一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法及其施工工艺与流程

本发明属于低渗透气藏储层改造技术领域，具体涉及一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法及其施工工艺。

背景技术：

低渗透油气藏、特别是致密油气藏，需要压裂改造提高单井产量和稳产有效期。目前低渗透储层的直定向井主要采用机械封隔器分段压裂工艺，压裂液体系主要采用交联胍胶压裂液体系。压裂在施工中按照不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。前置液一般是低浓度的基液，其作用是压开地层并造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入。携砂液即含有支撑剂的交联砂浆，其作用是将支撑剂带入裂缝中，并将支撑剂填在裂缝内预定的位置上；携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂，一般使用交联压裂液。顶替液是在施工的最后阶段用以顶替井筒中全部携砂液进入储层裂缝，防止出现管道、井筒沉砂；由于不需携带支撑剂粘度都较低，一般是基液、活性水或滑溜水，粘度远低于携砂液。

粘性指进现象是当低粘流体驱替高粘流体时，驱替前缘产生的不稳定现象。

压裂的顶替阶段，由于顶替液的粘度和携砂液的粘度之间存在差异，易形成粘性指进效应，室内试验研究证明，当两者粘度比超过60∶1时，粘性指进效应显著。活性水的粘度一般约1mpa·s，而冻胶的粘度一般在100mpa·s以上甚至更高(参考文献：“活性水携砂指进压裂的优化设计方法-将延学”)。因此，压裂现场条件具备充足的实现粘性指进的可能性。此外，在现场的施工操作过程中，顶替液是较携砂液粘度低的液体，这样存在高粘液体的孔隙介质中注入低粘液体，存在指进现象。

顶替阶段是把残留在井筒内的携砂液完全驱替入地层，由于粘性指进现象的存在，现场要达到驱替干净的目的，需要大量的顶替液，顶替液的量一般会达到2-3倍的油管容积。但是过量的顶替液，会将支撑剂推向裂缝深处，使井筒附近裂缝失去支撑而闭合，导致压裂改造效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法及其施工工艺，克服现有气田压裂顶替液阶段造成粘性指进和过顶替的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法，将高聚物和植物淀粉混合均匀，加入膨胀剂和固化剂，搅拌混合均匀后得到原料混合物；然后将原料混合物注入胶塞的模具，得到所述顶替隔离器，植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂的质量比为(6.5～8)：(4～6)：(0.5～0.8)：(3～5)，密度为1.01～1.3g/cm³。

进一步的，高聚物为非离子聚丙烯酰胺聚合物；膨胀剂为羟乙基纤维素；植物淀粉为羟丙基淀粉；固化剂为磺化沥青。

具体的，在常温下以3r/s的搅拌速度搅拌3～5分钟至混合均匀，得到原料混合物。

具体的，制备的隔离器的承压大于65mpa，承受地层温度60～120℃。

一种根据预制式压裂顶替隔离器的制备方法制备的预制式压裂顶替隔离器的施工工艺，包括以下步骤：

s1、将预制式压裂顶替隔离器预置在井口处；

s2、完成储层泵注程序的低替、坐封、前置液、携砂液阶段的泵注；

s3、打开井口阀门，释放压裂顶替隔离器，胶塞紧贴压裂管柱内壁，推动携砂液进入地层，注入一个管柱内容积的顶替液使胶塞至改造层位，停泵，关井；

s4、待顶替隔离器溶解裂缝闭合后，开井放喷排液，改造结束。

具体的，步骤s1中，预制式压裂顶替隔离器放置在两个阀门之间。

具体的，步骤s3中，本层携砂液全部进入井口后开始释放顶替隔离器，顶替液量为一个注入管柱的内容积。

具体的，步骤s4中，待顶替隔离器到达压裂层深度后经2～24小时开始溶解。

进一步的，顶替隔离器的耐压差低于5mpa。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法，将高聚物和植物淀粉混合均匀，加入膨胀剂和固化剂，搅拌混合均匀后得到原料混合物；然后将原料混合物注入胶塞的模具，得到所述顶替隔离器，工艺简单，成本低，方便现场操作。

进一步的，植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂按照设定的比例配置，以适应不同地层深度。

进一步的，高聚物为分子量为非离子聚丙烯酰胺聚合物，膨胀剂为羟乙基纤维素，植物淀粉为羟丙基淀粉，固化剂为磺化沥青，都是油气田储层改造常用的化工原材，来源广、易采购。

本发明还公开了一种预制式压裂顶替隔离器施工工艺，施工工序简单，没有增加额外施工作业难度。同时由于不需要过顶替减少了液体和化工料的用料，节约了成本。

进一步的，胶塞预置在井口处的最上端的2个阀门之间，方便现场压裂技术人员操作，井控风险小。

进一步的，与常规储层压裂的低替坐封、前置液和携砂液阶段施工工序相同，不增加额外工序。采用压裂顶替隔离器后实际操作过程中的顶替液量就是一个管柱的内容积，不存在目前现场操作中的过顶替现象，就不会发生粘性指进现象，也不会发生由于过顶替而导致的井筒附近裂缝失去支撑而闭合，进而导致压裂改造效果不好的结果。

进一步的，可以根据压裂层数和每层的施工时间不同选择不同溶解时间的桥塞，此时胶塞耐压差低于5mpa且易溶于压裂液，可以通过返排施工全部排出井外，不增加现场排液工作量和作业难度。

综上所述，本发明制作胶塞的原材料广泛易取，制作方法简单易行，操作方法简单，降本增效，在不增加现场施工作业难度的前提下解决了现有气田压裂顶替液阶段造成粘性指进的问题；以及有气田压裂顶替液阶段造成过顶替的问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为注入胶塞前的示意图；

图2为注入胶塞后示意图；

图3为胶塞溶解后返排示意图。

其中，1.储层；2.压裂管柱；3.携砂液；4.支撑裂缝；5.压裂顶替隔离器；6.顶替液；7.返排液。

具体实施方式

本发明提供了一种预制式压裂顶替隔离器的制备方法，将高聚物和植物淀粉混合均匀，加入膨胀剂和固化剂的混合物，搅拌混合至均匀，得到原料混合物；将原料混合物注入胶塞的模具，得到所述顶替隔离器，制备好的隔离器承压在65mpa以上，承受地层温度60～120℃，满足压裂施工。

植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂按照质量比(6.5～8)：(4～6)：(0.5～0.8)：(3～5)组成，密度(常温)：1.01～1.3g/cm³。

高聚物为非离子聚丙烯酰胺聚合物；膨胀剂为羟乙基纤维素；植物淀粉为羟丙基淀粉；固化剂为磺化沥青。

在常温下以3r/s的搅拌速度搅拌3～5分钟至混合均匀，得到原料混合物。

模具的形状为圆柱体，内径是压裂施工注入管柱的内径，高度是管柱内径的1.1倍。

压裂顶替隔离器的最大通径与注入管柱所匹配的通井规的通径相同，其作用是可以在注入的过程中能把管柱内的携砂液推入地层，并能刮干净井筒内壁。压裂顶替隔离器的厚度、长度大于管柱内径，设计原则是静水速度接近于0m/s，在2～10方/分钟的注入排量的前提下不会在井筒内侧翻。

本发明一种预制式压裂顶替隔离器的应用方法，包括以下步骤：

s1、压裂前先将预制式压裂顶替隔离器预置在井口处；

预制式压裂顶替隔离器放置在两个阀门之间。

s2、完成储层泵注程序的低替、坐封、前置液、携砂液阶段的泵注；

s3、打开井口阀门，释放顶替隔离器，胶塞紧贴压裂管柱内壁，推动携砂液进入地层，起到隔离携砂液清理管柱的作用，注入一个管柱内容积的顶替液使胶塞至改造层位，停泵，关井；

本层携砂液全部进入井口后开始释放顶替隔离器，顶替液量为一个注入管柱的内容积。

s4、约半小时左右待顶替隔离器溶解完成，开井放喷排液，改造结束。

待顶替隔离器到达压裂层深度后经2～24小时开始溶解，顶替隔离器的耐压差低于5mpa。

请参阅图1，注入胶塞前，先通过压裂管柱2注入前置液造缝，接着注入携砂液3，随着携砂液的不断注入携砂液通过射孔孔眼进入前置液造的水力裂缝，待前置液全部滤失后，形成支撑裂缝4。

请参阅图2，当携砂液全部进入井口后，打开井口阀门释放压裂顶替隔离器，注入顶替液6，当注入一个压裂管柱内容积的顶替液的时候，压裂管柱2内的压裂顶替隔离器5在顶替液6的作用下移动至支撑裂缝4的缝口处，停泵，关井。

请参阅图3，胶塞溶解后返排，返排液7如何工作，待胶塞溶解裂缝闭合后，井口采用油嘴控制放喷，返排液7在地层能量的作用下排出井口，返排液里面包括了破胶液、胶塞溶解物和微量支撑剂等。

根据压裂井所处的深度、压裂层数和每层的施工时间不同选择不同溶解时间的桥塞，顶替隔离器适用于低渗透气田直/定向井的压裂改造。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

长庆苏里格东区某直井采用机械封隔器单上封压裂工艺改造，目的层1层井深2500m，采用φ73.0mm油管单上封压裂管柱注入，将植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂按照质量比6.5：4：0.5：3组成，密度(常温)：1.01g/cm³，搅拌得到原料混合物并制成胶塞，施工步骤如下：

步骤1：过套管带压射孔气井目的层；

步骤2：根据井深选择在60～90℃下到达压裂层深度2小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器，把胶塞预置在井口；

步骤3：完成低替、坐封、前置液、携砂液阶段的泵注；

步骤4：井口释放顶替隔离器，采用3m³/min的排量注入7.5m³的顶替液使胶塞至改造层位，停泵，关井；

步骤5：约2小时后待顶替隔离器溶解，开井放喷排液，本层改造结束。

实施例2

长庆苏里格南区某直井采用机械封隔器分段压裂工艺改造，2个目的层，目的层1井深3900m，目的层2井深3700m，采用ф88.9mm油管注入，对该井的2个层位进行分层压裂改造，将植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂按照质量比7.5：5：0.7：4组成，密度(常温)：1.21g/cm³，搅拌得到原料混合物并制成胶塞，施工步骤如下：

步骤1：过套管带压射孔气井目的层第一层、第二层取出射孔枪；

步骤2：根据井深选择在90～120℃下到达压裂层深度4小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器1个，2小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器1个，把胶塞预置在井口；

步骤3：完成低替、坐封、前置液、携砂液阶段的泵注；

步骤4：井口释放4小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器，采用3.5m³/min的排量注入17.7m³的顶替液使胶塞至改造层位；

步骤5：投球、坐封，开始第二层的前置液、携砂液的泵注；

步骤6：井口释放2小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器，采用3.5m³/min的排量注入16.8m³的顶替液使胶塞至改造层位，停泵，关井；

步骤7：待顶替隔离器溶解，开井放喷排液，本井改造结束。

实施例3：

长庆苏里格南区某直井采用机械封隔器分段压裂工艺改造，2个目的层，目的层1井深3900m，目的层2井深3700m，采用ф88.9mm油管注入，对该井的2个层位进行分层压裂改造，将植物淀粉、高聚物、膨胀剂和固化剂按照质量比8：6：0.8：5组成，密度(常温)：1.3g/cm³，搅拌得到原料混合物并制成胶塞，施工步骤如下：

步骤1：过套管带压射孔气井目的层第一层、第二层取出射孔枪；

步骤2：根据井深选择在90～120℃下到达压裂层深度4小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器1个，2小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器1个，把胶塞预置在井口；

步骤3：完成低替、坐封、前置液、携砂液阶段的泵注；

步骤4：井口释放4小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器，采用3.5m³/min的排量注入17.7m³的顶替液使胶塞至改造层位；

步骤5：投球、坐封，开始第二层的前置液、携砂液的泵注；

步骤6：井口释放2小时后开始溶解的预制式压裂顶替隔离器，采用3.5m³/min的排量注入16.8m³的顶替液使胶塞至改造层位，停泵，关井；

步骤7：待顶替隔离器溶解，开井放喷排液，本井改造结束。

本发明现场操作时的实际顶替液量就是一个管柱的内容积，不存在目前现场操作中普遍存在的过顶替现象(目前矿场实际的顶替液量会是2～3个井筒容积)，也就不会发生粘性指进现象，也不会发生由于过顶替而导致的井筒附近裂缝失去支撑而闭合，进而导致压裂改造效果不好的结果。

另外，本发明和常规泵送液体或压裂球或者桥塞的做法一样，施工工序简单，没有增加额外施工作业难度；同时由于不需要过顶替减少了液体和化工料的用量，节约了成本。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。