油氣井壓裂工藝用壓裂球及其制備方法
【專利摘要】油氣井壓裂工藝用壓裂球及其制備方法，壓裂球?yàn)楹?殼結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核和外殼，外殼直接包覆在內(nèi)核外表面上，其中內(nèi)核和外殼在壓裂液中具有不同的溶解速度，內(nèi)核的溶解速度大于外殼的溶解速度。根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球，通過合理控制內(nèi)核和外殼的成分和厚度，來控制內(nèi)核和外殼在壓裂液中的溶解時間，不僅能夠滿足油氣井壓裂作業(yè)時的支撐強(qiáng)度需要，而且可以實(shí)現(xiàn)在井下完全可溶，不需要返回操作，大大提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】油氣井壓裂工藝用壓裂球及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油氣井壓裂工藝用材料，特別是涉及一種分段壓裂工藝的壓裂球 材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入和開采技術(shù)的日益進(jìn)步，油氣藏壓裂技術(shù)得到越來 越多的應(yīng)用，已經(jīng)成為低滲透油氣藏改造及增產(chǎn)增效的重要措施。在壓裂過程中用于暫堵 套筒的壓裂球一般由尼龍制成，在使用過程中壓裂球會發(fā)生變形，容易卡在滑套中，造成 作業(yè)的中斷；另外現(xiàn)有的壓裂球由于在壓裂液中不溶解，通常需要返排操作，降低了生產(chǎn)效 率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有常規(guī)壓裂球存在的缺陷，提供一種可溶性的金屬復(fù)合 材料壓裂球。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種油氣井壓裂工藝中用壓裂球，壓裂球?yàn)楹?殼 結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核和外殼，夕卜殼包覆在內(nèi)核外表面上，其中內(nèi)核和外殼在壓裂液中具有不同的 溶解速度，內(nèi)核的溶解速度大于外殼的溶解速度。
[0005] 在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，內(nèi)核由復(fù)合金屬材料制成，夕卜殼由單一金屬材料 制成。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種油氣井壓裂工藝中用壓裂球的制備方法，包 括如下步驟：
[0007] 步驟1)在微米級第一金屬粉末上包覆或粘結(jié)輔助添加劑，制備成微米級復(fù)合顆 粒；
[0008] 步驟2)用成型方法將步驟1中的微米級復(fù)合顆粒制備成所需尺寸的內(nèi)核；以及
[0009] 步驟3)在內(nèi)核表面包覆第二金屬材料，形成外殼，
[0010] 其中，內(nèi)核和外殼在壓裂液中具有不同的溶解速度，內(nèi)核的溶解速度大于外殼的 溶解速度。
[0011] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，第一金屬粉末為鈣、鎂、鋁、鎂鋁合金粉末中的一 種或多種，更優(yōu)選情況下，第一金屬粉末為鎂錯合金粉末。
[0012] 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例中，輔助添加劑為鎳、銅、鐵、銀、石墨中的一種或多 種。
[0013] 在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例中，第二金屬材料是鋁、鈦、鐵、鋅中的一種或多種。
[0014] 在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例中，步驟1)中采用化學(xué)鍍工藝在第一金屬粉末上包 覆輔助添加劑，采用化學(xué)鍍工藝能夠使第一金屬粉末被輔助添加劑完整包覆，從而易于使 最終的壓裂球形成均勻彌散結(jié)構(gòu)。
[0015] 在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例中，步驟2)中成型方法是熱壓成形。
[0016] 在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟3)中包覆方法采用電鍍或氣相沉積。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球，通過合理控制內(nèi)核和外殼的成分和厚 度，來控制內(nèi)核和外殼在壓裂液中的溶解時間，不僅能夠滿足油氣井壓裂作業(yè)時的支撐強(qiáng) 度需要，而且可以實(shí)現(xiàn)在井下完全可溶，不需要返回操作，大大提高了生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0019] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球的工作原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，以下描述僅用于解釋本發(fā)明而非用于對其作出任何限制。
[0021] 首先，結(jié)合附圖1和2來說明根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝(作業(yè)）用壓裂球的結(jié) 構(gòu)和工作原理。
[0022] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，壓裂球 為核/殼結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核2和外殼1，整體壓裂球的半徑為R1，內(nèi)核2的半徑為R2。外殼1 直接包覆在內(nèi)核2外表面上，其中內(nèi)核2和外殼1在壓裂液中具有不同的溶解速度，內(nèi)核2 的溶解速度大于外殼1的溶解速度。壓裂液主要為無機(jī)鹽類水溶液，例如氯化鈉和/或氯 化鉀水溶液，由于在地下深井中，壓裂液通常具有50-80°C的溫度，并含有其他礦物質(zhì)離子 (例如鎂、鈣等)，從而能夠促進(jìn)壓裂球的溶解。
[0023] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球的工作原理示意圖，如圖2所示，當(dāng) 壓裂球投入井下工作時，接觸到含有電解質(zhì)的水溶液（即壓裂液）后，開始發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 外殼1緩慢溶解，當(dāng)工作時間結(jié)束后，外殼1完全溶解。隨后內(nèi)核2開始接觸壓裂液，內(nèi)核 2的復(fù)合金屬材料由于其成彌散分布的特殊結(jié)構(gòu)，可以形成多個原電池，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)開 始快速溶解，直至化為烏有。從而能夠?qū)崿F(xiàn)在壓裂作業(yè)時間內(nèi)，依靠內(nèi)核2的完整性來提供 所需的機(jī)械強(qiáng)度，而當(dāng)壓裂作業(yè)完成后，壓裂球能夠迅速溶解掉，不需要返排就可以接著進(jìn) 行下一次壓裂作業(yè)。
[0024] 根據(jù)具體油氣井壓裂作業(yè)工況要求，可以選擇具體的內(nèi)核2的半徑大小R2;通過 控制外殼1的厚度（R2-R1)來控制外殼1的溶解時間，來適應(yīng)壓裂作業(yè)時工作時間長短的要 求。通常情況下，內(nèi)核2的半徑R2為20-60mm之間，外殼1的厚度（R2-R1)為l-5mm之間。
[0025] 下面通過具體實(shí)施例來說明根據(jù)本發(fā)明的油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法 和性能。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 步驟1):采用化學(xué)鍍工藝在微米級金屬粉末鎂鋁合金上包覆輔助添加劑鎳，制備 成鎳包鎂鋁合金的微米級復(fù)合顆粒；
[0028] 步驟2):用熱壓成型方法將步驟1)中的微米級復(fù)合顆粒制備成所直徑為50mm的 實(shí)心內(nèi)核2 ;
[0029] 步驟3):用電鍍方法在實(shí)心內(nèi)核2表面包覆一層厚度為3mm的金屬鋁，形成外殼 1〇
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 步驟1):采用粘結(jié)工藝在微米級金屬粉末鋁上粘結(jié)輔助添加劑銅，制備成銅包鋁 的微米級復(fù)合顆粒；
[0032] 步驟2):用熱壓成型方法將步驟1)中的微米級復(fù)合顆粒制備成直徑為80mm的實(shí) 心內(nèi)核2 ;
[0033] 步驟3):用化學(xué)氣相沉積方法在實(shí)心內(nèi)核2表面包覆一層厚度為2mm的金屬鋁和 鈦，錯和鈦的體積比為1:1，形成外殼1。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 步驟1):在微米級金屬粉末鎂上包覆或粘結(jié)輔助添加劑石墨，制備成石墨包鎂的 微米級復(fù)合顆粒；
[0036] 步驟2):用先冷壓成型再常壓燒結(jié)的方法將步驟1)中的微米級復(fù)合顆粒制備成 直徑為IOOmm的實(shí)心內(nèi)核2 ;
[0037] 步驟3):用化學(xué)氣相沉積方法在實(shí)心內(nèi)核2表面包覆一層厚度為Imm的金屬鐵， 形成外殼1。
[0038] 實(shí)施例4
[0039] 步驟1):在微米級金屬粉末鎂鋁合金上包覆或粘結(jié)輔助添加劑鐵，制備成鐵包鎂 鋁合金的微米級復(fù)合顆粒；
[0040] 步驟2):用熱壓成型方法將步驟1)中的微米級復(fù)合顆粒制備成直徑為80mm的實(shí) 心內(nèi)核2 ;
[0041] 步驟3):用化學(xué)氣相沉積方法在實(shí)心內(nèi)核2表面包覆一層厚度為Imm金屬鋅，形 成外殼1。
[0042] 根據(jù)上述實(shí)施例所制備的壓裂球分別進(jìn)行了壓縮強(qiáng)度和溶解時間的性能測試。壓 縮強(qiáng)度測試是在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，以壓裂球被壓碎時的最大壓力除以壓裂球的最大截 面積得到壓縮強(qiáng)度。溶解時間測試是在含有25wt%NaCl、2wt%MgCl2和3wt%的CaCl2的水溶 液中(模擬壓裂液）進(jìn)行的，溫度為60°C。測試結(jié)果如表1所示。
[0043] 表1 :實(shí)施例1-4所制備的壓裂球的性能

【權(quán)利要求】
1. 一種油氣井壓裂工藝用壓裂球，其特征在于，壓裂球?yàn)楹?殼結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核和外 殼，外殼直接包覆在內(nèi)核外表面上，其中內(nèi)核和外殼在壓裂液中具有不同的溶解速度，內(nèi)核 的溶解速度大于外殼的溶解速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井壓裂工藝用壓裂球，其特征在于，內(nèi)核由復(fù)合金屬材 料制成，外殼由單一金屬材料制成。
3. -種油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1)在微米級第一金屬粉末上包覆或粘結(jié)輔助添加劑，制備成微米級復(fù)合顆粒； 步驟2)用成型方法將步驟1中的微米級復(fù)合顆粒制備成所需尺寸的內(nèi)核；以及 步驟3)在內(nèi)核表面包覆第二金屬材料，形成外殼， 其中，內(nèi)核和外殼在壓裂液中具有不同的溶解速度，內(nèi)核的溶解速度大于外殼的溶解 速度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，第一金屬 粉末為鈣、鎂、鋁、鎂鋁合金粉末中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，第一金屬 粉末為鎂錯合金粉末。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，輔助添加 劑為鎳、銅、鐵、銀、石墨中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，第二金屬 材料是鋁、鈦、鐵、鋅中的一種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，步驟1)中 采用化學(xué)鍍工藝在第一金屬粉末上包覆輔助添加劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，步驟2)中 成型方法是熱壓成形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述油氣井壓裂工藝用壓裂球的制備方法，其特征在于，在步驟3) 中包覆方法采用電鍍或氣相沉積。
【文檔編號】E21B43/26GK104373101SQ201410115324
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】于守泉, 黃傳兵, 席君杰, 張偉剛, 程智遠(yuǎn), 李梅, 杜成良, 何志勇, 劉志斌, 駱勁羽, 張鵬 申請人:中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司, 中國科學(xué)院過程工程研究所, 北京中科金騰科技有限公司