支撑剂的铺设方法与流程

1.本发明涉及油气开发技术领域，具体而言，涉及一种支撑剂的铺设方法。


背景技术：

2.随着国民经济对能源需求的日益增加，水力压裂作为油气田增储上产与有效开发的重要措施和主要方法。支撑剂是水力压裂的关键性主要材料之一，直接决定油气井产量和生产寿命，也极大影响施工成本和经济效益。
3.低成本、高性能(由导流能力、破碎率等性能指标体现)始终是支撑剂研究与应用的发展方向和必然趋势，也一直是油气资源开发的突出矛盾之一。为适应于不同储层和井深水力压裂的需要，国内外一直致力于支撑剂的研究与应用，现有材料主要是石英砂、陶粒、树脂及包层砂。
4.选择支撑剂的主要原则是满足优化裂缝长度和导流能力分布的要求，即在既定的裂缝闭合压力下，支撑剂必须能够提供优化裂缝长度下所要求的导流能力；同时，成本也是必须考虑的重要因素。根据实际情况，选择支撑剂的具体标准完全不相同，通常情况下分为三种：1)闭合压力较低，小于40mpa时选择石英砂；2)闭合压力较高，大于60mpa时，选择陶粒；3)闭合压力中等，在40mpa～60mpa之间时，缺乏适应于中等闭合压力的低成本支撑剂，只能不计成本地选择陶粒。这种中等闭合压力的问题普遍存在于国内外各个油气田，极大影响施工成本、经济效益和可持续发展。
5.上述的导流能力可参照以下的文献记载的相关内容：
6.[1]mcguire w j,sikora v j.the effect of vertical fractures on well productivity(垂直缝对油井产能的影响)[j].journal of petroleum technology(石油技术),1960,12(10):401-403.
[0007]
[2]cinco-ley h,samaniego f,dominguez n.transient pressure behavior for a well with a finite-conductivity vertical fracture(有限导流垂直裂缝井的瞬时压力特性)[j].society of petroleum engineers journal(石油工程师学会),1978,18(8):253-264.
[0008]
[3]cinco-ley h,samaniego f.transient pressure analysis for fractured wells(压裂井的瞬时压裂分析)[j].journal of petroleum technology(石油技术),1981,33(9):1749-1766.
[0009]
[4]elbel j l.considerations for optimum fracture geometry design(裂缝几何参数设计)[j].spe production engineering(spe生产工程),1988,3(3):323-327.
[0010]
在相关技术中，为适应于不同储层、不同井深水力压裂的需要，国内外开发了多种类型的支撑剂，主要包括石英砂、陶粒、覆膜砂和低密度支撑剂等。其中，常用的是石英砂和陶粒。石英砂是低成本，大约成本在1000元/方左右、低性能的支撑剂；陶粒是高成本，大约成本最低为4000元/方左右的低密低强陶粒，而高密高强陶粒成本达10000元/方以上、高性能的支撑剂的成本较高密高强陶粒更高。
[0011]
上述的多种类型的支撑剂可参照以下的文献记载的相关内容：
[0012]
[1]埃克诺米德斯著,张保平.油藏增产措施(第三版)[m].石油工业出版社,2002.
[0013]
[2]俞绍诚.水力压裂技术手册[m].石油工业出版社,2010.6.
[0014]
上述的常规水力压裂支撑剂：根据实际情况，选择支撑剂的具体标准不完全相同，通常为：1)闭合压力较低(小于40mpa)时，选择性能较差，价格较低的石英砂；2)闭合压力较高(大于60mpa)时，选择性能较高，价格较高的陶粒；3)闭合压力中等(40mpa～60mpa)时，缺乏适应于中等闭合压力的低成本支撑剂，为了能够满足裂缝的导流能力，石英砂的性能完全无法满足需求，只能选择陶粒，使得施工成本大大增加。
[0015]
在相关技术中，尾追型支撑剂：该方案是将两种或者多种不同类型的支撑剂按照一定的比例，在水力压裂施工时先泵入小粒径支撑剂，使得小粒径支撑剂位于缝端位置，起到支撑为裂缝的作用；然后尾追大粒径支撑剂，使得大粒径支撑剂支撑缝口，上述的缝端位于整条裂缝的缝端位置，缝口位于整条裂缝的开口处。
[0016]
在上述的尾追型支撑剂中存在以下方面的问题：
[0017]
1)小粒径石英砂(缝端)+大粒径陶粒(缝口)
[0018]
在裂缝的缝端地带有一些特点：例如裂缝宽度小，支撑剂的粒径要足够小；裂缝闭合压力大，要求支撑剂的性能必须高。石英砂的特点就是性能差，价格低。在裂缝前段注入小粒径石英砂会直接导致裂缝的导流能力大幅度降低，甚至直接导致水力压裂施工的失败。该小粒径石英砂(缝端)+大粒径陶粒(缝口)可参照作者为王雷在《钻采工艺》2012年第35期第2卷公开的《不同类型支撑剂组合导流能力实验研究》文章中所记载相关内容。
[0019]
2)小粒径陶粒(缝端)+大粒径陶粒(缝口)
[0020]
该施工方案可以满足裂缝的导流能力需求，但是该方案的全部使用陶粒，使得施工成本比较高。该小粒径陶粒(缝端)+大粒径陶粒(缝口)可参照作者为王雷在《天然气工业》2005年第25期第9卷64页至66页公开的《复合压裂不同粒径支撑剂组合长期导流能力实验研究》文章中所记载相关内容。


技术实现要素：

[0021]
本发明的主要目的在于提供一种支撑剂的铺设方法，以解决相关技术中水力压裂施工成本较高的问题。
[0022]
为了实现上述目的，本发明提供了一种支撑剂的铺设方法，用于水力压裂所形成的裂缝中，裂缝所在的压力在40mpa至60mpa之间，支撑剂的铺设方法包括以下步骤：将裂缝由缝端至缝口依次分成第一区、第二区和第三区；使第一区空置；在第二区内铺设陶粒；在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物。
[0023]
进一步地，第一区的长度占裂缝总长度的10％至20％，第二区的长度占裂缝总长度的10％至20％。
[0024]
进一步地，第一区的长度占裂缝总长度的12％至18％，第二区的长度占裂缝总长度的12％至18％，第二区的体积占支撑剂总体积的10％。
[0025]
进一步地，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积的80％至90％，第三区的长度占裂缝总长度的65％至75％。
[0026]
进一步地，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积
的90％，第三区的长度占裂缝总长度的67％至73％。
[0027]
进一步地，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积的90％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。
[0028]
进一步地，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，裂缝还包括位于第三区的靠近缝口处的第四区及位于第四区的靠近缝口处的第五区，第三区的体积占支撑剂总体积的30％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1，第四区的体积占支撑剂总体积的40％，第四区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为2:1，第五区的体积占支撑剂总体积的20％，第五区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。
[0029]
进一步地，第一区的长度占裂缝总长度的15％，第二区的长度占裂缝总长度的15％，第三区的长度占裂缝总长度的25％，第四区的长度占裂缝总长度的30％，第五区的长度占裂缝总长度的15％。
[0030]
进一步地，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，裂缝还包括位于第三区的靠近缝口处的第四区、位于第四区的靠近缝口处的第五区及位于第五区的靠近缝口处的第六区，第三区的体积占支撑剂总体积的30％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1，第四区的体积占支撑剂总体积的20％，第四区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为2:1，第五区的体积占支撑剂总体积的10％，第五区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为3:1，第六区的体积占支撑剂总体积的20％，第六区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。
[0031]
进一步地，第一区的长度占裂缝总长度的15％，第二区的长度占裂缝总长度的15％，第三区的长度占裂缝总长度的25％，第四区的长度占裂缝总长度的20％，第五区的长度占裂缝总长度的10％，第六区的长度占裂缝总长度的15％。
[0032]
应用本发明的技术方案，支撑剂的铺设方法用于水力压裂所形成的裂缝中。裂缝所在的压力在40mpa至60mpa之间。支撑剂的铺设方法包括以下步骤：将裂缝由缝端至缝口依次分成第一区、第二区和第三区；使第一区空置；在第二区内铺设陶粒；在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物。这样，在第二区内的陶粒能够保证支撑剂支撑性能，同时在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物，能够降低相关技术中的仅使用陶粒铺设的情况产生的较高的施工成本。本申请的支撑剂的铺设方法能够将不同类型、不同规格(强度、密度、粒径)的支撑剂按照不同的比例进行混合，发挥高强度陶粒支撑受力、低强度石英砂充填导流的各自优势，依据不同储层的个性化特征及其需求，形成精细化的支撑剂优化组合，达到油气层经济有效增产的目的。因此本申请的技术方案有效地解决了相关技术中水力压裂施工成本较高的问题。
附图说明
[0033]
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0034]
图1示出了根据本发明的支撑剂的铺设方法的实施例一的示意图；
[0035]
图2示出了根据本发明的支撑剂的铺设方法的实施例二的示意图；以及
[0036]
图3示出了根据本发明的支撑剂的铺设方法的实施例三的示意图。
具体实施方式
[0037]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
[0038]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0040]
如图1所示，实施例一的支撑剂的铺设方法，用于水力压裂所形成的裂缝中，裂缝所在的压力在40mpa至60mpa之间，支撑剂的铺设方法包括以下步骤：将裂缝由缝端至缝口依次分成第一区、第二区和第三区；使第一区空置；在第二区内铺设陶粒；在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物。
[0041]
应用实施例一的技术方案，支撑剂的铺设方法包括以下步骤：将裂缝由缝端至缝口依次分成第一区、第二区和第三区；使第一区空置；在第二区内铺设陶粒；在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物。这样，在第二区内的陶粒能够保证支撑剂支撑性能，同时在第三区内铺设陶粒和石英砂的混合物，能够降低相关技术中的仅使用陶粒铺设的情况产生的较高的施工成本。实施例一的支撑剂的铺设方法能够将不同类型、不同规格(强度、密度、粒径)的支撑剂按照不同的比例进行混合，发挥高强度陶粒支撑受力、低强度石英砂充填导流的各自优势，依据不同储层的个性化特征及其需求，形成精细化的支撑剂优化组合，达到油气层经济有效增产的目的。因此本实施例一的技术方案有效地解决了相关技术中水力压裂施工成本较高的问题。
[0042]
需要说明的是，上述的“空置”是指在水力压裂施工时，在前置液阶段，纯压裂液开启裂缝，然后在携砂液阶段，压裂液携带支撑剂进入裂缝，在裂缝的尖端地带(第一区)，由于裂缝宽度小，支撑剂无法进入尖端地带(第一区)，使得尖端地带为纯压裂液区。第一区内不铺设支撑剂，铺设支撑剂时从第二区开始。且第一区内为纯液区。
[0043]
如图1所示，在实施例一中，第一区的长度占裂缝总长度的10％至20％，第二区的长度占裂缝总长度的10％至20％。这样，第二区内的陶粒能够支撑更多的天数，同时第一区的长度越长比能够保证裂缝缝端部分的油气的产量，使得稳定地产油气的天数越多。
[0044]
如图1所示，在实施例一中，第一区的长度占裂缝总长度的12％至18％，第二区的
长度占裂缝总长度的12％至18％，第二区的体积占支撑剂总体积的10％。这样，第二区内的陶粒能够支撑更多的天数，同时第一区的长度越长比能够保证裂缝缝端部分的油气的产量，使得稳定地产油气的天数越多，同时能够有效地兼顾减低成产成本。
[0045]
如图1所示，在实施例一中，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积的80％至90％，第三区的长度占裂缝总长度的65％至75％。这样，第三区内铺设的混合物一方面能够根据经典的mcguire曲线、cinco准则等，使得支撑剂支撑裂缝的导流能力达到20μm2·
cm以上，另一方面能够保证支撑剂支撑裂缝导流的前提下，降低施工成本。
[0046]
如图1所示，在实施例一中，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积的90％，第三区的长度占裂缝总长度的67％至73％。优选为第三区的长度占裂缝总长度的70％。这样，第三区内铺设的混合物一方面能够根据经典的mcguire曲线、cinco准则等，使得支撑剂支撑裂缝的导流能力达到20μm2·
cm以上，进一步地兼顾了另一方面能够保证支撑剂支撑裂缝导流的前提下，降低施工成本。
[0047]
如图1所示，在实施例一中，第二区的体积占支撑剂总体积的10％，第三区的体积占支撑剂总体积的90％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。这样，上述的配比比例能够保证支撑剂具有更稳定的支撑性能的前提下，降低施工成本。
[0048]
如图2所示，第二区的体积占支撑剂总体积的10％。在本申请提供的支撑剂的铺设方法的实施例二中，与实施例一的区别在于裂缝还包括位于第三区的靠近缝口处的第四区及位于第四区的靠近缝口处的第五区。在实施例二中，第三区的体积占支撑剂总体积的30％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1，第四区的体积占支撑剂总体积的40％，第四区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为2:1，第五区的体积占支撑剂总体积的20％，第五区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。这样，在满足裂缝导流能力需求的同时，上述的第三区、第四区及第五区的配比比例，能够有效地延长产油气的天数。
[0049]
如图2所示，在实施例二中，第一区的长度占裂缝总长度的15％，第二区的长度占裂缝总长度的15％，第三区的长度占裂缝总长度的25％，第四区的长度占裂缝总长度的30％，第五区的长度占裂缝总长度的15％。这样，在满足裂缝导流能力需求的同时，上述的第三区、第四区及第五区的配比比例，能够充分地实现降低施工成本的目的。
[0050]
具体地，在实施例二的支撑剂的铺设方法如下：
[0051]
1)在裂缝的第一区，约占裂缝总长度的15％，裂缝宽度约小于1mm。由于裂缝宽度较很小，支撑剂中的较大的陶粒进不去，而支撑剂中的较小的陶粒卡在裂缝的第二区中，支撑剂中颗粒通常无法达到该区域，即为纯液区。
[0052]
2)在裂缝的第二区，约占裂缝总长度的15％，裂缝宽度约为1.5mm，支撑剂铺设浓度约为2.5kg/m2。
[0053]
3)在裂缝的第三区，约占裂缝总长度的25％，裂缝宽度约为3mm，支撑剂铺设浓度约为5kg/m2。
[0054]
4)在裂缝的第四区，约占裂缝总长度的30％，裂缝宽度约为6mm，支撑剂铺设浓度约为10kg/m2。
[0055]
5)在裂缝的第五区，约占裂缝总长度的15％，裂缝的宽度约9mm，支撑剂铺设浓度
约为15kg/m2。
[0056]
进一步地，在实施例二的支撑剂的铺设方法如下：
[0057]
1)在水力压裂施工的携砂液阶段，第一步，先加入占总体积10％的小陶粒(30/50目)，铺设到裂缝的缝端地带第二区，并尽可能的铺向第一区。在裂缝的缝端地带，裂缝宽度小，且闭合压力大。先注入小陶粒是为了使陶粒尽可能的达到裂缝的缝端地带，并有效支撑裂缝的缝端。该阶段最小裂缝导流能力约为25μm2·
cm。
[0058]
2)第二步，再加入占总体积30％的混合物(20/40目的石英砂与20/40目的陶粒按照1:1的体积比)，此阶段主要在裂缝的第四区，裂缝宽度约为3mm，支撑剂铺设浓度达到5kg/m2左右，此时支撑剂支撑的裂缝导流能够满足实际需求。该阶段最小裂缝导流能力约为23μm2·
cm。
[0059]
3)第三步，再加入占总体积40％的混合物(20/40目的石英砂与20/40目的陶粒按照2:1的体积比)，此阶段主要在裂缝的第四区，该阶段裂缝宽度大(约为6mm)，支撑剂铺设浓度高(约为10kg/m2)。因此，可以增加石英砂的体积量，减少陶粒的体积量，以进一步降低支撑剂成本。此时支撑剂支撑的裂缝导流能够满足实际需求。该阶段最小裂缝导流能力约为25μm2·
cm。
[0060]
4)第四步，继续加入占总体积20％的混合物(20/40目石英砂与20/40目陶粒按照1:1的体积比)，此阶段在缝口地带的第五区，该区域的裂缝宽度最大(约为9mm)，支撑剂铺设浓度最高(约为15kg/m2)。此阶段加入的混合物中，比第三步中降低了石英砂体积，提高了陶粒的体积，为了应对缝口地带的压力不稳定，并保证裂缝具有足够高的导流能力。该阶段最小裂缝导流能力为50μm2·
cm。
[0061]
5)根据水力压裂施工设计，按要求完成所有的水力压裂任务。
[0062]
如图3所示，第二区的体积占支撑剂总体积的10％。在本申请提供的支撑剂的铺设方法的实施例三中，与实施例一的区别在于裂缝还包括位于第三区的靠近缝口处的第四区、位于第四区的靠近缝口处的第五区及位于第五区的靠近缝口处的第六区。在实施例三中，第三区的体积占支撑剂总体积的30％，第三区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1，第四区的体积占支撑剂总体积的20％，第四区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为2:1，第五区的体积占支撑剂总体积的10％，第五区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为3:1，第六区的体积占支撑剂总体积的20％，第六区内的陶粒的体积量和石英砂的体积量配比为1:1。这样，在满足裂缝导流能力需求的同时，上述的第三区、第四区、第五区及第六区的配比比例，能够有效地延长产油气的天数。
[0063]
如图3所示，在实施例三中，第一区的长度占裂缝总长度的15％，第二区的长度占裂缝总长度的15％，第三区的长度占裂缝总长度的25％，第四区的长度占裂缝总长度的20％，第五区的长度占裂缝总长度的10％，第六区的长度占裂缝总长度的15％。这样，在满足裂缝导流能力需求的同时，上述的第三区、第四区、第五区及第六区的配比比例，能够充分地实现降低施工成本的目的。
[0064]
因此，本申请的支撑剂的铺设方法的技术方案能够适应于储层闭合压力在40mpa～60mpa之间时的各种地质条件。支撑剂的铺设方法不仅能够保证裂缝的导流能力，同时还可以大大减低了支撑剂成本。假设按照水力压裂施工使用支撑剂总体积为n方进行计算，施工过程使用本申请的支撑剂中的混合物，则花费成本约2450
×
n元；施工过程全部使用陶
粒，则需要4000
×
n元。上述的n为正数。因此本申请的支撑剂中的混合物比全程使用陶粒的成本降低了38.75％，大大降低了施工成本。
[0065]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0066]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0067]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0068]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。