一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法
阅读说明：本技术 一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法 (Intelligent fracturing method of magnetic response clean fracturing fluid ) 是由 罗明良 司晓冬 黄一格 战永平 蒲景阳 刘同浩 吴金博 杨玉玲 葛云枝 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法。本发明的方法包括步骤：井眼准备；射孔作业；在磁场的作用下使用磁响应清洁压裂液完成储层起裂,之后调控磁场强度以及磁响应清洁压裂液的砂比,依次生成主裂缝和少量分支裂缝、形成分支裂缝、形成微裂缝,之后按照相同方法完成后续段压裂,压裂完成后,进行返排。本发明的方法利用纳米磁性颗粒与表面活性剂蠕虫状胶束自组装构筑的磁响应清洁压裂液进行压裂,通过外部磁场多次调控磁响应清洁压裂液的流变性及流动方向来改善压裂液的减阻和携砂能力,控制主裂缝扩展,诱导分支缝起裂,从而较大幅度提高沟通天然裂缝概率,形成高度复杂缝网,提高改造效果。(The invention provides an intelligent fracturing method of a magnetic response clean fracturing fluid. The method of the invention comprises the following steps: preparing a borehole; performing perforation operation; the method comprises the steps of completing reservoir fracturing by using magnetic response clean fracturing fluid under the action of a magnetic field, then regulating and controlling the magnetic field intensity and the sand ratio of the magnetic response clean fracturing fluid, sequentially generating a main crack and a small number of branch cracks, forming branch cracks and forming micro cracks, then completing subsequent stage fracturing according to the same method, and performing flowback after fracturing is completed. The method provided by the invention utilizes the magnetic response clean fracturing fluid constructed by self-assembling nano magnetic particles and surfactant vermicular micelles to perform fracturing, and the rheological property and the flowing direction of the magnetic response clean fracturing fluid are regulated and controlled by an external magnetic field for multiple times so as to improve the resistance reduction and sand carrying capacity of the fracturing fluid, control the expansion of main cracks and induce the cracking of branch cracks, thereby greatly improving the probability of communicating natural cracks, forming a highly complex crack network and improving the transformation effect.)
技术领域
本发明涉及一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法，属于油气井压裂技术领域。
背景技术
随着我国石油与天然气消费量日益增长，油气自主供应能力不足，对外依存度持续提高，严重影响我国能源安全。我国致密油气、页岩油气等非常规油气资源非常丰富，已成为我国油气增储上产的重要领域。但这些非常规油气资源具有埋藏深、高温高压、储集层厚度大、非均质性强等特点，同时储层基质致密(平均孔隙度小于10％，平均渗透率低于1mD)，自然产能低，储层改造难度大。目前，非常规油气开采核心技术主要是水平井体积压裂技术，其中大排量滑溜水压裂方法已在世界范围内广泛应用，但该方法存在水资源消耗极大、携砂能力差、储层伤害性高等缺点。
纳米技术的不断发展和能响应外界刺激控制的新型智能流体的出现，为非常规储层改造和油气资源的高效开采带来了新机遇。中国专利文献CN110454132A(申请号：201810434136.1)公开了一种致密储层纳米磁流体压裂液渗吸增油方法及改性纳米磁性颗粒，该方法向地层泵入磁性压裂前置液，使地层形成裂缝，在井底施加磁场，将磁性压裂前置液中的改性纳米磁性颗粒送达目标油层；压裂施工结束后，在井底施加磁场，使吸附原油的纳米磁性颗粒回流至井简内，然后采出地面，通过磁力作用回收磁性颗粒。该技术为储层改造和提高原油采收率提供了一种新思路，但其中新型磁性压裂液仅作为前置液使用，而且前置液基液和主体压裂液仍然是传统的瓜胶体系，在减阻、高效造缝、保护储层等方面依然存在很大不足。中国专利文献CN107989590A(申请号：201711437518.1)公开了一种分段压裂裂缝扩展控制装置及方法，在连续油管、电线、固定接头、电磁线圈的相互配合下，通过调节地面直流电输送强度、方向以及地下电磁线圈的放置角度实时控制电磁线圈产生电磁场的方向和强度，引导具有超顺磁性的压裂液定向或转向运动，人为控制裂缝走向、高度。但该方法所用的仍然是冻胶压裂液，需要交联和破胶，环境友好性较差，而且未涉及诱导裂缝转向形成复杂裂缝等情况。
因此，基于纳米磁性颗粒与表面活性剂蠕虫状胶束自组装构筑的磁响应清洁压裂液，设计一种能被外场控制的智能压裂方法，通过外部磁场多次调控磁响应胶束压裂液流变性、相态及流动方向，改善压裂液的减阻和携砂能力，控制主裂缝扩展，诱导分支缝起裂，对于较大幅度提高沟通天然裂缝概率，形成高度复杂缝网，提高改造效果具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法。本发明的方法利用纳米磁性颗粒与表面活性剂蠕虫状胶束自组装构筑的磁响应清洁压裂液进行压裂，通过外部磁场多次调控磁响应清洁压裂液的流变性、相态及流动方向来改善压裂液的减阻和携砂能力，控制主裂缝扩展，诱导分支缝起裂，从而较大幅度提高沟通天然裂缝概率，形成高度复杂缝网，提高改造效果。
本发明的技术方案如下：
一种磁响应清洁压裂液智能压裂方法，包括步骤如下：
(1)井眼准备：进行通井、洗井和试压作业；
(2)射孔作业：水力喷砂射孔；
(3)储层起裂：采用油管、套管同注方法，向油管、套管内泵入磁响应清洁压裂液；同时对井筒施加强度为0.05～0.4T的弱磁场，完成储层的起裂；
(4)生成主裂缝和少量分支裂缝：向油管、套管内泵入含有支撑剂的磁响应清洁压裂液；同时为井筒施加强度为0.5～1.5T的中等强度磁场，提高压裂液的粘度，使储层生成主裂缝和少量分支裂缝；
(5)形成分支裂缝：继续向油管、套管内泵入含有支撑剂的磁响应清洁压裂液，为井筒施加强度为0.05～0.4T的弱磁场，同时对射孔处施加强度为2.0～4.0T的强磁场，此时进入地层的含有支撑剂的磁响应清洁压裂液转换为类固态，暂堵主裂缝，施工压力升高，造成裂缝转向，诱导分支裂缝的形成；
(6)形成微裂缝：撤去井筒磁场，射孔处磁场维持步骤(5)中的磁场强度，继续向油管、套管内泵入含有支撑剂的磁响应清洁压裂液，在地层中形成微裂缝，第一段压裂结束，下入桥塞，封隔第一段；
(7)第二段及后续段压裂：重复步骤(2)～(6)，完成后续井段的压裂；
(8)压裂液的返排：关闭电源，去除磁场，进行磁响应清洁压裂液的返排与回收。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述的磁响应清洁压裂液包括以下质量份数的原料：清水90～100份、纳米磁性颗粒2～5份、表面活性剂0.5～0.8份、反离子剂0.3～0.8份、防膨剂0.2～0.6份、破乳剂0.1～0.2份；
进一步优选的，所述纳米磁性颗粒为Fe3O4、CoFe2O4或FeN，所述纳米磁性颗粒的粒径为20～50nm；
进一步优选的，所述表面活性剂为油酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵；
进一步优选的，所述反离子剂为氯化钾、氯化钠、碳酸钠或水杨酸钠；
进一步优选的，所述防膨剂和破乳剂均是市场购买的常用压裂液添加剂；更优选的，所述防膨剂为氯化钾、氯化钙、羟基铝或季铵盐聚合物；所述破乳剂为聚氧乙烯脂肪硫酸酯盐、聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚、破乳剂BH-03或高分子破乳混凝剂MQ802；
进一步优选的，所述磁响应清洁压裂液按照下述方法制备得到：按配比，依次向清水中边搅拌边加入表面活性剂、纳米磁性颗粒、反离子剂、防膨剂、破乳剂，混合均匀，静置1小时，以待压裂施工使用。
根据本发明优选的，步骤(3)中，油管排量为1.0～3.0m3/min，套管排量为2.0～4.0m3/min。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述弱磁场的强度为0.08～0.2T。
根据本发明优选的，步骤(4)所述支撑剂为石英砂或陶粒，所述支撑剂的粒径为20/40目或40/70目；所述含有支撑剂的磁响应清洁压裂液的砂比为25～45％；所述磁响应清洁压裂液与步骤(3)中相同。
根据本发明优选的，步骤(4)中，油管排量为3.0～5.0m3/min，套管排量为3.0～5.0m3/min。
根据本发明优选的，步骤(4)中所述中等强度磁场的强度为0.6～1.0T。
根据本发明优选的，步骤(5)中所述油管排量为2.0～3.0m3/min，套管排量为2.0～3.0m3/min；所述含有支撑剂的磁响应清洁压裂液的砂比为10～15％；所述支撑剂和磁响应清洁压裂液与步骤(4)中相同。
根据本发明优选的，步骤(5)中所述弱磁场的强度为0.08～0.2T；所述强磁场的强度为2.5～3.5T。
根据本发明优选的，步骤(6)中所述油管排量为1.0～3.0m3/min，套管排量为1.0～3.0m3/min；含有支撑剂的磁响应清洁压裂液的砂比为5～10％；所述支撑剂和磁响应清洁压裂液与步骤(4)中相同。
根据本发明优选的，步骤(3)～(6)中施加磁场的方向与压裂液流动方向一致；步骤(3)～(6)中涉及的磁场是通过磁场发生装置施加的，所述磁场发生装置共分为独立的两种，其中一种为井筒施加磁场的磁场发生装置包括地面电源和绕井筒线圈，可施加与井筒中压裂液流动方向一致的磁场；另一种对射孔处施加磁场的磁场发生装置是一种强电磁铁，可由地面电源设备控制射孔附近地层的磁场强度，均为常用磁场发生装置。
根据本发明，步骤(8)中压裂液的返排方法为本领域现有技术。
本发明所使用磁响应清洁压裂液主要由清水、纳米磁性颗粒、表面活性剂、反离子剂混合而形成的一种稳定胶状液体，具有强的磁响应性，磁场激励下可以从牛顿流体快速转化为非牛顿流体，从而利用磁场实时调控流体性能，将压裂液减阻、携砂、暂堵、造缝、渗吸驱油等多种功能集于一身，具有良好的工程应用前景。
本发明中储层起裂、形成主裂缝和少量分支裂缝、形成分支裂缝、形成微裂缝等阶段是通过施工压力曲线来判定的，其判断方法为本领域现有技术，施工压力曲线的获得也为本领域现有方法。
本发明未详尽说明的，均按本领域现有技术。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中用于智能压裂的压裂液主要由磁性纳米颗粒、表面活性剂、无机盐组成，没有聚合物等高分子产品，对地层的伤害低；并且本发明中的磁响应清洁压裂液漏失、渗吸进入地层，能提高地层流体的渗吸驱油效果，从而提高原油采收率。
2、本发明中的压裂返排液可进行100％不落地回收，在现场具备重复利用条件(即粘度、矿化度、pH值等与初始压裂液相差10％以内)时，井(段)间直接回收利用，优先用于洗井、射孔、油管补液、顶替等作业，回收液按原配方配制磁响应清洁压裂液；若返排液不能重复利用，而其中的纳米磁性颗粒也可以用磁力回收再重复利用，从而减少生产成本。
3、本发明的智能压裂方法，利用纳米磁性颗粒与表面活性剂蠕虫状胶束自组装构筑的特定的磁响应清洁压裂液进行压裂，通过调整外部磁场强度，可实现在压裂改造不同阶段精准实时调控压裂液流变性能以及流动方向，以满足高效减阻、长距离稳定携砂的需求。
4、本发明施工方法简单，无需压裂过程中添加暂堵剂等其它化学试剂迫使裂缝转向，只需调控磁场强度即可实时控制压裂液与支撑剂固液两相流变性能，实现液态与类固态的适时转换，从而控制主裂缝扩展，诱导分支缝起裂，较大幅度提高沟通天然裂缝概率，形成高度复杂缝网，简化了施工程序，节约了施工时间，提高了改造效果。
附图说明
图1为本发明磁场作用下纳米磁性颗粒与表面活性剂胶束相互作用及粘度变化示意图。
图2为本发明磁响应清洁压裂液智能压裂形成复杂缝网原理示意图，其中，1、磁场控制装置；2、井筒内磁场方向；3、天然裂缝；4、磁响应清洁压裂液；5、射孔处电磁铁；6、磁场；7、主裂缝；8、分支裂缝；9、绕井筒线圈。
图3为实施例中所用磁响应清洁压裂液在170S-1剪切速率下粘度随磁场变化趋势图。
图4为所用附有磁场发生装置的室内管式减阻仪示意图，其中，41、储液罐；42、泵；43、流量计；44、仪表盘；45、管线；46、直管；47、电磁发生装置；48、线圈；49、压力表。
图5为实施例中所用磁响应清洁压裂液减阻率随磁场变化趋势图。
图6为实施例1的水平井压裂第一段的施工压力曲线图。
图7为实施例2的水平井压裂第一段的施工压力曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但不限于此。
同时下述的实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中所用的磁响应清洁压裂液均采用下述的方法制备得到：
所述磁响应清洁压裂液包括以下质量份数的原料：清水94份、四氧化三铁颗粒3份、油酸钠0.8份、氯化钠0.5份、氯化钾0.5份、破乳剂聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚0.2份。
上述磁响应清洁压裂液的制备方法，包括步骤：按上述组分配比，依次向水中边搅拌边加入油酸钠、四氧化三铁颗粒、氯化钠、氯化钾、聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚，混合均匀，静置1小时，以待压裂施工使用。
实施例中所用磁响应清洁压裂液在170s-1剪切速率下粘度随磁场变化趋势图如图3所示，从图3中可以看出，磁场越大，压裂液粘度越大，可以提高压裂液的携砂能力；强磁场下，粘度成千上万倍提高，在射孔孔眼附近及主裂缝内部实现暂堵转向。
用图4所示的附有磁场发生装置的室内管式减阻仪测试实施例中所用磁响应清洁压裂液减阻率随磁场变化，具体测试步骤：①将4L清水加入储液罐，打开泵，调节流量为0.4m3/h，将清水在管线中循环5分钟，记录压降示数ΔPw；②将清水排出减阻仪，将4L磁响应清洁压裂液加入储液罐，打开泵，调节流量为0.4m3/h，将压裂液在管线中循环，每5分钟调节一次磁场强度，并记录压降示数ΔP0；③计算减阻率％DR＝((ΔPw-ΔP0)/ΔPw)×100。
实施例中所用磁响应清洁压裂液减阻率随磁场变化趋势图如图5所示，从图5中可以看出，磁场能提高磁响应清洁压裂液的减阻效果，当磁场强度为0.05T～0.25T时，减阻效果最好，能有效降低压裂施工摩阻，降低施工压力，减少能耗，提高施工成功率。
实施例1
某水平井垂深3500m，水平段长1000m，压裂分为16段，平均每段62.5m，采用磁响应清洁压裂液智能压裂方法进行施工，包括步骤如下：
(1)地面和井眼准备：准备地面压裂车、配套工具、支撑剂、磁响应清洁压裂液等，进行通井、洗井和试压作业。
(2)射孔作业：水力喷砂射孔，喷砂射孔注入液量50.0m3，20/40目石英砂3.5m3。
(3)储层起裂：采用油管、套管同注方法，利用地面压裂车组泵入磁响应清洁压裂液，油管排量为2.0m3/min，套管排量为4.0m3/min，同时在地面利用磁场发生装置为井筒施加0.1T的弱磁场，完成储层岩石的破裂，即完成储层的起裂。
(4)生成主裂缝和少量分支裂缝：油管、套管皆以3.0m3/min的排量泵入混合40/70目石英砂的磁响应清洁压裂液，压裂液砂比为40％，同时为井筒施加0.8T的中等强度磁场，使储层生成主裂缝和少量分支裂缝。
(5)形成分支裂缝：继续向油管、套管内泵入混合40/70目石英砂的磁响应清洁压裂液，油管、套管排量保持在3.0m3/min，压裂液砂比调整为15％，利用磁场发生装置为井筒施加0.1T的弱磁场，开启射孔位置附近的磁场发生装置，对射孔处施加强度为3.0T的强磁场，此时进入地层的磁性压裂液转换为类固态，作为暂堵剂，造成裂缝转向，诱导分支裂缝的形成。
(6)形成微裂缝：撤去井筒磁场，射孔处磁场维持步骤(5)中的磁场强度，油管、套管排量保持在3.0m3/min，压裂液的砂比调整为10％，继续注入混合40/700目石英砂的磁响应清洁压裂液，在地层中形成微裂缝。
(7)第二段及后续段压裂：重复步骤(2)～(6)，完成后续井段的压裂。
(8)压裂液的返排：关闭电源，去除磁场，进行磁响应清洁压裂液的返排与回收。
步骤(3)-(6)中，井筒中施加磁场的方向与压裂液的流动方向一致。
该井采用磁响应清洁压裂液智能压裂方法，施工顺利。与同区块邻井(采用常规水平井分段压裂方法)相比，压裂施工时间减少15％，施工压力降低15.2％，改造体积提高约560万方，裂缝复杂程度显著增加，改造效果显著。本实施例的水平井压裂第一段的施工压力曲线图如图6所示。
实施例2
某水平井垂深4500m，水平段长1600m，压裂分为20段，平均每段80m，采用磁响应清洁压裂液智能压裂方法进行施工，包括步骤如下：
(1)地面和井眼准备：准备地面压裂车、配套工具、支撑剂、磁响应清洁压裂液等，进行通井、洗井和试压作业。
(2)射孔作业：水力喷砂射孔，喷砂射孔注入液量50.0m3，20/40目陶粒2.8m3。
(3)储层起裂：采用油管、套管同注方法，利用地面压裂车组泵入磁响应清洁压裂液，油管排量为2.0m3/min，套管排量为4.0m3/min，同时在地面利用磁场发生装置为井筒施加0.15T的弱磁场，完成储层岩石的破裂，即完成储层的起裂。
(4)生成主裂缝和少量分支裂缝：油管、套管皆以3.0m3/min的排量泵入混合40/70目陶粒的磁响应清洁压裂液，压裂液砂比为30％，同时为井筒施加0.9T的中等强度磁场，使储层生成主裂缝和少量分支裂缝。
(5)形成分支裂缝：继续向油管、套管内泵入混合40/70目陶粒的磁响应清洁压裂液，油管、套管排量保持在3.0m3/min，压裂液砂比调整为15％，利用磁场发生装置为井筒施加0.15T的弱磁场，开启射孔位置附近的磁场发生装置，对射孔处施加强度为3.2T的强磁场，此时进入地层的磁性压裂液转换为类固态，作为暂堵剂，造成裂缝转向，诱导分支裂缝的形成。
(6)形成微裂缝：撤去井筒磁场，射孔处磁场维持步骤(5)中的磁场强度，油管、套管排量保持在3.0m3/min，压裂液的砂比调整为10％，继续注入混合40/70目陶粒的磁响应清洁压裂液，在地层中形成微裂缝。
(7)第二段及后续段压裂：重复步骤(2)～(6)，完成后续井段的压裂。
(8)压裂液的返排：关闭电源，去除磁场，进行磁响应清洁压裂液的返排与回收。
步骤(3)-(6)中，井筒中施加磁场的方向与压裂液的流动方向一致。
该井采用磁响应清洁压裂液智能压裂方法，施工顺利。与同区块邻井(采用常规水平井分段压裂方法)相比，压裂施工时间减少18％，施工压力降低18.7％，改造体积提高约660万方，裂缝复杂程度显著增加，改造效果显著。本实施例的水平井压裂第一段的施工压力曲线图如图7所示。
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