采出水硼酸鹽交聯(lián)組合物及使用方法
【專利說明】采出水棚酸鹽交聯(lián)組合物及使用方法 相關(guān)申請的交叉引用
[0001 ]本申請要求于2013年6月11日提交的美國非臨時專利申請?zhí)?3/915，436的權(quán)益， 該專利申請通過引用W其全文結(jié)合在此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種組合物及方法，該組合物及方法用于使用棚交聯(lián)的聚合物和抑緩 沖劑來處理具有高水平的總?cè)芙夤腆w的流體(如采出水）W改善在油和氣操作中，尤其在壓 裂操作中的流體的功能性和粘度的穩(wěn)定性。 相關(guān)技術(shù)說明
[0003] 大量世界油和氣儲藏包含在更加難W提取的地層中。隨著油和天然氣價格的增長 W及其作為燃料源使用的積極環(huán)境因素，對于從運(yùn)些地層中有效提取并且回收油和天然氣 的技術(shù)存在更大需求。一種已開發(fā)來刺激運(yùn)些地層中的生產(chǎn)的技術(shù)是水力壓裂。使用此技 術(shù)，在足夠的壓力下將壓裂液累送到井中W在整個地層中將該礦物地層的面壓裂。壓裂釋 放了捕集在該地層中的控，并且然后可W通過該井提取控。隨著在被壓裂礦物的面上的壓 力被釋放W允許提取控燃料，該地層中的裂縫通常將再次閉合。然而，經(jīng)常將支撐劑(如粗 砂或燒結(jié)抓±)加入該壓裂液中W保持運(yùn)些裂縫打開，從而增加該壓裂液的有效性。由支撐 劑保持打開的裂縫形成通道，通過該通道被捕集的控可在釋放壓力后逸出，從而增加了油 和氣的產(chǎn)量。
[0004] 來自各種來源的水通常用作壓裂液的初級流體。運(yùn)些操作典型地需要大量的水， 每口井高達(dá)幾百萬加侖，運(yùn)些水可從附近的淡水池塘、湖泊、河流、淡水地下含水層等供應(yīng)。 理想地，使用來自該地區(qū)的現(xiàn)有井的采出水(地下水和回收的注入水二者)作為水源W減少 水的成本、再循環(huán)將另外注入處理井的采出水、并且保護(hù)淡水資源。通常存在豐富的量的可 用的采出水因?yàn)椴沙鏊蒞組成一些井每天采出的總流體的高達(dá)大約90%。運(yùn)些水源(并 且尤其是采出水)典型地含有高水平的總?cè)芙夤腆w(TDS)，如巧、儀、氯化物、碳酸氨鹽、硫酸 鹽、鐵等。根據(jù)美國地質(zhì)局國家采出水?dāng)?shù)據(jù)庫（United States Geological Service National Produced Water Da1:abase)，采出水中的TDS依據(jù)位置從小于l,000mg/升至399, 943mg/升(基于大于50,000個樣本)變化。該了05的范圍更常見地是從10,000111旨/升至100， OOOmg/升，該范圍包括運(yùn)些樣本的42.3 %。25.2 %是在100,000至200,000內(nèi)的TDS，并且 12.7% 是大于 200，000 的 TDS。
[0005] 典型地將聚合物增稠劑加入該壓裂液中W增加該流體的粘度，運(yùn)有助于防止泄漏 到地層中、降低磨擦損失、并且懸浮并且輸送運(yùn)些支撐材料。半乳甘露聚糖膠及其衍生物 (如，瓜爾膠、HPGXMHPGW及CMG)時常被用作聚合物增稠劑。在水合時，運(yùn)些聚合物形成增 加該壓裂液的粘度的凝膠。通過將該聚合物與交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)實(shí)現(xiàn)粘度的進(jìn)一步增加。棚、 錯和鐵化合物是常見的交聯(lián)劑。交聯(lián)需要一定的抑水平，取決于所使用的聚合物和交聯(lián)劑， W便維持該交聯(lián)劑與聚合物之間的交聯(lián)。
[0006] 對于瓜爾膠聚合物W及一些瓜爾膠衍生物（如HPG)，與棚交聯(lián)通常是優(yōu)選的；然 而，可能難w維持所需的穩(wěn)定抑。對于與棚化合物的交聯(lián)，首先在中性或酸性條件下將瓜爾 膠聚合物水合W形成凝膠。然后將該水合的瓜爾膠與棚化合物(如，棚鹽或棚酸)混合，并且 升高抑W將該水合的瓜爾膠與棚酸鹽交聯(lián)。該交聯(lián)將不會在小于大約8.0的抑值下發(fā)生，并 且優(yōu)選地在大于9.0的抑下進(jìn)行。如果抑下降至低于運(yùn)些水平，則該交聯(lián)還是可逆的。
[0007] 維持適當(dāng)?shù)囊炙絹肀苊庠摻宦?lián)的逆轉(zhuǎn)是在壓裂操作中時常遇到的問題。如果交 聯(lián)逆轉(zhuǎn)，則該壓裂液的粘度將降低。已知較高的井底溫度降低抑值并且可導(dǎo)致交聯(lián)聚合物 的降解。壓裂操作中的井底溫度通常大于80°F，并且可W大于250°F，該溫度高得足W不利 地影響該壓裂液的pH和粘度。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)解決運(yùn)個問題的一種方式是增加聚合物的初始用量。已經(jīng)披露了 每1，〇〇〇加侖總壓裂液使用高達(dá)100磅的半乳甘露聚糖膠，其中較高的溫度和較高的鹽含量 需要較高量的膠，W便維持足夠的粘度。運(yùn)在添加的原料W及在增加的動力需求二者方面 都具有增加壓裂操作成本的缺點(diǎn)。具有非常高的初始粘度要求較大的馬力來累送該流體穿 過井孔。另外，單獨(dú)增加聚合物的初始用量在維持具有高TDS水平的壓裂液的穩(wěn)定粘度上不 是有效的?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)解決運(yùn)個問題的另一種方式是將抑緩沖劑作為穩(wěn)定劑加入該壓 裂液中。然而，運(yùn)些緩沖劑中的很多將與高TDS壓裂液中的離子反應(yīng)，使得它們在將采出水 用作壓裂液的源的操作中的使用是無效的。
[0009] 雖然棚交聯(lián)瓜爾膠流體通常是優(yōu)選的，但是由于在井底溫度下升高并且維持交聯(lián) 穩(wěn)定性所需要的穩(wěn)定抑(9.0-12.0)的困難，運(yùn)些棚交聯(lián)瓜爾膠流體不通常用在包含高TDS 采出水的壓裂液中。氨氧化鐘、氨氧化鋼、氨氧化錠、碳酸鐘、及其混合物是在壓裂操作中與 棚交聯(lián)的瓜爾膠流體一起使用的常見的抑緩沖劑。雖然運(yùn)些抑緩沖劑通常足W穩(wěn)定淡水中 的流體，運(yùn)些緩沖劑與高TDS流體中的溶解固體(特別是巧和儀)反應(yīng)。采出水可含有分別遠(yuǎn) 超過5(K)ppm和15化pm的巧和儀水平。在80°F至200°F(或更高）范圍的環(huán)境溫度和升高溫度 下，像那些在壓裂操作中出現(xiàn)的井底溫度，儀離子和巧離子與來自該抑緩沖劑的可用氨氧 根離子結(jié)合W形成儀或巧的氨氧化物或碳酸鹽，運(yùn)些氨氧化物或碳酸鹽從溶液中沉淀出。 運(yùn)些W及其他的沉淀物是不希望的，因?yàn)樗鼈兛赡懿焕赜绊懙貙拥臐B透性或?qū)υO(shè)備造成 損害。此反應(yīng)還耗盡該pH緩沖劑并且導(dǎo)致不能在必須的升高的水平下充分穩(wěn)定抑。經(jīng)常產(chǎn) 生不規(guī)則(erratic)或不穩(wěn)定的交聯(lián)流體。
[0010] 由于運(yùn)些問題，平常不考慮將瓜爾膠聚合物W及瓜爾膠衍生的聚合物作為用于與 高TDS壓裂液(如采出水）中的棚交聯(lián)的候選物，并且棚交聯(lián)經(jīng)常限于具有小于l，5(K)ppm總 溶解固體的水源，運(yùn)些溶解固體尤其具有分別小于50化pm和15化pm的巧和儀水平(主要是 淡水源）。運(yùn)些瓜爾膠及瓜爾膠衍生的聚合物通常在大約7.5或更小的pH下與錯交聯(lián)劑交 聯(lián)，其中使用高TDS采出水或采出水與淡水的混合物作為壓裂液。對于含有較大量淡水并且 低TDS值的壓裂液，還可能在9.0或更大的較高pH值下與錯交聯(lián)劑交聯(lián)。將一些錯交聯(lián)劑熱 活化，其中當(dāng)流體溫度在運(yùn)輸過程中升高至或到井底溫度時實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。與錯的交聯(lián)鍵是共 價(固定)型鍵，所W-旦交聯(lián)，維持抑水平對于維持交聯(lián)通常不是關(guān)鍵的。與棚交聯(lián)劑的交 聯(lián)鍵通常是離子(可逆)型鍵，所W維持處理的持續(xù)時間的pH水平是關(guān)鍵的，W便維持與瓜 爾膠聚合物W及瓜爾膠衍生的聚合物的交聯(lián)鍵。雖然棚交聯(lián)劑要求較大的抑穩(wěn)定性，但是 它們具有超過錯交聯(lián)劑的一些優(yōu)勢。棚交聯(lián)劑一般比錯交聯(lián)劑較便宜并且具有在剪切后或 當(dāng)交聯(lián)通過降低抑被破壞時如果pH再次變高再交聯(lián)(治愈）的能力，不像一般被認(rèn)為是脆性 的并且一旦破壞不進(jìn)行再交聯(lián)的錯交聯(lián)劑。棚交聯(lián)劑還對臨界交聯(lián)劑和抑緩沖劑化學(xué)波動 不敏感得多，并且因此比錯交聯(lián)劑更寬容(forgiving)。例如，已知少至0.2gpt的過量錯交 聯(lián)劑破壞交聯(lián)。此外，棚交聯(lián)劑W其最小化壓裂后損壞的能力而是優(yōu)選的，該最小化壓裂后 損壞的能力是由于隨著地層返回其平衡下的pH(通常被認(rèn)為小于7.5)降低流體抑的處理后 解交聯(lián)的能力。當(dāng)棚交聯(lián)已經(jīng)被逆轉(zhuǎn)時，破壞劑可更有效地破壞帶狀聚合物，該破壞劑在完 成壓裂操作時通常被添加 W破壞帶狀聚合物來降低壓裂液的粘度。錯交聯(lián)(缺少運(yùn)種能力） 在該處理過程中或之后由于其固定的共價鍵而被維持。當(dāng)使用錯交聯(lián)劑時，該破壞劑必須 與穩(wěn)定的交聯(lián)和聚合物二者都反應(yīng)，并且一般更難W破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明設(shè)及一種使用與棚化合物交聯(lián)的聚合物W及高pH烷基胺緩沖劑處理具有 高水平溶解固體的采出水的組合物及方法。該組合物改善了 pH穩(wěn)定性并且在升高的井底溫 度下維持穩(wěn)定的交聯(lián)壓裂液，尤其當(dāng)該流體具有高水平的巧和儀時。雖然壓裂液的粘度可 依據(jù)聚合物的類型和濃度、交聯(lián)劑、緩沖劑、溫度W及加入該壓裂液中的各成分的濃度而變 化，但是維持穩(wěn)定升高的抑防止了該棚化合物與該聚合物之間的交聯(lián)鍵逆轉(zhuǎn)，運(yùn)有助于維 持足夠高的粘度來輸送支撐劑并且控制泄漏。該組合物具有多糖是特別有用的，運(yùn)些多糖 包括半乳甘露聚糖膠類，如瓜爾膠、槐樹豆膠W及刺梧桐樹膠、或其衍生物，并且允許在高 TDS的壓裂液中使用優(yōu)選的棚化合物交聯(lián)劑而沒有現(xiàn)有技術(shù)中遇到的抑不穩(wěn)定的問題。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選組合物包含多糖(優(yōu)選半乳甘露聚糖膠聚合物）、棚化合物 交聯(lián)劑W及烷基胺pH緩沖劑(優(yōu)選二亞乙基Ξ胺或其相關(guān)的化合物）。根據(jù)另一種優(yōu)選的組 合物，該抑緩沖劑可W是任何包含胺的堿性有機(jī)化合物(包括烷基胺、芳基胺、聚胺W及環(huán) 胺），