CN104099074B - 一种体积压裂改造裂缝堵水剂及堵水施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体积压裂改造裂缝堵水剂及堵水施工方法，该堵水剂各组分按重量百分比的组成：液体橡胶40~60%、溶剂20~30%、纳米颗粒5~15%、膨胀树脂颗粒5~15%、交联剂1~3%、引发剂0.1~1%和纤维0.01~0.2%。施工方法：1）堵水剂制备；2）以100~300L/min排量将堵水剂注入地层；3）向地层注入隔离液段塞和破胶剂；4）清水顶替，并将施工排量提高至500~700L/min，结束后关井口24小时。本施工方法方便快捷，减少了因体积压裂改造后网络裂缝发育导致堵水剂用量大和堵水剂缩水老化失效的缺点，扩大了堵水储层应用的温度范围，延长了生产井堵水的有效期，降低生产井体积压裂后期的含水率，能提高储层的采收率。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，涉及一种体积压裂改造裂缝堵水剂，还涉及该堵水剂在体积压裂改造裂缝堵水中的施工方法，尤其适用于石油开采中压裂改造后期的修井作业。
背景技术
体积压裂是通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。
目前，体积压裂已成为低渗透油田常规直井和水平井增产改造作业的一种重点推广模式。由于低渗透油田已实施注水开发，经体积压裂产生网络裂缝的常规直井在注水受效后含水易急剧上升，甚至“水淹”，在水平井体积压裂后某一段注水受效后，注入水会延网络裂缝快速进入水平段，使产油量锐减，整体含水上升或“水淹”。生产井经体积压裂改造比常规压裂改造有提高初始产量优势，但存在更高的“水淹”风险。
专利文献CN 102102012A（公开日为2011年6月23日）公开了一种水平井选择性堵水剂及其制备方法。所述堵水剂中各组分重量份为：聚合物单体6.50～7.50份，表活性中间体4.50～5.75份，调节剂0.85～1.00份，水85.75～88.15份。所述堵水剂的制备方法包括：将表活性中间体加入水中，再加入聚合物单体，搅拌至均匀；待表活性中间体和聚合物单体反应之后加入调节剂，再搅拌反应；将反应产物烘干，粉碎成颗粒，筛分得到水平井选择性堵水剂颗粒。所述堵水剂的有益效果是：具有较强的油、水选择性，合成生产方便，化学性能稳定，适应性强，施工工艺简单；同时，还可以提高高含水老油田水平井开发的波及效率，扩大波及体积，提高石油采收率。
以上述专利文献为代表的采用聚合物单体堵水的方法存在的主要问题概括为：1、由于体积压裂产生网络裂缝较常规空间大，尤其水平井产水后井底出水压力高，聚合物单体经聚合后堵水剂强度较小，在网络裂缝内靠堵水剂粘附力吸附，经地层水浸泡后粘附力降低，易堵不住网络裂缝出水点。2、聚合物单体经聚合后堵水剂会聚合收缩，产生裂缝间隙，降低堵水效果，同时在堵水剂长时间高温环境中易降解失效，缩短堵水有效时间。3、聚合物单体和金属交联剂均存在有一定毒性，不利于现场施工和入井液环境保护要求。4、聚合物单体经聚合后堵水剂具有温度使用范围限制（最高温和最低温）。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种体积压裂改造裂缝堵水剂以及应用该堵水剂实现体积压裂改造裂缝堵水的施工方法。针对体积压裂改造网络裂缝，采用本方法提供的堵水剂及施工方法，无需考虑储层温度、地层水矿化度、网络裂缝空间大小限制，能一次完全封住网络裂缝出水点，长期有效，施工方便快捷，安全环保，具有一定的堵水选择性，能满足生产井体积压裂改造后的堵水要求。
本发明采取的技术方案是：
一种体积压裂改造裂缝堵水剂，包括如下组分，各组分按重量百分比的组成为：液体橡胶40~60%、溶剂20~30%、纳米颗粒5~15%、膨胀树脂颗粒5~15%、交联剂1~3%、引发剂0.1~1%和纤维0.01~0.2%。
优选地，所述液体橡胶为端羧基聚丁二烯液体橡胶、端羟基聚丁二烯液体橡胶、聚戊二烯液体橡胶中的任一种。
优选地，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的任一种。
优选地，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙。
优选地，所述膨胀树脂颗粒为聚乙烯醇膨胀树脂颗粒，该颗粒的粒径范围为300～600目。
优选地，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。
优选地，所述引发剂为过氧化丁二酸、过氧化戊二酸中的任一种。
优选地，所述纤维为改性聚乙烯醇纤维。
采用上述体积压裂改造裂缝堵水剂进行堵水施工方法，包括如下步骤，各步骤所述百分比均为重量百分比：
1）用混砂车将40~60%液体橡胶和20~30%溶剂吸入混砂池内，用混砂车搅砂轮加入5~15%纳米颗粒和5~15%膨胀树脂颗粒，再用混砂车比例泵加入1~3%交联剂，向混砂池内人工加入0.1~1%引发剂和0.01~0.2%纤维，将本步骤所述物料混合均匀，即获得堵水剂；
2）采用混砂车将步骤1）制备的堵水剂泵送至水泥车，经水泥车以100~300L/min排量将堵水剂注入地层；
3）再向地层中注入隔离液段塞，所述隔离液段塞的注入量为堵水剂总用量的50~80%；
4）再向地层中注入5~15m3破胶剂；
5）最后注入清水作为顶替液，并将施工排量提高至500~700L/min，施工结束后关闭井口24小时，所述顶替液的注入体积为井筒油管内容积与前期体积压裂改造加入支撑剂数量2倍的容积总和。
优选地，所述隔离液段塞由下述组分组成，各组分重量百分比为：粘土稳定剂0.5~2%、助排剂0.5~2%、氯化铵0.5~2%、羟丙基胍尔胶0.3~0.5%、有机硼交联剂0.2~0.5%和水93.0-98.0%。
优选地，所述粘土稳定剂为G511-NWJ粘土稳定剂；助排剂为G517-XZ助排剂；有机硼交联剂为G501-YJ有机硼交联剂；其中，G511-NWJ粘土稳定剂、G517-XZ助排剂、G501-YJ有机硼交联剂均为川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院自主研发产品。
优选地，所述破胶剂是质量分数为的5~10%双氧水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用的体积压裂改造裂缝堵水施工方法，减少堵水剂现场配液后残留物对环境污染，施工方便快捷，同时减少网络裂缝空间大小对堵水剂用量要求限制，具有一定的堵水选择性，能满足生产井体积压裂改造后的堵水需求。
2、本发明选用液体橡胶作为体积压裂改造裂缝堵水剂的有效成分，可将堵水剂使用范围扩大，满足20℃~150℃的储层，地层水矿化度的高低不影响堵水剂性能，储层条件下封堵强度最大，堵水选择性高。
3、本发明所述体积压裂改造裂缝堵水剂中还含有纳米颗粒和膨胀树脂颗粒，能促进堵水剂配方整体强度增加，封堵能力达到最强，同时不影响配方整体在储层网络裂缝内膨胀性能。
4、本发明中所述体积压裂改造裂缝堵水剂中还含有交联剂和引发剂，堵水剂强度更高，膨胀性能最佳，通过膨胀调节裂缝封堵，减少因粘附力降低而堵水失效，延长堵水剂作用时间。
5、在体积压裂改造裂缝堵水施工方法中，采用注入一定量的隔离液段塞，减少注入液体流动“指进”现象，将堵水剂均匀推至设计要求目的地。
6、本发明中以一定量的清水作为顶替液，并将施工排量提高至500~700L/min，可使堵水剂快速到达网络裂缝的远端，对出水点进行一次完全封堵，减少堵水剂用量，恢复该井或该储层段生产产量。
以下将结合实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
在鄂尔多斯盆地低渗透油田中，2013年采用体积压裂改造井超过800井次，在二次采油中有已出现部分体积压裂改造井含水快速上升问题，常规堵水方法效果不明显。
针对体积压裂改造后网络裂缝发育导致堵水剂用量大和堵水剂缩水老化失效的缺点，本发明研发了一种液体橡胶堵水剂产品，通过膨胀调节裂缝封堵，减少因粘附力降低而堵水失效，延长堵水剂作用时间。在此基础上，本发明利用新研制的堵水剂，提供了一种体积压裂改造裂缝堵水施工方法，通过排量控制和多级注入方式，减少堵水剂现场配液后残留物对环境污染，施工方便快捷，同时减少网络裂缝空间大小对堵水剂用量要求限制，扩大了堵水剂使用温度范围，具有一定的堵水选择性，可实现一次完全封堵体积压裂改造网络裂缝出水点，能满足生产井体积压裂改造后的堵水需求。
本发明提供的体积压裂改造裂缝堵水施工方法可以有效地解决体积压裂改造后网络裂缝发育导致堵水剂用量大和堵水剂缩水老化失效的问题，扩大了堵水储层应用的温度范围，延长了生产井堵水的有效期，降低生产井体积压裂后期的含水率，能提高储层的采收率。该发明的应用具有广阔的前景，该发明的应用将进一步推动体积压裂技术在低渗透油田的发展，最终提高低渗透油田储层的采收率。
实施例1
本实例提供了一种体积压裂改造裂缝堵水剂，作为优选，各组分按重量百分比的组成为：液体橡胶40%、溶剂26.8%、纳米颗粒15%、聚乙烯醇（PVA）膨胀树脂颗粒15%、交联剂2%、引发剂1%和改性聚乙烯醇纤维0.2%。
其中，所述液体橡胶为含有两种组分的混合物，以重量百分比计，两种组分为40%端羧基聚丁二烯液体橡胶和60%端羟基聚丁二烯液体橡胶。以液体橡胶作为堵水剂的主要成分之一，可将堵水剂的使用范围扩大，满足不同温度储层的施工要求，并且地层水矿化度的高低不影响堵水剂性能，储层条件下封堵强度较大，堵水选择性高。
其中，所述溶剂为混合溶剂，混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜的混合物。其中，每种组分以重量百分比计均为50%。
其中，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙。所述的PVA膨胀树脂颗粒的粒径是600目。纳米碳酸钙和PVA膨胀树脂颗粒的加入，能增加堵水剂配方整体强度，提高堵水剂的封堵能力，同时不影响配方整体在储层网络裂缝内膨胀性能。
其中，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。所述引发剂为质量分数为7%的过氧化丁二酸水溶液。交联剂和引发剂的使用，可使堵水剂的强度更高，膨胀性能较佳，通过膨胀调节裂缝封堵，减少因粘附力降低而堵水失效，延长堵水剂作用时间。
进一步地，采用上述体积压裂改造裂缝堵水剂进行堵水施工，施工方法包括如下步骤，各步骤所述百分比均为重量百分比：
1）用混砂车将40%液体橡胶和26.8%溶剂吸入混砂池内，用混砂车搅砂轮加入15%纳米碳酸钙和15%PVA膨胀树脂颗粒，再用混砂车比例泵加入2%交联剂，向混砂池内人工加入1%引发剂和0.2%改性聚乙烯醇纤维，将本步骤所述物料混合均匀，即获得堵水剂；
2）采用混砂车将步骤1）制备的堵水剂泵送至水泥车，经水泥车以100L/min排量将堵水剂注入地层；
3）再向地层中注入30m3隔离液段塞（堵水剂总用量的50%）。所述隔离液段塞以重量百分比计为0.5%粘土稳定剂、0.5%助排剂、1%氯化铵，0.3%羟丙基胍尔胶，0.3%有机硼交联剂和97.4%水组成的混合物。本步骤中，粘土稳定剂为G511-NWJ粘土稳定剂；助排剂为G517-XZ助排剂；有机硼交联剂为G501-YJ有机硼交联剂；其中，G511-NWJ粘土稳定剂、G517-XZ助排剂、G501-YJ有机硼交联剂均为川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院自主研发产品。
4）再向地层中注入10m3破胶剂；所述破胶剂为以重量百分比计6%双氧水和94%水的混合物。
5）最后注入112m3清水作为顶替液（所述顶替液的注入体积为井筒油管内容积与前期体积压裂改造加入支撑剂数量2倍的容积的总和，由于每一口体积压裂井加砂改造的规模不同，裂缝空间相应的也不同，所以要根据具体的井情况来设计，以设定前期体积压裂加砂量50方，井深3000m计算），并将施工排量提高至700L/min，施工结束后关闭井口24小时，可实现体积压裂改造网络裂缝出水点一次完全封堵。
实施例2
本实例提供了一种体积压裂改造裂缝堵水剂，作为优选，各组分按重量百分比的组成为：液体橡胶60%、溶剂20%、纳米颗粒8%、聚乙烯醇（PVA）膨胀树脂颗粒8%、交联剂3%、引发剂0.9%和改性聚乙烯醇纤维0.1%。
其中，所述液体橡胶为含有两种组分的混合物，以重量百分比计，两种组分为20%端羧基聚丁二烯液体橡胶和80%聚戊二烯液体橡胶。以液体橡胶作为堵水剂的主要成分之一，可将堵水剂的使用范围扩大，满足不同温度储层的施工要求，并且地层水矿化度的高低不影响堵水剂性能，储层条件下封堵强度较大，堵水选择性高。
其中，所述溶剂为混合溶剂，以重量百分比计，混合溶剂的组成为30%N，N-二甲基甲酰胺和70%N，N-二甲基乙酰胺。
其中，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙。所述的PVA膨胀树脂颗粒的粒径是500目。纳米碳酸钙和PVA膨胀树脂颗粒的加入，能增加堵水剂配方整体强度，提高堵水剂的封堵能力，同时不影响配方整体在储层网络裂缝内膨胀性能。
其中，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。所述引发剂为质量分数为7%的过氧化戊二酸水溶液。交联剂和引发剂的使用，可使堵水剂的强度更高，膨胀性能较佳，通过膨胀调节裂缝封堵，减少因粘附力降低而堵水失效，延长堵水剂作用时间。
进一步地，采用上述体积压裂改造裂缝堵水剂进行堵水施工，施工方法包括如下步骤，各步骤所述百分比均为重量百分比：
1）用混砂车将60%液体橡胶和20%溶剂吸入混砂池内，用混砂车搅砂轮加入8%纳米碳酸钙和8%PVA膨胀树脂颗粒，再用混砂车比例泵加入3%交联剂，向混砂池内人工加入0.9%引发剂和0.1%改性聚乙烯醇纤维，将本步骤所述物料混合均匀，即获得堵水剂；
2）采用混砂车将步骤1）制备的堵水剂泵送至水泥车，经水泥车以300L/min排量将堵水剂注入地层；
3）再向地层中注入40m3隔离液段塞（堵水剂总用量的80%）。所述隔离液段塞以重量百分比计为0.8%粘土稳定剂、0.8%助排剂、2%氯化铵，0.5%羟丙基胍尔胶，0.5%有机硼交联剂和95.4%水组成的混合物。本步骤中，粘土稳定剂为G511-NWJ粘土稳定剂；助排剂为G517-XZ助排剂；有机硼交联剂为G501-YJ有机硼交联剂；其中，G511-NWJ粘土稳定剂、G517-XZ助排剂、G501-YJ有机硼交联剂均为川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院自主研发产品。
4）再向地层中注入7m3破胶剂；所述破胶剂为以重量百分比计8%双氧水和92%水的混合物。
5）最后注入166m3清水作为顶替液（所述顶替液的注入体积为井筒油管内容积与前期体积压裂改造加入支撑剂数量2倍的容积的总和，由于每一口体积压裂井加砂改造的规模不同，裂缝空间相应的也不同，所以要根据具体的井情况来设计，以设定前期体积压裂加砂量80方，井深2000m计算），并将施工排量提高至500L/min，施工结束后关闭井口24小时，可实现体积压裂改造网络裂缝出水点一次完全封堵。
实施例3
本实例提供了一种体积压裂改造裂缝堵水剂，作为优选，各组分按重量百分比的组成为：液体橡胶50%、溶剂25%、纳米颗粒11%、聚乙烯醇（PVA）膨胀树脂颗粒11%、交联剂2.5%、引发剂0.45%和改性聚乙烯醇纤维0.05%。
其中，所述液体橡胶为含有三种组分的混合物，以重量百分比计，三种组分为10%端羧基聚丁二烯液体橡胶、80%端羟基聚丁二烯液体橡胶和10%聚戊二烯液体橡胶。以液体橡胶作为堵水剂的主要成分之一，可将堵水剂的使用范围扩大，满足不同温度储层的施工要求，并且地层水矿化度的高低不影响堵水剂性能，储层条件下封堵强度较大，堵水选择性高。
其中，所述溶剂为混合溶剂，以重量百分比计，混合溶剂的组成为80%N，N-二甲基乙酰胺和20%二甲基亚砜。
其中，所述纳米颗粒为纳米碳酸钙。所述的PVA膨胀树脂颗粒的粒径是500目。纳米碳酸钙和PVA膨胀树脂颗粒的加入，能增加堵水剂配方整体强度，提高堵水剂的封堵能力，同时不影响配方整体在储层网络裂缝内膨胀性能。
其中，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。所述引发剂各组分按重量百分比为6%过氧化丁二酸、1%过氧化戊二酸和93%水的混合物。交联剂和引发剂的使用，可使堵水剂的强度更高，膨胀性能较佳，通过膨胀调节裂缝封堵，减少因粘附力降低而堵水失效，延长堵水剂作用时间。
进一步地，采用上述体积压裂改造裂缝堵水剂进行堵水施工，施工方法包括如下步骤，各步骤所述百分比均为重量百分比：
1）用混砂车将50%液体橡胶和25%溶剂吸入混砂池内，用混砂车搅砂轮加入11%纳米碳酸钙和11%PVA膨胀树脂颗粒，再用混砂车比例泵加入2.5%交联剂，向混砂池内人工加入0.45%引发剂和0.05%改性聚乙烯醇纤维，将本步骤所述物料混合均匀，即获得堵水剂；
2）采用混砂车将步骤1）制备的堵水剂泵送至水泥车，经水泥车以200L/min排量将堵水剂注入地层；
3）再向地层中注入38.5m3隔离液段塞（堵水剂总用量的70%）。所述隔离液段塞以重量百分比计为2%粘土稳定剂、1%助排剂、1%氯化铵，0.4%羟丙基胍尔胶，0.4%有机硼交联剂和95.2%水组成的混合物。本步骤中，粘土稳定剂为G511-NWJ粘土稳定剂；助排剂为G517-XZ助排剂；有机硼交联剂为G501-YJ有机硼交联剂；其中，G511-NWJ粘土稳定剂、G517-XZ助排剂、G501-YJ有机硼交联剂均为川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院自主研发产品。
4）再向地层中注入15m3破胶剂；所述破胶剂为以重量百分比计5%双氧水和95%水的混合物。
5）最后注入143m3清水作为顶替液（所述顶替液的注入体积为井筒油管内容积与前期体积压裂改造加入支撑剂数量2倍的容积的总和，由于每一口体积压裂井加砂改造的规模不同，裂缝空间相应的也不同，所以要根据具体的井情况来设计，以设定前期体积压裂加砂量70方，井深1000m计算），并将施工排量提高至600L/min，施工结束后关闭井口24小时，可实现体积压裂改造网络裂缝出水点一次完全封堵。
上面对本发明的实施方式作了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (4)
1. 一种体积压裂改造裂缝堵水剂，其特征在于包括如下组分，各组分按重量百分比的组成为：液体橡胶40~60%、溶剂20~30%、纳米颗粒5~15%、膨胀树脂颗粒5~15%、交联剂1~3%、引发剂0.1~1% 和纤维0.01~0.2%；所述液体橡胶为端羧基聚丁二烯液体橡胶、端羟基聚丁二烯液体橡胶、聚戊二烯液体橡胶中的任一种；所述溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的任一种；所述纳米颗粒为纳米碳酸钙；所述膨胀树脂颗粒为聚乙烯醇膨胀树脂颗粒，该颗粒的粒径范围为300 ～ 600 目；所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯；所述引发剂为过氧化丁二酸、过氧化戊二酸中的任一种；所述纤维为改性聚乙烯醇纤维。
2. 采用权利要求1 所述的体积压裂改造裂缝堵水剂进行堵水施工方法，其特征在于包括如下步骤，各步骤所述百分比均为重量百分比：
用混砂车将40~60% 液体橡胶和20~30% 溶剂吸入混砂池内，用混砂车搅砂轮加入5~15%纳米颗粒和5~15% 膨胀树脂颗粒，再用混砂车比例泵加入1~3% 交联剂，向混砂池内人工加入0.1~1% 引发剂和0.01~0.2% 纤维，将本步骤所述物料混合均匀，即获得堵水剂；
采用混砂车将步骤1）制备的堵水剂泵送至水泥车，经水泥车以100~300L/min 排量将堵水剂注入地层；
再向地层中注入隔离液段塞，所述隔离液段塞的注入量为堵水剂总用量的50~80% ；
再向地层中注入5~15m3 破胶剂；
最后注入清水作为顶替液，并将施工排量提高至500~700L/min，施工结束后关闭井口24 小时，所述顶替液的注入体积为井筒油管内容积与前期体积压裂改造加入支撑剂数量2倍的容积的总和。
3. 根据权利要求2所述的体积压裂改造裂缝堵水施工方法，其特征在于，所述隔离液段塞由下述组分组成，各组分重量百分比为：粘土稳定剂0.5~2%、助排剂0.5~2%、氯化铵0.5~2%、羟丙基胍尔胶0.3~0.5%、有机硼交联剂0.2~0.5% 和水93.0-98.0%。
4.根据权利要求2 所述的体积压裂改造裂缝堵水施工方法，其特征在于，所述破胶剂是质量分数为的5~10% 双氧水。
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