一种高强度可变形可降解绳结暂堵球及其制备方法与应用与流程

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1.本发明涉及石油压裂技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度可变形可降解绳结暂堵球及其制备方法与应用。

背景技术：

2.随着油气勘探事业的快速发展，大量低渗透或超低渗非常规油油气藏越来越受到石油工作者的关注，这类油气藏的开采需要经历储层增产改造方可实现经济有效的开发。在储层改造技术当中，水力压裂技术是提高油气田生产效率的最主要措施之一。然而由于非常规储层，如煤层气、致密气、页岩气储层区域跨度大、地质结构多样性和复杂性，且部分储层非均值性较强，地层开启压力差异较大等多种原因，在水力压裂施工过程中遇到诸多难题，特别是在致密储层和页岩储层的长水平井段多簇的压裂改造工艺时，难以实现全簇的有效开启，部分射孔簇未得到改造或改造不充分。为解决此问题，纤维、颗粒暂堵剂或暂堵球封堵炮眼技术被提出并在现场得到应用，但暴露出一定的不足之处，如纤维颗粒暂堵体系在随携带液泵注过程中易形成泵堵或在管道中堆积，而暂堵球无法完全封堵形状与尺寸不规则的炮眼，因此不能保障所有射孔簇有效开启，实现压裂效果。
3.油气井直井分层、水平井分段以及老井暂堵重复压裂、钻井过程中堵漏和油、套管长期开采过程中出现漏点等问题是油田开发过程中常见暂堵技术需求，尤其是现阶段封堵射孔孔眼实现分层或分段压裂，暂堵技术得到广泛的应用。采用投掷暂堵球，射孔孔眼受压裂砂冲刷打磨，导致孔眼扩径和变形，暂堵球很难对不规则孔眼进行有效封堵，同时，暂堵球受到水流冲刷或压力释放易脱落，引起分段或分层失败，很难保证分层或分段压裂工艺的实施，严重影响压后效果。针对钻井过程中遇到裂缝、溶洞等恶性滤失，引起钻井液快速滤失进入地层，引起储层伤害大，同时由于滤失量加大，井筒内压力变化明显，易引起施工风险。常规方法采用化学凝胶和/或固体封堵材料，堵漏成功率低，笼统注入后，见效时间短等问题。另一领域，油田长期开发过程中，油管和套管腐蚀、储层内压力引起挤压变形，出现油管、套管壁破损，引起生产低效或停产，以及后期修井过程中漏点引起压井液漏失等问题，常规采用液体化学封堵剂，注入量大、抗压强度低，封堵效果差。
4.申请号为202110146581.x公开了一种高强度可降解的柔性绳结炮眼暂堵剂及其制备方法与应用，所述高强度可降解的柔性绳结暂堵剂主要由如下聚合物纤维成分按比例经并线、捻线、成绳、剪切、绳结成型以及涂层包裹等工艺加工制备而成。该暂堵绳结产品均为纯纤维编织加工而成，暂堵维绳可变形性受纤维编织工艺、编织结构以及暂堵绳结尺寸大小的影响，生产加工和产品质量稳定性不高；形变程度有限，承压强度低。
5.申请号为202110523281.9公开了一种全降解高强度绳结暂堵塞，该暂堵塞由聚合物a、增塑剂和十二烷基磺酸钠共混后，依次经过干燥，熔融，纺丝，烘干，编织，裁剪步骤制成。该暂堵塞为纯纤维加工而成，具有能够完全降解的优势效果，但是其绳结的强度低，形变量小，对不规则孔眼的封堵效果较差。
6.申请号为202110315878.4公开了一种采用绳结式设计的用于分段压裂可代替桥
塞的环保生物结及其使用方法，该环保生物结由可降解纤维材料纺织成绳，再制作成绳结。该环保生物结直径大小可根据需要封堵孔眼的大小制备。降低桥塞施工风险，均匀压裂储层，并可对套变段进行分段压裂，对套变井不会造成丢段，并对套变段可按设计进行分段压裂，减少因套管变形对井造成的产量影响。同时解决现有暂堵球和暂堵剂在施工上的缺陷。
7.申请号为202011579941.7公开了一种用于大规模井下压裂孔眼暂堵的方法，该暂堵塞中部呈绳结状，两端分开为若干细丝。该发明不再使用泵送射孔的复合桥塞，将多个射孔段位合并成一个段位，降低了电缆下井次数；在射孔段位的整个长度范围内，使用暂堵塞保证了所有射孔簇均匀压裂。
8.申请号为202110772158.0公开了一种用于油气田分段压裂的绳结暂堵球，该绳结暂堵球本体为柔性绳结暂堵球，在压差的作用下绳结暂堵球本体可变形进入不规则射孔孔眼，解决了常规圆球暂堵球对不规则孔眼坐封效率低的问题。
9.申请号为202011167276.0公开了一种油气井压裂用完全可降解暂堵塞及其制备方法，该解暂堵塞以可降解材料为原料，采用熔融—纺丝—编织—裁剪—烘干工艺加工而成，与暂堵颗粒和暂堵球相比，工艺简单、有效降低了压裂成本，承压强度大，提高了压裂效果，增加了产量。
10.综上，现有技术具有如下缺陷：(1)现有暂堵绳结产品均为纯纤维编织加工而成，暂堵维绳可变形性受纤维编织工艺、编织结构以及暂堵绳结尺寸大小的影响，生产加工和产品质量稳定性不高；形变程度有限，承压强度低；
11.(2)现有暂堵绳结投放时，需要增加暂堵绳结保护壳，以便于暂堵绳结的运移，生产加工和施工应用工艺相对复杂；
12.(3)现有暂堵球强度高，可变形性小，对不规则炮眼坐封效率低。

技术实现要素：

13.本发明的目的是提供一种高强度可变形可降解绳结暂堵球及其制备方法与应用，解决现有暂堵产品稳定性不高、形变程度有限、承压强度低，无法完全封堵形状与尺寸不规则的炮眼的问题。
14.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，所述绳结暂堵球由弹性球和径向贯穿弹性球的复合纤维绳组成。
15.本方案的原理：通过弹性球的可变形性能与复合纤维绳增强性能上的互补，同时复合纤维绳多不规则孔眼起着二次封堵的作用，以及绳结暂堵球直径大小根据需要封堵不规则孔眼的形状及大小可调，从而解决了常规刚性暂堵球对不规则孔眼坐封效率低的问题。
16.进一步，所述弹性球由以下成分组成，以质量比计：25％-65％树脂，3％-15％甘油，25％-45％天然纤维，5％-15％氯化钙，0.1％-1％发泡剂，0.01％-0.05％塑化剂和0.02％-0.1％抗氧化剂。通过采用上述配方制备形成的弹性球，解决了纯纤维绳结形变量小，加工过程中绳结强度不稳定，以及纯绳结纤维投放困难，需要球壳包裹的问题，来提高本发明绳结暂堵球的封堵效果和承压性能。
17.进一步，所述复合纤维绳由以下成分组成，以质量比计：20％-90％pva纤维，10％-70％pla纤维和0％-10％pet纤维。
18.进一步，所述树脂为聚乳酸、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基脂肪酸酯中的一种或几种；所述天然纤维为竹纤维、木质素纤维或秸秆纤维。由于添加了天然纤维，使得弹性球的强度得到了提升。
19.进一步，所述发泡剂为nahco3、kahco3中的一种或几种。由于添加了发泡剂，能够调控绳结暂堵球密度；所述塑化剂为甘油、硬脂酸、聚乙二醇-400中的一种或几种。由于添加了塑化剂和抗氧化剂，增强了弹性球的柔韧性和加工性能；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168中的一种或几种。抗氧化剂能够延缓或者抑制在自然状态下氧化过程的发生。
20.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的制备方法，所述绳结暂堵球由以下方法制备而成：
21.(1)制备弹性球：将树脂、甘油、天然纤维、氯化钙、发泡剂、塑化剂和抗氧化剂混匀；注塑加工成不同密度，不同直径，溶解速度可控，径向孔眼直径5-12mm的弹性球；
22.(2)制备复合纤维绳：将pva纤维、pla纤维和pet纤维混线，经捻线、编织成直径5-12mm的复合纤维绳；
23.(3)组装：将复合纤维绳贯穿弹性球，根据实际需要调节弹性球两端复合纤维的长度均为40-100mm，得到绳结暂堵球。
24.进一步，所述复合纤维绳为麻花结构。由于将复合纤维编织成麻花结构，提高复合纤维间的紧密程度，从而提高了复合纤维的强度，进而起到增强绳结暂堵球对不规则孔洞的封堵作用。
25.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的应用，包括以下步骤：步骤1、水平段射孔后进行压裂施工；步骤2、泵送绳结暂堵球入井，绳结进入压开的射孔孔眼进行封堵，将压裂液和支撑剂转移到未压开的射孔孔眼，使所有射孔孔眼达到同等开裂；步骤3、待暂堵绳结溶解后进行后续施工。
26.进一步，所述绳结暂堵球适用于50℃-130℃的储层。所述绳结暂堵球在50-130℃储层温度范围内，对降解水质无选择，可完全降解成co2和h2o等小分子对环境污染小，储层地质伤害小。
27.综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)采用可溶解高弹性形变的热塑性弹性球与可溶解的高强度可降解复合纤维绳组合；(2)高弹性形变的绳结暂堵球可有效封堵不规则炮眼，通过现场应用比较，绳结暂堵球对炮眼的坐封效率明显优于刚性暂堵球；(3)高强度可降解复合纤维绳的增强作用以及二次封堵，提高了绳结暂堵球的承压强度，绳结暂堵球的可变形性能优于纯纤维暂堵绳结，通过现场应用比较，绳结暂堵球比纯纤维暂堵绳结承压强度更高；(4)绳结暂堵球通过密度的调节，投放时，无需增加球壳保护，亦可实现绳结暂堵球的运移与有效封堵，生产加工与施工应用工艺相对简单；(5)绳结暂堵球完全溶解，降低了对地层与环境的伤害。
附图说明
28.图1是本发明绳结暂堵球的实物图；
具体实施方式
29.以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。
30.实施例1：
31.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，由以下方法制备而成：
32.以适用于50～70℃条件的25.00mm绳结暂堵球制备为例，
33.(1)制备弹力球：将聚乳酸树脂颗粒、聚乙烯醇树脂颗粒、甘油、竹纤维、氯化钙、nahco3、甘油、抗氧化剂1010按以下质量份数10.00：45.00：4.00：25.00：15.00：0.80：0.10：0.10均匀混合；然后经挤出注塑加工成密度为1.28g/cm3，直径为25.00mm，空心直径为10mm的弹力球。
34.(2)制备复合纤维绳：选用pva纤维、pla纤维按质量比9：1，经捻线、编织成直径12mm的复合纤维绳；pva纤维分子量为10万-40万、pla纤维分子量为8万-30万。
35.(3)组装：将复合纤维绳贯穿弹力球，复合纤维绳长度为100mm。
36.实施例2
37.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，由以下方法制备而成：
38.以适用于80～100℃条件的25.00mm绳结暂堵球制备为例，
39.(1)制备弹力球：将聚乳酸树脂颗粒、聚乙烯醇树脂颗粒、甘油、竹纤维、氯化钙、kahco3、硬脂酸、抗氧化剂168以质量份数18.00：35.00：4.00：35.00：7.00：0.80：0.10：0.10均匀混合；经挤出注塑加工成密度为1.23g/cm3，直径为25.00mm，弹性球体空心直径10mm。
40.(2)制备复合纤维绳：选用pva纤维、pla纤维、pet纤维按质量比5：4：1，经捻线、编织成直径12mm的高强度可降解复合纤维绳；pva纤维分子量为10万-40万、pla纤维分子量为8万-30万、pet纤维分子量为1.0万-3.0万。
41.(3)组装：将复合纤维绳贯穿弹力球，复合纤维绳长度为100mm。
42.实施例3
43.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，由以下方法制备而成：
44.以适用于110～130℃条件的25.00mm绳结暂堵球制备为例，
45.(1)制备弹力球：将聚乳酸树脂颗粒、聚乙烯醇树脂颗粒、甘油、竹纤维、氯化钙、kahco3、聚乙二醇-400、抗氧化剂168以质量份数30.00：20.00：4.00：40.00：5.00：0.80：0.10：0.10均匀混合；经挤出注塑加工成密度为1.20g/cm3，直径为25.00mm，弹性球体空心直径10mm。
46.(2)制备复合纤维绳：选用pva纤维、pla纤维、pet纤维按质量比2：6：2，经捻线、编织成直径12mm的高强度可降解复合纤维绳；pva纤维分子量为10万-40万、pla纤维分子量为8万-30万、pet纤维分子量为1.0万-3.0万。
47.(3)组装：将复合纤维绳贯穿弹力球，复合纤维绳长度为100mm。
48.对比例1
49.暂堵球：选择市售暂堵球，来自成都劳恩普斯科技有限公司，型号lp-zdb。
50.对比例2
51.纯纤维绳结：选择市售纯纤维绳结，来自成都劳恩普斯科技有限公司，型号lp-zdk。
52.实施例1-3所得绳结暂堵球在不同温度下的溶(降)解性能测试结果如表1所示。
53.表1实施例1-3溶解性能测试对比
[0054][0055]
将实施例1、对比例1和对比例2应用在某致密气水平井井第6段暂堵施工中进行对比：
[0056]
某井储层温度70～80℃，第6、7和8段分别设计7簇40孔，分别设计投放15颗20～25mm60℃的暂堵球、纯纤维绳结和绳结暂堵球，起始压力、到位压力及其压力涨幅见表2所示。
[0057]
应用方法具体为：关井泄压后，将绳结暂堵球从旁通管投入，或从井口三号闸门处投入至注入头处，然后关井打背压，开井口阀门后，启动泵车，提排量至1m3/min后，从混砂车投入不同粒径暂堵剂后，然后迅速提排量至6m3/min，将绳结暂堵球与暂堵剂共同泵送至暂堵层段，实现对射孔孔眼和缝口的封堵。
[0058]
表2实施例1暂堵材料承压性能对比
[0059]
暂堵材料尺寸规格/mm数量/颗起始压力/mpa到位压力/mpa压力涨幅/mpa对比例1251542.547.04.5对比例220～221546.349.43.1实施例1251545.251.66.4
[0060]
将实施例2、对比例1和对比例2应用在某致密气水平井井第8段暂堵施工中：某井储层温度100～110℃，第8、9和10段分别设计7簇40孔，分别设计投放18颗20～25mm90℃的暂堵球、纯纤维绳结和绳结暂堵球，起始压力、到位压力及其压力涨幅见表3所示。
[0061]
应用方法具体为：关井泄压后，将绳结暂堵球从旁通管投入，或从井口三号闸门处投入至注入头处，然后关井打背压，开井口阀门后，启动泵车，提排量至1m3/min后，从混砂车投入不同粒径暂堵剂后，然后迅速提排量至6m3/min，将绳结暂堵球与暂堵剂共同泵送至暂堵层段，实现对射孔孔眼和缝口的封堵。
[0062]
表3实施例2暂堵材料承压性能对比
[0063]
暂堵材料尺寸规格/mm数量/颗起始压力/mpa到位压力/mpa压力涨幅/mpa对比例1251846.652.35.7对比例220～221849.554.44.9
实施例2251844.252.58.3
[0064]
将实施例3、对比例1和对比例2应用在某井第6段暂堵施工中：某井储层温度140～150℃，第5、6和7段分别设计7簇40孔，分别设计投放15颗20～25mm120℃的暂堵球、纯纤维绳结和绳结暂堵球，起始压力、到位压力及其压力涨幅见表4所示。
[0065]
应用方法具体为：关井泄压后，将绳结暂堵球从旁通管投入，或从井口三号闸门处投入至注入头处，然后关井打背压，开井口阀门后，启动泵车，提排量至1m3/min后，从混砂车投入不同粒径暂堵剂后，然后迅速提排量至6m3/min，将绳结暂堵球与暂堵剂共同泵送至暂堵层段，实现对射孔孔眼和缝口的封堵。
[0066]
表4实施例3暂堵材料承压性能对比
[0067]
暂堵材料尺寸规格/mm数量/颗起始压力/mpa到位压力/mpa压力涨幅/mpa对比例1251847.050.23.2对比例220～221848.654.23.6实施例3251852.157.85.7
[0068]
在某页岩气套变井第5段压裂结束后泵送桥塞，在第7段位置处因套变影响桥塞无法泵送，现场决定第6段与第7段全部射孔，分两次改造，具体细节如下：该井储层温度140～150℃，前期第5段改造射6簇42孔。第6段射4簇48孔，第7段射4簇48孔。设计套变段第一次施工，排量2m3/min,投放42颗25mm120℃的绳结暂堵球，4m3/min排量送到位后，施工压力由42.1mpa升高至48.8mpa，压力上涨6.7mpa，表明绳结暂堵球落座后对前期改造井段实现有效封堵。设计套变段第二次施工，排量2m3/min,投放48颗25mm120℃的绳结暂堵球，4m3/min排量送到位后，施工压力由44.3mpa升高至50.2mpa，压力上涨5.9mpa，表明绳结暂堵球落座后对前期改造井段实现有效封堵。
[0069]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，其特征在于，所述绳结暂堵球由弹性球和径向贯穿弹性球的复合纤维绳组成。2.根据权利要求1所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，其特征在于，所述弹性球由以下成分组成，以质量比计：25％-65％树脂，3％-15％甘油，25％-45％天然纤维，5％-15％氯化钙，0.1％-1％发泡剂，0.01％-0.05％塑化剂和0.02％-0.1％抗氧化剂。3.根据权利要求1所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，其特征在于，所述复合纤维绳由以下成分组成，以质量比计：20％-90％pva纤维，10％-70％pla纤维和0％-10％pet纤维。4.根据权利要求2所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，其特征在于，所述树脂为聚乳酸、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基脂肪酸酯中的一种或几种；所述天然纤维为竹纤维、木质素纤维或秸秆纤维中的一种或几种。5.根据权利要求2所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球，其特征在于，所述发泡剂为nahco3、kahco3中的一种或几种；所述塑化剂为甘油、硬脂酸、聚乙二醇-400中的一种或几种；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168中的一种或几种。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的制备方法，其特征在于，所述绳结暂堵球由以下方法制备而成：(1)制备弹性球：将树脂、甘油、天然纤维、氯化钙、发泡剂、塑化剂和抗氧化剂混匀；注塑加工成不同密度，不同直径，溶解速度可控，径向孔眼直径5-12mm的弹性球；(2)制备复合纤维绳：将pva纤维、pla纤维和pet纤维混线，经捻线、编织成直径5-12mm的复合纤维绳；(3)组装：将复合纤维绳贯穿弹性球，根据实际需要调节弹性球两端复合纤维的长度均为40-100mm，得到绳结暂堵球。7.根据权利要求6所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的制备方法，其特征在于，所述复合纤维绳为麻花结构。8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的应用，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、水平段射孔后进行压裂施工；步骤2、泵送绳结暂堵球入井，绳结进入压开的射孔孔眼进行封堵，将压裂液和支撑剂转移到未压开的射孔孔眼，使所有射孔孔眼达到同等开裂；步骤3、待暂堵绳结溶解后进行后续施工。9.根据权利要求8任意一项所述的一种高强度可变形可降解绳结暂堵球的应用，其特征在于，所述绳结暂堵球适用于50℃-130℃的储层。

技术总结

本发明公开了一种高强度可变形可降解绳结暂堵球及其制备方法与应用，涉及石油压裂技术领域，其技术方案要点是：所述绳结暂堵球由弹性球和径向贯穿弹性球的复合纤维绳组成；所述弹性球由以下成分组成，以质量比计：25％-65％树脂，3％-15％甘油，25％-45％天然纤维，5％-15％氯化钙，0.1％-1％发泡剂，0.01％-0.05％塑化剂和0.02％-0.1％抗氧化剂；所述复合纤维绳由以下成分组成，以质量比计：20％-90％PVA纤维，10％-70％PLA纤维和0％-10％PET纤维。本技术方案提供的绳结暂堵球具有稳定性高、形变能力强、承压强度高的优点，能够完全封堵形状与尺寸不规则的炮眼。堵形状与尺寸不规则的炮眼。堵形状与尺寸不规则的炮眼。