本發(fā)明涉及提高壓裂后的地層中的烴回收的組合物和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及降低壓裂液粘度的組合物和方法。

背景技術(shù)：

包含支撐劑的水力壓裂液被廣泛用于提高含烴儲層的生產(chǎn)力，所述儲層包括碳酸鹽地層和砂巖地層。在水力壓裂操作過程中，在足以使儲層破裂并產(chǎn)生裂縫的壓力和速度下泵入壓裂處理液。壓裂操作通常由三個主要階段構(gòu)成，其包括前置液階段、支撐劑流體階段和后沖洗液階段。前置液階段一般包括將前置液泵入地層。前置液是引發(fā)和擴展裂縫的粘性膠凝流體。輔助裂縫可從裂縫處蔓延而發(fā)展為裂縫網(wǎng)。裂縫網(wǎng)可包括裂縫和輔助裂縫。輔助裂縫可將裂縫連接在一起。

支撐劑流體階段包括將支撐劑流體泵入地層的裂縫中。支撐劑流體包含混合有粘性膠凝流體或粘彈性表面活性劑流體的支撐劑。支撐劑流體中的支撐劑存留在裂縫中并產(chǎn)生可供烴流動的傳導(dǎo)性裂縫。最后階段(后沖洗液階段)包括將粘性膠凝流體泵入到裂縫中以保證支撐劑流體被推進裂縫內(nèi)部。雖然這三個階段具有不同的目的，但是它們都是使用高粘性流體和/或膠凝流體來達到這些目的。

傳統(tǒng)方法的不利方面是：在裂縫中會殘留較大體積的膠凝材料或聚合物材料。膠凝材料可在裂縫中的支撐劑周圍富集或者可在裂縫中自由流動。膠凝材料會阻斷裂縫從而降低裂縫的傳導(dǎo)性。從儲層流出的烴不能使膠凝材料移動。傳統(tǒng)的用于清潔裂縫的方法涉及降粘劑或其它使流體粘度降低的物質(zhì)。這些傳統(tǒng)方法不能徹底地清潔裂縫，而留下殘留粘性材料并降低傳導(dǎo)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及提高壓裂后的地層中的烴回收的組合物和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及降低諸如膠凝壓裂液和/或粘性壓裂液之類的壓裂液的粘度的組合物和方法。

一方面，提供了一種由于殘留粘性材料得以清理從而改進了地層中的烴回收的方法。該方法包括用壓裂液壓裂地層以產(chǎn)生裂縫的步驟。所述壓裂液包含：粘性流體組分，所述粘性流體組分能夠有效地壓裂地層以產(chǎn)生裂縫而在裂縫中留下殘留的粘性材料，所述粘性流體組分具有粘度；支撐劑組分，所述支撐劑組分包含支撐劑，所述支撐劑能夠有效地使裂縫保持打開，其中所述支撐劑組分通過所述粘性流體組分而運送至裂縫；以及清潔流體。

所述清潔流體包含：酸前體，所述酸前體能夠有效地引發(fā)放熱反應(yīng)組分；以及能夠有效產(chǎn)生熱量的放熱反應(yīng)組分，其中該熱量能夠有效降低所述殘留粘性材料的粘度從而產(chǎn)生低粘度材料，該低粘度材料能夠從地層中流出。裂縫可包括由裂縫擴展出的輔助裂縫。

在某些方面，所述放熱反應(yīng)組分包括含銨化合物和含亞硝酸根化合物。在本發(fā)明的某些方面，所述含銨化合物為NH₄Cl并且所述含亞硝酸根化合物為NaNO₂。在本發(fā)明的某些方面，所述酸前體為三醋精。

在本發(fā)明的第二方面，提供一種用于降低裂縫中殘留粘性材料的粘度的清潔流體。所述清潔流體包含：酸前體，所述酸前體能夠有效地引發(fā)放熱反應(yīng)組分；以及能夠有效地產(chǎn)生熱量的放熱反應(yīng)組分，其中該熱量能夠有效地降低所述殘留粘性材料的粘度從而產(chǎn)生低粘度材料，該低粘度材料能夠有效地從地層中流出。

在某些方面，所述放熱反應(yīng)組分包括含銨化合物和含亞硝酸根化合物。在本發(fā)明的某些方面，所述含銨化合物為NH₄Cl并且所述含亞硝酸根化合物為NaNO₂。在本發(fā)明的某些方面，所述酸前體為三醋精。

在第三方面，提供一種在水力壓裂之后清潔裂縫的方法。該方法包括以下步驟：在水力壓裂操作中壓裂地層從而產(chǎn)生裂縫；以及將清潔流體注入到裂縫中以降低殘留粘性材料的粘度。

在本發(fā)明的某些方面，壓裂地層的步驟包括用壓裂液壓裂地層以產(chǎn)生裂縫的步驟。所述壓裂液包含：粘性流體組分，所述粘性流體組分能夠有效地壓裂地層以產(chǎn)生裂縫，而在裂縫中留下殘留粘性材料，所述粘性流體組分具有粘度；以及支撐劑組分，所述支撐劑組分包含支撐劑，所述支撐劑能夠有效地將裂縫保持打開，其中所述支撐劑組分通過所述粘性流體組分而運送至裂縫。在本發(fā)明的某些方面，所述清潔流體包含：酸前體，所述酸前體能夠有效地引發(fā)放熱反應(yīng)組分；以及能夠有效地產(chǎn)生熱量的放熱反應(yīng)組分，其中該熱量能夠有效地降低所述殘留粘性材料的粘度從而產(chǎn)生低粘度材料，該低粘度材料能夠有效地從地層中流出。在本發(fā)明的某些方面，所述放熱反應(yīng)組分包括含銨化合物和含亞硝酸根化合物。在某些方面，所述含銨化合物為NH₄Cl并且所述含亞硝酸根化合物為NaNO₂。在某些方面，所述酸前體為三醋精。

附圖簡要說明

參照下面的說明書、權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點將會變得更容易理解。但是需要注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的若干實施方案，因此不能認為附圖是對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍還承認其他的等同實施方案。

圖1是清潔流體對殘留粘性材料的粘度的效果的圖示。

圖2是放熱反應(yīng)組分所產(chǎn)生的熱量和壓力的圖示。

圖3a和3b是在清潔流體的放熱反應(yīng)組分反應(yīng)之前的殘留粘性材料的圖示。

圖4是放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)對于壓裂液粘度的效果的圖示。

具體實施方式

雖然將結(jié)合若干實施方案對本發(fā)明進行說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，本文所描述的裝置和方法的多個例子、變型和改變都在本發(fā)明的范圍和實質(zhì)內(nèi)。因此，本文所述的實施方案并沒有破壞所要求的本發(fā)明的共性并且也不限制權(quán)利要求。

在一個方面，提供了一種由于清理了殘留粘性材料而改進地層中的烴回收的方法。水力壓裂操作利用壓裂液壓裂地層而產(chǎn)生裂縫。例如，地層包括砂巖和碳酸鹽。

壓裂液包含粘性流體組分和支撐劑組分。粘性流體組分具有粘度。粘性流體組分能夠有效地增加壓裂液的粘度。粘性流體組分包括稠化水性流體、非稠化水性流體、凝膠類流體、凝膠油類流體、酸類流體和泡沫流體。凝膠類流體包括纖維素衍生物和瓜爾膠類流體。纖維素衍生物包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素和甲基羥乙基纖維素。

瓜爾膠類流體包括羥丙基瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、與來自于硼砂/硼酸水溶液中的硼離子交聯(lián)的瓜爾膠、和與有機金屬化合物交聯(lián)的瓜爾膠。有機金屬化合物包括鋯鹽、鉻鹽、銻鹽和鈦鹽。凝膠油類流體包括磷酸鋁-酯油凝膠。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，粘性流體組分為瓜爾膠水溶液，其瓜爾膠的濃度為約0.1％至約15％，約0.1％至約10％，約1％至約10％，約2％至約8％，約4％至約10％。

支撐劑組分包含支撐劑。支撐劑能夠有效地將由粘性流體組分產(chǎn)生的裂縫保持打開。任何能夠有效地將裂縫保持為打開從而產(chǎn)生傳導(dǎo)性裂縫的支撐劑都適用于本發(fā)明。在一些實施方案中，支撐劑組分包含具有粘度的粘性載體流體。粘性載體流體包括稠化水性流體、非稠化水性流體、凝膠類流體、凝膠油類流體、酸類流體和泡沫流體。凝膠類流體包括纖維素衍生物和瓜爾膠類流體。纖維素衍生物包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素和甲基羥乙基纖維素。

瓜爾膠類流體包括羥丙基瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、與來自于硼砂/硼酸水溶液中的硼離子交聯(lián)的瓜爾膠、和與有機金屬化合物交聯(lián)的瓜爾膠。有機金屬化合物包括鋯鹽、鉻鹽、銻鹽和鈦鹽。凝膠油類流體包括磷酸鋁-酯油凝膠。在一些實施方案中，水力壓裂操作使用一階段壓裂液，其中該壓裂液同時包含粘性流體組分和支撐劑組分，其中粘性流體組分將支撐劑組分運載至裂縫。

在至少一個實施方案中，水力壓裂操作使用多階段壓裂液，其中粘性流體組分被注入到裂縫中，隨后再注入粘性載體流體中的支撐劑組分。在一些實施方案中，在支撐劑組分注入之后，會注入額外的粘性流體，以保證支撐劑位于裂縫中。所述額外的粘性流體具有粘度。

在一些實施方案中，粘性流體組分、粘性載體流體和額外的粘性流體的粘度相同。在一些實施方案中，粘性流體組分、粘性載體流體和額外的粘性流體的粘度不相同。在支撐劑處于裂縫中之后停止壓裂液的注入，并使壓裂液從裂縫中滲出。在一些實施方案中，包含粘性流體組分和/或支撐劑組分和/或后沖洗液組分和/或放熱反應(yīng)組分的水力壓裂液的注入不會產(chǎn)生泡沫或者不會向包括水力裂縫的水力地層(hydraulic formation)中引入泡沫。

水力壓裂操作可在水力地層的裂縫中留下殘留粘性材料。殘留粘性材料可包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基羥基乙基纖維素、瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、與硼交聯(lián)的瓜爾膠、磷酸鋁-酯油凝膠和與有機金屬化合物交聯(lián)的瓜爾膠。有機金屬化合物包括鋯鹽、鉻鹽、銻鹽和鈦鹽。在本發(fā)明的一些實施方案中，殘留粘性材料為膠凝材料。在本發(fā)明的一些實施方案中，殘留粘性材料為聚合物材料。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，殘留粘性材料為瓜爾膠。殘留粘性材料的粘度大于壓裂液的粘度。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，殘留粘性材料位于裂縫中的支撐劑的周圍和/或附近。

在支撐劑位于裂縫中之后，清潔流體起到除去殘留粘性材料的作用。在一個實施方案中，清潔流體與壓裂液混合。在本發(fā)明的使用多階段壓裂液的至少一個實施方案中，清潔流體為在水力壓裂操作的各個階段中使用的流體中的組分。在可供替代的實施方案中，將清潔流體僅僅加入到水力壓裂操作的最后階段的流體中，例如，后沖洗液階段。在一些實施方案中，在水力壓裂操作之后，將清潔流體泵入到壓裂地層中作為單獨的步驟。

在一些實施方案中，清潔流體包含酸前體和放熱反應(yīng)組分。放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)使得釋放了動能和熱能。放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)產(chǎn)生熱量并增加壓力。所產(chǎn)生的熱量增加了周圍流體的溫度，周圍流體包括殘留在裂縫中的壓裂液和殘留粘性材料。溫度的增加降低了壓裂液的粘度。溫度的增加降低了留在裂縫中的殘留粘性材料的粘度，從而產(chǎn)生低粘度材料。低粘度材料從地層的裂縫中流到井筒。壓力的增加提供了上升能量從而推動低粘度材料通過井筒到達地面。殘留粘性材料的除去增加了裂縫的傳導(dǎo)性。裂縫傳導(dǎo)性的增加加快了壓裂液的滲出，提高了壓裂效率，使對額外的壓裂作業(yè)需求降至最低，縮短了壓裂和采油之間的時間，并促進了烴流動，這轉(zhuǎn)化為更高的烴回收率。

酸前體為釋放氫離子從而引發(fā)放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)的任意酸。酸前體包括三醋精(1,2,3-三乙酰氧基丙烷)、乙酸甲酯、HCl和醋酸。在至少一個實施方案中，酸前體為三醋精。在至少一個實施方案中，酸前體為醋酸。

放熱反應(yīng)組分包括一個或多個氧化還原反應(yīng)物，其發(fā)生放熱反應(yīng)從而產(chǎn)生熱量并增加壓力。放熱反應(yīng)組分包括尿素、次氯酸鈉、含銨化合物和含亞硝酸根化合物。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分包括含銨化合物。含銨化合物包括氯化銨、溴化銨、硝酸銨、硫酸銨、碳酸銨和氫氧化銨。

在至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分包括含亞硝酸根化合物。含亞硝酸根化合物包括亞硝酸鈉和亞硝酸鉀。在至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分同時包括含銨化合物和含亞硝酸根化合物。在至少一個實施方案中，含銨化合物為氯化銨NH₄Cl。在至少一個實施方案中，含亞硝酸根化合物為亞硝酸鈉NaNO₂。

在本發(fā)明的至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分包括兩種氧化還原反應(yīng)物：NH₄Cl和NaNO₂，其按照以下進行反應(yīng)：

在根據(jù)上式的放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)中，產(chǎn)生的氣體和熱量有助于殘留粘性材料粘度的降低。

放熱反應(yīng)組分被引發(fā)并發(fā)生反應(yīng)。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分在裂縫中被引發(fā)。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，酸前體通過釋放氫離子引起放熱反應(yīng)組分進行反應(yīng)。

在至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分通過熱量引發(fā)。在前置液注入或鹵水的預(yù)沖洗的過程中，井筒溫度降低并達到低于120°F(48.9℃)的溫度。然后將本發(fā)明的壓裂液注入到井中，井筒溫度上升。當(dāng)井筒溫度達到大于或等于120°F的溫度時，引發(fā)氧化還原反應(yīng)物的反應(yīng)。在至少一個實施方案中，在沒有酸前體的存在下，通過溫度引發(fā)氧化還原反應(yīng)物的反應(yīng)。在至少一個實施方案中，當(dāng)放熱反應(yīng)組分存在于裂縫中時，通過熱量引發(fā)放熱反應(yīng)組分。

在至少一個實施方案中，通過pH引發(fā)放熱反應(yīng)組分。將堿加入到本發(fā)明的壓裂液中，以將pH調(diào)節(jié)至介于9和12之間。在至少一個實施方案中，堿為氫氧化鉀。將含有堿的壓裂液注入到地層中。注入壓裂液之后，注入酸以將pH調(diào)節(jié)至低于6。當(dāng)pH低于6時，引發(fā)了氧化還原反應(yīng)物的反應(yīng)。在至少一個實施方案中，當(dāng)放熱反應(yīng)組分存在于裂縫中時，放熱反應(yīng)組分通過pH引發(fā)。

在本發(fā)明的至少一個實施方案中，在水力壓裂操作后將清潔流體引入到裂縫中。使用雙管柱繞式油管將放熱反應(yīng)組分和酸前體引入到井筒中。在至少一個實施方案中，放熱反應(yīng)組分包含NH₄Cl和NaNO₂。酸前體為醋酸。醋酸與NH₄Cl混合，并使用雙管柱繞式油管的另一側(cè)與NaNO₂并行注入。放熱反應(yīng)組分和酸前體在裂縫中發(fā)生混合。

實施例

實施例1。在室溫下，將包含3M NH₄Cl和3M NaNO₂的清潔流體的放熱反應(yīng)組分加入到含有1體積％的瓜爾膠的溶液中，見圖3。由熱量引發(fā)放熱反應(yīng)組分。在反應(yīng)前、反應(yīng)中和反應(yīng)后使用Chandler粘度計測量溶液的粘度。在放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)之前，殘留粘性材料的粘度為85cP。圖1為放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)后的粘度的圖。該圖示出了殘留粘性材料的粘度降低至小于8.5cP。圖3b示出在放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)之后含有殘留粘性材料的溶液。

實施例2。由3M NH₄Cl和3M NaNO₂制備放熱反應(yīng)組分的溶液。將該溶液置于室溫下的高壓反應(yīng)釜中，初始壓力為1000psi。反應(yīng)釜的溫度增加。在約120°F下引發(fā)反應(yīng)，見圖2。由于該反應(yīng)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度達到545°F的溫度和3,378psi的壓力，見圖2。

實施例3。放熱反應(yīng)組分表現(xiàn)出與粘性流體組分(此處為x交聯(lián)凝膠)的相容性。也制備了含有粘性流體組分、放熱反應(yīng)組分和支撐劑組分的壓裂液，其表現(xiàn)出相容性。將不含支撐劑組分的壓裂液在高壓反應(yīng)釜中加熱至井筒溫度以進行活化，從而引發(fā)放熱反應(yīng)組分的反應(yīng)。由反應(yīng)產(chǎn)生的熱降低了粘性流體組分的粘度從而得到低粘度材料，無需注入降粘劑。使用chandler粘度計，在反應(yīng)前和反應(yīng)后測量包含粘性流體組分和放熱反應(yīng)組分的壓裂液的粘度。如圖4所示，壓裂液的粘度從1600cp降低至10cp。結(jié)果示出，放熱反應(yīng)組分和此類型的處理能夠在進行壓裂作業(yè)之后清潔裂縫。

盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解可以在不偏離本發(fā)明的原理和范圍下對本發(fā)明進行各種變化、替代和改變。因此本發(fā)明的范圍應(yīng)由如下權(quán)利要求及其適當(dāng)?shù)姆傻韧飦泶_定。

除非文中明確指出，否則所述單數(shù)形式的“一個”、“一種”以及“所述”包括復(fù)數(shù)的指代對象。

“任選”或“任選地”表示其后描述的事件或者情況可能發(fā)生或者可能不發(fā)生。本說明書包括其中的事件或者情況發(fā)生的實例以及不發(fā)生的實例。

此處的范圍可以表示從大約一個特定值和/或至大約另一個特定值。當(dāng)表示這樣的范圍時，認為另一個實施方案是從一個特定值和/或至另一個特定的值，包括所述范圍之內(nèi)的所有組合。

在本申請的全文中，當(dāng)引用專利或出版物時，除非這些文獻與本文的陳述相矛盾，否則這些引用文獻的全部公開內(nèi)容旨在通過引用的方式并入本申請中，以更全面地描述本發(fā)明所屬領(lǐng)域的狀態(tài)。

如本文和所附權(quán)利要求書中所用的“包含”、“具有”和“包括”及其全部的語法變型形式均意在具有不排除額外要素或步驟的開放的、非限制性含義。

如本文所用的術(shù)語如“第一”和“第二”是任意指派的并僅意在區(qū)分裝置的兩種或更多種組件。應(yīng)當(dāng)理解詞“第一”和“第二”不起到其他目的并且不是該組件名稱或描述中的一部分，它們也不必然限定該組件的相對地點或位置。另外，應(yīng)當(dāng)理解僅使用術(shù)語“第一”和“第二”不要求存在任何“第三”組件，不過可在本發(fā)明的范圍下構(gòu)思這種可能性。