CN114891491B - 一种覆膜固体酸暂憋剂制备及其对应的暂堵造分支缝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆膜固体酸暂憋剂制备及其对应的暂堵造分支缝方法，涉及石油天然气工程技术领域。包括以下步骤：S10、制备不同粒径的固体酸，所述粒径N粒径范围为N、2.5N及5N；S20、配置海藻酸钠溶液；S30、将S10所述固体酸与所述海藻酸钠溶液混合均匀得到海藻酸钠固体酸混合物，将所述海藻酸钠固体酸混合物分组，静置，海藻酸钠溶液变为海藻酸钠膜包覆在固体酸外侧得到海藻酸钠固体酸膜；S40、将所述海藻酸钠固体酸膜放入氯化钙溶液中，固化；S50、将固化后的海藻酸钠固体酸膜放入烘箱烘干，得到覆膜固体酸暂憋剂。本发明配置的覆膜固体酸暂憋剂，相比于常规暂堵剂，不需要添加降解材料进行解堵，酸溶于水，解堵快，固体酸能溶解形成酸液，解除暂憋。

Description

一种覆膜固体酸暂憋剂制备及其对应的暂堵造分支缝方法

技术领域

本发明涉及石油天然气工程领域，具体涉及一种覆膜固体酸暂憋剂制备及其对应的暂堵造分支缝方法。

背景技术

随着社会日新月异的发展，人们对油气资源的需求与我国油气田开发的产量之间的矛盾愈加明显。水力压裂是开采油气资源的主要形式，为进一步提高油气井产量，转向压裂可以通过封堵老缝，改变压力方向，制造新的裂缝及缝网，达到增产的作用。在转向压裂中，暂堵剂起着至关重要的作用。现有的暂堵剂基本上都达到了承压强度和封堵性能好的特点，降解方面大多需要借助外力，通过加酸等方式。温控型暂堵剂是现如今研究的一大热门，温度是暂堵剂降解快慢的主要原因。在低温下，传统材料降解时间过长，会增加施工时间，耗费更多人力物力。地层温度并不能刚好达到材料降解的最佳温度，该类型暂堵剂仍未达到快速降解的目的。

暂堵剂在主缝中形成的封堵段不能快速解堵是主缝与纵向裂缝不能同时进行压裂的主要原因，制备快速暂憋-解憋的暂憋剂是改变原本转向压裂方式及提高压裂效率的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种覆膜固体酸暂憋剂制备及其对应的暂堵造分支缝方法，本发明提供如下技术方案：一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，包括以下步骤：

S10、制备不同粒径的固体酸，所述粒径N粒径范围为N、2.5N及5N；

S20、配置海藻酸钠溶液；

S30、将S10所述固体酸与所述海藻酸钠溶液混合均匀得到海藻酸钠固体酸混合物，将所述海藻酸钠固体酸混合物分组，静置，优选时间为10-20min，海藻酸钠溶液变为海藻酸钠膜包覆在固体酸外侧得到海藻酸钠固体酸膜；

固体酸不会溶于海藻酸钠溶液中，海藻酸钠溶液需要完全浸没固体酸。

S40、将所述海藻酸钠固体酸膜放入氯化钙溶液中，固化；

S50、将固化后的海藻酸钠固体酸膜放入烘箱烘干，得到覆膜固体酸暂憋剂。

海藻酸钠固体酸膜放入氯化钙溶液中，不属于溶液配置，能浸没表面覆盖海藻酸钠膜的固体酸即可。

烘箱条件优选的70℃，3-6h。

优选的，所述固体酸原料由ZrOCl₂·8H₂O、TiCl₄、氨水以及硫酸制备。

优选的，所述所述固体酸制备方法包括：

S11、将ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄按照1：1-2的质量比均匀溶于蒸馏水中，得到ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液，将所述ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液烧杯放于超声波震荡器中震荡；优选时间为30-60min。

S12、在所述ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液中加入氨水，调整PH值，所述PH值为9-10；

S13、将S12产物在常温放置8-15h，过滤，得到固体，放入干燥箱干燥10-14h，得到固体；

S14、将S13所述固体通过滤网研磨得到固定粒径固体；

S15、将S13放入硫酸溶液浸泡，抽滤，将抽滤后产物放置马弗炉烘焙，取出冷却至室温，得到固体酸。

优选的，所述硫酸溶液浓度0.2-1mol·L^-1，所述马弗炉温度为400-600℃，烘焙时间为3-6h。

优选的，所述ZrOCl₂·8H₂O、TiCl₄与蒸馏水按照1：1-2：50质量比混合。

优选的，所述海藻酸钠溶液质量浓度为3％-10％，所述氯化钙溶液浓度为3％-8％，所述固化时间为5-15min。

优选的，所述每组海藻酸钠固体酸混合物包含固体酸数量3-5个。

优选的，所述粒径N为8，粒径范围为8目、20目以及40目。

根据上述任一一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法制备的覆膜固体酸暂憋剂，所述覆膜固体酸暂憋剂包括外膜和固体酸。

为优化暂堵剂的降解性能，利用固体酸能在液体中快速溶解的特点，实现快速解堵的目的。利用固体酸作为暂憋剂，还能够溶蚀孔壁和裂缝表面，增大孔径和扩大裂缝，提高地层渗流能力，达到了酸压的效果。

根据上述任一一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法制备的覆膜固体酸暂憋剂的暂堵造分支缝方法，包括：

S60、暂憋造缝：将所述覆膜固体酸暂憋剂加入前置液中，加压，所述覆膜固体酸暂憋剂中膜溶解，所述固体酸暴露，所述固体酸到达主裂缝内堆积形成暂憋段，持续注入前置液，压力转向裂缝两侧，形成纵向的分支缝；

前置液是压裂液的一种，是石油工程领域水力压裂技术的专用技术词。前置液的配制在各油田施工中会有区别。

在压裂过程中，暂憋剂的投加时机参照施工压力曲线，当套压稳定在20Mpa时，地层中主缝正在形成，将暂憋剂以3-5m³/min的排量加入，混入前置液中送入主缝，当套压以0.5Mpa/s的速度上升时，暂憋剂已在主缝端部形成暂憋段并开始憋压造缝。当套压达到50Mpa不变时，分支缝已经压裂完毕，不增大压力的情况下，无法再继续扩大。当套压开始以1Mpa/s的速度下降时，暂憋剂形成的暂憋段开始解除暂憋，固体酸正在溶解，主缝继续扩展。当套压降到20Mpa不变时，继续第二轮暂憋剂投加，造第二轮分支缝。按如此步骤重复，直至达到施工目的。(压裂数据仅供参考)

解除暂憋过程根据施工压力曲线判断，暂憋造缝过程也是根据施工压力曲线判断。结束时机以实际用量为准。

投加量：暂憋剂的投加量根据地层实际情况进行投加，运用数学公式，保证即达到有效暂憋的效果，又不浪费暂憋剂，节约生产成本的目的。

Q_n＝L·W·H·【1/η₁+(n-1)·η₂】

Q_n-暂憋剂投加量，m³；L-预设暂憋段封堵裂缝长度，m；W-暂憋段裂缝宽度，m；H-暂憋段裂缝高度，m；η₁-实际暂憋剂用量形成暂憋段成功率，80％～90％；η₂-暂憋剂经过分支缝的损失率，10～20％；n-形成第n次暂憋段。

S70、解除暂憋：所述固体酸封堵主裂缝端部，固体酸溶解于液体中，形成酸液，解除暂憋；

S80、重复所述步骤S60暂憋造缝及S70解除暂憋过程；

优选的，所述覆膜固体酸暂憋剂加入前置液的排量速度为2-8m³/min。

为减少转向压裂的工序，利用暂憋剂快速解堵的特点，达到主缝与分支缝同时压裂的目的，在减少工序的同时，减少施工时间与成本。

此外，覆膜固体酸暂憋剂在运移的过程中，随着液体的浸泡，外膜溶解，释放出固体酸，固体酸到达主裂缝内堆积形成暂憋段。由于固体酸属于刚性材料，区别于柔性材料，体积不易受外界条件影响发生改变。单一粒径的固体酸形成的暂憋段的粒间空隙较大，固体酸在制备过程中，通过不同粒径组合提高暂憋剂堆积密度，减小暂堵层空隙率，达到更好的封堵效果。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了具备以下有益效果：

1、本发明配置的覆膜固体酸暂憋剂，相比于常规暂堵剂，不需要添加降解材料进行解堵，酸溶于水，解堵时间快。

2、本发明配置的覆膜固体酸暂憋剂，相比于普通酸压，利用固体酸的固态性质，可以在主裂缝中完成封堵并憋压造分支缝。固体酸易溶解，能快速解除暂憋，继续扩展主缝。真正意义上实现主裂缝与分支裂缝同时压裂的目的，减少以往重复转向压裂的工序，降低压裂成本。

3、本发明配置的覆膜固体酸暂憋剂，固体酸能溶解形成酸液，解除暂憋。酸液挤入孔隙和裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁和裂缝表面，增大孔径和扩大裂缝，提高地层渗流能力。

附图说明

图1为一种覆膜固体酸暂憋剂结构示意图；

图2为暂堵转向压裂过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图1所示覆膜固体酸暂憋剂结构示意图，固体酸被膜包覆。

如图2所示为暂堵转向压裂过程，根据现场施工压力曲线，当套压稳定在具体数值时，地层中主缝正在形成，将暂憋剂以固定的排量加入混砂车的液罐，混入前置液中送入主缝，暂憋剂在主缝运移的过程中，膜逐渐溶解，当套压以一定的速度上升时，固体酸已在主缝端部形成暂憋段并开始憋压造缝。当套压达到预定值不变时，分支缝已经压裂完毕，不增大压力的情况下，无法再继续扩大。

3)当套压开始以预定的速度下降时，固体酸形成的暂憋段开始解除暂憋，固体酸正在溶解，主缝继续扩展。当套压降到固定压力值不变时，继续第二轮暂憋剂投加，造第二轮分支缝。按如此步骤2)～3)重复，直至造完所有轮分支缝。实施例一：

煤层气府谷保8井区，保8-3平台某井开采前需要进行二次压裂，其他各平台均需用水，造成用水紧张，按照常规水平井压裂方式，一天至多压完3-4段。针对此问题，采取本发明提供的压裂方法进行压裂施工，具体包括以下步骤。

步骤一：制备覆膜固体酸暂憋剂；

制备固体酸的具体实验步骤包括：

1)将ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄按照1：1.17的质量比均匀溶于蒸馏水中，倒入烧杯中，将烧杯放于超声波震荡器中震荡。

2)在混合液中加入质量浓度为25％的氨水，氨水的量取决于混合液的pH值，将pH值控制在9～10之间，直到混合液不再产生沉淀物。

3)将沉淀物与液体在常温下放置12h，过滤，取出固体，放入鼓风干燥箱干燥12h。

4)将取出的固体分成三份，每份质量一样。分别用8目、20目以及40目的滤网研磨，得到三种粒径的固体酸混合到一块，放入0.5mol·L^-1的硫酸溶液浸泡4h，抽滤。放入马弗炉500℃下烘培4h，取出冷却至室温，即得到固体酸。

制备外膜的具体实验步骤：

1)配置质量浓度为5％的海藻酸钠溶液，将8目、20目以及40目粒径的固体酸混合均匀，放入溶液，固体酸悬浮在溶液中，用玻璃棒将固体酸分组，保证每组的固体酸数量在3～5个，静置10min，固体酸表面包覆一层海藻酸钠膜，保证膜内的固体酸数量在3～5个。

2)配置质量浓度为5％的氯化钙溶液，将表面包裹海藻酸钠膜的固体酸放入氯化钙溶液中，固化5min后取出。

3)放在干燥箱中烘干，覆膜固体酸暂憋剂制作完成。

步骤二：暂堵转向压裂过程；

1)压裂施工前，检查各设施是否正常、暂憋剂是否覆膜完整，完成压裂地面流程的安装、试压等工作。

2)根据当时施工压力曲线，当套压稳定在22Mpa时，地层中主缝正在形成，将暂憋剂以3m³/min的排量加入混砂车的液罐，混入前置液中送入主缝，当套压以0.5Mpa/s的速度上升时，暂憋剂已在主缝端部形成暂憋段并开始憋压造缝。当套压达到50Mpa不变时，分支缝已经压裂完毕，不增大压力的情况下，无法再继续扩大。

3)当套压开始以1Mpa/s的速度下降时，暂憋剂形成的暂憋段开始解除暂憋，固体酸正在溶解，主缝继续扩展。当套压降到20Mpa不变时，继续第二轮暂憋剂投加，造第二轮分支缝。按如此步骤2)～3)重复，直至造完7轮分支缝。

裂缝实际参数为：缝高18.0m，缝宽8.4mm，预设暂憋段封堵裂缝长1m。根据数学公式，暂憋剂用量形成暂憋段成功率取80％，暂憋剂经过分支缝的损失率取20％。计算得到暂憋剂预用量为2.12m³，实际用量1.88m³。

实施例二：

长庆油田致密砂岩油气储层石盒子组，该区属于低孔低渗透砂岩气藏，此前通过常规水平井压裂方式进行体积改造，采收效果不太理想。针对此问题，采取本发明提供的压裂方法进行压裂施工，具体包括以下步骤。

步骤一：制备覆膜固体酸暂憋剂；

制备固体酸的具体实验步骤包括：

1)将ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄按照1：1.5的质量比均匀溶于蒸馏水中，倒入烧杯中，将烧杯放于超声波震荡器中震荡。

2)在混合液中加入质量浓度为25％的氨水，氨水的量取决于混合液的pH值，将pH值控制在10，直到混合液不再产生沉淀物。

3)将沉淀物与液体在常温下放置12h，过滤，取出固体，放入鼓风干燥箱干燥12h。

4)将取出的固体分成三份，每份质量一样。分别用8目、20目以及40目的滤网研磨，得到三种粒径的固体酸混合到一块，放入0.5mol·L^-1的硫酸溶液浸泡4h，抽滤。放入马弗炉500℃下烘培4h，取出冷却至室温，即得到固体酸。

制备外膜的具体实验步骤：

1)配置质量浓度为5％的海藻酸钠溶液，将8目、20目以及40目粒径的固体酸混合均匀，放入溶液，固体酸悬浮在溶液中，用玻璃棒将固体酸分组，保证每组的固体酸数量在3～5个，静置10min，固体酸表面包覆一层海藻酸钠膜，保证膜内的固体酸数量在3～5个。

2)配置质量浓度为5％的氯化钙溶液，将表面包裹海藻酸钠膜的固体酸放入氯化钙溶液中，固化5min后取出。

3)放在干燥箱中烘干，覆膜固体酸暂憋剂制作完成。

步骤二：暂堵转向压裂过程；

1)压裂施工前，检查各设施是否正常、暂憋剂是否覆膜完整，完成压裂地面流程的安装、试压等工作。

2)根据当时施工压力曲线，当套压稳定在27Mpa时，地层中主缝正在形成，将暂憋剂以3m³/min的排量加入混砂车的液罐，混入前置液中送入主缝，当套压以0.7Mpa/s的速度上升时，暂憋剂已在主缝端部形成暂憋段并开始憋压造缝。当套压达到55Mpa不变时，分支缝已经压裂完毕，不增大压力的情况下，无法再继续扩大。

3)当套压开始以1.2Mpa/s的速度下降时，暂憋剂形成的暂憋段开始解除暂憋，固体酸正在溶解，主缝继续扩展。当套压降到20Mpa不变时，继续第二轮暂憋剂投加，造第二轮分支缝。按如此步骤2)～3)重复，直至造完5轮分支缝。

裂缝实际参数为：缝高24.1m，缝宽1.45cm，预设暂憋段封堵裂缝长1m。预设暂憋段封堵裂缝长1m。根据数学公式，暂憋剂用量形成暂憋段成功率取80％，暂憋剂经过分支缝的损失率取20％。计算得到暂憋剂预用量为2.45m³，实际用量2.13m³。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、制备不同粒径的固体酸，所述粒径N粒径范围为N、2.5N及5N；N为目数；

所述固体酸由ZrOCl₂·8H₂O、TiCl₄、氨水以及硫酸制备；

所述固体酸制备方法包括：

S11、将ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄按照1：1-2的质量比均匀溶于蒸馏水中，得到ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液，将所述ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液烧杯放于超声波震荡器中震荡；

S12、在所述ZrOCl₂·8H₂O与TiCl₄溶液中加入氨水，调整pH值，所述pH值为9-10；

S13、将S12产物在常温放置8-15h，过滤，得到固体，放入干燥箱干燥10-14h，得到固体；

S14、将S13的产物通过滤网研磨得到固定粒径固体；

S15、将S14的固定粒径固体放入硫酸溶液浸泡，抽滤，将抽滤后产物放置马弗炉烘焙，取出冷却至室温，得到固体酸；

所述硫酸溶液浓度0.2-1mol·L^-1，所述马弗炉温度为400-600℃，烘焙时间为3-6h；

S20、配置海藻酸钠溶液；

S30、将S10所述固体酸与所述海藻酸钠溶液混合均匀得到海藻酸钠固体酸混合物，将所述海藻酸钠固体酸混合物分组，静置，海藻酸钠溶液变为海藻酸钠膜包覆在固体酸外侧得到海藻酸钠固体酸膜；

S40、将所述海藻酸钠固体酸膜放入氯化钙溶液中，固化；

S50、将固化后的海藻酸钠固体酸膜放入烘箱烘干，得到覆膜固体酸暂憋剂。

2.如权利要求1所述的一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，其特征在于，所述ZrOCl₂·8H₂O、TiCl₄与蒸馏水按照1：1-2：50质量比混合。

3.如权利要求1所述的一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液质量浓度为3％-10％，所述氯化钙溶液浓度为3％-8％，所述固化时间为5-15min。

4.如权利要求1所述的一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，其特征在于，每组海藻酸钠固体酸混合物包含固体酸数量3-5个。

5.如权利要求1所述的一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法，其特征在于，所述粒径N为8，粒径范围为8目、20目以及40目。

6.如权利要求1-5所述的任一一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法制备的覆膜固体酸暂憋剂，其特征在于，所述覆膜固体酸暂憋剂包括外膜和固体酸。

7.如权利要求1-6所述任一一种覆膜固体酸暂憋剂制备方法制备的覆膜固体酸暂憋剂的暂堵造分支缝方法，其特征在于，包括：

S60、暂憋造缝：将所述覆膜固体酸暂憋剂加入前置液中，加压，所述覆膜固体酸暂憋剂中膜溶解，所述固体酸暴露，所述固体酸到达主裂缝内堆积形成暂憋段，持续注入前置液，压力转向裂缝两侧，形成纵向的分支缝；

S70、解除暂憋：所述固体酸封堵主裂缝端部，固体酸溶解于前置液中，形成酸液，解除暂憋；

S80、重复所述步骤S60暂憋造缝及S70解除暂憋过程。

Images