本發(fā)明涉及油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓裂用改性纖維、該改性纖維的混注裝備及混注方法。

背景技術(shù)：

水力壓裂的主要目標(biāo)是在油氣藏中形成一定長(zhǎng)度的人工滲流通道，需要裂縫具有穩(wěn)定的幾何形態(tài)和較高的導(dǎo)流能力，通常認(rèn)為支撐劑在人工裂縫內(nèi)需連續(xù)、均勻鋪置。但是，壓裂液破膠殘?jiān)?、支撐劑破碎顆粒等會(huì)堵塞孔道，以及支撐劑嵌入等造成了裂縫內(nèi)部污染，往往使裂縫導(dǎo)流能力大大降低。

為增加裂縫導(dǎo)流能力，近幾年，國(guó)內(nèi)外廣泛采用了一種稱(chēng)為“高導(dǎo)縫”壓裂的新工藝，在南美、中東等多個(gè)地區(qū)已應(yīng)用超過(guò)3800井次。高導(dǎo)縫壓裂是指在加砂過(guò)程中，通過(guò)采取以支撐劑柱塞方式泵入，先泵入一段混入纖維的支撐劑，再泵入一段純交聯(lián)液，以此作為一個(gè)加砂脈沖周期，進(jìn)行反復(fù)交替循環(huán)加砂。通過(guò)這種特殊的纖維壓裂液、獨(dú)特的泵注程序，使普通的支撐劑顆粒聚結(jié)成團(tuán)，從而可在支撐劑充填層內(nèi)形成高導(dǎo)流能力通道，比常規(guī)裂縫導(dǎo)流能力高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。與常規(guī)壓裂方案相比，高導(dǎo)縫壓裂通常需要將一定量的纖維加入到壓裂液中，通過(guò)添加纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐劑的成團(tuán)、懸浮、攜砂、固砂。壓裂液中的纖維通過(guò)均勻分散的狀態(tài)形成空間交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)物理手段運(yùn)移、懸浮和置放支撐劑，提高壓裂液的攜砂能力，能將支撐劑攜帶到裂縫更深處，因此，該工藝要求纖維在清水或者壓裂中具有較好的自分散能力。但常規(guī)的工業(yè)化基礎(chǔ)纖維，往往沒(méi)有結(jié)合壓裂施工的實(shí)際，配合高導(dǎo)縫壓裂時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)纖維纏繞打結(jié)、浮在壓裂液表面，纖維無(wú)法有效攜砂等問(wèn)題，影響了壓裂施工的成功率及有效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的高導(dǎo)縫壓裂技術(shù)中的常規(guī)纖維不能滿(mǎn)足壓裂施工的使用要求，提供一種壓裂用改性纖維，以提高纖維在壓裂液中的分散性和懸砂能力。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明首先提供一種壓裂用改性纖維，包括基礎(chǔ)纖維和纖維改性劑，所述纖維改性劑通過(guò)如下質(zhì)量組份的原料制劑：磷酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯偶聯(lián)劑0.1-2％、二丁基羥基甲苯0.2-2％、親水油劑5-20％、正辛醇5-10％、助劑0.5-10％，余量為水；上述纖維改性劑的原料制劑混合后在40—50℃水浴下攪拌2-4h后制得壓裂用纖維改性劑；所述壓裂用纖維的改性方法為：將基礎(chǔ)纖維與壓裂用纖維改性劑充分混合浸潤(rùn)，使所述壓裂用纖維改性劑均勻覆在纖維表面，靜置1—1.5小時(shí)，然后將纖維在40-60℃的烘箱中烘干即制得壓裂用纖維。

本發(fā)明的壓裂用改性纖維，具有配制攪拌不起泡，高效增塑潤(rùn)滑的作用，纖維通過(guò)改性處理后，加強(qiáng)了纖維的親水分散性，并在壓裂液中呈分散狀，并使纖維在壓裂液中呈空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，攜砂能力好，避免在壓裂液中纏繞打結(jié)和集中上浮的問(wèn)題；并且該工藝具有處理步驟簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述親水油劑親水硅油劑、親水自乳化硅油、親水雙氨基硅油和聚醚改性硅油中的一種或一種以上任意比的組合。

優(yōu)選的，所述助劑為丙二醇、丙三醇、丁醚、乙二醇中的一種或一種以上任意比的組合。

優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)纖維與纖維改性劑的混合浸潤(rùn)方法為將基礎(chǔ)纖維浸沒(méi)入纖維改性劑中并泡透，常溫下靜置1—1.5小時(shí)，然后將纖維用篩網(wǎng)撈出進(jìn)行后序的烘干。

另一優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)纖維與纖維改性劑的混合浸潤(rùn)方法為：將纖維改性劑通過(guò)噴槍或碟式霧化器均勻噴涂到基礎(chǔ)纖維表面，使噴涂的霧滴均勻分布并浸潤(rùn)在基礎(chǔ)纖維的表面，常溫下靜置1—1.5小時(shí)，然后將纖維用篩網(wǎng)撈出進(jìn)行后序的烘干。

為便于實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)縫壓裂，本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種上述壓裂用纖維的混注裝備，包括機(jī)架，所述機(jī)架內(nèi)設(shè)有攪拌筒，所述攪拌筒內(nèi)的中上部設(shè)有水平并鏤空的隔板，攪拌筒的上口部設(shè)有蓋板，所述蓋板上側(cè)的攪拌筒周向設(shè)有護(hù)欄，所述隔板和蓋板之間設(shè)有纖維送料斗，所述纖維送料斗內(nèi)設(shè)有料位檢測(cè)單元，纖維送料斗的下部出口對(duì)應(yīng)隔板的部位設(shè)有進(jìn)料口，纖維送料斗上口對(duì)應(yīng)蓋板的部位設(shè)有投料口，所述纖維送料斗內(nèi)設(shè)有輸送絞籠，所述輸送絞籠通過(guò)電機(jī)一驅(qū)動(dòng)，隔板下側(cè)對(duì)應(yīng)進(jìn)料口的部位設(shè)有離心分散器，所述離心分散器通過(guò)電機(jī)二驅(qū)動(dòng)；所述攪拌筒內(nèi)設(shè)有螺旋軸為水平方向的雙螺帶可調(diào)速攪拌器，所述攪拌器通過(guò)電機(jī)三驅(qū)動(dòng)；所述攪拌筒還連接有壓裂液輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，所述輸入系統(tǒng)包括通過(guò)管道連接的儲(chǔ)液罐、輸入泵、電動(dòng)蝶閥和流計(jì)量，所述流量計(jì)與攪拌筒之間通過(guò)道管連接，所述輸出系統(tǒng)包括與攪拌筒通過(guò)管道連接的輸出泵。本發(fā)明的上述壓裂用纖維的混注裝備，可以在壓裂現(xiàn)場(chǎng)方便的實(shí)現(xiàn)改性纖維與壓裂液的混注并向壓裂管線(xiàn)連續(xù)周期輸送高導(dǎo)縫壓裂液。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種上述采用壓裂用纖維的混注裝備的纖維混注方法，以便于向壓裂管線(xiàn)連續(xù)周期的輸送高導(dǎo)縫壓裂液，具體加注方法包括如下步驟：

1）向纖維送料斗內(nèi)添加定量預(yù)稱(chēng)的壓裂用改性纖維；

2）啟動(dòng)電動(dòng)蝶閥和輸入泵，向攪拌筒內(nèi)輸入壓裂液，10稱(chēng)鐘后啟動(dòng)電機(jī)一、電機(jī)二和電機(jī)三，以同時(shí)啟動(dòng)輸送絞籠、離心分散器和攪拌器；

3）當(dāng)流量計(jì)監(jiān)測(cè)的壓裂液輸入量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，輸入泵和電動(dòng)蝶閥關(guān)閉停止加液；

4）當(dāng)料位檢測(cè)單元檢測(cè)到纖維送料斗內(nèi)無(wú)料時(shí)，電機(jī)一停止輸送絞籠停止輸送，電機(jī)三按照液量輸出所設(shè)定的工作時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行工作，輸出泵啟動(dòng)將攪拌筒內(nèi)的纖維壓裂液按設(shè)定的輸出流量輸送至壓裂加砂管線(xiàn)，直至攪拌筒內(nèi)的液體全部輸出，機(jī)電三和輸出泵停止；

5）重復(fù)執(zhí)行步驟1）—4）進(jìn)入下一混注周期。

為便于合理配置纖維和壓裂液的比例，所述步驟1）中纖維的預(yù)稱(chēng)定量為30公斤，所述步驟3）中壓裂液輸入量的設(shè)定值按改性纖維重量為壓裂液重量的0.5%—1.5%計(jì)算。

為提高攪拌效率，所述步驟3）中向攪拌筒內(nèi)輸入完設(shè)定量的壓裂液后，所述攪拌筒內(nèi)壓裂液的液面正好浸沒(méi)雙螺帶可調(diào)速攪拌器的螺旋軸以露出上方的螺帶。將攪拌器上螺片露出液面，可以消除連續(xù)、單向漩渦，提高攪拌效率，減少飛濺，節(jié)約能耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的壓裂用纖維的加注裝備的主視圖。

圖2為圖1的左視圖。

圖3為基礎(chǔ)纖維在清水中的分散性示意圖。

圖4為壓裂用改性纖維在清水中的分散性示意圖。

圖5不同濃度改性纖維對(duì)20—40目陶粒導(dǎo)流能力的影響。

其中，1護(hù)欄；2蓋板；3輸送絞籠；4纖維送料斗；5機(jī)架；6隔板；7離心分散器；8攪拌器；9攪拌筒；10電機(jī)一；11電機(jī)二；12扶梯；13流量計(jì)；14電動(dòng)蝶閥；15輸入泵；16排泄口；17輸出泵；18電機(jī)三。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種壓裂用改性纖維，包括基礎(chǔ)纖維和纖維改性劑，其中，纖維改性劑通過(guò)如下質(zhì)量組份的原料制劑：磷酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯偶聯(lián)劑0.1%、二丁基羥基甲苯0.2％、親水硅油劑5％、正辛醇5％、助劑0.5％，余量為水；其中，助劑為等比例混合的丙二醇和丙三醇。上述纖維改性劑的原料制劑混合后在40℃水浴下攪拌4h后制得壓裂用纖維改性劑；然后將基礎(chǔ)纖維與上述壓裂用纖維改性劑進(jìn)行改性處理。本實(shí)施例中，基礎(chǔ)纖維選用聚丙烯纖維、玻璃纖維、聚酯類(lèi)纖維、聚酰亞胺纖維的混合纖維，纖維的密度為0.96g/cm³，纖維長(zhǎng)度為2-15mm,纖維抗拉強(qiáng)度為20～3000mpa,纖維直徑為15～150um的短切纖維和長(zhǎng)纖維、纖維形態(tài)為直纖維和卷曲纖維的混合纖維。具體的改性方法為：將基礎(chǔ)纖維浸沒(méi)入纖維改性劑中并泡透，常溫下靜置1小時(shí)，然后將纖維用篩網(wǎng)撈出在45℃的烘箱中烘干即制得本實(shí)施例的壓裂用改性纖維。改性后的纖維密度為1.32g/cm³。

實(shí)施例2

一種壓裂用改性纖維，包括基礎(chǔ)纖維和纖維改性劑，其中，纖維改性劑通過(guò)如下質(zhì)量組份的原料制劑：磷酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯偶聯(lián)劑2%、二丁基羥基甲苯2％、親水自乳化硅油20％、正辛醇10％、丙三醇10％，余量為水。上述纖維改性劑的原料制劑混合后在50℃水浴下攪拌2h后制得壓裂用纖維改性劑；然后將基礎(chǔ)纖維與上述壓裂用纖維改性劑進(jìn)行改性處理。本實(shí)施例中，基礎(chǔ)纖維選用玻璃纖維、聚酯類(lèi)纖維、聚酰亞胺纖維的混合纖維，纖維的密度為1.58g/cm³，纖維長(zhǎng)度為2-15mm,纖維抗拉強(qiáng)度為58～2850mpa,纖維直徑為15～150um的短切纖維和長(zhǎng)纖維、纖維形態(tài)為直纖維和卷曲纖維的混合纖維。具體的改性方法為：將本實(shí)施例制得的纖維改性劑通過(guò)噴槍均勻噴涂到基礎(chǔ)纖維表面，使噴涂的霧滴均勻分布并浸潤(rùn)在基礎(chǔ)纖維的表面，常溫下靜置1.5小時(shí)，然后將纖維移至50℃的烘箱中烘干即制得本實(shí)施例的壓裂用改性纖維。改性后的纖維密度為1.62g/cm³。

實(shí)施例3

一種壓裂用改性纖維，包括基礎(chǔ)纖維和纖維改性劑，其中，纖維改性劑通過(guò)如下質(zhì)量組份的原料制劑：磷酸型單烷氧基類(lèi)鈦酸酯偶聯(lián)劑1.2%、二丁基羥基甲苯1％、親水油劑15％、正辛醇10％、助劑10％，余量為水；其中，親水油劑為親水雙氨基硅油和聚醚改性硅油等比例混合而成，助劑選用等比例混合的丁醚和乙二醇。上述纖維改性劑的原料制劑混合后在45℃水浴下攪拌1.2h后制得壓裂用纖維改性劑；然后將基礎(chǔ)纖維與上述壓裂用纖維改性劑進(jìn)行改性處理。本實(shí)施例中，基礎(chǔ)纖維選用聚酯類(lèi)纖維、聚酰亞胺纖維的混合纖維，纖維的密度為1.25g/cm³，纖維長(zhǎng)度為2-15mm,纖維抗拉強(qiáng)度為90～1250mpa,纖維直徑為15～150um的短切纖維和長(zhǎng)纖維、纖維形態(tài)為直纖維和卷曲纖維的混合纖維。具體的改性方法為：將本實(shí)施例制得的纖維改性劑通過(guò)蝶式霧化器均勻噴涂到基礎(chǔ)纖維表面，使噴涂的霧滴均勻分布并浸潤(rùn)在基礎(chǔ)纖維的表面，常溫下靜置1.5小時(shí)，然后將纖維移至60℃的烘箱中烘干即制得本實(shí)施例的壓裂用改性纖維。改性后的纖維密度為1.30g/cm³。

為進(jìn)一步說(shuō)明經(jīng)改性后的纖維的性能對(duì)上述壓裂用改性纖維進(jìn)行一系列的性能實(shí)驗(yàn)：

（1）分散性評(píng)價(jià)：

將實(shí)施例1中改性前的基礎(chǔ)纖維和改性后的壓裂用改性纖維以0.5%的質(zhì)量濃度加入清水中的攪拌后如圖3和圖4所示，經(jīng)改性的纖維在清水中分散的均勻性明顯好于改性前的基礎(chǔ)纖維。然后，再配制如下質(zhì)量配比的壓裂液：0.40%羥丙基瓜膠+0.25%殺菌劑+0.05%防膨劑+0.25%助排劑+0.3%ph調(diào)節(jié)劑，制得壓裂基液，然后在壓裂基液中再添加0.15%有機(jī)膨，制得壓裂凍膠。

將實(shí)施例2得到的壓裂用改性纖維分別加入到清水、壓裂基液、壓裂凍膠三種溶液中，纖維的加入量為溶液重量的0.5%，分別觀察纖維在三種溶液中的分散性，測(cè)試結(jié)果如表1所述，可以看出，壓裂用改性纖維在三種溶液中均勻具有較好的分散性。

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（2）對(duì)壓裂液成膠破膠性能評(píng)價(jià)：

按如下質(zhì)量配比配制壓裂液：0.40%羥丙基瓜膠+0.25%殺菌劑+0.05%防膨劑+0.25%助排劑+0.3%ph調(diào)節(jié)劑，實(shí)驗(yàn)中所用交聯(lián)劑為0.4%的有機(jī)硼交聯(lián)劑；破膠性能活性評(píng)價(jià)采用過(guò)硫酸鹽活性評(píng)價(jià)方法（按照標(biāo)準(zhǔn)sy/t5107-2005測(cè)試），實(shí)驗(yàn)所用過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸銨，濃度為200ppm。測(cè)試結(jié)果如表2所述，從表2的測(cè)試結(jié)果可以看出，壓裂液加入改性纖維后成膠和破膠性能并未受到影響。

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（3）懸砂能力的評(píng)價(jià)

配制壓裂液，配方為：0.40%羥丙基瓜膠+0.25%殺菌劑+0.05%防膨劑+0.25%助排劑+0.3%ph調(diào)節(jié)劑，在壓裂液中再添加0.15%有機(jī)膨，制得壓裂凍膠。

測(cè)試方法：取400ml基液至廣口瓶，先加入交聯(lián)劑，然后按照30%的砂比加入陶粒及0.5%陶粒重量的實(shí)施例3中制得的壓裂用改性纖維，陶粒的粒徑0.425～0.850mm，密度1.75g/cm^m，接著迅速搖晃密封的廣口瓶使陶粒以及纖維在壓裂液中混合均勻。將混合均勻后的懸砂壓裂液靜置，觀察陶粒沉降情況，同時(shí)做未加纖維的壓裂液和同量的未改性的纖維的壓裂液為對(duì)照。測(cè)試結(jié)果如表3所述。結(jié)果表明：加入改性后的纖維相對(duì)于不加纖維和加未改性的纖維相比，其懸砂能力顯著增強(qiáng)。

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（4）導(dǎo)流能力測(cè)試（按照標(biāo)準(zhǔn)sy/t6302-1997測(cè)試）

實(shí)驗(yàn)儀器：裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)儀

實(shí)驗(yàn)陶粒粒度：20—40目

實(shí)驗(yàn)方案如下：將實(shí)施例1制得的壓裂用改性纖維以濃度分別為0%、0.5%、0.7%、1%，最高壓力82mpa。

測(cè)量介質(zhì)：去離子水，導(dǎo)流室鋪砂濃度：10kg/m³

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，改性纖維對(duì)導(dǎo)流能力的影響不是很大，加入纖維后的導(dǎo)流能力依然能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求。

實(shí)施例4

本實(shí)施例具體介紹將上述壓裂用纖維的混注裝備及該裝備的混注方法，如圖1和圖2所示，包括機(jī)架5，機(jī)架5內(nèi)設(shè)有攪拌筒9，攪拌筒9內(nèi)的中上部設(shè)有水平并鏤空的隔板6，攪拌筒9的上口部設(shè)有蓋板2，該蓋板2也充當(dāng)攪拌筒9上側(cè)的操作平臺(tái)，供操作人員填料時(shí)的活動(dòng)平臺(tái)，為保證操作人員的安全，蓋板2上側(cè)的攪拌筒周向設(shè)有護(hù)欄1，隔板6和蓋板2之間設(shè)有纖維送料斗4，纖維送料斗4內(nèi)設(shè)有料位檢測(cè)單元用于測(cè)量斗內(nèi)的纖維量，纖維送料斗4的下部出口對(duì)應(yīng)隔板6的部位設(shè)有進(jìn)料口，纖維送料斗4上口對(duì)應(yīng)蓋板2的部位設(shè)有投料口，纖維送料斗4內(nèi)設(shè)有輸送絞籠3，輸送絞籠3通過(guò)電機(jī)一10驅(qū)動(dòng)，隔板6下側(cè)對(duì)應(yīng)進(jìn)料口的部位設(shè)有離心分散器7，該離心分散器7通過(guò)電機(jī)二驅(qū)動(dòng)用于分散從料斗送出的纖維，使纖維均勻分散落入攪拌筒9內(nèi)。攪拌筒9內(nèi)設(shè)有螺旋軸為水平方向的雙螺帶可調(diào)速攪拌器8，該攪拌器8通過(guò)電機(jī)三18驅(qū)動(dòng)；攪拌筒9還連接有壓裂液輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，輸入系統(tǒng)包括通過(guò)管道連接的儲(chǔ)液罐、輸入泵15、電動(dòng)蝶閥14和流計(jì)量13，流量計(jì)13與攪拌筒9之間通過(guò)道管連接，輸出系統(tǒng)包括與攪拌筒9通過(guò)管道連接的輸出泵17。為便于操作人員上料和維修，在機(jī)架的側(cè)方還設(shè)置有通過(guò)蓋板上側(cè)的扶梯，另外攪拌筒的底側(cè)還設(shè)有排閥口。

本實(shí)施例的上述壓裂用纖維的混注裝備進(jìn)行上述壓裂用改性纖維混注方法具體包括如下步驟：

1）向纖維送料斗內(nèi)添加預(yù)稱(chēng)好的30公斤的壓裂用改性纖維；

2）電動(dòng)蝶閥14和輸入泵15啟動(dòng)，向攪拌筒9內(nèi)輸入壓裂液，10稱(chēng)鐘后啟動(dòng)電機(jī)一10、電機(jī)二11和電機(jī)三18，以同時(shí)啟動(dòng)輸送絞籠3、離心分散器7和攪拌器8；

3）當(dāng)流量計(jì)13監(jiān)測(cè)的壓裂液輸入量按重量計(jì)達(dá)到6噸時(shí)，輸入泵15和電動(dòng)蝶閥14關(guān)閉停止加液；為提高攪拌效率，本步中向攪拌筒9內(nèi)輸入完壓裂液后，攪拌筒9內(nèi)壓裂液的液面正好浸沒(méi)雙螺帶可調(diào)速攪拌器的螺旋軸以露出上方的螺帶，這樣可以消除連續(xù)、單向漩渦，提高攪拌效率，減少飛濺，節(jié)約能耗；

4）當(dāng)料位檢測(cè)單元檢測(cè)到纖維送料斗4內(nèi)無(wú)料時(shí)，表明纖維輸送完畢，電機(jī)一10停止輸送絞籠3停止輸送，電機(jī)三18按照液量輸出所設(shè)定的工作時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行工作，使壓裂液與改性纖維均勻混合,輸出泵17啟動(dòng)將攪拌筒9內(nèi)的混有改性纖維的壓裂液按設(shè)定的輸出流量輸送至壓裂加砂管線(xiàn)，直至攪拌筒9內(nèi)的液體全部輸出，機(jī)電三和輸出泵停止；

5）重復(fù)執(zhí)行步驟1）—4）進(jìn)入下一混注周期。

采用本實(shí)施例的上述實(shí)施方式于2015年12月27日在江蘇油田某井的高導(dǎo)縫加砂壓裂施工，其中改性纖維的添加量按壓裂液重量的0.5%，在施工期間纖維分散性較好，沒(méi)有出現(xiàn)纖維上浮下沉、堵泵等現(xiàn)象，壓裂施工順利完成。該施工井壓裂前日產(chǎn)油0.5t，高導(dǎo)縫壓裂后放噴階段出油，日自噴產(chǎn)油8噸，2016年2月7日開(kāi)井生產(chǎn)，峰值日產(chǎn)油量9.1噸，目前日產(chǎn)油量4.1噸，壓裂繼續(xù)有效，累計(jì)增油1387噸，壓裂效果明顯。