压裂流体及使用其在页岩中进行压裂的方法与流程

1.本发明涉及油气井压裂技术领域，特别是涉及一种压裂流体。本发明还涉及一种使用该压裂流体在页岩中进行压裂的方法。


背景技术：

2.对于油气井来说，为了确保后续开采过程的有效性，通常会对其进行大规模压裂施工，以在地层中形成压裂裂缝。通过向压裂裂缝中注入支撑剂而对压裂裂缝实现支撑作用。这种支撑剂具备间隙，从而不会阻碍油气资源通过压裂裂缝流向采油或采气管柱。因此，能够顺利进行采油或采气作业。
3.然而，在压裂施工结束后的排液或开采过程中，常常出现支撑剂回流现象，即，支撑剂会随返排的流体或油气资源一起离开压裂孔，并流向地面，导致井口压力大幅下降且难以恢复，日排液量降低。根据目前的统计，支撑剂回流量有时会高达支撑剂总量的20％以上。
4.回流的支撑剂可能侵蚀油嘴、阀门和其它设备。另外，沉降在井筒中的支撑剂还有可能会掩埋射孔孔眼甚至井筒。这些支撑剂的清除和清理是非常困难的，对后续作业带来了非常大的影响。此外，由于一部分支撑剂离开了压裂裂缝，所以相应的压裂孔不能再得到有效支撑。因此，压裂裂缝的长度、宽度和导流能力都会发生相应的不利变化。这些现象都将严重影响油气井的产量，并会导致增加冲砂、检泵等不必要的作业步骤和作业费用。
5.目前，在本领域中，已经存在通过纤维防砂技术对致密岩层的储层进行施工的方案。在这些方案中，一般会在支撑剂中掺混1％-12％的纤维材料。这些纤维材料会限制支撑剂在压裂裂缝中的自由运动，因而能降低支撑剂回流的可能性。根据本领域目前的理解，所掺混的纤维材料含量越高，对于防止支撑剂回流的效果就越好。
6.然而，对于页岩来说，使用这种掺混了1％-12％的纤维材料的支撑剂并不能起到有效防止回流的作用，甚至有可能还具有副作用，即导致支撑剂更易流失。
7.由于页岩、尤其是有效闭合压力超过45mpa、深度超过4000米的页岩存在较为严重的支撑剂回流的问题。因此，需要一种能够有效避免页岩中的支撑剂回流问题的压裂流体及相应的压裂方法。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明提出了一种压裂流体，通过这种压裂流体能够有效防止页岩中的支撑剂回流问题。本发明还提出了一种使用这种压裂流体的用于页岩的压裂方法。
9.根据本发明的第一方面，提出了一种用于页岩的压裂流体，包括支撑剂和纤维材料，其中，所述纤维材料的含量不超过0.4％。
10.这种压裂流体在设置到地层中的压裂裂缝中之后，这些纤维材料能够有效地阻止支撑剂发生流动而回流向地面。同时，地层中的油气资源也能有效地通过压裂裂缝而流向地面，不会因纤维材料而受到阻碍，甚至油气资源的渗透能力有可能更高。
11.在一个实施例中，所述纤维材料的含量在0.1％-0.4％之间。
12.在一个实施例中，所述纤维材料的含量在0.2％-0.4％之间。
13.在一个实施例中，所述纤维材料的含量在0.2％-0.3％之间。
14.在一个实施例中，根据导流能力和/或临界流量来确定所述压裂流体中的纤维材料的含量。
15.在一个实施例中，所述导流能力由油气资源通过压裂裂缝的渗透率来表征。
16.根据本发明的第二方面，提出了一种用于页岩的压裂方法，包括以下步骤：使不超过0.4％纤维材料掺混到压裂流体中；以及将所述压裂流体泵送至地层处，使其填充地层中的压裂裂缝并形成支撑结构；其中，在压裂裂缝中，纤维材料构造为能防止支撑结构中的支撑剂的流动。
17.在一个实施例中，在压裂作业的尾追阶段中将所述纤维材料掺混到压裂流体中。
18.在一个实施例中，所述纤维材料的含量在0.1％-0.4％之间。
19.在一个实施例中，所述纤维材料的含量在0.2％-0.4％之间，优选地在0.2％-0.3％之间。
20.在一个实施例中，根据导流能力和/或临界流量来确定所述压裂流体中的纤维材料的含量，所述导流能力由油气资源通过压裂裂缝中的支撑结构的渗透率来表征。
附图说明
21.在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
22.图1显示了根据本发明的用于页岩的压裂方法的一个实施例的流程图。
23.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
25.本文中所提到的百分比指得均为质量百分比。
26.本发明的中压裂流体包括纤维材料和支撑剂。纤维材料例如可以是本领域常用的人造纤维，呈白色丝状，长度大约在4mm-6mm之间。优选地，该纤维材料能在常温下自动、快速地(例如约在1小时至3小时内)溶解。由此，在纤维材料残留于管线或井筒中而导致堵塞时，可快速地溶解纤维材料，以解决堵塞问题。
27.可在地面处，将纤维材料掺混到压裂流体中，并将掺混后的压裂流体泵送到地层处，并使其设置到压裂裂缝中，以形成支撑结构。
28.在本发明中，压裂流体用于页岩的压裂裂缝中。为此，可在掺混纤维材料之前，先根据导流能力和/或临界流量来确定压裂流体中的纤维材料的含量。
29.在下文中，将通过实验结果来进一步对纤维材料的含量进行说明。
30.一方面，对纤维含量与压裂流体设置到压裂裂缝中之后形成的支撑结构的导流能力之间的关系进行实验。在该实验中，以油气资源或相关的实验流体通过支撑材料的渗透率来对上述导流能力进行表征。具体的实验结果可参见下表。
31.表1渗透率与纤维材料含量的关系
[0032][0033]
通过表1可以看出，与不添加纤维材料的情况相比，在增加不超过0.4％的纤维材料时，渗透率得到提高。在增加0.2％至0.3％的纤维材料时，渗透率相对达到峰值，在增加0.4％的纤维材料时，渗透率有着相对降低的趋势，但与不添加纤维材料的情况相比仍然更高。
[0034]
因此，在考虑渗透率的情况下，纤维材料的含量不高于0.4％，优选地在0.1％-0.4％之间，更优选地在0.2％-0.4％之间，最优选地在0.2％至0.3％之间。
[0035]
另一方面，对纤维含量与压裂流体设置到压裂裂缝中之后形成的支撑结构的临界流量之间的关系进行实验。这里的临界流量指的是发生支撑剂回流的最小流量。也就是说，在低于该临界流量时，不会发生支撑剂回流的现象，而在高于该临界流量时，开始发生支撑剂回流的现象。具体的实验结果可参见下表。
[0036]
表2临界流量与纤维材料含量的关系
[0037][0038][0039]
通过表2可以看出，与不添加纤维材料的情况相比，在增加不超过0.4％的纤维材料时，临界流量得到提高。在增加0.2％至0.3％的纤维材料时，临界流量相对达到峰值，在增加0.4％的纤维材料时，临界流量有着相对降低的趋势，但与不添加纤维材料的情况相比仍然更高。
[0040]
因此，在考虑临界流量的情况下，纤维材料的含量不高于0.4％，优选地在0.1％-0.4％之间，更优选地在0.2％-0.4％之间，最优选地在0.2％至0.3％之间。
[0041]
在现场试验中，对于采用传统的支撑剂或包含1％-12％的纤维材料的压裂流体在4000m深、闭合压力为45mpa的页岩地层中进行施工的情况来说，如果以30m3/h的速度进行排液，那么所有(100％)的井眼都会存在支撑剂回流的情况。相反，采用本发明的压裂方法和压裂流体来进行压裂操作，如果以30m3/h的速度进行排液，则仅有14.3％的井眼会出现支撑剂回流的情况。
[0042]
此外，可在整个压裂过程中，都向井内泵入包含纤维材料的压裂流体。在一个优选的实施例中，可仅在尾追阶段采用上述纤维材料与压裂液混合的支撑剂来进行操作。这有利于降低压裂过程的成本。
[0043]
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。