[发明专利]提高水力压裂井的支撑剂传导性的方法

说明书

相关申请的交叉引用

在美国，这是美国专利申请序列号11/782151的部分延续申请，申请日 是2007年7月24日，通过参考合并于此，并且因此要求优先权。

在此要求美国专利申请序列号11/782151的优先权，其申请日是2007 年7月24日，通过参考合并于此。

关于联邦政府赞助科研或发展的声明

不适用

参考“缩微胶片附录”

不适用

技术领域

本发明的方法涉及通过向包含压裂液和支撑剂的压裂浆液中添加低密 度材料来阻碍在垂直裂缝中支撑剂的沉降的方法。

背景技术

水力压裂包括在储层中产生裂缝以增加烃的产量。高粘流体混合支撑剂 或砂子注入裂缝。当裂缝闭合时，支撑剂留在裂缝中产生较大的流动面积和 高传导通道以使烃流进井眼。支撑剂或砂子用来保持张开的裂缝。粘性流体 用来传输、悬浮并最终允许支撑剂填进裂缝中。在水力压裂处理中，这些流 体一般遵循距离或剪切变化率(range or shear rates)的幂律特性。

在支撑剂压裂处理中一般流体用量的范围从几千加仑到几百万加仑。支 撑剂用量大约几千立方英尺。目标是获得均匀的支撑剂分布；且因此获得沿 着井眼高度和裂缝半长的均匀传导裂缝。然而，非牛顿流体中支撑剂沉降的 复杂性经常造成较高浓度的支撑剂在裂缝的下半部分沉下来。这经常导致裂 缝和井眼的上半部分缺乏充足的支撑剂覆盖。支撑剂的聚集，包覆，桥接和 嵌入是降低支撑剂填充的潜在传导性的几种现象。

产生裂缝时，水力裂缝内支撑剂的运移包括两个分量。水平分量由流体 速度和相关流线决定，有助于携带支撑剂到裂缝的顶部。垂直分量由颗粒的 最终颗粒沉降速度决定，是支撑剂直径和密度、流体速度和密度的函数。最 终沉降速度因前述不同现象而更显复杂。

在裂缝产生过程中的某些时刻，支撑剂覆盖达到一平衡几何构型，平衡 几何构型上面的所有注入的支撑剂可被携带更远进入裂缝。这潜在地限制了 有效支撑裂缝的高度也大大增加了处理期间的桥堵风险。

当泵送停止时，裂缝最终关闭了支撑剂的填充。流体中包含降粘剂，其 可以降低流体的表观粘度，有助于因更快的漏失而加速裂缝闭合。静态流体 的流体粘度的降低导致更高的沉降速度，造成更多支撑剂沉降到裂缝底部。 潜在的孔洞和不均匀的填充造成了低效的支撑面积并因此在出现闭合时大 大减小了有效井眼半径。

其它的旨在阻止垂直裂缝中支撑剂沉降的发明着力于设计密度与载液 密度相等的支撑剂。因此液体中的支撑剂将中性地浮在裂缝中并保持在垂直 进入闭合裂缝的位置。设计中性浮力支撑剂的方法包括多孔陶瓷颗粒的表面 密封以在颗粒内部的孔洞进行空气填充，设计强复合材料和中空的陶瓷球， 和设计具有足够的壁强度能承受闭合应力的中空球。

从支撑剂耐久性和制造成本角度来看，这些方法都具有内在缺陷。

发明内容

本发明在此公开了一种减轻上述影响的方法，以更好地悬浮支撑剂并保 证更均匀的填充。通过加入比流体介质密度低的添加剂，预期可引起裂缝内 部的密度梯度。添加剂可以是相对于沉下去而言在流体团中浮起的任何材 料。低密度添加剂的向上运动干涉高密度支撑剂的向下运动，反之亦然。这 种限定在狭窄裂缝中的支撑剂和添加剂间的相互干涉极大地阻碍了高密度 支撑剂的沉降/隔离。低密度材料具有小于载液介质的比重，颗粒尺寸分布类 似于标准支撑剂的分布，并且可具有或不具有足够承受裂缝闭合应力的机械 强度。所以，除了具有浮力外，这种材料也可作为支撑剂。

建议通过混合一定百分比的具有类似于支撑剂机械性能的低密度添加 剂至压裂浆液中，能够实现更有效的支撑剂覆盖和压裂半长。

地面、管子和射孔孔眼(perforations)上的高剪切变化率将确保压裂浆 液中的支撑剂和低密度添加剂的相对均匀混合。随着浆液混合物进入裂缝， 剪切变化率的迅速下降使支撑剂和低密度添加剂在流体中运移。一旦泵送停 止，支撑剂和添加剂之间的密度梯度导致支撑剂向裂缝底部运移，而与此同 时低密度添加剂向裂缝顶部运移。这引起支撑剂的双向受阻沉降，因此极大 降低了支撑剂的沉降速率。当裂缝关闭填充时，更多的支撑剂材料保留在了 上部裂缝中。