滑溜水壓裂的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地下巖層的滑溜水水力壓裂方法，其包括向井筒中引入包含非離子聚合物和聚環(huán)氧乙烷的含水壓裂流體。
【專利說(shuō)明】滑溜水壓裂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于由井筒穿透的地下巖層的水力壓裂的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水力壓裂技術(shù)被廣泛用于增產(chǎn)來(lái)自低滲透性儲(chǔ)層的產(chǎn)油和產(chǎn)氣。在水力壓裂過(guò)程中，將流體在導(dǎo)致裂縫的高壓下注入井筒中來(lái)擴(kuò)大井筒周圍和進(jìn)入地下巖層。通常支撐劑例如砂子被包括在所述壓裂流體中，從而在處理完成時(shí)保持裂縫打開(kāi)。理想的，水力壓裂產(chǎn)生了與大面積巖層的高導(dǎo)通(high conductivity communication),這能夠提高產(chǎn)油和產(chǎn)氣的速率。
[0003]滑溜水壓裂(sli ckwater fracturing)是一種類型的水力壓裂,其使用了低粘度含水流體來(lái)引起地下裂縫?；锼黧w基本上是新鮮水或者鹽水，其具有足夠的減摩劑來(lái)使得管式摩擦壓力最小。這樣的流體通常具有僅僅略高于未摻雜的新鮮水或鹽水的粘度。典型的，滑溜水中存在的減摩劑不會(huì)將所述壓裂流體的粘度增加超過(guò)1-2厘泊(cP)。
[0004]滑溜水流體經(jīng)常包含支撐劑。由于所述滑溜水流體的低粘度，它攜帶支撐劑的能力低于用于非滑溜水壓裂的交聯(lián)的聚合物凝膠。較低濃度的支撐劑需要更高體積的壓裂流體來(lái)將足量的支撐劑放入所產(chǎn)生的裂縫中。還關(guān)注了支撐劑從井筒水平段、歧管管線和泵內(nèi)的低粘度壓裂流體的沉降。在放置期望的體積之前，水平井筒內(nèi)過(guò)多的支撐劑沉降會(huì)導(dǎo)致必須停止壓裂處理。所述支撐劑還會(huì)在它完全到達(dá)井口之前沉降在歧管管線中。所述支撐劑甚至?xí)两翟诒弥?，?dǎo)致活塞損壞。當(dāng)支撐劑由高壓縮強(qiáng)度的物質(zhì)例如陶瓷構(gòu)成時(shí)，這個(gè)問(wèn)題尤其突出。典型的，當(dāng)淤漿流動(dòng)速度和/或粘度不足以使支撐劑懸浮時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沉降。為了緩解沉降問(wèn)題，使用高的泵送速率來(lái)有效懸浮所述支撐劑，用于輸送。但是，高泵送速率會(huì)導(dǎo)致高于期望的泵送壓力和過(guò)大的裂縫高度增長(zhǎng)。此外，因?yàn)槠绻芫哂胁煌某叽纾虼藘H僅改變一個(gè)區(qū)域中的流體泵送速率不會(huì)解決另一區(qū)域的問(wèn)題。因?yàn)樾枰罅康膲毫蚜黧w，因此高速的流體流動(dòng)和地下巖層的不規(guī)則形、摩擦導(dǎo)致的能量損失經(jīng)常會(huì)阻止巖層的有效壓裂。
[0005]流體流過(guò)管道引起了摩擦能量損失。所述管道中所述液體壓力在流體流動(dòng)方向上降低。對(duì)于具有固定直徑的管道來(lái)說(shuō)，這種壓力降低隨著流動(dòng)速率的增加而增加。所述壓力降低意味著能量損失?；锼畨毫岩蕾囉诘湫偷母哂贗OObpm的高泵送速率；因此，大量的能量損失可歸因于管道和壓裂流體之間的摩擦。
[0006]在流變學(xué)中，雷諾數(shù)是在流動(dòng)條件下流體的慣性力與粘性力的無(wú)量綱比率。雷諾數(shù)可以用于表征作為層流或湍流的流體流動(dòng)。當(dāng)粘性力超過(guò)慣性力時(shí)發(fā)生了層流，產(chǎn)生了低的雷諾數(shù)。當(dāng)慣性力超過(guò)粘性力時(shí)發(fā)生湍流，產(chǎn)生了高的雷諾數(shù)。當(dāng)流體在平行片或者同軸層中流動(dòng)時(shí)發(fā)生了層流，在層之間幾乎沒(méi)有混合。湍流與層流相反，并且在存在垂直于流體流動(dòng)的錯(cuò)流時(shí)發(fā)生，這產(chǎn)生了橫向的混合和漩渦。
[0007]通常，高分子量線性聚合物被用于改變流體的流變性，以使得湍流最小化，由此防止隨之發(fā)生的流體在泵送穿過(guò)管道時(shí)流體中的能量損失。良好的減摩劑將在小濃度時(shí)引起摩擦力大的降低，這將是不昂貴的，將是環(huán)境友好的和將具有高剪切、溫度和壓力的穩(wěn)定性。
[0008]最常見(jiàn)的減摩劑是聚丙烯酰胺(PAM)聚合物。還開(kāi)發(fā)了各種共聚物來(lái)進(jìn)一步提高聚丙烯酰胺減摩劑的性能。丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸鈉(AMPS鈉)和丙烯酸是這些共聚物中除了丙烯酰胺之外的常見(jiàn)單體，用于改進(jìn)減摩劑的水合。
[0009]通常，處理這樣的高分子量聚合物是困難的，這歸因于在制成淤漿時(shí)它們低的水合速率和高的粘度。為了避免這些問(wèn)題，基于聚丙烯酰胺的聚合物經(jīng)常被配制到乳液中或者被制成乳液，在其中將所述聚合物分散到烴類溶劑例如礦物油中，并且用表面活性劑穩(wěn)定。但是，這也具有缺點(diǎn)，其歸因于在如果溢出的情況中烴類和表面活性劑的環(huán)境毒性和與烴類溶劑有關(guān)的潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)。
[0010]許多聚合物減摩劑在低分子量添加劑如酸、堿和鹽存在下表現(xiàn)出降低的性能。離子帶電的聚合物特別易于受影響。例如，含有丙烯酸酯單體的聚合物，無(wú)論是作為共聚物加入還是來(lái)自聚丙烯酰胺水解，都具有與高鈣鹽水降低的相容性。所述添加劑掩蔽了聚合物主鏈上的電荷，這降低了聚合物的流體力學(xué)半徑。隨著有效聚合物長(zhǎng)度的降低，減少摩擦作用也降低。
[0011]水力壓裂已經(jīng)給油氣工業(yè)帶來(lái)了益處。許多油氣井已經(jīng)由于所述程序而產(chǎn)生了更大的生產(chǎn)率。但是，水力壓裂工業(yè)現(xiàn)在面臨著日益增加的詳細(xì)審查和政府管制。所述工業(yè)被要求研究更加環(huán)境友好的化學(xué)品來(lái)放置到它們的水力壓裂流體中。
[0012]另外，水力壓裂操作需要大體積的水。新鮮的水在某些區(qū)域會(huì)是一個(gè)限制因素。滑溜水壓裂組合物(其可以使用多種水源，例如在充分處理后由巖層或者回流水所產(chǎn)生的水)能夠顯著增強(qiáng)油田適用性。
[0013]持續(xù)需要開(kāi)發(fā)下述滑溜水壓裂流體:其具有有效的減摩性來(lái)使得能量損失最小化，但是仍然具有對(duì)于攜帶支撐劑能力來(lái)說(shuō)足夠的粘度，同時(shí)是安全的和環(huán)境友好的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明概述
[0015]本發(fā)明涉及一種滑溜水壓裂的方法，其包括向井筒中引入包含非離子聚合物和聚環(huán)氧乙烷的含水壓裂流體。聚環(huán)氧乙烷(ΡΕ0)為壓裂流體提供了減摩性，以使得它能夠更有效的泵送入地下巖層中。但是，聚環(huán)氧乙烷傾向于剪切降解，這通常是在源自于高壓泵送的湍流條件下發(fā)生的。將非離子聚合物包括在所述壓裂組合物中來(lái)吸收剪切力和保護(hù)聚環(huán)氧乙烷免于降解。所述非離子聚合物還增加了所述壓裂流體的粘度，來(lái)提供有效的攜帶支撐劑的能力。
[0016]所述非離子聚合物可以是下述的任何聚合物:其抑制了聚環(huán)氧乙烷的剪切降解和賦予了足夠的粘度來(lái)有效地?cái)y帶支撐劑進(jìn)入所形成的裂縫中。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，瓜爾膠是用于所述壓裂流體的非離子聚合物。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，瓜爾膠衍生物是所述非離子聚合物。
[0017]支撐劑可以加入所述壓裂流體中。
[0018]所述壓裂流體組合物可以包括表面活性劑。可以使用非離子表面活性劑(不同于所述非離子聚合物或ΡΕ0)?？梢允褂藐?yáng)離子或陰離子或者兩性離子表面活性劑。[0019]本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將參考下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求而變得更
好理解。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]本發(fā)明的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將參考下面的說(shuō)明書(shū)、附加的權(quán)利要求和附圖而變得
更好理解:
[0021]圖1顯示了聚環(huán)氧乙烷和聚丙烯酰胺之間的摩擦降低百分比和水合時(shí)間的流動(dòng)回路測(cè)試(a flow loop test)的比較；
[0022]圖2顯示了在聚環(huán)氧乙烷和瓜爾膠的四種混合物上進(jìn)行的流動(dòng)回路測(cè)試的結(jié)果；
[0023]圖3顯示了聚環(huán)氧乙烷/瓜爾膠混合物與聚丙烯酰胺減摩劑的流動(dòng)回路測(cè)試的比較，它們?nèi)坑苫亓魉瞥伞?br> 【具體實(shí)施方式】
[0024]下面描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，因?yàn)樗鼈兛梢杂糜诓僮髦泻陀糜谟吞飸?yīng)用的處理中。為了清楚起見(jiàn)，在本說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有描述實(shí)際實(shí)施的全部特征。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方案的開(kāi)發(fā)中，必須進(jìn)行諸多的實(shí)施特定決定，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，其將因?qū)嵤┑牟煌煌?。此外，?yīng)當(dāng)理解這樣的開(kāi)發(fā)努力可能是復(fù)雜的和耗時(shí)的，但是對(duì)于受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)仍然是例行的舉措。本發(fā)明各種實(shí)施方案的進(jìn)一步的方面和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)考慮下面的說(shuō)明書(shū)而變得顯而易見(jiàn)。
[0025]本發(fā)明涉及一種滑溜水壓裂方法，其包括向井筒中引入含水壓裂流體，所述壓裂流體包含聚環(huán)氧乙烷和非聚環(huán)氧乙烷的非離子聚合物。所述壓裂流體典型的不包含交聯(lián)劑，并且所述壓裂流體中存在的組分是未交聯(lián)的。
[0026]所述壓裂流體的粘度典型的在300rpm小于15cP，更典型的在300rpm小于3cP。
[0027]典型的，所述壓裂流體中所述聚環(huán)氧乙烷和所述非離子聚合物的重量比是大約20:1_大約1:20，更典型的大約5:1_大約1:5。
[0028]所述含水壓裂流體能夠?qū)⒒锼畨毫巡僮髦械哪Σ亮档透哌_(dá)60%。
[0029]聚環(huán)氧乙烷(PEO)是一種直鏈的高分子量聚合物，其充當(dāng)了用于所述壓裂流體的減摩劑，以使得它能夠更有效的泵送到地下巖層。迄今為止，PEO作為減摩劑的用途“并未用于石油工業(yè)中，因?yàn)楫?dāng)注射或者處于湍流下時(shí)，它易于剪切降解”。MALCOM A.KELLAND,PRODUCTION CHEMICALS FOR THE OIL AND GAS INDUSTRY 392 (CRC 出版社，2009)。將非離子聚合物包括在壓裂組合物中來(lái)吸收剪切力和保護(hù)PEO免于降解。將含有100%的PEO的壓裂流體與含有本文定義的重量比的PEO和非離子聚合物的壓裂流體相比，來(lái)自壓裂流體湍流的剪切降解降低了至少15%和更典型的高達(dá)40%。所述非離子聚合物還賦予壓裂流體以它所具有的減摩能力和增加了粘度，來(lái)提供有效的攜帶支撐劑的能力。
[0030]聚環(huán)氧乙烷是一種中性聚合物；因此，它具有低的對(duì)于用于制造壓裂流體的水源的鹽度的敏感性。PEO還包含氧作為沿著它的聚合物主鏈的重復(fù)單元。這賦予所述聚合物極性和對(duì)于水的強(qiáng)親和性，其轉(zhuǎn)化成快速的水合時(shí)間，甚至在非常低的溫度也是如此。此外，PEO被環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)認(rèn)為是一種惰性成分，并因此是環(huán)境友好的。
[0031]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述壓裂流體所用的所述聚環(huán)氧乙烷的重均分子量是大約1M-大約20M，更優(yōu)選大約2M-大約10M。典型地，所述壓裂流體中PEO的量是大約lOppm-大約400ppm,更典型的大約20ppm_大約lOOppm。
[0032]在一個(gè)方面，干燥的固相PEO可以用于在井位置制造壓裂流體。但是，干燥聚合物難以加入到流體中，需要專門的設(shè)備以及顯著的能量和耗水量來(lái)確保所述干燥聚合物充分制成活性稀釋形式。在遠(yuǎn)程鉆井位置設(shè)備中，能量和水經(jīng)常是供應(yīng)不足的，并且需要大量的資金投入來(lái)保證。具有它的高分子量的固體ΡΕ0會(huì)難以直接溶解在水中，表現(xiàn)出聚集的傾向。根據(jù)本發(fā)明的原則，固體ΡΕ0可以分散在多元醇溶劑例如甘油或丙二醇中，來(lái)形成淤漿，其然后可以容易的輸送和計(jì)量。
[0033]將非離子聚合物包括在所述壓裂組合物中來(lái)吸收源自于高速泵送的剪切力，來(lái)保護(hù)聚環(huán)氧乙烷免于降解和增加所述壓裂流體的粘度來(lái)提供有效的攜帶支撐劑的能力。所述非離子聚合物優(yōu)選是環(huán)境友好的聚合物，來(lái)補(bǔ)充ΡΕ0的環(huán)境友好性質(zhì)。
[0034]在本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述非離子聚合物是瓜爾膠。在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述非離子聚合物是瓜爾膠衍生物。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的原理，所述瓜爾膠源可以包括任何等級(jí)的瓜爾膠。在一個(gè)方面，所述瓜爾膠源可以是瓜爾豆莢，其收獲自豆科種子的胚乳。典型的，所述瓜爾膠源可以是胚乳，也稱作瓜爾豆片(guar split)，其構(gòu)成了種子的大約30-40%。所述瓜爾膠源可以進(jìn)一步來(lái)源于種子的剩余物(reminder),也稱作殼(大約15% )和內(nèi)胚芽(inner germ)(大約45%)。例如所述瓜爾膠源可以是精制的瓜爾豆片，其是從外殼上除去的磨光的纖維層。所述瓜爾膠源可以另外是由精制的瓜爾豆片，通過(guò)軟化、壓片、粉碎和篩分來(lái)生產(chǎn)的瓜爾膠。
[0036]在一個(gè)方面，瓜爾膠是粉末形式。典型的，粉末的尺寸是大約60目-大約400目，更典型的大約100-大約325目。
[0037]合適的瓜爾膠衍生物包括羧烷基瓜爾膠和羥烷基瓜爾膠。優(yōu)選的是羧甲基瓜爾膠，羥丙基瓜爾膠，羥乙基瓜爾膠，羥丁基瓜爾膠和羧甲基羥丙基瓜爾膠。優(yōu)選地，羥基烷基化瓜爾膠的分子量是大約1百萬(wàn)-大約`3百萬(wàn)。在一個(gè)方面，羧基化的瓜爾膠的取代度典型地是大約0.08-大約0.18。在一個(gè)`方面，羥基烷基化的瓜爾膠的羥丙基含量典型的是大約
0.2-大約0.6。此外，所述瓜爾膠聚合物可以是美國(guó)專利N0.7012044 ;6844296和6387853以及美國(guó)專利公開(kāi)N0.20050272612 ；20110015100 ;和20110015100所公開(kāi)的那些的任一種，其每篇在此引入作為參考。
[0038]羧烷基瓜爾膠可以通過(guò)多種方式來(lái)獲得，包括a)使用優(yōu)質(zhì)級(jí)別瓜爾膠作為起始材料，將陰離子基團(tuán)化學(xué)加成到其上；和/或b)選擇加工參數(shù)，所述加工參數(shù)在將陰離子取代基置于瓜爾膠聚合物主鏈上時(shí)提供了更好的均勻性；和/或c)另外的加工步驟，包括超級(jí)清洗(ultrawashing)來(lái)除去雜質(zhì)和精制所述聚合物。優(yōu)選的聚合物包括具有無(wú)規(guī)分布的羧甲基基團(tuán)的那些瓜爾膠。
[0039]用于本發(fā)明的優(yōu)選的非離子聚合物是作為“GW45 ” (CMG)、“GW32 ” (HPG)和“GW38”(CMHPG)獲自Baker Hughes Incorporated的那些聚合物。也可以使用這些聚合物的制漿對(duì)應(yīng)物，并且作為 “XLFC2”(HPG)、“ XLFC2B”(HPG)、“ XLFC3”(CMPHG)、“ XLFC3B”(CMHPG)、“VSP1”(CMG)和“VSP2”(CMG)獲自 Baker Hughes Incorporated。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以使用作為“GUAR X0694-17-1”獲自Aqualon (Hercules，Inc.)的瓜爾膠粉末。
[0040]在根據(jù)本發(fā)明原理的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述非離子聚合物可以是纖維素、纖維素衍生物、淀粉、淀粉衍生物、黃原膠、黃原膠衍生物及其混合物。具體的例子包括但不限于羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC)、羧甲基纖維素(CMC)、二烷基羧甲基纖維素、刺槐豆膠、韋蘭膠(welan gum)、刺梧桐樹(shù)膠、黃原膠、硬葡聚糖和迪優(yōu)坦(diutan)。[0041 ] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述非離子聚合物的用量是大約0.1-大約5磅/流體中1000加侖的水，優(yōu)選大約0.5-大約2磅/流體中1000加侖的水。
[0042]所述含水流體可以是鹽水、新鮮水、海水(salt water)或者其混合物。在一個(gè)方面，鹽水可以是來(lái)自前面的井處理的回流水。在一個(gè)方面，所述水可以是從地下巖層產(chǎn)生的水。在一個(gè)方面，所述水可以是來(lái)自于市政來(lái)源的新鮮水或者河水。所產(chǎn)生的水或者回流水會(huì)隨著時(shí)間變化而鹽度逐漸增加。例如在Marcellus頁(yè)巖區(qū)域中，滑溜水壓裂處理在所述回流較后部分中的總?cè)芙馊苜|(zhì)(TDS)是大約80，000-325, 000。在一個(gè)方面，當(dāng)TDS濃度較低時(shí)可以利用早期回流水的重新使用。所述回流水可以與新鮮水混合。
[0043]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述壓裂流體可以包含一種或多種類型的支撐劑。合適的支撐劑包括本領(lǐng)域通常已知的那些，包括石英、砂粒、玻璃珠、鋁丸、陶瓷、樹(shù)脂包覆的陶瓷、塑料珠、尼龍珠或丸、樹(shù)脂包覆的砂子、燒結(jié)的礬土和樹(shù)脂包覆的燒結(jié)的礬土。 [0044]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述支撐劑是相對(duì)輕重量的顆粒物。這樣的支撐劑可以碎裂、研磨、壓碎或者另外加工。用“相對(duì)輕重量”表示所述支撐劑的表觀比重(ASG)明顯小于水力壓裂操作中常規(guī)使用的支撐劑(例如砂子)的表觀比重或者它們的ASG類似于這些材料。特別優(yōu)選的是ASG小于或等于3.25的那些支撐劑。甚至更優(yōu)選的是超輕重量支撐劑，它們的ASG小于或等于2.25，更優(yōu)選小于或等于2.0,甚至更優(yōu)選小于或等于1.75，最優(yōu)選小于或等于1.25和經(jīng)常小于或等于1.05。
[0045]合適的相對(duì)輕重量支撐劑是公開(kāi)在美國(guó)專利N0.6364018,6330916和6059034中的那些顆粒物，它們?nèi)吭诖艘胱鳛閰⒖肌＿@些可以示例為研磨的或者壓碎的堅(jiān)果殼(美洲山核桃、椰子、杏仁、象牙棕櫚的果實(shí)、巴西堅(jiān)果、澳洲堅(jiān)果等)；水果的種子的研磨的或者壓碎的種子殼(包括果核)，例如李子、橄欖、桃子、櫻桃、杏等；研磨的或者壓碎的其它植物的種子殼，例如玉米(例如玉米棒子或者玉米仁)等；加工的木材例如來(lái)源于木頭的那些，例如橡樹(shù)、山胡桃木、胡桃木、白楊木、桃花心木等，包括已經(jīng)通過(guò)研磨、碎裂或者其它形式的粒化方法加工的這樣的木頭。優(yōu)選的是研磨的或者壓碎的胡桃殼材料，其用樹(shù)脂包覆來(lái)將所述殼基本上保護(hù)和防水。
[0046]此外，用于本發(fā)明的相對(duì)輕重量的顆粒物可以是選擇性配置的多孔顆粒物，如美國(guó)專利N0.7426961所述、所示和所定義，其在此引入作為參考。合適的支撐劑進(jìn)一步包括美國(guó)專利N0.7931087和美國(guó)專利N0.7494711中所述的那些，其在此引入作為參考。所述支撐劑可以進(jìn)一步是塑料或者塑料復(fù)合材料例如熱塑性塑料或熱塑性復(fù)合材料或者樹(shù)脂或者含有粘結(jié)劑的聚集體。ULW支撐劑可以進(jìn)一步是美國(guó)專利N0.7322411中所述的那些可變形的顆粒物的任何一種，其在此引入作為參考。
[0047]另外可以使用支撐劑的混合物。
[0048]令人期望的是由所述支撐劑所形成的支撐劑包(pack)能夠在裂縫中產(chǎn)生支撐劑的部分單層，來(lái)在鄰接的顆粒物之間提供增加的互連的間隙空間。因?yàn)樗苽涞牧黧w典型地在寬間隔的支撐劑顆粒物周圍流動(dòng)而非流過(guò)填充床的間隙空間，由此產(chǎn)生了提高的裂縫傳導(dǎo)結(jié)果。[0049]在一個(gè)方面，支撐劑在壓裂流體中的量可以是大約0.5-大約12.0磅支撐劑/加侖壓裂流體。優(yōu)選它可以是大約0.25-大約4.0磅/加侖壓裂流體。
[0050]雖然地下巖層粘土通常是惰性的，但是當(dāng)巖層粘土被外來(lái)物質(zhì)例如含水壓裂流體擾亂時(shí)，巖層粘土顆粒的溶脹和遷移通常會(huì)增加。巖層粘土的溶脹和遷移通過(guò)阻礙巖層毛細(xì)管而降低了巖層的滲透性，和因此導(dǎo)致巖層滲透性損失和明顯降低了烴類的流動(dòng)速率。這樣的阻礙例如是巖層粘土遷移到巖層的毛細(xì)流動(dòng)通道中的結(jié)果。這又導(dǎo)致了所產(chǎn)生的烴類的流動(dòng)速率的明顯降低。為了減小巖層粘土的溶脹和遷移所引起的損壞效應(yīng)，可以將頁(yè)巖抑制劑和/或粘土穩(wěn)定劑結(jié)合入滑溜水組合物中。
[0051]在一個(gè)方面，所述粘土穩(wěn)定劑或者頁(yè)巖抑制劑可以是無(wú)機(jī)鹽例如氯化鉀或者氯化銨。在一個(gè)方面，所述粘土穩(wěn)定劑或者頁(yè)巖抑制劑可以是有機(jī)鹽例如氯化膽堿。在一個(gè)方面，所述氯化膽堿可以是含有N，N，N-三甲基乙醇銨陽(yáng)離子的季銨鹽。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述粘土穩(wěn)定劑可以是Claytreat_3C粘土穩(wěn)定劑(CT-3C)或者Claymaster_5C,二者都來(lái)自 Baker Hughes Inc。
[0052]在一個(gè)方面，這樣的粘土穩(wěn)定劑或者頁(yè)巖抑制劑的濃度是大約0.1 %，基于含水流
體重量。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的原理，表面活性劑可以包括在壓裂流體組合物中。表面活性劑能夠降低摩擦，并且也能夠保護(hù)聚環(huán)氧乙烷免于剪切降解。
[0054]所述表面活性劑可以是陽(yáng)離子、陰離子、兩性離子或者非離子。作為陽(yáng)離子表面活性劑而包括的是下述那些:其含有季銨結(jié)構(gòu)部分(例如線性季胺、芐基季胺或者季銨鹵化物)、季锍結(jié)構(gòu)部分或者季鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)部分或者其混合物。合適的含有季化類基團(tuán)的表面活性劑包括季銨鹵化物或季胺，例如季銨氯化物或者季銨溴化物。合適的陰離子表面活性劑是磺酸鹽(例如二甲苯磺酸鈉和萘磺酸鈉)，膦酸鹽，乙氧基硫酸鹽及其混合物。作為兩性離子表面活性劑而包括的是甘氨酸鹽，兩性乙酸鹽，丙酸鹽，甜菜堿及其混合物。所述陽(yáng)離子或兩性離子表面活性劑可以具有疏`水尾部(其可以是飽和的或者不飽和的)，例如C12-C18碳鏈。此外，所述疏水尾部可以獲自來(lái)自植物的天然油，例如一種或多種的椰油、菜籽油和棕櫚油。
[0055]優(yōu)選的表面活性劑包括N，N, N-三甲基-1-十八烷氯化銨、N，N, N-三甲基_1_十六烷氯化銨、N，N，N-三甲基-1-大豆氯化銨及其混合物。
[0056]所述壓裂流體還可以包含在鉆井服務(wù)工業(yè)中常規(guī)的其它常規(guī)添加劑，例如腐蝕抑制劑、脫乳化劑、結(jié)垢抑制劑、石蠟抑制劑、氣體水合物抑制劑、浙青質(zhì)抑制劑、分散劑、氧清除劑、生物殺滅劑等。
[0057]實(shí)施例。下面的實(shí)施例描述了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。在權(quán)利要求范圍內(nèi)的其它實(shí)施方案將是本領(lǐng)域技術(shù)人員從這里公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)或者實(shí)踐的考慮中顯而易見(jiàn)的。它的目的是說(shuō)明書(shū)與實(shí)施例一起被認(rèn)為僅僅是示例性的，并且本發(fā)明的范圍和主旨是用權(quán)利要求來(lái)表示的。
[0058]實(shí)施例1。在聚環(huán)氧乙烷淤漿上進(jìn)行流動(dòng)回路測(cè)試，來(lái)測(cè)量它的降低摩擦的能力和它的水合速率。將這些結(jié)果與獲自Baker Hughes Incorporated的市售聚丙烯酰胺減摩劑FRW-20進(jìn)行比較。
[0059]聚環(huán)氧乙烷淤漿是如下來(lái)制造的:將200g的甘油置于以lOOOrpm攪拌的塔頂混合器中，然后在2分鐘的時(shí)間內(nèi)加入40g的PE0(MW>8M)粉末。然后將所述淤漿混合至少30分鐘來(lái)確保足夠的分散。
[0060]然后將24mL的PEO淤漿注入到24L的密度是10.5ppg的CaCl2溶液中。將所述溶液在90 °F的摩擦回路上運(yùn)行。
[0061]圖1顯示了 PEO淤漿在10.5ppg的CaCl2鹽水中比FRW-20更快的水合。PEO在90 °F在大約15s內(nèi)水合。同樣，圖1顯示了聚環(huán)氧乙烷實(shí)現(xiàn)了 45%的摩擦降低，這是與聚丙烯酰胺相同的摩擦降低百分比。
[0062]實(shí)施例2。在聚環(huán)氧乙烷和瓜爾膠的混合物上進(jìn)行流動(dòng)回路測(cè)試，來(lái)測(cè)量它們的降低摩擦的能力。PEO淤漿是如實(shí)施例1所述來(lái)制造的。然后將這種淤漿與瓜爾膠混合來(lái)制造四個(gè)淤漿樣品。所述樣品是在水試驗(yàn)中以10加侖/分鐘(gpm)在流動(dòng)回路上測(cè)試，具有
0.319英寸管。圖2顯示了四種PEO-瓜爾膠混合物的每一種都實(shí)現(xiàn)了大于50%的摩擦降低。
[0063]實(shí)施例3。在聚環(huán)氧乙烷和瓜爾膠的混合物用回流水注入的淤漿上進(jìn)行了流動(dòng)回路測(cè)試。還在相同的回流水中測(cè)試了兩種市售的聚丙烯酰胺減摩劑，來(lái)比較它們的水合速率和摩擦降低百分比。
[0064]PEO淤漿是如實(shí)施例1所述來(lái)制造的。將具有超過(guò)26.5%的總?cè)芙獾柠}和超過(guò)4%的二價(jià)離子的回流水，GW-3 (—種未衍生化的瓜爾膠,市售自Baker Hughes Inc.)加入到PEO淤漿中，來(lái)以Igpt的濃度注入到回流水中。將聚丙烯酰胺減摩劑FRW-14和FRW-20 ( 二者市售自Baker Hughes Inc.)以0.75gpt的濃度注入到稀釋的回流水中。將三種樣品在室溫的流動(dòng)回路中試驗(yàn)。
[0065]圖3顯示了三種樣品的摩擦降低能力和水合速率的比較。可以看到FRW-14和FRW-20在60s后都實(shí)現(xiàn)了大約僅僅25%的摩擦降低，然而PEO和瓜爾膠的溶液在60s中實(shí)現(xiàn)了 50%的摩擦降低。
[0066]雖然根據(jù)本發(fā)明的組合物和方法已經(jīng)在優(yōu)選的實(shí)施方案中進(jìn)行了描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)很顯然可以對(duì)這里所述的組合物和/或方法和步驟或者步驟的次序進(jìn)行改變，而不脫離本發(fā)明的概念、主旨和范圍。此外，很顯然某些化學(xué)相關(guān)的試劑可以替換這里所述的試劑，同時(shí)將實(shí)現(xiàn)相同或者類似的結(jié)果。全部這樣的對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很顯然的類似的取代和改變被認(rèn)為處于本發(fā)明的范圍和概念內(nèi)。它的目的是說(shuō)明書(shū)被認(rèn)為僅僅是示例性的，并且本發(fā)明的范圍和主旨是通過(guò)下面的權(quán)利要求來(lái)表示的。
【權(quán)利要求】
1.一種滑溜水壓裂方法，其包括在足以產(chǎn)生或者擴(kuò)大地下巖層中的裂縫的壓力下，向穿透到地下巖層中的井筒中引入含水壓裂流體，所述含水壓裂流體包含:a)非聚環(huán)氧乙烷的非離子聚合物；和b)聚環(huán)氧乙烷。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述非離子聚合物是非衍生化的瓜爾膠或者衍生化的瓜爾膠。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述非離子聚合物是多糖。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述含水壓裂流體進(jìn)一步包含:c)陽(yáng)離子、陰離子、兩性離子或非離子表面活性劑，其不同于聚環(huán)氧乙烷或所述非離子聚合物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓裂流體不包含表面活性劑。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓裂流體不包含交聯(lián)劑或者交聯(lián)的組分。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述壓裂流體進(jìn)一步包含支撐劑。
8.權(quán)利要求2的方法， 其中所述壓裂流體進(jìn)一步包含:c)非離子表面活性劑，其不同于聚環(huán)氧乙烷和所述非離子聚合物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述含水壓裂流體的粘度在300rpm小于15cP。
10.權(quán)利要求7的方法，其進(jìn)一步包括在所產(chǎn)生或者擴(kuò)大的裂縫中用所述支撐劑產(chǎn)生部分單層。
11.權(quán)利要求7的方法，其中所述支撐劑的表觀比重是小于或等于2.25。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述支撐劑的表觀比重是小于或等于1.75。
13.權(quán)利要求1的方法，其中聚環(huán)氧乙烷在所述含水壓裂流體中的量是大約0.05-大約0.2重量％。
14.權(quán)利要求1的方法，其中非離子聚合物:聚環(huán)氧乙烷的重量比是大約1:5-大約5:1。
15.一種壓裂地下巖層的方法，其包括在足以產(chǎn)生或者擴(kuò)大地下巖層中的裂縫的壓力下，在湍流下向穿透到所述地下巖層的井筒中弓丨入含水壓裂流體，所述含水壓裂流體包含:a)非聚環(huán)氧乙烷的非離子聚合物；和b)聚環(huán)氧乙烷，其中來(lái)自所述含水壓裂流體的所述湍流的剪切降解量小于當(dāng)將不含所述非離子聚合物的基本上類似的含水壓裂流體引入到所述井筒中時(shí)產(chǎn)生的剪切降解量。
16.權(quán)利要求15的方法，其中與沒(méi)有加入所述非離子聚合物的基本上類似的含水壓裂流體所產(chǎn)生的剪切降解量相比，來(lái)自含有所述非離子聚合物和聚環(huán)氧乙烷的所述含水壓裂流體湍流的聚環(huán)氧乙烷剪切降解量少至少40%。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述壓裂流體進(jìn)一步包含支撐劑。
18.權(quán)利要求17的方法，其進(jìn)一步包括在所產(chǎn)生或者擴(kuò)大的裂縫中用所述支撐劑產(chǎn)生部分單層。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述支撐劑的表觀比重是小于或等于2.25。
20.一種滑溜水壓裂的方法，其包括在足以產(chǎn)生或者擴(kuò)大地下巖層中的裂縫的壓力下，向穿透到地下巖層中的井筒中引入在300rpm粘度小于15cP的含水壓裂流體，其中所述含水壓裂流體包含非衍生化的瓜爾膠或者衍生化的瓜爾膠或者其組合、聚環(huán)氧乙烷和支撐劑。
21.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括在所產(chǎn)生或者擴(kuò)大的裂縫中用所述支撐劑產(chǎn)生部分 單層。
【文檔編號(hào)】C09K8/68GK103732718SQ201280038046
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】孫宏, 渠祁, R·史蒂文斯 申請(qǐng)人:貝克休斯公司