在石油或者天然氣的生產(chǎn)領(lǐng)域中用于增產(chǎn)的流體組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】在石油或者天然氣的生產(chǎn)領(lǐng)域中用于増產(chǎn)的流體組合物
[0001 ] 本發(fā)明設(shè)及作為水力壓裂液、導(dǎo)引液(fluide de d自tournement)、允許改善注入 的流體或者產(chǎn)品的分布和流動(dòng)剖面的流體(在下文稱為一致性液(f 1U i d S d e C O n f O r m i t 有））或者滲透控制液、防砂堿石充填液（fluids de placement de filtre a gravier pour Ie contrSle du sable)、酸化壓裂液等等可用于從地下位置開(kāi)采石油、凝析油或者天然氣 的絲狀聚合物顆粒。運(yùn)些流體是注入到礦井中的增產(chǎn)流體，該礦井還用作為用于最初在地 下巖層中存在的控的生產(chǎn)礦井。
[0002] 壓裂液現(xiàn)在通常用于使巖石破裂W允許或者提高在巖層和礦井之間的流體流通。 在巖層中存在的流體包括含鹽水、天然氣、凝析油（condensates)和石油。不使用壓裂液，某 些具有非常低滲透性的巖石不能生產(chǎn)控，如與頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣有關(guān)的那些。某些其它巖石 已經(jīng)生產(chǎn)控，但是希望提高它們的產(chǎn)量。為了維持打開(kāi)的裂縫，使固體顆粒（"支撐劑"）在累 送操作期間分散在地表(surface)上方的流體中并且輸送至裂縫。將支撐劑引導(dǎo)并且設(shè)置 在該裂縫的壁之間。
[0003] 為了輸送該支撐劑，壓裂液具有剪切稀化性能是必要的：在低剪切時(shí)的高粘度使 得支撐劑不沉積在該注入系統(tǒng)的弱端流區(qū)域中和在地下巖層中，和在高剪切時(shí)的低粘度W 降低累送該壓裂液所需要的能量。
[0004] "剪切稀化"表示粘度在施用于所研究體系的應(yīng)力、剪切和/或變形提高的作用下 的降低。
[0005] 酸化壓裂是用于溶解巖石W提高控滲透性的技術(shù)。在第一步中，把粘性水溶液注 入到地下巖層中W使巖石破裂，W產(chǎn)生期望的裂縫高度、寬度和長(zhǎng)度。一旦獲得該產(chǎn)生的裂 縫尺寸的期望值，將酸累送并且通過(guò)搶流引入到裂縫中W侵蝕該裂縫的壁并產(chǎn)生該裂縫的 傳導(dǎo)性。然后使用相同的礦井使流體累送回到地表并且啟動(dòng)該控的累送。該酸通常為粘性 的或者膠凝化的或者交聯(lián)的或者乳化的W維持裂縫寬度并且使流體漏泄減到最少，具有剪 切稀化性能。最通常用與酸化壓裂的流體是15%鹽酸化Cl)。為了獲得更多的酸滲透更多的 侵蝕，有時(shí)使用更濃的HCl溶液作為最初的酸流體。
[0006] 需要時(shí)，使用甲酸化COOH)或者乙酸（C也COOH)，因?yàn)樵诟邷貤l件下在運(yùn)些酸和巖 石之間的溶解反應(yīng)是更容易地被抑制。氨氣酸化F)還可W用于侵蝕地下地下砂巖層。在侵 蝕期間，水的含鹽量提高。為了降低在侵蝕期間在巖石孔隙中的水的漏泄，當(dāng)含鹽量提高 時(shí)，增粘添加劑保持它的功能是必要的。
[0007] 導(dǎo)引液、一致性液和滲透控制液目的為降低該地下巖層某些部分的滲透性。巖層 有時(shí)具有包含控的但是具有不同的滲透性或者不同的水體積分?jǐn)?shù)的有價(jià)值區(qū)域。在運(yùn)種情 況下并且當(dāng)使用水注射將附加壓力設(shè)置在地下巖層中W生產(chǎn)控時(shí)，注入的水有時(shí)沿著最快 速路線到達(dá)生產(chǎn)礦井，即它穿過(guò)了在空隙中具有高水體積分?jǐn)?shù)和/或具有強(qiáng)滲透性的區(qū)域， 因此圍繞其它富控區(qū)域流動(dòng)而不推動(dòng)控朝向生產(chǎn)礦井。
[000引 將一致性和滲透性控制液（fluids de conformite et de contrSle de Ia perm eabilit自)注入在運(yùn)種高滲透性和/或高水含量區(qū)域中W代替在原位的流體并且借助于它 們的高粘度來(lái)降低它們的透水性。在低剪切時(shí)的高粘度是必要的W使來(lái)自上游的緩慢流動(dòng) 的流體不能滲透和在高剪切時(shí)的低粘度是必要的W降低為了累送該一致性液和滲透性控 制液所需要的功率。將導(dǎo)引液注入到高滲透性和/或高水含量區(qū)域中W代替在原位的流體 并且借助于它們的高粘度來(lái)降低它們的透水性。在低剪切時(shí)的高粘度是必要的使得后來(lái)注 入的緩慢流動(dòng)的壓裂液不能滲透和在高剪切時(shí)的低粘度是必要的W降低為了累送該導(dǎo)引 液所必需的功率。
[0009] 為了控制來(lái)自地下巖層的砂隨著控的產(chǎn)生，一種技術(shù)在于在儲(chǔ)存巖和生產(chǎn)裝置之 間的環(huán)形空間中設(shè)置特定尺寸的堿石過(guò)濾器。堿石用作允許來(lái)自巖層的流體從巖層流至生 產(chǎn)管道同時(shí)過(guò)濾砂粒和其它地下巖層微粒的過(guò)濾器。為了輸送該堿石，需要該防砂堿石充 填液具有剪切稀化性能:在低剪切時(shí)的高粘度使得堿石不沉積在該注入系統(tǒng)的弱端流區(qū)域 中，和在高剪切時(shí)的低粘度W降低累送該填充液(fluide de placement)所需要的功率。
[0010] 為了調(diào)節(jié)上述流體的粘度，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)將親水聚合物加入到水中。所述聚合物 包括聚半乳甘露糖、瓜耳膠或者由瓜耳膠衍生的聚合物，如，例如簇基甲基瓜爾膠、徑基乙 基瓜兒膠、徑基丙基瓜兒膠。實(shí)例在W下專利中給出:US5305832、US4488975和US4579670。
[0011] 然而運(yùn)些聚合物具有缺點(diǎn)，例如為了完成在水中的水合作用所需的長(zhǎng)時(shí)間，和產(chǎn) 生的孔隙的部分堵塞（由于它們吸附在裂縫壁上）。存在其它解決方案W避免運(yùn)些問(wèn)題，通 過(guò)使用粘彈性表面活性劑。Kefi等在 "Expanding applications for viscoelastic surfactants", Oilfield Review, Winter 2004/2005, PP 10-23 中，提供了粘彈性表面 活性劑在油氣工業(yè)中的潛在用途的概述并且使它們與用于壓裂液的徑乙基纖維素進(jìn)行比 較。粘彈性流體允許節(jié)省能源，運(yùn)是因?yàn)檩^高的剪切稀化能力。US6637517和US2007/ 0213232給出了運(yùn)種粘彈性壓裂液的例子。
[0012] 為了保護(hù)運(yùn)些添加劑避免化學(xué)分解，可W使用已知的除氧劑，如硫代硫酸鋼、甲 醇、硫脈、硫代亞硫酸鋼?？蒞使用其它添加劑，如pH緩沖劑，潤(rùn)濕劑，起泡劑，緩蝕劑，防泡 劑或者消泡劑，防垢劑，殺生物劑，交聯(lián)劑，破膠劑，抗乳化劑，濾失控制添加劑。還可W注入 氣體(如氮?dú)夂投趸?W在壓裂液內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。
[0013] 粘±穩(wěn)定劑用來(lái)防止在巖層內(nèi)的粘±膨脹和/或移動(dòng)。該巖層包含水，其從熱力學(xué) 角度看是與巖石平衡的。因此它包含溶解的鹽。運(yùn)些鹽的陽(yáng)離子在水相和粘±之間是平衡 的。如果注入的水不包含足夠的溶解的陽(yáng)離子，當(dāng)它和該巖層的巖石接觸時(shí)，在粘±層內(nèi)存 在的陽(yáng)離子擴(kuò)散在該注入的水中，使該粘±層具有減少的陽(yáng)離子電荷。因此，帶負(fù)電荷的粘 ±層將彼此排斥并且據(jù)認(rèn)為該粘±膨脹，限制由裂縫產(chǎn)生的滲透性。
[0014] 因此，需要在該注入的水包含足夠的鹽W避免陽(yáng)離子在水和粘±之間的運(yùn)種非平 衡的擴(kuò)散。另外，該溶解的鹽影響該壓裂液的粘度。
[0015] 最常見(jiàn)的粘±穩(wěn)定劑是KC1、化C1、季錠鹽，如畑此1，其在約1 %至約5%重量的劑量 進(jìn)行使用。
[0016] 高的水體積是為水力壓裂地下巖層所需的。其中存在頁(yè)巖氣或者石油的一些區(qū)域 (例如得克薩斯)從水的供應(yīng)角度看具有重大局限，其它區(qū)域在具有農(nóng)業(yè)±地或者生活±地 附近，使得需要高質(zhì)量地處理大量的累送回地表的回流流體(在進(jìn)行壓裂操作之后和在被 釋放之前）。另外，運(yùn)輸運(yùn)些巨大量的水。運(yùn)種添加通過(guò)用于道路網(wǎng)絡(luò)的建造和水的運(yùn)輸?shù)?排放物而影響環(huán)境。因此非常合意的是，降低水消耗并且提高用于水力壓裂操作的水的循 環(huán)。水的回收表示處理包含大量鹽，如NaCl、KC1、&Cl2、BaCl2等等的水。
[0017] US2009111716教導(dǎo)了水溶性聚合物，尤其在隨著鹽增加的流變學(xué)驟降方面對(duì)鹽敏 感的聚電解質(zhì)，并且描述了用于提高水溶性聚合物的耐鹽性的溶液，其包含水溶性聚合物、 兩性離子表面活性劑和無(wú)機(jī)鹽，和它們作為水力壓裂液的用途。US2009111716的附圖8顯示 5wt%KCl對(duì)0.3%陰離子型瓜爾膠水溶液的粘度的影響(作為剪切速率的函數(shù)）。不含KCl的粘 度為0.4Pa. S至0.5Pa. S并且使用5wt%KCl濃度時(shí)在0.1 s-I的剪切速率時(shí)等于0.09化.S。該降 低因此是75%。加入2%的給定表面活性劑允許在5wt%KCl存在時(shí)在0.1 s^時(shí)提高粘度 0.35Pa.s。然而該專利沒(méi)有描述聚合物/表面活性劑混合物作為KCl濃度的函數(shù)的敏感性， 并且該表面活性劑的加入構(gòu)成另一個(gè)制備壓裂液的步驟。
[0018] P.E. Dresel和A.W. Rose (Pennsylvania Geological Survey, Fourth Series, Harrisburg, (2010) pp. 11-12, http://www.marcellus.psu.edu/resources/ PDFs/brines.p壯）教導(dǎo)了在賓夕法尼亞中在油氣田中存在的巖層水難W分析，運(yùn)是因?yàn)?產(chǎn)生的量有時(shí)是非常低的，因此數(shù)據(jù)是不可獲得的或者具有差的質(zhì)量。
[0019] P.E.化esel和A.W. Rose (ibid.)還教導(dǎo)了在巖層水中的鹽含量在賓夕法尼亞 中，在2至3千米的短距離中可W從7%w/v至35%w/v顯著變化，例如對(duì)于在第11頁(yè)的圖表上的 點(diǎn)19和21，鋼濃度從3g/L變化至17.4g/L，和鉛濃度從0.9g/L變化至6. Ig/L。如果我們認(rèn)為 鋼和巧與氯離子（其一直是占優(yōu)勢(shì)的陰離子）連接，在化Cl和CaCh方面的變化分別地為 7.5g/L至44g/L和2.5g/L至16.8g/L。對(duì)于運(yùn)些點(diǎn)19和21，溶解的固體的計(jì)算總量為1%至 6.7%。它表示壓裂液的鹽含量的選擇是困難的并且普通水力壓裂液可W低于地下巖層水的 鹽度（W總?cè)芙夤腆w進(jìn)行表示）。
[0020] -方面，較好的是，不具有過(guò)低的鹽含量W避免在礦井可到達(dá)的巖層中的任何位 置的粘±膨脹，粘±膨脹降低滲透性，另一方面，高含鹽量意味著粘度