CN101688443B - 在井眼穿过的压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水力压裂地层的单油层压裂层以产生不均匀支撑剂充填的方法，其中，放置支撑剂的支柱使得支柱在裂缝(对于垂直裂缝)的整个高度不会延伸，而是所述支柱本身被通道中断，使得支柱之间的通道形成通向井眼的通路。所述方法将通过岩石的单个压裂层内的多簇射孔引入承载支撑剂流体的段塞和无支撑剂流体的段塞的方法与确保离开单个簇的段塞没有合并的方法结合在一起。

Description

在井眼穿过的压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法
技术领域
本发明涉及从地下岩层开采流体。更具体地，本发明涉及对通过水力压裂通过地层的流动的模拟。最具体地，本发明涉及通过支撑地层岩层内的裂缝使得支撑剂不均匀地分布在裂缝中来优化裂缝传导率，优选地，裂缝包括有一点点或没有支撑剂的相当大的空隙。 
背景技术
水力压裂是用于通过将来自井眼的高传导性裂缝到储层内或将所述高传导性裂缝延伸到所述储层内而提高井产能。传统的水力压裂处理基本上在多个不同阶段进行泵送。在通常被称为填塞的第一阶段期间，以高速度和高压力将流体注入通过井眼进入到地下岩层内。流体注入速率超过进入到地层内的过滤速率(还被称作漏失速率)，从而使得水压增加。当压力超过阈值时，地层破裂并断裂。当继续注入流体时，水力压裂裂缝初始并开始扩展到地层内。 
在接下来阶段期间，将支撑剂混合到流体内，所述流体然后被称作为压裂液(fracture fluid)、压裂液(frac fluid)、或油井压裂液，并且当水力压裂裂缝继续增长时，所述流体在整个所述水力压裂裂缝上被输送。前置液和压裂液可以相同或不同。支撑剂在所设计的长度上沉积在裂缝内，并且在注入停止并且压力减小之后，所述支撑剂以机械的方式防止裂缝闭合。在处理之后，并且一旦井投产，则储层流体流入到裂缝内并且通过可渗透支撑剂充填层渗透到井眼。储层流体的开采取决于多个参数，例如，地层渗透率、支撑剂充填层渗透率、地层内的水压、采出液的特性、裂缝的形状等。最基本参数中的一个和可以在水力压裂中设计、控制和调节的一个参数是裂缝的水力传导率(支撑剂充填层渗透率乘以裂缝宽度)。具有其中在传统技术的极限以上的支撑剂充填层的水力传导率的增加将显著地提高增产经济的多种情况。 
已经具有关于不均匀支撑剂充填的在先尝试。一些现有发明的目的在于通过将支撑剂不均匀地放置在地层的层内来增加裂缝的水力传导率。这些发明中的多个包括在分离层段内泵送不同类型的泥浆或流体泵送，这在工业中被公知为“段塞(slug)”或“阶段(stage)”。这主张提供比由常规处理获得的传导性裂缝更高的传导性裂缝，并且通过利用不均匀支撑剂充填层替代均匀支撑剂充填层来增加裂缝传导性。有时称为支柱、凝块(cluster)或柱的支撑剂结构放置在整个人工裂缝的层段处。这些支柱具有足够的强度以在闭合应力下保持裂缝部分张开。支柱之间的间隔形成可用于流动的相互连接的开口通道网。这使得显著增加整个裂缝的有效水力传导率。 
专利申请出版物US20060113078A1和US20060113080A1说明了通过试图将多个支撑剂填料引入到至少一个裂缝内，从而形成多个支撑剂填料来支撑地下岩层内的至少一个裂缝的方法，其中所述多个支撑剂填料中的每一个都包括粘合流体和填充材料。在美国专利3850247、3592266、5411091、6776235和专利申请出版物US20050274523中，高传导性通道通过交替地泵送其参数中的至少一个不同的压裂泥浆而生成。例如，在US3592266中，建议通过交替泵送其粘度显著不同的大量流体产生支撑剂充填层的不均匀性。在US6776235中，流体的携带支撑剂的能力和/或支撑剂的浓度不同。 
然而，在这些不均匀支撑剂充填的现有方法中，通常对支柱的位置具有有限控制。此外，在现有方法中，具有支柱非常长并且扩展裂缝的整个高度(假设垂直裂缝)并因此使得支柱之间的通道不会通向井眼，因此不能自始至终提供从地层到井眼的较好的通道的趋势。 
能够更好地控制支柱的位置的不均匀支撑剂充填的方法将具有很大益处。此外，支柱不会扩展裂缝的整个高度(假设是垂直裂缝)，而是所述支柱被通道中断，使得支柱之间的通道形成通向井眼的通路的充填将非常有益。本发明的目的是提供这种不均匀支撑剂充填。 
发明内容
本发明的一个实施是一种用于在被井眼穿过的压裂层内的裂缝中充 填不均匀支撑剂的方法。所述方法包括以下步骤：段塞步骤，所述段塞步骤包括：通过压裂层内的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到压裂层内。在裂缝闭合时，承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。 
本发明的另一个实施例是一种用于在压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法。所述方法包括以下步骤：段塞步骤，所述段塞步骤包括：通过压裂层内的井眼中的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到压裂层内；和使通过相邻簇注入的稠化无支撑剂流体段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞的序列以不同的速率移动通过裂缝。在裂缝闭合时，承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。 
本发明的又一个实施例是一种用于在压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法。所述方法包括以下步骤：段塞步骤，所述段塞步骤包括：通过压裂层内的井眼中的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到压裂层内；和使通过至少一对簇注入的稠化无支撑剂流体段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞的序列被注入无支撑剂流体的区域分离。在裂缝闭合时，承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。 
这些方法可以具有许多任选的变化。在段塞步骤中的一些段塞或所有段塞可以包括加强材料，例如，有机纤维、无机纤维或有机纤维和无机纤维，所述纤维任选地仅仅具有粘合层或者具有被非粘合物的层涂敷的粘合层，在所述非粘合物通过裂缝期间所述非粘合物可溶解在稠化流体中；加强材料可以是例如球状或者细长形状的金属颗粒；和板状、条带状和盘状的有机物或无机物、陶瓷、金属或金属合金。优选地，加强材料其长度与其另一个尺寸之间的比值大于5比1。加强材料可以仅仅包括在承载支撑剂的稠化流体段塞中；在段塞步骤中的一些段塞或所有段塞还可以包括支撑剂输送材料。示例性支撑剂输送材料包括细长颗粒，所述细长颗粒其长度与其另一个尺寸之间的比值大于5比1。支撑剂输送材料可以例如是由合成或天然生成的有机材料、或玻璃、陶瓷、碳或金属制成的纤维。支撑剂输送材料可以仅仅包括在承载支撑剂的稠化流体段塞中，可以包括在地层温 度下变成粘合剂的材料或者整个由所述材料制成，或者可以进一步被非粘合材料涂敷，当所述非粘合材料通过裂缝时，所述非粘合材料溶解在稠化流体中。 
作为示例，加强材料可以例如为至少为2mm长的细长颗粒，并且具有例如从3微米到200微米的直径。在任一段塞中的加强材料或支撑剂输送材料的重量浓度可以在从0.1％到10％的范围内；承载支撑剂的稠化流体的体积可以小于稠化的没有支撑剂的流体的体积。支撑剂可以是被选择以最小化在裂缝内的支撑剂段塞产生的孔隙度的支撑剂的混合物。支撑剂颗粒可以仅仅具有树脂涂层或粘合层，或者具有被非粘合物层涂敷的树脂涂层或粘合层，当所述非粘合物的层通过裂缝时，所述非粘合物可溶解在压裂液中。 
在其它变形中，在段塞步骤之后还可以具有以下步骤：将承载支撑剂的稠化流体连续引入到压裂液中，支撑剂具有基本上均匀的颗粒尺寸。在段塞步骤之后的步骤中的稠化流体可以包括加强材料、支撑剂输送材料或所述加强材料和所述支撑剂输送材料。可以利用聚合物或者利用粘弹性表面活性剂稠化流体。在每一个簇内的孔的数量可以没有必要相同。所有簇中的孔的直径可以没有必要相同。所有簇中的射孔通道的长度可以没有必要相同。可以使用至少两种不同的射孔簇方法。可以使用负压射孔技术或正压射孔技术产生簇中的一些。所有簇中的射孔相对于优选的断裂平面的定向可以没有必要相同。 
在另一种变形中，产生稠化无支撑剂流体和承载支撑剂的稠化流体的段塞序列的至少两个射孔簇可以被具有足够小的射孔的射孔簇分开，支撑剂桥塞所述足够小的射孔，并且无支撑剂流体或基本上无支撑剂流体通过具有足够小的射孔的射孔簇进入地层。 
任选地，产生稠化无支撑剂流体和承载支撑剂的稠化流体的段塞序列的射孔中的每一对被具有足够小的射孔的射孔簇分开，支撑剂桥塞所述足够小的射孔，并且无支撑剂流体或基本上无支撑剂流体通过具有足够小的射孔的射孔簇进入地层。 
任选地，射孔簇的数量在2个与300个之间，例如在2个与100个之间；射孔簇长度在0.15m与3.0m之间；射孔簇间距在从0.30m到30m的范围内。 射孔炮眼密度为每0.3米1-30个炮眼，并且射孔段塞具有在80公升与16,000公升之间的体积。 
任选地，流体注入设计由数学模型确定；和/或流体注入设计包括对段塞扩散进行校正；和/或射孔簇设计由数学模型确定。 
任选地，段塞体积、段塞组分、支撑剂尺寸、支撑剂浓度、每簇的孔数量、射孔簇长度、射孔簇间距、射孔簇方位、和射孔簇炮眼密度、射孔通道的长度、射孔方法、加强材料的存在或浓度、和支撑剂输送材料的存在或浓度这些参数中的至少一个沿着压裂层内的井眼是恒定的，或者沿着压裂层内的井眼增加或减小，或者沿着压裂层内的井眼变化。 
优选地，形成支撑剂支柱并且放置支撑剂支柱使得支柱不会平行于井眼延伸裂缝的整个尺寸，而是支柱自身被通道中断，使得支柱之间的通道形成通向井眼的通路。 
附图说明
图1示意性地显示(A)当说明对多层储层(所述多层储层传统地被单独压裂)进行完井时当前所使用的“簇生射孔(clustered perforation)”，和(B)在单个生产层(所述生产层传统地在单个处理中被压裂)的高度上的射孔的射孔分组(聚类)，(在每一幅图中仅示出了裂缝的一个侧面)； 
图2示意性地显示当利用传统的射孔设计将支撑剂段塞泵送到井眼内时所认为形成的“条带状”支柱； 
图3示意性地示出了用于计算裂缝中的具体地为多个支柱排和列的支柱的最佳分布的简化模型； 
图4是四个簇并且用于获得支柱矩阵的完井设计的示意图，所述支柱矩阵由四行和与从地面泵送的支撑剂段塞的数量相对应的列的数量构成； 
图5示意性地显示被设计成增加裂缝内的支撑剂充填层的不均匀性的凝块水力阻抗的调制结果； 
图6是被设计成促进支柱相对于彼此滑动的相邻簇之间的射孔方位的变化的示意性示例； 
图7示意性地显示其中支撑剂颗粒在流动通过被设计成具有足够小的孔径的同时进行桥塞的凝块大小的调制方法；凝胶渗透通过这种桥塞凝块 并且提供小但恒定量的清洁凝胶以防止来自相邻凝块的支柱对合拢在一起；和 
图8是与本发明的射孔设计结合以在支撑剂充填层内获得高传导性通道的支撑剂段塞充填技术。 
具体实施方式
根据垂直井中的垂直裂缝说明本发明，但是本发明同样适用于例如垂直井或斜井内的水平裂缝、或水平井或斜井中的垂直裂缝的任何方位的裂缝和井。以下说明一个裂缝，但要理解的是一次可以形成多于一个的裂缝。相对于油气生产井说明本发明，但是要理解的是本发明可以用于开采其它流体(例如，水或二氧化碳)的井，例如可以用于注入井或储存井。相对于传统的水力压裂说明本发明，但是要理解的是本发明还可以用于水压裂和压裂填充。还应该理解的是在整个说明书中，当浓度或数量范围被称作是有用的或适当的或类似术语时，其目的是认为已经说明了在此范围内的任何和每一个浓度或数量(包括端点)。此外，当通过术语“大约”进行修改时，每一个数值应该被获悉一次(除非已经表示做了如此修改)，然后再次获悉为不再进行这种修改，除非在上下文中另有说明。例如，“从1到10的范围”被获悉为指示沿着在大约1与大约10之间的连续区间的每一个和每一个可能的数字。换句话说，当表示某一范围时，即使只有少数具体数据点被明确表示或涉及在此范围内，或者即使当没有数据点涉及在所述范围内，但是要理解的发明人认为并且理解在所述范围内的任何和所有数据点都已经被指定，并且发明人具有整个范围和在所述范围内的所有点的所有权。 
要注意的是，在整个论述中，使用术语“压裂层”表示将在单个压裂处理中被压裂的岩石的一层或多层。重要的是理解“压裂层”可以包括一个如由渗透性差、岩石类型、孔隙度、颗粒尺寸、杨氏模量、流体含量、或多个其它参数中的任一个所限定的岩层或地层或比所述岩层或地层中的一个多的岩层或地层。即，“压裂层”是岩石层或与所有射孔接触的层，在给定处理中，流体被迫通过所述射孔进入到岩石内。操作者可以一次选择裂缝、包括水层和油气层的“压裂层”、和/或强可渗透性和低渗透性层 带(或者甚至例如页岩层的非渗透区)等。因此，“压裂层”可以包括传统地称作单一层、地层、层带、薄间层、生产层等的多个区域，并且使用这种术语以传统的方式说明压裂层的多个部分。通常，压裂层包括油气层，但是本发明的方法还可以用于压裂水井、储存井、注入井等。 
在压裂层的压裂的不均匀支撑剂充填中先前忽略的最重要的过程中的一个是完井设计，所述完井设计可以显著影响从井眼进入到人工裂缝的流动。本发明公开了一种完井设计(射孔数量、尺寸、和方位和在生产层上的射孔分布)，所述完井设计产生通过射孔以用作用于在地面上产生的支撑剂段塞的“段塞-分裂器”的适当流动。公开的完井设计使得将沿着井眼泵送到裂缝内的多个被分离的较小的段塞内的支撑剂段塞分裂。这种完井设计和相应数量的支撑剂段塞被优化以在处理之后实现产生的水力压裂裂缝的优异性能。结果最大化了裂缝内的开方孔隙(空隙)。这又确保了裂缝的最大水力传导率并且提高从储层进行的油气开采。另外的优点是在整个水力压裂裂缝中产生相互连接(并且连接到井眼)的空隙通道。具体地，(a)更长(和/或更高)裂缝可以被设计成具有相同质量的支撑剂，和(b)可以实现更有效的裂缝清洁(clean up)，即，例如，可以从更大体积的裂缝或更快速地或者两者结合而清洁利用聚合物稠化的稠化压裂液。 
本发明的射孔设计当与被设计成在支撑剂段塞混合物输送通过水力压裂裂缝期间最小化段塞分散的支撑剂段塞混合物结合使用时尤其有效(如早先由本发明的发明人在PCT/RU2006/000026中所公开的)。对于本发明尤其重要并且在本发明中有用的是PCT/RU 2006/000026中所公开的泵送支撑剂段塞以及泵送混合有支撑剂固结剂和/或支撑剂输送剂以在水力压裂裂缝内段塞输送期间实现并保持段塞完整性的所有基本原理。 
总之，PCT/RU 2006/000026公开的方法包括以下阶段： 
处理的第一阶段是促使裂缝形成并且进一步扩大的填塞(通常是交联聚合物，但是可以是未交联聚合物或者基于粘弹性表面活性剂但没有支撑剂的流体)。 
第二阶段由多个子阶段组成。在每一个子阶段期间，给定(计算的)支撑剂浓度的支撑剂段塞被泵送(称作段塞子阶段)，段塞子阶段之后是载液层间隔(称作无支撑或承载子阶段)。每一个子阶段还可以包括通常所说的 诸如纤维的固结剂。大量段塞和承载子阶段显著地影响产生的HPP(不均匀支撑剂充填)裂缝的水力传导率。段塞和无支撑子阶段被重复必要的次数。每一个子阶段的持续时间、支撑剂浓度、和在每一个随后的段塞中流体的性质可以变化。 
在处理结束时，不均匀支撑剂结构已经形成在裂缝内。在闭合之后，支撑剂支柱挤压并且在裂缝壁之间形成稳定的支撑剂形成物(支柱)并防止裂缝完全闭合。 
在PCT/RU2006/000026中说明的方法是用于地下地层的水力压裂方法，所述水力压裂方法具有作为称为“填塞阶段”的第一阶段，所述第一阶段涉及在地层内产生水力压裂裂缝的足够高流速下将压裂液注入到井眼内。填塞阶段被泵送使得裂缝具有容纳随后在支撑剂阶段泵送的料浆的足够尺寸。填塞的体积和粘度可以由裂缝设计领域内有经验的人来设计(例如，见“Reservoir Stimulation”3rd Ed.M.J.Economides，K.G.Nolte，Editors，John Wiley和Sons，New York New York 2000)。 
水基压裂液是公共的，且添加有天然水或合成水-可溶性聚合物以增加流体的粘滞性并且在整个填塞期间和随后的支撑阶段使用。这些聚合体包括但不局限于瓜尔胶：(由甘露糖和半乳糖糖类组成的高分子量多聚糖)或诸如羟丙基瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶、和羧甲基羟基丙基瓜尔胶(carboxymethylhydroxylpropyl guar)的瓜尔胶衍生物。基于硼、钛、锆或铝络合物的交联剂通常用于增加聚合物的有效分子量，从而使所述聚合物的有效分子量非常适于在高温井内使用。 
在小范围内，在有或没有交联的情况下可以使用诸如羟乙基纤维素或羟基丙基纤维素和羟甲基羟基纤维素的纤维素衍生物。两个生物聚合物-黄原胶和硬葡聚糖具有极好的支撑剂悬浮能力，但是比瓜尔胶衍生物更昂贵，因此很少频繁地使用。聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯聚合物和共聚物通常用于高温应用或用作对于所有温度范围的低浓度下的降阻剂。 
可以使用粘弹性表面活性剂获得无聚合物的水基压裂液。通常，通过将适量适当的表面活性剂(例如，阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性离子表面活性剂)混合到水中制备这些流体。粘弹性表面活性剂流体的粘度归因于由流体的组分形成的三维结构。当在粘弹 性流体中的表面活性剂浓度超过临界浓度时，并且在存在电解共表面活性剂或其它适当添加剂的很多情况下，表面活性剂分子聚集成相互作用以形成显示粘性和弹性的网状物的诸如螺旋状或杆状胶束的种类。 
方法的被称为“支撑阶段”的第二阶段包括将固体粒子或颗粒形式的支撑剂引入到压裂液内以形成悬浮液。支撑阶段被分成两个周期性重复的子阶段，涉及注入没有支撑剂的压裂液的“承载子阶段”；和涉及将支撑剂添加到压裂液的“支撑子阶段”。由于对浆液所进行的周期(而不是连续地)段塞包括颗粒状支撑材料，支撑剂不会完全填充裂缝。相反，间隔开的支撑剂凝块形成为柱或支柱，且通道在所述柱或支柱之间，地层流体可以通过所述通道。当泵送时，支撑和承载子阶段的体积可以不同。即，承载子阶段的体积可以大于或小于支撑子阶段的体积。此外，这些子阶段的体积可以随时间变化。例如，在处理中早期泵送的支撑子阶段的体积可以小于在处理中随后泵送的支撑子阶段的体积。由工程师根据需要由支撑剂凝块支撑的裂缝的表面面积的多少、和工程师所期望的多少裂缝区域是打开通道来选择子阶段的相对体积，地层流体通过所述开口通道自由流动。 
在所有现有HPP发明中，地面设备中产生的不均匀性被认为产生实现改进的裂缝性能所需的水力压裂裂缝内的支撑剂充填层不均匀性。现有发明忽视在将段塞从地面向下输送到水力压裂裂缝期间产生在地面产生的不均匀性的均匀性的物理过程。这些过程的忽略可能显著地损坏了最终的水力压裂裂缝性能，并因此使得现有技术的实际执行是有问题的。因此，PCT/RU2006/000026的方法具有对现有技术的多个改进，所有所述改进可以用于在本发明中例如加强(和/或加固)材料和/或支撑剂输送材料。 
加强和/或加固材料在支撑阶段期间被引入到压裂液内，以增加所形成的支撑剂凝块的强度并且防止所述支撑剂凝块在裂缝闭合期间坍塌。通常，将加强材料添加到支撑子阶段，但是不总是这种情况。支撑剂和加强材料的浓度在整个支撑阶段、从支撑子阶段到支撑子阶段可以随时间变化，并且可以是连续或间断的。作为示例，加强材料和/或支撑剂的浓度在两个随后的支撑子阶段可以不同。在所述方法的一些应用中在整个支撑阶段、在承载和支撑子阶段期间以连续的方式引入加强材料也是适当或实际的。换句话说，加强材料的引入可以不仅仅限制到支撑子阶段。具体地， 其中加强材料的浓度在整个支撑阶段期间没有变化、在支撑阶段期间单调增加、或在支撑阶段期间单调减小的不同实施方式可以是优选地。 
可固化的、或部分可固化的涂敷树脂的支撑剂可以用作加强和加固材料以形成支撑剂凝块。对于有经验的工人来说用于具体井底静态温度(BHST)和用于具体压裂液的适当涂敷树脂支撑剂的选择是公知的。此外，有机和/或无机纤维可以用于增强支撑剂凝块。这些材料可以与涂敷树脂支撑剂一起使用或单独使用。这些纤维可以被修改成仅具有粘合层、或被非粘合剂层涂敷的粘合层，当所述非粘合物层通过裂缝时可溶解在压裂液内。由粘合材料制成的纤维可以用作被非粘合物涂敷的加强材料，当所述非粘合物在地下温度下通过裂缝时溶解在压裂液中。金属颗粒是用于加强材料的另一个优选，并且可以使用包括减小腐蚀的特殊添加剂的铝、钢及其它金属和合金制成。金属颗粒可以成形类似于球并且大小为0.1-4mm。优选地，所使用的诸如金属颗粒的纤维是具有纵横比(长度与宽度或直径)大于5∶1的细长形状，例如，长度大于2mm，并且直径为10-200微米。另外，有机或无机物、陶瓷、金属或基于金属合金板可以用作加强材料。这些板可以是盘形或矩形形状，并且长度和宽度使得对于所有材料来说三个尺寸中的任两个之间的比值大于5比1。 
承载和支撑子阶段都可以包括将一种试剂或多种试剂引入到压裂液内以增加其支撑剂输送性能，换句话说，减少支撑剂在压裂液中的沉降速度的试剂。这种试剂可以是具有细长颗粒的材料，所述细长颗粒的长度大大超过其直径。这种材料影响流变性质并且抑制流体中的对流，从而使得压裂液中的支撑剂沉降速度减小。可以使用的材料包括诸如有机、无机、玻璃、陶瓷、尼龙、碳和金属纤维。支撑剂输送试剂可以能够在水基压裂液或井下流体中分解；示例包括基于例如聚乳酸、聚乙二醇酸、聚乙烯醇及其它制成的纤维。纤维可以涂敷有在地层温度下变成粘合剂的材料或由所述材料制成。所述纤维可以由被非粘合物涂敷的粘合材料制成，当所述非粘合物通过裂缝时溶解在压裂液中。根据三个尺寸中的任两个之间的比值大于5比1(即，所述尺寸具有大于5∶1的纵横比(长度比宽度或直径))的主要条件，所使用的纤维大致长于2mm，且直径为10-200微米。再次，如这里如此限定的术语“纤维”可以包括通常被说明为条带、盘、板等材料。 纤维材料在压裂液中的重量浓度例如从0.1％到10％。 
支撑剂输送材料的浓度可以在整个支撑阶段、和从支撑子阶段到支撑子阶段随时间变化，并且可以是连续或间断的。作为示例，支撑剂输送材料和/或支撑剂的浓度在两个随后的支撑子阶段可以不同。在所述方法的一些应用中，在整个支撑阶段、承载和支撑子阶段期间以连续的方式引入支撑剂输送材料也是适当(例如，比较容易)的。换句话说，引入支撑剂输送材料不仅仅限制到支撑子阶段。具体地，在其中支撑剂输送材料的浓度在整个支撑阶段不会变化、在支撑阶段单调增加、在支撑阶段单调减小的不同实施方式是优选的。 
支撑剂选择对于PCT/RU2006/000026的方法(并且对本发明)是重要的；应该在考虑裂缝闭合之后增加支撑剂凝块(支柱)的强度的情况下选择支撑剂。支撑剂凝块应该在全裂缝闭合应力下保持合理的残留厚度。这确保增加通过形成在支撑剂凝块之间的开口通道的液体流。在这种情况下，支撑剂充填层渗透率因而对于增加井产能不是决定性的。因此，在目的层内使用其在标准水力压裂中使用时太脆弱的砂可以成功地生成支撑剂凝块。支撑剂凝块还可以由砂制成，所述砂具有不适于传统压裂的非常宽的粒度分布。这是一个重要的优点，因为砂成本基本上低于陶瓷支撑剂的成本。另外，在裂缝闭合载荷的施加期间砂颗粒的破坏可以提高构成砂颗粒的凝块的强度。因为砂支撑剂颗粒的破裂/破坏减小凝块孔隙度并且增加支撑剂紧凑性。泵送到裂缝内以产生支撑剂凝块的砂不需要良好的颗粒性质，即，通常期望的颗粒的窄直径分布。例如，为了实施本方法，可以适当地使用50,000kg砂，其中10,000-15,000kg具有从0.002mm到0.1mm的颗粒直径，15,000kg到30,000kg具有从0.2mm到0.6mm的颗粒直径，而10,000kg到15,000kg具有从0.005mm到0.05mm的颗粒直径。应该注意的是比砂昂贵的100,000kg的支撑剂是使用水力压裂的现有(传统的)方法获得人工裂缝内的水力传导率类似值所必需的。 
可以优选的是一起使用砂和在形成温度下固化的粘合层，从而使砂颗粒粘在一起。当地层流体流动通过时，在凝块内的粘结颗粒减少支撑剂凝块侵蚀速率，并且最小化由于侵蚀而产生的支撑剂凝块破坏。 
然而，所有传统和非传统的支撑剂可以在PCT/RU 2006/000026(和在 本发明)中使用。作为非限制性示例，这包括如金属条带、针状或盘状的天然和合成材料、磨料颗粒、有机和无机纤维、陶瓷、压碎的晶粒、壳体、外壳、砾石、玻璃珠、烧结铝矾土及其它材料。 
在所述方法的一些变型中，支撑阶段可以在被称为“尾部阶段”的第三阶段之后，所述第三阶段涉及引入大量支撑剂。如果使用，压裂处理的尾部阶段类似于传统的压裂处理，其中被很好分选的传统的支撑剂的连续层相对靠近井眼放置在裂缝中。尾部阶段可以包括引入增加流体的支撑剂输送能力的试剂和/或用作加强材料的试剂。尾部阶段与第二阶段的不同在于连续放置被很好分选的支撑剂，即，支撑剂具有基本上相同的粒径。在尾部阶段中，支撑剂强度足以防止当支撑剂受到在裂缝闭合时产生的应力时支撑剂压碎(破碎)。支撑剂在此阶段的作用是防止裂缝闭合，并因此在近井眼处提供良好的裂缝传导性。在此第三阶段使用的支撑剂应该具有类似于传统支撑剂的特性。 
改进的完井设计(射孔策略)最有利地例如借助于加强(和/或加固)材料和/或支撑剂输送材料与PCT/RU 2006/00026的段塞水力压裂方法一起使用，并且基本上根据所述方法进行说明，但是本发明的改进的完井设计也可以与其它水力压裂方法一起使用。 
如所述，所有现有专利假设在水力压裂处理的早期(即，在当将流体混合并且将所述流体泵送到井眼内时)引入的不均匀性将在整个全部水力压裂处理中被保存。具体地，PCT/RU 2006/000026中公开的段塞方法教导了一般概念并且教导了在水力压裂裂缝内的输送期间实现段塞固结所需的具体的段塞混合物。但是所述专利没有教导最大化裂缝内的空隙空间以实现优越的井性能的以下方法。 
本发明包括完井设计(射孔的数量、尺寸、和方位以及射孔在生产层上的分布)，即使当注入到单个均质地层内(即，即使当压裂层是单一均质地层时)，所述完井设计用作用于在地面设备中混合的支撑剂段塞的“段塞-分裂器”。本发明的完井设计使得将沿着井眼泵送的支撑剂段塞分裂成裂缝内预定数量的被分开的较小段塞。支撑剂段塞的数量和相应的完井设计被优化以实现所产生的水力压裂裂缝的优异性能。 
本发明包括： 
1.一种泵送支撑剂段塞以产生具有不均匀支撑剂充填层的水力压裂裂缝的方法(例如但不限于PCT/RU 2006/000026的方法)。在支撑剂充填层内相互连接的空隙形成在整个裂缝上从所述裂缝的末端到井眼的通道网。通道网使得显著地增加所产生水力压裂裂缝的有效水力传导率。支撑剂段塞混合物被设计成最小化在输送期间水力压裂裂缝内的段塞扩散。有效固结剂和/或支撑剂输送剂优选地添加到支撑剂段塞以确保相对于扩散的稳定性。 
2.被研发成用作“段塞-分裂器”以将井眼中的每一个段塞变换成裂缝内的多个段塞的完井设计(射孔尺寸和分布)。因为裂缝性能取决于所生成的裂缝内的段塞的数量和段塞的具体分布，因此对于实施段塞方法来说这是重要的。优选地通过模型计算确定多个段塞，然后计算多个射孔簇以产生优越的裂缝性能。 
为此公开，完井设计术语“簇生完井”、“簇生射孔”、“射孔簇”和类似术语表示射孔层段的长度上的多组射孔。所具有的主要不同在于当前这些术语如何在行业中使用和在此公开中使用所述术语的方式。这种差别在图1中示意性地被示出。传统地，术语“簇生射孔”用于说明在压裂层(例如图1的(a)中所示的压裂层)中的多产层带(层)的情形下的完井设计。本文献公开中公开的是其中在许多情况下为单一生产层(例如图1中所示的图(b)中所示的生产层，其中压裂层是单一岩石层)的压裂层的长度内对射孔进行分组(聚类)。井眼2穿过包括射孔簇6的生产层4。 
应该注意的是虽然对于其中压裂层是单一岩石层的情况说明了本发明，但是本发明不局限于在单一层中使用。压裂层可以是由多层可渗透层组成的单一生产层。压裂层还可以由通过一个或多个不渗透或近似不渗透岩石层(例如，页岩层)分离的多于一个的生产层组成，并且每一个生产层和每一个页岩层又可以由多个岩石层组成。在本发明的一个实施例中，每一个生产层包括多个射孔簇，并且本发明的过程在单个处理中发生在多于一个的生产层中。任选地，生产层中的至少一个由本发明的方法处理，并且在单个压裂处理中生产层中的至少一个以传统的方式被处理。结果是多于一个裂缝，所述裂缝中的至少一个包括根据本发明的方法不均匀充填的支撑剂。在另一个实施例中，压裂层由通过一个或多个不可渗透或近似不 可渗透岩石层(例如，页岩层)分离的多于一个的生产层组成，并且每一个生产层和每一个页岩层又可以由多个岩石层组成，并且至少一个生产层包括多个射孔簇，并且本发明的过程在单个处理中发生在至少一个生产层中，但是工程被设计成使得单个裂缝形成在所有生产层和任何介入的不可渗透带。然而，本发明的这些实施例中的任一个可以在一口井中实施不止一次。 
单个射孔簇是在压裂层(所述压裂层这里被描述为位于单一生产层中)的有限层段上射击(或切出)的多个簇生射孔(或裂隙)，所述单个射孔簇与在同一生产层内的另一个簇或其它簇分离，所述另一个簇或其它簇通过另一个有限层段与所述簇间隔开。射孔簇由其长度、孔(裂隙)的总数、孔(裂隙)的尺寸和孔(裂隙)的定相表征。放置在单一生产层段上的多个射孔簇组成本发明的“簇生完井”设计。相邻簇之间的间距以及说明簇的所有参数(长度、射孔密度等)可以在生产层的长度上变化。对于不同的地层和给定地层内的不同生产层来说，射孔簇的数量和性质可以显著不同。对于适于实施本发明的大多数井来说，每一个给定生产层的射孔簇的数量例如在1与100之间。可能有需要放置大量簇(例如达到300个)的一些井。射孔簇长度可以从一口井到另一口不同，但是总之优选地在0.15m-3.0m(0.5ft-10ft)的范围内。簇间隔可以从例如0.30m到30m(1ft-98.4ft)并且对于一些储层来说甚至达到例如91.4m(300ft)而显著不同。在簇内的射孔密度取决于储层参数并且通常落入在例如从每0.3m(尺)1-30个射孔的范围内。 
具有在整个射孔层段上均匀分布的射孔炮眼的完井设计以下被称为“传统的”射孔设计。通过射孔泵送到裂缝内的支撑剂段塞以下称为支撑剂“支柱”。根据诸如地层渗透率、进入地层内的流体漏泄等的一些储层参数，当在地面上测量时，段塞支撑剂浓度可以从0.06kg/L(0.5lb每加仑(ppa))流体到2.4kg/L(20ppa)显著改变。段塞内的支撑剂浓度还可以在单个水力压裂工程上以与常规处理大致相同的方式变化。在水力压裂工程开始时，支撑剂浓度可以例如低到0.06kg/L(0.5ppa)，然后在处理结束时线性变化到例如2.4kg/L(20ppa)。在处理期间，大多数工程需要例如从0.24kg/L(2ppa)到1.8kg/L(15ppa)的窄跨度的段塞支撑剂浓度。 
图2显示了在井眼2内邻近于射孔10的支撑剂承载料浆8(在图2、3、4、 5和7中，裂缝被示意性地示出为具有划分为方形的边缘，而支柱被示意性地示出为圆柱形或矩形；然而，实际上，裂缝与图8中所示的裂缝差不多，而支柱是不规则的)。挤压粘性流体通过孔阵列的本领域的技术人员将理解的是通过传统设计的射孔泵送的支撑剂段塞期望在裂缝中形成类似于图2中所示的支柱(图2显示出了在单一生产层中的射孔的单个簇)的“条带状支柱”。每一个“条带支柱”与一个支撑剂段塞相对应。支柱之间的空隙由于支撑剂段塞之间的无支撑层段而自然地产生。在类似于图2中所示的情形中，所有空隙通过支撑剂条带彼此分离。因为空隙没有通过通道相互连接，因此这些条带显著地减小有效裂缝传导性。因为没有用于采出液通过空隙流动通过裂缝到整个井的路径，因此这种处理将具有使井产能增加的临界潜产量；在多个位置处，采出液必须通过支撑剂层(带条)。为了完全利用不均匀支撑剂充填层潜力，需要设计连接由无段塞层段产生的空隙空间的通道(所述通道最优地平行于液体流的方向)。 
在根据本发明设计并执行支撑剂段塞处理的第一步骤是考虑类似于图3中所示的支柱矩阵。开发了的模型考虑到地层和支柱机械性能，并且对于给定裂缝长度和高度计算支柱的适当数量(还被称为诸如图3中所示的矩阵结构中的支柱列和行的数量，图3示出了支柱18的水平四行14，且每一个包括五列16)，并且计算表征最大化不均匀充填裂缝中的空隙空间同时在闭合之后保持充分的支撑所需的支柱尺寸。这种模型的示例由SPE Paper46761975中J.M.Tinsley和J.R.Williams，Jr.的“A New Method for ProvidingIncreased Fracture Conductivity Fracture Conductivity and ImprovingStimulation Results”给出。 
基于地层特性计算射孔策略和完井设计。如果地层是不牢固的(具有低杨氏模量)和/或地层具有高闭合应力，则应该有多个支撑剂支柱(和/或所述支撑剂支柱应该较大和/或所述支撑剂支柱应该靠在一起)并且空隙空间应该较低。否则，应该有一个点或多个点，在所述点处，裂缝壁在闭合时彼此接触，这优选地应该被避免。如果地层坚固和/或闭合压力较低，则可以具有较少和/或较小/和/或更宽间距的支柱，并且空隙容积可以更大。由这些条件确定用于工程的支柱间距尺寸，然后从用于完井的射孔簇尺寸和簇之间的间距确定用于完井的支柱间距尺寸，然后确定泵送进度表(相对于承 载段塞尺寸的支撑剂段塞尺寸、段塞的数量、段塞内的支撑剂浓度、支撑剂类型、和例如固结剂和支撑剂输送剂的添加剂)。 
本发明的重要原理在于在地面设备内产生并且泵送到井下的段塞的数量应该与将被放置在水力压裂裂缝内的支柱列(认为是垂直裂缝，如附图中所示)相对应。将被放置在水力压裂裂缝内的支柱行的数量由簇生射孔设计来控制，即，行中的支柱的数量由射孔簇的数量确定并且等于所述射孔簇的数量。例如，如果模型计算显示需要四行来实现不均匀裂缝的最大性能，则如图4中所示完井将被设计成具有四个射孔簇20。 
实施的模拟已经显示对于给定地层所需的射孔簇的数量通常可以从1变化到100，但是对于一些地层来说可以高达300。支柱的适当尺寸取决于多个因素，例如“段塞表面体积”(泥浆流速和段塞持续时间的乘积)、簇的数量、进入地层内的漏失速度等。计算已经揭示了段塞持续时间对产生的不均匀裂缝的综合生产力的重要性。许多储层可能需要跨度例如2-60秒(这与大约80-16,000公升(0.5-100桶(bbl))的段塞地面产量相对应)的范围的段塞持续时间，假设对于典型的压裂工程来说流量的范围从3,200-16,000公升/分钟(每分钟20-100桶(bpm))。其它储层将需要达到例如给定3,200-16,000公升/分钟(20-100bpm))流量的压裂液的5分钟(16,000-79,500公升(100-500桶)的支撑剂段塞持续时间(当在地面设备中测量时)。最后，对于其中裂缝的一部分应该被支撑剂均匀覆盖的那些处理来说，段塞可以持续10-20分钟并且可以持续更长时间。此外，段塞持续时间还可以在整个处理中变化，以改变单个水力压裂裂缝中的特征支柱覆盖区。段塞持续时间的典型值与上述详细说明的相同。例如，泵送进度表可以以1分钟长段塞开始，而在5秒长支撑剂段塞的情况下结束泵送，且在所述段塞之间具有5秒无支撑剂层段。 
本发明的典型压裂处理例如根据段塞处理一般概念和PCT/RU2006/000026中所述的段塞混合物的类型在地面上执行。在设计步骤之后，在实际准备处理期间，在地面设备中混合的支撑剂段塞被输送到井下。不一定是理论的，但是可以认为当支撑剂段塞到达类似于图4中所示的具有四个簇的簇生完井的“簇生完井”时，所述支撑剂段塞当被挤压到裂缝内时被分成四个不同的小段塞。在图4所示的示例中，所有簇被设 计成具有类似的物理特性，例如射孔密度、每簇的射孔总数等。 
支撑剂浓度剖面图可以根据扩散方法变化。例如，模型可以包括过程控制算法，可以实施所述过程控制算法以改变表面支撑剂浓度剖面图，以提供射孔层段处具体的支撑剂段塞浓度剖面图。在正常泵送处理下，注入到井眼内的支撑剂的段塞将扩散并且伸展从而在支撑剂段塞的前缘和后缘处的支撑剂浓度释放“尖度(sharpness)”。对于相同的支撑剂浓度剖面图来说，表面浓度剖面图可以通过将求解转化成段塞扩散问题来求解。扩散因此可以是将来自原始面值的段塞浓度剖面图“校正”成具体的井下剖面图。 
参照Cambridge University Press pp.89-93(1984)中E.L.Cussler的Diffusion：Mass Transfer in Fluid Systems，对于泰勒扩散问题-管道中的牛顿流体的层流以下示出了可以求解的方程组的示例，其中溶液被稀释，并且质量传递仅通过径向扩散和轴向对流。实际上，任何流体力学问题可以代替以上系统，包括湍流或层流、牛顿或非牛顿流体和有或没有颗粒的流体。实际上，限定井下浓度剖面图，并且以求逆的方式求解方程以确定例如用于支撑剂的增加量的速率的初始条件，以获得具体的井下段塞特性。 
例如，方程可以包括： 
c ‾ 1 = M / π R 0 2 4 π E z t e - ( z - υ 0 t ) 2 / 4 E z t
其中M是脉冲(将在具体井下位置处限定浓度的材料)中的总溶质，R0是段塞移动通过的管道的半径，z是沿管道的距离，v0是流体的速度，而t是时间。扩散系数Ez可以被示出为： 
Ez = ( R 0 v 0 ) 2 48 D
其中D是扩散系数。产生这种解的方程组如下。可以在CambridgeUniversity Press，pp.89-93(1984)中E.L.Cussler的Diffusion：Mass Transfer inFluid Systems中得到变量定义。 
∂ c ‾ 1 δτ = ( v 0 R 0 48 D ) ∂ 2 c ‾ 1 ∂ ζ 2
受到的条件： 
τ＝0，allζ， c ‾ 1 = M π R 0 2 δ ( ζ )
τ＞0，ζ＝±∞，c1＝0 
τ＞0，ζ＝0， δ c ‾ 1 δτ = 0
以上方程组通常可以用于设计段塞的或连续的任何井底的支撑剂浓度剖面图。用于沿着井眼在流体内流动的颗粒材料的扩散的求解可以被转换成计算压裂液中的支撑剂的相对应的表面浓度。过程控制技术则可以采取这种表面浓度程序并因此与支撑剂成比例。例如，表面浓度程序表(surface concentration schedule)可以作为模型的因子，且将支撑剂充填程序表基于模型调节，支撑剂根据支撑剂充填表输送。要注意的是示出的方程没有显示考虑纤维的可选存在，而是可以适于考虑充满纤维的流体。 
在一些工程设计中，可能具有的优点在于改变这些参数以获得具有从一个簇变化到另一个簇的簇特性的“簇生完井”。这可以进行以增加裂缝中的不均匀性并且将段塞更加有效地分裂成几个较小的段塞(支柱)。具有相同簇的方法可以最好地适于其中需要相对较小的支撑剂支柱以获得不均匀裂缝的最大性能的情况。如果需要较大的支柱，并且考虑到在较小段塞离开射孔之后会合拢回成一个大的“条带状支柱”，则几个技术已经表示对于保持支撑剂段塞分离并因此在支撑剂充填层内产生水平通道尤其有用。 
如下所述的三个示例技术对于增强支撑剂支柱相对于彼此的滑动(换句话说，防止相邻段塞结合)是有用的。 
第一技术被称为“凝块阻抗调制”并且在图5中示意性地示出。“凝块阻抗调制”的目的是调制(改变)水力阻抗。水力阻抗的变化可以例如通过改变簇的孔的总数和/或改变从一个簇到另一个簇的孔的直径，和/或通过改变从一个簇到另一个簇的射孔通道的长度来实现。阻抗的改变还可以例 如通过使用用于射孔簇的两种不同的方法来实现。例如，奇数凝块可以通过使用负压射孔技术来射孔，而偶数凝块可以通过使用正压射孔方法进行射孔。因此，在奇数和偶数凝块中的射孔孔道的物理特性具有差别，这又产生任一对相邻凝块之间的水力阻抗的差。 
当支撑剂段塞流动通过不同的簇(假设每一个簇两端具有恒定压降)时，水力阻抗的这种差使支撑剂段塞所受到的有效剪切速率产生差。受到不同的切变速率使得支撑剂段塞当进入水力压裂裂缝时具有稍微不同的粘度(由于用于承载支撑剂的流体的剪切灵敏度)，并因此当进入裂缝时在稍微不同的线速度下移动。因此，诸如由附图标记22表示的支柱中的一些将比其它支柱(例如，由附图标记24表示的支柱)移动得快(因此更远)。即使在裂缝内不久之后流体粘度可以恢复回到或近似恢复回到其原始值，粘度的初始差也使得促进填塞内的不均匀性。虽然在图5的具体示例中，以交替的方式调制凝块阻抗，但是通常凝块阻抗可以以诸如线性上升、线性下降等其它方式改变以相加，从而使用凝块水力阻抗调制技术增加不均匀性并且在支撑剂充填层内产生水平通道，操作者需要将凝块图案设计成使得相邻凝块的阻抗不同。 
第二方法基于射孔孔道相对于优选断裂面(PFP)的方位(射孔的定相)；定相在相邻簇之间变化，以获得相邻支柱的滑动。定相优选地以交替的方式在相邻射孔簇之间变化，但是对于多组簇来说可以在相同的方向上变化，然后开始改变回去。图6中示出了这种技术，图6示出了被射孔26穿过的套管24覆盖的井眼2，所述井眼具有人工裂缝28。当射孔孔道的方位相对于主PFP位于10度中时，水力压裂裂缝预期沿着主PFP30(垂直于地层内的最小应力的方向的平面，所述平面在其中心与井眼近似相交)扩展。在这种情况下，簇内的射孔孔道的总水力阻抗与其它参数一起通过从近井眼区域内的水力压裂裂缝的弯曲部分起的近井眼压降的贡献来确定。相邻簇内的射孔孔道相对于主PFP的方位角的变化会引入相邻簇的水力阻抗之间的差，并因此当相邻支撑剂支柱通过裂缝时促进相邻支撑剂支柱的滑动并妨碍相邻支撑剂支柱合并。图6中所示的180°相位射孔的情况，但是这种角调制技术的使用不局限于180°定向射孔的情况。通过角调制对近井眼水力阻抗的改变可以与包括例如60°定相的其它射孔定相一起使用。这种角 调制技术也可以单独使用，或者与改变水力阻抗的其它技术结合使用。 
用于通过促进水力阻抗调制确保支柱分离的第三技术是“桥塞簇”方法。图7中示意性地显示实现这种方法所需的典型的簇设计。在这种方法中，如果没有使用这种技术则会彼此相邻的簇中的每一对32被具有相对较小的直径射孔炮眼的一个簇34分离，使得支撑剂颗粒桥塞在这种特殊簇内并且形成塞。形成的支撑剂塞渗透出另外的支撑剂并且允许通常为少量的干净凝胶(不包括支撑剂的凝胶)或者近似干净的凝胶流到裂缝内。例如在位置36处的这种干净凝胶有助于防止由两个凝块挤压而成的两个支撑剂段塞合拢到一起，要不是置入干净的凝胶塞，所述两个凝块否则则相邻。适当的射孔尺寸取决于支撑剂尺寸并且对本领域的普通技术人员来说是公知的。获得裂缝内计算的行数所需的簇数量几乎是两倍。 
由图8A-8D形成的图8显示与本发明的完井设计结合的支撑剂段塞充填技术的发展。与没有段塞38的支撑剂交替的支撑剂段塞8沿着井眼2向下泵送通过射孔簇10以在所形成的裂缝40内形成被干净凝胶空隙36分离的支柱18。 
本发明的方法具有许多优点。开口通道具有极高的水力传导率。裂缝中的液体流通过大通道，从而除去由于细粉迁移和孔喉损坏而产生的水力传导率损失。大开口通道的存在确保更加有效的裂缝清洁。具有作为提供机械支撑和液压传导性可渗透层的装置的支撑剂充填层的双重任务的分离；因此支撑结构可以优化适当的强度，并且开口通道的尺寸可以优化水力传导率。 

Claims (45)

1.一种用于在被井眼穿过的压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法，所述方法包括以下步骤：
段塞步骤，包括：通过所述压裂层内的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到所述压裂层内，其中，在裂缝闭合时，所述承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。
2.一种用于在压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法，包括以下步骤：
a)段塞步骤，包括：通过所述压裂层内的井眼中的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到所述压裂层内；和
b)使通过相邻簇注入的稠化无支撑剂流体段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞的序列以不同的速率移动通过所述裂缝，
其中，在裂缝闭合时，所述承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。
3.一种用于在压裂层中的裂缝内充填不均匀支撑剂的方法，包括：
a)段塞步骤，包括：通过所述压裂层内的井眼中的多簇射孔在压裂压力以上以交替的方式将稠化无支撑剂流体的段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞注入到所述压裂层内；和
b)使通过至少一对簇注入的稠化无支撑剂流体段塞和承载支撑剂的稠化流体的段塞的序列被注入无支撑剂流体的区域分离，
其中，在裂缝闭合时，所述承载支撑剂的稠化流体的段塞形成支撑剂的支柱。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述段塞步骤中的一些段塞或所有段塞包括加强材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加强材料包括：
有机纤维、无机纤维或有机纤维和无机纤维，所述有机纤维和无机纤维任选地仅仅具有粘合层或者具有被非粘合物的层涂敷的粘合层，在所述非粘合物通过所述裂缝期间所述非粘合物能够溶解在稠化流体中；
球状或者细长形状的金属颗粒；和
陶瓷、金属合金、或板状、条带状和盘状的有机物或无机物。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加强材料仅仅包括在所述承载支撑剂的稠化流体段塞中。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在所述段塞步骤中的一些段塞或所有段塞还包括支撑剂输送材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料包括包含细长颗粒的材料，所述细长颗粒的长度与所述细长颗粒的宽度或直径之间的比值大于5比1。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料包括由合成或天然生成的有机材料，或玻璃、陶瓷、碳或金属制成的纤维。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料仅仅包括在所述承载支撑剂的稠化流体段塞中。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料包括在地层温度下变成粘合剂的材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料还被非粘合材料涂敷，当所述非粘合材料通过所述裂缝时，所述非粘合材料溶解在所述稠化流体中。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加强材料具有至少为2mm长并且具有从3微米到200微米的直径的细长颗粒。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述支撑剂输送材料包括至少2mm长并且具有从3微米到200微米的直径的纤维。
15.根据权利要求4所述的方法，其中，在任一段塞中的所述加强材料的重量浓度在从0.1%到10%的范围内。
16.根据权利要求7所述的方法，其中，在任一段塞中的所述支撑剂输送材料的重量浓度在从0.1%到10%的范围内。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述承载支撑剂的稠化流体的体积小于所述稠化的没有支撑剂的流体的体积。
18.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述支撑剂包括被选择以最小化在裂缝内的支撑剂段塞的产生的孔隙度的支撑剂的混合物。
19.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述支撑剂颗粒仅仅具有树脂涂层或粘合层，或者具有被非粘合物的层涂敷的树脂涂层或粘合层，当所述非粘合物的层通过所述裂缝时，所述非粘合物能够溶解在压裂液中。
20.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，在所述段塞步骤之后还具有以下步骤：将承载支撑剂的稠化流体连续引入到压裂液中，所述支撑剂具有基本上均匀的颗粒尺寸。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述段塞步骤之后的所述步骤中的所述稠化流体还包括加强材料、支撑剂输送材料，或加强材料和支撑剂输送材料。
22.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，利用聚合物或者利用粘弹性表面活性剂稠化所述流体。
23.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在每一个簇内的孔的数量是不相同的。
24.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所有簇中的孔的直径是不相同的。
25.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所有簇中的射孔通道的长度是不相同的。
26.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用至少两种不同的射孔簇方法。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，至少一些簇使用负压射孔技术产生。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，至少一些簇使用正压射孔技术产生。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，所有簇中的所述射孔相对于断裂平面的定向是不相同的。
30.根据权利要求3所述的方法，其中，产生稠化无支撑剂流体和承载支撑剂的稠化流体的段塞序列的至少两个射孔簇被具有足够小的射孔的射孔簇分开，所述支撑剂桥塞所述足够小的射孔，并且无支撑剂流体或基本上无支撑剂流体通过所述具有足够小的射孔的射孔簇进入地层。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，产生稠化无支撑剂流体和承载支撑剂的稠化流体的段塞序列的射孔中的每一对被具有足够小的射孔的射孔簇分开，所述支撑剂桥塞所述足够小的射孔，并且无支撑剂流体或基本上无支撑剂流体通过所述具有足够小的射孔的射孔簇进入所述地层。
32.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，射孔簇的数量在2个与300个之间。
33.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，射孔簇的数量在2个与100个之间。
34.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述射孔簇长度在0.15m与3.0m之间。
35.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述射孔簇间距在从0.30m到30m的范围内。
36.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述射孔炮眼密度为每0.3米1-30个炮眼。
37.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，流体注入设计由数学模型确定。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述流体注入设计包括对段塞扩散进行校正。
39.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述射孔簇设计由数学模型确定。
40.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，段塞体积、段塞组分、支撑剂尺寸、支撑剂浓度、每簇的孔数量、射孔簇长度、射孔簇间距、射孔簇方位、和射孔簇炮眼密度、射孔通道的长度、射孔方法、加强材料的存在或浓度、和支撑剂输送材料的存在或浓度这些参数中的至少一个沿着所述压裂层内的井眼是恒定的。
41.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，段塞体积、段塞组分、支撑剂尺寸、支撑剂浓度、每簇的孔数量、射孔簇长度、射孔簇间距、射孔簇方位、和射孔簇炮眼密度、射孔通道的长度、射孔方法、加强材料的存在或浓度、和支撑剂输送材料的存在或浓度这些参数中的至少一个沿着所述压裂层内的所述井眼增加或减小。
42.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，段塞体积、段塞组分、支撑剂尺寸、支撑剂浓度、每簇的孔数量、射孔簇长度、射孔簇间距、射孔簇方位、和射孔簇炮眼密度、射孔通道的长度、射孔方法、加强材料的存在或浓度、和支撑剂输送材料的存在或浓度这些参数中的至少一个沿着所述压裂层内的所述井眼交变。
43.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，形成支撑剂支柱并且放置所述支撑剂支柱使得所述支柱不会平行于所述井眼延伸所述裂缝的整个尺寸，而是所述支柱自身被通道中断，使得所述支柱之间的所述通道形成通向所述井眼的通路。
44.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述支撑剂段塞具有在80公升与16,000公升之间的体积。
45.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述射孔是切入到覆在所述井眼上的管道的裂隙。
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