[发明专利]一种多尺度暂堵剂配方优化方法

说明书

本发明提供了一种多尺度暂堵剂配方优化方法，该方法包括：基于预设的缝宽，通过d^1/2理论和5/6匹配原则确定暂堵剂理想粒度分布基线；确定暂堵剂的初始配方；验证暂堵剂是否满足封堵层渗透率要求和强度要求，并以此确定最终的暂堵剂配方。本发明在暂堵剂考虑暂堵剂的多尺度分布特征，可以在形成有效封堵层的同时兼顾封堵层渗透率和强度控制，将极大提高封堵效率。

技术领域

本发明涉及石油天然气工程领域，具体涉及一种多尺度暂堵剂配方优化方法。

背景技术

暂堵转向压裂技术已成为油气层增产改造的重要手段，在压裂过程中利用暂堵剂在缝内形成架桥封堵，使裂缝向低渗储层扩展延伸，可增大储层改造体积。封堵层的要求是具有较低的渗透率和足以使裂缝发生转向的强度，而暂堵剂粒度分布广泛才能满足此要求，即所设计暂堵剂中既要含有与水力裂缝宽度相匹配的大颗粒形成稳定架桥，也要含有足量的小粒径颗粒以降低封堵层渗透率。且在闭合压力作用下暂堵剂将发生弹性形变导致比面发生变化，封堵强度又受到表面摩擦系数和颗粒刚度的影响。所以，要构建低渗透率、高强度的封堵层，不仅需要考虑暂堵剂粒径、配比等粒度参数，还要考虑表面摩擦系数、颗粒刚度、泊松比等性能参数，进行多尺度暂堵剂封堵参数优化设计。

暂堵剂封堵参数设计有三个要求，一是在不同水力裂缝宽度下暂堵剂可以形成架桥封堵，二是形成的封堵层有接近于零的渗透率，三是封堵层具有可以使裂缝转向开启的强度。通过控制封堵层渗透率和强度进行暂堵剂封堵参数优化设计，对于提高暂堵转向施工效果、提高水力裂缝复杂程度具有积极意义。目前针对暂堵剂封堵参数的设计方法主要有理想堆积理论、屏蔽暂堵分形理论、隔层堆积理论、d^1/2理论等。理想堆积理论(Rosin-Rammler模型、Gaudin-Schuhmann模型、Alfred模型等)通过模型系数确定暂堵剂粒度分布与粒径间的关系，但其最高堆积效率下的模型系数难以确定；屏蔽暂堵分形理论通过测定孔隙分形维数来设计暂堵剂粒度分布，但需要对孔隙结构进行测量；d^1/2理论为暂堵剂颗粒累积体积分数与粒径的平方根成正比时，可以得到最优的充填效果，有效降低封堵层渗透率。对于架桥颗粒粒径的确定，相比于1/3架桥原则、2/3架桥原则和d₉₀规则，5/6匹配原则使暂堵剂累积粒度d₉₀所对应的粒径等于5/6缝宽，既考虑了工作液剪切造成的粒度降级影响，也不会造成“封门”，符合缝内架桥的特点。将d^1/2理论和5/6匹配原则相结合进行暂堵剂封堵参数设计，可同时满足“紧密堆积”和“稳定架桥”，但其只可使暂堵剂稳定堆积，而没有考虑封堵层的渗透率和强度，也没有考虑暂堵剂由于多尺度特征引起的形态和性能参数对封堵效果的影响，不能针对封堵层低渗透、高强度的特点进行最优化设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多尺度暂堵剂配方优化方法，克服了现有技术中无法考虑暂堵剂多尺度特征、封堵层渗透率、封堵层强度进行暂堵剂封堵参数设计的难点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种多尺度暂堵剂配方优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基于预设的缝宽，通过d^1/2理论和5/6匹配原则确定暂堵剂理想粒度分布基线；

(2)确定暂堵剂的初始配方；

(3)验证步骤(2)中的暂堵剂是否满足封堵层渗透率要求，如果满足封堵层渗透率要求则进入步骤(4)；如果不满足封堵层渗透率要求，则调整步骤(2)中的暂堵剂直至满足封堵层渗透率要求；

(4)验证步骤(3)中的暂堵剂是否满足封堵层强度要求，如果不满足，则调整步骤(3)中的暂堵剂直至满足封堵层强度要求，此时暂堵剂的粒度分布曲线接近理想粒度分布基线，表明暂堵剂能够有效封堵裂缝，以此作为最终的暂堵剂配方。

进一步地，所述步骤通过d^1/2理论和5/6匹配原则确定暂堵剂理想粒度分布基线包括：