用于水平井重复压裂的复合暂堵剂和暂堵方法与流程

本发明涉及石油天然气增产技术领域，具体涉及可用于水平井重复压裂的复合暂堵剂，以及一种水平井重复压裂中的暂堵方法。

背景技术：

目前油田水平井重复压裂用暂堵剂主要有水溶性颗粒暂堵剂和纤维型暂堵剂，除了在一些报道中颗粒暂堵剂与纤维型暂堵剂复合使用外，暂堵剂多为单一类型使用。

中国专利申请cn106150429a中提出一种页岩气多级压裂用暂堵剂及应用。该申请实施例的暂堵剂中可溶性纤维形成高密度的空间网络结构，有效地延长暂堵时间，达到代替桥塞的目的；封堵效果好，压裂、酸化后自动解堵，对储层无伤害。

中国专利申请cn105952430a中提出加入不同尺度暂堵剂实现近井筒和裂缝远端二级桥堵，实现致密油藏低产水平井分段体积压裂重复改造和能量补充。

中国专利申请cn105927197a中提出一种低渗透砂岩油藏老井暂堵体积压裂重复改造的增产方法，通过纤维材料使暂堵剂和大粒径支撑剂组合而不容易在裂缝中下沉。

中国专利申请cn105649593a中提出一种暂堵转向工作液，包括可降解暂堵剂、可降解纤维、等密度支撑剂和低粘携带液。通过采用多尺度可降解暂堵剂提高封堵效率、降低缝间液体的漏失量。施工结束后，暂堵转向工作液中的可降解暂堵剂和可降解纤维在井底温度的作用下完全降解，支撑剂则保留了近井筒的导流能力。该暂堵转向工作液适用于新井未压开射孔簇改造和老井的重复压裂改造，适用于水平井分段改造的各种工艺。

中国专利申请cn103725277a中提出一种纤维复合暂堵剂，在可溶性暂堵剂颗粒中加入了在一定条件下可溶解的纤维，纤维与暂堵剂颗粒按照一定的配比进行使用。由于可溶性纤维可以形成空间网络结构，这种结构将暂堵剂颗粒牢固的束缚成一个有机的整体，从而极大的提高了暂堵层的强度。该发明的暂堵剂具有封堵效果好、压裂、酸化后容易自动解堵、对储层的伤害小的优点，显著提高了施工成功率。

中国专利申请cn106351634a中提出了一种套管水平井多段重复压裂方法，该方法用于对包含多个段的水平井进行重复压裂。该方法包括：根据每一段的破胶要求，确定与每一段相对应的暂堵胶塞；向所述水平井中下可拖动封堵管柱；采用与每一段相对应的暂堵胶塞，对每一段中先前压裂施工后留下的老射孔孔眼依次进行封堵；对封堵后的水平井第一段进行重新定向射孔，并实施重复压裂施工；依次对水平井第二段至第m段中的每一段进行以下操作：下射孔桥塞联作管柱、坐封桥塞、重新定向射孔起出联作管柱、以及实施重复压裂施工，其中所述第一段是最远离井口的一段，所述第m段是最靠近井口的一段；以及实施压后钻除全部桥塞，完成钻除全部桥塞后暂堵胶塞破胶水化并返排出。

上述现有技术中多为使用单一的颗粒暂堵剂、不同尺寸大小的颗粒暂堵剂、液体胶塞、或者纤维与暂堵剂颗粒混合物来进行暂堵转向，这种暂堵剂和暂堵方法一般只适用于直井等封堵时间比较短的情况。有效封堵时间一般都在2-12h。随着时间的延长，暂堵剂会慢慢溶解或者降解，封堵强度逐渐减弱，甚至失效。

然而，对于水平井重复压裂，由于水平井分段改造的需要，作业时间都很长，一般需要3-10天，而溶解或降解时间在2-12h的上述暂堵剂无法满足水平井施工的要求。而且，如果出现施工不顺利，可能需要更长的时间处理井下事故，这样对暂堵剂封堵强度和封堵时间的要求就更高。而目前存在的情况是，长时间溶解的暂堵剂大多在一定温度下和短时间内呈刚性，而短时间内无法软化粘接形成具有承压效果的低渗封堵层。因此，需针对水平井重复压裂开发一种既长效又快速起效的暂堵剂及暂堵方法，这对于提高石油开发效率和采收率是急需的、具有重要意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水平井重复压裂用暂堵剂以及使用该暂堵剂的水平井重复压裂暂堵方法，在水平井重复压裂中实现长效暂堵和快速暂堵功效。

根据本发明提供的用于水平井重复压裂的复合暂堵剂，包括组分a和组分b，所述组分a选自聚酯聚合物中的至少一种，所述组分b选自丙烯酰胺类聚合物、聚甲基纤维和聚乙烯醇中的至少一种。

直井由于其自身长度相对较短且一般不需要对其进行多段压裂，故而对暂堵剂的性能要求与水平井有所不同。水平井井深较长，通常需要分多段进行压裂暂堵，故具有长效暂堵作用的暂堵剂对于水平井压裂而言是有利的。但是，在压裂施工中同时又需要暂堵剂起到快速暂堵的作用。而对于单独的一种暂堵剂而言，长效暂堵和快速暂堵通常是相互矛盾的。本发明通过选择两种合适的组分组合起来使用，使得组合得到的复合暂堵剂既能够产生快速暂堵的作用，又能够发挥长效暂堵的功效。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分a在60℃-150℃的水中在10小时内的降解率小于10％；和/或，所述组分a在60℃-150℃的水中在240小时后的降解率大于90％。优选地，组分a在60℃-150℃的水中在10小时内的降解率小于10％，且在240小时后的降解率大于90％。在该优选实施方式中，组分a满足在60℃-150℃之间的某个温度下的水中，在10小时内的降解率小于10％。即组分a在短时间内降解率低，降解速率慢，从而能够在暂堵剂投料初期支撑暂堵体系，并且有助于携带组分b输送到目标井段发挥暂堵作用。组分a还优选地满足组分a满足在60℃-150℃之间的某个温度下的水中，在240小时后的降解率大于90％，以便在压裂施工过程中组分a逐渐地降解而发挥持续的暂堵作用，但又可在压裂施工(几天至十几天)结束时差不多降解完毕，从而充分地发挥其暂堵作用。更优选地，所述组分a在90℃的水中在10小时内的降解率小于10％，例如在4-8％之间；和/或，所述组分a在90℃的水中在240小时后的降解率大于90％，例如在92-98％之间。

由于组分a在常温下甚至在高温下降解速度很慢，在一定温度下和短时间内呈刚性，即使通过粒径组合也很难短时间形成致密封堵层。但是，组分a可在10小时内发生软化(可观察到组分a颗粒之间发生粘接)，因此在地层压力作用下组分a可逐渐发生融合作用，形成致密封堵层，可以在水平井分段压裂施工(几天至十几天)结束才降解完毕，因此可提供长效封堵作用。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分b在60℃-150℃的水中在10小时内的降解率小于30％；和/或，所述组分b在60℃-150℃的水中，在150小时后的降解率大于90％。优选地，组分b在60℃-150℃的水中在10小时内的降解率小于30％，且在150小时后的降解率大于90％。根据本发明，组分b的降解速率要大于组分a，以便与组分a的暂堵功能形成互补，且快速起到暂堵作用。更优选地，所述组分b在90℃的水中在10小时内的降解率小于30％，例如在10％-20％之间；和/或，所述组分b在90℃的水中在150小时后的降解率大于90％，例如在92-98％之间。

根据本发明，组分b是遇水能够快速发生膨胀的暂堵剂材料。在本发明中，优选所述膨胀型暂堵剂在水中在5-10min内膨胀2-10倍，优选3-6倍。组分b的快速膨胀确保其快速起到暂堵的作用。

根据本发明，所述组分a优选自脂肪族聚酯聚合物中的至少一种，进一步优选自聚丁二酸丁二醇酯、聚乙醇酸和聚乙丙交酯中的至少一种。这些材料在储层环境中在一定时间内具有刚性，且可缓慢地降解，在应用中初期可起到支撑作用，而在压裂施工中后期随着降解的继续，可持续起到暂堵作用。

根据本发明，适用于本发明的丙烯酰胺类聚合物包括聚丙烯酰胺、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺的共聚物等。所述组分b优选自聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺的共聚物中的至少一种，优选2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺的共聚物。组分b在水中能够快速膨胀，可至少部分水解，在压裂施工使用中可在裂缝中开始膨胀，填充在组分a的骨架体系中，使复合暂堵剂迅速起到暂堵的作用。

根据本发明提供的复合暂堵剂，组分a为可缓慢溶解或降解的刚性暂堵剂组分，在暂堵中前期发挥刚性支撑剂作用，后期发挥协同暂堵作用。组分b为可快速膨胀的暂堵剂组分，可发挥快速起效暂堵的作用。两种组分协同作用，共同维持油井裂缝的高效暂堵作用。

在本发明的一些实施方式中，本发明提供的复合暂堵剂由上述组分a和组分b组成。该实施方式的优势在于组成简单，暂堵功效明显，成本低。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分a和组分b的重量比为(3-10)：1，优选(4-8)：1。在该用量比例范围内，刚性组分a在前期起到充足的支撑作用，而快速起效组分b则足以承担初期的快速暂堵要求。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分a与组分b的平均粒径比为(1.5-5)：1，优选(2-4)：1。在该比例范围中，组分b可充分地填充到组分a的孔网中并进行富集，形成致密封堵层。快速暂堵组分b率先膨胀起来，填充在刚性组分a形成的骨架体系中，与组分a一起形成致密的暂堵层，使得初始暂堵作用起效快且强有力。随着组分a的逐渐降解，组分a和组分b融合在一起，在压裂施工过程中持续地提供暂堵作用。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分a的粒径大小为2-10目，优选4-8目；所述组分b的粒径大小为4-20目，优选6-20目。

根据本发明的优选实施方式，本发明提供的复合暂堵剂在60℃-150℃的水中在10小时内的降解率小于25％，且在200小时后的降解率大于90％；和/或，所述复合暂堵剂在60℃-150℃的水中的水不溶物含量为5wt％以下，以避免不溶物残渣污染地层。

根据本发明，所述复合暂堵剂还可以包括少量的组分a降解调节剂，例如过硫酸铵，以便根据实际需要调节组分a的降解速率。其中，降解调节剂在使用时与组分a和组分b混合。

根据室内实验，在储层温度下(60℃-150℃)，当使用单一的组分a时，即使进行大小粒径的组合，都难以达到封堵效果，压力无法憋起或者憋压很小，之后迅速减小到零。这是由于刚性暂堵剂堆积在裂缝内时，颗粒之间有一定的缝隙，很难形成低渗致密层，压裂液很容易穿透封堵层而起不到封堵效果。而快速可膨胀暂堵剂，由于存在对快速溶胀的需求，一般在地层温度下都会快速溶解或降解，很难保证长时间的有效封堵。本发明通过选取如前所述的组分a和组分b进行组合，形成了一种组成简单的，对于水平井重复压裂而言暂堵效果优异的复合暂堵剂。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于水平井重复压裂的暂堵方法，包括将根据本发明提供的如上所述的复合暂堵剂应用于需要暂堵的水平井地层裂缝中。优选地，所述复合暂堵剂的用量为使裂缝中形成的暂堵剂层的厚度(膨胀前)为12-25mm，优选15-22mm。一般而言，使用该用量范围的复合暂堵剂即可在使其在裂缝中起到良好的封堵作用而不造成材料的浪费。

根据本发明方法形成的暂堵层具有明显提高的封堵强度，厚度在20mm左右、如17-21mm范围，其封堵强度即可达到40mpa。可见，经过组分a和组分b的适当搭配使用，本发明不需要使用大量的暂堵剂，即可获得较好的封堵效果。

本发明通过刚性暂堵剂组分a实现长效封堵和膨胀型颗粒暂堵剂组分b实现快速封堵的复配来实现水平井重复压裂的快速且长效暂堵。其中，组分a起到骨架和承压的作用，而组分b则由于膨胀作用使组分a充满整个裂缝空间，从而实现了短时间内起到封堵作用和封堵强度的要求。而且，组分a是溶解时间长的物质，可根据水平井重复压裂所需时间结合地层温度调整(例如可适当加入溶解调节剂)溶解时间，当组分b溶解完后，组分a已经软化，在压力作用下挤压融合，继续保持封堵有效性，从而提高暂堵的长效性。

根据本发明的再一方面，提供了根据本发明的如上所述复合暂堵方法在水平井分段压裂以及复杂情况井改造中的应用。采用本发明的方法，在压裂过程中，刚性暂堵剂组分a起到长时间保持封堵压力作用，可膨胀暂堵剂组分b起到快速封堵的作用。

本发明通过选用组分a和组分b，并将其巧妙地搭配使用，使水平井重复压裂过程中，在新压开裂缝中快速形成封堵层并在较长时间内保证一定的封堵强度，以简单的暂堵剂配方实现快速暂堵和长效暂堵的效果。通过两种暂堵剂的适当配合使用，减少了原料的使用量，大大提高了暂堵剂的使用效率和重复压裂成功率。

为了达到最佳暂堵效果，在本发明的优选实施方式中，所述复合暂堵剂在使用中，组分a和组分b先按一定的比例混合均匀后再注入地层裂缝中。

本发明通过选用适当的组分a和组分b，将其组合起来形成复合暂堵剂。通过二者的协同作用，该复合暂堵剂在使用中既可迅速产生暂堵作用，而且持续地具有暂堵作用。在使用中，水平井裂缝中形成具备快速封堵和一定强度的封堵层，当组分a慢慢降解后仍可持续封堵，解决了水平井快速缝堵和长效暂堵之间的矛盾。本发明提供的复合暂堵剂既能保证暂堵剂短时间内封堵效果好，又能保证这种好的封堵效果长时间有效，直到整个水平井暂堵转向重复压裂施工完成，暂堵剂才最终完全降解或溶解。通过两种暂堵剂组分的适当配合使用，提高了暂堵剂的使用效率和水平井重复压裂成功率。

附图说明

图1显示了实施例1中组分a颗粒粘接前(图1a)和粘接后(图1b)的图像。

图2显示了实施例1中组分a在90℃水中的降解曲线图。

图3显示了实施例1中复合暂堵剂a在模拟试验中封堵压力与时间的关系图。

图4显示了对比例1中对比暂堵剂b在模拟试验中封堵压力与时间的关系图。

图5显示了对比例2中对比暂堵剂c在模拟试验中封堵压力与时间的关系图。

图6显示了实施例4中x井的重复压裂施工曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

实施例1

以可溶性聚丁二酸丁二醇酯(安庆和兴化工有限责任公司)为组分a，将其粉碎，筛分出4-8目的颗粒。组分a在90℃自来水中浸泡10h后，发生粘接作用，形状如图1。

以部分水解聚丙烯酰胺(北京希涛技术开发有限公司)为组分b，通过粉碎，筛分出10-20目的颗粒。

将组分a和组分b分别放入自来水中，8min内组分a几乎不膨胀，而组分b膨胀约3.2倍。

将组分a和组分b以重量比4：1混合构成复合暂堵剂a。将复合暂堵剂a放入90℃下的自来水中，200小时后，溶解率达到96％以上，降解曲线见图2。测定复合暂堵剂a在90℃下240h后水不溶物含量为4.5wt％。

采用岩心流动性试验仪(江苏华安科研仪器有限公司)，在模拟裂缝中填充暂堵剂，对暂堵剂进行性能评价。岩心模型为填砂管：直径5cm，长度20cm。实验温度设置为90℃。用模拟地层盐水以低于lcm³/min的流速驱替岩心、用天平收集排出液。填砂管下层为20-40目压裂用兰州石英砂，上层用125g复合暂堵剂a填满，暂堵剂的厚度为约20mm，旋紧后装入岩心流动实验仪中，缓慢注入模拟地层盐水，实验结果如图3所示。

通过上述模拟实验可以看到，当组分a和组分b以质量比为4:1混合使用时，形成的复合暂堵剂a的封堵强度可达40mpa，在测试设备允许的情况下甚至可达45mpa，而且停止注入时，压力保持不变。当温度保持在90℃的情况下，压力一直保持在40mpa长达100h，随着与水接触的暂堵剂不断降解，压力缓慢下降，直至零，说明此时液体可以完全通过，暂堵剂失效。

对比例1

与实施例1对应，省去组分b部分水解聚丙烯酰胺颗粒，而仅仅使用与复合暂堵剂a相同重量的可溶性聚丁二酸丁二醇酯作为刚性组分a，得到对比暂堵剂b。

在与实施例1中相同条件下测定对比暂堵剂b的封堵强度，测试过程的注入压力随时间变化图如图4所示。试验中发现，对比暂堵剂b无法完全封堵模拟裂缝，会有液体渗出。

对比例2

与实施例1对应，省去聚丁二酸丁二醇酯作为组分a，而仅仅使用与复合暂堵剂a相同重量的部分水解聚丙烯酰胺作为膨胀型组分b，得到对比暂堵剂c。

在与实施例1中相同条件下测定对比暂堵剂c的封堵强度。试验发现，对比暂堵剂c的压力很小而且无法保持，如图5所示。

实施例2

以可溶性聚乙醇酸(深圳市博立生物材料有限公司)为组分a，将其粉碎，筛分出4-8目的颗粒。组分a在90℃自来水中浸泡10h后，发生粘接作用。

以部分水解2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺的共聚物(北京希涛技术开发有限公司)为组分b，通过粉碎，筛分出10-20目的颗粒。将组分a和组分b分别放入自来水中，10min内组分a几乎不膨胀，而组分b膨胀约4.2倍。

将组分a和组分b以重量比5：1混合构成复合暂堵剂d。复合暂堵剂d放入100℃下的自来水中，200小时后，溶解率达到96％以上。测定复合暂堵剂d在90℃下240h后水不溶物含量为4.5wt％。采用岩心流动性试验仪(江苏华安科研仪器有限公司)，在模拟裂缝中填充暂堵剂，对暂堵剂进行性能评价。岩心模型为填砂管：直径5cm，长度20cm。实验温度设置为90℃。用模拟地层盐水以低于lcm³/min的流速驱替岩心、用天平收集排出液。填砂管下层为20-40目压裂用兰州石英砂，上层用120g复合暂堵剂d填满，暂堵剂的厚度为约20mm，旋紧后装入岩心流动实验仪中，缓慢注入模拟地层盐水。

模拟实验结果显示，当组分a和组分b以质量比为5:1混合使用时，形成的复合暂堵剂d的封堵强度可达40mpa，在测试设备允许的情况下甚至可达45mpa，而且停止注入时，压力保持不变，压力保持曲线类似于图3。

实施例3

以可溶性聚乙丙交酯(深圳市博立生物材料有限公司)为组分a，将其粉碎，筛分出4-8目的颗粒。组分a在90℃自来水中浸泡10h后，发生粘接作用。

以部分水解丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物(山东泰和水处理科技股份有限公司)为组分b，通过粉碎，筛分出10-20目的颗粒。将组分a和组分b分别放入自来水中，8min内组分a几乎不膨胀，而组分b膨胀约3.6倍。

将组分a和组分b以重量比6：1混合构成复合暂堵剂e。复合暂堵剂e放入90℃下的自来水中，200小时后，溶解率达到96％以上。测定复合暂堵剂e在90℃下240h后水不溶物含量为4.5wt％。

采用岩心流动性试验仪(江苏华安科研仪器有限公司)，在模拟裂缝中填充暂堵剂，对暂堵剂进行性能评价。岩心模型为填砂管：直径5cm，长度20cm。实验温度设置为90℃。用模拟地层盐水以低于lcm³/min的流速驱替岩心、用天平收集排出液。填砂管下层为20-40目压裂用兰州石英砂，上层用140g复合暂堵剂e填满，暂堵剂的厚度为约20mm，旋紧后装入岩心流动实验仪中，缓慢注入模拟地层盐水。

模拟实验结果显示，当组分a和组分b以质量比为6:1混合使用时，复合暂堵剂的封堵强度可达40mpa，在测试设备允许的情况下甚至可达45mpa，而且停止注入时，压力保持不变，84小时后压力开始缓慢下降，压力曲线类似于图3。

实施例4

x井为某油田一口水平井，垂深1221m，水平段长508m，井温55℃，岩性为岩屑砂岩，物性相对较好。本井设计7段暂堵分段压裂施工，累计注入压裂液1638m³，加入中密高强陶粒216m³。每段施工结束后，加入150公斤实施例1所述的复合暂堵剂a。暂堵剂到达井底后起压明显，每段压力均可升高7-15mpa，压力响应明显，说明暂堵剂具有良好的快速封堵的性能，开启了新的裂缝。整个施工过程为期3天，施工结束返排，有大量部分降解的残渣排出，说明部分暂堵剂已开始降解，能够保持封堵在3天以上。施工曲线如图6所示。措施后初期日产油10t/d。根据本发明提供的长效暂堵剂在该井施工中得到成功应用。

虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。