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用二氧化碳基液體壓裂法以刺激油井的制作方法

文檔序號:90594閱讀:379來源:國知局
專利名稱:用二氧化碳基液體壓裂法以刺激油井的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種用二氧化碳基液體,在被鉆井鉆洞穿透過的地下儲層施行壓裂法,尤其是關(guān)于用一種基本上不含水的兩相流體壓裂地下儲層。
處理被鉆井鉆洞穿透過的地下儲層以刺激其生產(chǎn)烴基或增加接受注入液體的能力是已知甚久的工藝,一種最通用的使含烴儲層增加產(chǎn)量的方法是壓裂處理該儲層。處理方法是以足夠的壓力及流速注入一液體,氣體或兩相流體(一般稱為壓裂液)進(jìn)入鉆井洞,壓裂地下貯層??捎玫闹挝镔|(zhì)有沙、細(xì)礫石、燒結(jié)鋁土,玻璃珠等等,均可注入壓裂縫中將其撐開。撐開了的裂縫提供較大的流通孔道,可供較大量的烴流通,由此增加了井的生產(chǎn)力。
傳統(tǒng)的壓裂技術(shù)是利用一種水基或油基流體來壓裂一含烴的貯層。
另一成功的壓裂技術(shù)被人稱為“泡沫 壓裂法”。例如美國專利第3,980,136描述的,就是這過程。概括地說,這過程包括生產(chǎn)出合乎要求的“密切爾(Mitchell)質(zhì)量”泡沫,再通過鉆井洞,將之注入要壓裂的貯層。泡沫成份要使鉆井底部的Mitchell泡沫質(zhì)量為大約0.53至0.99之間??梢杂酶鞣N氣體和液體來產(chǎn)生泡沫,但這工藝常用的泡沫都是由氮?dú)夂退a(chǎn)生,亦加了一適合的表面活性劑。將泡沫泵入鉆井的壓力是需要能夠在含烴貯層產(chǎn)生壓裂縫。此外,由于減少壓力會令泡沫膨脹,當(dāng)在井頂宣泄壓力后,泡沫很容易從井內(nèi)逸出。
另一壓裂技術(shù)是用一種液化(通常是氣體的)流體。例如美國第3,195,634號專利,透露一種用二氧化碳和水的液體-液體混合物處理被鉆井洞穿過的地下貯層。二氧化碳存在的份量是相等于每42加侖水內(nèi)有300至1500標(biāo)準(zhǔn)立方呎(于80°F及14.7psia壓力)。這成份以足夠壓力注入,以壓裂貯層。配方可以包括膠凝劑和支撐物質(zhì)。井頂減壓后,液態(tài)二氧化碳會氣化并由貯層內(nèi)流出。
美國第3,310,112號專利透露一壓裂被鉆井洞穿過的地下貯層的方法,以足夠壓裂貯層的壓力注入已在適當(dāng)裝置中混成淤漿狀的液態(tài)二氧化碳與支撐物質(zhì)的混合體。二氧化碳存在的份量至少足夠?qū)γ糠?體積)淤漿支撐物質(zhì)供應(yīng)五份(體積)二氧化碳。在注入含有支撐物質(zhì)的液態(tài)二氧化碳后,于井頂減壓。通常貯層都充份地將二氧化碳加熱。使得在減壓后,液態(tài)二氧化碳回復(fù)為氣相。接著,相當(dāng)部份的二氧化碳離開鉆井,帶走或驅(qū)走不少運(yùn)輸支撐物質(zhì)的油或液態(tài)載體。
美國第3,368,627號專利透露一處理被鉆井洞穿過的貯層的方法,基本上是注入鉆井洞內(nèi)的一恒沸點(diǎn)混合物,它的臨界溫度足夠高,或是臨界壓力足夠低,因此在注入及處理時(shí)的溫度和壓力下,都能保持液態(tài)。這流體混合物的臨界特性是,當(dāng)注入貯層的壓力一旦被減去時(shí),相當(dāng)部分的注入流體便會變成氣體。這流體混合物基本上是由二氧化碳及至少一種C2至C6的碳?xì)浠衔锼M成。
美國專利第3,664,422號透露一種被鉆井洞穿過的地下貯層的處理方法,是于足夠壓裂貯層的壓力下,注入一種液化氣體及一種膠凝了的醇進(jìn)入貯層內(nèi)。鉆井洞減壓后,液化氣體氣化,離開貯層。隨后的油井生產(chǎn)則以氣化方法,除去膠凝的醇,遺留下破壞的膠凝劑于貯層內(nèi)。
如能提供一個(gè)方法,由二氧化碳產(chǎn)生粘滯流體,并在寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定,而又能攜帶高濃度的支撐物質(zhì)進(jìn)入地下貯層的大致上不含水的流體,將是很理想的事。
本發(fā)明是關(guān)于壓裂鉆井洞穿過的貯層的方法和所用流體,及輸送更高濃度的支撐物質(zhì)進(jìn)入其內(nèi)。這方法及所用流體可增加流體透入貯層的深度,減少流體向貯層的漏失,又能攜帶高濃度的支撐物質(zhì)而不令支撐物在壓裂液內(nèi)沉降。本發(fā)明的壓裂液是穩(wěn)定了的液化二氧化碳和一在地面上是基本無水的流體的液體-液體乳狀液,又當(dāng)貯層熱力將乳狀液加溫至高于二氧化碳的臨界溫度時(shí),這乳狀液將變成液包氣的泡沫。這些壓裂液包含約30%至超過95%體積的二氧化碳。這壓裂液含有一種可穩(wěn)定乳狀液及泡沫和防止其被破壞的表面活性劑,又可包括支撐物質(zhì)等等。
用本發(fā)明的方法產(chǎn)生的乳狀液及泡沫性質(zhì)優(yōu)良就是二氧化碳體積對流體中的二氧化碳加上基本無水液體的體積的比率很高,而乳狀液和泡沫的粘度都足夠運(yùn)輸相當(dāng)濃度的支撐物質(zhì)。用本發(fā)明方法產(chǎn)生的乳狀液,有一個(gè)精細(xì)的基本單元尺度分布或組織,其穩(wěn)定性足夠?qū)⒅挝镔|(zhì)的濃度維持于每加侖乳狀液十五磅或以上的水平。
在實(shí)用本發(fā)明時(shí),壓裂液是在適合的溫度和壓力下,將液化的二氧化碳,基本無水的液體及一表面活性劑混成一穩(wěn)定的液體-液體乳狀液而得。
液化二氧化碳的供應(yīng)是來自一地面容器,其溫度及壓力都足夠?qū)⑼ǔJ菤鈶B(tài)的二氧化碳維持液態(tài),例如0°F左右的溫度,和大約300psia的壓力。液態(tài)二氧化碳與無水液體混合,所需的份量以液體二氧化碳與無水液體的體積比例計(jì),要在約1∶2至約19∶1之范圍內(nèi)。又以比率由約2∶1至4∶1比較好。由乳狀液產(chǎn)生的泡沫,量最好是大約65%至超過80%。這里的“質(zhì)量”一詞是指于存在溫和壓力下,貯層內(nèi)二氧化碳的體積,對二氧化碳加基本無水流體加其他壓裂液內(nèi)液體成份等等的體積的百分比率。
這基本上無水的流體包含乙二醇和~碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。這由兩種牛頓液體組成的流體表現(xiàn)出假塑性特性。這碳?xì)浠衔飫t可包含例如煤油、柴油機(jī)燃料、噴氣發(fā)動機(jī)燃料、輕質(zhì)或提煉過的原油等。乙二醇與烴的混合比例是由大約1∶3至2∶1。乙二醇可以包含大約25%至70%體積的無水流體,又以含有大約40%至60%體積的無水流體為更佳。
碳?xì)浠衔锟梢园蠹s30%至70%體積的無水流體,又以包含大約40%至大約60%體積的無水流體為更佳。
本發(fā)明的壓裂液的組成特征為乙二醇的份量是流體的液體部份總重量的1%至50%,烴的份量是流體的液體部份重量的1%至55%,表面活性劑的份量是要足夠穩(wěn)定壓裂液,二氧化碳的份量是壓裂流體體積的30%至95%。
一般相信烴可與液體二氧化碳混溶,又提供位置或種子結(jié)構(gòu),讓液態(tài)二氧化碳的微細(xì)小滴得以在乙二醇中形成。
液態(tài)二氧化碳與基本無水的流體的混和,可在加壓混和器或其他適當(dāng)裝置內(nèi)進(jìn)行。較佳實(shí)施方案是將二氧化碳和基本無水液體,于壓裂液注射管道的簡單“T”狀交接處,以湍動的交接混成乳狀液。乳狀液的溫度將約略低于二氧化碳的臨界溫度??蓪⒁欢〝?shù)量選出的表面活性劑加入液體-液體乳狀液內(nèi),將其穩(wěn)定。表面活性劑的成份,可以是任何能與乙二醇及烴形成一穩(wěn)定乳混液的適當(dāng)化合物,但它必須能與二氧化碳穩(wěn)定地同存。表面活性劑可以包括陽離子、陰離子或非離子化合物,例如甜菜堿、硫酸化烷氧化合物例如被2至10摩爾的環(huán)氧乙烷所烷氧化的C8至C18的烴、烷基季胺、烷基二乙醇胺、烷氧基化的線性醇,例如被12至40摩爾的環(huán)氧乙烷或氧化烷基胺所乙氧基化的C8至C18的烴。所選擇的表面活性劑是視所要壓裂的貯層的種類而定。將約10至50加侖的表面活性劑與每1000加侖的無水流體混合,得到濃度約為1%至5%重量的表面活性劑溶液。應(yīng)該明白可以用更大量的指定的表面活性劑,但這不經(jīng)濟(jì)。在形成乳狀液之前,先把表面活性劑與基本無水液體混和是較佳做法,因這樣可混和得更均勻。
所形成的穩(wěn)定乳混液的特點(diǎn)是基本單元尺度分布精細(xì)或組織精細(xì)。這里所用“基本單元尺度”一詞是指乳狀液內(nèi),被基本無水液相所包圍的液或氣態(tài)二氧化碳小滴的尺度(大小)?!敖M織”一詞,是指乳狀液內(nèi),散布著的氣態(tài)或液態(tài)二氧化碳基本單元的一般狀態(tài)。本發(fā)明的乳狀液精細(xì)組織可運(yùn)輸高濃度的支撐物質(zhì)。
所形成的粘滯基本無水流體,可用來將數(shù)量不少的支撐物質(zhì),運(yùn)輸至與二氧化碳的混合處。支撐物質(zhì)可包括例如砂、已分級礫石、玻璃珠、燒結(jié)鋁土、包了樹脂的砂等。
支撐物質(zhì)是在與粘滯流體混和后,才與液態(tài)二氧化碳混合的。支撐物質(zhì)與粘滯流體,可于任何適合的混合器內(nèi)混和,例如分批混合器。
與粘滯流體混合的支撐物質(zhì)的份量可加以改變,使被注入貯層的兩相流體內(nèi)有理想的支撐物劑量。支撐物質(zhì)與粘滯基本無水流體的混合份量,可以由每加侖粘滯劑0磅支撐物質(zhì),有至所能泵動的,每加侖粘滯流體的最高支撐物質(zhì)磅數(shù)為限。視貯層內(nèi)條件,這兩相流體于地下貯層所能運(yùn)輸?shù)闹挝镔|(zhì),通??梢允敲考觼鰞上鄩毫岩?1/2 磅至15磅,而不需要篩去。
本發(fā)明的壓裂液注進(jìn)被鉆井洞穿透的地下貯層時(shí),溫度是低于二氧化碳的臨界溫度,而壓力是高于二氧化碳的臨界壓力。組成壓裂液的液體-液體乳狀液的起始粘度應(yīng)使流體容易地被泵過鉆井洞,但仍足夠支持大量的支撐物質(zhì)。
壓裂液被注進(jìn)地下貯層后,將被緩慢加熱至二氧化碳的臨界溫度之上。意外的是,當(dāng)這穩(wěn)定的液體-液體乳狀液被加熱至二氧化碳的臨界溫度之上時(shí),流體并仍保持其粘滯度并轉(zhuǎn)變成泡沫。這泡沫和乳狀液都是被存在于壓裂液內(nèi)的表面活性劑所穩(wěn)定住。當(dāng)液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)變成氣體時(shí),二氧化碳的體積稍微增加。這里的“氣體”一詞,是指保持在任何給定壓力下,處于等于或高于其臨界溫度下的流體。在本發(fā)明的穩(wěn)定液體-液體乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?,泡沫保持穩(wěn)定,繼續(xù)將支撐物質(zhì)運(yùn)輸入泡沫壓裂液造成的壓裂縫內(nèi),其有效性至少與其他粘滯流體一樣。已發(fā)現(xiàn)當(dāng)泡沫剛生成后,其粘度基本上與液體-液體乳狀液相同。泡沫顯著地降低了液體向儲層中的泄漏,但當(dāng)只采用液體壓裂流體時(shí),泄漏是要發(fā)生的。本發(fā)明的壓裂流體的低流體損失特性,與液體壓裂流體相對比,在一定的壓裂液體積和注入速度時(shí),具有較大的體積效率。
在注入全部計(jì)算或估計(jì)需要的用來壓裂貯層及運(yùn)輸支撐物質(zhì)的壓裂液后,鉆井洞被關(guān)閉起來,時(shí)間之久暫要足夠讓地下貯層穩(wěn)定下來。在一個(gè)實(shí)施方案中,是將鉆井關(guān)閉一段時(shí)間,至讓貯層部份地關(guān)攏在支撐物體上并使裂縫體積穩(wěn)定下來。關(guān)閉時(shí)間可以是由數(shù)分鐘至超過約12小時(shí),最好是一至二小時(shí)。在地下貯層穩(wěn)定后,有節(jié)制地開放鉆井洞,井洞內(nèi)的減壓將破壞泡沫。接著,二氧化碳?xì)怏w離開貯層,進(jìn)入鉆井洞,于地面處離開井洞。氣體大致上將所有存在于壓裂區(qū)內(nèi)的液體帶走,留下清潔的貯層及油井,可以馬上開始生產(chǎn)。
奇怪的是,我們發(fā)覺如果在本發(fā)明的壓裂液內(nèi)如有較大量的任何較低分子量的醇存在的話,將十分不利。醇的存在將大為降低本發(fā)明的壓裂液的靜態(tài)穩(wěn)定性。壓裂液的粘度亦大為減低。因此,低分子量的醇的存在對本發(fā)明的壓裂液通常都不利。
雖然通常不利,但本發(fā)明的壓裂液成份可含有小量的水相流體。在需要時(shí),壓裂液內(nèi)可含0至10%重量的水相液而不甚影響其功用。在某些情況下,含有少量水相液可能更有利。已發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的壓裂液內(nèi)含有少量水相液的話,可明顯增加流體的粘度。因此,在適當(dāng)情況下,可用小量的水相流體取代一部份壓裂液中的乙二醇,而不降低壓裂液的粘度。此外,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)少量的水相液(例如水),在應(yīng)用壓裂液時(shí)存在于貯層內(nèi),或存在于壓裂液的攪拌設(shè)備內(nèi),對處理地下貯層方面的功能并無壞影響。
以下的例子可更清楚闡明本發(fā)明的方法,但本發(fā)明并不局限于此。
實(shí)例一進(jìn)行下列試驗(yàn)以闡明這液體-液體乳狀液的穩(wěn)定性。
將960毫升的乙二醇,960毫升的煤油或二號柴油,和80毫升的表面活性劑(含有被3摩爾的環(huán)氧乙烷所乙氧基化的硫酸化C12至C14線型醇的銨鹽)混合,制成-基本無水的流體混合劑。用一雙泵系統(tǒng),同時(shí)將液態(tài)二氧化碳及基本無水流體混合物,泵進(jìn)一壓力為1000psi、溫度為75°F的循環(huán)圈粘度計(jì)內(nèi)。調(diào)整泵進(jìn)速度,使二氧化碳與無水流體的比率合乎需要,提供所選擇質(zhì)量的乳狀液。
將乳狀液于粘度計(jì)內(nèi)循環(huán)大約5分鐘,制出大致達(dá)到平衡的流體。用每秒500的剪切速率量度乳狀液的粘度,跟著測量靜止流體的穩(wěn)定性。靜止流體穩(wěn)定性的量度方法,是將粘度計(jì)觀察室底部的開關(guān)活門關(guān)上,再量度分離乳狀液所需的時(shí)間。結(jié)果如下表所示表1在500秒-1靜止穩(wěn)定性樣品號碼 乳化劑質(zhì)量%的表現(xiàn)粘度厘泊 分鐘1 601192 202 401177 253 301172 504 602220 185 502201 356 402172 331、含有煤油的乳狀液2、含有2號柴油的乳狀液實(shí)例二進(jìn)行下列試驗(yàn),以說明低分子量的醇對含本發(fā)明成分的流體的物理特性所造成的不利影響。
依照例一制出有如下成份的流體第1號流體-12.3%乙二醇,22.8%煤油,1.5%表面活性劑(含有被3摩爾的環(huán)氧乙烷所氧基化的硫酸化C12至C14線型醇的銨鹽),1.4%甲醇和62%液態(tài)二氧化碳。
第2號流體-25.1%乙二醇,27.8%煤油,2.3%如上的表面活性劑,2.8%甲醇和42%液態(tài)二氧化碳。
用例1的方法,量度流體的粘度和靜止穩(wěn)定性。結(jié)果示于下表表2在500Sec-1的靜止穩(wěn)定性流體號碼 乳化劑質(zhì)量%表現(xiàn)粘度 厘泊 分鐘1 62 69 42 42 58 5這些數(shù)據(jù)明顯表示出低分子量的醇,對具有本發(fā)明成分的乳狀液的粘度和靜止穩(wěn)定性,都有不利影響。
這些實(shí)驗(yàn)清楚顯示出,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐,乳混劑所能達(dá)到的實(shí)質(zhì)穩(wěn)定性。試驗(yàn)制成的泡沫的穩(wěn)定性亦同時(shí)顯示出,地下貯層將二氧化碳加熱至臨界溫度之上時(shí),形成的泡沫亦有高度穩(wěn)定性。
用于本發(fā)明的乳狀液和泡沫等的“穩(wěn)定”或“已穩(wěn)定”等詞,意思是指流體的物理及功能特性,將于一段時(shí)間內(nèi)保持不變,足夠有效地將地下貯層用本法處理。
權(quán)利要求
1.一種壓裂被鉆井洞穿過的地下貯層的方法,包括將乙二醇、液態(tài)二氧化碳和一表面活化劑混成穩(wěn)定乳狀液,此乳狀液是由約30%至約多過95%體積的二氧化碳所組成,此乳狀液內(nèi)所含的表面活性劑有足夠份量以穩(wěn)定該乳狀液;將此乳狀液注入被鉆井洞穿透的地下貯層,注入溫度低于二氧化碳的臨界溫度,壓力則足以使二氧化碳維持液態(tài);將乳狀液維持一段足夠時(shí)間,使貯層得以將乳狀液加熱至二氧化碳的臨界溫度之上,從而生成一穩(wěn)定泡沫,此剛生成的泡沫的粘度基本上是和乳狀液的粘度一樣;以及用該泡沫壓裂地下貯層。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法,其中所述的表面活性劑是選用下列化合物的至少一種一種甜菜堿,一種硫酸化烷氧化合物、一種乙氧基化線性的醇、一種烷基季胺、一種烷基二乙醇胺、和一種氧化烷基胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法,其中所述的表面活性劑的濃度約為該液體重量的1%至5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或3的方法,其中所述的液體亦含有從柴油機(jī)燃料、煤油、噴氣式發(fā)動燃料、提煉過的或是輕質(zhì)的原油中間選出的一種碳?xì)浠衔铩?br>5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4中任一項(xiàng)的方法,其中所述的乳狀液含有一種支撐物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法,其中所述的支撐物質(zhì)的存在份量是由大均每加侖 1/2 磅至每加侖15磅(以乳狀液體積計(jì)),即是0.06克/毫升至1.8克/毫升。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1至6的方法,其中所述的乙二醇占該液體體積的25%至70%。
專利摘要
一種用穩(wěn)定的泡沫壓裂液壓裂地下貯層的方法,此壓裂液的組成是30%至超過95%體積的二氧化碳,余下的是一實(shí)際無水液體和一被挑選出的表面活性劑。通過一個(gè)慣穿地下貯層的鉆井洞注入一穩(wěn)定了的內(nèi)含二氧化碳的液體-液體乳狀液,在現(xiàn)場生成泡沫。在注二氧化碳進(jìn)鉆井洞的過程中控制乳狀液溫度和壓力,使二氧化碳維持液相。接著,地下貯層將二氧化碳加熱至88(31℃),此時(shí)已穩(wěn)定了的乳狀液便會自發(fā)地形成一高質(zhì)量穩(wěn)定的泡沫。
文檔編號E21B43/27GK85102151SQ85102151
公開日1987年2月18日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者霍爾特米亞, 亨特, 哈里斯 申請人:哈利伯頓公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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