明显提高的封堵强度，厚度在10mm左右、如9-11mm范围，其封堵强度即可达到40MPa。

可见，经过暂堵剂a和暂堵剂b的适当搭配使用，本发明不需要使用大量的暂堵剂，即可获得较好的封堵效果。

暂堵转向压裂主要分缝内暂堵转向压裂和缝口暂堵转向压裂。根据本发明提供的复合暂堵方法适用于缝内暂堵转向压裂和缝口暂堵转向压裂中。优选地，在缝口暂堵转向压裂中，在施行暂堵剂a注入之前，先在裂缝中注入支撑剂。

对于缝内转向压裂，当裂缝压开后，此时缝内成一条大的通道，若暂堵剂粒径较小或较柔软，它们将随压裂液进入地层深处。此时加入一定粒径刚性暂堵剂，其在裂缝内便可以进行架桥，形成封堵层，但刚性颗粒之间存在缝隙。之后加入可膨胀暂堵剂，可膨胀暂堵剂在刚性暂堵剂的架桥处上逐渐富集并膨胀粘结，形成致密封堵层，裂缝内形成高应力区，从而产生新的支裂缝或沟通更多微裂缝，形成复杂裂缝网络，提高改造体积。

对于缝口转向压裂，比如在重复压裂过程中，先压开、延伸老裂缝并加入支撑剂(如石英砂等)以激活老缝。之后加入刚性暂堵剂，由于先前支撑剂的存在，刚性暂堵剂在支撑剂端面富集。再注入可膨胀暂堵剂，可膨胀暂堵剂再在刚性暂堵剂的架桥处逐渐膨胀粘结，形成致密封堵层，压裂液进入高应力区，促使新缝产生，沟通未被动用泄油区，达到提高采收率的目的。

根据本发明的一个具体实施方式，所述复合暂堵方法包括：在压裂施工的泵注程序中，将5-10目的可溶性丙烯酸树脂颗粒注入地层裂缝中，然后再将10-20目的部分水解聚丙烯酰胺颗粒注入地层裂缝中；所述可溶性丙烯酸树脂颗粒与所述部分水解聚丙烯酰胺颗粒的重量比为(4.5-5.5)∶1，总厚度为9-12mm。

根据本发明的再一方面，提供了根据本发明的如上所述复合暂堵方法在老井重复压裂、非常规储层体积压裂(或缝网压裂)、直井分层压裂、水平井分段压裂以及复杂情况井改造中的应用。采用本发明的方法，在压裂过程中，刚性暂堵剂起到架桥作用，可膨胀暂堵剂在架桥处形成致密封堵，使压力升高，从而开启新缝。

本发明通过选用刚性暂堵剂和膨胀型暂堵剂，并将其巧妙地搭配使用，使油井裂缝中形成具备适宜刚性和致密性的封堵层，以简单的暂堵剂配方实现高效的暂堵性能。通过两种暂堵剂的适当配合使用，减少了原料的使用量，大大提高了暂堵剂的使用效率和重复压裂成功率。

附图说明

图1是实施例1中复合暂堵剂封堵性能评价试验中注入压力随时间变化图。

图2是对比例1中暂堵剂封堵性能评价试验中注入压力随时间变化图。

图3是对比例3中暂堵剂封堵性能评价试验中注入压力随时间变化图。

图4是对比例4中暂堵剂封堵性能评价试验中注入压力随时间变化图。

图5是实施例5的施工曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

实施例1

以可溶性丙烯酸树脂(南京首塑特种工程塑料制品有限公司)为暂堵剂a，将其粉碎，筛分出5-10目的颗粒；以部分水解聚丙烯酰胺(北京希涛技术开发有限公司)为暂堵剂b，通过粉碎，筛分出10-20目的颗粒，该暂堵剂a和b构成复合暂堵剂1。

将暂堵剂a和暂堵剂b分别放入水中，2h内暂堵剂a几乎不膨胀，而暂堵剂b膨胀约3.2倍。

将暂堵剂a和暂堵剂b以重量比5∶1混合后放入40℃下含有2wt％的HCl的水中，2小时时，溶解率达到96％。测定暂堵剂a和暂堵剂b重量比为5∶1的混合物的水不溶物含量为4.5wt％。

采用岩心流动性试验仪(江苏华安科研仪器有限公司)，在模拟裂缝中填充暂堵剂，对暂堵剂进行性能评价。岩心模型为填砂管：直径5cm，长度20cm。实验温度设置为50℃。用模拟地层盐水以低于1cm³/min的流速驱替岩心、用天平收集排出液。填砂管下层为20-40目压裂用兰州石英砂，上层用100g厚的暂堵剂a和20g厚的暂堵剂b填满，暂堵剂的厚度为11mm，旋紧后装入岩心流动实验仪中，缓慢注入模拟地层盐水，实验结果如图1所示。通过实验可以看到，当暂堵剂a和暂堵剂b顺序加入，且质量比为5∶1时，复合暂堵剂的封堵强度可达40MPa，在测试设备允许的情况下甚至可达45MPa，而且停止注入时，压力保持不变。

对比例1

与实施例1对应，省去暂堵剂b部分水解聚丙烯酰胺颗粒作为，而仅仅使用与复合暂堵剂1相同重量的可溶性丙烯酸树脂作为刚性暂堵剂a，得到对比暂堵剂1。

在与实施例1中相同条件下测定对比暂堵剂1的封堵强度，测试过程的注入压力随时间变化图如图2所示。试验中发现，对比暂堵剂1无法完全封堵模拟裂缝，会有液体渗出，只能通过大排量使压裂上升，而且一旦停止注入液体，压力迅速下降。

对比例2

与实施例1对应，省去可溶性丙烯酸树脂作为暂堵剂a，而仅仅使用与复合暂堵剂1相同重量的部分水解聚丙烯酰胺作为膨胀型暂堵剂b，得到对比暂堵剂2。

在与实施例1中相同条件下测定对比暂堵剂2的封堵强度。试验发现，对比暂堵剂2无法形成压力。

对比例3

在使用岩心流动试验仪的实验中，将实施例1中的暂堵剂a和暂堵剂b预先混合的混合物作加入到填砂管中，在与实施例1相同的条件下测定其封堵强度，结果见图3。实验发现，对比暂堵剂的最高压力只能达到30MPa，较实施例1的要小，而且只能持续一段时间。

对比例4

重复对比例3的实验过程，保持填充剂总厚度不变，但增加暂堵剂a的用量比例，使得暂堵剂a和暂堵剂b的重量比为10∶1，实验结果见图4。从图中可以看出，最终的封堵效果稍有提高，但最终压力虽然达到40MPa，但压力无法持续，当注入停止后，压力迅速下降。

由实施例1和对比例3-4的结果可见，在相同用量下，将暂堵剂a和b混合后使用，产生的封堵效果比根据本发明使用的效果差；在该情况下，需要大大增加暂堵剂a的用量才能稍微提高封堵效果。可能两种暂堵剂混合后，暂堵剂b由于其柔性特点，容易随着液体的流动发生虑失，一旦压力超过一定值，便形成泄流通道使压力下降。另外，对于暂堵剂来说，如实施例1所述的复合暂堵剂的封堵强度能够达到40MPa或以上，说明在实际应用中，该复合暂堵剂已具备相当出色的暂堵性能。

实施例2

以聚乙烯醇颗粒(上海凯杜国际贸易有限公司)为暂堵剂a，将其粉碎，筛分出5-10目的颗粒；以羧甲基纤维素与丙烯酰胺的共聚物(山东东达聚合物有限公司)为暂堵剂b，将其粉碎，筛分出10-20目的颗粒；该暂堵剂a和b构成复合暂堵剂2。

将暂堵剂a和暂堵剂b放入水中，2h内暂堵剂a膨胀很小，而暂堵剂b膨胀约5倍。

将暂堵剂a和暂堵剂b以重量比6∶1混合后放入下含有2wt％过硫酸铵的80℃水中，溶解率达到95％以上。测定暂堵剂a和暂堵剂b重量比为6∶1的混合物的水不溶物含量为4.0wt％。

采用岩心流动性试验仪，在与实施例1相同的条件下评价复合暂堵剂2的封堵性能，只是本实施例使用暂堵剂a与暂堵剂b的重量比为6∶1，暂堵剂的厚度为10mm。试验发现，复合暂堵剂2的封堵强度可达40MPa，注入停止后，压力保持不变，压力保持曲线类似与实施例1。

实施例3

以磺化沥青(山东省阳谷龙泉化工厂)为暂堵剂a，将其粉碎，筛分出4-10目的颗粒；以羧甲基纤维素(常州市国宇环保科技有限公司)为暂堵剂b，将其粉碎，筛分出10-20目的颗粒；该暂堵剂a和b构成复合暂堵剂3。

将暂堵剂a和暂堵剂b放入水中，2h内暂堵剂a几乎不膨胀，而暂堵剂b膨胀约4倍。

将暂堵剂a和暂堵剂b以重量比8∶1混合后放入60℃下含有3％HCl的水中，溶解率达到96％以上。测定暂堵剂a和暂堵剂b重量比为8∶1的混合物的水不溶物含量为5.2wt％。

采用岩心流动性试验仪，在与实施例1相同的条件下评价复合暂堵剂3的封堵性能，只是本实施例使用暂堵剂a与暂堵剂b的重量比为8∶1，暂堵剂总厚度仍为约10mm。经实验发现，复合暂堵剂3的封堵强度可达40MPa，注入停止后，压力保持不变，压力保持曲线类似与实施例1。

实施例4

本实施例将实施例1的复合暂堵剂用于某油田压裂施工中。该油田DC*-*井目的层基本数据的基本数据如表1所示。

表1

该油田的初期日产油量1.5t/d，2010年11月初次普通压裂后初期日产量2.6t/d，后期产量下降较快，累计产油2490吨，目前本井供液极差，日产油0.8t，含水3.0％。

2014年11月对DC*-*井进行重复压裂，泵注程序如表2所示，施工曲线见图5。先低排量注入活性水进行洗井并坐封封隔器，之后以3.5m³/min的排量进行压裂施工；步骤3-7为激活老缝，然后停泵30min；步骤7-8为注入暂堵剂，先后注入暂堵剂a和暂堵剂b对老缝进行封堵；步骤9-10为压开新缝。

表2泵注程序表

*表2中涉及的前置液、携砂液、顶替液以及具体便用的交联液和线性胶均可由本领域技术人员常规选择。

从施工曲线图5及其数据统计可知，刚性暂堵剂进入地层阶段，可膨胀暂堵a进入地层阶段压力从16.8上升至19.1MPa，升高2.3MPa；可膨胀暂堵b剂进入地层阶段，压力从19.1升至57.9MPa，升高38.8MPa，说明新缝产生的响应明显。

施工结果：初期产量为初次普通压裂后初期的13倍，达33.8t/d。压后平均日产油7.01吨，为初次普通压裂增产的8.76倍。说明经过采用本发明提供的复合暂堵剂以及暂堵方法进行重复压裂后，增产效果明显。

虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。