專利名稱：粘彈性表面活性劑膠凝的流體的金屬介導的降粘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在烴采收操作期間使用的膠凝的處理流體，且更特定地講，在一個實施方案中，涉及“減弱”或降低在烴采收操作中使用的含有粘彈性表面活性劑膠凝劑的水性處理流體的粘度的方法。背景
水力壓裂是在改善從地下地層中采收烴的過程中使用泵送速率和水壓使地層斷裂或開裂的方法。一旦產(chǎn)生裂紋，則將相對于地層滲透性而言高滲透性的支撐劑泵送到裂縫中以將裂紋撐開。當施加的泵送速率和壓力降低或從地層中除去時，裂紋或裂縫不能完全閉合或合攏，因為高滲透性的支撐劑使裂紋保持敞開。支撐的裂紋或裂縫提供了一條將開采的井眼與較大的地層區(qū)域相連而提高烴產(chǎn)量的高滲透性路徑。合適的壓裂流體的開發(fā)是一項復雜的技術(shù)，因為這些流體必須同時滿足許多條件。例如，它們必須在可能造成在壓裂操作完成之前流體降解且使支撐劑過早沉淀的高溫和/或高的泵送速率和剪切速率下穩(wěn)定。雖然已經(jīng)開發(fā)出了多種流體，但大多數(shù)商業(yè)使用的壓裂流體是被膠凝或發(fā)泡的水基液體。當流體被膠凝時，通常使用聚合膠凝劑，諸如溶劑化多糖，例如瓜爾膠和衍生化瓜爾膠多糖。增稠或膠凝的流體有助于將支撐劑保持在流體內(nèi)。膠凝可通過使用促進聚合物交聯(lián)在一起、由此增加流體粘度的交聯(lián)劑實現(xiàn)或改善。更常見的交聯(lián)聚合流體之一為硼交聯(lián)的瓜爾膠。壓裂流體的采收可通過將流體的粘度降低到使得其可在地層流體的影響下從地層自然流動的低值來實現(xiàn)。交聯(lián)的凝膠通常需要注入減粘劑以降低粘度或“破膠”。酶、氧化劑和酸為已知的聚合物減粘劑。酶在通常2. 0-10. O范圍的pH范圍內(nèi)有效，隨著pH從pH10.0向中性降低，酶活性增加。大多數(shù)常規(guī)硼交聯(lián)壓裂流體和破膠劑根據(jù)在周圍溫度和/或油層溫度下的固定的高交聯(lián)流體PH值設(shè)計。針對硼交聯(lián)凝膠優(yōu)化pH對于獲得恰當交聯(lián)穩(wěn)定性和控制的酶破膠劑活性來說是重要的。雖然在過去已經(jīng)將聚合物用作壓裂流體中的膠凝劑以支承或懸浮如所說明的固體粒子，但這類聚合物需要注入單獨的破膠劑組合物以降低粘度。此外，即使在膠凝的流體被破膠之后，這類聚合物也趨于在支撐劑上留下涂層且也在裂縫面上留下脫氫聚合物的泥餅。所述涂層和/或所述泥餅可能妨礙支撐劑起作用。研究還表明，在某些聚合物膠凝的載體流體上存在的“魚眼”和/或“微凝膠”將堵塞孔喉，導致了破損的漏泄并且造成地層損壞。近來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水性鉆井和處理流體可通過使用非聚合粘彈性表面活性劑(VES)膠凝或使其粘度增加。這些VES物質(zhì)優(yōu)于使用聚合物膠凝劑之處在于它們沒有在地層面上留下泥餅，沒有涂覆支撐劑或產(chǎn)生微凝膠或“魚眼”且與聚合物有關(guān)的損壞地層的趨勢降低。然而，對于基于非聚合VES的膠凝流體的內(nèi)部破膠劑體系，即，使用在通過將允許凝膠粘度經(jīng)1-4小時的相當短的時間或類似于常規(guī)交聯(lián)聚合物流體系統(tǒng)常見的破膠時間以受控制速率降低的井底條件活化的并入或溶解在VES膠凝流體內(nèi)的產(chǎn)物的破膠劑體系，研發(fā)取得了很少的進展。挑戰(zhàn)在于VES膠凝流體不是由易于通過使用酶或氧化劑而降解的多糖聚合物組成，而是由締合成粘性棒或蠕蟲狀膠束結(jié)構(gòu)的表面活性劑組成。發(fā)現(xiàn)常規(guī)的酶和氧化劑對這類表面活性劑分子或其形成的粘性膠束結(jié)構(gòu)不起作用且不會使其降解。然而，仍然需要提供使用將減弱VES膠凝流體的粘度的內(nèi)部溶解的破膠劑產(chǎn)物的一些機理?？赡芟Ｍ?，可以設(shè)計減粘系統(tǒng)來減弱用粘彈性表面活性劑膠凝并由粘彈性表面活性劑組成的壓裂或其它完井流體的粘度，且尤其是相對快速地減弱該粘度。發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的在于提供使粘彈性表面活性劑(VES)膠凝的水性處理流 體減粘的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供使VES-表面活性劑基底流體相對快速地破膠的組合物和方法。本發(fā)明的又一目的在于提供使用易于以相對低廉的濃度得到的材料使粘彈性表面活性劑膠凝的水性流體減粘的方法和VES流體組合物。在實施本發(fā)明的這些及其它目的的過程中，以一種形式提供了使粘彈性表面活性劑(VES)膠凝的水性流體減粘的方法，其包括向用至少一種粘彈性表面活性劑膠凝的水性流體中加入有效降低所述膠凝的水性流體的粘度的量的組合物。所述組合物包括至少一種金屬離子源。所述組合物的任選組分可包括但并不一定限于還原劑源和/或螯合劑，或可為第二金屬離子源。在本文中的另一非限制性實施方案中，提供了使以VES膠凝的水性流體減粘的方法，其包括向以至少一種粘彈性表面活性劑膠凝的水性流體中加入足以降低所述凝膠水性流體的粘度的量的組合物，所述組合物包括至少一種金屬離子源、至少一種螯合劑和至少一種還原劑源。所述組合物可通過包括但并不一定限于分解VES的膠束結(jié)構(gòu)、重排VES的膠束結(jié)構(gòu)、化學改變VES的有效量以及它們的組合的機理來降低膠凝的水性流體的粘度。在另一供選的實施方案中，提供水性流體，所述水性流體包括水；足以有效增加所述水性流體的粘度的量的至少一種粘彈性表面活性劑(VES);和有效降低膠凝的水性流體的粘度的量的組合物。此外，所述組合物包括至少一種金屬離子。所述任選的組分可為以上前兩段中描述的那些組分。附圖
簡述圖I為在沒有Fe+2過渡金屬、有200ppm Fe+2和有400ppm Fe+2的情況下在150° F(66°C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，證明單獨的過渡金屬可以破膠；圖2為與用各種水平的Fe+2過渡金屬以及兩種不同水平的兩種不同的螯合劑檸檬酸鈉和AM2-45相比較，在沒有金屬或螯合劑的情況下在150° F (66°C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖；圖3為，與使用20ppm Fe+2和IOppt g(l. 2kg/m3)抗壞血酸鹽還原劑的情況相比較，在僅使用200ppm Fe+2過渡金屬的情況下在150° F(66°C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，顯示使用20ppm Fe+2和10pptg(l. 2kg/m3)抗壞血酸鹽還原劑得到較銳利的減粘曲線；圖4為在150° F(660C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，其中采用20ppm Fe+2和2gptg AM2-45的情況沒有給出破膠作用，采用20ppm Fe+2和10pptg(l. 2kg/m3)抗壞血酸鹽的情況在4小時時開始出現(xiàn)一些破膠作用，相比之下,采用20ppm Fe+2和10pptg(l. 2kg/m3)抗壞血酸鹽以及l(fā)gptg AM2-45螯合劑的情況在約O. 5小時給出急劇的破膠作用；圖5為僅采用各種水平的抗壞血酸鹽還原劑以優(yōu)化所述水平的情況下在150° F(66°C )下用4% bv WG-3L膠凝的3%bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，顯示破膠通常隨抗壞血酸鹽水平增加而增加直至最后兩個試驗為止3. 5pptg(0. 42kg/m3)、7pptg (O. 84kg/m3) > 10. 5pptg (I. 3kg/m3)、14pptg(l. 7kg/m3)和 17. 5pptg (2. lkg/m3)；圖6為在用各種水平的抗壞血酸鹽還原劑和lgptg AM2-45螯合劑的情況下在 150° F(66°C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，證明VES流體的減粘時間如何可通過改變金屬的量來調(diào)節(jié)；圖7為在僅有2ppm Fe+3的情況和連同有不同量的第二金屬離子的情況下在150° F (66 °C )下用4 % bv WG-3L膠凝的3 % bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，顯示破膠；且圖8為在150° F(660C )下用4% bv WG-3L膠凝的3% bw KCl水性流體的粘度的曲線圖，證明氧化劑(過硫酸鈉)以及金屬和任選的抗壞血酸鹽還原劑也可使VES膠凝流體破膠。發(fā)明詳述如所說明，在不使用內(nèi)部破膠劑體系的情況下，以粘彈性表面活性劑膠凝的水性流體通常用于井眼完井如水力壓裂中，且其通常依賴于外部井底條件以使VES膠凝的流體破膠，諸如在對于地面生產(chǎn)儲層流體期間用穿透儲層以與儲層烴相互作用的儲層鹽水或凝膠稀釋。存在已知將“被破膠”或減粘的以粘彈性表面活性劑膠凝的水性流體，盡管一些已知的破膠方法利用外部清除流體(諸如在諸如常規(guī)礫石充填以及“裂縫充填水力壓裂接著礫石充填處理的完井處理前后在儲層內(nèi)放置的預沖洗流體和后沖洗流體)。存在其它已知的方法，但它們相對緩慢，例如，使用VES凝膠破膠細菌，流體減粘時間為半天直至7天。在增產(chǎn)處理流體技術(shù)中得出的一項對于“快速破膠”的工業(yè)標準需求，但對于VES膠凝流體，這是一個明顯的挑戰(zhàn)性問題。需要使VES膠凝流體破膠的方法，其為與使常規(guī)交聯(lián)聚合物流體破膠一樣容易、快速且經(jīng)濟的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了使以粘彈性表面活性劑(即，通過形成棒或蠕蟲狀膠束結(jié)構(gòu)而增進水性鹽水的粘度的表面活性劑)膠凝的水性流體降粘的新方法。與使用細菌使VES破膠的當前技術(shù)(其耗時至少12小時或更久且更通常4-7天)相比，此改善將允許相對非?？焖俚仄颇z，諸如在1-12小時內(nèi)破膠?？蓪⒈景l(fā)明的破膠劑組分加到凝膠中且使其在VES-凝膠處理期間流入溶液，或者如果需要，則可將所述組分作為外部破膠劑溶液單獨使用以除去已置于井底的VES膠凝流體。所述方法采用至少一種金屬離子源作為破膠劑組分。在不想將本發(fā)明限于任何設(shè)想的理論或機理的情況下，據(jù)信在使VES凝膠破膠中出現(xiàn)的改變是過渡金屬介導和/或過渡金屬催化的。術(shù)語“金屬介導的”和“金屬催化的”在本文中作為等價術(shù)語使用，且不管確切機理是否為催化機理都指反應(yīng)或反應(yīng)序列發(fā)生需要過渡金屬。 術(shù)語“改變的”或“改變”在本文中用以指對于VES化合物的任何變化，其中所述VES化合物不再能夠形成、保持或維持粘性膠束結(jié)構(gòu)。因此，“改變的”或“改變”可包括但并不一定限于(i)VES上的鍵的重排；(ii)VES的加成(諸如氫氣、水分子等)或(iii)VES的消除(分解或降解)，例如，其中改變后的VES相當于兩種或更多種其它化合物。據(jù)信化學改變VES結(jié)構(gòu)的初級反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，但沒有必要受該解釋限制。也就是說，預期在該反應(yīng)中發(fā)生還原和氧化兩者?！把趸€原”反應(yīng)在本文中定義為其中從一種分子或原子除去電子并將電子給予另一分子或原子的任何反應(yīng)。在本文所述的方法中，這類氧化還原反應(yīng)為過渡金屬介導的。
在大多數(shù)情況下，在本文所述的方法中，發(fā)生的改變并不完全；意味著并非所有的 VES (例如，VES化合物,諸如Akzo Nobel Aromox APA-T)都被改變；僅一部分分子被改變。實際上，金屬介導的改變產(chǎn)生被改變的VES分子與未被改變的VES分子的比率。也就是說，“破膠的VES流體”通常由一定比率的被改變的VES分子與未被改變的VES分子組成。引起VES凝膠破膠的被改變的VES分子與未被改變的VES分子的比率或量似乎基于一種或多種以下因素及可能的其它因素a.隨著流體溫度增加，使凝膠破膠需要的被改變的VES減少；b.隨著VES (諸如Aromox APA-T VES)裝載量增加，使凝膠破膠需要的被改變的VES增多；c.當使用VES反荷離子或穩(wěn)定劑時，使凝膠破膠需要的被改變的VES增多，所述VES反荷離子或穩(wěn)定劑包括但不一定限于CaCl2、CaBr2、MgO、CaOH、NH4Cl、水楊酸鹽、萘磺酸
鹽、鄰苯二甲酸鹽等。在大多數(shù)情況下，似乎VES (化合物，諸如Aromox APA-T)主要被改變成非-VES表面活性劑化合物或化學物質(zhì)，例如不能形成粘性膠束(細長或工作狀態(tài)的膠束結(jié)構(gòu))的表面活性劑物質(zhì)，或者其主要保留已失去形成VES膠束的能力的表面活性劑。這些理論基于在發(fā)生VES凝膠破膠之后往往作為單獨液相留下的“殘余材料”的初步研究和評估。在一些情況下，被改變的VES可為降解成烴尾和親水頭的VES表面活性劑。因此，術(shù)語“分解”可用于描述VES-膠凝流體的破膠，而VES的“金屬介導的”或“改變”為用于解釋發(fā)生的破膠現(xiàn)象的較佳術(shù)語。如上所提到，在大多數(shù)情況下，VES化合物主要被改變成非-VES型表面活性劑。然而，可以理解產(chǎn)生的表面活性劑(或產(chǎn)物)并不可溶于水中或可分散于水中。也就是說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的表面活性劑特性總體上親水性較低和/或親水親脂平衡(HLB)似乎被改變，且HLB值似乎被降低。在這一點上，仍然不清楚在發(fā)生的初級反應(yīng)中什么鍵接或鍵被改變，而不管改變是在烴尾上發(fā)生還是在表面活性劑頭基上發(fā)生。還不確定在金屬介導的氧化還原反應(yīng)期間發(fā)生什么具體改變，諸如電子加成、電子消除、氫化(電子和質(zhì)子加成)、脫氫(電子和質(zhì)子消除)等。然而，在不限于任何特定理論的情況下，懷疑所述頭基為被化學改變或改性的組分，可能頭基被改變(通過金屬介導的氧化還原反應(yīng))以在水中、尤其是在通常用于水力壓裂操作的鹽水中具有較低溶解性和/或可分散性。
被改變的VES物質(zhì)似乎與未被改變的VES締合且隨著被改變的VES與未被改變的VES的比率增加，達到其中被改變的VES的存在量不允許未被改變的VES表面活性劑保持組織在蠕蟲樣或棒狀粘性膠束結(jié)構(gòu)中的點，且由此通過重排改變膠束且實現(xiàn)徹底減粘。只要被改變的VES與未被改變的VES的比率保持相對較低，發(fā)生減粘的就是單相流體該流體看起來像含有不產(chǎn)生粘度的表面活性劑的水，所述表面活性劑不與該水相分離，而是給予該水淺顏色(在一些非限制性情況下，諸如淡黃色和淺琥珀色)，且在瓶子中振蕩時被破膠的流體易于發(fā)泡，且具有類似水的粘度。然而，已經(jīng)觀察到如果被改變的VES與未被改變的VES的比率變得比較高，諸如當使用顯著量的破膠劑產(chǎn)品且實現(xiàn)非?？焖俚腣ES凝膠破膠時，產(chǎn)生比較大量的被改變的VES將導致被改變的VES作為液體從水相中逐漸脫離，且未被改變的VES部分也隨被改變的部分逐漸脫離。從相對較快的VES凝膠破膠時間看到的相分離似乎是歸因于許多因素，所述因素包括但不一定限于可單獨或共同起作用的所列的這些因素。
a.產(chǎn)生的被改變的VES的量。
b.被改變的VES物質(zhì)的表觀低HLB值。c.由于該表觀低HLB值，顯現(xiàn)出被改變的VES更加想要與其本身(如油)、而不是與水締合。d.低HLB值表面活性劑通常在水中、尤其是在鹽水(即，存在溶解鹽如KCl、NaCl、CaCl2、CaBr2等的水)中具有較低溶解性和/或可分散性。e.并且似乎被改變的VES與未被改變的VES的比率可能達到其中未被改變的VES的存在量不能充當助水溶物且保持低HLB值表面活性劑在溶液中和/或分散在水相中的 點。f.未被改變的VES隨被改變的VES表面活性劑物質(zhì)逐漸脫離可能歸因于存在過多的被改變的VES表面活性劑物質(zhì)以及可能具有烴尾的強吸引力和相互作用，這導致油型破膠和表面活性劑液體自水相逐漸脫離。g.實驗室試驗已經(jīng)顯示當在具有混合水鹽水的瓶子中振蕩時可與快速破膠流體組合物逐漸脫離的液體表面活性劑層將臨時分散在混合水中數(shù)分鐘至數(shù)小時，這取決于在流體-液體表面活性劑層中被改變的VES與未被改變的VES的比率。從水相逐漸脫離的被改變的VES和未被改變的VES的增溶、分散和/或穩(wěn)定化可通過使用諸如以下的溶劑和助水溶物而增強甘油、乙二醇及其它二醇、甲醇及其它醇、乙二醇單丁醚及其它二醇醚、乙氧基化醇、烷基葡糖苷、芳族磺酸烷基酯等以及它們的組合?？膳渲圃鋈芴砑觿┌耘c單組分溶劑或助水溶物添加劑用途相比具有增強的性能。一種優(yōu)選的協(xié)同添加劑包技術(shù)公開在2006年11月作為美國專利申請公開案2006/0258541A1號公開的在2006年5月9日申請的美國專利申請案第11/430，655號中，該案以引用的方式全部并入本文。被改變的VES與未被改變的VES的特定比率似乎取決于許多因素，其中的一些可能已經(jīng)鑒別出。該比率似乎主要取決于所使用的破膠劑產(chǎn)品的量，更具體地講還原劑(如果存在的話)和金屬離子二者的量。該比率似乎還取決于流體溫度、混合水鹽的類型和量、VES裝載量等以及它們的組合。VES(諸如Aromox APA-T)的改變因此似乎為金屬介導的或金屬催化的。也就是說，反應(yīng)由于過渡金屬的存在而發(fā)生，如在本文中的所有附圖的實施例中所見。過渡金屬在足夠高的金屬濃度下單獨起作用，如在圖I中所見。一般來說，當過渡金屬與螯合劑絡(luò)合時，其更快地起作用(破膠速率被增強)，如在圖2中所見。在還原劑存在下，過渡金屬也可較快地起作用(破膠速率被增強)，如在圖3中所示。另外發(fā)現(xiàn)，在螯合劑與還原劑的協(xié)同組合與金屬一起使用的情況下，過渡金屬顯著更快地起作用(該速率被顯著增強)。這主要可在圖4中見到，圖4比較螯合劑與還原劑的組合如何使得破膠時間顯著縮短，因此提供這一組合的協(xié)同作用的證據(jù)。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果多于一種金屬離子與螯合劑和還原劑的組合一起使用，該速率則可進一步增強，如在圖7中所示。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化劑可由金屬和還原劑的組合來活化，如在圖8中所見。在圖8中的數(shù)據(jù)可顯示該金屬可為抗壞血酸鹽和過硫酸鹽的催化劑以產(chǎn)生自由基氧化物質(zhì)，這類物質(zhì)隨后作為用于改變VES分子的試劑。該數(shù)據(jù)因此可顯示金屬離子并非始終必然為直接作用于改變VES的試劑本身，還存在金屬介導的其它氧化還原改變途徑，且這在本文中的方法和組合物之內(nèi)。所述方法因此采用金屬離子源。令人驚訝且出乎意料地，單獨使用可能充當催化劑的金屬離子如亞鐵離子在高達240ppm的濃度下也沒有給出任何早期或迅速的破膠作用，且僅使用有機氧化還原劑如10. 0-20. Opptg抗壞血酸鈉沒有單獨給出任何特定破膠作 用，但這兩種組分一起使用提供完全且徹底且迅速的破膠，且單獨使用足夠高濃度的金屬尚子源也可破膠。本發(fā)明組合物的兩種優(yōu)選但非限制性的組分包括氯化亞鐵及抗壞血酸鈉。從75° F-約300° F(約24°C -約149°C )可實現(xiàn)受控的降粘率。如所說明，可組合多于一種過渡金屬且可組合多于一種氧化還原劑和/或可能的氫化-脫氫劑。多于一種過渡金屬離子是指兩種或更多種不同過渡金屬離子的組合。利用多于一種過渡金屬和多于一種氧化還原劑和/或可能的氫化-脫氫劑可用于控制可能的次級反應(yīng)，即，涉及剩余或被改變的粘彈性表面活性劑基底和/或降解的表面活性劑副產(chǎn)物的其它反應(yīng)。除了使用多于一種金屬之夕卜，也可加入可影響初級反應(yīng)(降粘)和次級反應(yīng)(改變副產(chǎn)物)的其它試劑，所述試劑諸如為PH緩沖劑、醇、胺、糖等以及它們的混合物。使用所公開的破膠劑體系對于基于VES的壓裂流體的受控降粘是理想的。所述破膠體系也可用于破碎含有VES的礫石堆積和堵漏丸液。該VES破膠方法的顯著改善之處在于，其對于基于VES的流體給出破膠率，工業(yè)習慣于常規(guī)基于聚合物的壓裂流體，諸如硼交聯(lián)的瓜爾膠。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，本文中的組合物將使在水性流體中由VES產(chǎn)生的凝膠直接降解或消化，或者將直接降低膠凝的水性流體的粘度或通過VES膠束結(jié)構(gòu)的分解或重排降低膠凝的水性流體的粘度。然而，本發(fā)明人一定不想要限于任何特定的機理。本發(fā)明的組合物包括至少一種金屬離子源，其中目標在于傳送至少一種金屬離子到VES-膠凝的體系。所述金屬離子可選自包括但不一定限于以下的金屬周期表(先前的IUPAC美國族標記法)的VA、VIA、VIIA、VIIIA、IB、IIB、IIIB和IVB族，諸如鐵、銅、錳、鈷、鋅、鎳、釩、鉬、錫、鋁、鑰、鉬、鈀以及它們的混合物。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，所述金屬離子源為金屬鹽，諸如氯化亞鐵，或者在非限制性實施例中，為碳酸鹽或氫氧化物，或者金屬絡(luò)合物。其它合適的非限制性源包括氯化鐵、葡糖酸亞鐵、葡庚糖酸亞鐵、氯化銅、乙酸銅、硫酸銅、氯化亞銅、硝酸亞銅、乙酸鑰、氯化鈀、硝酸鈀、乙酸鈀、氯化鎳、乙酸鎳、檸檬酸鎳、甲酸鎳、葡糖酸鎳、葡糖酸錳、葡庚糖酸錳、氯化錳、葡庚糖酸鋅、氯化鋅、葡糖酸鋁、硫酸鋁、氯化鋁以及它們的混合物。另外，在另一非限制性實施方案中，所述金屬離子可為絡(luò)合或螯合的。絡(luò)合劑和螯合劑的合適來源包括但不限于羧酸、氨基羧酸、多元醇、烷醇胺等。合適羧酸的實例包括但不限于反丁烯二酸、乳酸、順丁烯二酸、酒石酸、檸檬酸、葡糖二酸、葡糖酸等。所述羧酸可為且優(yōu)選以鹽形式，例如，在特定的非限制性實施例中，諸如檸檬酸鈉、檸檬酸銨、反丁烯二酸鉀、葡糖酸鈉、葡庚糖酸鈉和乳酸銨。合適的氨基羧酸的實例包括但不限于乙二胺-四乙酸(EDTA)、羥基乙二胺三乙酸(HEDTA)、丙二胺四乙酸(TOTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、次氨基三乙酸(NTA)、亞氨基二琥珀酸、氨基酸、羥乙基亞氨基二乙酸(HEIDA)等。此外，所述氨基羧酸可為，且在一些情況下優(yōu)選以鹽形式，在非限制性實施例中，乙二胺四乙酸四鈉、次氨基三乙酸三鈉和二氫乙二胺四乙酸二銨、亞氨基二琥珀酸鈉和羥乙基亞氨基二乙酸二鈉。合適多元醇的實例包括但不限于山梨糖醇、木糖醇、甘露糖醇等。合適烷醇胺的實例包括但不限于二乙醇胺、三乙醇胺等。
如果不是不可能的話，難以準確指定通常應(yīng)該加到以粘彈性表面活性劑膠凝的特定水性流體中以充分或完全破膠的各種破膠組分的量。例如，許多因素影響該比例，所述因素包括但不一定限于用于使流體膠凝的特定VES ;所用的特定金屬離子和金屬離子源；所用的特定螯合劑和特定螯合劑源；所用的特定還原劑和特定還原劑源；流體的溫度；流體的井底壓力；流體的起始pH;及這些各種因素的復合相互作用。盡管如此，為了給出將用于本發(fā)明的方法中的各種破膠組分的比例的粗略摸索，將提供粗略的范圍。在本發(fā)明中可有效的元素金屬離子的量基于流體的總量計可為約O. 001-約500ppm，而與金屬離子源(例如，葡糖酸鹽、乙酸鹽、氯化物、氯化物二水合物等類型的來源)的量無關(guān)。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，元素金屬離子的量可為約O. 05-約400ppm。第二任選的組分優(yōu)選為還原劑，其來自有機源或無機源。合適的還原劑源包括但不一定限于有機酸、有機酸鹽、胺、醇、還原糖、銨化合物、亞硝酸鹽、亞磷酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、硫醇、氫化物、生育酚、生育三烯酚、醌等以及它們的混合物。在本發(fā)明的一個非限制性變體中，作為還原劑使用的任選的有機酸選自由以下組成的集合檸檬酸、抗壞血酸、脫氫抗壞血酸、苯甲酸、葡糖酸、乳酸、異抗壞血酸、甲酸、乙醇酸、乙二酸、己二酸、戊二酸、丁二酸、乙酸、丙酸、己酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、酒石酸、半胱氨酸、蛋氨酸、鄰苯二甲酸等以及它們的混合物。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，所述有機酸源可以堿金屬或堿土金屬鹽形式。所述有機酸鹽可包括但不一定限于堿金屬和堿土金屬的檸檬酸鹽、乙酸鹽、抗壞血酸鹽、異抗壞血酸鹽、苯甲酸鹽、琥珀酸鹽、反丁烯二酸鹽、順丁烯二酸鹽及葡糖酸鹽。如所提到的，在一種非限制性情況下，所述有機酸優(yōu)選以堿金屬鹽形式或銨鹽形式，例如檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、檸檬酸銨、異抗壞血酸鈉、抗壞血酸鈉、抗壞血酸鈣、苯甲酸鈉、鄰苯二甲酸鈉、鄰苯二甲酸二胺、葡糖酸鈉、乙酸鈉、草酸鈉等。在本發(fā)明中可有效的有機酸鹽的量基于水性流體的總量計可為約I-約SOpptg(磅/千加侖)，而與有機酸源的量無關(guān)。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，有機酸的量可為約4-約40pptgo在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，所述還原劑源可包括但不一定限于亞硝酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫銨、硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、硫代硫酸銨、亞硫酸氫鈉、硫脲、肼、氫化鈉、氫化鋰、硼氫化鈉、氫化鋁鋰、二硫蘇糖醇、乙硫醇、烯丙硫醇、蒽醌、萘醌、苯醌、谷胱甘肽、亞乙基硫脲、生育酚、生育三烯酚及可利用的本領(lǐng)域中已知的其它還原劑以及它們的混合物。在本發(fā)明中可有效的還原劑的量基于水性流體的總量計可為約O. 2-約60pptg。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，還原劑的量可為約O. 5-約40pptg。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，所述還原糖選自由單糖和二糖以及它們的混合物組成的集合。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，所述還原糖可包括但不一定限于葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、麥芽糖、乳糖和木糖。在本發(fā)明中可有效的還原糖的量基于水性流體的總量計可為約2-約120pptg，而與還原糖源的量無關(guān)。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，還原糖的量可為約5-約50pptg。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，除水之外的任選的氫化-脫氫劑選自由以下組成的集合醛、酮、醇、二醇、糖醇、碳酸鹽、磷酸鹽、硼氫化物、銨化合物等以及它們的混合物。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，所述任選的氫化-脫氫劑源可包括但不一定限于乙醛、丙醛、丁醛、肉桂醛、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丙基酮、甘氨酸、賴氨酸、精氨酸、 谷氨酰胺、氨、氯化銨、脲、氯化四甲基銨、膽堿、己二胺、三甘醇二胺、甲醇、異丙醇、乙醇、己 醇、甘油、丙二醇、三丙二醇、二乙二醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、硼酸、硼酸鈉、硼酸鈉鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉、倍半碳酸鈉、硼氫化鈉、氫化鈉、氫化鋁鋰等。在本發(fā)明中可有效的氫化-脫氫劑的量基于水性流體的總量可為約I-約lOOpptg，而與氫化-脫氫劑的量無關(guān)。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，氫化-脫氫劑的量可為約5-約50pptg。任選地，在本發(fā)明的破膠組合物中也可采用可用于與粘彈性表面活性劑分子的催化氧化還原反應(yīng)的一種或多種合適的常規(guī)或未來的氧化劑。適當?shù)难趸瘎┌ǖ灰欢ㄏ抻趬A金屬和堿土金屬的過硫酸鹽、過碳酸鹽、過硼酸鹽、過氧化物、氫過氧化物、溴酸鹽、溴化物、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、高氯酸鹽、高碘酸鹽、高錳酸鹽、高磷酸鹽、過氧化氫等以及它們的混合物。在本發(fā)明中可有效的氧化劑的量基于水性流體的總量計可為約O. 5-約IOOpptg0在本發(fā)明的另一非限制性變體中，氧化劑的量可為約2-約50pptg。本發(fā)明的破膠組合物的任選的額外組分為在流體加熱時緩慢水解成作為有機氫化源的Bronsted-Lowry酸的有機化合物。通常可包括有機酸的這些有機化合物可包括但不一定限于檸檬酸酯、反丁烯二酸酯、乙酸酯等。具體的有機化合物包括但不限于乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯、檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯和反丁烯二酸二乙酯。在本發(fā)明中可有效的有機酸的量基于水性流體的總量計可為約O. 2-約8gptg。在本發(fā)明的另一非限制性變體中，有機酸的量可為約O. 5-約4gptg。對于該程序可使用任何合適的混合設(shè)備。在間歇混合的情況下，將VES和水性流體共混以足以形成膠凝或增粘的溶液的一段時間。可用于本發(fā)明的VES可為井田服務(wù)工業(yè)中的技術(shù)人員所熟悉的任何VES體系，且可包括但不限于酰氨基氧化胺、胺、胺鹽、季銨化合物、氧化胺、乙氧基化脂肪胺、磺酸甲酯、甜菜堿、改性的甜菜堿、磺基丁二酸鹽、其混合物等。合適的胺、胺鹽、季銨鹽、酰氨基氧化胺及其它表面活性劑描述在美國專利5，964，295號；5，979，555號；6，239，183號和7，261，160號中，所述美國專利以引用的方式并入本文。粘彈性表面活性劑通過使用不含聚合物的體系改善壓裂流體性能。這些體系提供改善的減粘、較高沙石運輸能力，在處理之后更易于采收，且對儲層相對沒有損壞。所述體系在油田操作中也更易于“即時”混合且在流體體系中不需要許多助添加劑，而在一些現(xiàn)有體系中卻需要。適用于本發(fā)明的粘彈性表面活性劑包括但不一定限于非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑和兩性離子表面活性劑。兩性離子表面活性劑/兩性表面活性劑的具體實例包括但不一定限于甘氨酸二羥基烷基酯、烷基兩性乙酸鹽或丙酸鹽、烷基甜菜堿、烷基酰氨基丙基甜菜堿和衍生自某些蠟、脂肪和油的烷基亞氨基單或二丙酸鹽。季胺表面活性劑通常為陽離子表面活性劑，且所述甜菜堿通常為兩性離子表面活性劑。增稠劑可與諸如鄰苯二甲酸、水楊酸或其鹽的無機水溶鹽或有機酸添加劑組合使用。與陽離子流體型相比，一些非離子流體固有地較低程度地損壞生產(chǎn)地層，且按磅計比陰離子膠凝劑更有效。氧化胺粘彈性表面活性劑具有每磅提供更大膠凝能力的潛能，使其比該類型的其它流體更低廉。氧化胺膠凝劑RN+(R' )20_可具有以下結(jié)構(gòu)(I):
權(quán)利要求
1.使以粘彈性表面活性劑(VES)膠凝的水性流體減粘的方法，包括向用有效增加該水性流體的粘度的量的至少一種VES膠凝的所述水性流體中加入有效降低膠凝的水性流體的粘度的量的組合物， 其中所述組合物包含基于總流體計約0. 01-約300ppm的至少一種過渡金屬離子源，且 其中所述VES選自由以下組成的集合胺、胺鹽、季銨化合物、氧化胺、乙氧基化脂肪胺、磺酸甲酯、甜菜堿、改性的甜菜堿、磺基丁二酸鹽以及它們的混合物。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述組合物還包含至少一種螯合劑。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述組合物還包含至少一種還原劑源。
4.權(quán)利要求I的方法，其中所述組合物還包含至少兩種過渡金屬離子源。
5.權(quán)利要求I的方法，其中所述過渡金屬離子源為過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物中的過渡金屬為選自由周期表(先前的IUPAC美國族標記法)m VA, VIA, VIIA, VIIIA, IB, IIB, IIIB IVB族組 的集合的過渡金屬。
7.權(quán)利要求3的方法，其中所述還原劑源選自由以下組成的集合異抗壞血酸鹽、脫氫抗壞血酸鹽、檸檬酸鹽、抗壞血酸鹽、亞硫酸鹽、硫醇和它們的堿金屬鹽、堿土金屬鹽和銨鹽。
8.權(quán)利要求2的方法，其中所述螯合劑選自由以下組成的集合羧酸、氨基羧酸、多元醇、烷醇胺以及它們的組合。
9.權(quán)利要求2的方法，其中螯合劑的量基于總流體計為約0.I-約50pptg(約0. 012-約6kg/m3)。
10.水性流體，其包含 水； 有效增加所述水性流體的粘度的量的至少一種粘彈性表面活性劑(VES)，其中所述VES選自由以下組成的集合胺、胺鹽、季銨化合物、氧化胺、乙氧基化脂肪胺、磺酸甲酯、甜菜堿、改性的甜菜堿、磺基丁二酸鹽以及它們的混合物；和 用以降低膠凝的水性流體的粘度的基于總流體計約0. 01-約300ppm的量的組合物，其中所述組合物包含至少一種過渡金屬離子源。
11.權(quán)利要求10的水性流體，其中所述組合物還包含至少一種螯合劑。
12.權(quán)利要求11的水性流體，其中所述組合物還包含至少一種還原劑源。
13.權(quán)利要求10的水性流體，其中所述組合物還包含至少兩種過渡金屬離子源。
14.權(quán)利要求10的水性流體，其中所述過渡金屬離子源為過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物。
15.權(quán)利要求14的水性流體，其中所述過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物中的過渡金屬為選自由周期表(先前的IUPAC美國族標記法)m VA.VIA.VIIA.VIIIAaBaiBailB IVB族組成的集合的過渡金屬。
16.權(quán)利要求12的水性流體，其中所述還原劑源選自由以下組成的集合異抗壞血酸 鹽、脫氫抗壞血酸鹽、檸檬酸鹽、抗壞血酸鹽、亞硫酸鹽、硫醇和它們的堿金屬鹽、堿土金屬鹽和銨鹽。
17.權(quán)利要求10的水性流體，其中所述螯合劑選自由以下組成的集合羧酸、氨基羧酸、多元醇、烷醇胺以及它們的組合。
18.權(quán)利要求11的水性流體,其中螯合劑的量基于總流體計為約0.I-約50pptg (約·0.012-約 6kg/m3)。
19.水性流體，其包含 水； 有效增加所述水性流體的粘度的量的至少一種粘彈性表面活性劑(VES)，其中所述VES選自由以下組成的集合胺、胺鹽、季銨化合物、氧化胺、乙氧基化脂肪胺、磺酸甲酯、甜菜堿、改性的甜菜堿、磺基丁二酸鹽以及它們的混合物 '及 有效降低膠凝的水性流體的粘度的量的組合物，其中所述組合物包含 基于總流體計約0. 01-約300ppm的至少一種過渡金屬離子源； 至少一種螯合劑；和 至少一種還原劑源； 其中所述組合物通過選自由分解所述VES的膠束結(jié)構(gòu)、重排所述VES的膠束結(jié)構(gòu)、化學改變所述VES的有效量以及它們的組合組成的集合的機理降低所述膠凝的水性流體的粘度。
20.權(quán)利要求19的水性流體，其中所述過渡金屬離子源為過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物。
21.權(quán)利要求19的水性流體，其中所述過渡金屬鹽或過渡金屬絡(luò)合物中的過渡金屬為選自由周期表(先前的IUPAC美國族標記法)m VA.VIA.VIIA.VIIIAaBaiBailB IVB族組成的集合的過渡金屬。
22.權(quán)利要求19的水性流體，其中所述螯合劑選自由以下組成的集合羧酸、氨基羧酸、多元醇、烷醇胺以及它們的組合。
23.權(quán)利要求19的水性流體，其中所述還原劑源為選自由以下組成的集合的有機酸鹽異抗壞血酸鹽、脫氫抗壞血酸鹽、檸檬酸鹽、抗壞血酸鹽、亞硫酸鹽、硫醇和它們的堿金屬鹽、堿土金屬鹽和銨鹽。
24.權(quán)利要求19的水性流體，其中還原劑源的量基于總流體計為約5-約50pptg(約·0.6-約6kg/m3);且螯合劑的量基于總流體計為約0. I-約50pptg(約0. 012-約6kg/m3)。
全文摘要
用粘彈性表面活性劑(VES)增粘的流體可通過含有至少一種金屬離子源和任選至少一種第二源的組合物的直接或間接作用而具有降低(破膠)的粘度。任選的第二源可為螯合劑，其中可額外任選使用至少一種還原劑源。具有金屬離子源的另一任選組分包括第二不同的金屬離子源。據(jù)信破膠組合物可能通過分解或另外攻擊VES膠凝流體的膠束結(jié)構(gòu)和/或可能通過改變所述VES的化學結(jié)構(gòu)以給出兩種或更多種產(chǎn)物來直接攻擊所述VES本身。
文檔編號E21B43/16GK102803432SQ201080041512
公開日2012年11月28日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者J·B·克魯斯 申請人:貝克休斯公司