CN110257045A - 一种支撑剂、压裂液及油气岩层的压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种支撑剂，包括支撑剂本体，支撑剂本体中空，所述支撑剂本体由形状记忆材料制成，所述支撑剂本体在初始状态时的体积大于所述支撑剂本体在固定状态时的体积，所述支撑剂本体在固定状态时，其外壁为球面，其内壁为凹凸状，本发明还公开了包括上述支撑剂的压裂液以及使用上述支撑剂的油气岩层的压裂方法，将多个上述的支撑剂本体压入岩层裂隙中，所述支撑剂本体进入岩层裂隙中后体积膨胀，压裂岩层。本发明提供的支撑剂本体、压裂液及油气岩层的压裂方法，可提高岩层的渗透率，支撑剂本体抗压强度高，破损率低。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采领域，尤其涉及支撑剂、压裂液及油气岩层的压裂方法。
背景技术
目前油气井所用到的支撑剂，对增产石油天然气有良好效果。石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出。支撑剂随同高压溶液进入岩层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。现有支撑剂主要有石英砂、铝钒土陶粒砂及树脂包覆的复合颗粒等。
现有支撑剂抗压强度低，在井下环境中破碎率较高，影响支撑剂的完整性，进而影响到岩层的渗透率，支撑剂的粒径小，进入岩层后建立的缝网间隙小，岩层的渗透率低。
发明内容
本发明旨在提供一种支撑剂，可提高岩层的渗透率，支撑剂抗压强度高，破损率低。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明公开的支撑剂，包括支撑剂本体，所述支撑剂本体中空，所述支撑剂本体由形状记忆材料制成，所述支撑剂本体在初始状态时的体积大于所述支撑剂本体在固定状态时的体积，所述支撑剂本体在固定状态时，其外壁为球面，其内壁为凹凸状。
本发明的有益效果是：支撑剂对于密度有要求，低密度支撑剂要求密度小于1.65g/cm3，中密度支撑剂要求密度在1.65g/cm3和1.80g/cm3之间，对于钻探10000英尺或更深的井，支撑剂需要经受10kpsi或更高压力以有效支撑由水力压裂过程产生的断裂，大部分高强度材料密度均在3g/cm3以上，高强度、低密度的材料选择有限，价格昂贵且制造工艺复杂，支撑剂本体中空设计有利于降低选用高强度高密度材料制成的支撑剂的整体密度，支撑剂本体由形状记忆材料制成，进入岩层后恢复初始状态，体积膨胀，挤压岩层，建立油气流出的缝网，支撑剂本体体积越大，建立的缝网间的间隙越大，利于提高渗透率，高强度材料制成的支撑剂本体恢复初始状态后，进一步对岩层进行破碎，从而建立更为复杂的缝网，进一步提高渗透率，所述支撑剂本体在固定状态时，其外壁为球面，利于在井内输送过程中减小摩擦，所述支撑剂本体在固定状态时，其内壁为凹凸状，当支撑剂本体恢复到初始状态时，支撑剂本体内壁凸起部分填充因体积膨胀留下的间隙，支撑剂本体强度不会因体积变大而降低，可根据井深等具体情况选择支撑剂本体材料、粒经及密度等，此种结构适用各种选择。
进一步的，所述支撑剂本体在初始状态时，其内壁为球面。
采用上述进一步方案的有益效果是：内壁为球面利于应力分散，支撑剂本体压裂时强度高，支撑剂本体破损率低。
进一步的，所述支撑剂本体在初始状态时，其外壁为球面或者椭球面或者不规则的凸弧面。
采用上述进一步方案的有益效果是：支撑剂本体在岩层构建缝网时，利于缝网间间隙的形成，形状记忆材料改变形状容易。
进一步的，所述形状记忆材料为形状记忆合金或者形状记忆聚合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：材料成熟、易得，形状记忆合金强度高，可通过支撑剂本体进入岩层前后的温度差触发形变；形状记忆聚合物制造、编程方便。
进一步的，所述形状记忆材料为热致型形状记忆聚合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：可通过支撑剂本体进入岩层前后的温度差触发形变。
进一步的，所述记忆材料为单程形状记忆材料。
采用上述进一步方案的有益效果是：防止支撑剂本体进入岩层膨胀后，因岩层温度降低导致支撑剂本体体积变小，支撑剂本体松动，支撑裂隙因应力释放而闭合，影响油气渗出。
进一步的，所述支撑剂本体在固定状态时，其内壁为褶皱状。
采用上述进一步方案的有益效果是：支撑剂本体恢复初始状态时，内壁的褶皱可填充满支撑剂本体内部因膨胀空出的空间，恢复初始状态后，强度高；支撑剂本体为固定状态时，可压缩至更小的体积，便于将固定状态的支撑剂本体压入岩层。
进一步的，所述支撑剂本体在固定状态时，其内壁的凸起部分为半球型，所述凸起部分有多个，多个所述凸起部分在所述支撑剂本体的内壁均匀分布。
采用上述进一步方案的有益效果是：支撑剂本体恢复初始状态时，各半球型的凸起便于填充满支撑剂本体内部因膨胀空出的空间，恢复初始状态后，强度高。
本发明公开一种压裂液，包括上述的支撑剂本体。
本发明的有益效果是：提高岩层的渗透率，支撑剂本体抗压强度高，破损率低。
本发明公开一种油气岩层的压裂方法，将多个上述的支撑剂本体压入岩层裂隙中，所述支撑剂本体进入岩层裂隙中后体积膨胀，压裂岩层。
本发明的有益效果是：提高岩层的渗透率，支撑剂本体抗压强度高，破损率低。
附图说明
图1为实施例一在固定状态时竖直平分面的截面图；
图2为实施例二在固定状态时竖直平分面的截面图；
图3为本发明在初始状态时竖直平分面的截面图；
图4为本发明在岩层裂隙中时的示意图
图中：1-外壁、2-内壁、3-支撑剂本体、4-岩层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
实施例一，如图1、图3所示，本发明公开的支撑剂，包括支撑剂本体3，支撑剂本体3中空，支撑剂本体3由形状记忆材料制成，支撑剂本体3在初始状态时的体积大于支撑剂本体3在固定状态时的体积。
支撑剂本体3在固定状态时，其外壁1为球面，其内壁2为凹凸状，其内壁2的凸起部分为半球型，凸起部分有多个，多个凸起部分在支撑剂本体3的内壁2均匀分布；。
支撑剂本体3在初始状态时，其外壁1为球面或者椭球面或者不规则的凸弧面，优选为球面，其内壁2为球面或者椭球面或者不规则的凹弧面，优选为球面。
支撑剂本体3在固定状态和初始状态时的形状，由支撑剂本体3在使用形状记忆材料编程生产时确定，初始状态时，支撑剂本体3体积大，在形成固定状态的过程中，支撑剂本体3体积变小，支撑剂本体3的内壁在外侧压力的挤压下向内凸起，形成凹凸状。
形状记忆材料为形状记忆合金或者形状记忆聚合物。
形状记忆合金可为:Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
形状记忆聚合物可为：聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等高分子材料等。因井底温度高，深井内黑暗，光线不足，井下电气设备无法使用，所以优选为热致型形状记忆聚合物。
支撑剂本体3可以由一种或者多种形状记忆合金制成。
支撑剂本体3可以由一种或者多种形状记忆聚合物制成。
支撑剂本体3可以由多种形状记忆合金和形状记忆聚合物制成。
记忆材料优选为具有单程记忆效用的单程形状记忆材料。
支撑剂本体3可选用易得、经济的高强度材质，可通过调节支撑剂本体3的粒径和内空体积来调整支撑剂本体3的密度，根据实际需要确定支撑剂本体3体积。
实施例二，如图2所示，支撑剂本体3在固定状态时，其内壁2为褶皱状，其余结构与实施例一相同。
本发明公开一种压裂液，包括上述的支撑剂本体3。
如图4所示，本发明公开一种油气岩层的压裂方法，将多个上述的支撑剂本体3压入岩层4裂隙中，所述支撑剂本体3进入岩层4裂隙中后体积膨胀，压裂岩层4。
在上述支撑剂本体3的编程生产过程中，其形状记忆改变温度TG根据井底岩层4温度来设计，井深不同，设定的TG不同，TG的取值范围在30℃-150℃之间，通过泵将含有上述支撑剂本体3的压裂液从井筒中泵入，压裂液温度低于TG，由于压裂液的冷却，支撑剂本体3在压裂液中保持固定状态，井筒前端由桥塞封堵，井筒侧壁开有供井筒中的支撑剂本体3进入岩层4的通孔，带有上述支撑剂本体3的压裂液到达通孔处后，支撑剂本体3通过通孔被压裂进入岩层4的裂隙中，压裂完成后，压裂液流出岩层4裂隙，岩层4裂隙中温度恢复，此时岩层4裂隙中的温度大于TG，支撑剂本体3在此温度的激发下，从固定状态恢复到初始状态，体积膨胀，支撑剂本体3体积越大，岩层4裂隙中支撑剂本体3构建成的缝网间隙越大，岩层4渗透率高，支撑剂本体3在膨胀过程中，可对岩层4裂隙进一步破碎，可建立更加复杂的缝网，进一步提高岩层4渗透率。支撑剂本体3在恢复初始状态的过程中，内壁2的凸起逐渐变平，内壁2的凸起填充支撑剂本体3内因膨胀空出的部分，支撑剂本体3不会因体积变大而厚度变薄，导致强度变低，优选的支撑剂本体3在初始状态时，内壁2和外壁1均为球面，外壁1为球面使各个支撑剂本体3之间的间隙大，内部为球面使支撑剂本体3所受的应力分散，增大支撑剂本体3强度，支撑剂本体3选用具有单程记忆效用的单程形状记忆材料，支撑剂本体3进入岩层4裂隙膨胀后不再变化，防止岩层4温度降低支撑剂本体3缩小，油气的导流能力降低。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种支撑剂，其特征在于：包括支撑剂本体(3)，所述支撑剂本体(3)中空，所述支撑剂本体(3)由形状记忆材料制成，所述支撑剂本体(3)在初始状态时的体积大于所述支撑剂本体(3)在固定状态时的体积，所述支撑剂本体(3)在固定状态时，其外壁(1)为球面，其内壁(2)为凹凸状。
2.根据权利要求2所述的支撑剂，其特征在于：所述支撑剂本体(3)在初始状态时，其内壁(2)为球面。
3.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：所述支撑剂本体(3)在初始状态时，其外壁(1)为球面或者椭球面或者不规则的凸弧面。
4.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：所述形状记忆材料为形状记忆合金或者形状记忆聚合物。
5.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：所述形状记忆材料为热致型形状记忆聚合物。
6.根据权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：所述记忆材料为单程形状记忆材料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的支撑剂，其特征在于：所述支撑剂本体(3)在固定状态时，其内壁(2)为褶皱状。
8.根据权利要求1-6任一项所述的支撑剂，其特征在于：所述支撑剂本体(3)在固定状态时，其内壁(2)的凸起部分为半球型，所述凸起部分有多个，多个所述凸起部分在所述支撑剂本体(3)的内壁(2)均匀分布。
9.一种压裂液，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的支撑剂本体(3)。
10.一种油气岩层的压裂方法，其特征在于：将多个如权利要求1-8任一项所述的支撑剂本体(3)压入岩层(4)裂隙中，所述支撑剂本体(3)进入岩层(4)裂隙中后体积膨胀，压裂岩层(4)。
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