用于增產(chǎn)和防砂操作的復(fù)合物的制作方法
【專利說明】用于増產(chǎn)和防砂操作的復(fù)合物
[0001] 本申請要求2013年9月20日提交的美國專利申請序列號61/880，841;2013年9月20 日提交的美國專利申請序列號61/880,758;2014年4月17日提交的美國專利申請序列號61/ 981,051;和2014年5月6日提交的美國專利申請序列號61/989,267的權(quán)益;所述美國專利申 請均W引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開設(shè)及井處理復(fù)合物和使用所述復(fù)合物的方法。所述復(fù)合物由固體顆粒和表 面改性處理劑構(gòu)成，所述表面改性處理劑具有錯固部和至少一個疏水尾部。疏水尾部通過 錯固部附接至固體顆粒。
【背景技術(shù)】
[0003] 增產(chǎn)過程通常要求使用具有高的壓縮強度的固體顆粒。在水力壓裂中，所述顆粒 還必須能夠增強從低滲透性地層產(chǎn)出流體和天然氣。
[0004] 在通常的水力壓裂處理中，在高壓下將包含固體顆?；蛑蝿┑奶幚砹黧w注入井 目艮。一旦超過自然儲層壓力，流體引起地層中的裂縫并且支撐劑沉積在裂縫中，并且在處理 完成之后保留在裂縫中。支撐劑用于保持裂縫打開，因此增強流體從地層遷移至井眼的能 力。由于壓裂井的生產(chǎn)率取決于裂縫從地層至井眼導(dǎo)流流體的能力，裂縫導(dǎo)流能力為確定 水力壓裂處理的成功程度的重要參數(shù)。
[0005] 由于壓裂處理提供的增產(chǎn)程度取決于支撐寬度，重要的是支撐劑在井中的高應(yīng)力 下具有抗壓碎性。當(dāng)支撐劑不能承受由地層施加的閉合應(yīng)力時，固體顆粒被壓縮在一起從 而壓碎并且產(chǎn)生細顆粒和/或粉塵。從支撐劑中產(chǎn)生的細顆粒和/或粉塵堵塞儲層基質(zhì)中的 孔喉，因此降低儲層的滲透性。
[0006] 不斷尋求改進從而控制和防止支撐劑在原位儲層條件下的壓碎。例如，已經(jīng)設(shè)計 了樹脂涂覆的支撐劑材料從而在置于地層中時協(xié)助形成固結(jié)和可滲透的裂縫充填層，其中 樹脂涂覆增強支撐劑的抗壓碎性。
[0007] 當(dāng)從未固結(jié)地下地層中產(chǎn)出油和/或氣時，還需要防止砂粒和/或其它地層細顆粒 遷移進入井眼和從井中產(chǎn)出。在壓裂和產(chǎn)出的過程中，儲層細顆粒的產(chǎn)生和/或活動由于通 過細顆粒堵塞孔喉從而對減少裂縫導(dǎo)流能力并且減少儲層滲透性起作用。
[000引控制砂遷移的常用方法是堿石充填，所述堿石充填設(shè)計W防止地層砂的產(chǎn)生并且 減少未固結(jié)地層顆粒遷移進入井眼。通常地，堿石充填操作包括將堿石充填篩放置在井眼 中。帶有固體顆?；?堿石"的載流體泄漏進入地下區(qū)域和/或返回表面，而顆粒留在區(qū)域中 并且充填在篩和井眼之間的周圍環(huán)帶中。顆粒被困住，因此防止否則可能隨著地層流體產(chǎn) 生的地層砂和細顆粒的進一步遷移。與支撐劑一樣，防砂顆粒必須具有高強度并且能夠在 低滲透性地層中起作用。
[0009]在一些情況下，水力壓裂和堿石充填過程結(jié)合在單個處理中從而提供增產(chǎn)產(chǎn)出并 且減少地層砂的產(chǎn)生。所述處理通常被稱為"壓裂充填"操作。在一些情況下，在適當(dāng)?shù)奈恢?使用堿石充填篩組件完成處理并且通過套管和篩之間的環(huán)狀空間累入水力壓裂流體。在所 述情況下，水力壓裂處理通常在篩出條件下結(jié)束，在篩和套管之間產(chǎn)生環(huán)狀堿石充填層。運 允許將水力壓裂處理和堿石充填設(shè)置在單個操作中。
[0010] 經(jīng)涂覆和/或未涂覆的顆粒進一步用在堿石充填中從而最小化產(chǎn)生的細顆粒和/ 或粉塵的遷移。盡管使用樹脂涂覆的支撐劑已經(jīng)成功地最小化水力壓裂過程中的細顆粒的 產(chǎn)生和堿石充填過程中的細顆粒遷移，已知所述材料通常腐蝕產(chǎn)出油和氣設(shè)備。不斷需要 開發(fā)能夠用作支撐劑和堿石的具有抗壓碎性的顆粒從而最小化細顆粒的產(chǎn)生和細顆粒的 遷移，減少支撐劑充填和堿石充填的損害，并且不太腐蝕產(chǎn)出油和氣設(shè)備，同時對原位應(yīng)力 條件具有耐受性。
[0011] 除了關(guān)注井底細顆粒和粉塵的產(chǎn)生之外，由于關(guān)注現(xiàn)場工人和出現(xiàn)陸地壓裂的附 近的居民區(qū)的人口的健康，目前也密切關(guān)注支撐劑和防砂顆粒的輸送過程中的粉塵釋放。 目前還沒有開發(fā)出特別旨在減少來自支撐劑和防砂顆粒的粉塵釋放的可接受的方法。盡管 注意到壓裂砂的樹脂涂覆減少了粉塵的產(chǎn)生，加入樹脂涂覆使得壓裂砂的成本加倍。此外， 用于制備樹脂的化學(xué)品不利于環(huán)境。最后，對壓裂砂施加樹脂涂覆需要通過電力或燃燒天 然氣加熱砂，兩者都比較昂貴。因此尋求替代方法用于減少來自顆粒的粉塵的產(chǎn)生并且控 制產(chǎn)出地層中的顆粒的遷移。
[0012] 此外，尋求用在選擇性增產(chǎn)操作中的替代性材料。通常地，被井穿透的地下地層具 有多個不同的感興趣的區(qū)域或地層。在從井中產(chǎn)出流體的過程中，通常希望僅與感興趣的 區(qū)域或地層建立連通使得增產(chǎn)處理不會不利地流入非產(chǎn)出性區(qū)域或不感興趣的區(qū)域。由于 井的壽命下降并且井的生產(chǎn)率減小，選擇性增產(chǎn)(例如通過水力壓裂和酸增產(chǎn))變得重要。
[0013] 通常地，選擇性增產(chǎn)需要用鄰近感興趣的區(qū)域和/或地層設(shè)置的射孔槍對區(qū)域和/ 或地層進行射孔。重復(fù)所述過程直至所有感興趣的區(qū)域和/或地層都被射孔。然后通過線纜 使射孔槍返回表面。當(dāng)需要壓裂時，在超過區(qū)域和/或地層的壓裂壓力的壓力下在井中累入 壓裂流體。為了防止壓裂流體流入具有更大孔隙率和/或更低壓力的區(qū)域中，可W將機械設(shè) 備(例如跨隔封隔器)或塞子或砂填料設(shè)置在壓裂區(qū)域和待壓裂區(qū)域之間的井中從而隔離 增產(chǎn)區(qū)域，使其不與壓裂流體進一步接觸。然后重復(fù)該過程直至所有感興趣的區(qū)域都被射 孔和壓裂。一旦完成結(jié)束操作，從井中鉆出或W其他方式除去每個塞子從而允許將流體產(chǎn) 出至表面。
[0014] 近年來，已經(jīng)開發(fā)了方法和組件從而實現(xiàn)獨立于井內(nèi)和井外的射孔設(shè)備的除去的 井眼區(qū)間之間的區(qū)域隔離。例如，關(guān)注點集中在多區(qū)間井眼中隔離組件的使用上，所述隔離 組件允許選擇性地處理產(chǎn)出區(qū)間（或預(yù)先產(chǎn)出區(qū)間）。區(qū)域隔離組件昂貴，因此尋求替代方 案。
[0015] 關(guān)注點目前已經(jīng)集中在可溶脹彈性體材料作為封隔器和隔離廓線儀(profiler) 的使用上。然而，由于侵襲性有機和無機化學(xué)品、溫度、壓力和減少彈性體壽命和可靠性的 其它地下環(huán)境因素，可溶脹彈性體聚合物在井中的使用通常有限。所述因素還對用于從井 中采收控的其它組分產(chǎn)生問題。例如，通常用作壓裂流體中的破膠劑的酶通常在高溫下失 活。它們在高溫(例如大于150°F的溫度)下的使用造成它們變性并且失去活性。
[0016] 地層的無效壓裂還可能源自井內(nèi)管狀基材和其它金屬基材之間的摩擦損失。處理 流體和流體接觸表面之間的摩擦減少還存在持續(xù)的問題。在許多情況下，可W用在壓裂流 體中的增粘劑的種類有限，因為摩擦減少相當(dāng)于增粘劑在與控接觸時更快的粘度降低。尋 求替代方案來克服原位井底條件下的摩擦減少。
[0017] 還在用于有效減少控產(chǎn)出儲層內(nèi)的控流動過程中產(chǎn)生的摩擦阻力的化學(xué)技術(shù)和 物理技術(shù)方面花費了資源。用于減少摩擦的替代方案專注于減阻劑。通常地，減阻劑為旨在 建立非牛頓凝膠結(jié)構(gòu)的具有長鏈的大聚合物。減阻凝膠對剪切敏感并且通常需要特定的注 入裝置(例如增壓輸送系統(tǒng)）。此外，由于減阻劑通常為高粘性的，載液中通常存在不多于10 重量％的聚合減阻劑。一些注意力專注于使用聚合物的漿料或分散體從而在液體介質(zhì)中形 成自由流動和可累送的混合物。然而，所述聚合物通常隨著時間附聚，因此非常難W將其放 置在需要減少阻力的控液中。尋求用于降低井內(nèi)流體的摩擦阻力的其它替代方案從而提高 井的控生產(chǎn)率。
[0018] 此外，尋求替代方案來控制或抑制在地下地層中產(chǎn)出控的過程中水垢、石蠟和漸 青質(zhì)的形成和/或沉淀。盡管井處理試劑已經(jīng)成功用于控制和/或抑制水垢、石蠟和漸青質(zhì) 的形成，所述試劑通常與其它組分(例如支撐劑和防沙顆粒）即時(on the fly)混合。需要 能夠簡化井處理流體的現(xiàn)場制備的替代手段來控制水垢、石蠟和漸青質(zhì)的形成和/或抑制。
[0019] 應(yīng)理解上述討論僅用于說明的目的并且不旨在限制所附權(quán)利要求或任何相關(guān)專 利申請或?qū)＠臋?quán)利要求的范圍或主題。因此，所附權(quán)利要求或任何相關(guān)申請或?qū)＠臋?quán) 利要求均不受上述討論的限制，也不被解釋為僅由于本文提到而克服、包括或排除每個或 任何上述特征或缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 在本公開的一個實施方案中，提供復(fù)合物用于處理井。復(fù)合物包含至少部分地涂 覆在固體顆粒上的表面改性處理劑。表面改性處理劑具有金屬錯固部和疏水尾部。疏水尾 部為有機娃材料、氣化控或疏水有機娃材料和氣化控兩者。表面改性處理劑的金屬錯固部 附接至固體顆粒。
[0021] 在本公開的另一個實施方案中，提供復(fù)合物用于處理井。復(fù)合物包含固體顆粒和 表面改性處理劑。表面改性處理劑由金屬錯固部和至少一個附接至金屬錯固部的金屬的疏 水尾部。金屬錯固部附接至固體顆粒。
[0022] 在本公開的另一個實施方案中，提供復(fù)合物用于井處理操作如水力壓裂或防砂操 作。復(fù)合物具有表面改性處理劑，所述附接至固體顆粒的表面的至少一部分的表面改性處 理劑。表面改性處理具有疏水尾部和錯固部位點。錯固部將疏水尾部連接至固體顆粒。
[0023] 在另一個實施方案中，提供復(fù)合物用于處理井眼，所述復(fù)合物包含(i)能夠在大于 150°F的溫度下承受大于約1500psi的應(yīng)力的固體顆粒和（ii)附接至固體顆粒的表面的至 少一部分的表面改性處理劑。表面改性處理劑包含錯固部和疏水尾部。疏水尾部通過錯固 部間接附接至固體顆粒。
[0024] 在本公開的另一個實施方案中，提供復(fù)合物用于處理井眼，其中所述復(fù)合物包含 表面改性處理劑和能夠在大于150°F的溫度下承受大于約1500psi的應(yīng)力的固體顆粒。表面 改性處理劑包含金屬錯固部和疏水尾部。疏水尾部附接至金屬錯固部的金屬，金屬錯固部 附接至固體顆粒.
[0025] 在另一個實施方案中，公開復(fù)合物用于處理井眼，其中所述復(fù)合物包含固體顆粒 和式X-M的表面改性處理劑，其中Μ為包含金屬的有機配體和X為疏水尾部。表面改性處理劑 通過包含金屬的有機配體附接至固體顆粒。
[0026] 在另一個實施方案中，提供復(fù)合物用于處理井眼，其中所述復(fù)合物包含（i)固體顆 粒和（ii)表面改性處理劑含有包含金屬的有機配體和包含有機娃的疏水材料的產(chǎn)物。包含 金屬的有機配體的金屬為第3、4、5或6族金屬和有機配體為燒氧化物、面化物、酬酸、胺或丙 締酸醋.
[0027] 在另一個實施方案中，提供用于處理穿透地下地層的井的方法。在該方法中，在井 中引入固體顆粒和表面改性處理劑的復(fù)合物。表面改性處理劑具有金屬錯固部和疏水尾 部。用表面改性處理劑涂覆固體顆粒的表面的至少一部分。疏水尾部為有機娃材料、氣化控 或疏水有機娃材料和氣化控兩者。表面改性處理劑的金屬錯固部附接至固體顆粒。
[0028] 在另一個實施方案中，提供用于處理穿透地下地層的井的方法。在該方法中，在井 內(nèi)原位形成具有表面改性處理劑和固體顆粒的復(fù)合物。在該實施方案中，可W在井中引入 固體顆粒。然后引入表面改性處理劑。表面改性處理劑具有金屬錯固部和疏水尾部。表面改 性處理劑的金屬錯固部附接至固體顆粒的表面的至少一部分。表面改性處理劑的疏水尾部 為有機娃材料、氣化控或疏水有機娃材料和氣化控兩者。
[0029] 在本公開的另一個實施方案中，提供處理穿透地下地層的井的方法，其中在井中 引入復(fù)合物。復(fù)合物具有固體顆粒和在固體顆粒的表面的至少一部分上的表面改性處理 劑。表面改性處理劑具有金屬錯固部和至少一個附接至金屬錯固部的金屬的疏水尾部。金 屬錯固部附接至固體顆粒。
[0030] 在另一個實施方案中，提供用于處理穿透地下地層的井的方法。在該方法中，在井 中引入固體顆粒。然后在井中累入表面改性處理劑。表面改性處理劑包含金屬錯固部和疏 水尾部。表面改性處理劑的金屬錯固部原位附接至固體顆粒的表面的至少一部分。
[0031] 在本公開的另一個實施方案中，提供減少在水力壓裂操作或防砂操作中產(chǎn)生的細 顆粒的量的方法。在所述方法中，在穿透地下地層的井中累入固體顆粒。表面改性處理劑附 接至固體顆粒的表面的至少一部分。表面改性處理劑具有疏水尾部和錯固部。錯固部將疏 水尾部固定至固體顆粒。
[0032] 在本公開的另一個實施方案中，在井中累入表面改性處理劑和固體顆粒的復(fù)合 物。所述井穿透具有多個產(chǎn)出區(qū)域的地層。表面改性處理劑具有錯固部和疏水尾部。表面改 性處理劑通過其錯固部附接至固體顆粒。所述復(fù)合物使預(yù)定的產(chǎn)出區(qū)域與井的其它區(qū)域隔 離。
[0033] 在本公開的另一個實施方案中，在井中累入表面改性處理劑和固體顆粒的復(fù)合 物。所述復(fù)合物具有錯固部和疏水尾部。表面改性處理劑通過其錯固部附接至固體顆粒。所 述復(fù)合物最小化井內(nèi)的管摩擦壓力。
[0034] 在本公開的另一個實施方案中，在井中原位形成表面改性處理劑和固體顆粒的復(fù) 合物。井穿透具有多個產(chǎn)出區(qū)域的地層。通過首先在井中引入固體顆粒而形成復(fù)合物。然后 在井中引入表面改性處理劑和在固體顆粒的表面的至少一部分上形成涂層。表面改性處理 劑具有錯固部和疏水尾部。所述復(fù)合物使預(yù)定的產(chǎn)出區(qū)域與井的其它區(qū)域隔離。
[0035] 在本公開的另一個實施方案中，在井中原位形成表面改性處理劑和固體顆粒的復(fù) 合物。復(fù)合物具有錯固部和疏水尾部。通過首先在井中引入固體顆粒形成所述復(fù)合物。