一种天然水压裂施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油、天然气、页岩气等流体矿产开采领域，具体涉及一种通过压裂施 工进行流体矿开采的方法。
【背景技术】
[0002] 在开采形成在地下岩层中的矿藏时，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。
[0003] 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。清水压裂成本低，地层伤害小，是目前页岩气开发最主要的压裂技术。
[0004] 但是，现有清水压裂技术中的清水中含有降滤失剂、增稠剂，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，压裂液返排的时候，消耗很大的泵功 率，不利于全部返排。
[0005] 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】
[0006] 针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种用于地下开采原油或天 然气等流体矿产的天然水压裂施工方法。
[0007] 为实现上述目的，具体技术方案为：
[0008] -种天然水压裂施工方法，其特征在于，是向作为携砂液的体积份100份天然水 中添加5-60体积份自悬浮支撑剂，形成水力压裂悬浮液，然后将所得悬浮液输送到地下岩 层中；所述作为携砂液的天然水选自河水、湖水、养殖用水、海水及地下水中的一种或多种。 [0009] 所述天然水中没有添加任何助剂。
[0010] 具体地，所述的压裂施工方法，包括以下步骤：
[0011] 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；
[0012] 2)在混砂罐车中持续加入天然水作为携砂液，按5-60%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；
[0013] 3)利用高压泵车把悬浮液继前置液后连续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。
[0014] 所述施工方法，通常还包括首先根据施工设计规模进行材料及设备准备调试的步 骤。
[0015] 优选地，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；
[0016] 所述骨料为石英砂、陶粒、金属颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结氧化锆、合成 树脂、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种。
[0017] 所述水溶性高分子材料的用量为骨料用量的0. 1~5wt%。
[0018] 其中，所述自悬浮支撑剂的尺寸为6-200目（即2. 8mm-0. 075mm之间)，形状为球形 或近似球形。
[0019] 其中，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，
[0020] 所述的天然高分子材料选自植物胶、动物胶或海藻胶；其中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；
[0021] 所述人工合成的高分子材料为聚合类高分子，选自聚马来酸酐、聚丙烯酰胺、聚丙 烯酸、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚季铵盐中的一种或多种；
[0022] 所述的半天然半人工合成高分子材料包括改性淀粉、改性纤维素和改性植物胶， 选自羧甲基淀粉、羟甲基纤维素、微晶纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧乙基淀粉、醋 酸淀粉、羧甲基胍胶、羟甲基胍胶、羟丙基胍胶、羧甲基羟丙基胍胶中的一种或多种。
[0023] 进一步地，所述水溶性高分子材料通过粘结剂粘附骨料，按重量百分比计，粘结剂 的用量为骨料用量〇. 5~15wt%，包括天然粘结剂和合成粘结剂，所述天然粘结剂选自骨 胶、松脂、桐油中的一种或多种；所述合成粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树 月旨、杂环高分子粘结剂中的一种或多种。
[0024] 优选地，所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂；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-55 (616)、E-51(618)、E-44(6101)、E-42(634)、E-35(637)、E-20(601)、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；优选所述邻苯型不饱和聚酯树脂型号为191或196 ;所述间苯型 不饱和聚酯树脂型号为199、二甲苯型不饱和聚酯树脂树脂型号为2608、902A3、Xm-l、Xm-2 中的一种或多种；双酚A型不饱和聚酯树脂型号为197、3301、323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。
[0025] 进一步优选的，所述粘结剂中还包括固化剂，所述固化剂为脂肪族胺及其加成物、 叔胺及其盐、芳香族胺及其改性体、咪唑、酸酐、过氧化酰、过氧化脂、多聚甲醛、六次甲基四 胺、酚醛胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种；固化剂为粘结剂重量的〇. 5-10%。
[0026] 本发明所述的自悬浮支撑剂的制备方法，是将粘结剂分散于骨料中，加入固化剂， 再加入水溶性高分子材料而得；
[0027] 或，是将粘结剂分散于骨料中，加入水溶性高分子材料，再加入固化剂而得；
[0028] 其中，所述固化剂为脂肪族胺及其加成物、叔胺及其盐、芳香族胺及其改性体、咪 唑、酸酐、过氧化酰类、过氧化脂、过氧化酮、多聚甲醛或六次甲基四胺中的一种；固化剂为 粘结剂重量的〇. 5-10%。
[0029] 所述的制备方法，具体地，包括步骤：
[0030] 1)以石英砂、陶粒、金属颗粒、球状玻璃颗粒、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或 多种为骨料，
[0031] 骨料加热至50-300°C，加入重量为骨料重量0. 5~15%的粘结剂并搅拌，再加入固 化剂并搅拌；
[0032] 2)当步骤1)所得混合物温度降至150°C以下时，加入骨料重量的0. 1~5wt%的 水溶性高分子材料，并搅拌。
[0033] 或，包括步骤：
[0034] 以石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧结 氧化锆、合成树脂、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为骨料，加入重量为骨料重量 0. 5~15wt%的粘结剂并搅拌，再加入固化剂，加入骨料重量的0. 1~5wt%的水溶性高分子 材料，并搅拌。
[0035] 或，包括步骤：
[0036] 1)以石英砂、陶粒、覆膜砂、金属颗粒、球状玻璃颗粒、烧结铝土矿、烧结氧化铝、烧 结氧化锆、合成树脂、覆膜砂、粉碎的果壳颗粒中的一种或多种为骨料；加热至50-300°C， 降温至240°C以下，加入重量为骨料重量0. 5~15wt%的粘结剂并搅拌；
[0037] 2)当步骤1)所得混合物温度降至150°C以下时，加入骨料重量的0. 1~5wt%的 水溶性高分子材料，再加入固化剂，并搅拌。
[0038] 进一步的，所述制备方法还包括冷却、筛分的步骤。
[0039] 本发明的有益效果在于：
[0040] 本发明提出的天然水压裂施工方法，无需使用添加了有机高分的传统压裂液作为 携砂液进行压裂施工，而直接使用随处可得的天然水直接作为携砂液进行压裂即可，因此， 减小了污染，降低了成本。本发明提出的自悬浮支撑剂在清水中悬浮时