專利名稱：具有伸縮流動管路技術(shù)的用于支撐劑破裂的方法和材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于暫時阻塞流動路徑的方法和組合物，在一個實施例中，更尤其是涉及用于在采烴作業(yè)過程中暫時阻塞通至地下地層的流動路徑的方法和組成物。
背景技術(shù)：
存在多種方法和應(yīng)用涉及到在進(jìn)行其它步驟或流程的同時形成臨時的密封或堵塞物，其中所述密封或堵塞物稍后必須去除。通常，當(dāng)隨后還需要進(jìn)行運動或流動時，提供這樣的密封或堵塞物通常是用來在特定方向上暫時阻塞流動路徑或暫時阻止流體或其它材料(例如可流動顆粒)的運動一段較短的時間。從地下地層中采收烴通常包括使用涂層或堵塞物的應(yīng)用和/或方法。在必須在邊 遠(yuǎn)地區(qū)(即地球深處)進(jìn)行作業(yè)的情況下，只能在遠(yuǎn)處操縱設(shè)備和材料。一種這樣的作業(yè)涉及引入濾餅等作為臨時涂層的打孔和/或完井作業(yè)。通常，對井進(jìn)行打孔涉及到在套管中射出數(shù)個較小的孔的專用槍。這些孔在套管的與生產(chǎn)區(qū)相對的那側(cè)中形成。這些穿孔或連通通道穿透套管或襯管以及圍繞套管或襯管的粘結(jié)劑。穿孔穿過套管和粘結(jié)劑并進(jìn)入生產(chǎn)地層中較短的距離。包含油和氣的地層流體流過這些穿孔并進(jìn)入井中。最普遍的打孔槍使用類似于在穿甲彈中使用的成形彈藥。高速高壓射流穿透鋼套管、粘結(jié)劑和緊挨著粘結(jié)劑的地層。其它打孔方法包括子彈打孔、磨粒射流或高壓流體射流。連通通道的特性和布置能夠?qū)纳a(chǎn)率產(chǎn)生重要的影響。已經(jīng)開發(fā)出了不需要打孔槍的技術(shù)，其通過使用安裝在套管內(nèi)的流動管路實現(xiàn)了明顯更受控制的穿孔。這些流動管路可以從套管伸出而接觸地層壁，從而沿著套管長度在期望的部位形成“穿孔”。管路中的臨時堵塞物形成流動屏障，管路通過流體壓力從套管被推出。堵塞物可以由多孔過濾結(jié)構(gòu)制成，在該多孔過濾結(jié)構(gòu)上涂覆有可降解屏障材料。在流動管路伸出之后，可降解材料可以被去除，從而允許流體流過過濾結(jié)構(gòu)。該技術(shù)已知為Baker Hughes Inc公司的產(chǎn)品TELEPERF ，其在專利號為No. 7，527，103和No. 7，461，699的美國專利中更加詳細(xì)地進(jìn)行了描述了。在有些情況下，可能必須或希望破裂地層，以實現(xiàn)或促進(jìn)流體穿過地層的流動。例如，在低滲透性儲層中，可能有利的是，破裂井地層并將支撐劑注入裂縫中以促進(jìn)流體(例如油、氣、水等等)穿過地層的流動。當(dāng)進(jìn)行液壓破裂時，混合了支撐劑的粘性破裂流體通過套管和相關(guān)穿孔流入地層中。但是，上述TELEPERF 裝置中的過濾器可能會阻礙或妨礙液壓破裂中使用的高粘性流體和支撐劑進(jìn)入地層。因此，理想的可以是不在管路中使用過濾結(jié)構(gòu)的情況下暫時阻塞、填充或堵塞流動管路，而仍然能夠使管路借助于流體壓力向外伸出
發(fā)明內(nèi)容
這里以一種非限制性的形式提供了一種用于液壓破裂的方法，所述方法包括穿過地下儲層鉆出井眼，并將管道定位在井眼中。管道具有穿過其壁的至少一個區(qū)域的孔口，流動管路、流動路徑、流動通道、流動通路或流動出口等等處于孔內(nèi)的位于管道內(nèi)的縮回位置。流動管路具有臨時堵塞物，臨時堵塞物阻塞、阻止或防止流體流過管路。液壓破裂方法還包括通過將用于使流動管路延伸的流體泵送到管道和流動管路內(nèi)，對臨時堵塞物施加液壓。該液壓使流動管路在朝著井眼壁的方向上從管道徑向向外延伸。然后可以借助于酸溶液從流動管路去除臨時堵塞物。在一非限制性的示例性實施例中，用于使流動管路延伸的流體可以是酸溶液，所述酸溶液既用來使流動管路從管道伸出，又用來溶解臨時堵塞物。然后可以將液壓破裂流體經(jīng)由管道和流動管路注入地下儲層中。在本發(fā)明的另一非限制性的實施例中，可以設(shè)置在能從管道徑向延伸的流動管路、流動路徑、流動通道或流動通路等等中使用的堵塞物。堵塞物可以由酸溶解率大于70%且滲透率小于IOmD的材料制成。堵塞物還可以具有至少5000MPa的壓縮楊氏模量。例如，堵塞物可以由天然、低成本材料制成，所述材料例如是印第安那石灰?guī)r、具有類似性質(zhì)的其它天然石灰石或其他材料。另外，堵塞物可以具有添加了設(shè)置在基體內(nèi)的納米顆粒的基體 結(jié)構(gòu)。在另一非限制性的實施例中，本發(fā)明提供了一種在完井中使用的管道。管道可以具有在管道內(nèi)部與管道外部之間提供流體連通的流動管路、流動路徑、流動通道、流動通路或流動出口等等。流動管路可以至少部分地設(shè)置在管道內(nèi)并能夠沿垂直于管道的縱向軸線的方向從管道延伸。另外，穿過流動管路的流體流動可以由設(shè)置在流動管路內(nèi)的可溶于酸的堵塞物暫時阻礙、阻止或防止。在一個示例性的實施例中，可溶于酸的堵塞物可以由酸溶解率大于70%且滲透率小于IOmDJP /或壓縮楊氏模量至少為5000MPa的材料制成。


圖I是具有兩個套筒或管路的井眼中的油井套管或管道的截面示意圖，在套管的每側(cè)各有一個套筒或管路，套筒或管路各自處于套管中的孔口中的縮回位置，并且在套筒或管路中具有可溶解的堵塞物；圖2是圖I的井眼中的油井套管的截面示意圖，所述油井套管的兩側(cè)具有兩個流動路徑，其中套筒或管路已經(jīng)沿朝著井眼壁的方向延伸或擴張；以及圖3是圖I的井眼中的油井套管的截面示意圖，其中已經(jīng)去除了流動路徑中的可溶解堵塞物，烴可以從儲層流入套管中。
具體實施例方式依照本實施例，油井套管或襯管可以包含穿過油井套管或襯管的預(yù)成形穿孔或孔洞。進(jìn)一步地，在各個穿孔中可以安裝有可移動的流動管路或流動路徑，其實現(xiàn)了套管或襯管的內(nèi)部與外部之間的流體連通。雖然流動管路或流動路徑是作為相對于套管或襯管移動的單件管道示出的，但是流動管路或流動路徑可以由彼此存在相對運動的多個部件組成。例如，流動管路可以是同軸布置的大體上圓筒形的幾個管路，它們彼此之間沿著共用軸線在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行相對運動，例如采用伸縮結(jié)構(gòu)。流動管路或流動路徑還可以包含臨時堵塞物，所述臨時堵塞物阻止或防止流體流過流動管路。可移動的流動管路或流動路徑借助于套管或襯管內(nèi)的流體壓力可以從套管或襯管伸出并伸入井眼的環(huán)狀空間內(nèi)。也就是說，當(dāng)流體被泵送到套管內(nèi)時，臨時堵塞物阻止流體經(jīng)由流動管路流出套管。更準(zhǔn)確地說，隨著套管內(nèi)壓力的增大，流動管路被從套管向外推動。最佳地，流動管路接觸井眼壁，從而形成從套管的內(nèi)部到地層的穿過所述環(huán)狀空間的流動路徑。這樣，所述結(jié)構(gòu)可用作完井管，從而避免使用粘結(jié)和打孔工序。在組件對著開采區(qū)部位就位之后，可利用酸溶液溶解臨時堵塞物。下面將參考附圖更具體地描述本發(fā)明，其中圖I中顯示了具有多個孔口 12的豎向定向的圓筒狀套管或襯管10的截面，其中所述孔口穿過套管或襯管?？卓?12可以通過機械加工或其它適合的工藝形成。將套管10置于穿過地下儲層16的鉆孔或井眼14中。地下儲層16可以是從中提取氣和/或油的流動源，或者，作為選擇，可以是在其內(nèi)注入氣或油的流動對象。井眼14具有壁18，該壁覆置有由鉆井液22或更通常地由鉆入流體沉積而成的濾餅20。在某些非限制性的實施例中，濾餅20是可選擇的。套管10和壁18之間限定了環(huán)狀空間24。多個流動管路26設(shè)置在孔口 12內(nèi)。圖I中顯示的是這些流動管路26位于套管10內(nèi)的縮回位置。流動管路26大體上是在相對端上敞開的中空結(jié)構(gòu)，所述流動管路具有限 定了它們的形狀的外周壁。所期望的是，在大多數(shù)情況下，流動管路26應(yīng)具有圓筒形狀，但是并不要求它們一定具有這樣的形狀。流動管路26含有由具有低滲透率和高強度的可溶物質(zhì)制成的臨時堵塞物28。例如，堵塞物28可以具有大于70%的酸溶解率和小于IOmD的滲透率。一種示例性的物質(zhì)是印第安那石灰?guī)r，它是相對低廉的材料，在美國很容易得到，且在實驗室研究中具有小于3mD的滲透率。印第安那石灰?guī)r通常包括超過98%的方解石，方解石具有較高的酸溶解率。另外，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，印第安那石灰?guī)r的壓縮楊氏模量大約為30600MPa,比得上高強度混凝土。具有類似性質(zhì)的石灰石在其它國家以及其它大陸也很容易得到。雖然本發(fā)明指出堵塞物28的可溶物質(zhì)為石灰石，但是應(yīng)當(dāng)理解，在所公開的方法和系統(tǒng)中也可以使用具有類似可溶性、滲透率和強度的其它材料。在一非限制性的實施例中，堵塞物28可以為預(yù)成形的，并借助于帶螺紋的中空帽固定在流動管路26的一端。在其它實施例中，堵塞物28可以壓配合到流動管路26中或者插入流動管路26中，并抵靠在流動管路26的一端上的凸緣(未顯示)的內(nèi)側(cè)。通過向石灰石基體填充另外的可溶于酸的物質(zhì)(例如納米顆粒漿)，可以進(jìn)一步降低堵塞物28的滲透率。例如，可選地可以使用納米顆粒漿并將其填充到石灰石基體中，以使可溶于酸的堵塞物28更致密，從而進(jìn)一步降低堵塞物28的滲透率。納米顆粒可以具有較大的單位容積表面電荷(charge),從而容許晶體顆粒相聯(lián)、聯(lián)接、連接、組合,或者以其它方式關(guān)聯(lián)在一起，從而進(jìn)一步降低堵塞物28的滲透率。在非限制性的實施例中，示例性的可溶于酸的納米顆粒漿包括可從Baker Hughes獲得的ConFINE ，或者大約35nm的氧化鎂(MgO)的高濃度漿。一旦將套管10放置或定位在井眼14中，就可以通過套管10和流動管路26泵送流體30，如圖2所示。如上所述，流動管路26內(nèi)的堵塞物28具有極低的滲透率；因此，流體30不能流過堵塞物28或者只能非常緩慢地流過堵塞物28。隨著流體30被泵送到套管10中，因此建立了足夠高的液壓，從而使得流動管路26從套管10徑向伸出并伸入到環(huán)狀空間22內(nèi)以接觸開采地層16。也就是說，流動管路26可以在大體上垂直于套管10的縱向軸線32的方向上從套管10伸出。在一非限制性的實施例中，流動管路26可以是大體上圓筒形的多個同軸管路，當(dāng)壓力被施加到堵塞物28時，這些同軸管路從套管10向外伸出。流體30的液壓通常導(dǎo)致流動管路26延伸到使流動管路26觸及壁18的位置。然后可以將酸溶液泵送到套管10中以溶解堵塞物28，從而形成如圖3所示的穿過套管10和地層16之間的環(huán)狀空間22的流動路徑34。酸溶液也可以溶解濾餅20 (如果有的話)的與酸溶液相接觸的部分。然后使含有支撐劑的破裂流體在高壓下流過套管10，從而依照本領(lǐng)域中公知的技術(shù)破裂地層16。因為石灰石堵塞物28可以基本上被移除并且不會留下充當(dāng)過濾器的多孔基材，所以不會妨礙支撐劑(例如沙粒等等)流入地層16中形成的裂縫(未顯示)內(nèi)。在井破裂之后，井就可以開采或灌注了。例如，烴可以從地層16經(jīng)過流動路徑34流入套管10中，或者可以將水注入套管10中，使水經(jīng)過流動路徑34流入地層16中。
在一非限制性的實施例中，用于使流動管路26延伸的流體30也可以用來溶解堵塞物28。也就是說，流體30可以是與石灰石堵塞物28能夠以足夠低的化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的酸溶液，從而使得在用于使流動管路延伸的流體30的液壓將流動管路26向外推向井眼壁18的同時堵塞物28開始慢慢溶解。在流動管路26伸出并觸及儲層16的面之后，可以繼續(xù)把酸流體30泵送到套管10內(nèi)，以基本上溶解堵塞物28。應(yīng)當(dāng)理解，如果堵塞物28充分溶解從而充分地打通流動管路26，以使得粘性破碎流體和支撐劑能夠流過該流動管路，那么這里的方法就被認(rèn)為是成功的。用作起到延伸和溶解作用的流體30的示例性酸溶液可以是如No. 6805198美國專利所述的二羧酸。二羧酸，亦稱為HTO(高溫有機)酸，對用于井開采的金屬部件(例如油管、套管和井下設(shè)備)具有極低的腐蝕率。示例性的二羧酸包括但不是必須限于草酸(乙二酸)、胡蘿卜酸(丙二酸)、琥珀酸(丁二酸)、膠酸(戊二酸)、肥酸(己二酸)、蒲桃酸(庚二酸)以及它們的混合物。在一非限制性的實施例中，用于延伸和溶解的流體30可以是由重量百分比為51% -61 %的戍二酸、重量百分比為18% -28%的琥拍酸和重量百分比為15% -25%的肥酸組成的二元酸。適用于酸流體30的溶劑或稀釋劑可以包括但不限于水、甲醇、異丙醇、醇醚、芳烴溶劑以及它們的混合物。實驗室試驗表明，印第安那石灰?guī)r在10%的(重量百分比)HTO中的溶解率大約為98. 86%。因此，假定酸流體有足夠的時間接觸全部石灰石堵塞物28，基本上可以移除全部的可溶于酸的堵塞物28。在另一非限制性的實施例中，在管路26伸出而觸及儲層16的面之后，可以將強酸(例如15% (重量百分比)的鹽酸(HCl))泵送到套管10中以更快地溶解堵塞物28。實驗室試驗表明，印第安那石灰?guī)r在15% (重量百分比)的鹽酸中的溶解率大約為99. 01%。可用于本發(fā)明的其他示例性的酸包括但不限于硫酸(H2SO4),氫氟酸(HF)，甲酸(HCOOH)，乙酸(CH3COOH),氟硼酸(HBF4)，磷酸(H3PO4)，檸檬酸，磺酸，羥基乙酸，以及其它酸。另外，堵塞物28可以用螯合劑溶解，例如，乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸鈉(Na2EDTA)，羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)，二十二碳四烯酸(DTA)，次氮基三乙酸(NTA)，羥基氨基聚羧酸(HACA)，二乙三胺五乙酸(DTPA)，N-羥乙基亞胺二乙酸(HEIDA)，聚天冬氨酸(PASP)，等等。結(jié)論顯然，在沒有脫離在所附的權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的更寬范圍的情況下，可以對上述說明書進(jìn)行各種變化和修改。因此，說明書應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。例如可以預(yù)見的是，落在權(quán)利要求的參數(shù)之內(nèi)、但是沒有在特定組合物中具體確證或進(jìn)行試驗的具體材料、流體、酸溶液及其組合，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，在此沒有特別描述的各種各樣的組分和方法仍可由權(quán)利要求涵蓋。整個權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“包括”應(yīng)當(dāng)解釋為“包括但不限于”。本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)匕ㄋ兜脑?、由所披露的元件組成或者基本上由所披露的元件組成，可以在沒有未披露的元件的情況下進(jìn)行實際應(yīng)用。例如，在一個非限制性的實施例中，正如權(quán)利要求書中所述的，用于完井的管道可以由內(nèi)部空間、外表面、至少一個流動管路和設(shè)置在流動管路內(nèi)的可溶于酸的堵塞物組成，或者基本上由內(nèi)部空間、外表面、至少一個流動管路 和設(shè)置在流動管路內(nèi)的可溶于酸的堵塞物組成。
權(quán)利要求
1.一種在地下儲層內(nèi)進(jìn)行液壓破裂的方法，其中，地下儲層具有穿過該地下儲層的井目艮，并且在井眼內(nèi)定位有管道，所述管道包括 內(nèi)部空間； 外表面；和 位于內(nèi)部空間與外表面之間的至少一個流動管路，其中在流動管路內(nèi)承納有能夠溶于酸的堵塞物，流動管路處于至少部分地位于所述內(nèi)部空間內(nèi)的縮回位置； 該方法包括 借助于管道的內(nèi)部空間內(nèi)和流動管路內(nèi)的用于延伸的流體而施加液壓，從而使流動管路在朝著井眼壁的方向上延伸； 借助于酸溶液，從流動管路移除所述能夠溶于酸的堵塞物，以至少部分地打開所述流動管路；和 經(jīng)由管道的內(nèi)部空間和所述流動管路將破裂流體注入地下儲層中。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述能夠溶于酸的堵塞物包括酸溶解率大于70%且滲透率小于IOmD的材料。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述能夠溶于酸的堵塞物包括石灰石堵塞物。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述酸溶液與所述用于延伸的流體具有相同的組成。
5.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，用于延伸的流體包括二羧酸。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，二羧酸選自草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸以及它們的混合物組成的組。
7.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述用于延伸的流體包括二元酸。
8.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述酸溶液包括鹽酸、硫酸、氫氟酸、甲酸、乙酸、氟硼酸、磷酸、檸檬酸、磺酸、羥基乙酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸鈉(Na2EDTA)、羥乙基乙二胺三乙酸、二十二碳四烯酸、次氮基三乙酸、羥基氨基聚羧酸、二乙三胺五乙酸、N-羥乙基亞胺二乙酸、聚天冬氨酸或它們的組合。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述管道選自導(dǎo)管、套管、油管、襯管以及它們的組合。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，破裂流體包括一種或更多種支撐劑材料。
11.一種適合于在從管道徑向延伸的管路中使用的堵塞物，其中，所述堵塞物包括酸溶解率大于70%且滲透率小于IOmD的材料。
12.如權(quán)利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料包括石灰石。
13.如權(quán)利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料具有至少5000MPa的壓縮楊氏模量。
14.如權(quán)利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料具有3mD或更小的滲透率。
15.如權(quán)利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料在10%重量百分比的二元酸溶液中具有大于98%的酸溶解率。
16.如權(quán)利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料在15%重量百分比的鹽酸溶液中具有大于99%的酸溶解率。
17.如權(quán)利要求11或13所述的堵塞物，其中，所述材料具有基體結(jié)構(gòu)，堵塞物還包括填充在基體結(jié)構(gòu)中的納米顆粒。
18.—種流動管路，所述流動管路包括外周壁和敞開并相對的兩個端部，所述流動管路還包括如權(quán)利要求11所述的堵塞物。
19.一種在完井中使用的管道，其包括 內(nèi)部空間； 外表面； 位于內(nèi)部空間與外表面之間的至少一個流動管路，其中，流動管路相對于管道的縱向軸線能徑向移動，并且處于至少部分地位于所述內(nèi)部空間內(nèi)的縮回位置；和 設(shè)置在流動管路內(nèi)的能夠溶于酸的堵塞物，其中，所述能夠溶于酸的堵塞物包括酸溶解率大于70%且滲透率小于IOmD的材料。
20.如權(quán)利要求19所述的管道，其中，管道選自導(dǎo)管、套管、油管、襯管以及它們的組合所組成的組。
21.如權(quán)利要求19或20所述的管道，其中，所述能夠溶于酸的堵塞物包括石灰石堵塞物。
22.如權(quán)利要求19或20所述的管道，其中，所述材料具有至少5000MPa的壓縮楊氏模量。
全文摘要
本發(fā)明采用一種在伸縮裝置內(nèi)的可溶于酸的堵塞物，從而可以不用打孔地將儲層面與生產(chǎn)襯管相聯(lián)。這種技術(shù)消除了與打孔有關(guān)的地層損害也不需要進(jìn)行碎屑去除，并且減少了風(fēng)險和節(jié)約了時間。堵塞物可以提供充足的阻力，以使伸縮裝置能夠在液壓下從生產(chǎn)襯管伸出。然后堵塞物可以在酸性溶液中溶解，而該酸性溶液也可以用作液壓延伸流體。在從伸縮裝置上大體上移除堵塞物后，儲層可以用標(biāo)準(zhǔn)破裂流程進(jìn)行液壓破裂。
文檔編號C09K8/80GK102812205SQ201180013863
公開日2012年12月5日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者黃天平 申請人:貝克休斯公司