本發(fā)明涉及石油天然氣壓裂開采，具體涉及一種壓裂用防脫落多層復(fù)合暫堵劑。

背景技術(shù)：

1、多簇水力壓裂技術(shù)在頁巖油氣等非常規(guī)油氣開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，由于儲(chǔ)層中存在的天然裂縫、斷裂等地質(zhì)因素的影響，多簇水力裂縫的不均勻擴(kuò)展問題成為制約該技術(shù)、提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，實(shí)踐表明，壓裂段內(nèi)40％以上的射孔孔眼未得到有效改造，多簇裂縫非均衡擴(kuò)展程度高。因此，如何提高多簇射孔孔眼的開啟程度，促進(jìn)多簇裂縫的均衡擴(kuò)展，對(duì)保障壓裂效果和提高油氣井的采收率具有重要意義。

2、暫堵技術(shù)作為一種提高段內(nèi)多簇壓開程度的關(guān)鍵技術(shù)，其基本原理是在壓裂施工過程中，投入暫堵球封堵優(yōu)勢(shì)流體通道，促使流體分流、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多簇裂縫均衡擴(kuò)展。然而，由于高強(qiáng)度攜砂液的沖刷會(huì)快速打磨孔眼，造成不同程度的擴(kuò)大和不規(guī)則變形，針對(duì)這種擴(kuò)大后的不規(guī)則孔眼，暫堵球如何順利并有效封堵，需要選擇合適的暫堵材料。

3、目前，目前常用的繩結(jié)暫堵劑和暫堵球在應(yīng)對(duì)不規(guī)則裂縫和孔眼時(shí)存在一些缺陷和不足。首先，這些材料往往難以精確進(jìn)入孔眼，容易在周圍渦流區(qū)域打轉(zhuǎn)無法精確入孔。其次，由于材料的性能限制，暫堵劑在受到外部流體壓力波動(dòng)等環(huán)境影響時(shí)，易發(fā)生脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致暫堵效果不穩(wěn)定。另外，傳統(tǒng)暫堵劑的密封性和承壓能力有限，難以長時(shí)間穩(wěn)定封堵裂縫，影響了壓裂作業(yè)的效果和持續(xù)性。為了改進(jìn)繩結(jié)暫堵劑和暫堵球的問題，專利cn114458233a公布了一種雙層結(jié)構(gòu)的異形結(jié)構(gòu)暫堵劑，具有一定的變形能力，但是變形能力比較有限，在結(jié)構(gòu)參數(shù)上需進(jìn)一步改造，以減少在管路流體中的流動(dòng)阻力、提高入孔的幾率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)水平井多簇暫堵壓裂時(shí)常規(guī)暫堵劑，如繩結(jié)暫堵劑、暫堵球等材料不易入孔、容易脫落、承壓不夠和密封性差的難題，本專利提出一種具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的暫堵劑，通過結(jié)構(gòu)體的自由變形，適應(yīng)任意形狀的孔眼形態(tài)，塞入式進(jìn)入射孔孔眼，形成較為穩(wěn)定的嵌入狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)有效坐封、防止脫落，極大提升暫堵壓裂的效率。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種壓裂用防脫落多層復(fù)合暫堵劑，包括內(nèi)層空心金屬體、中間柔性物填充層和外層柔性包裹層，所述外層柔性包裹層包裹在所述內(nèi)層空心金屬體的外側(cè)，所述中間柔性物填充層填充在所述外層柔性包裹層和內(nèi)層空心金屬體之間。

3、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種新型壓裂用防脫落多層復(fù)合暫堵劑。該暫堵劑采用了內(nèi)層空心金屬體、中層柔性物充填層和外層柔性包裹層的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。內(nèi)層空心金屬體提供了結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性和承壓能力，中層柔性物充填層保證了暫堵劑的自適應(yīng)變形性能，外層柔性包裹層則起到了固定和密封的作用。相比傳統(tǒng)暫堵劑，本發(fā)明具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，能夠更好地抵御流體壓力波動(dòng)的影響，能夠穩(wěn)定封堵不規(guī)則射孔孔眼，提高了暫堵效果和持久性，對(duì)提高多簇均衡擴(kuò)展程度以及油氣單井產(chǎn)量具有重要意義。壓裂用防脫落多層復(fù)合暫堵劑是由一個(gè)內(nèi)層空心金屬體、中層柔性物充填層和外層柔性包裹層組成。內(nèi)層空心金屬體可以在內(nèi)部空間自由的移動(dòng)，內(nèi)部充填物可對(duì)金屬球進(jìn)行纏繞，外層柔性包裹層在受力作用下自由變形?？傮w來說，內(nèi)層金屬體提供結(jié)構(gòu)體的力學(xué)穩(wěn)定性、用于承受壓力，外層柔性橡膠則負(fù)責(zé)自適應(yīng)變形，有效進(jìn)入孔眼和坐封。

4、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

5、進(jìn)一步，所述內(nèi)層空心金屬體的厚度均勻一致且為δ，δ＝1mm～2mm。

6、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：內(nèi)層空心金屬體的厚度均勻一致，使內(nèi)層空心金屬體的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好。

7、進(jìn)一步，所述外層柔性包裹層的厚度均勻一致且為s，s＝1mm～2mm。

8、進(jìn)一步，所述內(nèi)層空心金屬體為空心金屬圓球，所述空心金屬圓球的直徑為d，水平井現(xiàn)場施工時(shí)需封堵射孔孔眼的直徑為d0，其中，(d－d0)≥2mm。

9、進(jìn)一步，所述外層柔性包裹層為橢球形結(jié)構(gòu)，所述外層柔性包裹層的短軸長度為d，長軸長度為l，其中，(d－d)＝10mm～20mm，l＝1.61d～1.68d。

10、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：外層柔性包裹層的形狀為橢球形，這樣可以進(jìn)一步的減少在管路中的流動(dòng)阻力，并且能夠更好地進(jìn)入和適應(yīng)不規(guī)則射孔孔眼形狀。

11、進(jìn)一步，所述內(nèi)層空心金屬體為空心金屬橢球，所述空心金屬橢球的短軸長度為l1，所述空心金屬橢球的長軸長度為l2，水平井現(xiàn)場施工時(shí)需封堵射孔孔眼的直徑為d0，其中，(l1－d0)≥2mm，l2＝1.61l1～1.68l1。

12、進(jìn)一步，所述外層柔性包裹層為橢球形結(jié)構(gòu)，所述外層柔性包裹層的短軸長度為d，長軸長度為l，其中，(d－l1)＝10mm～20mm，l＝1.61d～1.68d。

13、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：外層柔性包裹層的形狀為橢球形，這樣可以進(jìn)一步的減少在管路中的流動(dòng)阻力，并且能夠更好地進(jìn)入和適應(yīng)不規(guī)則射孔孔眼形狀。

14、進(jìn)一步，所述中間柔性物填充層的充填體積為所述外層柔性包裹層和內(nèi)層空心金屬體之間空腔體積的60％～80％，藏繞密度為0.1g/cm3～0.5g/cm3。

15、進(jìn)一步，所述中間柔性物填充層包括可降解纖維制成的纖維絲和纖維束；所述內(nèi)層空心金屬體的體積密度小于1.3g/cm3，抗壓強(qiáng)度大于50mpa；所述內(nèi)層空心金屬體的表面平均粗糙度為1μm～10μm。

16、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：內(nèi)層空心金屬體的空心結(jié)構(gòu)使其輕量化，使得暫堵球劑的密度大幅降低，從而使得暫堵劑更容易懸浮在流體中。要求空心金屬球的抗壓強(qiáng)度大于50mpa，以保證足夠的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)暫堵劑在孔眼處的力學(xué)支撐和承壓。

17、進(jìn)一步，所述外層柔性包裹層采用能夠降解的柔性橡膠制成；所述柔性橡膠包括丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丙烯橡膠中的一；所述柔性橡膠的硬度為20～40a，拉張強(qiáng)度高于30mpa，斷裂伸長率大于600％，撕裂強(qiáng)度大于50kn/m。

18、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：柔性橡膠材料為可溶橡膠材料，根據(jù)不同儲(chǔ)層溫度(90-150℃)，開始降解的時(shí)間為2～3天，30天內(nèi)降解為小顆粒。柔性橡膠材料要求具有良好的力學(xué)彈性和變形能力，因此對(duì)其硬度、斷裂伸長率以及撕裂強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行限定。這種可降解的柔性橡膠可為丙烯酸酯共聚物、聚氨酯、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丙烯橡膠中的一種。外層橡膠的一體化成型制備可采用注塑成型、擠出成型和涂覆成型的工藝方法。

19、本發(fā)明針對(duì)常規(guī)繩結(jié)暫堵劑、暫堵球等材料不易入孔、易脫落、承壓不夠和密封性差的難題，提出一種壓裂用防脫落多層復(fù)合的暫堵劑，采用內(nèi)層空心金屬體、中層柔性物充填和外層柔性包裹層的組合結(jié)構(gòu)，能夠兼具力學(xué)穩(wěn)定性和自適應(yīng)變形性能，這種穩(wěn)定性使得結(jié)構(gòu)體能夠在流體作用下保持較為穩(wěn)定的嵌入狀態(tài)，不易受到外部流體壓力波動(dòng)等環(huán)境影響而發(fā)生脫落，從而提高了暫堵劑的使用壽命和封堵效果。具體優(yōu)勢(shì)如下：

20、(1)結(jié)構(gòu)體的柔韌性使其能夠根據(jù)流體在管道中流動(dòng)時(shí)的變化情況自由調(diào)整形態(tài)，減少了在管道中的阻力。當(dāng)流體的速度、壓力或流動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，結(jié)構(gòu)體能夠相應(yīng)地調(diào)整形態(tài)，以適應(yīng)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而減小了在管道中的阻力，提高了運(yùn)移效率。

21、(2)在射孔孔眼附近存在渦流現(xiàn)象，常規(guī)不易變形或者變形量小的材料容易在渦流影響下發(fā)生旋轉(zhuǎn)和打轉(zhuǎn)，導(dǎo)致不容易入孔。相比上述常規(guī)暫堵材料，在渦流的作用下，本專利的柔韌性結(jié)構(gòu)體能夠更好地適應(yīng)流體的變化，可以靈活調(diào)整姿勢(shì)，以更好地應(yīng)對(duì)渦流的作用力，從而更容易和更快進(jìn)入孔眼，極大提高了進(jìn)入孔眼的概率。

22、(3)結(jié)構(gòu)體的柔軟性使其能夠在流體的作用下靈活進(jìn)入孔眼，而中間的充填物能夠填充并塞入孔眼內(nèi)部，外層包裹層具有良好的彈性，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)體形成了一種瓶塞式的嵌入狀態(tài)，從而能夠有效地防止結(jié)構(gòu)體在流體作用下從孔眼中脫落，提高了暫堵劑在孔眼中的穩(wěn)定性。

23、(4)內(nèi)層空心金屬球提供了結(jié)構(gòu)體的力學(xué)穩(wěn)定性和用于承受壓力的功能，能夠在高壓環(huán)境下保持穩(wěn)定，防止發(fā)生發(fā)變形全部穿過射孔孔眼，進(jìn)入地層中。

24、(5)充填物具有良好的填充性能，在流體作用下這些纖維充填物能夠充分變形塞入式的進(jìn)入射孔孔眼，同時(shí)可將金屬球牢固藏繞坐封在孔眼處。這樣一來，即使外部流體對(duì)結(jié)構(gòu)體施加一定的沖擊或壓力，充填物仍能夠保持在孔眼內(nèi)部，不易發(fā)生松動(dòng)或脫落，有效地保持了暫堵劑的封堵效果。

25、(6)外層包裹層具有良好的彈性，能夠有效地貼合孔眼壁面，并與孔眼形成一定的密封性。這樣一來，即使在流體的作用下，外層包裹層也能夠保持良好的貼合狀態(tài)，防止結(jié)構(gòu)體發(fā)生滑動(dòng)或脫落，保證了暫堵劑的穩(wěn)定性和持久性。