提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法与流程

本发明属于油气开采技术领域，具体来讲，涉及一种提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法。

背景技术：

在油气开采过程中，进行压裂时使用的暂堵剂主要是能在高温环境下具有可交联性的遇水可溶性高分子材料，通过将暂堵剂加入到压裂液泵送入地层裂缝中进行暂堵。暂堵剂在井下高温环境下会产生胶结，从而封堵地层裂缝，实现缝内暂堵。胶结的暂堵剂经过一段时间之后，会在水中逐渐溶解从而解除对裂缝的封堵。这种暂堵剂适用于封堵缝宽较小的裂缝，但遇到缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝，则难以通过暂堵剂的胶结实现缝内暂堵。此外，在实施缝内暂堵时，由于不确定暂堵剂在裂缝内实现暂堵的具体位置，所以暂堵剂的用量较多，增加施工成本。

发明人经过研究认为，提高井下局部位置暂堵剂的浓度进行局部封堵，有利于解决暂堵剂在预定缝宽较大的裂缝时难以实现封堵的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于提供一种提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法。

总体来讲，发明人经过研究提出：对暂堵剂颗粒进行改性，在使暂堵剂颗粒表面包裹铁磁性水溶薄膜从而使暂堵剂具有铁磁性，该铁磁性水溶薄膜能够溶解与水并释放被包裹的暂堵剂颗粒。同时，通过对套管磁性滑套的结构进行改进，在套管磁性滑套的喷射孔中设置磁环，使得套管磁性滑套能够吸附具有铁磁性的暂堵剂。当具有铁磁性的暂堵剂通过套管磁性滑套的喷射孔进入地层裂缝时，暂堵剂能够被磁环吸附并在地层裂缝入口处汇集较高浓度的暂堵剂，该暂堵剂表面的铁磁性水溶薄膜溶解后释放出暂堵剂颗粒，暂堵剂颗粒在井下地层高温环境中遇水胶结从而能够对缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝缝口进行封堵，提高了暂堵剂的封堵效果、降低暂堵剂用量，节约施工成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法。所述方法针对缝隙宽度为1～5mm的天然裂缝或人造裂缝，通过提高暂堵剂暂堵效果的套管磁性滑套配合能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂来实现，其中，所述磁性滑套包括外壳体、活塞、喷射孔、密封件以及磁环，其中，所述外壳体为中空的筒体，所述筒体具有能够与上部油管连接的上端部，能够与下部油管连接的下端部，以及供活塞在其中上下滑动的内腔；所述喷射孔沿所述筒体的径向方向设置在所述筒体上并与内腔连通；所述活塞设置在所述内腔中并能够通过在所述内腔中的上下滑动实现关闭或打开所述喷射孔，所述活塞具有沿上下方向设置的中空通道；所述密封件设置在所述内腔中且位于喷射孔的上下两端；所述磁环设置在喷射孔内并能够吸附镀有铁磁性水溶薄膜的暂堵剂；所述增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒；所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝；且所述方法包括步骤：将所述套管磁性滑套或带有所述套管磁性滑套的压裂管柱下入井下地层裂缝位置；将所述增强型暂堵剂按预定量添加到压裂液中，随后通过套管磁性滑套的喷射孔向地层裂缝中泵注压裂液进行暂堵。

在本发明的一个示例性实施例中，所述喷射孔的数量可以为4～8个，所述密封件可包括两组密封圈。

在本发明的一个示例性实施例中，所述筒体上端部可具有从上到下逐渐增大的外径，所述筒体下端部可具有从上到下逐渐增大的内径。

在本发明的一个示例性实施例中，所述筒体上端部可设置有与上部油管连接的螺纹，所述筒体下端部可设置有与下部油管连接的螺纹。

在本发明的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，所述暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述增强型暂堵剂可按照质量体积比2～5：100且单位为kg/l添加到压裂液中。

在本发明的一个示例性实施例中，所述压裂液的泵注排量可以为0.4～1m³/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的套管磁性滑套能够对具有铁磁性的暂堵剂进行吸附；

(2)本发明的增强型暂堵剂表面包裹有铁磁性水溶薄膜，能够在磁力作用下被吸附；

(3)本发明通过套管磁性滑套配合增强型暂堵剂，能够提高井下局部位置暂堵剂的浓度，从而提高暂堵效果；

(4)本发明的铁磁性水溶薄膜溶解速度快且不会影响暂堵剂暂堵性能；

(5)本发明的暂堵方法能够对缝宽较大的裂缝进行暂堵，且节约暂堵剂用量，降低施工成本。

附图说明

图1示出了根据本发明的提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法一个示例性实施例中套管磁性滑套处于关闭状态的结构示意图；

图2示出了根据本发明的提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法一个示例性实施例中套管磁性滑套处于开启状态的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-外壳体、2-磁环、3-喷射孔、4-活塞、5-密封件。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法。需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

在本发明的一个示例性实施例中，提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法针对缝隙宽度为1～5mm的天然裂缝或人造裂缝，所述方法通过提高暂堵剂暂堵效果的套管磁性滑套配合能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂来实现。

图1示出了根据本发明的提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法一个示例性实施例中套管磁性滑套处于关闭状态的结构示意图。

在本实施例中，如图1中所示，提高暂堵剂暂堵效果的套管磁性滑套可以包括外壳体1、活塞4、喷射孔3、密封件5以及磁环2，其中，所述外壳体为中空的筒体，所述筒体具有能够与上部油管连接的上端部、能够与下部油管连接的下端部、以及供活塞在其中上下滑动的内腔。具体来讲，如图1中所示，提高暂堵剂暂堵效果的套管磁性滑套可包括外壳体1、磁环2、喷射孔3、活塞4和密封件5。外壳体1为内部中空的圆形筒状结构，从上到下按内径不同可分为第一圆筒段、第二圆筒段、第三圆筒段和第四圆筒段，其中，第一圆筒段的内径等于第三圆筒段的内径且小于第二圆筒段的内径。外壳体1筒体的上端部(即第一圆筒段上部)用于与位于磁性滑套上游的油管进行连接。例如，筒体的上端部可具有从上到下逐渐增大的外径(即从上到下与外壳体中心轴线的距离逐渐增大)。外壳体1筒体的下端部(即第四圆筒段)用于与位于磁性滑套下游的油管进行连接。例如，筒体的下端部可具有从上到下逐渐增大的内径(即从上到下与外壳体中心轴线的距离逐渐增大)。这里，筒体上端部可设置有与上部油管连接的螺纹，筒体下端部可设置有与下部油管连接的螺纹。磁性滑套通过螺纹与部油管和下部油管固定连接。在筒体上端部与下端部之间具有外径统一的过渡部(即第二圆筒段)，在过渡部中形成有供活塞4在其中上下滑动的内腔(即第二圆筒段的内部空间)。内腔的内径大于所述筒体的上端部的内径，并且所述活塞的内径(即所述中空通道)可以等于所述筒体的上端部的内径)。然而，本发明不限于此，外壳体也可以为其它形状，只要能够与上部油管、下部油管连接且及供活塞在其中滑动即可。

喷射孔3沿筒体的径向方向设置在筒体上并与内腔连通。具体来讲，喷射孔3沿径向贯穿设置在外壳体1的第二圆筒段上，喷射孔3将外壳体1内部空间和地层空间连通，使磁性滑套中的压裂液和暂堵剂通过喷射孔3进入地层裂缝中进行压裂和暂堵作业。例如，喷射孔3的数量可以为4～8个。喷射孔3可以沿外壳体1筒体同一截面圆周上均匀分布设置。然而，本发明不限于此，喷射孔也可以采用其它方式设置。

活塞4设置在内腔中并能够通过在内腔中的上下滑动实现关闭或打开喷射孔，活塞4上具有沿上下(即外壳体1轴向方向)方向设置有中空通道。具体来讲，如图1中所示，活塞4为中空圆筒，活塞4位于外壳体1的内腔中且活塞4的外壁与外壳体1的内腔之间相互贴合，活塞4在内腔中的上下滑动来实现管壁(活塞4位于腔体上端)或打开(活塞4位于腔体下端)喷射孔。来自上游油管中的压裂液和暂堵剂能够通过活塞4的中空通道进人磁性滑套的下游设备。密封件5设置在内腔中且位于喷射孔3的上下两端。具体来讲，如图1中所示，在外壳体1筒体内腔上还可设置有密封件5，密封件5可设置在喷射孔3所在的截面圆周的上下两端并与活塞4外壁和内腔内壁密封接触，从而能够在活塞4处于关闭喷射孔3的状态(例如，活塞向上滑动)的情况下，实现对喷射孔3更好的密封。当然，这里也可以将密封件5设置在活塞4外壁上。例如，密封件5可以包括两组密封圈。然而，本发明不限于此，密封件也可以为其它结构。

图2示出了根据本发明的提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法一个示例性实施例中套管磁性滑套处于开启状态的结构示意图。

磁环2设置在喷射孔3内并能够吸附镀有铁磁性水溶薄膜的暂堵剂。也就是说，磁环2沿径外壳体1的径向方向设置在喷射孔3中，如图2中所示，当套管磁性滑套处于开启状态时，上部油管中暂堵剂和压裂液从喷射孔3中喷出时，磁环2能够将镀有铁磁性水溶薄膜的暂堵剂吸附在滑套喷射孔3附近(即裂缝缝口或入口处)，使在缝口聚集的暂堵剂浓度要大于裂缝其他位置的暂堵剂浓度，这样当暂堵剂开始胶结时，就会直接在缝口处对裂缝进行暂堵，因此，暂堵剂的暂堵效果得到提升，暂堵剂的用量减少，从而降低了暂堵施工的成本。

此外，本发明的套管磁性滑套也可以串联构成压裂管柱。具体来讲，可将上部油管(或称套管)、一个及以上的套管磁性滑套和下部油管(或称下部套管)串连构成压裂管柱。压裂管柱中套管磁性滑套数量可以为1～100个。在相邻两个磁性滑套之间通过中间连接油管或套管进行连接，以对多层储层进行压裂暂堵施工。

在本实施例中，能够用于宽大天然裂缝或人造裂缝的增强型暂堵剂包括暂堵剂颗粒以及包裹在暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜，其中，所述铁磁性水溶薄膜能够在磁力作用下被吸附，且所述铁磁性水溶薄膜能够与水反应溶解并释放被包裹的暂堵剂颗粒。所述暂堵剂颗粒能够在油气井下的高温环境下遇水可溶且可交联，从而发生胶结以封堵地层裂缝。具体来讲，本发明通过在暂堵剂颗粒表面包裹能够与水发生反应的铁磁性水溶薄膜，使暂堵剂能够在磁力作用下移动并汇集在井下特定区域(例如，宽大天然裂缝或人造裂缝的缝口处)，当暂堵剂颗粒表面的铁磁性水溶薄膜溶解之后释放出其中的暂堵剂颗粒，暂堵剂颗粒在地层高温环境(例如60～130℃)中遇水溶解并且发生交联从而胶结并封堵裂缝入口，实现暂堵功能。这里，暂堵剂颗粒可以为遇水可溶的可交联性高分子材料，例如苯甲酸，聚丙烯等。

铁磁性水溶薄膜可由铁磁性的第一金属元素和能够与水反应的第二金属元素直接组成或合金化组成。第一金属元素可以为铁、钴和镍中的一种或多种，并且所述第二金属元素可以为镁、铝和钙中的一种或多种。例如，铁磁性水溶薄膜可包括铁铝合金或铁镁合金或铁镁铝合金。这里，铁磁性水溶薄膜中的镁和铝元素会与水发生化学反应，使得铁磁性水溶薄膜发生快速的溶解，释放出被包裹的暂堵剂颗粒。其中，发生化学反应的方程式为：

2al+6h20＝＝2al(oh)3+3h2

mg+2h2o＝＝mg(oh)2+h2

然而，本发明不限于此，其它类型的铁磁性水溶薄膜材料也可以，只要该材料能够在磁力作用下吸附并且能够溶解于水释放被包裹的暂堵剂颗粒即可。

铁磁性水溶薄膜的厚度可以为0.25～0.75mm，暂堵剂颗粒的粒径可以为0.35～1.25mm。当铁磁性水溶薄膜的厚度小于0.25mm时，暂堵剂在磁场作用下受到的磁力偏小，暂堵剂难以汇集或汇集的浓度不足以封堵地层裂缝；当铁磁性水溶薄膜的厚度大于0.75mm时，铁磁性水溶薄膜与水发生反应释放暂堵剂颗粒的时间过长，不利于进行封堵施工。这里，铁磁性水溶薄膜中铁的含量可以为40％～60％wt。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量控制在此范围内时，可以保证薄膜在具有足够铁磁性的基础上，能够以较快速度溶解。当铁磁性水溶薄膜中铁的含量低于40％wt时，铁磁性水溶薄膜溶解速度快，但铁磁性弱，不利于在磁力作用下汇集高浓度暂堵剂；当铁磁性水溶薄膜中铁的含量超过60％wt时，铁磁性水溶薄膜的铁磁性强，但是溶解速度慢，不利于暂堵施工。

在本实施例中，提高宽大天然裂缝或人造裂缝暂堵效果的方法包括步骤：

将所述套管磁性滑套或带有所述套管磁性滑套的压裂管柱下入井下地层裂缝位置。将所述增强型暂堵剂按预定量添加到压裂液中，随后通过套管磁性滑套的喷射孔向地层裂缝中泵注压裂液进行暂堵。具体来讲，将上述示例性中所述的套管磁性滑套或带所示套管磁性滑套的压裂管柱下入到井下待压裂的地层位置。需要进行裂缝暂堵时，从井口向井筒内投入增强型暂堵剂，暂堵剂随压裂液一起泵送进入进行套管磁性滑套的空腔中，并从套管磁性滑套的喷射孔中喷射进入地层裂缝。当压裂液中的暂堵剂通过喷射孔时，喷射孔上的磁环会产生的磁力会吸附暂堵剂。暂堵剂被吸附在磁环附近，确保磁环附近(即裂缝缝口处)一直维持相较于裂缝其他位置更高浓度的暂堵剂。当包裹暂堵剂颗粒的铁磁性水溶薄膜溶解后，暂堵剂颗粒与水接触并发生胶结。因为磁环附近的暂堵剂浓度更高，胶结后的暂堵效果也会好于裂缝内其他位置；同时，由于暂堵剂在裂缝缝口处即进行暂堵，因此也可以避免更多的暂堵剂进入裂缝内，从而减少了暂堵剂的使用量，降低了暂堵施工的成本。例如，增强型暂堵剂可按照质量体积比2～5：100且单位为kg/l添加到压裂液中。压裂液的泵注排量可以为0.4～1m³/min。具体来讲，可在每100l压裂液中加入2～5kg的增强型暂堵剂。进行暂堵时，压裂液的泵注排量可以控制在0.4～1m³/min的范围内，当压裂液的泵注排量控制在此范围时，能够很好的进行暂堵施工。当压裂液的泵注排量低于0.4m³/min时，暂堵剂会在自身重量的作用下下沉，依靠排量无法把暂堵剂可靠地带到指定位置；当压裂液的泵注排量高于1m³/min时，排量对暂堵剂自身的冲击力大于暂堵剂本身受到的磁力，暂堵剂就无法有效地聚集在缝口附近。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的套管磁性滑套能够对具有铁磁性的暂堵剂进行吸附；

(2)本发明的增强型暂堵剂表面包裹有铁磁性水溶薄膜，能够在磁力作用下被吸附，铁磁性水溶薄膜溶解速度快且不会影响暂堵剂的暂堵性能；

(3)本发明通过套管磁性滑套配合增强型暂堵剂，能够提高井地层裂缝缝口处暂堵剂的浓度，从而提高暂堵效果；

(4)本发明的暂堵方法能够对缝宽较大的天然裂缝或人造裂缝进行暂堵，且节约暂堵剂用量，降低暂堵施工成本。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。