可降解压裂堵球的研究与应用

随着致密油气藏直井分层、水平井分段大规模压裂改造技术在吉林油田的推广应用,现场出现常规堵球长期滞留井筒、影响产能的问题,为提高工艺实施效率及效果,亟待开展可降解压裂堵球的研究。从低密度金属堵球腐蚀理论研究入手,开展压裂堵球的机械性能与可降解性能评价实验,探索研究既满足压裂施工要求又可实现压后快速降解的可降解压裂堵球,以减少对致密油气层压后产能的影响,提高改造效果。利用该可降解压裂堵球进行了69口井的现场试验,应用效果较好,其中L3井压后采用连续油管下探至人工井底,下放全过程无阻滞。可降解压裂堵球的研究与应用,结合了低密度金属材料腐蚀理论与现场压裂施工技术,实现了跨学科的综合应用,为完善及推广直井分层、水平井分段大规模压裂改造提供技术支持。     

可降解暂堵球动态封堵承压性能评价方法及装置研制

为了能更好的模拟现场实际孔眼大小、单孔流量、投球方式等情况下暂堵球的暂堵转向效果,创新研制了暂堵球动态封堵承压性能评价装置。通过建立孔眼冲蚀模拟系统及实验方法,完成了孔眼模拟单元的设计,能够实现7～16 mm不同形状孔眼的任意选择;引入π定理和欧拉准则,优化了泵注和暂堵球运移模拟系统,通过对管柱尺寸及注入泵选型设计,满足了现场单个孔眼0.1～0.3 m³/min排量需求;研制了暂堵球自动投球模块,具备模拟井筒温度、控制投球时机的功能,实现了自动化和多次投球;研制了地层模拟器模块,通过设计储层渗透能力的差异性,实现缝口暂堵转向模拟。该装置实现了暂堵球在井筒中运移、封堵孔眼、转向等一体化模拟,可有效地指导现场可降解暂堵球的优选、投球方式及施工参数优化。     

段内多簇暂堵压裂中暂堵球直径优化研究

段内多簇暂堵压裂过程中,持续加砂造成孔眼冲蚀,直径变大。按照初始孔眼尺寸设计暂堵球粒径对封孔封堵效果差,段内多裂缝难以实现均衡扩展,造成水平井整体改造效果不理想。为优化暂堵球直径,提高孔眼封堵效果,开展了地面矿场孔眼极限冲蚀试验,结合井下鹰眼成像监测结果,明确了极限冲蚀下孔径增大幅度。通过三维建模几何匹配方法,优化了暂堵球直径并通过地面暂堵试验和井下暂堵压裂矿场试验加以验证。研究结果表明：极限冲蚀情况下,孔眼内部冲蚀程度远大于外部,孔眼形状由规则的圆形通孔变为喇叭形孔,极限冲蚀后内径介于区间30～35 mm,优化暂堵球直径区间为15～22 mm,为避免暂堵球缩径飞出孔眼,确定暂堵球最佳直径为22 mm;地面矿场暂堵试验证实了22 mm暂堵球可以卡封孔眼不脱落且起压速度快。研究成果可为现场选择暂堵球直径提供指导,提高暂堵球坐封效率与压裂改造效果。     

油气井分段压裂用可降解压裂球研制与应用

为了解决低密度球压裂后返排不出来堵塞油气生产通道的问题,选择金属Mg作为核心材料,采用熔炼成型法制备了一种新的压后可在井下自动溶解的可降解压裂球。研究了不同固溶温度和固溶时间对压裂球抗压强度的影响;测试了压裂球在不同温度和不同Cl-浓度溶液中的降解速度;通过现场试验,对可降解压裂球的整体性能进行了验证。结果表明,研制的可降解压裂球密度为1.88g/cm3,耐压能力>70MPa,温度越高,Cl-浓度越大,降解速度越快,整体力学性能良好,完全满足苏里格地区现场施工要求。     

水溶性冲砂暂堵球的应用研究

针对胜坨油田开发后期油井冲砂作业漏失普遍严重的问题，以特种树脂、催化剂及防老剂混合后，通过注塑机注塑，研制开发了水溶性冲砂暂堵球。通过室内试验，确定了水溶性暂堵球的直径、水溶性、暂堵强度等性能指标：暂堵球直径为13mm和19mm，分别应用于不同直径的炮眼，暂堵球的耐压强度可达到20MPa以上，50℃时暂堵球溶解时间为8h，可以满足冲砂暂堵的需要。通过室内模拟试验确定了该暂堵球的现场应用工艺和冲砂施工工艺。现场试验2口井，结果表明，2口井冲砂由严重漏失到基本不漏失，在施工过程中暂堵球没有因溶解而失去暂堵能力，并提出了改进方向。     

新型可溶金属孔眼暂堵球的研究及应用

孔眼暂堵工艺作为缝口暂堵工艺的一种,具有施工简单、经济、对储层伤害低等优势。文章针对现有暂堵球承压强度低、不可溶等缺点,根据微观原电池原理,在牌号为AZ33M的商用镁合金基础上通过添加Fe金属、X金属等元素,控制其加量和冶炼工艺,研制出一种抗压强度达到264～380 MPa的可溶合金材料,采用该材料加工的孔眼暂堵球抗压强度达到60～90 MPa。文章对影响该暂堵球溶解速率的各种因素进行了研究,分析得出该可溶孔眼暂堵球溶解速率随Fe金属、X金属等元素含量的升高、温度的升高、p H值降低、氯根含量的增加而加快。通过该类型暂堵球在川西中浅层气井及页岩气井9口井的现场应用证明,暂堵球施工暂堵效果良好,施工后返排畅通,溶解速度较快。     

复合暂堵转向酸化压裂技术在塔河油田的应用

为了解决塔河油田碳酸盐岩储层水平井分段酸化压裂过程中存在的机械封隔分段工具下入困难、坐封可靠性差、压裂后工具滞留井中影响后续作业的问题,开展了复合暂堵转向酸化压裂技术研究。该技术通过转向酸、尾追多尺度纤维段塞和可溶性暂堵颗粒的复合作用实现暂堵酸化分段压裂。对塔河油田缝洞型储层转向酸化压裂改造可行性进行了分析,并对工艺参数进行了优化,形成复合暂堵转向酸化压裂工艺技术。该技术在塔河油田现场应用9井次,有效率为95%,压裂后累计增油超过10×10⁴t,增油效果明显。复合暂堵转向酸化压裂技术可解决塔河油田水平井机械封隔分段酸化压裂过程中存在的诸多问题,对同类油田的酸化压裂有指导意义,值得推广。     

深井压裂酸化封隔器研制与应用

介绍了一种能在深井(≥4000m)酸化压裂施工中完成低替过程而不存在提前座封情况的封隔器及配套装置,分析了该封隔器及附件的主要作用和工作原理,经20套次的室内试验和7井次的现场施工应用均获成功。该封隔器结构合理,性能稳定,与国内其他类似工具相比具有成本低、施工操作相对简便的特点,能满足各种深井压裂酸化施工的要求,同时提高了在深井施工中的成功率,值得在今后的深井压裂酸化作业中进行推广应用。     

暂堵酸化技术及应用

介绍了暂堵酸化的原理、选井条件及施工要求。现场施工２４口井７７个层段，有效成功率９７．６％，累计增加注水量５５．６９２万ｍ＾３／ｄ，创效益４８１７．８万元，平均有效期１８１ｄ，且部分井继续有效。结论是暂堵酸化为常规酸化工艺 的一个改进，对地层没有伤害，适用于多层段，薄夹层、怪间物性变化较大以及井下套管变形或进斜过大不能下封顺进行分层酸化的井。该技术可实现一次施工，达到多层同时被改造的目的。     

暂堵酸化技术及应用

介绍了暂堵酸化的原理、选井条件及施工要求．现场施工24口井77个层段，有效成功率97．6％，累计增加注水量55．692万m3／d，创效益4817．9万元，平均有效期181d，且部分井继续有效。结论是暂堵酸化为常规酸化工艺的一个改进，对地层没有伤害、适用于多层段、薄夹层、层间物性变化较大以及井下套管变形或井斜过大不能下封隔器进行分层酸化的井。该技术可实现一次施工，达到多层同时被改造的目的。     

转向压裂用可降解纤维优选及现场应用

针对纤维暂堵转向压裂工艺中可降解纤维种类多、效果差异大等问题,利用自主设计的暂堵评价实验装置,优选转向压裂用可降解纤维,并通过室内模拟实验综合评价3种纤维的分散悬浮性、悬砂性、降解性和封堵性。结果表明：纤维质量分数越高,其分散性越差,悬浮性越好,加入质量分数为0.2%的纤维,携砂液携砂能力可提高50%以上;3种纤维的降解率均可超过90%,降解速度可满足施工需求;质量分数为1.0%时,2种柔软且表面粗糙的纤维（J-2、J-3纤维）可成功封堵模拟裂缝,且暂堵层最高承压为5.2MPa;基于性能与成本因素,优选J-3纤维用于现场施工的暂堵和携砂阶段。实例应用表明,纤维暂堵转向压裂后日产油量约为邻近常规压裂井的1.92～2.55倍,取得了较好的改造效果。该研究对纤维暂堵转向压裂技术的应用和优化具有一定的指导作用。     

酸压用微膨胀可降解凝胶暂堵剂的研制与应用

针对碳酸盐岩储层转向酸压所用暂堵剂耐酸性差、解堵工艺复杂、成本高的问题,以自制的季铵酯（JD-1）为交联剂,采用水溶液自由基聚合法制备了一种酸压用微膨胀可降解凝胶暂堵剂（WDS）。评价了WDS的降解性能、封堵性能及对储层的伤害性,并在HY井进行了现场施工应用。结果表明,WDS在HCl溶液或不同矿化度水溶液中呈现先微膨胀后降解的变化规律。当温度由70℃提高到120℃,WDS在10%HCl溶液中完全降解的时间由78 h缩短为45 h。当HCl质量分数由3%增至20%时,90℃下WDS完全降解的时间由75 h缩短为48 h。盐浓度越大,WDS完全降解的时间越长。岩心驱替实验结果表明,WDS注入量越大、裂缝宽度越窄,暂堵压力峰值越大,达到最高暂堵压力的时间越短。WDS对岩心的伤害性较小,岩心渗透率恢复值可达到90%以上。在现场应用中使用WDS后,油压上升了10 MPa,暂堵转向效果显著。     

转向压裂用复合暂堵剂优选及应用

针对暂堵转向压裂工艺中暂堵剂类型多,转向效果差异大等问题,在暂堵剂封堵机理分析基础上,利用自主设计的动态暂堵评价装置,测定多种暂堵剂封堵承压能力,优化暂堵剂类型及其组合。结果表明,对于窄裂缝(0.5 mm),使用0.5%低浓度的颗粒或复合颗粒便能达到有效的封堵效果(复合颗粒承压达7.5 MPa);对于宽裂缝( 1 mm),需使用高浓度的复合颗粒或颗粒/纤维组合才能获取较好封堵效果(2 mm缝宽下,2%复合颗粒承压达5 MPa,1%纤维+0.5%颗粒一可达10 MPa);单独使用颗粒时,随着裂缝开度增加,承压能力有明显的下降;相同裂缝开度下,暂堵剂的承压能力随颗粒浓度增加轻微提升,而使用复合颗粒或颗粒/纤维组合,相比于单一颗粒能够得到更高的封堵承压能力。在现场S井应用结果表明,复合暂堵剂进入地层后,能够有效封堵并阻断原有裂缝方向上的延伸,实现压开和沟通地层天然裂缝系统作用,该研究成果对暂堵转向压裂技术的优选和使用具有一定指导作用。     

可降解纤维暂堵转向压裂技术的室内研究及现场试验

针对鄂尔多斯盆地苏里格气田特低渗透气藏气井压后单井产量不高、经济效益不理想的问题,研发了可降解纤维暂堵转向压裂技术。该技术通过向储层裂缝中注入暂堵剂纤维,形成暂堵压力,迫使裂缝发生转向,进而增大有效渗流面积以提高单井产量。通过室内优化评价试验,优选出暂堵用可降解纤维直径为10μm、长度为8 mm、混砂加入量为12‰时暂堵效果最佳,降解性能良好,对储层渗透率伤害较小。通过现场试验结合裂缝监测技术,验证了暂堵转向纤维进入储层后,压力上升明显,裂缝发生了转向,可以实现人工裂缝强制转向,达到沟通有利储层的目的,可降解纤维暂堵转向压裂技术在现场应用有效、可行,且取得了较好的改造效果。该技术现场操作简单、应用效果良好,为苏里格气田特低渗透气藏开发提供了新的思路。     

可降解纤维暂堵剂在转向加砂压裂井中的应用

加砂压裂技术是低渗透油气田开发中增产的重要技术措施,是提高压裂井产量的有效途径之一,可有效提高低产压裂井的产量。对于以裂缝为主导的低渗透储层,施工效果主要受到人工裂缝方位的影响,而人工裂缝方位由于受地应力大小和方向的影响,较难控制。为此,在加砂压裂井中引入可降解纤维暂堵剂,使压裂产生不同方向的人工裂缝,增加碰到天然裂缝的概率,提高油气的采出程度。通过在PL9井的应用表明：①基液中加入可降解纤维后,能够有效暂堵高导人工裂缝,实现人工裂缝的转向;②可降解纤维加入长度、加入量、加入时机目前均处于摸索阶段,应通过室内实验和现场试验进行合理定量;③裂缝转向后表现出强烈的扭曲摩阻,加砂过程中应采用多个段塞进行处理,消除近井扭曲现场。该技术现场操作简单、应用效果好,建议进一步推广应用。     

注水井暂堵酸化工艺技术及应用

冀中地区下第三系油藏绝大多数是多层开采,最突出的矛盾是层间矛盾。在注水井上表现为层间差异大,单层突进严重,造成油井单层或少数层产油,含水上升快。传统的笼统酸化及笼统调剖难以达到目的,而分层酸化、分层调剖往往因隔层薄而无法进行,且工艺十分复杂,施工难度大。采用注水井暂堵酸化工艺技术在一定程度上解决了上述矛盾,其原理是:先堵高渗透层,然后再酸化低渗透层,起到了分层酸化的作用,且工艺简单,施工方便。本文详细叙述了暂堵酸化的机理和施工工艺,分析了现场应用效果。     

暂堵酸化工艺技术实验研究及应用

针对文明寨、马寨油田非均质性严重、层间矛盾突出、油井能量低、笼统酸化酸液易进入高渗透层、卡封分层酸化应用范围窄且无法改善层间矛盾的现状，研制应用了暂堵分层酸化工艺、工艺成功率１００％，有效率８５．７％，投入产出达１：１０．２，取得了好的效果。     

油田压裂用暂堵剂技术

随着高含水、低渗透油田开发的不断深入,对油层压裂技术的要求越来越高,施工难度越来越大.暂堵剂技术是在一定条件下向目的层中泵入暂堵剂,利用层内渗透率的差异,而改变原有液体的流入方向,达到产生新裂缝的目的.在需要增产的地层中使用暂堵剂技术可以降低压裂施工难度、减少分段工具的使用数量,还能够提高单位井段的改造效率,即在段内压出两条以上的裂缝,或使裂缝转向.该技术在提高单井产量的同时,有效降低压裂成本.     

压裂用水溶性暂堵剂的合成及性能

以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、新戊二醇二丙烯酸酯(NGD)为主要原料,制备了AA-AM-NVP-NGD四元共聚物暂堵剂,利用FTIR和元素分析对制备的暂堵剂进行结构分析,考察了该暂堵剂的抗剪切性能、膨胀性能、耐盐性能、悬浮性能、降解性能、封堵性能和解堵性能。实验结果表明,与常规AA-AM-MA(MA为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)暂堵剂相比,AA-AM-NVP-NGD暂堵剂具有更强的抗剪切强度、更高的膨胀倍数,在常规胍胶压裂液中具有较好的悬浮性能;AA-AM-NVP-NGD暂堵剂在60℃下完全降解需65.3 h,降解后所得溶液的黏度为1.6mPa·s;在120℃下完全降解需2.2 h,降解后所得溶液的黏度为1.5 mPa·s;AA-AM-NVP-NGD暂堵剂具有更强的封堵能力,突破压力为16.161 2 MPa,不需外加破胶剂即可在温度和水的作用下实现解堵,渗透率恢复率为96.8%。     

可降解绳结暂堵剂性能评价及应用

针对常规暂堵剂封堵不规则形状射孔孔眼用量大、封堵效果差的问题,以聚乳酸材料、可降解树脂为原料制备了绳结暂堵剂,对其综合性能进行了室内实验评价,并研究形成了绳结暂堵剂施工工艺。室内性能评价结果表明：绳结暂堵剂具有较好的溶解性能和承压性能,模拟地层温度90℃下,在清水及聚合物滑溜水中26 h内完全溶解。绳结暂堵剂直径为18 mm以上时,承压强度达到50 MPa。该绳结暂堵剂在5口井12段的密切割多簇压裂中进行了施工,施工成功率100%,暂堵效果稳定,平均升压4.9 MPa。研究结果表明,绳结暂堵剂能达到大幅度提高孔眼暂堵效果、促进施工井段内射孔簇均衡起裂的目的,具有良好的推广应用前景。