說明書
公開領(lǐng)域
本發(fā)明涉及非水漿料、含有此類漿料的壓裂流體以及在井穿透的地下地層的處理中使用壓裂流體的方法。非水漿料提高了交聯(lián)的壓裂流體的性能。
公開背景
常規(guī)的含油和含氣地層的水力壓裂需要將壓裂流體從井高壓注入地層中。在這個過程中，巖石將損壞，形成斷裂或裂縫。這發(fā)生在表面泵送壓力加上井筒中流體的液體靜壓力減去通過管道和鉆孔的流體流動的摩擦損失超過地層應(yīng)力時。
使用常規(guī)壓裂技術(shù)產(chǎn)生的裂縫的方向以雙翼方式遠離井筒并且垂直于地層的最小主應(yīng)力。因為進入裂縫的壓力和流體速度大于從裂縫流失到地層的流體，所以雙翼裂縫中的裂縫繼續(xù)增長。一旦裂縫增長開始，可以向流體中添加少量支撐劑，諸如具有從70/140至16/20目的尺寸范圍的圓角砂。通常，每加侖流體的支撐劑的量隨著處理的進展增加。
壓裂流體通常是可以描述為凝膠或半固體的高粘度流體。它基于與化學(xué)品如硼酸根離子、鋯和鈦螯合物(諸如乳酸鋯和乳酸鋯三乙醇胺)交聯(lián)的膠凝劑(諸如瓜爾膠)。粘度在40sec-1下可以為200至2000cp，但通常在40sec-1下為400至1000cp。需要粘度來產(chǎn)生裂縫寬度并且在裂縫內(nèi)深處攜帶支撐劑。
然而，常規(guī)壓裂技術(shù)通常是不可接受的，因為頁巖和致密氣體地層的壓裂表現(xiàn)出小于10md的滲透率，并且在一些情況下小于1.0md并且通常小于0.1md。(滲透率是多孔材料如沉積地層巖石中流動阻力的量度。)雖然常規(guī)儲層需要產(chǎn)生雙翼裂縫，但是低滲透性地層(諸如頁巖)的壓裂需要使復(fù)雜的裂縫發(fā)展最大化，或需要從初次裂縫形成二次裂縫和三次裂縫。兩個因素促進斷裂復(fù)雜性。第一，壓裂流體以高速泵送。第二，壓裂流體是非常稀的流體。
盡管在處理低滲透率儲層中，平滑水壓裂已經(jīng)變成優(yōu)選的壓裂流體，但是它具有主要的缺點。平滑水流體通常由水和0.25至2.0加侖/1000加侖水的減摩劑組成。減摩劑通常作為基于陰離子或陽離子聚丙烯酰胺的反相聚合物乳液添加到水中。低粘度流體不允許在裂縫中足夠的支撐劑輸送，也不會產(chǎn)生足夠的裂縫寬度以用更高載量的更大尺寸的支撐劑填充裂縫。因此，平滑水壓裂更適合于高移動性氣體，其中需要較少量的支撐劑。對于比氣體移動性小的油，支撐劑必須具有更大的尺寸，并且需要更寬的裂縫以充分地排出儲層。這目前通過順序泵送平滑水、然后是常規(guī)高粘度流體來實現(xiàn)，兩種流體都不具有水力壓裂頁巖儲層的理想特性。
已經(jīng)尋求用于低粘度流體的替代方案，低粘度流體增強裂隙網(wǎng)絡(luò)在低滲透率儲層中的產(chǎn)生并且提供增強的支撐劑到所產(chǎn)生的裂縫中的輸送。
公開概述
本公開涉及非水漿料，所述非水漿料具有不可混溶于水中的非水液體、油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑。
在一個實施方式中，本公開涉及油的非水油漿，所述油中分散有油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑。非水油漿可以含有親有機性粘土。
在另一實施方式中，本公開涉及含有包含油的漿料的非水油硼酸鹽，所述油中分散有交聯(lián)劑和油潤濕的表面活性材料。含有漿料的非水油硼酸鹽還含有親有機性粘土。油潤濕的表面活性材料具有親水部分和疏水部分。交聯(lián)劑包括硼酸鹽。硼酸鹽可以選自由以下項組成的組：十水硼酸鈉、十水四硼酸鈉、五水四硼酸鈉、無水四硼酸鈉、偏硼酸鈉和四水八硼酸二鈉，以及其混合物。烴基油可以是加氫處理的石腦油或萃余液。
在另一實施方式中，本公開涉及井處理流體，所述井處理流體包含在上述段落中提及的非水漿料以及水溶性膠凝劑。優(yōu)選的水溶性膠凝劑包括未衍生化的瓜爾膠、瓜爾膠衍生物、刺槐豆膠、他拉膠(taragum)、胡蘆巴膠(fenugreekgum)、纖維素和纖維素衍生物。
在另一實施方式中，本公開涉及含水井處理流體，所述含水井處理流體含有在上述段落中提及的非水漿料和水溶性膠凝劑。含水井處理流體的粘度在40sec-1下小于20cp；在大多數(shù)情況下，粘度在40sec-1下為約10至約20cp。井處理流體中的膠凝劑的量在約6至約40磅每千加侖(pptg)水之間。在一個優(yōu)選實施方式中，井處理流體中的膠凝劑的量在約8至約15pptg水之間。此外，井處理流體中的膠凝劑的量可以在約10至約12pptg水之間。
在另一實施方式中，本公開涉及井處理流體，所述井處理流體含有在上述段落中提及的非水漿料以及含有水溶性膠凝劑的非水漿料。
在本公開的另一實施方式中，提供了通過將上述段落中提及的含水井處理流體泵入井中來壓裂地下地層的方法。可以在泵送含水井處理流體之后在地層中產(chǎn)生裂隙網(wǎng)絡(luò)。
在另一實施方式中，提供了在水力壓裂操作中增強支撐劑輸送能力的方法。在本實施方式中，將包含膠凝劑的壓裂流體泵入井中。壓裂流體中膠凝劑的載量在約6至約40pptg水之間。壓裂流體還含有非水漿料，所述非水漿料含有不可混溶于水中的非水液體、油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑。由其存儲模量和粘性模量測量的壓裂流體的粘彈性通過壓裂流體中油潤濕的表面活性材料的存在而增強。
在另一實施方式中，提供了在水力壓裂操作中增強支撐劑輸送能力的方法。在本實施方式中，將包含未衍生化的瓜爾膠、瓜爾膠衍生物、刺槐豆膠、他拉膠、胡蘆巴膠、纖維素、纖維素衍生物或其混合物的膠凝劑的壓裂流體泵入井中。壓裂流體中膠凝劑的載量在約6至約40pptg水之間、優(yōu)選約6至約12pptg水之間。壓裂流體還含有包含油的油基漿料，所述油中分散有親有機性粘土、具有親水部分和疏水部分的油潤濕的表面活性材料以及包含硼酸鹽或硼酸根離子釋放化合物的交聯(lián)劑，所述硼酸根離子釋放化合物包括硼酸、堿金屬硼酸鹽(諸如二硼酸鈉、四硼酸鉀、四硼酸鈉)、五硼酸鹽、堿性硼酸鹽、硼酸鋅金屬、氧化硼、十水硼酸鈉、十水四硼酸鈉、五水四硼酸鈉、無水四硼酸鈉、偏硼酸鈉和四水八硼酸二鈉和其混合物。由其存儲模量和粘性模量測量的壓裂流體的粘彈性通過壓裂流體中油潤濕的表面活性材料的存在而增強。
在本公開的另一實施方式中，提供了延遲膠凝劑在水中的交聯(lián)時間的方法。在本實施方式中，將膠凝劑添加到水中。將含有非水流體、油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑的非水漿料添加到含有膠凝劑的含水流體中。油潤濕的表面活性材料降低交聯(lián)劑被水潤濕的速度。潤濕速度的降低也可歸因于油潤濕的表面活性材料和非水液體的組合。這進而延遲了膠凝劑與交聯(lián)劑的交聯(lián)。
在本公開的另一實施方式中，提供了用于延遲膠凝劑的交聯(lián)時間的方法，所述膠凝劑選自未衍生化的瓜爾膠、衍生化的瓜爾膠、刺槐豆膠、他拉膠、胡蘆巴膠、纖維素、纖維素衍生物或其在水中的混合物。在本實施方式中，將膠凝劑添加到水中。將含有包含油(其中分散有硼酸鹽交聯(lián)劑)的漿料的非水油硼酸鹽添加到含有膠凝劑的含水流體中。含有漿料的非水油硼酸鹽還含有油潤濕的表面活性材料和親有機性粘土。通過將油潤濕的表面活性材料分散在非水油漿中來降低含水壓裂流體中硼酸鹽的潤濕速度。這進而延遲了膠凝劑與硼酸鹽的交聯(lián)。
在本公開的另一實施方式中，提供了增強油或氣從油井或氣井中回收的方法。在本方法中，在壓裂操作期間將在40sec-1下具有約4至約20cp的粘度的含水壓裂流體泵入油井或氣井中。含水壓裂流體含有(i)非水液體漿料，其含有不可混溶于水中的非水液體、油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑；(ii)膠凝劑和(iii)氧化破壞劑或酶破壞劑。含水流體中膠凝劑的量在約6至約40pptg水之間。
在本公開的另一實施方式中，提供了增強油或氣從油井或氣井中回收的方法。在本方法中，在壓裂操作期間將在40sec-1下具有約4至約20cp的粘度的含水壓裂流體泵入油井或氣井中。含水壓裂流體含有(i)包含烴基油的非水油漿，所述烴基油中分散有親有機性粘土、具有親水部分和疏水部分的油潤濕的表面活性材料以及包含選自由以下組成的組的硼酸鹽的交聯(lián)劑：十水硼酸鈉、十水四硼酸鈉、無水四硼酸鈉、偏硼酸鈉、五水四硼酸鈉和四水八硼酸二鈉，以及其混合物；(ii)膠凝劑，其選自未衍生化的瓜爾膠、衍生化的瓜爾膠、刺槐豆膠、他拉膠、胡蘆巴膠、纖維素、纖維素衍生物或其混合物；以及(iii)氧化破壞劑或酶破壞劑。含水流體中膠凝劑的量在約6至約40pptg水之間。
在本公開的另一實施方式中，提供了減少經(jīng)受水力壓裂操作的地下地層的地層損壞的方法。在本方法中，在水力壓裂操作期間將在40sec-1下具有約4至約20cp的粘度的含水壓裂流體泵入穿透地下地層的井中。含水壓裂流體含有(i)非水漿料，其含有不可混溶于水中的非水液體、油潤濕的表面活性材料和交聯(lián)劑；(ii)膠凝劑；以及(iii)氧化破壞劑或酶破壞劑。含水流體中膠凝劑的量在約6至約40pptg水之間。
在本公開的另一實施方式中，提供了減少經(jīng)受水力壓裂操作的地下地層的地層損壞的方法。在本方法中，在水力壓裂操作期間將在40sec-1下具有約4至約20cp的粘度的含水壓裂流體泵入穿透地下地層的井中。含水流體含有(i)包含油的非水油漿，所述油中分散有親有機性粘土、具有親水部分和疏水部分的油潤濕的表面活性材料以及包含選自由以下組成的組的硼酸鹽的交聯(lián)劑：十水硼酸鈉、十水四硼酸鈉、無水四硼酸鈉、偏硼酸鈉、五水四硼酸鈉和四水八硼酸二鈉，以及其混合物；(ii)膠凝劑，其選自未衍生化的瓜爾膠、衍生化的瓜爾膠、刺槐豆膠、他拉膠、胡蘆巴膠、纖維素、纖維素衍生物，或者其混合物；以及(iii)氧化破壞劑或酶破壞劑。含水流體中膠凝劑的量在約6至約40pptg水之間。
優(yōu)選實施方式詳述
考慮以下對本公開的示例性實施方式的詳細描述，本公開的特性和優(yōu)點以及附加特征和益處對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)理解，本文中的描述是示例性實施方式，并不意圖限制本專利的權(quán)利要求或要求其優(yōu)先權(quán)的任何專利或?qū)＠暾垺Ｏ喾?，希望覆蓋落入權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的所有改良、等價和替代形式。在不脫離此種精神和范圍的情況下，可以對本文公開的特定實施方式和細節(jié)進行許多改變。
如本文和本專利申請的各個部分(和標題)中所使用的，術(shù)語“公開”、“本公開”，以及其變化并不意圖意指本公開或任何特定權(quán)利要求所涵蓋的每個可能實施方式。因此，每個這樣被引用的主題不應(yīng)僅因為這樣引用就被認為對于這種引用的每個實施方式或任何特定權(quán)利要求是必要的，或者被認為是此種引用的每個實施方式或任何特定權(quán)利要求的一部分。
本文和所附權(quán)利要求中使用的某些術(shù)語是指特定組分。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，不同的人可以用不同名稱來指代組分。本文件不意圖區(qū)分名稱不同但功能相同的組分。
此外，術(shù)語“包括(including)”和“包括(comprising)”以開放的方式在本文和所附權(quán)利要求中使用，且因此應(yīng)解釋為意指“包括但不限于……”。此外，本文和所附權(quán)利要求中對以單數(shù)時態(tài)表示的組分和方面的引用不一定將本公開或所附權(quán)利要求限于僅一個此種組分或方面，而是應(yīng)當(dāng)被解釋為一般意指一或多個，如在每個特定情況下可能是合適且期望的。
提供描述和實例僅是為了說明本公開的優(yōu)選實施方式的目的，而不應(yīng)被解釋為對本公開的范圍和適用性的限制。盡管本公開的組合物在本文中描述為包含某些材料，但應(yīng)當(dāng)理解，所述組合物可以任選地包含兩種或更多種化學(xué)上不同的材料。此外，組合物還可以包含除了已經(jīng)引用的那些組分之外的一些組分。
在本公開和本詳述的概述中，每個數(shù)值可以被讀取為由術(shù)語“約”修飾，以及被讀取為不通過術(shù)語“約”修飾。此外，在本公開和本詳細描述的概述中，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)濃度范圍被列出或描述為有用、適合等時，應(yīng)認為已經(jīng)陳述所述范圍內(nèi)的任何和每個濃度，包括端點。例如，“1至10的范圍”應(yīng)被讀取為指示在約1與約10之間的閉聯(lián)集內(nèi)的每一個可能的數(shù)字。因此，即使所述范圍內(nèi)的具體數(shù)據(jù)點或甚至所述范圍內(nèi)的沒有數(shù)據(jù)點被明確地認定或僅僅提及幾個具體的數(shù)據(jù)點，但是應(yīng)當(dāng)理解，發(fā)明人理解和明白所述范圍內(nèi)的任何和所有數(shù)據(jù)點都將被認為已經(jīng)被指定，并且發(fā)明人擁有所述范圍內(nèi)的整個范圍和所有點。
此外，關(guān)于本文闡述的在511sec-1下測量的粘度使用帶有f1彈簧、b1測錘(bob)和r1轉(zhuǎn)子的fannmodel35型粘度計，在77°f(25℃)和1個大氣壓的壓力下以sec-1為單位的剪切速率來測量。在40sec-1下進行的粘度測量使用利用r1b5杯和測錘的高溫高壓grace5600在環(huán)境溫度下和在頁巖儲層中遇到的升高的溫度(240°f)下進行。振蕩剪切測量使用利用r1b5杯和測錘的grace5600在72°f下進行。
通過將含有不可混溶于水中的非水液體的非水漿料泵入儲層中可以在烴生產(chǎn)儲層中產(chǎn)生復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)。所述漿料可以用于由水平井筒和垂直井筒穿透的地層的壓裂。
非水漿料在處理非常規(guī)烴儲層地層中具有特別的適用性，所述非常規(guī)烴儲層地層諸如低滲透性或“緊密”地層，諸如頁巖、致密砂巖(通常具有約0.03至約2.0μm的孔喉尺寸)和煤層甲烷井。通常，這種地層的滲透率小于10md，更通常小于1md。在一個優(yōu)選實施方式中，非水漿料可以用于處理頁巖地層。
非水漿料包含不可混溶于水中的非水液體。非水漿料還具有交聯(lián)劑和油潤濕的表面活性材料。漿料還可以任選地含有具有或不具有粘土活化劑的親有機性粘土。
油潤濕的表面活性材料在非水漿料中的存在能夠延遲交聯(lián)劑與含水井處理流體中的膠凝劑的交聯(lián)反應(yīng)時間。盡管不意圖受任何理論束縛，但認為交聯(lián)時間的延遲歸因于表面活性材料對分散在非水漿料中的交聯(lián)劑的潤濕特性。通過實現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)時間的延遲，在將流體泵入井中期間降低液壓馬力。
交聯(lián)時間的增加使得在將流體泵入井筒中期間管道中的不必要的摩擦壓力最小化。高摩擦壓力是有問題的，因為它們需要更高的液壓馬力來使井壓裂，并且因此增加操作費用。
非水液體通常是烴衍生的油，并且優(yōu)選是非極性油。合適非極性油包括非極性烴油，包括c3-c20烴，包括烯烴。在一個優(yōu)選實施方式中，非極性油是精制油，諸如加氫處理的石腦油或萃余液油。其他油可包括礦物油或柴油。還可以使用植物油。
漿料的非水液體還可以是不可混溶于水中的非水液體。此類液體可以包括醇、酮、羧酸、脂肪酸、脂肪醇、胺、酰胺以及二硫化碳。
通常，漿料中的非水液體的量為約100至約500、優(yōu)選約200至235磅/桶(ppb)非水漿料。
交聯(lián)劑通常是硼酸鹽化合物或其他釋放硼的化合物。硼酸鹽交聯(lián)劑可以是任何硼酸鹽離子源并且包括有機硼酸鹽、單硼酸鹽、多硼酸鹽、礦物硼酸鹽、硼酸、硼砂、硼酸鈉(包括無水的或任何水合物)、硼酸鹽礦石(諸如硬硼鈣石或硼鈉鈣石)以及與有機化合物絡(luò)合以延遲釋放硼酸根離子的任何其他硼酸鹽，諸如美國專利5,145,590中所教導(dǎo)的。
通常，交聯(lián)劑是硼酸鹽，諸如十水硼酸鈉、十水四硼酸鈉、五水硼酸鈉、無水四硼酸鈉、偏硼酸鈉和四水八硼酸鈉以及其組合。在一個優(yōu)選實施方式中，硼酸鹽為四水八硼酸二鈉。通常，非水油含硼酸鹽漿料的約30至約250、優(yōu)選約65至約135、更優(yōu)選約83至約116ppb為硼酸鹽。
當(dāng)交聯(lián)劑是硼酸鹽時，油漿還含有分散在其中的親有機性粘土。親有機性粘土用作懸浮劑以保持硼酸鹽分散在油中并且提供交聯(lián)劑在分散體中的均一(或均勻)分布。
與油性表面締合并拒絕含水表面的親有機性粘土可以是純化蒙脫石粘土(諸如鋰蒙脫石、膨潤土、綠坡縷石、海泡石、蒙脫石等)和季銨鹽的反應(yīng)產(chǎn)物。它包括涂覆的粘土(或褐煤)，諸如涂覆有脂肪酸季胺的粘土。所述涂層賦予粘土在油中的分散性。示例性親有機性粘土包括在美國專利公開號20070197711和美國專利公開號20100305008中公開的那些，所述專利以引用的方式并入本文。本文包括有機膨潤土，例如elementisspecialties公司的
粘土可能需要在非極性油中活化。合適粘土活化劑包括碳酸丙烯酯、乙醇和其組合。當(dāng)存在時，粘土活化劑的量通常為按粘土重量計約15％至約75％、通常約25至約60％、更通常約40％至約50％。
油潤濕的表面活性劑有助于交聯(lián)劑通過非水液體的潤濕和/或分散。優(yōu)選的油潤濕的表面活性劑是具有吸收到交聯(lián)劑表面上的傾向的那些，并且包括陽離子表面活性劑以及非離子表面活性劑。
因此，油潤濕的表面活性材料具有疏水部分和對交聯(lián)劑具有強親和力的親水部分。盡管不受任何特定理論的束縛，但認為油潤濕的表面活性材料吸收到交聯(lián)劑的表面上，使得交聯(lián)劑在較長時間段內(nèi)變得油潤濕的。當(dāng)將非水漿料添加到水中時，交聯(lián)劑不立即溶解。交聯(lián)劑和膠凝劑的交聯(lián)因此被延遲。通常，可以存在90秒至3分鐘的延遲時間。所述延遲可以基于油潤濕的表面活性材料和非水漿料中油潤濕的表面活性材料的量來調(diào)節(jié)。因此，交聯(lián)劑和膠凝劑的瞬時交聯(lián)通過調(diào)節(jié)交聯(lián)劑的溶解時間而延遲；所述溶解時間由吸附在油涂層或油狀交聯(lián)劑上的油潤濕的表面活性材料來調(diào)節(jié)。
用于延遲膠凝劑與交聯(lián)劑的交聯(lián)的合適油潤濕的表面活性材料包括在油潤濕的表面活性材料的極性(親水)部分上具有一或多個羥基或羥基衍生物的那些油潤濕的表面活性材料。優(yōu)選地，油潤濕的表面活性材料具有多于一個的羥基、醚基和/或酯基。除了延遲交聯(lián)之外，表面活性成分還稀化了漿料的粘度。
非水漿料中的油潤濕的表面活性材料的量取決于所需的延遲時間和漿料的穩(wěn)定性所需要的粘度極限。所需要的延遲時間可以由井?dāng)?shù)據(jù)確定，并且所需的時間可以通過漿料中油潤濕的表面活性材料的濃度來調(diào)整。通常，分散在漿料中的非水液體成分的量為基于漿料的重量的約0.05至約10重量％、優(yōu)選約0.05至約30重量％。在一些實施方式中，優(yōu)選相對低的量，例如基于漿料的重量的0.05至10重量％、優(yōu)選約0.05至大于3重量％、更優(yōu)選約0.1至約1.0重量％。在其他實施方式中，優(yōu)選較高的量，例如基于漿料的總重量的10至30重量％。
優(yōu)選的油潤濕的表面活性材料包括多元酯，諸如脫水山梨糖醇酯(山梨醇的酯化脫水產(chǎn)物)。酯的脂肪酸部分通常衍生自具有約6至約30、優(yōu)選約12至約20個碳原子的脂肪酸。所述脂肪酸的典型實例為月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸和山萮酸。優(yōu)選的脫水山梨糖醇酯包括脫水山梨糖醇單油酸酯、脫水山梨醇單月桂酸酯、脫水山梨醇單棕櫚酸酯和脫水山梨糖醇三油酸酯。還優(yōu)選的是聚氧乙烯二醇脫水山梨糖醇酯(如hlb值為14或更高的那些)。合適聚氧乙烯二醇脫水山梨糖醇酯包括聚氧乙烯二醇脫水山梨醇六油酸酯和聚氧乙烯山梨醇六油酸酯。
也可以使用脫水山梨糖醇酯的乙氧基化物，其中一或多個羥基可以含有1至約20個氧乙烯單元，以及其混合物。實例包括poe(5)脫水山梨糖醇單油酸酯、poe(2)脫水山梨糖醇單油酸酯、poe(20)脫水山梨醇單月桂酸酯等。
其他優(yōu)選的油潤濕的表面活性材料包括植物或動物來源的烷氧基化(諸如乙氧基化、丙氧基化、乙丙氧基化(ethopropoxylated))甘油酯。合適單甘油酯、二甘油酯和三甘油酯可以衍生自豬油、牛脂、花生油、黃油、棉籽油、亞麻籽油、橄欖油、棕櫚油、棕櫚仁油、菜籽油、葡萄籽油、魚油、大豆油、蓖麻油、油菜籽油、椰干油或椰子油，并且包括1至60之間的合適烷氧基化單元的總數(shù)。優(yōu)選乙氧基化甘油酯。聚烷氧基化甘油酯中的烷氧基化單元的數(shù)量通常為1至約60。
烷氧基化甘油酯可以通過環(huán)氧烷(諸如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷，或者其混合物)將單甘油酯、二甘油酯和三甘油酯烷氧基化獲得；或通過甘油酯與聚亞烷基二醇的酯基轉(zhuǎn)移獲得。在一個優(yōu)選實施方式中，乙氧基化的單甘油酯或二甘油酯由以下制備：甘油；直鏈或支鏈c4-c30、優(yōu)選c10-c19、更優(yōu)選c12-c18脂肪酸；以及2至30個乙氧基和/或丙氧基單元，優(yōu)選2至10個乙氧基單元。在另一優(yōu)選實施方式中，乙氧基化甘油三酯包括以下的反應(yīng)產(chǎn)物：具有游離羥基的甘油三酯(諸如蓖麻油)；以及2至30個乙氧基和/或丙氧基單元，優(yōu)選2至10個乙氧基單元。在一個優(yōu)選實施方式中，烷氧基化甘油三酯的hlb在12至16之間
其他優(yōu)選的油潤濕的表面活性材料是c6-c30、優(yōu)選c8-c24、更優(yōu)選c10-c24的醇或酚(包括烷基、烷芳基和芳基取代的酚)的環(huán)氧烷加合物。環(huán)氧烷通常含有2至5個碳原子。此類表面活性成分包括月桂基聚氧乙烯二醇醚、硬脂基聚氧乙烯二醇醚、鯨蠟基聚氧乙烯二醇醚和壬基酚聚氧乙烯二醇醚。此外，表面活性材料可以包括直鏈或支鏈單羧酸的環(huán)氧乙烷加合物，并且所述加合物具有大于約13.5、優(yōu)選大于約14的hlb。
其他油潤濕的表面活性材料包括乙氧基化的一元醇或多元醇或其衍生物。優(yōu)選的是由用每摩爾醇約7至約10摩爾環(huán)氧乙烷乙氧基化的c9-c11烷基醇制備的那些乙氧基化一元醇或多元醇。此類表面活性材料包括十三烷醇乙氧基化物。
在一個更優(yōu)選的實施方式中，聚亞烷基二醇醚還有疏水嵌段和親水嵌段，每個嵌段優(yōu)選基于至少一個氧乙烯基或氧丙烯基，或者其混合物。此類表面活性材料的示例是在美國專利號6,395,686中闡述的那些，所述專利以引用的方式并入本文。
還優(yōu)選式r1o-(ch2chr2o)x-(ch2ch2o)y-(ch2chr3o)z-r4的反應(yīng)性表面活性材料，其中r1為8-30個碳原子的烷基、芳基、烷芳基或芳烷基芳基，r2是-ch2och2ch＝ch2(age)；r3是h、ch3或ch2ch3；r4是h或-so3m或-po3m，其中m是h或k、na、nh4、nr4、烷醇胺或其他陽離子物質(zhì)，并且x＝2-100；y＝4-200以及z＝0-50。此類反應(yīng)性表面活性材料在美國專利號9,051,341中闡述，所述專利以引用的方式并入本文。
非水漿料優(yōu)選為含有表面活性材料、硼酸鹽作為交聯(lián)劑和親有機性粘土的非水油基漿料?？梢酝ㄟ^首先將親有機性粘土添加到烴衍生油中以產(chǎn)生粘土富集油漿來生產(chǎn)油基漿料。當(dāng)必要時，可以將粘土活化劑添加到粘土富集的油漿中。通常，親有機性粘土和烴衍生油和粘土活化劑(當(dāng)需要時)在室溫下在混合器中混合，直到油混合物在511sec-1下變稠至超過12cp的粘度，并且優(yōu)選15cp以上。然后可以將油潤濕的表面活性材料添加到粘土富集的的油漿中，隨后添加硼交聯(lián)劑。油潤濕的表面活性材料和硼交聯(lián)劑可以直接添加到含有粘土富集的油漿和油潤濕的表面活性材料的混合器中。通常，本文所述的混合是在室溫下，溫度范圍由季節(jié)溫度決定。
非水漿料還可以包括ph調(diào)節(jié)劑(諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀和胺)和/或ph緩沖劑(諸如碳酸鉀)，以在交聯(lián)之前將含水井處理流體的ph調(diào)節(jié)至約9.5至11.5。
可以將非水漿料添加到含有膠凝劑的含水流體中。然后可以將所得流體作為壓裂流體泵入井中。通常，含水壓裂流體中膠凝劑的量為含水壓裂流體的約0.21至約1.05、更優(yōu)選約0.29至約0.84、最優(yōu)選約0.33至約0.50ppb。
可以首先將膠凝劑分散在不含水的漿料(“含膠凝劑的非水漿料”)中，而不是作為干粉末添加到含水流體中。然后可以將含膠凝劑的非水漿料與含有交聯(lián)劑的非水漿料一起添加到含水流體中，并且然后將所得的含水流體作為含水壓裂流體泵入井中。通常，含膠凝劑的非水漿料中膠凝劑的量為含膠凝劑的非水漿料的約至約185、優(yōu)選約160至約170ppb。在含水井處理流體中含有交聯(lián)劑的非水油漿與含膠凝劑的非水漿料的重量比通常為約1:25至約2:1，優(yōu)選約1:25至約1:1，更優(yōu)選約2.0:49.5至約15.8:17.2，例如約1:7至約1:2。
含膠凝劑的非水漿料含有非水液體和膠凝劑。優(yōu)選地，非水液體為油，諸如在包含交聯(lián)劑的油基漿料中使用的上面提及的油的任一種。含膠凝劑的非水漿料還優(yōu)選含有親有機性粘土。親有機性粘土可以是存在于含硼酸鹽的油基漿料中的任何親有機性粘土。盡管含硼酸鹽的油基漿料和含膠凝劑的油基漿料中的親有機性粘土通常是相同的，但是也可以使用不同的親有機性粘土。通常，含膠凝劑的非水漿料中親有機性粘土的量為含膠凝劑的非水漿料的約3.6至約7.5、優(yōu)選約4.5至約5.5ppb。
可以通過將親有機性粘土添加到油中來制備含膠凝劑的非水基漿料。油可以是在含有交聯(lián)劑的油基漿料中使用的油的任一種。當(dāng)必要時，可以將活化劑添加到粘土富集的油中。粘土可能需要在油中活化。合適粘土活化劑包括碳酸丙烯酯、乙醇和其組合。當(dāng)存在時，粘土活化劑的量通常為粘土重量的約15％至約40％，通常約25％。
此外，可以將水潤濕的表面活性材料添加到含膠凝劑的非水漿料中。水潤濕的表面活性材料通常在添加膠凝劑之前添加到油中。一旦將含膠凝劑的非水漿料添加到含水流體中，則水潤濕的表面活性材料有助于從膠凝劑的表面除去油，并因此促進膠凝劑的水合。
水潤濕的表面活性材料可以是非離子的、陰離子的、陽離子的或兩性的。合適水潤濕的表面活性材料的實例包括乙氧基化壬基酚表面活性材料、聚氧乙烯脫水山梨醇基表面活性材料、脂肪醇乙氧基化物(諸如十三醇乙氧基化物)等。當(dāng)存在時，含膠凝劑的非水漿料中水潤濕的表面活性材料的量為基于含膠凝劑的非水漿料的總重量的按重量計約0.1％至約10％、優(yōu)選約0.15％至約3％、更優(yōu)選約0.2％至約0.3％。
可以制備含有交聯(lián)劑和含膠凝劑的非水漿料的非水漿料并將其輸送到井場。含膠凝劑的非水漿料和含有交聯(lián)劑的漿料可以根據(jù)操作者的需要順序地在井場處的含水處理流體中混合。通常，在含水井處理流體中含有交聯(lián)劑的漿料與含膠凝劑的非水漿料的重量比為約1:25至約2:1，優(yōu)選約1:25至約1:1，更優(yōu)選約2.0:49.5至約15.8:17.2，例如約1:7至約1:2。優(yōu)選地，在井場處，可以將含有交聯(lián)劑的非水含水漿料添加到含有膠凝劑的含水流體中。在此類情況下，可以在添加含有交聯(lián)劑的非水漿料之前或之后將作為膠凝劑的干粉添加到井場處的含水流體中。
在含膠凝劑的非水漿料中的親有機性粘土、油和粘土活化劑中的任一種可以與含有交聯(lián)劑的非水漿料中的親有機性粘土、油和粘土活化劑相同或不同。在一個優(yōu)選實施方式中，含有交聯(lián)劑的非水漿料中的親有機性粘土、非水液體和粘土活化劑與含膠凝劑的非水油漿中的親有機性粘土、非水液體和粘土活化劑相同。
膠凝劑可與交聯(lián)劑交聯(lián)。
示例性的膠凝劑為水合性聚合物，并且包括多糖，諸如纖維素、淀粉和半乳甘露聚糖膠。合適纖維素和纖維素衍生物包括烷基纖維素、羥烷基纖維素或烷基羥烷基纖維素、羧烷基纖維素衍生物(諸如甲基纖維素)、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丁基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥丁基甲基纖維素、甲基羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羧乙基纖維素、羧甲基纖維素和羧甲基羥乙基纖維素。具體的半乳甘露聚糖膠和衍生的半乳甘露聚糖膠包括未衍生化的瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、羥乙基瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、羧甲基羥乙基瓜爾膠和羧甲基羥丙基瓜爾膠。優(yōu)選的是未衍生化的瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠。
其他合適多糖包括刺槐豆膠、他拉膠或胡蘆巴膠，或者其混合物。
膠凝劑的交聯(lián)可以在兩個步驟中完成。第一，為了水合，可以將處理流體的ph從約6.6至8.5的ph范圍增加至約9.5至約11.5的ph范圍用于交聯(lián)。ph的增加可以通過使用常用的堿，諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、胺諸如單乙醇胺、碳酸鉀，或者其混合物。第二，交聯(lián)劑是當(dāng)添加到含膠凝劑的非水漿料中時在30秒至3分鐘內(nèi)完全溶解的交聯(lián)劑。為了操作簡單，計量和混合最好通過將硼酸鹽的漿料分散體泵入油中來實現(xiàn)。
優(yōu)選的漿料是由分散在硼酸鹽的非溶劑中的硼酸鹽組成的那些。油中的硼酸鹽粉末的濃度取決于當(dāng)溶解在壓裂流體中時從鹽中釋放的硼的量。通常，當(dāng)添加到1000加侖壓裂流體中時，硼酸根離子濃度應(yīng)當(dāng)為每加侖漿料約200至1000ppm、優(yōu)選約250至800ppm。更優(yōu)選每1000加侖壓裂流體每加侖漿料350至600ppm硼酸根離子。這些粉末通常尺寸為70/140目。
在井場處，可以根據(jù)需要向流體添加井處理添加劑。此類添加劑可以包括一或多種阻垢劑、腐蝕抑制劑、生物殺滅劑、破膠劑、生物殺滅劑、穩(wěn)定劑、氣體水合物抑制劑、互溶劑、殺菌劑、石蠟抑制劑、瀝青質(zhì)抑制劑、鐵控制劑、相對滲透率改性劑、硫化物清除劑和其混合物。
在一個實施方式中，含水井處理流體中的烴基油的量為含水井處理流體約10-25ppb，含水井處理流體中的油潤濕的表面活性材料的量為含水井處理流體約0.03至約0.1ppb；含水井處理流體中的交聯(lián)劑的量為含水井處理流體約1至約4ppb；含水井處理流體中的親有機性粘土的量為每桶含水井處理流體約0.3至約1磅；并且含水井處理流體中的膠凝劑的量為含水井處理流體約7至約16.5ppb。
膠凝劑在含水井處理流體中的載量可以為約6至約40磅/1000加侖水，通常為約8至約15磅/1000加侖，并且更通常為約8至約12磅/1000加侖水。是膠凝劑的粘彈性使得在含水井處理流體中的低膠凝劑載量成為可能。
引入到井筒中的含水井處理流體的粘度在40sec-1下通常小于20cp，更通常在10cp和20cp之間。當(dāng)暴露于操作剪切應(yīng)力時，含水井處理流體的粘度快速降低。例如，在將流體引入井筒中之后，含水井處理流體的粘度在511sec-1下可以為約4至約9cp。當(dāng)交聯(lián)劑為硼酸鹽且非水液體為油時，在硼酸鹽交聯(lián)劑與水溶性膠凝劑交聯(lián)之后，交聯(lián)凝膠的粘度在40sec-1下可以為約200至2,000cp。
一旦在裂縫中，流體的熱稀化會降低粘度，使得高流體速度而不是粘度將支撐劑放置在裂縫中。(本文提及的支撐劑可以是本領(lǐng)域中任何公認的支撐劑，并且可以包括砂、鋁土礦、覆膜砂、覆膜鋁土礦、合成樹脂、覆膜樹脂，并且包括比重小于砂或鋁土礦的輕質(zhì)材料)例如，在形成交聯(lián)凝膠之后，在160°f以上的原位溫度條件下，流體的粘度在40sec-1下可以為10至20cp。在40sec-1下具有5至20cp的粘度但具有比負載減摩劑的平滑水或線性凝膠更大的粘度的稀化流體具有基本上比常規(guī)交聯(lián)流體粘度更低的粘度。因此，能夠更好地促進增加儲層中的產(chǎn)量所需的裂縫復(fù)雜性增長。
根據(jù)在原位條件下流體的熱稀化現(xiàn)象，含水井處理流體可以表征為“唇形變凝膠(lippinggel)”。如本文所用，術(shù)語“唇形變凝膠”(也稱為“舌形變凝膠(tonguinggel)”)是指當(dāng)使容納凝膠的容器傾斜45°-90°的角度時經(jīng)歷變形的可變形凝膠。凝膠的變形可以通過形成“唇形”或“舌形”來進行，所述凝膠的變形可以通過將容器返回到其直立位置而被收回到容器中。例如，硼酸鹽交聯(lián)劑和膠凝劑在烴基油漿中在高ph條件下的反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)的凝膠，熱稀化發(fā)生在約130°f以上。
與其中形成雙翼裂縫的傳統(tǒng)壓裂不同，在低滲透率儲層(諸如頁巖)的壓裂中，壓裂流體是裂縫中的低粘度流體。這使得能夠在相對短的時間段內(nèi)產(chǎn)生多個裂縫，即形成裂隙網(wǎng)絡(luò)。低滲透率儲層中的大多數(shù)壓裂是在水平井筒中。然而在常規(guī)壓裂中，壓裂流體保留在雙翼中，在低滲透率儲層的壓裂中，重要的是流體中的支撐劑被快速垂直地攜帶到井中，然后進入井的水平部分并穿過鉆孔。因此，需要流體的粘度在井的垂直部分中較低以使高摩擦壓力最小化，來使昂貴的泵送液壓馬力最小化，這是延遲交聯(lián)的重要性。在到達井的水平部分的跟部時，特別是表現(xiàn)出粘彈性特性的流體，需要更高的交聯(lián)粘度以沿著井的水平部分輸送或攜帶更大尺寸和更大量的支撐劑，并穿過將井連接到儲層的穿孔。一旦流體進入儲器，流體應(yīng)該熱稀化成低粘度流體(在40sec-1下維持10至40cp，通常小于20cp)以使其產(chǎn)生裂縫復(fù)雜性。
因此，含水井處理流體在復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)出比平滑水更高的粘度。由于自然的儲層溫度，流體的粘度快速降低。在130至140°f的高溫下，流體稀化回到大于線性凝膠(在511sec-1下至多6-7cp)本身的粘度，所述流體足夠稀以引發(fā)頁巖產(chǎn)量提高所需的二次裂縫和三次裂縫。
具有低載量的膠凝劑的含水壓裂流體還提供用于支撐劑輸送的優(yōu)良介質(zhì)。支撐劑懸浮在裂縫的近井部分中的壓裂流體中，直到熱稀化降低支撐劑攜帶能力。即使在膠凝劑的載量為6至8磅/1,000加侖(pptg)水的情況下也是如此。支撐劑在含有低載量的膠凝劑的流體中的輸送能力可歸因于流體的彈性(由是唇形變凝膠的流體證明)。
井處理流體幾乎十倍高于平滑水的粘度，所以提供了比平滑水操作更好的支撐劑放置。與井處理流體的低粘度相結(jié)合的交聯(lián)凝膠結(jié)構(gòu)還使得能夠?qū)⑴c平滑水提供的支撐劑相比更高量的支撐劑輸送到地層中。因此，將支撐劑放置到產(chǎn)生的裂隙網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的二次裂縫中更有效。因此，含水壓裂流體提供了輸送介質(zhì)，用于攜帶與平滑水工藝中的支撐劑相比更大體積的支撐劑穿過側(cè)面和鉆孔，但是仍然允許流體恢復(fù)到裂縫中的近滑水狀態(tài)。
與常規(guī)壓裂流體相比，本文公開的含水流體的使用減少了經(jīng)受壓裂操作的地下地層的損壞。由于油潤濕的表面活性材料降低了交聯(lián)劑被水潤濕的速度，所以交聯(lián)劑和膠凝劑之間的反應(yīng)由于油潤濕的表面活性材料在漿料中的存在而延遲。由于交聯(lián)劑和膠凝劑之間的反應(yīng)被延遲，所以需要較少的膠凝劑將支撐劑攜帶到地層中。通常在流體中的凝膠劑為約6至12pptg水。具有低的膠凝劑載量的流體減少了由膠凝劑的存在而引起的地層的損壞。
此外，由于通過熱稀化的粘度損失，具有低聚合物載量的壓裂流體比常規(guī)凝膠能耐受更大量的破膠劑。破膠劑通常包括在壓裂流體中以降低流體粘度，使得可以回收降解的壓裂流體，同時將支撐劑留在裂隙網(wǎng)絡(luò)中。破膠劑被設(shè)計來降解聚合物凝膠以防止支撐劑充填層中的凝膠殘余物相關(guān)的流動能力下降。常規(guī)的破膠劑包括強氧化劑，諸如過硫酸銨或過硫酸鈉、過氧化氫、過氧化鈣、過氧化鎂、叔丁基過氧化氫、氫過氧化枯烯和亞氯酸鈉。另外，破膠劑可以包括能夠降解半乳甘露聚糖多糖膠凝劑的酶。這些酶包括半纖維素酶、淀粉酶以及瓜爾膠特異性酶，諸如甘露聚糖酶。
破膠劑的類型和量通常在壓裂處理之前由實驗室測試確定。破膠劑的量，稱為破膠劑調(diào)度(schedule)，通?；赼pi的iso13503-1(以前稱為rp-39)中所述的流變學(xué)測試。理想地，流體中的破膠劑的量對于處理早期的壓裂流體的粘度具有最小的影響以允許支撐劑放置在裂縫中。對于130°f至180°f之間的溫度，可以以以0.25至2.0磅/1000加侖的濃度使用過硫酸銨或過硫酸鈉。可以通過用1份酶濃縮物將濃縮物(諸如elanco的高ph酶破膠劑)稀釋至299份(按體積計)并使用0.25至5.0gpt以濃縮物的稀釋形式來使用酶。在高于180°f的溫度下，壓裂流體中酶破膠劑的量可以是10重量％亞氯酸鈉溶液的0.25至5.0gpt。之后，破膠劑降解壓裂流體以得到最大的流體回收并且不存在可能引起支撐劑充填層中的流動能力下降的凝膠損壞。實際上，由于在處理操作早期的粘度損失，導(dǎo)致一些流動能力下降。這種粘度損失應(yīng)當(dāng)是不足以允許流體完全降解的量。
由于本文闡述的壓裂流體可能具有低聚合物載量，所以由于流體的熱稀化發(fā)生了顯著的粘度損失。因此，隨著裂縫的復(fù)雜性的增長，流體可以因此耐受大量的破膠劑。在這種情況下，在幾個管道體積的流體之后，鄰近鉆孔的井溫度通常比表面上的流體溫度高5°f至約20°f。較低的溫度防止氧化破膠劑活化，允許流體在不顯著影響粘度的情況下從表面輸送支撐劑，沿著側(cè)面并穿過鉆孔。一旦在裂縫中，熱稀化會降低流體的粘度，使得流體速度而不是粘度將支撐劑放置在裂縫中。具有5至20cp的粘度但具有比負載減摩劑的平滑水或線性凝膠更大的粘度的稀化流體具有基本上比常規(guī)交聯(lián)流體更低的粘度。這種較低的粘度能夠更好地促進裂縫復(fù)雜性并因此增加儲層的產(chǎn)量。這對頁巖儲層尤其如此。
由于通過熱稀化的粘度損失，超低聚合物壓裂流體可以比常規(guī)凝膠耐受更大量的破膠劑。通常，壓裂流體中破膠劑的量為基于壓裂流體總重量的約0.001至約0.024、優(yōu)選約0.003至約0.018、更優(yōu)選約0.006至約0.012。這種對破膠劑的耐受性促進較少的支撐劑充填損壞和較少的通過支撐劑充填層的流動功能下降，得到提高的油或氣的產(chǎn)量。
實施例
以下實施例說明了本公開的一些實施方式。考慮到本文闡述的描述，在本文權(quán)利要求的范圍內(nèi)的其他實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。預(yù)期本說明書和實施例僅被視為示例性的，其中本公開的范圍和精神由以下權(quán)利要求書指示。
除非另外指明，實施例中闡述的所有百分比均以重量單位給出。
實施例1.
使用閃電攪拌器，使用表1中限定的重量以從頂部到底部的添加順序制備漿料。將500ml自來水倒入waring混合器中。漿料制備如下：將1.0ml含有0.48g瓜爾膠的瓜爾膠漿料混合幾分鐘，直到膠被水合。用25％氫氧化鈉溶液將ph調(diào)節(jié)到ph10.0。然后將攪拌器速度調(diào)節(jié)至1300rpm以產(chǎn)生渦旋。將0.7ml交聯(lián)劑添加到溶液中，并啟動秒表。測量每種漿料制劑渦旋關(guān)閉所需的時間。這個測試表明，通過改變表面活性材料的載量可以控制交聯(lián)時間。(當(dāng)聚合物交聯(lián)并且凝膠強度或粘度增加時，混合器中的渦旋關(guān)閉。)
實施例中所有表面活性材料都是硼砂的油潤濕劑。
表1
實施例2.
使用閃電攪拌器并使用表2中限定的重量以從頂部到底部的添加順序制備漿料。在漿料制備之后，將250ml自來水倒入waring混合器中。將水處理為0.50ml含有0.24g瓜爾膠的瓜爾膠漿料，并且混合幾分鐘直到膠被水合。如表所示，用25％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph。然后將攪拌器速度調(diào)節(jié)至980rpm以產(chǎn)生渦旋。然后，將0.35ml交聯(lián)劑添加到溶液中，并啟動秒表。測量每種漿料制劑渦旋關(guān)閉所需的時間。這個測試表明，通過改變表面活性材料與表1相比的類型和載量，可以輕易地控制交聯(lián)時間。
表2
實施例3.
使用閃電攪拌器并使用表3中限定的重量以從頂部到底部的添加順序制備漿料。在漿料制備之后，將500ml自來水倒入waring混合器中。將水處理為1.0ml含有0.48g瓜爾膠的瓜爾膠漿料，并且混合幾分鐘直到膠被水合。如表所示，用25％氫氧化鈉溶液將ph調(diào)節(jié)至ph10.0。然后將攪拌器速度調(diào)節(jié)至1250rpm以產(chǎn)生渦旋。然后，基于表中所示的體積，向溶液中添加交聯(lián)劑并啟動秒表。測量每種漿料制劑渦旋關(guān)閉所需的時間。這個測試表明，通過改變漿料中表面活性材料的量和載量，可以輕易地控制交聯(lián)時間并且可以延長至長時間(如果需要的話)。
表3
實施例4.
使用閃電攪拌器并使用表4中限定的重量以從頂部到底部的添加順序制備漿料。在此表中，測試十水物和五水物的混合物來評價對不同類型的硼酸鹽的潤濕效果。在漿料制備之后，將500ml自來水倒入waring混合器中。將水處理為1.0ml含有0.48g瓜爾膠的瓜爾膠漿料，并且混合幾分鐘直到膠被水合。如表所示，用25％氫氧化鈉溶液將ph調(diào)節(jié)至約ph10.0。然后將攪拌器速度調(diào)節(jié)至1300rpm以產(chǎn)生渦旋。然后，基于表中所示的體積，向溶液中添加交聯(lián)劑并啟動秒表。測量每種漿料制劑渦旋關(guān)閉所需的時間。這個測試表明，通過改變漿料中表面活性材料的量和載量，可以輕易地控制交聯(lián)時間并且可以延長至長時間(如果需要的話)。
表4
實施例5.
使用閃電攪拌器并使用表5中限定的重量以從頂部到底部的添加順序制備漿料。在此表中，測試四水八硼酸鈉的混合物來評價對不同類型的吸附表面活性材料的潤濕效果。在漿料制備之后，將500ml自來水倒入waring混合器中。將水處理為2.5ml含有1.20g瓜爾膠的瓜爾膠漿料，并且混合幾分鐘直到膠被水合。如表所示，用25％氫氧化鈉溶液將ph調(diào)節(jié)至約ph10.0。然后將攪拌器速度調(diào)節(jié)至1300rpm以產(chǎn)生渦旋。然后，基于表5中所示的體積，向溶液中添加交聯(lián)劑并啟動秒表。測量每種漿料制劑渦旋關(guān)閉所需的時間。這個測試表明，通過改變漿料中表面活性材料的類型，可以輕易地控制交聯(lián)時間并且可以延長至長時間(如果需要的話)。
表5
實施例6.
水力壓裂流體被設(shè)計用于產(chǎn)生最佳裂縫幾何形狀，其長度和裂縫寬度允許支撐劑進入。流體還被設(shè)計用于將支撐劑從表面攜帶到裂縫，尤其是在采用可以為3000至6000英尺距離的廣闊水平側(cè)面的水平井中。與垂直井不同，在水平部分中，重力垂直于流體流動的方向，這些力導(dǎo)致砂沉降并在井筒中聚集。本實施例表明本發(fā)明的流體能夠在井的水平部分中輸送支撐劑。
向在waringtm混合器中混合的500ml自來水中添加1.5ml瓜耳膠，所述瓜爾膠以相當(dāng)于每1000加侖壓裂流體12磅瓜爾膠的濃度分散在礦物油中。將流體以1500rpm混合兩分鐘，然后用25重量％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至ph10.0。調(diào)節(jié)ph后，將所述流體用0.70ml實施例5制劑f20中限定的交聯(lián)劑和120g20/40northernwhitesand(比重2.65)處理，并在1300rpm下混合1分鐘。砂濃度相當(dāng)于2磅/加侖。
混合后，將負載沙子的凝膠在72°f下倒入500ml的量筒中并啟動計時器。相比之下，將砂下降與相同濃度下但不交聯(lián)的瓜爾膠聚合物溶液進行比較。所述下降為2.5秒15英寸或359”/min。這些數(shù)據(jù)在表6中報道。此數(shù)據(jù)表面基于超低聚合物的交聯(lián)壓裂流體可以比沒有交聯(lián)的僅聚合物的溶液更有效地充分輸送支撐劑。
表6
實施例7.
向在waringtm混合器中混合的500ml自來水中添加1.0ml瓜耳膠，所述瓜爾膠以相當(dāng)于每1000加侖壓裂流體8磅瓜爾膠的濃度分散在礦物油中。將流體以1500rpm混合兩分鐘，然后用25重量％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至ph10.0。調(diào)節(jié)ph后，將所述流體用0.80ml實施例5制劑f20中限定的交聯(lián)劑和120g20/40northernwhitesand(比重2.65)處理，并在1300rpm下混合1分鐘。砂濃度相當(dāng)于2磅/加侖?；旌虾?，將負載沙子的凝膠在72°f下倒入500ml的量筒中并啟動計時器。相比之下，將砂下降與相同濃度下但不交聯(lián)的瓜爾膠聚合物溶液進行比較。所述下降為1.5秒15英寸或600”/min。這些數(shù)據(jù)在表6中報道。此數(shù)據(jù)表面基于超低聚合物的交聯(lián)壓裂流體可以比沒有交聯(lián)的僅聚合物的溶液更有效地充分輸送支撐劑。
實施例8.
向在waringtm混合器中混合的500ml自來水中添加2.0ml瓜耳膠，所述瓜爾膠以相當(dāng)于每1000加侖壓裂流體16磅瓜爾膠的濃度分散在礦物油中。將流體以1500rpm混合兩分鐘，然后用25重量％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至ph10.0。調(diào)節(jié)ph后，將所述流體用0.80ml實施例5制劑f20中限定的交聯(lián)劑處理，并在1300rpm下混合1分鐘。混合后，將65ml凝膠注射到grace5600樣品杯中，并在72°f和環(huán)境壓力下放置在流變儀上。然后使凝膠在5％應(yīng)變下在5分鐘時間內(nèi)經(jīng)受頻率為0.1至4hz的振蕩剪切。將掃描重復(fù)6次，以評價交聯(lián)密度的變化。這些通過存儲模量g'以及損失或粘性模量g”的變化來檢查。此流體被指定為流體a，且結(jié)果示于表7中。作為比較，將本發(fā)明的流體與用相同聚合物濃度和ph但使用常規(guī)交聯(lián)劑制備的凝膠進行比較，所述常規(guī)交聯(lián)劑由0.5ml延遲交聯(lián)劑、分散在甲酸鉀溶液中并且可從tbcbrinadd作為fracsalultra獲得的硼鈉鈣石、以及0.4ml由2％硼組成并且可從independenceoilfieldchemicals作為xlw-b2獲得的表面硼酸鹽交聯(lián)劑組成。此常規(guī)流體在表7中被指定為流體c。
表7
這個數(shù)據(jù)表明，新的新穎流體在短時間和長時間交聯(lián)間隔中都比常規(guī)流體更具粘彈性。
盡管不受理論的束縛，但申請人相信，油漿中的油潤濕的表面活性材料增加了水從硼酸鹽顆粒的表面置換油然后將硼酸鹽溶解在水中以影響聚合物的交聯(lián)時間。
雖然已經(jīng)參照具體細節(jié)描述了本發(fā)明，但是除了它們包括在所附權(quán)利要求書中的程度之外，并不意圖將此類細節(jié)視為對本發(fā)明的范圍的限制。
根據(jù)前述內(nèi)容，將觀察到，在不脫離本公開的新型概念的真實精神和范圍的情況下，可以實現(xiàn)許多變化和修改。