井壓裂用泡沫增強(qiáng)支撐劑的制作方法
【專利說明】井壓裂用泡沬増強(qiáng)支撐劑
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請要求了 2012年10月18日提交的美國臨時申請第61/715，351號的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)通過多種方式實(shí)現(xiàn)了在固體表面生成各種尺寸的充氣泡沫，包括納米和/或微米尺寸的泡沫。例如，對液體中包含的微米泡沫施加物理刺激以使微米泡沫突然收縮以形成納米泡沫。可選地，納米泡沫可通過一種納米泡沫生成噴嘴產(chǎn)生，該噴嘴能夠通過讓氣體流入流動液體來產(chǎn)生納米泡沫而無需獨(dú)立的混合泡沫的設(shè)備。還可以使用穿過多孔介質(zhì)過濾的方法來生成納米泡沫。
[0003]在由頁巖或其他“致密氣”形式生產(chǎn)天然氣的過程中，水力壓裂(或“壓裂”)用來破碎井筒周圍的巖石并減小對氣流的阻力。所述壓裂技術(shù)通常需要向井中注射大量的類似于氮基泡沫的壓縮性較好的流體，或類似于二氧化碳基泡沫或其他水基或烴基流體(例如，液化石油氣液體)的壓縮性較差的流體。所述流體以高壓栗入井下(downhole)以在井筒(well bore)周圍形成可破碎巖石并產(chǎn)生裂縫的巨大的壓縮力，并且還有效地?cái)y帶支撐劑(proppant)(小而硬的固體顆粒，例如砂子)至所述裂縫中以防止裂縫在壓力釋放時閉合。使用常規(guī)(垂直)和非常規(guī)(水平)鉆井技術(shù)可將流體栗入地表以下10000到20000英尺的深度。理想的壓裂液必須能夠長距離并以懸浮狀態(tài)攜帶支撐劑(通常為每加侖0.2到5鎊)以確保最優(yōu)化的鋪置和用來使油和/或氣流過井筒并隨后到表面的有效壓裂網(wǎng)絡(luò)的生成。由于所述支撐劑的比重超過了所述壓裂液的比重，因此這可能是具有挑戰(zhàn)性的。
[0004]影響從井中生產(chǎn)的油和氣的參數(shù)之一是當(dāng)支撐劑置于裂隙時其排布的傳導(dǎo)性。這是與支撐劑在壓裂液中的負(fù)載和分布直接相關(guān)的，也與所述混合物滲入小尺寸裂縫直接相關(guān)，并且具體來說，與其滲入通過亞毫米級寬度和高度以及常常相當(dāng)重要的長度來表征的二級壓裂網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)。能夠使用所述二級壓裂網(wǎng)絡(luò)可使烴類產(chǎn)量增加最多達(dá)15%。支撐劑的不均勻分布造成支撐劑位置的不可控，這可能會輕易地阻塞通道。
[0005]舉例來說，一種理想的流體/支撐劑混合物可包含減少的均勻分布的支撐劑以使其在裂縫中均勻鋪置。單層的支撐劑顆?？赡茏阋员３至芽p開放同時提供最佳傳導(dǎo)性。這要求支撐劑具有更低的比重以確保均勻的分布，傳遞和鋪置并且具有耐高強(qiáng)度/破碎性以承受高地層壓力/閉合壓力。
[0006]目前，世界范圍內(nèi)的支撐劑市場大約為每年170億鎊，其中99%由砂子、樹脂包覆的砂子和陶瓷支撐劑組成。對于非常深的井，會使用超強(qiáng)支撐劑(例如，鋁土礦)，但是它們更昂貴并具有更高的比重，這使得它們更難懸浮于壓裂液中。盡管付出了大量的努力去開發(fā)輕質(zhì)和超輕質(zhì)的強(qiáng)支撐劑，這些支撐劑中的大部分應(yīng)用受限并保持過高的成本。因此，具有更小直徑的，球形的砂粒仍為最優(yōu)選和有成本效益的的解決方案。
[0007]因此，期望能夠通過分別使用常規(guī)的和非常規(guī)的壓裂液例如滑溜水和二氧化碳/氮?dú)馊橐?泡沫以使減載支撐劑更均勻地分布，傳遞和鋪置。
[0008]本發(fā)明是一種用于生產(chǎn)加強(qiáng)支撐劑及使其在壓裂液中懸浮的方法。穩(wěn)定的充氣泡沫，包括納米泡沫和/或微米泡沫，是在支撐劑顆粒表面原位生成的，并且這些改性的支撐劑顆粒可以與常規(guī)水基壓裂液(例如，滑溜水(slick water))，烴基壓裂液例如液化天然氣(LNG)或液化石油氣(LPG)和/或增能壓裂液(二氧化碳/氮?dú)馊橐汉?或泡沫)一起使用。充氣泡沫能減小支撐劑顆粒的有效比重，并且能使壓裂液中的支撐劑更均勻分布并傳遞到小尺寸裂縫中，尤其是二級壓裂網(wǎng)絡(luò)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]這一目標(biāo)可通過一種在支撐劑顆粒表面形成充氣泡沫的方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:在操作壓力下將支撐劑顆粒置于水中，以等于或大于操作壓力用一種氣體向水中加壓使支撐劑顆粒周圍或附近形成飽和狀態(tài)，以及從水中釋放多余的壓力至操作壓力水平。
[0010]所述操作壓力通常為每平方英寸8000到12000磅(psi)。
[0011 ] 可以使用的支撐劑顆粒選自由砂子、樹脂包覆的砂子、陶瓷、中空陶瓷和鋁土礦，以及它們的混合物構(gòu)成的組。
[0012]用于向水和/或有機(jī)溶劑混合物加壓的氣體選自由氮?dú)?、氬氣、甲烷、二氧化碳、氫氣和氦氣以及它們的混合物?gòu)成的組。
[0013]形成的充氣泡沫通常是微米至納米尺寸范圍內(nèi)。充氣泡沫將降低支撐劑顆粒的有效比重。
[0014]在本發(fā)明的一個可選的實(shí)施方式中，所述支撐劑顆?？梢蕴砑又烈环N對所述氣體具有比水更高的溶解性的有機(jī)溶劑中，并且該有機(jī)溶劑和支撐劑顆粒的混合物可以加至水中。這將更有效地有助于在所述支撐劑顆粒的周圍或表面達(dá)到飽和狀態(tài)。該方法接著加入水以取代有機(jī)溶劑直到任何可能存在的多余的壓力從水中釋放。
[0015]所述有機(jī)溶劑通常是醇/水混合物，其中醇選自包含甲醇、乙醇、丙醇和它們的混合物的組。
[0016]在支撐劑顆粒表面產(chǎn)生的充氣泡沫可加入將通過壓裂生成油和/或氣的井中。所產(chǎn)生的支撐劑顆粒通常通過一種介質(zhì)加入井中，該介質(zhì)選自由水基和/或烴基流體，增能泡沫和乳液構(gòu)成的組。
【附圖說明】
[0017]該圖是一種方法的示意圖，該方法用于在支撐劑表面形成泡沫并將經(jīng)過處理的支撐劑與壓裂液混合加入產(chǎn)氣井或產(chǎn)油井。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明是一種生產(chǎn)用于壓裂操作中的加強(qiáng)支撐劑的方法。通過在支撐劑顆粒表面產(chǎn)生充氣泡沫，該支撐劑本身沒有改變。這將使支撐劑在壓裂液中更好地分布，使支撐劑更好地傳遞以及在井壓裂中更均勻的鋪置使其達(dá)到更高的傳導(dǎo)性?？呻S后通過在支撐劑的表面生成包含納米和/或微米泡沫的泡沫來使用一種常規(guī)的低成本支撐劑，用其代替單獨(dú)使用更昂貴的支撐劑材料，或者完全改變支撐劑材料。該發(fā)明將進(jìn)一步提供使在壓裂操作中使用的支撐劑比重降低的方法。
[0019]參考附圖，在步驟I中，將溶劑(例如，乙醇)和支撐劑(例如，50/50目的砂子)加入容器A中。在步驟2中，使用氣體(例如，氮?dú)?向容器中加壓以使壓力等于或大于操作壓力以達(dá)到飽和狀態(tài)。在步驟3中，向容器中加水以取代其中存在的有機(jī)溶劑。一旦水代替了有機(jī)溶劑并且系統(tǒng)壓力降至操作壓力水平(如果適用的話)，在固體-液體界面附近會發(fā)生超飽和，使得支撐劑顆粒表面形成泡沫核。水和圍繞有氣泡的支撐劑顆粒的加壓混合物隨后加入一個混合器中，在混合器中它與特定的壓裂液(例如有添加劑的滑溜水)混合并將該混合物提供至井口。
[0020]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，第一步中的水沒有與表面活性劑或發(fā)泡劑混合而是將其提供至未用有機(jī)溶劑預(yù)填充而是用水預(yù)填充的容器A中。隨后用來取代有機(jī)溶劑的水將僅僅取代已經(jīng)存在于容器A中的水，同時系統(tǒng)壓力降低至操作壓力水平(如果需要的話)。
[0021]能夠用于壓裂液中的氣體選自由氮?dú)狻鍤?、甲烷、二氧化碳、氦氣和氫氣?gòu)成的組。
[0022]壓裂液是頻繁用于壓裂氣井和油井中的常規(guī)類型，例如水基(例如，滑溜水)，烴基，例如液化天然氣和液化石油氣，二氧化碳和/或氮?dú)馊橐?泡沫，包括納米顆粒穩(wěn)定的泡沫和凝膠/發(fā)泡液化石油氣/液化天然氣混合物。
[0023]圍繞有氣泡的支撐劑-壓裂液混合物可包含兩種或兩種以上不同的氣體，例如二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔铩?br>[0024]雖然關(guān)于本發(fā)明的特定的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是很明顯，本發(fā)明的大量其他的形式和改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明所附的權(quán)利要求通常應(yīng)被解釋為包括在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些顯而易見的形式和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在支撐劑顆粒表面形成充氣泡沫的方法，所述方法包括以下步驟:在操作壓力下將支撐劑顆粒置于水中，使用一種氣體向水中增壓至等于或大于操作壓力以在支撐劑顆粒周圍或附近形成飽和狀態(tài)，以及從水中釋放壓力至操作壓力水平。2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撐劑顆粒選自由砂子、樹脂包覆的砂子、陶瓷、中空陶瓷和鋁土礦，以及它們的混合物構(gòu)成的組。3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體選自由氮?dú)?、氬氣、甲烷、二氧化碳、氫氣和氦氣以及它們的混合物?gòu)成的組。4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述充氣泡沫是納米泡沫或微米泡沫。5.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述支撐劑顆粒加入將被壓裂的產(chǎn)油井和/或產(chǎn)氣井中。6.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撐劑顆粒在介質(zhì)中加入井中，所述介質(zhì)選自由水基介質(zhì)、烴基介質(zhì)、二氧化碳和/或氮?dú)馀菽?或乳液構(gòu)成的組。7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述水基介質(zhì)是滑溜水。8.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述烴基介質(zhì)選自由液化天然氣和液化石油氣構(gòu)成的組。9.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述充氣泡沫降低了支撐劑顆粒的有效比重。10.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含將支撐劑顆粒加入一種對所述氣體具有比水更高的溶解性的有機(jī)溶劑中，并且用氣體向溶劑加壓至等于或大于操作壓力，以及隨后用水取代溶劑從而在從水中釋放壓力之前在支撐劑顆粒周圍或附近形成飽和狀??τ O11.權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑選自由甲醇，乙醇，丙醇和它們與水的混合物，以及它們的混合物構(gòu)成的組。
【專利摘要】在支撐劑顆粒表面的穩(wěn)定的充氣泡沫是通過以下步驟形成的：將支撐劑置于對所選氣體具有比水更高溶解性的所選有機(jī)溶劑中，用所選氣體，例如氮?dú)?，向溶劑中加壓，壓力等于或大于操作壓力并保持一段設(shè)定時間以達(dá)到飽和狀態(tài)，隨后在壓力減小至操作壓力水平前用水代替溶劑以形成在溶劑-固體界面附近的局部過飽和，使得支撐劑顆粒表面形成充氣泡。圍繞在支撐劑顆粒周圍的加壓泡沫和水的混合物可隨后與特定的壓裂液混合，例如，滑溜水或二氧化碳和/或氮?dú)馀菽蛉橐?，其可以用于產(chǎn)油井或產(chǎn)氣井中以提高它們的水力壓裂效率。
【IPC分類】C09K8/80
【公開號】CN105051150
【申請?zhí)枴緾N201380054609
【發(fā)明人】A·I·雪莉, E·韋克斯勒, P·施奈德, R·瓦茨
【申請人】琳德股份公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2013年10月18日
【公告號】CA2888368A1, EP2722378A1, EP2722378B1, US20140113841, WO2014062988A1