專利名稱:使用可改變的添加劑處理地下井的方法
使用可改變的添加劑處理地下井的方法
背景技術(shù):
本公開(kāi)涉及采用一種或多種井處理流體從地下井回收烴的方法。用于改性水力壓裂的臨近井筒區(qū)域_尤其是支撐劑返排控制_的組合物和方法并 不是全部成功的。許多支撐劑返排控制方法包括將樹(shù)脂、粘性材料、纖維或可變形顆粒添加 到砂充填體(sandpack)中,意在增加顆粒-顆粒以及顆粒-壁間的摩擦,并且防止單個(gè)砂 或支撐劑顆粒進(jìn)入到流體相而返回到井筒中。盡管這些方法可以成功控制支撐劑返排,但 由于這些添加的支撐劑返排控制材料可占據(jù)多孔充填體中的空間、占用一些孔喉或降低支 撐劑充填體滲透率,因此它常以降低的壓裂傳導(dǎo)率為代價(jià)。由于在地層流體流動(dòng)速率、地層流體組成和相的改變,支撐劑返排控制的需求可 隨時(shí)間減小。通常,僅在形成水力壓裂后的最初數(shù)天到數(shù)周期間(此時(shí)地層流體的流動(dòng)速 率最高)需要支撐劑返排控制。通常,在清井(clean-up)的最初數(shù)小時(shí)(此時(shí)破裂液體以 高速返排且裂縫閉合尚未達(dá)到平衡)支撐劑充填體經(jīng)歷其最大的應(yīng)力。此外,許多氣井具 有陡峭的下降曲線-當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆禃r(shí),在最初數(shù)月內(nèi)氣體生成的非常高的速率會(huì)下降。因此,在處理被井筒橫斷的地下地層的方法和使用可改變的一種或多種添加劑 (其具有良好的支撐劑返排控制性質(zhì),但具有對(duì)支撐劑充填體水力傳導(dǎo)率的最小長(zhǎng)期損 害)來(lái)控制支撐劑返排、從而完成井筒的方法的領(lǐng)域中保持明顯且仍未滿足的需求。發(fā)明概述根據(jù)本公開(kāi),描述了完成或處理地下地層的方法,其提供在井筒和油層中的顆粒 遷移、輸送或返排的改善的控制或降低,并且可在基本不犧牲水力傳導(dǎo)率的情況下進(jìn)行這 樣的操作。本公開(kāi)的第一方面是完成井筒的方法,包括(a)將井處理組合物注入到井筒中, 該組合物含有井處理流體和添加劑,該組合物中的添加劑具有外表面形狀;和(b)在將該 組合物注入到井筒中后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái)對(duì)該添加劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改 性。在本公開(kāi)這一方面中的方法包括下面那些,其中至少一種性質(zhì)選自溶解速率、升 華壓力、溶解度、蒸汽壓、相、結(jié)晶率、體積、形狀、密度、孔隙度、模量、粘度、粘性、水解度、化 學(xué)官能度及其組合。在本公開(kāi)這一方面中的其他方法包括下面那些,其中所述添加劑是復(fù)合添加劑, 所述復(fù)合添加劑選自至少兩種化學(xué)組分的組合、相同組分的至少兩相的組合、和至少兩種 組分的至少兩相的組合。用于本公開(kāi)的復(fù)合添加劑可包含至少一種聚合物顆粒。復(fù)合添加劑可包含流體,例如溶劑。假如采用溶劑,該溶劑可溶脹添加劑的一個(gè) 或多個(gè)其他部分,除去至少一部分溶劑可降低添加劑的一個(gè)或多個(gè)部分的溶脹。用于本公 開(kāi)的溶劑可選自正烷烴和支鏈烷烴、商代烷、醇、醚、硫醇、硫化物、烯、炔、醛、銅、羧酸、羧酸 的衍生物(例如酯、酰胺、?;u、酸酐、腈等)、芳環(huán)化合物、非芳環(huán)化合物、雙官能化合物、 胺和其他含氮化合物(例如芳族氮化合物)、芳族羰基化合物和磺酸、酚、苯基醚和醌、稠環(huán) 芳烴、雜環(huán)化合物(例如呋喃、吡咯和噻吩)等。這些例子可包括單-、雙-、三和多元酸酯,例如乳酸乙酯、醋酸乙酯等;酮,例如丙酮、乙酰丙酮、甲基乙基酮等;正和支鏈醇,例如甲 醇、乙醇、異丙醇等;芳族溶劑及它們的衍生物,例如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、二乙烯基苯 等;酰胺,例如二甲基甲酰胺;N-甲基吡咯烷酮、氯仿、碳酸乙二酯、二甲基亞砜、二甲基乙 酰胺、二氯甲烷、四氫呋喃、糠醇、以及它們的混合物。在一些方法中,復(fù)合添加劑可包含可溶性物質(zhì)??扇苄晕镔|(zhì)可部分或全部封裝。其他方法可還包括在注入之前對(duì)鄰近井筒的添加劑進(jìn)行至少一些加工。在一些方法中,組合物可包含支撐劑。在本公開(kāi)這一方面中的其他方法包括下面那些,其中添加劑或一部分添加劑在暴 露于至少一種條件時(shí)改性,所述條件選自用具有可控制的流動(dòng)速率、或可控制的組成、或 兼具兩者的溶液進(jìn)行洗滌;經(jīng)過(guò)至少一段控制的時(shí)間周期;控制施加的熱;控制施加的壓 力;控制改性的處理流體;暴露于地層流體;它們的同時(shí)組合;以及它們的順序組合。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“井處理組合物”可包括增產(chǎn)流體、壓裂液、洗滌液、酸化液、 完井液(completion fluid)等。井處理組合物可為水基、油基或它們的混合物,且可包括 任意數(shù)量的液體和固體亞組分,它們?cè)诒疚闹袑⒏浞值赜懻?,例如水、有機(jī)化合物、表面 活性劑、流變改性劑、鹽、聚合物組合物、纖維、固化劑、增粘劑等。井處理組合物可含或不含 支撐劑,其可或不可起泡。術(shù)語(yǔ)“地下流體”是指發(fā)源自地質(zhì)層組的天然流體。術(shù)語(yǔ)“殘余 井處理流體”指用于地下地質(zhì)層組后回收的流體,可包括井處理流體和地下流體。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“添加劑”指與井處理流體至少部分相容且具有外表面的材 料,所述外表面具有形狀,外表面形狀的至少一部分具有至少一種可在將該組合物注入井 筒后、通過(guò)控制參數(shù)來(lái)改變的性質(zhì)。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“外表面形狀”指具有形狀和尺寸 的添加劑的三維結(jié)構(gòu)部分,結(jié)構(gòu)部分的主要區(qū)域可暴露于至少一種改性參數(shù)。在本文中描 述的一些實(shí)施方案中,例如添加劑顆粒為溶劑溶脹性珠、小球或其他形狀的制品,三維結(jié)構(gòu) 可包括基本上整個(gè)添加劑顆粒。在一些實(shí)施方案中,僅外部形狀可改變。在一些其他實(shí)施 方案中,僅外表面尺寸可改變。在又一些實(shí)施方案中,外表面形狀和尺寸都可改變。示例 性的添加劑具有它們的外表面形狀的至少一種經(jīng)確認(rèn)的性質(zhì),該性質(zhì)可在將該組合物注入 井筒后通過(guò)控制參數(shù)來(lái)改性。短語(yǔ)“可在注入該組合物后通過(guò)控制參數(shù)來(lái)改性”的含義在 以下說(shuō)明中將變得更明顯,但例子可選自溶解速率、升華壓力、溶解度、蒸汽壓、結(jié)晶率、體 積、形狀、密度、孔隙度、模量、粘度、粘性、水解度、化學(xué)官能度及其組合。這些改變可(例 如)通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)洗滌液(其流動(dòng)速率和組成皆可控制);經(jīng)過(guò)至少一段控制的時(shí)間 周期;控制施加的熱;它們的同時(shí)組合;以及它們的順序組合。如果需要,“改變”可設(shè)計(jì)為 突然地或逐漸地發(fā)生。該改變可發(fā)生于添加劑的全部外表面,或者發(fā)生于添加劑的部分外 表面。例如,假如添加劑是固體,一部分或全部外表面可升華,而內(nèi)部或內(nèi)層可保持不變。有用的添加劑可為能在至少兩種狀態(tài)間改變它們的外表面形狀的那些。當(dāng)外表面 形狀(或其一部分)為第二狀態(tài)時(shí),添加劑可稱為改性的添加劑。添加劑的第一狀態(tài)被設(shè)計(jì) 為表現(xiàn)出高的支撐劑返排控制效率。該狀態(tài)持續(xù)設(shè)定長(zhǎng)度的時(shí)間,該時(shí)間由添加劑外部形 狀的至少一種可控制的性質(zhì)以及由水力壓裂的化學(xué)和物理環(huán)境來(lái)決定。添加劑的外表面形 狀改變至第二狀態(tài)可受化學(xué)、物理、熱或其組合處理的影響。第二狀態(tài)是其中在一些實(shí)施方 案中改性的添加劑對(duì)壓裂的水力傳導(dǎo)率沒(méi)有不利影響(在一些實(shí)施方案中不利影響有限) 的一種狀態(tài)。在該第二狀態(tài)中,通過(guò)起到捕獲和限制地層微粒的遷移率的材料的作用,或者起到可控制的釋放有益化學(xué)品的儲(chǔ)集層的作用,添加劑可保留一些其他積極的益處。通過(guò) 化學(xué)的、物理的、熱的或其組合的處理(例如洗滌處理),第二狀態(tài)可再激活為第一狀態(tài)。本公開(kāi)中有用的添加劑可包括其中外表面形狀可設(shè)計(jì)為針對(duì)在不同壓裂的不同 地下條件下可調(diào)節(jié)添加劑第一狀態(tài)的壽命的那些添加劑。通過(guò)用已知的處理來(lái)明智的選 擇具體添加劑的外表面形狀的至少一種具體材料性質(zhì),上述調(diào)節(jié)是可能的,所述性質(zhì)例如 為溶解速率、升華壓力、溶解度、蒸汽壓、結(jié)晶率、體積、密度、孔隙度、模量、粘度、粘性、水解 度、和化學(xué)官能度。本公開(kāi)中有用的添加劑可通過(guò)使用以下方法制備其中最終制備步驟可在局部區(qū) 域進(jìn)行,也可以在添加劑最終將被使用的場(chǎng)地的位置處進(jìn)行。后一制備步驟對(duì)于擴(kuò)展公開(kāi) 的組合物的用途是重要的,方法是添加劑的外表面形狀的性質(zhì)可局部調(diào)節(jié)為可隨手處理的 具體需求。本公開(kāi)的特點(diǎn)可簡(jiǎn)化生產(chǎn)線和局部?jī)?chǔ)備需要。本公開(kāi)的第二方面是處理被井筒橫斷的地下地層的方法,包括(a)提供含有井 處理流體和添加劑的井處理組合物,組合物中的添加劑具有外表面形狀;(b)將井處理組 合物注入到井筒中;(c)使地下地層和井處理組合物接觸;和(d)在將該組合物注入到井筒 中后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái)對(duì)該添加劑外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性。本公開(kāi)該方面的 方法包括下面那些,其中所述改性在控制的速率下發(fā)生。在一些方法中,在第一次改性添加 劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)后,添加劑的外表面形狀可進(jìn)一步被改性。進(jìn)一步改性和 第一次改性的性質(zhì)可為或不可為同一性質(zhì)。在一些方法中,進(jìn)一步改性后添加劑外表面形 狀基本上與第一次改性之前相同。在一些方法中,改性可暴露于這樣的條件,所述條件選自用具有可控制的流動(dòng)速 率、或可控制的組成、或兼具兩者的溶液進(jìn)行洗滌;經(jīng)過(guò)一段或多段控制的時(shí)間周期;控制 施加或暴露的熱;控制施加或暴露的壓力;控制改性的處理流體;暴露于地層流體;它們的 同時(shí)組合;以及它們的順序組合在本公開(kāi)第一方面的方法中,添加劑可為復(fù)合材料或者可包含可溶性物質(zhì)的復(fù)合 材料,改性包括將添加劑暴露于增溶流體??扇苄圆牧峡刹糠只蛉勘环庋b物封裝,將添加 劑暴露于增溶流體可使封裝物的至少一部分降解。添加劑可包含溶劑,改性該添加劑可包 括使溶劑溶脹的添加劑的至少外表面形狀暴露于能夠除去至少部分溶劑的流體。本公開(kāi)第二方面的方法包括下面那些,其中改性是化學(xué)的,并且還包括提供流體 以化學(xué)改性添加劑的至少部分外形狀表面。其他方法包括下面那些,其中地下地層含有流 體,該方法還包括使添加劑暴露于地層流體以改性該添加劑。一些方法可包括對(duì)鄰近井筒 的添加劑進(jìn)行至少一些處理。本公開(kāi)的第三方面包括(a)提供含有液體組分和固體組分的井處理流體;(b)將 井處理流體與添加劑聯(lián)合以形成井處理組合物,組合物中的添加劑具有外表面形狀;(c) 將井處理組合物注入到井筒中,井筒橫斷地下地層;(d)在井筒或地層中的所需位置處形 成包含固體組分和添加劑的充填體;和(e)在將該組合物注入到井筒中后,通過(guò)控制參數(shù) 來(lái)對(duì)該添加劑外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性。所述改性可在控制的速率下發(fā)生,并且可自動(dòng)發(fā)生而沒(méi)有其他干擾。在一些方法 中,在第一次改性添加劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)后,添加劑的外表面形狀可被進(jìn)一 步改性。進(jìn)一步改性和第一次改性的性質(zhì)可為或不可為同一性質(zhì)。在一些方法中,在進(jìn)一步改性后添加劑外表面形狀基本上與第一次改性之前相同。方法包括下面那些,其中固體組分含有顆粒,這些方法中所述添加劑是復(fù)合添加 劑,所述復(fù)合添加劑選自至少兩種化學(xué)組分的組合、相同組分的至少兩相的組合、和至少 兩種組分的至少兩相的組合。在該范圍內(nèi)的其他方法包括下面那些,其中所述復(fù)合添加劑 包含至少一種聚合物顆粒。其他方法包括下面那些,其中添加劑含有溶劑,和方法,其中改 性包括除去至少部分溶劑,以及方法,其中溶劑選自本文中上面提及的溶劑。地層可包含地 層流體,并且改性可在暴露于該地層流體時(shí)發(fā)生。方法包括下面那些,其中添加劑含有引發(fā)劑,并且其中改性在暴露于引發(fā)機(jī)制時(shí) 發(fā)生。在一些其他方法中,井處理流體可為壓裂液,注入步驟在足以在地層中產(chǎn)生破裂 的壓力下進(jìn)行,顆??砂蝿约俺涮铙w是在至少一個(gè)破裂下形成的支撐劑充填體。在本公開(kāi)該方面的其他方法中,井處理流體是形成充填體的礫石充填液,該充填 體是在井筒或臨近井筒區(qū)域的所需位置處形成的礫石充填體。在本公開(kāi)中的井處理方法包括下面那些,其中在將添加劑由第一狀態(tài)改變到第二 狀態(tài)之前、在井筒或鄰近井筒的所需位置處形成充填體。該實(shí)施方案的變體包括下面那些, 其中充填體由固體組分形成;方法,其中在添加劑由第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)后,添加劑隨 后(在至少一段可控制的時(shí)間后)由第二狀態(tài)變回第一狀態(tài);和方法,其中通過(guò)化學(xué)洗滌來(lái) 實(shí)現(xiàn)添加劑狀態(tài)的可逆改變。在這些實(shí)施方案中,添加劑可為復(fù)合材料。添加劑由第一狀 態(tài)到第二狀態(tài)的改變可為體積的改變(例如體積的減小)、化學(xué)組成的改變(這可包括性 質(zhì)(例如粘性)的改變)、孔隙度的改變(從而導(dǎo)致在充填體中水力傳導(dǎo)率增加)、及其組
口寸o如前面所述,適合用于本公開(kāi)的流體組合物可包含支撐劑。如本文中進(jìn)一步討論 的,可采用任何類型的支撐劑,包括涂覆的和未涂覆的支撐劑以及它們的混合物。例如,在 相同的流體組合物中的支撐劑顆粒與其他支撐劑顆粒之間,支撐劑可具有相同的外表面或 者不同的外表面。另外,在相同的流體組合物中的支撐劑顆粒與其他支撐劑顆粒之間的支 撐劑核可相同或不同??蛇x擇地,本公開(kāi)的方法可包括注入本公開(kāi)的第一流體組合物,然后 依次注入本公開(kāi)的至少一種附加流體組合物,在本公開(kāi)范圍內(nèi)各流體組合物具有不同的支 撐劑。適合用于本公開(kāi)的添加劑包括纖維,其可為單組分纖維、多組分纖維以及它們的 混合物。作為本公開(kāi)的流體組合物的成分,或者作為單獨(dú)組合物,本公開(kāi)的方法可包括將纖 維注入地下地層。本公開(kāi)的方法包括控制(在一些實(shí)施方案中減少或消除)顆粒和/或在地下井筒 與地下地層之間的流體流動(dòng)的方法。本公開(kāi)的一些方法是下列那些,其中控制顆粒流動(dòng)包 括減少細(xì)粒從地下地層到井筒的遷移。基于附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明、公開(kāi)的發(fā)明詳述與所附權(quán)利要求的綜述,本公開(kāi)的各方面 將變得更明顯。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明為了更全面理解本公開(kāi)的特征和優(yōu)點(diǎn),下面參照本公開(kāi)的詳細(xì)說(shuō)明和附圖,其 中
圖1-4是本公開(kāi)的一些方法中所用的添加劑的示例性實(shí)施方案的示意性剖視圖;圖5是本公開(kāi)的一些方法中所用的其他添加劑實(shí)施方案的示意性透視圖;圖6是使用標(biāo)準(zhǔn)砂的水力傳導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果的示意圖,標(biāo)準(zhǔn)砂具有本公開(kāi)的一些方 法中所用的可溶脹/去溶脹添加劑;和圖7是與沒(méi)有添加劑的砂相比,標(biāo)準(zhǔn)砂的相對(duì)滲透率的示意圖,標(biāo)準(zhǔn)砂具有本公 開(kāi)的一些方法中所用的可溶脹/去溶脹添加劑。然而,要注意的是,附圖中的圖1-5是高度示意的,而不必按比例示出,且只說(shuō)明 在本公開(kāi)的一些方法中所用的典型添加劑的實(shí)施方案,由于本公開(kāi)可許可其他等同的有效 實(shí)施方案,因此不認(rèn)為圖1-5是對(duì)本公開(kāi)范圍的限制。發(fā)明詳述在下列說(shuō)明書(shū)中,列出大量細(xì)節(jié),以提供本公開(kāi)的一些方法的理解。然而,本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將會(huì)理解,本公開(kāi)現(xiàn)有的方法無(wú)需這些細(xì)節(jié)也可實(shí)踐,來(lái)自所描述實(shí)施方案的 變體或改變是可能的。本公開(kāi)有用的一類添加劑是含有可降解外表面的支撐劑返排控制添加劑。在該類 添加劑中包括的是用于支撐劑返排控制的纖維、膜、棒、丸、塊、珠,它們含包括在井下條件 下可控制的降解的它們的外表面形狀的至少一部分。這些添加劑將在一段時(shí)間增強(qiáng)支撐劑 充填體的強(qiáng)度,接著在井下條件的油/水/氣體介質(zhì)中,它們外表面的一部分或全部可溶解 或升華,或部分地溶解或升華。合適的可降解材料可為有機(jī)、無(wú)機(jī)或它們的結(jié)合(混合物)。 有用的可降解有機(jī)材料的例子是包括水相_可溶聚合物的那些,例如在地下環(huán)境中可溶解 于水相中的聚乳酸、聚乙醇酸或它們的共聚物。其他合適的可降解有機(jī)材料是油相可溶的 材料,例如聚苯乙烯及其同系物,聚苯乙烯及其同系物的衍生物,一些低分子量聚烯烴纖維 及它們的共聚物。本公開(kāi)一些方法有用的可降解有機(jī)材料可包括至少兩種水相可溶的聚合 物、至少兩種油相可溶的聚合物的物理混合物、以及至少一種水相可溶聚合物和至少一種 油相可溶聚合物的混合物。具有有機(jī)可降解外表面形狀或其部分的其他合適的添加劑是在從約0°C和更高的 烴氣流存在的溫度范圍下升華的有機(jī)化合物或它們的混合物。這些化合物的例子包括樟 腦、萘、苯甲醛及它們的混合物等。也可使用上述有機(jī)可降解添加劑的任意鹽。用作本公開(kāi)中可改性外表面形狀的添加劑的合適的無(wú)機(jī)可降解材料包括無(wú)機(jī)鹽, 例如氯化鈉、氯化鉀、碳酸銨、高氯酸銨及它們的混合物等。本公開(kāi)中有用的這類添加劑的實(shí)施方案可包括當(dāng)暴露于選定的井筒環(huán)境時(shí)基 本上不溶解的第一組分的外表面形狀的添加劑,和在選定的井筒環(huán)境中溶解的第二組分的 外表面形狀的添加劑,添加劑的溶解速率和/或位置至少部分地可控制的于第一組分的結(jié) 構(gòu)。第一組分可配制為通過(guò)限制第二材料的溶解速率、位置,或溶解速率和位置兩者 而起到限制第二組分溶解的作用。同樣,與溶解更多的第二組分相比,第一組分能有更寬的 溫度特性,使得比較而言它不經(jīng)歷在極端溫度下過(guò)度降解。該第一組分可以多種方式被構(gòu) 造,從而控制第二組分的降解。例如,該第一組分可包括至少一種嵌入大量第二組分中的元 素。第一組分可選自聚合物材料、在井筒和壓裂環(huán)境下不會(huì)熔融的金屬、溶解于酸性組合物的材料、易碎陶瓷材料和復(fù)合材料。第一組分可包括纖維和其他成分,只要這些成分通過(guò) 相似的機(jī)理降解。適合用于第一組分的聚合物材料包括天然聚合物、合成聚合物、天然和 合成聚合物的摻合物、層狀的聚合物,其中各層在組成和厚度上可相同或不同。術(shù)語(yǔ)“聚合 物材料”包括復(fù)合聚合物材料,例如其中具有填料、增塑劑和纖維的聚合物材料。合適的合 成聚合物材料包括那些選自熱固性聚合物和非熱固性聚合物。合適的非熱固性聚合物的例 子包括熱塑性聚合物,例如聚烯烴、聚烯烴共聚物、含離子鍵的聚合物,聚四氟乙烯、聚氯三 氟乙烯和熱塑性彈性體,含離子鍵的聚合物例如為E. I. DuPont Nemours銷售的商標(biāo)名稱 “SURLYN”的聚合物。當(dāng)以用戶控制的模式暴露于井筒條件時(shí),即在由第一組分結(jié)構(gòu)控制的速率和位置 下,第二組分起到溶解的作用。通過(guò)該方式,在井筒中的壓裂如用戶限定的那樣可被中斷一 段時(shí)間。第二組分可包括水溶性無(wú)機(jī)材料、水溶性有機(jī)材料及其組合。水溶性有機(jī)材料可 包括水溶性聚合物材料,例如聚(乙烯醇)、聚(乳酸)等。水溶性聚合物材料可為通過(guò)側(cè) 鏈水解而使其可溶的、通常不溶于水的聚合物。圖1-4示意性示出可降解的添加劑的結(jié)構(gòu)的例子的剖視圖。圖1圖示了實(shí)施方案 100具有通常為矩形橫截面2,包括第一結(jié)構(gòu)組分4和填充一系列通孔的可降解組分6。箭 頭表示由第一階段到第二階段的過(guò)渡,如圖1圖解的那樣,通過(guò)經(jīng)歷使用例如化學(xué)洗滌足 以徹底降解可降解組分6的條件,可降解材料已被除去,留下空的通孔8而提供地層流體的 通道。圖2圖解了具有通常為棒形或丸形橫截面12的實(shí)施方案200。一系列可降解區(qū)域6 存在于在基本上非可降解材料4的基質(zhì)中相應(yīng)系列的通孔8中。如圖1的實(shí)施方案100中 那樣,實(shí)施方案200的可降解區(qū)域6可通過(guò)使添加劑經(jīng)受足以徹底降解材料6的條件而被 除去,留下允許地層流體通到井的通孔8。圖3圖示了具有通常為矩形橫截面的另一有用的 添加劑實(shí)施方案300,其中大量可降解材料24被封裝在比較而言非可降解的材料22的殼 中。這樣在實(shí)施方案100、200和300中,可降解材料最初由物理屏障和封裝物保護(hù)而免受 地層流體。由于這些屏障破裂、或降解,可溶區(qū)域被暴露并被生成原狀。在實(shí)施方案100、200和300中,可降解材料隨時(shí)間完全降解并溶解,這在支撐劑充 填體中釋放出最大的孔隙。然而,在一些實(shí)施方案中,假如殘留的可降解材料被留下對(duì)支撐 劑充填體的功能具有有利性質(zhì)的那部分,這將是有益的。例如圖5的實(shí)施方案400圖示了 復(fù)合添加劑30,最初包括兩層可降解層32和34以及夾在中間的層36,在經(jīng)歷足以降解層 32和34的條件下,層36將留下,強(qiáng)粘性材料的非常薄的層36將有助于最小化顆粒遷移。 在圖5的實(shí)施方案400中,可降解外層32和34通過(guò)充當(dāng)可形變材料而提供“臨時(shí)”支撐劑 返排控制。當(dāng)它們分解時(shí),它們打開(kāi)孔隙,而留下粘性帶36,其可充當(dāng)防止細(xì)粒遷移的墊。在可選擇的實(shí)施方案中,例如圖1至3和5中描述的可降解材料能釋放出可固化 樹(shù)脂,當(dāng)固化時(shí)在已發(fā)生封閉且應(yīng)力循環(huán)最小后,固化地樹(shù)脂使砂充填體穩(wěn)定。適用于本公 開(kāi)的可固化樹(shù)脂在本文中討論如下。為防止支撐劑返排,適用于本公開(kāi)的組合物和方法的添加劑可被最初分級(jí)。例如 在纖維和棒形添加劑的情況下,這些材料可具有大于5 1的縱橫比,和等于或大于5微米 的最佳的橫截面直徑。如果添加劑為珠粒的形態(tài),這些珠粒是可形變的,并可基于所使用的 支撐劑而分級(jí)。珠?;蚯蛐蔚奶砑觿┑某叽鐚⑼ǔ1贿x擇為接近于支撐劑顆粒的相同尺寸 范圍。
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適用于本公開(kāi)的另一類添加劑是具有外表面的添加劑,該外表面在可控的條件例 如井處理流體的存在下溶脹以及不溶脹,當(dāng)經(jīng)受井下環(huán)境或井下采用的流體例如洗滌化學(xué) 組合物等時(shí)隨時(shí)間不溶脹。圖4示出了溶劑溶脹的添加劑40的兩個(gè)階段。在一些實(shí)施方 案例如示于圖4橫截面的該實(shí)施方案,外表面形狀包括整個(gè)添加劑。圖4的左側(cè)以橫截面 示出了添加劑明顯地溶脹,因此占據(jù)了相當(dāng)大的體積,這增加了添加劑的支撐劑返排效率。 在可控制的經(jīng)歷除去部分溶劑的條件后,溶劑溶脹的添加劑體積減小,如圖4右側(cè)以橫截 面圖示的那樣,其增加水力傳導(dǎo)率。這些添加劑的實(shí)施方案可被稱為溶脹的支撐劑返排控 制添加劑。這類添加劑的例子是添加劑顆粒,其包括與適合于該珠粒的溶劑一起溶脹的交 聯(lián)聚合珠粒。這些添加劑可被添加到井處理流體中,從而在將支撐劑前體組合物泵到井下 之前制得合適的支撐劑前體。當(dāng)添加到井處理流體中時(shí),這些聚合珠粒可為粘性的或不為 粘性的。當(dāng)添加到流體中時(shí)假如它們不是粘性的,它們?cè)诮?jīng)歷處理流體或者經(jīng)歷地層溫度 后,可隨時(shí)間變?yōu)檎承缘?。在支撐劑放置在壓裂中后,由于溶脹添加劑顆粒外表面形狀的本 征粘性以及由于用作楔以保持顆粒在適當(dāng)位置的相對(duì)大的顆粒的物理干擾,所放置的支撐 劑具有最大的返排。在壓裂中的支撐劑取代后,溶劑開(kāi)始從溶脹的添加劑顆粒上清洗掉,添 加劑顆粒收縮,在支撐劑充填體中釋放自由空間,并增加水力傳導(dǎo)率。從溶脹的聚合珠粒中 溶劑的釋放可歸因于溶劑溶解到液相井底中,在井下條件下蒸發(fā)成氣相(或者超臨界相), 或者它們的組合。例如,當(dāng)在上述例子中為醋酸乙酯的情況時(shí),溶劑體系可選擇水溶性的。 在該情況下,材料可被相對(duì)快速地清除,當(dāng)僅有的問(wèn)題在壓裂液被回收時(shí)返排的最初階段 的過(guò)程中發(fā)生時(shí),材料將有助于控制支撐劑返排??蛇x擇地,水溶性溶劑(例如甲苯)可選 擇用于其中更長(zhǎng)期限的支撐劑返排是所期望的情形。在該情形下,溶劑(溶脹劑)將不被 清除直到明顯量的氣體產(chǎn)生。這些實(shí)施方案的另一優(yōu)點(diǎn)是溶脹劑可為改善破裂性能的化學(xué)品,或者溶脹劑含有 可改善破裂性能的化學(xué)品。溶脹劑可包括輔助清除殘余壓裂液的互溶劑或表面活性劑???選擇地,溶脹劑可包括緩慢釋放的殺蟲(chóng)劑或防垢劑。溶脹支撐劑返排控制添加劑的一個(gè)特別益處是在特殊井或地下環(huán)境中鄰近井筒 的位置,例如本地操作底或在處理位置,它們的性質(zhì)可修飾為最佳的性能。適用于本公開(kāi)的另一類添加劑是其上包括可溶解的或另外的可除去外表面的支 撐劑顆粒。本實(shí)施方案中的添加劑包括在一些支撐劑顆粒的至少部分外表面上表現(xiàn)出可變 粘性性質(zhì)(即能從第一粘性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到非粘性的第二狀態(tài))的外表面組合物的使用。第二 狀態(tài)能溶解(于水或油中)或洗掉。這些有用添加劑的實(shí)施方案是包括經(jīng)涂覆的支撐劑的那些,其中涂層解聚,即水 解,和/或涂層在升高的溫度下于水的存在下溶解。這些聚合物的例子包括之前討論的作 為水溶性聚合物的那些,水溶性聚合物包括聚(乙烯醇)、聚(乳酸)等。水溶性聚合物材 料可為通過(guò)側(cè)鏈水解而使其可溶的通常不溶于水的聚合物,或者主聚合鏈?zhǔn)强伤獾摹U承允遣牧系囊环N性質(zhì),粘性能使材料在壓力下與另一種材料相接觸而形成可測(cè) 強(qiáng)度的結(jié)合。粘性被認(rèn)為是用于固體固化(固體遷移控制而適用于本公開(kāi)的一些添加劑外 表面的所期望的性質(zhì),具有適當(dāng)粘性外表面的添加劑被認(rèn)為可在固體間,例如在添加劑顆 粒和細(xì)粒、沉淀等之間產(chǎn)生結(jié)合。粘性的Dahlquist準(zhǔn)則保證在給定溫度和約1Hz的頻率 下,任何粘性粘合劑的模量小于3X 106達(dá)因/平方厘米(3X 105N/m2)。
在美國(guó)專利號(hào)7132108 (Yang等)和6309669 (Setterstrom等)中公開(kāi)了在使用 乳液技術(shù)生產(chǎn)微球中有用的聚合物。在其中公開(kāi)的聚合物包括聚(丙交酯)(PLA)、聚(乙 交酯)(PLG)、聚(丙交酯-共-乙交酯)共聚物(PLGA)、聚乙二醇(PEG)、聚原酸酯、聚酸酐 和聚磷酸酯。有用的聚合物是聚(丙交酯-共_乙交酯)共聚物。盡管聚合物可為所有的 聚(丙交酯)或所有的聚(乙交酯),兩種聚合物(PLGA共聚物)的摻混物可用于示例性的 實(shí)施方案中,共聚物優(yōu)選地具有范圍約65 35至50 50的組合物。這些聚合物的合適 的分子量為約10000至約110000的范圍。所期望地是,對(duì)于50 50的組合物,其分子量 為約40000至約75000,對(duì)于65 35的組合物其分子量為約10000至75000。通過(guò)改變聚 合物的性質(zhì)(即它的組分、分子量或它的特性),可影響釋放速率、由釋放的改性劑的擴(kuò)散 對(duì)比降解的比例、整個(gè)釋放周期。例如,改變PLGA的數(shù)均分子量或在聚合物中的丙交酯含 量可影響微球降解的速率。增加聚(丙交酯-共_乙交酯)共聚物中乙交酯的含量并降低 該聚合物的數(shù)均分子量,可增加聚合物的水解,因而提供由聚合物腐蝕釋放的增加改性劑。 使用更高數(shù)均分子量的PLGA (例如在約75000至約110000),或使用至少約75 25的丙交 酯比乙交酯的含量,在最初破裂后的改性劑釋放周期可被延長(zhǎng)。然而,大量的內(nèi)部水溶液期 望被用于獲得更多的多孔微球,即使使用含有高含量的聚丙酯比聚乙酯的PLGA聚合物,微 球仍能導(dǎo)致所期望的初始釋放。同樣,微球的降解速率可通過(guò)使用兩種不同類型聚合物的 混合來(lái)調(diào)節(jié)。例如,聚己內(nèi)脂(PCL)的降解速率比PLGA的慢得多;PEG的降解速率快得多。 用PEG和PLGA的摻合物制備的微球?qū)⒕哂锌斓枚嗟慕到馑俾?。同樣,聚原酸酯和聚酸酐?可被使用。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可將聚合基質(zhì)的組成設(shè)計(jì)為具有本文中提供的指導(dǎo)所給 定的具體性質(zhì)。通過(guò)該方法制備的微球的PH范圍為約5至約8。配方可包括其它組分,只 要任何這種添加的組分不會(huì)干擾微球的附著和釋放性質(zhì)。本公開(kāi)中使用的一些添加劑是其中外表面的一種或多種組分例如聚合物被官能 化、例如酸官能化、堿官能化等的那些添加劑。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“官能化”指上述基團(tuán)的 至少一種存在于聚合物分子中。一些實(shí)施方案中,添加劑可具有限定的彈性。在另外的實(shí) 施方案中,添加劑可設(shè)定為保留它們的形狀直到所需的溫度,高于該溫度時(shí)添加劑或其至 少它們的外表面會(huì)形變。例如,大量添加劑顆??尚巫兌诤诵镜耐獗砻嫔闲纬苫旧线B 續(xù)的涂層。本公開(kāi)中有用的其他添加劑可包括一種或多種烴,例如相對(duì)低分子量的正、支或 環(huán)鏈烷、烯烴、炔烴等,以及芳族化合物例如甲苯、二甲苯、苯乙烯、二乙烯基苯等。這些中的 一些化合物,例如苯乙烯和二乙烯基苯,可反應(yīng)從而形成在添加劑內(nèi)表面的低聚物。本公開(kāi) 中有用的添加劑可具有多于1種的單個(gè)添加劑顆粒中的這些特征。此外,在本公開(kāi)中有用 的任一單個(gè)添加劑顆粒中,添加劑顆粒在組成和性質(zhì)上可基本上是相同的,或者它們可改 變很大。又進(jìn)一步地,在大量添加劑的任一樣品中,添加劑顆粒在核芯組成、外部表面組成、 包括外表面的添加劑顆粒的核芯與總半徑的比等方面可相同、或者改變很大。例如,本公開(kāi) 中特定部分的添加劑顆??砂ㄍ獗砻妫蛘咄獗砻娴囊徊糠?,外表面在第一溫度下變成 粘性的,而在第二溫度下失去粘性。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其他例子將是顯而易見(jiàn) 的。在本公開(kāi)的方法中可把合適的支撐劑用作固體添加劑,支撐劑的重要功能是支撐 開(kāi)放的壓裂,因此如API標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試所定義的那樣,該組分抗壓扁和細(xì)粒產(chǎn)生。在一些實(shí)施方 案中,支撐劑或支撐劑核芯可為砂或陶瓷,而在某些實(shí)施方案中,支撐劑核芯可包括固化樹(shù)
12脂涂層。本文中所用的術(shù)語(yǔ)“陶瓷”包括玻璃、結(jié)晶體、陶瓷、玻璃_陶瓷以及它們的結(jié)合物 或混合物。在烴制備操作中的一個(gè)目的是減小細(xì)粒的生成和制備,核芯的抗壓性與硬度是 這些添加劑的重要特征,在本文中得到更充分地討論;然而,由于液體粘合劑涂層可當(dāng)作任 一“核芯細(xì)?!钡摹跋葳濉保昂诵炯?xì)?!币布粗赣珊诵镜钠扑榛蚬尾廉a(chǎn)生的細(xì)粒,期望合適的 核芯材料實(shí)際上包括比API標(biāo)準(zhǔn)所定義的更適于產(chǎn)生細(xì)粒的材料。合適的支撐劑核芯包括那些含有選自砂、陶瓷珠、玻璃微球、合成有機(jī)珠、樹(shù)脂涂 覆的支撐劑和燒結(jié)礦物(例如燒結(jié)的礬土、燒結(jié)的鋁土礦等)。其他材料可使用例如堅(jiān)果 殼、鋁、鋁合金、木頭(例如木屑)、焦炭(碎焦炭)、爐渣(例如粒狀)、煤(例如粉煤)、巖 石(壓碎巖)、金屬(例如粒狀的鋼)、耐火材料(例如富鋁紅柱石)、燧石、石榴石、金剛石、 碳化硅等。支撐劑核芯可為各種形狀和尺寸的任一種。例如,所期望的尺寸和形狀可取決 于以下因素諸如支撐劑核芯材料、欲支撐的井壓裂、欲用于將支撐劑顆粒注入井的設(shè)備以 及所使用的載液。例如,在一些實(shí)施方案中,支撐劑核芯可具有小于約0.9的球度(在一些 實(shí)施方案中,小于約0.7),球度根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)1995年的API Recommended Practice 56 (下文中稱為API RP 56)測(cè)量得到。示例性的支撐劑和添加劑支撐劑核芯(當(dāng)使用時(shí))通常將符合或超過(guò)用于支撐劑 的API RP 56所列舉的有關(guān)下列的標(biāo)準(zhǔn)球度、圓度、尺寸、酸溶解度、細(xì)粒的百分量和抗壓 性。在這些推薦的準(zhǔn)則中,球度的最小標(biāo)準(zhǔn)是至少0. 6,而圓度至少0. 6,術(shù)語(yǔ)“球度”和“圓 度”使用描述于API RP 56的程序進(jìn)行定義并測(cè)定。API RP 56同樣設(shè)定了一些通常認(rèn)可 的支撐劑尺寸為6/12、8/16、12/20、20/40、30/50、40/70、70/140,注意最小百分率的顆粒將 落入設(shè)定的砂尺寸中,不超過(guò)0. 1重量%的顆粒將大于較大的砂尺寸,而不超過(guò)最大百分 率(在API RP 56中為1重量%,在API RP 58中為2重量%)將小于小的砂尺寸。因此, 對(duì)于20/40支撐劑,不超過(guò)0. 1重量%將大于20美國(guó)篩目,不超過(guò)1重量%小于40美國(guó)篩 目。API RP 56描述了用于支撐劑的酸溶解度的最小標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)根據(jù)API RP 56程序?qū)Τ?寸為6/12和30/50篩目(美國(guó)分級(jí)篩)之間的支撐劑測(cè)量時(shí),損耗不超過(guò)2重量%,當(dāng)根 據(jù)API RP 56程序?qū)Τ叽鐬?0/70和70/140篩目(美國(guó)分級(jí)篩)之間的支撐劑測(cè)量時(shí),損 耗不超過(guò)3重量%。API RP 56描述了用于支撐劑的抗壓性的最小標(biāo)準(zhǔn)為如表1中列出 的被測(cè)尺寸那樣制備不超過(guò)所建議的最大細(xì)粒量。本公開(kāi)中有用的支撐劑(在用于添加劑中時(shí),和支撐劑核芯)尺寸(最大尺度) 范圍為約6/8目至約100目(在一些實(shí)施方案中,從約12/20至約30/50)。支撐劑核芯可 為任意形狀,包括球形、半球形、金字塔形、矩形的(包括立方體)、圓柱體、片形、丸形等。表 1進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的支撐劑的建議最大細(xì)粒量
篩目尺寸 (美國(guó)分級(jí)篩)破碎力 (lbs)[kg]在支撐劑上的應(yīng)力 (psi) [MPa]最大細(xì)粒量 (重量% )6/126283[2850]2000[13.8]20
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實(shí)施例為了提供支撐劑在溶脹狀態(tài)下的返排防止活性、以及當(dāng)溶劑被除去后可收縮并導(dǎo) 致增加的滲透性,在選擇的樣品上進(jìn)行測(cè)試。在這種情況下,支撐劑與含有可變材料的返 排控制添加劑相結(jié)合。交聯(lián)聚乙烯微球樣品被用作可變材料,該微球具有50/70不溶脹的 篩目尺寸(美國(guó)分級(jí)篩),以及具有在醋酸乙酯中的約1200體積%和在甲苯中的1300體 積%。實(shí)施例1 丙烯酸微球的制備向兩升的裝有溫度計(jì)、機(jī)械攪拌器和氮?dú)膺M(jìn)氣管的三頸燒瓶中,裝入428克去 離子水、12. 5克月桂烷基硫酸銨(得自St印an Chemicals, Northfield, IL,商標(biāo)名稱為 "STEPANOL AMV”)、1 克聚(N-乙烯基吡咯燒酮)(得自 ISP Chemicals, Inc. Wayne, NJ,商 標(biāo)名稱"PLASDONE K-90”)和2. 75克苯乙烯磺酸鈉(得自Sigma-Aldrich)。向上述溶液中加入544克丙烯酸異辛酯溶液(得自3MCompany,St. Paul,MN)、2. 75 克N-乙烯基吡咯烷酮(得自ISPChemicals,Inc.)、0. 19克雙(4-叔丁基環(huán)己基)過(guò)氧化 二碳酸酯(得自AKZO Noble,Chicago,IL,商品名稱‘‘PERKADOX 16N”)和0. 83克過(guò)氧化苯 甲酰(在水中 70 重量%,得自 Arkema Inc. Philadelphia, PA,商品名稱 ‘‘LUCID0L-70”)。 反應(yīng)混合物在340轉(zhuǎn)/分鐘下進(jìn)行攪拌,加熱到46°C,用氮?dú)獯祾摺T谡麄€(gè)反應(yīng)期間保持?jǐn)?拌和氮?dú)獯祾?。在?shù)分鐘后反應(yīng)放熱,最高達(dá)到90°C。該批次在75°C下維持4小時(shí),冷卻, 然后用粗濾布過(guò)濾。所得的聚苯乙烯微球具有45微米的平均體直徑。使用Fox方程計(jì)算 微球的Tg為-46 °C。實(shí)施例2 聚苯乙烯微球的制備向兩升的樹(shù)脂燒瓶中,加入900克去離子水、4. 5克聚乙烯醇(得自Celanese, Corporation, Dallas, IL,商標(biāo)名稱為‘‘CELV0L 350”)?;旌衔镌诘?dú)庀录訜嶂?0°C并 攪拌30分鐘。將反應(yīng)器冷卻至75°C,接著加入下列單體混合物135克苯乙烯(得自 Sigma-Aldrich)、l. 5克二乙烯基苯(得自Sigma-Aldrich)、133. 5克丙烯酸異辛酯(得自 3M公司)、30克甲基丙烯酸(得自Sigma-Aldrich)和0. 30克偶氮雙-2-甲基丁腈(得自DuPont,Wilmington,DE,商品名稱“VAZ0 67”)。反應(yīng)在75°C攪拌下保持16個(gè)小時(shí),基于此 加熱到105°C兩小時(shí),蒸餾未反應(yīng)的單體。該產(chǎn)品冷卻后,通過(guò)粗濾布過(guò)濾并洗滌,從而提供 具有約100至400微米顆粒尺寸的珠粒。這些珠粒具有通過(guò)差示掃描量熱法測(cè)量的110°C 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。支撐劑充填體穩(wěn)定性測(cè)量在具有下列配件的支撐劑返排裝置中進(jìn)行支撐劑充填體返排穩(wěn)定性測(cè)量含有被 測(cè)試的砂或支撐劑充填體的返排槽,在槽中泵水穿過(guò)支撐劑充填體的循環(huán)系統(tǒng),在槽中將 單軸的閉合應(yīng)力施加到支撐劑充填體上的水壓機(jī)。返排槽具有內(nèi)部5. 25英寸X 5. 25英尺 (13.3cmX13.3cm)工作面積的矩形主體,在其中放置支撐劑充填體。將支撐劑充填體放置 到該槽中后,正方形活塞被插入在支撐劑充填體上部的主體中。水被泵入從上游進(jìn)口側(cè)通 到排放側(cè)而通過(guò)該矩形支撐劑充填劑。在槽的上游側(cè)有三個(gè)13mm的用于進(jìn)水的進(jìn)口,在槽 的下游側(cè)有一個(gè)10mm的出口(表示穿孔)。因此如果其沒(méi)有足夠的強(qiáng)度承受由水的流動(dòng)產(chǎn) 生的應(yīng)力,在槽中的砂充填體是隨意自由移動(dòng)的。在返排槽被填充和裝配后,槽被放置在水 壓機(jī)下,水壓機(jī)接著將設(shè)定的閉合應(yīng)力施加到支撐劑充填體上。該系統(tǒng)裝配有計(jì)算機(jī)控制 和數(shù)據(jù)采集,以測(cè)量充填體寬度、流動(dòng)速率和上游壓力。在充填體中固體的重量(砂加上返 排控制添加劑)設(shè)定為400克。單軸閉合應(yīng)力設(shè)定為4000psi (27. 6MPa),在90°C下執(zhí)行測(cè) 試。在每一測(cè)試啟動(dòng)時(shí),水的流動(dòng)速率為零。測(cè)試進(jìn)行時(shí),水的流動(dòng)速率以4L/min的速率 持續(xù)增加,直到發(fā)現(xiàn)充填體失效。在充填體失效時(shí)水的流動(dòng)速率被用作支撐劑返排穩(wěn)定性 的特征。實(shí)施例3 用甲苯溶脹的聚苯乙烯微球用實(shí)施例2的聚苯乙烯微球的樣品進(jìn)行測(cè)試,以測(cè)試它們?cè)诜乐狗蹬胖械男ЯΓ?并研究它們的不溶脹/收縮性質(zhì)。聚苯乙烯微球的試樣在甲苯中溶脹(1300%的溶脹=溶 脹/干重),并測(cè)試了防止返排活性。當(dāng)充填體破裂、支撐劑從槽中流出時(shí),測(cè)量支撐劑充填 體的強(qiáng)度作為流動(dòng)速率。得自Badger Mining Corporation,Berlin,WI的20/40篩目(根據(jù) API RP 56)的純壓裂砂被用作基準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)加入所描述的于90°C下使用4000psi(27.6MPa) 的單軸閉合應(yīng)力的測(cè)試中的400克純砂,在小于0. 51/min的流動(dòng)速率下會(huì)破裂。實(shí)施例4 用醋酸乙酯溶脹的聚苯乙烯微球?qū)嵤├?中制備的相同聚苯乙烯珠的樣品在醋酸乙酯和水溶性溶劑中溶脹(溶脹 1200% )。溶脹微球的體積密度為30% (1重量%的干聚合物)。聚苯乙烯珠的滲透性能在 Hassler套管式電導(dǎo)儀中于室溫(約25°C )和1500psi (10. 3MPa)的閉合應(yīng)力下進(jìn)行測(cè)量。 初始5達(dá)西的滲透率在30分鐘內(nèi)升至高達(dá)31達(dá)西。圖6圖示了這些結(jié)果,其顯示了從溶 脹的聚苯乙烯珠上逐漸除去溶劑后充填體的孔隙隨時(shí)間增加。實(shí)施例5以及對(duì)比例A和B制備含有純砂支撐劑的一種樣品,和含有聚苯乙烯微球的兩種樣品。對(duì)比例A是 得自 Badger Mining Corporation, Berlin, WI 的 20/40 篩目(根據(jù) API RP 56)的 400 克 純壓裂砂。對(duì)比例B是通過(guò)將396克相同的砂與4克實(shí)施例2中制得的不溶脹聚苯乙烯微 球相混合而制備。實(shí)施例5含有396克相同的砂、4克實(shí)施例2中制得的不溶脹聚苯乙烯微 球和另外的100克用以溶脹微球的醋酸乙酯。干的不溶脹材料不顯示任何明顯的支撐劑返排防止活性。例如對(duì)比例A和B的穩(wěn)
15定性沒(méi)有差別;對(duì)比例A的純砂充填體非常不穩(wěn)定,在流動(dòng)速率低至0. 51/min時(shí)就失效,而 對(duì)比例B的砂充填體(含有1重量%的50/70美國(guó)篩目的干聚合物添加劑)在相同的0. 51/ min流動(dòng)速率下破裂。在實(shí)施例5中,醋酸乙酯溶脹的聚苯乙烯微球體積增加并連接砂顆粒。對(duì)實(shí)施例 5來(lái)說(shuō),支撐劑返排穩(wěn)定性由0. 51/min增加至最高為12. 31/min。這些結(jié)果顯示了 具有 50/70篩目尺寸、在醋酸乙酯中約1200體積%溶脹的實(shí)施例2的交聯(lián)聚苯乙烯粉末樣品,可 用作返排控制添加劑的可變材料。支撐劑充填體滲透率測(cè)量對(duì)實(shí)施例5來(lái)說(shuō),在改進(jìn)的API電導(dǎo)儀中測(cè)量支撐劑充填體滲透率。使用改進(jìn)的 API電導(dǎo)槽。支撐劑充填體放置在槽中兩個(gè)Ohio砂石之間。沿著槽的三個(gè)壓力孔用于差壓 測(cè)量。在2000psi (13. 7MPa)的閉合應(yīng)力下測(cè)量滲透率,達(dá)到100psi/min(0. 7MPa/min)的 負(fù)載速率。差壓測(cè)量在范圍為1至9毫升/分鐘的三個(gè)不同流動(dòng)速率下進(jìn)行。滲透率測(cè)量 在25°C下進(jìn)行。測(cè)量使用9.77kg/m2(21bm/ft2)的負(fù)載。具有溶脹聚合物的支撐劑充填劑的水力傳導(dǎo)率與具有不溶脹珠的樣品(對(duì)比例B)相比,具有溶脹聚合物珠的樣品具有明顯更大 的體積。由于孔喉的部分堵塞,這增加了返排劑明顯抑制支撐劑充填體滲透率的有效體積。 然而用于聚合物溶脹的溶劑,本實(shí)驗(yàn)中的醋酸乙酯是水溶性的,并且可通過(guò)流水由溶脹的 聚合物中萃取出來(lái)。溶劑從溶脹聚合物中的除去導(dǎo)致返排控制劑的收縮。這導(dǎo)致滲透率隨 時(shí)間增加。使用溶脹返排控制劑的砂充填體的滲透率測(cè)量(實(shí)施例5)進(jìn)行60小時(shí)。傳統(tǒng)的 壓裂傳導(dǎo)率測(cè)試使用改進(jìn)的API電導(dǎo)槽進(jìn)行操作。2%的KC1以3毫升/分鐘泵入通過(guò)支 撐劑充填體。1重量%溶脹狀態(tài)的聚合物與用2% KC1以3mL/min速率來(lái)洗滌充填體的時(shí) 間的相對(duì)(與對(duì)比例A的純砂樣品相比)滲透率恢復(fù)的關(guān)系曲線,示于圖7中。 實(shí)施例5樣品的初始滲透率低,但在2小時(shí)內(nèi)快速增加至高達(dá)純砂(對(duì)比例A)滲 透率的60%。穿過(guò)實(shí)施例5的其他流動(dòng)在60小時(shí)的周期不會(huì)增加滲透率。本公開(kāi)的方法可用于井,其中使用任一種在地下巖層產(chǎn)生所需壓力(例如水力壓 裂)以及腐蝕(例如酸腐蝕)的各種技術(shù)來(lái)制備優(yōu)先的流通路徑。本文中使用的“井筒檢 修”是指設(shè)計(jì)為增加由儲(chǔ)集層中回收烴、降低非烴回收(當(dāng)非烴類存在時(shí))或者它們的結(jié) 合的任何操作,包括將流體泵入井筒或者管道中,或者將被放置在井筒中。泵入的流體可為 增加含烴區(qū)域產(chǎn)量的組合物,泵入其他區(qū)域以阻斷它們的滲透或孔隙的組合物,設(shè)計(jì)為清 洗或清除井筒或其部分的組合物等。本公開(kāi)的方法可包括泵入流體以使井筒區(qū)段穩(wěn)定而阻 止砂的產(chǎn)生,例如將膠結(jié)流體泵入井筒下,這種情況下被泵入的流體可穿透完井(例如下 到最內(nèi)部的管,接著上到在管和巖石間的環(huán)中的管的外部),并給井筒提供機(jī)械完整性。因 而,在此使用的術(shù)語(yǔ)“處理”和“檢修”要寬于“增產(chǎn)”。在許多應(yīng)用中,當(dāng)巖石主要由砂石構(gòu) 成時(shí),該步驟包括將支撐劑或附加材料添加到流體中,使得流體的壓力水力地壓裂巖石,支 撐劑被攜帶在后面以阻止破裂再封死。這些細(xì)節(jié)覆蓋了大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)井檢修試驗(yàn),并且對(duì)井 檢修領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的,因而在此省略。通常,壓裂液用于引發(fā)和傳播壓裂,并輸送支撐劑從而在泵入已停止且壓裂液已 泄漏或返排后,保持部分壓裂的壁。許多已知的壓裂液包括水基載液、增粘劑和支撐劑。增
16粘劑通常是交聯(lián)的水溶性聚合物。當(dāng)聚合物經(jīng)歷水合作用并交聯(lián)時(shí),流體的粘度增加,而使 得流體引發(fā)壓裂并攜帶支撐劑。另一類增粘劑是粘彈性表面活性劑(“VES”)。兩類壓裂 液(水與聚合物、水與VES)可以泡沫或以干凈的流體(即流體沒(méi)有氣體分散在液相中)泵 入。起泡的壓裂液通產(chǎn)含有氮、二氧化碳或它們的混合物,體積份為壓裂液總體積的10%至 90%。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“壓裂液”指起泡的流體和干凈的流體。也可使用非水的壓裂液。各種水性和非水的井處理流體可用于本公開(kāi)中。適合用于本公開(kāi)的水基流體和鹽 水的示例性例子包括新鮮水、海水、氯化鈉鹽水、氯化鈣鹽水、氯化鉀鹽水、溴化鉀鹽水、溴 化鈣鹽水、溴化鉀鹽水、溴化鋅鹽水、溴化銨鹽水、氯化四甲基銨鹽水、甲酸鈉鹽水、甲酸鉀 鹽水、甲酸銫鹽水以及它們的任意組合。適合用于本公開(kāi)的水基聚合物和含聚合物的處理流體的示例性例子包括任何可 與之前提及的水基流體相混合的這樣的流體。適合用于本公開(kāi)的水基聚合物和含聚合物 的處理流體包括瓜爾膠和瓜爾膠的衍生物,例如羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠 (CMHPG)、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基纖維素(HEC)、羧甲基羥丙基纖維素(CMHEC)、羥乙基 纖維素(CMC)、基于淀粉的聚合物、基于黃原膠的聚合物、例如阿拉伯樹(shù)膠、角叉菜膠的生物 聚合物等、以及上述流體的任意組合。適合用于本公開(kāi)的非水處理流體的示例性例子包括醇,例如甲醇、乙醇、異丙醇和 其他支鏈或線性的烷基醇;柴油;未處理原油;未處理原油的濃縮物;精制的烴,例如汽油、 萘、二甲苯、甲苯和甲苯衍生物、己烷、戊烷和輕石油;天然氣液體,例如二氧化碳和氮?dú)?,?及前述任意非水處理流體的組合??蛇x擇地,可預(yù)料到上述非水流體與水的混合物可適合 用于本公開(kāi)中,例如水和醇或數(shù)種醇的混合物。混合物可由可混溶或不可混溶的流體制成。本公開(kāi)中有用的流體組合物可不含至少一種破膠劑(breaker)材料。在這點(diǎn)上, 井處理領(lǐng)域中已知的任何適合的破膠劑可用于聚合物處理流體中。合適的破膠劑材料的例 子包括在井處理工業(yè)中已知的酶和/或一種或多種氧化破膠劑。合適的氧化破膠劑的具體 例子包括封裝的破膠劑,例如封裝的過(guò)硫酸鉀。可用于聚合物處理流體的其他合適的破膠 劑包括傳統(tǒng)的氧化破膠劑,例如過(guò)二硫酸銨。通常,包含在聚合物處理流體中的這些破膠劑 濃度為約 0. llb/1000gal. (10. 3g/m3)和約 101b/100gal. (1031. 8g/m3)。最通常地,傳統(tǒng)的 氧化破膠劑與含有聚合物特定酶的酶預(yù)處理流體一起使用。第二種流體也可大量負(fù)載破膠 劑、水和/或防垢添加劑、防蠟添加劑或其他化學(xué)組分。任選地,這些組合物包括其他材料,包括纖維、流變改性劑、表面活性劑(包括先 前提及的VES體系)等。纖維可采用于本公開(kāi)的流體組合物中,如美國(guó)專利號(hào)5330005 (Card 等)、5439055(Card等)、5501275(Card等)和6172011 (Card等)中教導(dǎo)的那樣,在本文中 全部引作參考。在與用于壓裂和砂礫充填的顆粒的緊密混合物中的纖維的添加,降低了支 撐劑或地層的不需要的返排,同時(shí)是砂充填體穩(wěn)定,并降低在充填液中裝入高聚物的需求。 纖維用于在地層中形成多孔充填體。在一些情況下,通過(guò)降低濃度的支撐劑,空隙空間的槽 道或指狀物可被引入到支撐劑充填體中。纖維可選自天然和合成纖維、無(wú)機(jī)纖維以及這些纖維的混合物。纖維長(zhǎng)度、厚度、 密度和濃度在成功防止支撐劑返排中是重要的變量。纖維長(zhǎng)度的范圍可向上至約2毫米, 纖維直徑范圍為約3至約200微米。從穩(wěn)定化這個(gè)角度出發(fā),看起來(lái)對(duì)說(shuō)采用的纖維的長(zhǎng) 度沒(méi)有上限。然而,當(dāng)前的操作、混合和泵浦設(shè)備的實(shí)踐限制,將纖維的實(shí)際使用長(zhǎng)度限制到約100毫米。有纖絲的纖維可被使用,原纖維的直徑可明顯小于前述纖維的直徑。用于 支撐劑充填體中的纖維含量可為支撐劑核芯的0. 01重量%至50重量%,或者為支撐劑核 芯的0. 1重量%至5. 0重量%。纖維可具有從簡(jiǎn)單圓形或橢圓橫截面到更復(fù)雜的三葉形、 八字形、星形、矩形橫截面等多種形狀。最通常地,使用直纖維。彎曲的、折邊的、螺旋形和 其他三維幾何學(xué)纖維也是有用的。同樣地,纖維可一端或兩端鉤住。它們可為復(fù)合結(jié)構(gòu),例 如涂覆有樹(shù)脂的玻璃纖維可增加纖維_纖維之間的粘結(jié)。纖維可為玻璃、陶瓷、碳、天然或 合成聚合物或金屬長(zhǎng)絲。也可有利地使用這些纖維的混合物。玻璃、碳和合成聚合物因?yàn)?它們的低成本和相對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性而使用。由于相對(duì)低成本、容易獲得和高剛度,因此玻璃纖 維可得以使用。由于充填液和地層流體往往具有堿性PH的事實(shí),具有高鋯含量的耐堿性玻 璃(下文中AR-玻璃)可提供良好的性質(zhì)。更普通的、可商業(yè)購(gòu)買的二氧化硅玻璃的使用 是可行的,但在堿性介質(zhì)中特別在升高的溫度下,這些玻璃的溶解度會(huì)影響在井筒中纖維/ 支撐劑混合物隨時(shí)間的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其他示例性的纖維包括多組分纖維,其已發(fā)展為非織造纖維行業(yè)的粘結(jié)劑。一些 例子包括a)由約70%高密度聚乙烯/30%聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯構(gòu)成的嵌段纖維;和b) 由兩種聚酯樹(shù)脂構(gòu)成的核_殼纖維,以商品名稱“KOSA T-259”,KoSa, Salisbury, NC市售。在油田領(lǐng)域中,“井筒”可為任一類型的井,包括產(chǎn)油井和非產(chǎn)油井、注入井、流體 處理井、實(shí)驗(yàn)井、探井等。井筒可垂直、水平或與垂直和水平之間偏離一些角度,以及它們的 結(jié)合,例如具有非垂直部件的垂直井,在本公開(kāi)方法的執(zhí)行中,井筒處理被設(shè)計(jì)為考慮了目 標(biāo)地層的特征、使流體組合物接觸地層產(chǎn)生所期望的結(jié)果、流體組合物的化學(xué)和特征、井筒 幾何學(xué)、欲用于注入流體組合物而測(cè)定用于本文中描述的方法中使用的組分的合適濃度和 類型的設(shè)備。盡管上文中僅本公開(kāi)的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施方案得到詳述描述,但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員將容易理解,在實(shí)質(zhì)上不脫離本公開(kāi)的新穎的教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的條件下,示例性實(shí)施方案 的多種改變是可能的。因此,所有這些改變旨在包括在所附權(quán)利要求中限定的本公開(kāi)的范 圍內(nèi)。
18
權(quán)利要求
一種完成井筒的方法,包括(a)將井處理組合物注入所述井筒,所述組合物包含井處理流體和添加劑,所述組合物中的所述添加劑具有外表面形狀;(b)在將所述組合物注入所述井筒后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái)對(duì)所述添加劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性。
2.權(quán)利要求1所述的方法,其中所述至少一種性質(zhì)選自溶解速率、升華壓力、溶解度、 蒸汽壓、結(jié)晶率、體積、形狀、密度、孔隙度、模量、粘度、粘性、水解度、化學(xué)官能度及其組合。
3.權(quán)利要求1所述的方法,其中所述添加劑是復(fù)合添加劑,所述復(fù)合添加劑選自至少 兩種化學(xué)組分的組合、相同組分的至少兩相的組合、和至少兩種組分的至少兩相的組合。
4.權(quán)利要求3所述的方法,其中所述復(fù)合添加劑包含可溶性物質(zhì)。
5.權(quán)利要求4所述的方法,其中所述可溶性物質(zhì)至少部分封裝。
6.權(quán)利要求1所述的方法,其中在將所述組合物注入所述井筒之后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái) 對(duì)所述添加劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性包括使所述添加劑暴露于至少一種 條件,所述條件選自用具有可控制的流動(dòng)速率、或可控制的組成、或兼具兩者的溶液進(jìn)行 洗滌;經(jīng)過(guò)至少一段控制的時(shí)間周期;控制施加的熱;控制施加的壓力;控制改性的處理流 體;暴露于地層流體;它們的同時(shí)組合;以及它們的順序組合。
7.權(quán)利要求3所述的方法,其中所述復(fù)合添加劑包含至少一種聚合物顆粒。
8.權(quán)利要求3所述的方法,其中所述復(fù)合添加劑包含流體。
9.權(quán)利要求3所述的方法,其中所述復(fù)合添加劑包含溶劑。
10.權(quán)利要求9所述的方法,其中所述添加劑通過(guò)溶劑至少部分溶脹。
11.權(quán)利要求10所述的方法,其中通過(guò)除去至少一部分溶劑來(lái)減少所述添加劑的溶脹。
12.權(quán)利要求10所述的方法,其中所述溶劑選自二元酸酯、乳酸乙酯、醋酸乙酯、N-甲 基吡咯烷酮、氯仿、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、碳酸乙二酯、二甲基亞砜、苯、甲苯、二甲苯、 丙酮、二甲基乙酰胺、酮、二氯甲烷、乙酰丙酮、四氫呋喃、糠醇、以及它們的混合物。
13.權(quán)利要求1所述的方法,其中所述組合物包含支撐劑。
14.權(quán)利要求1所述的方法,還包括在注入之前,對(duì)鄰近所述井筒的所述添加劑進(jìn)行至少一些加工。
15.一種處理被井筒橫斷的地下地層的方法,包括(a)提供含有井處理流體和添加劑的井處理組合物,所述組合物中的所述添加劑具有 外表面形狀;(b)將所述井處理組合物注入到井筒中;(c)使所述地下地層接觸所述井處理組合物;和(d)在將所述組合物注入到所述井筒中后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái)對(duì)所述添加劑的外表面形 狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性。
16.權(quán)利要求15所述的方法,其中所述改性在控制的速率下發(fā)生。
17.權(quán)利要求15所述的方法,其中在第一次改性所述至少一種性質(zhì)后,進(jìn)一步改性所 述添加劑的外表面形狀的性質(zhì)。
18.權(quán)利要求17所述的方法,其中所述進(jìn)一步改性的性質(zhì)和所述第一次改性的性質(zhì)是相同的性質(zhì)。
19.權(quán)利要求17所述的方法,其中在所述進(jìn)一步改進(jìn)后的性質(zhì)基本上與所述第一次改 性之前相同。
20.權(quán)利要求15所述的方法,其中在將所述組合物注入所述井筒之后,通過(guò)控制參數(shù) 來(lái)對(duì)所述添加劑的外表面形狀的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性包括使所述添加劑暴露于至少一 種條件,所述條件選自用具有可控制的流動(dòng)速率、或可控制的組成、或兼具兩者的溶液進(jìn) 行洗滌;經(jīng)過(guò)一段或多段控制的時(shí)間周期;控制施加的熱;控制施加的壓力;控制改性的處 理流體;暴露于地層流體;它們的同時(shí)組合;以及它們的順序組合。
21.權(quán)利要求15所述的方法,其中所述添加劑是復(fù)合材料。
22.權(quán)利要求21所述的方法,其中所述復(fù)合材料包含可溶性物質(zhì),并且所述改性包括 使所述添加劑暴露于增溶流體。
23.權(quán)利要求22所述的方法,其中所述可溶性材料至少部分被封裝物封裝,并且其中 使所述添加劑暴露于增溶流體使至少一部分所述封裝物降解。
24.權(quán)利要求21所述的方法,其中所述添加劑包含溶劑,并且改性所述添加劑包括使 溶劑溶脹的添加劑暴露于能夠除去至少一部分溶劑的流體。
25.權(quán)利要求15所述的方法,其中所述改性是化學(xué)的,并且還包括提供流體以化學(xué)改 性至少一部分所述添加劑。
26.權(quán)利要求15所述的方法,其中所述地層包含地層流體,并且暴露于所述地層流體 改性所述添加劑。
27.權(quán)利要求15所述的方法,還包括對(duì)鄰近所述井筒的所述添加劑進(jìn)行至少一些加工。
28.一種方法,包括(a)提供含有液體組分和固體組分的井處理流體;(b)將所述井處理流體與添加劑聯(lián)合以形成井處理組合物,所述組合物中的所述添加 劑具有外表面形狀;(c)將所述井處理組合物注入到井筒中,所述井筒橫斷地下地層;(d)在所述井筒或地層中的所需位置處形成包含所述固體組分和所述添加劑的充填 體;和(e)將所述組合物注入到所述井筒中后,通過(guò)控制參數(shù)來(lái)對(duì)所述添加劑的外表面形狀 的至少一種性質(zhì)進(jìn)行改性。
29.權(quán)利要求28所述的方法,其中所述改性在控制的速率下發(fā)生。
30.權(quán)利要求28所述的方法,其中在第一次改性所述至少一種性質(zhì)后,進(jìn)一步改性所 述添加劑的所述外表面形狀的性質(zhì)。
31.權(quán)利要求30所述的方法,其中所述進(jìn)一步改性的性質(zhì)和所述第一次改性的性質(zhì)是 相同的性質(zhì)。
32.權(quán)利要求30所述的方法,其中在所述進(jìn)一步改性后的性質(zhì)基本上與所述第一次改 性之前相同。
33.權(quán)利要求28所述的方法,其中所述固體組分包含顆粒。
34.權(quán)利要求28所述的方法,其中所述添加劑是復(fù)合添加劑,所述復(fù)合添加劑選自至3少兩種化學(xué)組分的組合、相同組分的至少兩相的組合、和至少兩種組分的至少兩相的組合。
35.權(quán)利要求34所述的方法,其中所述復(fù)合添加劑包含至少一種聚合物顆粒。
36.權(quán)利要求28所述的方法,其中所述添加劑包含溶劑。
37.權(quán)利要求36所述的方法,另外其中所述改性包括除去至少一部分所述溶劑。
38.權(quán)利要求36所述的方法,其中所述溶劑選自二元酸酯、乳酸乙酯、醋酸乙酯、N-甲 基吡咯烷酮、氯仿、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、碳酸乙二酯、二甲基亞砜、苯、甲苯、二甲苯、 丙酮、二甲基乙酰胺、酮、二氯甲烷、乙酰丙酮、四氫呋喃、糠醇、以及它們的混合物。
39.權(quán)利要求28所述的方法,另外其中所述地層包含地層流體,并且改性在暴露于所 述地層流體時(shí)發(fā)生。
40.權(quán)利要求28所述的方法,其中所述添加劑包含引發(fā)劑,并且其中改性在暴露于引 發(fā)機(jī)理時(shí)發(fā)生。
41.權(quán)利要求33所述的方法,其中所述井處理液體是壓裂液,所述注入步驟在足以在 所述地下地層中產(chǎn)生破裂的壓力下進(jìn)行,所述顆粒包含支撐劑,所述充填體是在至少一個(gè) 破裂下形成的支撐劑充填體。
42.權(quán)利要求33所述的方法,其中所述井處理流體是砂礫充填液,并且所述充填體是 在所述井筒中或鄰近井筒區(qū)域的所需位置處形成的砂礫充填體。
43.權(quán)利要求28所述的方法,其中改性自動(dòng)發(fā)生而沒(méi)有其他干擾。
全文摘要
本發(fā)明描述了流體組合物及其制備和使用方法,一種組合物,其含有井處理流體和與該井處理流體聯(lián)合的添加劑,其中添加劑選自固體、液體及其組合,所述添加劑具有表面形狀,在組合物用于水力壓裂或礫石充填后,該表面形狀的至少一種性質(zhì)使其能夠在可控制的參數(shù)的影響下改變。在本公開(kāi)的方法中,添加劑最初以第一狀態(tài)存在,然后改變?yōu)榈诙顟B(tài)。第一狀態(tài)可增加支撐劑的返排效率,而第二狀態(tài)可增加水力傳導(dǎo)率。在某些實(shí)施方案中,添加劑可變回到其第一狀態(tài)。
文檔編號(hào)E21B43/22GK101903615SQ200880121015
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者伊格內(nèi)修斯·A·卡杜馬, 吳永康, 詹姆斯·G·卡爾森, 邁克爾·D·克蘭德?tīng)? 迪安·邁克爾·維爾貝格 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司;3M創(chuàng)新有限公司