本發(fā)明涉及非常規(guī)儲層壓裂改造，尤其是一種基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的支撐劑高效鋪置工藝設計方法。

背景技術(shù)：

1、在非常規(guī)油藏開發(fā)中，以滑溜水作為攜砂液的體積壓裂是重要的增產(chǎn)手段。非常規(guī)油氣藏的滲透率低，需要滑溜水攜帶支撐劑注入裂縫中增加儲層滲透率，達到釋放油氣產(chǎn)能的目的。國內(nèi)外礦場取芯表明，頁巖儲層支撐劑離井筒距離最大約50m，最高約10m。在目前的壓裂工藝下，如何增加支撐劑鋪置距離及高度，增大與尤其接觸面積，并保持較高的滲流通道，是實現(xiàn)高效開發(fā)的當務之急。

2、為了降低支撐劑的沉降速率，自懸浮和低密度支撐劑被廣泛應用，低密度支撐劑主要靠降低支撐劑與壓裂液的密度差，來降低支撐劑的沉降速率，達到支撐劑更遠鋪置的目的。自懸浮支撐劑通過表面特殊材料設計，讓支撐劑能夠在進入裂縫后，因化學反應、吸水膨脹或其他物理變化調(diào)整自身密度，實現(xiàn)自懸浮從而達到將支撐劑輸送更遠的效果。但破膠后，不論低密度支撐劑還是自懸浮支撐劑，都會沉降在裂縫下部，難以提高裂縫縱向上的有效支撐，且不能實現(xiàn)導流能力大幅提升，不能增加臨界出砂流速(評價支撐劑回流的技術(shù)指標)。

3、本技術(shù)人先前申請的專利cn115058241a公開了一種用于壓裂井支撐劑高效鋪置技術(shù)的纖維與傳統(tǒng)支撐劑復合體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑及制備方法。該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑能夠與支撐劑、改性纖維、降阻劑形成穩(wěn)定的團簇狀結(jié)構(gòu)，降低密度，增加支撐劑運移距離和高度，增加導流能力的同時增加臨界出砂流速，降低出砂率。針對該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的具體應用上，目前存在的技術(shù)問題是，針對非常規(guī)油氣儲層類型，如何設計工藝加注時機及產(chǎn)品類型、加注濃度，以提升支撐劑鋪置長度和高度，提高支撐劑導流能力，并大幅降低壓后支撐劑回流。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑增加支撐劑堆積高度及運移距離的支撐劑高效鋪置工藝設計方法。所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑為專利cn115058241a中公開的用于壓裂井支撐劑高效鋪置技術(shù)的纖維與傳統(tǒng)支撐劑復合體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑。

2、本發(fā)明以“進、遠、高、防”為技術(shù)理念進行支撐劑高效鋪置工藝設計方法優(yōu)化，具體理念如下：

3、進：進入不同開度裂縫并有效支撐；改性纖維攜砂有效支撐毫米級裂縫。

4、遠：擴大支撐范圍，增加泄流面積；提高支撐劑懸浮能力，實現(xiàn)不同級別和尺度裂縫遠端支撐。

5、高：增加支撐劑鋪置高度，建立高導流通道；改善支撐劑鋪置剖面，提高支撐劑鋪置高度。

6、防：提高砂堆穩(wěn)定性，確保人工裂縫長期導流能力；提高臨界出砂流速。

7、本發(fā)明提供的基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的支撐劑高效鋪置工藝設計方法，步驟如下：

8、s1、基于“進”的理念，根據(jù)儲層地質(zhì)及工程參數(shù)采用壓裂軟件kinetix模擬壓裂縫寬變化，根據(jù)模擬的裂縫寬度選擇改性纖維長度并確定高效鋪置加注時機。

9、所述儲層地質(zhì)及工程參數(shù)包括巖性、滲透率、孔隙度、地應力、楊氏模量、泊松比、地層壓力系數(shù)、破裂壓力、單軸抗拉強度及單軸抗壓強度。巖性包括巖石類型和礦物成分。

10、優(yōu)選的是，步驟s1中，選擇改性纖維長度的標準為：縫寬低于4mm選擇長度3mm的改性纖維，縫寬大于4mm選擇長度6mm的改性纖維。確定高效鋪置加注時機的方法：致密氣根據(jù)縫寬基本達到平衡的時間設計為高效鋪置開始加注時機，頁巖氣選擇縫寬達到3mm的時間設計為高效鋪置開始加注時機。高效鋪置加注時機即為加入改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的時機。

11、進一步優(yōu)選的是，所述改性纖維為改性的聚乙烯醇纖維。改性方法是：針對常規(guī)聚乙烯醇纖維作為壓裂攜砂纖維在壓裂液中易于降解，影響施工效果的難題。在原料聚乙烯纖維中加入纖維降解穩(wěn)定劑、聚羧酸類化合物和負離子添加劑形成混合料，然后使用混合料進行紡絲形成改性聚乙烯醇纖維。纖維降解穩(wěn)定劑與聚乙烯醇中-oh官能團絡合，增加纖維的耐降解性，同時，聚羧酸類化合物和負離子添加劑自身帶負電荷，與支撐劑表面的負電荷相互作用，可以有助于提升改性纖維攜砂過程中良好的分散性能。纖維降解穩(wěn)定劑為硼酸鈉、氧化鎂、氯化鎂中任意一種，負離子添加劑為納米二氧化鈦或納米電氣石，粒徑5～50nm。聚羧酸類化合物選自聚丙烯酸、丙烯酸-馬來酸酐共聚物、丙烯酸-衣康酸-馬來酸酐共聚物中的一種。

12、所述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑為專利cn115058241a(一種用于壓裂井支撐劑高效鋪置技術(shù)的纖維與傳統(tǒng)支撐劑復合體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑及制備方法)中公開的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑。

13、s2、基于“遠、高”的理念，開展支撐劑高效鋪置加注濃度靜態(tài)沉降實驗，依據(jù)支撐劑鋪置高度、沉降速率，優(yōu)化改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的加注濃度。

14、所述靜態(tài)沉降實驗采用的實驗裝置其由透明材料制成的兩塊方形平板組合制成，平板的一側(cè)面開設方形凹槽，凹槽底面加工為粗糙表面，兩平板以凹槽相對的方式重合放置，并采用螺釘固定密封連接，形成可視化實驗裝置；兩平板中間的凹槽形成的空間作為模擬裂縫，通過改變凹槽深度來實現(xiàn)縫寬的改變，縫寬變化范圍2.5mm-5mm；可視化實驗裝置的頂部設置進液口，除進液口之外其余地方無漏失。該實驗裝置可完成不同縫寬、不同粗糙度的支撐劑沉降實驗。

15、優(yōu)化改性纖維濃度的實驗方法是：根據(jù)壓裂設計壓裂液類型及配方、支撐劑粒徑和類型、砂比，選用固定濃度的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，分別加入不同濃度的改性纖維配制實驗液體；將實驗液體倒入可視化平板裝置觀察鋪置高度，以鋪置高度增加率(相對于不加改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑對照組)大于70％且沉降速率降低率大于50％，且無明顯改性纖維逸出情況為準，獲得優(yōu)化的改性纖維濃度。

16、優(yōu)化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑濃度的實驗方法：根據(jù)壓裂設計壓裂液類型及配方、支撐劑粒徑、類型、砂比，改性纖維濃度采用上一步中優(yōu)化得到的改性纖維濃度，分別加入不同濃度的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑配制實驗液體；將實驗液體倒入可視化平板裝置觀察鋪置高度，以鋪置高度增加率(相對于不加改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑對照組)大于70％且沉降速率降低率大于50％同時無明顯改性纖維逸出情況為準，獲得優(yōu)化的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑濃度。

17、s3、基于“遠、高”的理念，根據(jù)前期優(yōu)化的改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑加注濃度，開展支撐劑動態(tài)運移實驗，對改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑加注濃度優(yōu)化結(jié)果進行實驗驗證。

18、支撐劑動態(tài)運移實驗采用的實驗裝置為可視化分支縫實驗裝置或可視化單一縫實驗裝置?？梢暬种Эp實驗裝置包括主縫、二級分支縫、三級分支縫，由多個可視化平板裝置組合而成?？梢暬桨逖b置的結(jié)構(gòu)與態(tài)沉降實驗采用的可視化實驗裝置相似，不同之處在于，可視化平板裝置的左右兩側(cè)分別設置有進液口和出液口。根據(jù)不同儲層設置不同縫寬，分支縫與主縫的夾角可調(diào)節(jié)，實現(xiàn)支撐劑在復雜縫網(wǎng)中運移模擬，從而研究復雜縫網(wǎng)中支撐劑運移規(guī)律。可視化分支縫實驗裝置用于頁巖及煤層氣儲層復雜裂縫模擬。頁巖及煤層氣通過大規(guī)模體積壓裂技術(shù)，在儲層內(nèi)形成復雜裂縫網(wǎng)絡，支撐劑在裂縫網(wǎng)絡內(nèi)運動規(guī)律復雜，因此通過分支縫實驗裝置模擬復雜裂縫形態(tài)。

19、可視化單一縫實驗裝置由一個或多個可視化平板裝置拼接組成，用于致密砂巖儲層單一縫模擬。致密砂巖儲層由于儲層特性在壓裂后以形成單一裂縫為主，實現(xiàn)支撐劑在單一主縫中運移模擬，從而研究單一主縫中支撐劑運移規(guī)律。

20、實驗方法是：根據(jù)施工參數(shù)砂比、支撐劑類型、步驟s2確定的改性纖維加注濃度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑加注濃度，配制實驗液體；將實驗液體注入可視化分支縫實驗裝置或可視化單一縫實驗裝置，觀察支撐劑在縫內(nèi)的分布情況，以各主縫及分支縫均無掛卡為設計標準，若出現(xiàn)掛卡，重復步驟s3直至動態(tài)運移實驗無掛卡。

21、s4、基于“防”的理念，根據(jù)步驟s3驗證后的改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的加注濃度，進行支撐劑動態(tài)運移狀態(tài)及運移距離實驗，研究泵注過程中支撐劑的運移狀態(tài)和運移距離，以及停泵一定時間后支撐劑的懸浮狀態(tài)及完全沉降后的鋪置形態(tài)，同時記錄運移過程及停泵后不同時間的鋪置高度；進行反向驅(qū)替實驗，觀察砂堤形態(tài)，測試臨界出砂流速。

22、根據(jù)驗證后的改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的加注濃度，采用可視化分支縫實驗裝置或可視化單一縫實驗裝置進行支撐劑動態(tài)運移狀態(tài)及運移距離實驗，研究泵注過程中支撐劑的運移狀態(tài)和運移距離，以及停泵一定時間后支撐劑的懸浮狀態(tài)及完全沉降后的鋪置形態(tài)，同時記錄運移過程及停泵后不同時間的鋪置高度。以泵注過程中，平板中無支撐劑堆積情況，停泵后支撐劑堆積情況不明顯為基準。

23、泵注過程中研究支撐劑鋪置高度和堆積情況，以運移過程無明顯堆積且鋪置高度為整個平板為驗證指標。

24、停泵后，記錄停泵后1min、5min的支撐劑鋪置高度及支撐劑堆積情況，以停泵后1min支撐劑鋪高度無明顯變化且停泵5min后支撐劑堆積高度變化率小于5％作為優(yōu)化驗證指標。

25、反向驅(qū)替實驗采用的實驗裝置同樣是前述的可視化分支縫實驗裝置或可視化單一縫實驗裝置。

26、反向驅(qū)替實驗方法是：采用可視化分支縫實驗裝置或可視化單一縫實驗裝置，在壓裂液類型、砂比、支撐劑類型都相同的條件下，分別在單一支撐劑條件下、支撐劑與改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑協(xié)同作用的條件下進行支撐劑動態(tài)運移實驗；待支撐劑鋪置結(jié)束后，采用壓裂液進行支撐劑鋪置后的反向驅(qū)替實驗，觀察支撐劑的返出情況及砂堤形狀，返砂量烘干后稱重，以支撐劑與改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑協(xié)同作用條件下的返砂量比單一支撐劑低70％以上為準；測試臨界出砂流速，以支撐劑與改性纖維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑協(xié)同作用條件下的臨界出砂流速是單一支撐劑的20倍以上為準。

27、s5、形成可復制式的泵注程序。根據(jù)某區(qū)塊主要施工工藝及泵注程序，結(jié)合步驟s1-s5確定的工藝參數(shù)，在具體泵注階段標注改性纖維加注濃度和加注量，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑加注濃度和加注量，作為該區(qū)塊的加注模板。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

29、(1)本發(fā)明以“進、遠、高、防”為技術(shù)理念進行支撐劑高效鋪置工藝設計方法優(yōu)化?；诶w維和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑在實施支撐劑高效鋪置工藝過程中，綜合考慮地質(zhì)條件、工程設計和施工實際等因素，通過合理的參數(shù)配置和工藝組合，實現(xiàn)支撐劑在裂縫中的更遠運移、更大堆積和支撐體積，達到增加氣(油)藏泄流面積、提高支撐劑導流能力，降低支撐劑回流的目的。

30、(2)本發(fā)明的工藝設計方法可指導高效鋪置設計以及現(xiàn)場施工，優(yōu)化作業(yè)參數(shù)，提高支撐劑輸送效率，保障支撐劑在裂縫體系中的良好分布，提高油氣井產(chǎn)量。

31、本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術(shù)人員所理解。