[发明专利]支撑剂及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气方向，尤其涉及供在通过液力压裂使油气藏增产的方 法中使用的支撑剂。

背景技术

液力压裂的原理是在井眼区域的储层中产生裂缝，以便增加井眼附近 的渗透性并提高石油产量。利用特殊的流体性质和泵送压力性质来产生这 些裂缝。然而，一旦泵送结束、压力减小、或者用于液力压裂的液体流回 或除去，则这些裂缝的壁往往会由于储层压力而闭合。为了防止这种闭合， 通常是将称之为支撑剂的粒料加到压裂液中。支撑剂与压裂液一起输送到 裂缝中。理想的情况是在压力减小之后支撑剂保留在裂缝中，以便用机械 方法防止储层的闭合。因此支撑剂必需具有特殊的性能组，如：合适的强 度，以便承受长期载荷；多孔性；并且必需具有特定的尺寸。支撑剂必须 足够坚固以便抵抗储层压力，并且重量足够轻以便在沉降之前输送到裂缝 中。因此，尽管大多数材料具有高耐久性和高密度，但最佳支撑剂应具有 高强度和低密度。

目前，在研究支撑剂技术和化学组成方面的推进力集中在降低支撑剂 的密度上，某些发展趋势可以等同于研究把高强度和低密度结合起来的新 材料。一个领域是研究用于制造支撑剂的低密度材料：例如，一种建议是 利用聚合物粒料，尤其是基于聚苯乙烯二乙烯基苯的颗粒。具有高耐久性 能的低密度铝矾土也已研究出来了。另一个领域是使用复合材料。在美国 专利No.4,923,714中所说明的一种建议是使用带涂层的陶瓷支撑剂，所述 涂层用薄的聚合物膜制成，所述聚合物薄膜防止流体渗入支撑剂，从而减 小支撑剂的有效密度。在美国专利No.6,632,527中所述的另一种建议利用 一种基于陶瓷颗粒和聚合物树脂的混合物的复合材料。在美国专利No. 6,528,157中所说明的另一个建议涉及带涂层的颗粒，所述涂层由树脂和含 纤维的材料制造。在美国专利No.4,547,468中说明了一种空心支撑剂。所 有上述参考文献都引用在此作为参考。

已知一种将支撑剂输入裂缝的方法是基于减小沉降速率。该效果用几 种方法实现。一种方法是通过增加用于液力压裂的流体的粘度和密度。然 而，作为压裂液需要使用特定的流体密度和粘度。因此，这些性能的任何 大的变化都难以实现。另一种方法是减小支撑剂的密度。然而，在大多数 情况下，支撑剂的密度的减小都导致它的强度减小。使用特殊材料常常导 致显著的成本增加。另一种方法是通过将特殊添加剂，例如聚合物纤维， 加到用于压裂液的流体中，以便通过用机械方法限制支撑剂的沉降来减小 支撑剂沉降速率。

然而，利用上述这些方法一般导致成本增加。获得支撑剂的高强度和 低密度的最佳关系的好处不能补偿或抵消生产的额外高费用和复杂性。本 发明的目的是创造具有理想的物理性质的支撑剂，该理想的物理性质在使 用时提高经济性和效率。

发明内容

一般地说，本发明提供一种支撑剂，所述支撑剂将必需的强度和合适 的浮力结合，上述必需的强度用于防止储层闭合，而上述浮力用于防止支 撑剂在输送到裂缝中时过早沉降。

本发明的实施例提供一种支撑剂，所述支撑剂包括芯部和由与芯部的 材料不同的材料制成的外壳，其中外壳用软材料制造，并连接到芯部上， 使得外壳与芯部接合的那些部位的总表面小于芯部的表面积。因此，外壳 和芯部接合的那些部位的组合的表面积小于芯部的总表面积。外壳可以用 与芯部的材料相比较软的材料形成。

外壳的材料(例如在水中或在油中)可以是可溶性的或者不溶性的。

在某些实施例中，外壳用纤维，更确切地说用聚合物纤维制成。一根 或多根纤维可以分别与芯部具有一个以上的粘结点。纤维可以沿径向延伸 等于或大于芯部半径的距离。在芯部的表面上相邻部位处接合的两根或多 根聚合物纤维可以从芯部朝发散方向延伸。或者，在芯部的表面上相邻部 位处接合的两根或多根聚合物纤维可以从芯部以基本平行的方向延伸。聚 合物纤维的不同部分可以具有不同的溶解速率。例如，一部分聚合物纤维 可以是可溶性的，而另一部分聚合物纤维可以是不溶性的。优选的是，聚 合物纤维具有三角形横断面。在另一些实施例中，外壳用海绵状材料制成。

本发明的另一个实施例提供一种支撑剂，所述支撑剂包括芯部(亦即 主要部分)、和由与芯部材料不同的材料制成并连接在芯部上的连接部分， 其中，连接部分为盘片的形式。该盘片可以用聚合物材料制成。通常，主 要部分基本上是球形，亦即具有约为1的纵横比。芯部优选地连接到盘片 的中央部分上。