[发明专利]用于控制裂缝延伸高度的压裂液和压裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域中的一种压裂液和油气井压裂方法，特别涉及在薄层储层的油气藏压裂过程中，利用纤维代替瓜尔胶悬浮支撑剂从而降低压裂液的粘度，以控制压裂裂缝延伸高度的压裂方法。

背景技术

我国低渗透油气资源量巨大，占已探明总储量的70％以上，是我国未来增储上产的主要潜力工区。这类油气资源具有三低的特点，即探明率低、自然投产率低、采收率低。已经证实，水力压裂改造是提高低渗透油气藏的产能和开发效果与效益的重要技术手段。但是，对于低渗透油气藏而言，普遍具有层多、层薄的特点，有些还存在底水和层间水，常规压裂效果差。

简单的说，常规水力压裂技术的原理如下：其利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底产生高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，将在井底附近地层产生裂缝；继续注入含有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，以达到增产增注的目的。

水力压裂过程中向地层注入的液体称为压裂液，按照压裂液在压裂过程中不同阶段的作用，可分为前置液、携砂液和顶替液。其中，前置液的作用是破裂地层，造成一定几何尺寸的裂缝，以便随后的携砂液进入；携砂液的作用是用来将支撑剂携带进入裂缝至预定位置，其中支撑剂是指在压裂液带入裂缝后，在压力释放后支撑裂缝的物质，常用的支撑剂例如陶粒、石英砂等；顶替液的作用是将携砂液送至预定位置，并将井筒中的全部携砂液替入裂缝中。

现有压裂液是主要是使用瓜尔胶聚合物冻胶携砂，一般要保证压裂规模，压裂携砂液就必须具有一定的粘度(一般大于100mPa.s)。根据压裂理论，人工压裂裂缝的高度与裂缝的净压力成正比，即h_f∝P_net/Δσ(D.M.Talbot和K.A.Hemke，“StimulationFracture Height Control Above Water or Depleted Zones”，paper SPE60318at the2000SPE Rocky Mountain Regional/Low Permeability Reservoirs Symposium held in Denver，CO，12-15March2000)；而裂缝的净压力又与压裂液的粘度的1/3次方成正比，即(X.Weng和V.Pandey，“Equilibrium Test-A Method for ClosurePressure Determination”，paper SPE/ISRM 78173 at the SPE/ISRM Rock MechanicsConference held in living，Texas，20-23October2002)。由于压开的裂缝高度与携砂液的粘度成正比，压裂液的粘度越高，裂缝高度愈大。对于薄层，裂缝延伸过高，穿透储层，导致无效压裂或压裂效益降低；对于底水储层、油水互层和气水互层，裂缝过高易沟通水层导致水窜，严重影响了压裂改造的效果。如青海涩北气田储层气水关系复杂，气水间互，在常规压裂作业时，易压开水层，将气层压死，导致压裂失败。

因此，在薄层储层的压裂方法中，需要控制压裂裂缝的延伸高度。为了控制裂缝的延伸高度，近年来国内外已经开发出通过上浮或下沉转向剂来控制裂缝在一个方向上向下或向上延伸的技术。例如，中国专利申请公报CN101864939A公开了一种裂缝向下延伸酸压的方法，该方法利用高强度超低密度空心玻璃微珠作为上浮裂缝转向剂，携带低密度空心玻璃微珠的液体进入裂缝，由于空心玻璃微珠密度(密度在0.35g/cm³～0.55g/cm³)与携带液密度(密度在1.0g/cm³～1.2g/cm³)差较大，携带液粘度较低(粘度10mPa.s～20mPa.s)，这样空心玻璃微珠就能够较快地上浮到裂缝的上部，由于空心玻璃微珠很细，一般100～150目以上，这样就可以形成很高阻挡层，阻止压裂裂缝向上延伸，迫使压裂裂缝向下延伸。

另外，中国专利申请公报CN101839124A公开了一种控制油气田储层压裂裂缝延伸的方法，该方法使用压裂液基液携带改性陶粒和固化剂，在二者进入裂缝后，在地层条件下反应40～90分钟行程高强度、无渗透性遮挡层，从而可以减缓裂缝过度向下延伸进入水层。

然而，这两种上浮和下沉的转向方法，都要依赖于液体粘度、密度差和裂缝中流速等参数，实际施工中的操作难度大。