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一种压裂用防脱落多层复合暂堵剂的制作方法

  • 国知局
  • 2024-09-11 14:29:21

本发明涉及石油天然气压裂开采,具体涉及一种压裂用防脱落多层复合暂堵剂。

背景技术:

1、多簇水力压裂技术在页岩油气等非常规油气开发中起着至关重要的作用,由于储层中存在的天然裂缝、断裂等地质因素的影响,多簇水力裂缝的不均匀扩展问题成为制约该技术、提高单井产量的关键因素,实践表明,压裂段内40%以上的射孔孔眼未得到有效改造,多簇裂缝非均衡扩展程度高。因此,如何提高多簇射孔孔眼的开启程度,促进多簇裂缝的均衡扩展,对保障压裂效果和提高油气井的采收率具有重要意义。

2、暂堵技术作为一种提高段内多簇压开程度的关键技术,其基本原理是在压裂施工过程中,投入暂堵球封堵优势流体通道,促使流体分流、进而实现多簇裂缝均衡扩展。然而,由于高强度携砂液的冲刷会快速打磨孔眼,造成不同程度的扩大和不规则变形,针对这种扩大后的不规则孔眼,暂堵球如何顺利并有效封堵,需要选择合适的暂堵材料。

3、目前,目前常用的绳结暂堵剂和暂堵球在应对不规则裂缝和孔眼时存在一些缺陷和不足。首先,这些材料往往难以精确进入孔眼,容易在周围涡流区域打转无法精确入孔。其次,由于材料的性能限制,暂堵剂在受到外部流体压力波动等环境影响时,易发生脱落现象,导致暂堵效果不稳定。另外,传统暂堵剂的密封性和承压能力有限,难以长时间稳定封堵裂缝,影响了压裂作业的效果和持续性。为了改进绳结暂堵剂和暂堵球的问题,专利cn114458233a公布了一种双层结构的异形结构暂堵剂,具有一定的变形能力,但是变形能力比较有限,在结构参数上需进一步改造,以减少在管路流体中的流动阻力、提高入孔的几率。

技术实现思路

1、本发明针对水平井多簇暂堵压裂时常规暂堵剂,如绳结暂堵剂、暂堵球等材料不易入孔、容易脱落、承压不够和密封性差的难题,本专利提出一种具有多层复合结构的暂堵剂,通过结构体的自由变形,适应任意形状的孔眼形态,塞入式进入射孔孔眼,形成较为稳定的嵌入状态,实现有效坐封、防止脱落,极大提升暂堵压裂的效率。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种压裂用防脱落多层复合暂堵剂,包括内层空心金属体、中间柔性物填充层和外层柔性包裹层,所述外层柔性包裹层包裹在所述内层空心金属体的外侧,所述中间柔性物填充层填充在所述外层柔性包裹层和内层空心金属体之间。

3、本发明的有益效果是:本发明提出了一种新型压裂用防脱落多层复合暂堵剂。该暂堵剂采用了内层空心金属体、中层柔性物充填层和外层柔性包裹层的多层复合结构。内层空心金属体提供了结构的力学稳定性和承压能力,中层柔性物充填层保证了暂堵剂的自适应变形性能,外层柔性包裹层则起到了固定和密封的作用。相比传统暂堵剂,本发明具有更强的稳定性和适应性,能够更好地抵御流体压力波动的影响,能够稳定封堵不规则射孔孔眼,提高了暂堵效果和持久性,对提高多簇均衡扩展程度以及油气单井产量具有重要意义。压裂用防脱落多层复合暂堵剂是由一个内层空心金属体、中层柔性物充填层和外层柔性包裹层组成。内层空心金属体可以在内部空间自由的移动,内部充填物可对金属球进行缠绕,外层柔性包裹层在受力作用下自由变形。总体来说,内层金属体提供结构体的力学稳定性、用于承受压力,外层柔性橡胶则负责自适应变形,有效进入孔眼和坐封。

4、在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。

5、进一步,所述内层空心金属体的厚度均匀一致且为δ,δ=1mm~2mm。

6、采用上述进一步方案的有益效果是:内层空心金属体的厚度均匀一致,使内层空心金属体的整体结构稳定性更好。

7、进一步,所述外层柔性包裹层的厚度均匀一致且为s,s=1mm~2mm。

8、进一步,所述内层空心金属体为空心金属圆球,所述空心金属圆球的直径为d,水平井现场施工时需封堵射孔孔眼的直径为d0,其中,(d-d0)≥2mm。

9、进一步,所述外层柔性包裹层为椭球形结构,所述外层柔性包裹层的短轴长度为d,长轴长度为l,其中,(d-d)=10mm~20mm,l=1.61d~1.68d。

10、采用上述进一步方案的有益效果是:外层柔性包裹层的形状为椭球形,这样可以进一步的减少在管路中的流动阻力,并且能够更好地进入和适应不规则射孔孔眼形状。

11、进一步,所述内层空心金属体为空心金属椭球,所述空心金属椭球的短轴长度为l1,所述空心金属椭球的长轴长度为l2,水平井现场施工时需封堵射孔孔眼的直径为d0,其中,(l1-d0)≥2mm,l2=1.61l1~1.68l1。

12、进一步,所述外层柔性包裹层为椭球形结构,所述外层柔性包裹层的短轴长度为d,长轴长度为l,其中,(d-l1)=10mm~20mm,l=1.61d~1.68d。

13、采用上述进一步方案的有益效果是:外层柔性包裹层的形状为椭球形,这样可以进一步的减少在管路中的流动阻力,并且能够更好地进入和适应不规则射孔孔眼形状。

14、进一步,所述中间柔性物填充层的充填体积为所述外层柔性包裹层和内层空心金属体之间空腔体积的60%~80%,藏绕密度为0.1g/cm3~0.5g/cm3。

15、进一步,所述中间柔性物填充层包括可降解纤维制成的纤维丝和纤维束;所述内层空心金属体的体积密度小于1.3g/cm3,抗压强度大于50mpa;所述内层空心金属体的表面平均粗糙度为1μm~10μm。

16、采用上述进一步方案的有益效果是:内层空心金属体的空心结构使其轻量化,使得暂堵球剂的密度大幅降低,从而使得暂堵剂更容易悬浮在流体中。要求空心金属球的抗压强度大于50mpa,以保证足够的强度,实现暂堵剂在孔眼处的力学支撑和承压。

17、进一步,所述外层柔性包裹层采用能够降解的柔性橡胶制成;所述柔性橡胶包括丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丙烯橡胶中的一;所述柔性橡胶的硬度为20~40a,拉张强度高于30mpa,断裂伸长率大于600%,撕裂强度大于50kn/m。

18、采用上述进一步方案的有益效果是:柔性橡胶材料为可溶橡胶材料,根据不同储层温度(90-150℃),开始降解的时间为2~3天,30天内降解为小颗粒。柔性橡胶材料要求具有良好的力学弹性和变形能力,因此对其硬度、断裂伸长率以及撕裂强度等参数进行限定。这种可降解的柔性橡胶可为丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丙烯橡胶中的一种。外层橡胶的一体化成型制备可采用注塑成型、挤出成型和涂覆成型的工艺方法。

19、本发明针对常规绳结暂堵剂、暂堵球等材料不易入孔、易脱落、承压不够和密封性差的难题,提出一种压裂用防脱落多层复合的暂堵剂,采用内层空心金属体、中层柔性物充填和外层柔性包裹层的组合结构,能够兼具力学稳定性和自适应变形性能,这种稳定性使得结构体能够在流体作用下保持较为稳定的嵌入状态,不易受到外部流体压力波动等环境影响而发生脱落,从而提高了暂堵剂的使用寿命和封堵效果。具体优势如下:

20、(1)结构体的柔韧性使其能够根据流体在管道中流动时的变化情况自由调整形态,减少了在管道中的阻力。当流体的速度、压力或流动方向发生变化时,结构体能够相应地调整形态,以适应流体的运动状态,从而减小了在管道中的阻力,提高了运移效率。

21、(2)在射孔孔眼附近存在涡流现象,常规不易变形或者变形量小的材料容易在涡流影响下发生旋转和打转,导致不容易入孔。相比上述常规暂堵材料,在涡流的作用下,本专利的柔韧性结构体能够更好地适应流体的变化,可以灵活调整姿势,以更好地应对涡流的作用力,从而更容易和更快进入孔眼,极大提高了进入孔眼的概率。

22、(3)结构体的柔软性使其能够在流体的作用下灵活进入孔眼,而中间的充填物能够填充并塞入孔眼内部,外层包裹层具有良好的弹性,这样整个结构体形成了一种瓶塞式的嵌入状态,从而能够有效地防止结构体在流体作用下从孔眼中脱落,提高了暂堵剂在孔眼中的稳定性。

23、(4)内层空心金属球提供了结构体的力学稳定性和用于承受压力的功能,能够在高压环境下保持稳定,防止发生发变形全部穿过射孔孔眼,进入地层中。

24、(5)充填物具有良好的填充性能,在流体作用下这些纤维充填物能够充分变形塞入式的进入射孔孔眼,同时可将金属球牢固藏绕坐封在孔眼处。这样一来,即使外部流体对结构体施加一定的冲击或压力,充填物仍能够保持在孔眼内部,不易发生松动或脱落,有效地保持了暂堵剂的封堵效果。

25、(6)外层包裹层具有良好的弹性,能够有效地贴合孔眼壁面,并与孔眼形成一定的密封性。这样一来,即使在流体的作用下,外层包裹层也能够保持良好的贴合状态,防止结构体发生滑动或脱落,保证了暂堵剂的稳定性和持久性。

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