專利名稱：溶解濾餅的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及增加流體流入或流出地下井(subterranean well)。更具體地涉及從地層(formation)的巖石流入井眼(wellbore)的流體的增產(chǎn)。最具體地涉及控制裂縫的大小和形狀、位置和質(zhì)量的方法，所述裂縫產(chǎn)生于水力壓裂(hydraulic fracturing)(常規(guī)的或使用盤曲管道的)或一步操作中的壓裂和礫石充填(gravel packing)，并且涉及礫石充填。
水力壓裂、礫石充填和一步操作中的壓裂和礫石充填，被廣泛地使用以增產(chǎn)從地層產(chǎn)生碳?xì)浠衔?、水和其他流體。這些操作包括在水力壓裂中泵送″支撐劑(proppant)″的漿液(自然的或合成的材料在其產(chǎn)生后支撐開口裂縫)或在礫石充填中泵送″礫石″。在高滲透性地層(high permeability formation)中，水力壓裂處理的目的通常是產(chǎn)生短而寬的有高度傳導(dǎo)性的裂縫，以回避在鉆井(drilling)和/或完井(completion)中造成的近井損害，確保巖石和井眼之間的良好連通(communication)并增加可用的表面積以使流體流入井眼。礫石也是天然的或合成的材料，其可與支撐劑相同或不同。礫石充填用于防″沙″。沙子是給予任何顆粒物質(zhì)，如粘土的名稱，所述顆粒物質(zhì)來自可帶入生產(chǎn)設(shè)備的地層。礫石充填是防沙方法，其用于防止地層出砂，其中將鋼篩網(wǎng)(steelscreen)置于井眼中并將周圍的環(huán)狀空間(annulus)用制備好的礫石充填，所述礫石設(shè)計為特定的大小以防止地層砂(formation sand)通過，所述地層砂可污染(foul)地下的或地面的設(shè)備并降低流動。礫石充填的主要目的是穩(wěn)定所述地層同時對于井生產(chǎn)力(well productivity)產(chǎn)生最小的損害。有時進(jìn)行礫石充填不需篩網(wǎng)。將被水力壓裂的高滲透性地層通常是結(jié)合很差的，以致于也需要防沙。因此，需要短而寬的裂縫的水力壓裂處理常常與礫石充填組合在單一的連續(xù)(″壓裂并填充(frac and pack)″)操作中。為了簡化，在下面可提及水力壓裂、一步操作中的壓裂和礫石充填(壓裂并填充)，和礫石充填中的任一種，并指它們?nèi)俊?br> 允許所述支撐劑或礫石充填生產(chǎn)層(producing formation)之上的井眼是非常不希望的。如果此情況發(fā)生，則必須將該井眼清理干凈以允許各種其他的井下作業(yè)(downhole operation)，如放置工具，以允許最佳的流體生產(chǎn)(fluidproduction)。也非常不希望如果，不是產(chǎn)生短而寬的裂縫，而是壓裂或壓裂并填充處理脫砂(screen out)太晚或根本不脫砂，即如果所述裂縫在長度上和/或在高度上繼續(xù)增長，超過所需要的和預(yù)期的程度；那么決不會產(chǎn)生最佳的充填和預(yù)期的裂縫大小和形狀以使產(chǎn)量最大化并防止支撐劑或沙子的回流。
如上所述，短而寬的裂縫常常是需要的。產(chǎn)生短而寬的裂縫的最常用的方法是在泵送操作的過程中開始尖端脫砂(tip screenout)(″TSO″)。在尖端脫砂中，在裂縫尖端的固體濃度由于流體漏泄入地層而變得如此高以致于漿液不再是可流動的。濃縮的支撐劑漿液堵塞裂縫，并防止額外的裂縫增長。脫砂后將支撐劑/流體漿液附加泵送入地層導(dǎo)致裂縫變得更寬，并在裂縫中放置單位裂縫面積高濃度的支撐劑。這些根據(jù)需要導(dǎo)致尖端脫砂的處理方法的設(shè)計高度依賴于正確地得知待處理的地層的機(jī)械性能(mechanical property)、滲透性、儲層壓力和流體飽和度。大多數(shù)這些處理之前，進(jìn)行小的壓裂處理(有時稱為″數(shù)據(jù)壓裂分析(data frac)″或″小裂縫分析(mini-frac)″)以測量這些性質(zhì)并確定所述地層對于水力壓裂處理的響應(yīng)。處理方法設(shè)計常常快速修改以并入新信息。重要的設(shè)計參數(shù)是前置液(pad)的大小、層(stage)的大小和數(shù)量，和后續(xù)每層中的支撐劑或礫石濃度，以及在每層中使用的流體和添加劑的性質(zhì)。通常借助于計算機(jī)模型完成處理方法設(shè)計和修改，其中許多計算機(jī)模型是工業(yè)中可用的。操作員(operator)使用可得到的信息和模型以嘗試設(shè)計作業(yè)(job)以使根據(jù)需要進(jìn)行尖端脫砂。
所述前置液是無支撐劑的流體，其被泵送以在包含支撐劑或礫石的層開始之前引發(fā)并擴(kuò)展裂縫。它通常也符合其他需要。它在形成的裂縫的表面上敷設(shè)(lay down)包覆層(coating)，其稱為″濾餅″，。此濾餅(和在注入支撐劑或礫石的過程中所形成的)減少了液體從井眼、鉆孔(perforation)和/或裂縫流入所述地層(影響作業(yè)的″效率″(見下面))。如果通常存在的增粘劑是聚合物或交聯(lián)的聚合物，則可由它們形成濾餅。為此目的也可通過將額外的物質(zhì)加入流體中形成濾餅，尤其是當(dāng)裂縫面中的孔較大的情況。在此用途中上述任選加入的物質(zhì)通常稱為防濾失劑(fluid loss control additive)，或FLA。
在水力壓裂中，尤其在需要最長可能的裂縫(以產(chǎn)生最大可能的裂縫面用于流體流入所述裂縫并最終流入井眼)的低滲透性地層中，通常避免可能誘導(dǎo)尖端脫砂的操作模式，以得到長的有傳導(dǎo)性的裂縫。如果在泵送全部設(shè)計的處理之前在上述壓裂操作中遇到尖端脫砂，如由泵送壓力的增大所推知的，泵速率(pump rate)減小或很可能處理停止并認(rèn)為失敗。將其中不希望且不發(fā)生尖端脫砂的水力壓裂作業(yè)設(shè)計(job design)和作業(yè)施工(job executions)稱為″常規(guī)的″水力壓裂。
另一方面，如上所述，有時尖端脫砂是需要的。在那些需要尖端脫砂的特殊位置使用的設(shè)計特征通常包括確保相對于支撐劑注入的速率和量來說高的流體漏泄的方法。這可通過使用少量前置液、使用很少或不使用防濾失劑(fluid loss additive)、在處理早期使用較高的支撐劑濃度、更緩慢的泵送和對于壓裂、礫石充填和裂縫/礫石充填組合的領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員來說公知的其他方法來實(shí)現(xiàn)。
不幸地，盡管有數(shù)據(jù)-壓裂分析信息，在處理過程中通過井底壓力計收集的壓力瞬變(pressure transient)已顯示，TSO在許多，也許是大多數(shù)需要和預(yù)期TSO的處理中不發(fā)生。在裂縫尖端的液體仍是可流動的，整個處理期間裂縫尖端繼續(xù)增長而且達(dá)不到裂縫中所需的支撐劑濃度。因此，得不到所需的裂縫導(dǎo)流能力(fracture conductivity)。通常，當(dāng)需要TSO時，必須通過在處理時降低泵速率或增加支撐劑濃度而設(shè)法實(shí)現(xiàn)TSO。
得不到適當(dāng)?shù)腡SO有兩個主要原因。首先，對于支撐劑體積而言，裂縫可能太大。這發(fā)生在a)前置液太多時或b)″效率″太高時，或c)在作業(yè)的設(shè)計中選擇的支撐劑體積與漿液體積的比例不夠高時。(當(dāng)通過流體和基質(zhì)(matrix)的性質(zhì)天然地，或通過加入防濾失劑將流體漏泄控制在可接受的低水平時，壓裂操作中的″效率″是高的；當(dāng)漏泄水平高時，效率是低的，以至于必須泵送非常大體積的流體以便產(chǎn)生預(yù)期的裂縫大小和形狀并放置特定量的支撐劑或礫石；當(dāng)漏泄很少時效率是高的，所以大部分注入的流體用于擴(kuò)大裂縫。)第二，對于支撐劑而言，裂縫寬度可能太大以至于不能在裂縫中形成橋接(bridge)。這可能是由于有缺陷的(bad)初始設(shè)計(例如支撐劑直徑的選擇)或由于寬度增長超過預(yù)期而導(dǎo)致的。
直到現(xiàn)在，處理這些問題的主要方法針對優(yōu)化a)防濾失劑的選擇和b)所使用的作業(yè)層及其濃度的選擇，尤其是如果主要問題是裂縫對于支撐劑體積來說太大的情況。
在壓裂中使用纖維控制支撐劑回流。在那種情況下，以最佳濃度加入纖維以控制支撐劑回流，同時不顯著地影響裂縫導(dǎo)流能力。如果使用玻璃纖維，例如，此濃度大約為支撐劑的1重量％。此濃度不足以在通常的使用條件下，尤其在低滲透性地層中，在泵送過程中產(chǎn)生橋接。當(dāng)流體的粘度非常低時，有時也使用纖維以幫助支撐劑的運(yùn)輸。在這些處理中通常有意地避免尖端脫砂；通過仔細(xì)的預(yù)處理作業(yè)設(shè)計，尤其通過仔細(xì)地選擇泵送進(jìn)度(pumpingschedule)保持低的支撐劑濃度。例如，在這些處理中增大前置液體積超過常規(guī)作業(yè)設(shè)計以確保在支撐劑/纖維漿液進(jìn)入所述裂縫之前產(chǎn)生足夠的裂縫寬度。然而，美國專利申請10/214,817(轉(zhuǎn)讓給Schlumberger TechnologyCorporation，2002年8月8日提交，在此整體并入作為參考)描述了有意地使用纖維以在需要時增強(qiáng)尖端脫砂的方法。
美國專利申請10/227,690(轉(zhuǎn)讓給Schlumberger Technology Corporation，2002年8月20日提交，在此整體并入作為參考)描述了誘導(dǎo)尖端篩分的化學(xué)方法，該方法通過在前置液和/或一層或多層攜帶壓裂流體的主要支撐劑中引入一種或多種濾餅降解劑和任選的濾餅降解劑助劑(aid)導(dǎo)致至少部分的濾餅以預(yù)期程度降解。與未知的地層可變性相比，此方法更多依賴于在操作者的控制下的作業(yè)的特征(尤其是流體和使用的防濾失劑的化學(xué)性質(zhì)(chemistry))。然而，在流體中引入濾餅降解劑和任選的濾餅降解劑助劑的時間安排(scheduling)，可為復(fù)雜的。
去除濾餅服務(wù)于另一個目的。在處理完成之后，井將用于生產(chǎn)而且操作者希望使液體從地層進(jìn)入井眼的流動最大化。需要用于減少漏泄的濾餅阻礙了此流動。在礫石充填中，雖然沒有不需要誘導(dǎo)尖端脫砂，但仍有充分理由去除濾餅。
需要更簡單、可靠的方法以確?？梢匀コ秊V餅而且預(yù)期的尖端脫砂將準(zhǔn)確地發(fā)生在需要的時間和地點(diǎn)，并允許尖端脫砂處理的設(shè)計中具有高度的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施方案是通過形成包含堿溶性固體物質(zhì)(solidbase-soluble material)的濾餅，并在注入存在于攜帶液中的支撐劑的漿液的同時，用堿溶性固體物質(zhì)降解劑降解所述堿溶性固體物質(zhì)，在地層增產(chǎn)處理中導(dǎo)致脫砂的方法，其中在高于壓裂壓力的條件下將存在于粘彈性表面活性劑基攜帶液中的支撐劑的漿液注入，以產(chǎn)生一個或多個裂縫。在一個實(shí)施方案中，所述堿溶性固體物質(zhì)降解劑是堿，優(yōu)選堿金屬醇鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、堿金屬氫氧化物、氫氧化銨或一種或多種上述物質(zhì)的混合物。在另一個實(shí)施方案中，攜帶液含有緩沖劑。在另一個實(shí)施方案中，攜帶液含有防濾失劑。
在又一個實(shí)施方案中，所述堿溶性固體物質(zhì)是丙交酯、乙交酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、乙醇酸與其他含有羥基-、羧酸-或羥基羧酸的部分的共聚物、乳酸與其他含有羥基-、羧酸-或羥基羧酸的部分的共聚物及其混合物中的一種或多種。所述堿溶性固體物質(zhì)優(yōu)選為聚乙醇酸。在另一個實(shí)施方案中，所述堿溶性固體物質(zhì)與固體酸反應(yīng)性物質(zhì)混合。所述固體酸反應(yīng)性物質(zhì)優(yōu)選地選自氫氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鎂鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁、草酸鈣、磷酸鈣、偏磷酸鋁、多磷酸鈉鋅鉀玻璃或多磷酸鈉鈣鎂玻璃。所述堿溶性固體物質(zhì)和固體酸反應(yīng)性物質(zhì)可存在于不同的顆?；虼嬖谟谙嗤念w粒中；所述堿溶性固體物質(zhì)可包含所述固體酸反應(yīng)性物質(zhì)。無論如何，可用延遲水解的物質(zhì)(hydrolysis-delaying material)包覆所述堿溶性固體物質(zhì)。
在其他實(shí)施方案中，可將所述堿溶性固體物質(zhì)和堿溶性固體物質(zhì)降解劑中的任一種或兩種都加入前置液中，加入早期的攜帶支撐劑的層(stage)中，或加入后期的攜帶支撐劑的層中。在另一個實(shí)施方案中，處理的任何或所有階段(stage)中可包括促進(jìn)橋接的物質(zhì)(bridging-promoting material)。在另一個實(shí)施方案中，不同于或除所述堿溶性固體物質(zhì)以外，在任何階段中可包括防濾失劑。
又一個實(shí)施方案是礫石充填地層的方法，所述方法包括注入存在于粘彈性表面活性劑基攜帶液中的礫石的漿液，所述攜帶液含有形成濾餅的堿溶性固體物質(zhì)，和在注入存在于攜帶液中的礫石的漿液的同時，用濾餅降解劑降解濾餅。堿溶性固體物質(zhì)、堿、任選的固體酸反應(yīng)性物質(zhì)、任選的堿溶性物質(zhì)降解劑，和任選的促進(jìn)橋接的物質(zhì)與用于壓裂的物質(zhì)相同。可用或不用防沙篩網(wǎng)進(jìn)行礫石充填。又一個實(shí)施方案是粘彈性表面活性劑基的井處理(welltreatment)組合物，其含有水和堿溶性固體物質(zhì)。


圖1顯示隨pH的增加通過本發(fā)明的濾餅的流動速率的變化。
發(fā)明詳述為了有助于理解通過水力壓裂和組合的壓裂/礫石充填操作中的作業(yè)設(shè)計促進(jìn)的有意的尖端脫砂，參見M.Economides和K.Nolte，eds.，ReservoirStimulation，第3版，John Wiley & Sons，Ltd，New York(2000)pp 10-21至10-24；和F.L.Monus，F(xiàn).W.Broussard，J.A.Ayoub和W.D.Norman，″FracturingUnconsolidated Sand Formations Offshore Gulf of Mexico，″SPE 24844，(1992)?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有意地并以控制方式，通過使用特殊選擇的物質(zhì)作為至少一部分的防濾失劑，然后在注入的流體的組合物中進(jìn)行單一的簡單變化從而在裂縫中造成脫砂的簡單且可靠的方法。當(dāng)篩分失敗是由于裂縫對于支撐劑體積而言太大而造成時，本方法是特別有效的。本方法將形成濾餅，該濾餅包括或全部由特殊的防濾失劑物質(zhì)組成，所述防濾失劑物質(zhì)是堿溶性固體物質(zhì)，然后在適當(dāng)?shù)臅r間通過將堿加入攜帶液中來減少濾餅的量，或增加其滲透性。(對于″堿″和″堿溶性的″更廣泛的定義見下面。)形成濾餅的物質(zhì)稱為″防濾失劑″或″FLA″。所述FLA可全部為堿溶性固體物質(zhì)，或可含有一種或多種其他組分。一般地，堿溶性固體物質(zhì)是″防濾失劑或組分″。使用術(shù)語濾餅降解以涵蓋通過溶解至少一部分濾餅來減少濾餅的量或增加其滲透性。(當(dāng)″一部分″濾餅溶解而且堿溶性固體物質(zhì)只是防濾失劑的組分時，所有的堿溶性固體物質(zhì)可溶解或不溶解。)這是通過快速地且在作業(yè)過程中預(yù)期的點(diǎn)通過將堿在適當(dāng)?shù)臅r間加入流體中來溶解至少一部分特殊配制的濾餅而進(jìn)行的。通常將在作業(yè)設(shè)計的過程中確定操作者開始將堿加入流體中的時間，但可在數(shù)據(jù)壓裂分析的過程中或如果需要甚至在處理的過程中確定(或最終確定)這個時間，因?yàn)橹挥袉蝹€添加劑將被改變。
如果脫砂失敗部分地是由于裂縫寬度太大以至于不能允許支撐劑有效橋接造成的，那么可將纖維或其他材料(稱為促進(jìn)橋接的物質(zhì))加入支撐劑，連同上述用堿溶解濾餅的方法以幫助橋接。可同時或連續(xù)地組合這些涉及溶解濾餅和加入纖維的技術(shù)。
本發(fā)明的方法也適用于在礫石充填中形成然后破壞濾餅。本發(fā)明的方法也可用于故意形成較寬的裂縫(其具有較大的裂縫導(dǎo)流能力)。也可使用本發(fā)明的方法作為轉(zhuǎn)換(diversion)形式；也就是說，操作者可故意停止一個裂縫的增長然后開始新的裂縫而不需油層隔離(zonal isolation)。本發(fā)明的方法可用于遍及整個裂縫或只在其一部分中破壞FLA。操作者通過使漏泄加速，和任選地也通過幫助支撐劑橋接(如下將被討論)，可決定并控制何時及何地發(fā)生脫砂(并避免脫砂失敗、非常平緩而無效的脫砂，或在地層之上的井眼中脫砂的不希望的結(jié)果)。
基本的和統(tǒng)一的構(gòu)思是在處理的早期敷設(shè)濾餅，然后注入支撐劑或礫石漿液，然后在繼續(xù)支撐劑或礫石漿液注入的同時，通過溶解化學(xué)破壞至少一部分濾餅以使漏泄增加。如果處理涉及壓裂，包括組合的壓裂和礫石充填，那么裂縫中支撐劑的濃度增加，而且支撐劑脫砂。雖然本發(fā)明的方法可用于除壓裂之外的處理并用于除誘導(dǎo)脫砂之外的目的，但如下討論將主要針對在壓裂中誘導(dǎo)脫砂。
適合在本發(fā)明中使用的堿溶性固體物質(zhì)，其為防濾失劑，或防濾失劑組分，包括特定有機(jī)酸的固體環(huán)狀二聚物，或固體聚合物，所述有機(jī)酸在堿的存在下容易水解為可溶性產(chǎn)物。合適的固體酸-前體(precursor)的一個實(shí)例是乳酸的固體環(huán)狀二聚物(即″丙交酯″)，其具有95至125℃的熔點(diǎn)，(依賴于旋光性)。另一個是乳酸聚合物，(有時稱為聚乳酸(或″PLA″)，或聚乳酸酯(polylactate)，或聚交酯(polylactide))。另一個實(shí)例是乙醇酸的固體環(huán)狀二聚物(稱為″乙交酯″)，其具有大約86℃的熔點(diǎn)。再一個實(shí)例是乙醇酸(羥基乙酸)的聚合物，也稱為聚乙醇酸(″PGA″)，或聚乙交酯(polyglycolide)。另一個實(shí)例是乳酸和乙醇酸的共聚物。這些聚合物和共聚物是聚酯。
Cargill Dow，Minnetonka，MN，USA生產(chǎn)了稱為″丙交酯″的固體環(huán)狀乳酸二聚物，并由它生產(chǎn)乳酸聚合物，或聚乳酸酯，其具有變化的分子量和結(jié)晶度，其具有通用商標(biāo)名NATUREWORKSTMPLA。目前可從Cargill Dow得到的PLA具有至多大約100,000的分子量，但是任何聚交酯(由任何制造者通過任何方法制造的)和具有任何結(jié)晶度的任何分子量的物質(zhì)都可用于本發(fā)明的實(shí)施方案中。所述PLA聚合物在室溫下是固體并被水水解以形成乳酸。可從Cargill Dow得到的那些通常具有大約120至大約170℃的結(jié)晶熔化溫度(crystalline melt temperature)，但其他是可獲得的。聚(d，l-丙交酯)(Poly(d，l-lactide))可從Bio-Invigor，Beijing和Taiwan得到，其具有至多500,000的分子量。Bio-Invigor也提供聚乙醇酸(也稱為聚乙交酯)和乳酸和乙醇酸的多種共聚物，其常常稱為″丙交酯乙交酯共聚酯(polyglactin)″或聚(丙交酯-co-乙交酯)(poly(lactide-co-glycolide))。所有這些物質(zhì)的水解反應(yīng)速率受分子量、結(jié)晶度(crystallinity)(結(jié)晶與無定形物質(zhì)的比例)、外形(固體的大小和形狀)的控制，而且對于聚丙交酯，受到兩種光學(xué)異構(gòu)體的量的控制。(天然存在的l-丙交酯部分地形成結(jié)晶聚合物；合成的dl-丙交酯形成無定形聚合物。)無定形區(qū)(amorphous region)比結(jié)晶區(qū)(crystalline region)更容易被水解。較低的分子量、較小的結(jié)晶度和較大的表面質(zhì)量比(surface-to-mass ratio)都導(dǎo)致較快的水解。通過升高溫度，通過添加酸或堿，或通過添加與水解產(chǎn)物反應(yīng)的物質(zhì)來加速水解。
均聚物可為更多的結(jié)晶體；共聚物傾向于為無定形的，除非它們是嵌段共聚物?？赏ㄟ^均聚物的制備方法和通過共聚物的制備方法及丙交酯和乙交酯的比例和分布來控制結(jié)晶的程度。聚乙交酯可制成多孔的形式。一些聚合物在它們水解之前在水中非常緩慢地溶解。
合適作為固體酸-前體的其他物質(zhì)都是在美國專利4,848,467；4,957,165；和4,986,355中描述的羥基乙酸(乙醇酸)與其自身或其他含羥基-、羧酸-或有羥基羧酸部分的那些聚合物。這些專利描述了這些物質(zhì)作為防濾失劑的用途。美國專利No.4,986,355描述了以最適合用于防濾失的細(xì)粒度(fine particle size)制備這些物質(zhì)的方法。
在壓裂過程中，更多的濾餅被敷設(shè)在最靠近井眼的一部分裂縫中，因?yàn)橐褜⒆羁拷鄣牧芽p表面以最高的壓力最長時間地暴露于形成濾餅的流體。此外，那種濾餅比離裂縫尖端更遠(yuǎn)的濾餅更難以通過用堿溶解而去除。一個原因是注入的流體冷卻了地層，而且最靠近井眼的地層是最冷的；堿溶性固體物質(zhì)的水解和溶解在較低溫度下進(jìn)行得較慢。而且，在壓裂處理的過程中，由于更長時間和更高壓力，更多的流體通過最靠近地層的裂縫面漏泄到地層中。處理后期，地層中的此裂縫流體和較厚的(thicker)濾餅阻礙了穿過濾餅的額外流動。由于通過堿的水解和溶解需要堿流入和流出濾餅，最靠近井眼是最難的。因此，即使堿首先并最長時間地接觸最靠近井眼的濾餅，接近尖端的濾餅更有效地降解。用預(yù)備的TSO在高滲透性地層中的壓裂處理通常是相當(dāng)短的處理。通常的時間為30至45分鐘；處理可偶爾進(jìn)行短至大約15分鐘或長至至大約1.5小時。在計算的時間開始加入堿以使濾餅的充分破壞發(fā)生在需要脫砂的時間。在許多作業(yè)中，堿加入的開始大約與支撐劑的開始一致；在較長的作業(yè)中，堿可顯著地在支撐劑之后開始。在非常短的作業(yè)中，和在礫石充填中，從作業(yè)一開始堿可包含在前置液中。
在高溫或長時間的處理中，其中通過將堿加入注入的流體中引起濾餅快速溶解，但其中可能有濾餅也許太易溶解的一些擔(dān)憂，調(diào)整作業(yè)設(shè)計以便只在作業(yè)的早期加入堿溶性固體物質(zhì)而且靠近井眼的濾餅不由堿溶性固體物質(zhì)組成或不包括堿溶性固體物質(zhì)。在堿溶性固體物質(zhì)難以獲得或比其他防濾失劑更昂貴的情況下使用此策略也是有優(yōu)勢的。
濾餅在給定位置的溶解速率和程度主要依賴于選擇的固體酸溶性物質(zhì)的組成、粒度和表面積，濾餅的厚度，溫度和堿的強(qiáng)度?？赡苤匾钠渌鳂I(yè)設(shè)計參數(shù)是作業(yè)的持續(xù)時間，裂縫的設(shè)計尺寸，和支撐劑粒度。例如，必須將前置液泵送足夠長和/或前置液必須含有足夠的FLA以確保敷設(shè)需要的濾餅。而且，濾餅降解決不能如此緩慢以致于脫砂不發(fā)生或發(fā)生得太晚。支撐劑的加入通常分階段(in stages)完成。在每個階段中用一定的時間注入一定的支撐劑濃度。連續(xù)的階段通常具有連續(xù)增加的支撐劑濃度。也可使支撐劑濃度平滑地斜線增加(ramp)，即在裝滿支撐劑的階段中連續(xù)增加。為了有助于說明，通常的作業(yè)將被分解為前置液和考慮周到的(discreet)支撐劑漿液階段。在前置液中，引發(fā)裂縫并敷設(shè)濾餅。在后續(xù)的支撐劑漿液階段中，裂縫擴(kuò)大。在最后的支撐劑漿液階段中，發(fā)生脫砂并用支撐劑填充裂縫。如果因?yàn)樵撟鳂I(yè)設(shè)計的其他方面前置液必須少量，可在所有支撐劑漿液階段中或在早期支撐劑漿液階段中繼續(xù)敷設(shè)濾餅?？稍谌魏位蛩械那爸靡汉碗A段中加入橋接促進(jìn)劑(bridging-promoting agent)。地層增產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)以多種不同的方式設(shè)計處理，該處理產(chǎn)生具有具體的最終參數(shù)(如尺寸和導(dǎo)流能力)的裂縫，所述設(shè)計依賴于如下因素，例如，化學(xué)品和材料的可得性；可加入化學(xué)品和材料的設(shè)備的可得性和性能(capability)；和成本。
優(yōu)選通過首先考慮關(guān)于井、地層、可獲得的流體和具有尖端脫砂的成功裂縫增產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的信息，然后準(zhǔn)備最佳的計劃用于根據(jù)所述的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)使增產(chǎn)的井的性能最大化來實(shí)施本發(fā)明。這樣的設(shè)計將包括注入適量選擇的前置液(pad fluid)，所述流體含有選擇的FLA，然后是注入一個或多個含有選定類型和濃度的裂縫流體、支撐劑、FLA(如果存在)和堿(如果存在)的級(stage)。這通常通過使用壓裂設(shè)計和評估軟件分析井來完成，其中壓力梯度(pressuregradient)與裂縫長度和高度進(jìn)化算法(evolution algorithm)、完整的漏泄信息和多種流體注入和它們溫度變化的影響相結(jié)合。
所述作業(yè)設(shè)計將通常包括待注入作業(yè)的每個階段中的流體和固體的速率和體積，包括所需的流體漏泄速率，和需要TSO的時間。將預(yù)測作業(yè)過程中特殊而暫時的溫度分布。那時操作者具有幾個可以調(diào)節(jié)的設(shè)計參數(shù)以確保適量的堿溶性固體物質(zhì)已在適當(dāng)?shù)臅r間溶解。使此情況發(fā)生的主要的可調(diào)節(jié)設(shè)計參數(shù)是堿溶性固體物質(zhì)的性質(zhì)(化學(xué)組成、粒度和形狀)，與堿溶性固體物質(zhì)一起加入的其他組分(將在下文描述的延遲劑或加速劑)，和流體的pH以及在作業(yè)過程中任選變化pH的方式。尤其需要的溶解模式是緩慢的或可忽略的溶解直至某個程度，然后是快速或廣泛的溶解。簡單的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用于確定給定的堿溶性物質(zhì)將在給定的條件下在給定的化學(xué)環(huán)境中溶解的速率。
已經(jīng)詳述了一個重要變量對于堿溶性固體物質(zhì)的溶解速率的影響(化學(xué)組成、粒度和形狀)。在成本和可獲得性范圍內(nèi)，選擇不同的堿溶性固體物質(zhì)組成和物理性質(zhì)。(必須根據(jù)考慮到的所需的濾失量(fluid loss)和濾餅性質(zhì)選擇形狀和粒度，如在別處所討論的。)另一個重要變量是溫度。(通常通過注入流體自然地降低地層的溫度，而且有時能通過故意注入比設(shè)計結(jié)果更多的流體，例如較大量的前置液，來進(jìn)一步降低溫度。任何方法，溫度將是已知的，而空間和時間的溫度分布在此將被簡單的稱為″溫度″。)第三個重要的變量是流體的pH，當(dāng)所述流體被注入時且當(dāng)其在濾餅中時，堿溶性固體物質(zhì)將與流體接觸。使用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)確定給定物質(zhì)在給出的溫度和pH的溶解速率。
更高的pH和更高的溫度使溶解加速。應(yīng)理解用于本發(fā)明的固體″堿溶性″物質(zhì)將實(shí)際上最終水解和溶解于任何溫度任何pH的水性流體(aqueous fluid)。然而，在低pH和/或低溫下，此溶解可能歷時數(shù)年，然而對于本發(fā)明的目的，溶解應(yīng)發(fā)生在至少幾分鐘到至多幾小時之內(nèi)的時間間隔(time span)。因此，在高溫(例如超過大約115℃)時，可能需要使用措施以減慢水解和溶解，而在低溫(低于，例如大約65℃)時，可能需要設(shè)法加速水解和溶解。減慢水解的方法包括，借助非限制性的實(shí)例，降低pH或在較低pH下緩沖流體。另一種方法是包覆堿溶性固體物質(zhì)。合適的包覆層(coating)包括polycaprolate(乙交酯和ε-己內(nèi)酯(epsilon-caprolactone)的共聚物)，和硬脂酸鈣，它們都是疏水的。polycaprolate本身緩慢水解。通過任何方式在堿溶性固體物質(zhì)的表面上產(chǎn)生疏水層都會延遲水解。注意此處的包覆層可指包衣(encapsulation)或簡單指通過化學(xué)反應(yīng)或通過形成或添加另一種物質(zhì)的薄膜改變表面。延遲堿溶性固體物質(zhì)的水解的另一種合適的方法是將堿溶性固體物質(zhì)，任選地具有疏水包覆層，懸浮于油中或乳液的油相中。直到水接觸堿溶性固體物質(zhì)才發(fā)生水解和溶解。增加水解的方法包括，借助非限制性的實(shí)例，升高pH或在較高的pH緩沖流體。加速水解和溶解的另一個方法是將與水解產(chǎn)生的酸反應(yīng)的試劑與堿溶性固體物質(zhì)(存在于相同或不同的顆粒中，通常存在于相同顆粒中，任選地包覆堿溶性固體物質(zhì)或被堿溶性固體物質(zhì)包覆)混合非限制性的實(shí)例是氧化鎂和碳酸鈣。這在別處詳細(xì)討論。注意到雖然依賴于環(huán)境，通過控制pH來控制水解和溶解速率可包括增加、減少或緩沖流體，正如為了簡便在整個討論中使用術(shù)語″堿溶性物質(zhì)″，通常用堿的加入來描述pH的改變。
對于給定的處理方法，常常有幾種可以使用的策略。例如，可選擇化學(xué)品和作業(yè)設(shè)計的組合以使堿溶性固體物質(zhì)在整個處理中緩慢地水解和溶解，而且濾餅的破壞在預(yù)期的時間達(dá)到漏泄導(dǎo)致脫砂的程度。在一些作業(yè)中，這可以完成而不需在作業(yè)過程中改變流體組成。另一方面，可選擇化學(xué)品和作業(yè)設(shè)計的組合以使直到操作者突然變化注入流體的組成(例如加入強(qiáng)堿)時，堿溶性固體物質(zhì)才以明顯的速率水解和溶解，以使濾餅一接觸流體就快速溶解。此策略在處理過程中可給予操作者更大的支配權(quán)(greater control)。也可將化學(xué)品和設(shè)備的可用性在處理設(shè)計的選擇中作為輸入(input)。
對于水力壓裂或礫石充填或這兩者的組合而言，對用于前置液或用于形成漿液的水性流體進(jìn)行增粘。通常使用聚合物(通常為與硼、鋯或鈦化合物交聯(lián)的多糖)作為增粘劑。所述聚合物的一部分也通常終止而作為主要的(或單獨(dú)的)濾餅成分。然而，這些聚合物或交聯(lián)聚合物流體的粘度常常被強(qiáng)堿影響，而多糖聚合物不容易被堿破壞，所以它們不在本發(fā)明中使用。另一方面，特定的表面活性劑，尤其是粘彈性表面活性劑(″VES″)形成適當(dāng)大小和形狀的膠束(micelle)，其使水性流體增粘。這些膠束和表面活性劑不受堿影響，而且所述表面活性劑不形成濾餅，所以，表面活性劑在本發(fā)明的方法中是優(yōu)選的增粘劑(viscosifier)?？墒褂蒙倭康木酆衔镆栽黾诱扯然蛴糜诔稣持獾哪康?，例如作為摩阻減低劑(frictionreducer)；這對于本發(fā)明的方法將是無害的。任何表面活性劑增粘的裂縫或礫石充填流體都可用于本發(fā)明，只要它與本發(fā)明的特殊物質(zhì)(所述的FLA和堿)相容，并與所述地層、支撐劑和處理的預(yù)期結(jié)果相容。在前置液中或前置液之后可使用任何VES基的流體，其與地層、地層流體和任何添加劑，尤其是堿相容。特別有效的VES基的流體是那些在美國專利5,551,516；5,964,295；5,979,555；5,979,557和6,258,859；和美國專利申請10/250,416(轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人)和10/250,417(轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人)，據(jù)此全部并入作為參考。一些所述的VES流體通常在多至12.5或更高的pH下使用，在此情況中它們將優(yōu)選用于本發(fā)明的短時間處理(short treatment)并且不用額外的堿。破膠劑(breaker)也可用于VES，只要它們不是強(qiáng)堿(除非預(yù)期的作業(yè)將是非常短暫的)而且只要它們與強(qiáng)堿相適應(yīng)。
通常，從處理方法的設(shè)計的開始已知TSO是希望得到的，而且將本發(fā)明的方法并入原始的作業(yè)設(shè)計。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)計作業(yè)而不需設(shè)計TSO，或具有任選的TSO，然后在作業(yè)施工過程中可以決定TSO是需要的(或可如所設(shè)計地不發(fā)生)并因此迅速地改變所述作業(yè)。(注意在此說明書中，常常將裂縫中的任何脫砂稱為尖端脫砂(TSO)，但就TSO來說，這里包括發(fā)生在裂縫中而且不需要發(fā)生在最遠(yuǎn)離井眼的裂縫的最末端的脫砂；重要的是篩分的確發(fā)生了，其發(fā)生在需要的時間，而且它發(fā)生在裂縫中而不是在井眼中。
這里可使用術(shù)語″常規(guī)壓裂″來指水力壓裂，其中尖端篩分既不是預(yù)期的也不是需要的。在常規(guī)壓裂中，避免可能誘導(dǎo)尖端脫砂的操作模式。如果在整個設(shè)計的處理被泵送之前，在常規(guī)壓裂操作中遇到尖端篩分或尖端篩分看來即將來臨，如由泵送壓力升高所推斷的，可迅速地在作業(yè)參數(shù)中進(jìn)行一些變化，例如泵速率或支撐劑濃度，以試圖使趨于尖端篩分的趨勢最小化。然而，經(jīng)常地停止處理并將其認(rèn)為是失敗。
本發(fā)明的前置液包含攜帶液和VES。它可另外含有通常用于所述流體的其他添加劑，只要前置液的所有組分對于地層或?qū)τ诹芽p流體無害。在本發(fā)明中用作前置液的流體通?？砂T如腐蝕抑制劑、摩阻減低劑、粘土穩(wěn)定劑(clay stabilizer)、結(jié)垢抑制劑(scale inhibitor)、殺蟲劑(biocide)等物質(zhì)。
所述攜帶液提供了用于將其他組分運(yùn)輸?shù)降貙又械慕橘|(zhì)。優(yōu)選地，攜帶液是水或鹽水?？砂ㄟx擇的有機(jī)或無機(jī)鹽或混合物，只要它們與前置液、裂縫流體、地層和地層流體中的所有組分相適應(yīng)。常常將含有大約1至大約7重量％氯化鉀(KCl)或氯化銨的溶液用作壓裂流體和前置液中的基液(baseliquid)以穩(wěn)定粘土并防止粘土膨脹。有時使用其他鹽水或海水。有機(jī)的陽離子鹽，如，具體為，氯化四甲基銨(tetra methyl ammonium chloride)，是有效的鹽，尤其是但不限于大約0.2至大約0.5重量％。
FLA也可包括額外的固體，諸如但不限于氧化鎂(magnesia)、氫氧化鋁、碳酸鈣(方解石(calcite))、草酸鈣、磷酸鈣、偏磷酸鋁、多磷酸鈉鋅鉀玻璃(sodium zinc potassium polyphosphate glass)、多磷酸鈉鈣鎂玻璃(sodiumcalcium magnesium polyphosphate glass)、石棉(asbestos)、顆粒淀粉(granularstarch)、微粒云母(particulate mica)、塑料粒子、固體蠟(solid wax)或蠟-聚合物粒子(wax-polymer particle)、油溶性固體樹脂粒子(solid oil-soluble resinparticles)、不溶性鹽、可緩慢溶解的鹽(如氯化鈉如果攜帶液和地層水具有高離子強(qiáng)度)，及其混合物。這些物質(zhì)中的一些將在堿中快速溶解；一些則不是。一些將最終隨著時間溶解或降解；一些則不是。不需要溶解全部的濾餅，或甚至溶解濾餅中的所有堿溶性固體物質(zhì)。只需要溶解足夠的濾餅，以致濾失量增加至篩分發(fā)生的程度。
一種或多種堿溶性固體物質(zhì)和一種或多種其他FLA組分的混合物可為單獨(dú)組分的單獨(dú)粒子的純的物理狀態(tài)混合物(physical mixture)。也可制備所述混合物以使一種或多種堿溶性固體物質(zhì)和一種或其他FLA組分存在于每個粒子中。這可以借助非限制性的實(shí)例，通過用堿溶性固體物質(zhì)包覆其他FLA組分，或通過加熱物理狀態(tài)混合物直到堿溶性固體物質(zhì)熔化，充分混合、冷卻和粉碎來完成。例如，工業(yè)中的一般慣例是將聚合物與礦物填料物質(zhì)(mineral filler material)如滑石或碳酸鹽共擠出(co-extrude)，以使它們具有改變的光學(xué)、熱和/或機(jī)械性質(zhì)。聚合物和固體的上述混合物通常被稱為″填充聚合物(filled polymer)″。當(dāng)其他FLA組分完全包含在堿溶性固體物質(zhì)中時，所述的其他FLA組分可為水溶性的，例如硼酸或硼砂。在任何情況下優(yōu)選組分在混合物中的分布盡可能均勻?？筛鶕?jù)情況調(diào)節(jié)組分的相對量以控制堿溶性固體物質(zhì)的反應(yīng)速率。最重要的因素將是進(jìn)行處理的溫度，混合物將接觸的水性流體的pH，和溶解混合物所需的時間。
可以將堿溶性固體物質(zhì)或堿溶性固體物質(zhì)和其他FLA組分的混合物制成不同的固體形狀，所述形狀包括，但不限于纖維、珠、膜、帶(ribbon)和薄片(platelet)。本發(fā)明的方法的優(yōu)勢在于，對于給定的油田處理(oilfield treatment)，可容易地從具有不同的水解和溶解速率的多種可用的物質(zhì)中選擇合適的堿溶性固體物質(zhì)。通過在處理?xiàng)l件下將堿溶性固體物質(zhì)暴露于一種或多種流體的簡單實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)容易地確定特定的堿溶性固體物質(zhì)在特定溫度并與具有特定pH的一種或多種流體接觸的溶解速率。自然地，選擇堿溶性固體物質(zhì)，其a)以所需的速率溶解和b)與流體的其他組分相適應(yīng)但不干擾流體的其他組分的功能。
混合物的各組分的粒度可相同或不同。粒度主要依賴于其上將沉積濾餅的巖石的孔徑分布(pore size distribution)和發(fā)生濾餅破壞的條件。選擇防濾失劑和濾餅組分的最佳粒度或粒度分布的標(biāo)準(zhǔn)和方法是已知的?？赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)測定給定組成和大小的粒子在給定的堿性流體中在給定溫度下溶解的速率。可選擇粒度或大小分布作為對于防濾失或?yàn)V餅形成來說最佳的那些和對于隨后的以預(yù)期的時間和速率的溶解來說最佳的那些之間的折衷物(compromise)。
對于防濾失而言，可通過選擇所需的漏泄參數(shù)并用預(yù)期流體和地層或與所述地層類似的巖石的樣品測定漏泄來確定最佳的大小或大小分布和濃度。漏泄定義為″瞬時濾失(spurt)″，其為濾餅障礙物(barrier)在裂縫表面上(或?qū)嶒?yàn)室樣品表面)形成之前，流體的初始快速漏泄，并定義為甚至發(fā)生在濾餅形成之后并受流體和其組分的粘度和造壁傾向(wall-building propensity)控制的隨后的漏泄。通常以體積或質(zhì)量每單位面積每單位時間的單位測量漏泄；對于實(shí)驗(yàn)室中確定的幾何形狀(geometry)，可通過作為時間的函數(shù)的質(zhì)量或體積來簡單測量。漏泄的測量，和通過用防濾失劑形成濾餅來控制漏泄，對于井增產(chǎn)和防沙技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說是熟悉的。
這些物質(zhì)的特殊優(yōu)勢在于堿溶性固體物質(zhì)和產(chǎn)生的產(chǎn)物是無毒的并且是可生物降解的。本發(fā)明的許多堿溶性固體物質(zhì)常常用作自溶解的縫合線。
通過測定，有時首先通過實(shí)驗(yàn)并通常最終通過計算機(jī)模擬和建模，F(xiàn)LA和其中應(yīng)包括FLA的層的最佳量以形成合適的濾餅來實(shí)施本發(fā)明。地下井和地層增產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)所涉及的地層和條件(尤其是時間和溫度)的知識容易地實(shí)施本發(fā)明。可例如通過調(diào)節(jié)作業(yè)泵送設(shè)計，其重復(fù)地包括，通常通過建模直到預(yù)測出想要的結(jié)果來完成設(shè)計過程。FLA將總是存在于前置液中。如果已經(jīng)形成滿意的濾餅，F(xiàn)LA不必存在于所有含支撐劑的層中或任何含支撐劑的層中。FLA的類型或濃度在前置液和各個支撐劑層中可以是不同的。
在壓裂作業(yè)的過程中使用堿溶解濾餅的用途與通常在常規(guī)壓裂中的用途相反，其中在作業(yè)過程中濾餅的去除是不需要的。
通常希望濾餅在增產(chǎn)應(yīng)用(stimulation application)后降解以減少裂縫表面″皮膚″損害并提供流體從基質(zhì)到裂縫并最終到井眼中的最大流動。類似地，希望礫石充填中形成的濾餅降解。此降解通常自然地發(fā)生，雖然緩慢進(jìn)行，通過熱采過程(thermal process)，或通過在常規(guī)的漿液流體中溶解濾餅，或通過在攜帶液中引入破膠劑，或通過物理過程，尤其是由于回流引起的(在處理過程中，流體流出裂縫并進(jìn)入地層，而在生產(chǎn)開始之后，流體流出地層并進(jìn)入裂縫)。因?yàn)橥ㄟ^本發(fā)明的方法故意降解濾餅可造成更快而更完全的降解，所以可在作業(yè)后立即開始產(chǎn)生流體并可以具有比用降解濾餅的其他方法得到的更高的速率。
如果也將纖維的用途設(shè)計為幫助誘導(dǎo)TSO，那么所述纖維通常至少處于第一個支撐劑層而且濃度是選定的以致于當(dāng)濾餅的降解已進(jìn)行到壓裂液效率(fluid efficiency)、于例如大約20％的程度時，所述的纖維/支撐劑漿液結(jié)塊(pack off)(不再是流動的)并導(dǎo)致TSO。注意在本發(fā)明的方法中導(dǎo)致TSO所需的纖維量可小于在壓裂中通常使用的纖維量以防止支撐劑回流而不導(dǎo)致TSO，因?yàn)樵诒景l(fā)明的方法中，所起的另一種作用是降解濾餅并由此增加裂縫中纖維/支撐劑漿液的濃度。換句話說，通過故意增強(qiáng)漏泄促進(jìn)橋接。另一方面，使用的纖維量也可大于為了防止支撐劑回流通常使用的量。
以通常的方式使用通常的設(shè)備、化學(xué)品和人員進(jìn)行所述的處理，但使用改進(jìn)的設(shè)備以提供添加纖維或其他促進(jìn)橋接的物質(zhì)的能力，如果不存在所述能力并且如果待使用的實(shí)施方案中的一個涉及纖維的加入。加入纖維的方法在美國專利No.5,501,275；和5,782,300中描述。加入纖維的優(yōu)選的而不是限制性的方法是在加入的支撐劑同時將其加入流體中。雖然已使用術(shù)語″纖維″，但也可使用其他物質(zhì)作為促進(jìn)橋接的物質(zhì)，如針(needle)、原纖化纖維(fibrillated fiber)、薄片和帶，尤其是長徑比(aspect ratio)大于大約3的物質(zhì)。隨著流體/支撐劑漿液脫水將使其流動性降低的任何有機(jī)的或無機(jī)的，天然的或合成的物質(zhì)是合適的。當(dāng)與支撐劑混合時，長徑比大于大約3的纖維將更有效，因?yàn)樗鼈儗A向于使支撐劑充填物(pack)具有更高的滲透性。
可以以足夠高的濃度加入纖維，或其他促進(jìn)跨接的物質(zhì)以誘導(dǎo)尖端脫砂，如在2002年8月8日提交的美國專利申請No.10/214,817中所述，其因此并入作為參考，其具有與本申請共同的受讓人。然而，當(dāng)使用促進(jìn)跨接的物質(zhì)時，不需要以在本發(fā)明中足夠?qū)е录舛撕Y分的量加入它們。纖維、支撐劑和流體的密度各自能變化，所以足夠高以單獨(dú)或和濾餅降解劑一起誘導(dǎo)尖端脫砂的纖維的量依賴于對纖維、支撐劑和流體的具體選擇。下述討論將針對本發(fā)明的水成液(aqueous liquid)和優(yōu)選的纖維，其為具有大約1至大約1.5克/立方厘米的相對低密度的合成有機(jī)聚合物纖維。然而，也可使用密度更大的纖維，如那些由無機(jī)物質(zhì)如玻璃或陶瓷制成的纖維；所述的纖維將具有高達(dá)合成有機(jī)聚合物纖維的兩倍或更多倍的密度。當(dāng)與包含堿溶性固體物質(zhì)的濾餅一起使用并隨后注入堿時，在液體/纖維/支撐劑漿液中的誘導(dǎo)尖端脫砂所需的纖維量與每體積的纖維/支撐劑混合物的纖維體積最緊密地相關(guān)。因而對于所涉及的具體組分的密度應(yīng)調(diào)節(jié)下面表示的纖維量。纖維的密度越高，需要的重量濃度越高。而且，纖維的相對于支撐劑直徑的長徑比、長度和直徑將影響液體/纖維/支撐劑漿液中誘導(dǎo)尖端脫砂所需的纖維的量(以漿液中液體的重量百分?jǐn)?shù)表示)。隨著纖維直徑減小或纖維長度或長徑比增加，較低的纖維的重量百分?jǐn)?shù)(以漿液中液體的重量百分?jǐn)?shù)表示)將是必需的。這些調(diào)節(jié)完全在本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員的能力之內(nèi)。特別適合的但非限制性的纖維和其他物質(zhì)在美國專利No.5,330,005；5,439,055；5,501,275和5,782,300中有描述，其由此并入作為參考。
所稱的″纖維″可為任何含纖維的物質(zhì)，諸如天然有機(jī)纖維、合成有機(jī)纖維(借助非限制性的實(shí)例，聚芳綸(polyaramide)或聚酰胺(polyamide)或酚醛(novoloid)或酚醛類聚合物)、原纖化合成有機(jī)纖維(fibrillated synthetic organicfiber)、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、無機(jī)纖維、金屬絲或其混合物。所述纖維物質(zhì)優(yōu)選具有大約2至大約30納米的長度和大約10至大約100微米的直徑，最優(yōu)選具有大約2至大約30納米的長度和大約10至大約100微米的長度。纖維橫截面不需要為圓形的(circular)而且纖維不需要是直的。如果使用原纖化纖維，單個原纖維的直徑可比上述的纖維直徑小得多。然而，隨著裂縫流體/纖維/支撐劑混合物進(jìn)入地層，所述支撐劑和纖維將由于流體漏泄而濃縮。在較高濃度下，纖維大大增加了漿液的跨接傾向。當(dāng)纖維濃度通過漏泄增加到大約4至大約5重量％時，漿液具有濕漿(wet pulp)的外觀。已在實(shí)驗(yàn)室中并在工場測試中顯示液體中大約4至大約5％的合成有機(jī)聚合物纖維能堵塞6至12毫米寬的縫(slot)。因此，隨著纖維和支撐劑在裂縫中由于流體漏泄而濃縮，對于支撐劑/纖維混合物而言，漿液將具有強(qiáng)烈的跨接并導(dǎo)致脫砂的傾向。
優(yōu)選在大約0.5至大約2重量％的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)合成有機(jī)聚合物纖維的量以引起壓裂液效率的變化。通常，0.5重量％的合成有機(jī)聚合物纖維將不被認(rèn)為是高的并將不導(dǎo)致脫砂。然而，本發(fā)明的一個目的在于使用將導(dǎo)致脫砂的纖維濃度。在一些情況下，例如如果流體漏泄系數(shù)(coefficient)相對高，而且壓裂液效率低，則可將初始纖維濃度降至大約那個量。此時濃度可能在用于″正?！逄幚淼摹逭！宸秶?，但其對于所述處理而言將是高的。另一方面，如果壓裂液效率異乎尋常地高，那么初始纖維濃度應(yīng)增加超過通常的2％以誘導(dǎo)尖端脫砂。因此本發(fā)明的合成有機(jī)聚合物纖維濃度的范圍是液體的大約O.5重量％至大約3重量％，優(yōu)選大約1重量％至大約2重量％。在此上下文中，″高濃度″是指在特定的液體/纖維/支撐劑組合中特定纖維的濃度足夠高以在處理的條件下非常顯著地增加脫砂的可能性。
雖然在常規(guī)水力壓裂中通常通過使用的支撐劑的量確定使用的纖維量，以便當(dāng)支撐劑的量在不同層中變化時改變纖維量，在本發(fā)明的方法中，更通常地通過使用的液體量確定使用的纖維量，更通常地使用按液體重量計算的恒定的纖維量。
隨著纖維剛度(stiffness)或剛性(rigidity)的增加，引起跨接和脫砂的傾向也增加。然而，流體的處理(fluid handling)將隨著剛度增加變得更困難。剛度或剛性變化的纖維容易在商業(yè)上獲得。此外，泵送過程中的摩擦壓力常常由于纖維的加入而減少。這是附加的益處，尤其是在組合的壓裂/礫石充填操作中，其中流體常常通過小口(small port)和通道(passage)泵送。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過考慮不同纖維的各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如考慮成本、可用性、需要的濃度、處理的簡易性、對摩擦壓力的影響和其他因素，可容易地選擇纖維。
雖然已經(jīng)描述了加入纖維以幫助誘導(dǎo)TSO的用途，但將纖維應(yīng)用于減少或防止粒子產(chǎn)生的更常規(guī)的目的屬于本發(fā)明的范圍。雖然礫石充填，或壓裂之后礫石充填，更通常地在適當(dāng)?shù)奈恢?in place)借助篩網(wǎng)進(jìn)行，但將流體和方法施用于不使用篩網(wǎng)完成的處理屬于本發(fā)明的范圍。雖然已針對碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生描述了本發(fā)明，但是將流體和方法用于預(yù)期用于產(chǎn)生其他流體，如水或鹽水的井中和用于注射井、生產(chǎn)井或貯存井中屬于本發(fā)明的范圍。雖然已針對可以使用不發(fā)泡(unfoamed)流體、發(fā)泡流體或賦能(energized)(例如用氮?dú)狻⒍趸蓟蚱浠旌衔镌瞿艿?流體來描述本發(fā)明；但可由于流體性質(zhì)中任何必然的變化對所有流體組分(包括纖維和支撐劑)的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。也可以理解本發(fā)明的流體和方法可用于在多重裂縫(multiple fracture)、自然裂縫或由酸的處理產(chǎn)生的酸蝕孔洞(wormhole)等中導(dǎo)致尖端脫砂。可用盤管(coiledtubing)實(shí)施任何本發(fā)明的方法。
可使用任何支撐劑(礫石)，只要它與堿和促進(jìn)跨接的物質(zhì)相容，如果使用促進(jìn)橋接的物質(zhì)，則還要與地層、流體和處理的預(yù)期結(jié)果相適應(yīng)。上述支撐劑(礫石)可為天然的或合成的，包覆的，或含有化學(xué)品；可順序地或以不同大小或不同物質(zhì)的混合物的形式使用多于一種上述支撐劑(礫石)。在相同或不同的井或處理中的支撐劑和礫石可為彼此相同的物質(zhì)和/或彼此相同的大小，而術(shù)語″支撐劑″意圖包括本討論中的礫石。通常，使用的支撐劑將具有大約0.15mm至大約2.5mm的平均粒度，更具體地，但不限于大約0.25-0.43mm、0.43-0.85mm、0.85-1.18mm、1.18-1.70mm和1.70-2.36mm的通常的大小范圍。通常，支撐劑將以每L攜帶液中加入大約0.12kg支撐劑至每L攜帶液中加入大約3kg支撐劑的濃度，優(yōu)選以每L攜帶液中加入大約0.12kg支撐劑至每L攜帶液中加入大約1.5kg支撐劑的濃度存在于漿液中。
可包括上述處理中通常使用的任何添加劑，同樣只要它們與其他組分和處理的預(yù)期結(jié)果相適應(yīng)。所述添加劑可包括，但不限于抗氧化劑、腐蝕抑制劑、殺蟲劑、緩沖劑等。處理的井眼可為垂直的、偏離的或水平的。它們可以通過套管(casing)和穿孔(perforation)或裸眼井(open hole)來完成。
本發(fā)明的方法的又一個優(yōu)勢在于操作者不需要設(shè)計將脫砂的作業(yè)。因此在操作者不希望減少前置液體積，減慢泵送，減少支撐劑載量，或進(jìn)行其他設(shè)計改變的情況下，當(dāng)他選擇加入堿時仍可以進(jìn)行脫砂。因此，雖然設(shè)計處理以使脫砂甚至可能在不加入堿時也發(fā)生，然后加入堿以確保脫砂是一種選擇，但設(shè)計不加入堿將很可能不脫砂的處理，然后加入堿同樣屬于本發(fā)明的范圍。設(shè)計并開始泵送處理，在所述處理的過程中的任何點(diǎn)未設(shè)計或預(yù)期脫砂，然后在處理的過程中決定使該處理進(jìn)行脫砂，而因此在該點(diǎn)加入堿并導(dǎo)致脫砂的情況也屬于本發(fā)明的范圍。
應(yīng)當(dāng)指出雖然不希望脫砂在井眼中，在篩網(wǎng)(如果存在)和井眼表面之間的環(huán)狀空間中，或在孔洞(perforation)中發(fā)生，但希望在作業(yè)的結(jié)尾將這些區(qū)域完全裝填。即，想要的結(jié)果是在裂縫中篩出(screen off)(脫砂初始發(fā)生在裂縫中)然后用支撐劑/礫石填充(或″裝填″)上述區(qū)域。
應(yīng)該理解破膠劑和破膠劑助劑(breaker aid)也可包含在作業(yè)設(shè)計中用于降解攜帶液中的表面活性劑的增粘劑。增粘劑的降解必須發(fā)生在濾餅降解之后；即，攜帶液必須能夠運(yùn)輸支撐劑直到已經(jīng)完成處理。破膠劑和破膠劑助劑的選擇和它們的加入時機(jī)(timing)和濃度必須與堿的加入一致以破壞濾餅。優(yōu)選地，任何破膠劑和破膠劑助劑(和系統(tǒng)中的其他任何添加劑)應(yīng)該對于堿不敏感并與堿相容。例如，不依賴于堿的加入，可在作業(yè)過程中的任何點(diǎn)加入緩慢作用的(slow acting)破膠劑，其在作業(yè)過程中的活性不足以降解濾餅，但其活性足以在泵送停止后在可接受的時間內(nèi)降解增粘劑。
考慮到任何可發(fā)生的冷卻(cool-down)，可在任何地層溫度下實(shí)施本發(fā)明，在所述溫度下前置液和裂縫流體和它們的組分，尤其是前置液和裂縫流體中的VES和膠束，具有需要的性質(zhì)，尤其是穩(wěn)定性。
實(shí)施例1 為了說明本發(fā)明的實(shí)施方案，用200mD滲透性的伯里亞砂巖核心(Berea sandstone core)建立了靜態(tài)的防濾失單元(static fiuid loss cell)。通過如下方法制備含有PGA的粘彈性流體將0.5重量％PGA分散在水中，加入0.2％碳酸氫三鈉(sodium sesquicarbonate)緩沖液以將pH保持在大約10，然后加入6重量％的濃縮物(concentrate)，其含有大約40重量％的芥酰氨基丙基二甲基甜菜堿(erucic amidopropyl dimethyl betaine)，大約5重量％氯化鈉，大約22重量％異丙醇(isopropanol)，大約1重量％聚萘磺酸鹽(polynaphthalenesulfonate)，和大約5重量％水。在韋林氏攪拌器(Waring blender)中以″中等″速度制備此流體。使用的PGA為Dupont TLF 6267，其被供應(yīng)商描述為結(jié)晶物質(zhì)(crystalline material)，其具有大約49℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，大約200至210℃的熔點(diǎn)，大約600的分子量，和大約8至15微米的平均粒度。通過核心(core)以大約3.45MPa的壓差(differential pressure)泵送此流體20分鐘。在天平(balance)上記錄通過核心的質(zhì)量，而且將重量記錄為時間的函數(shù)，如圖1所示。在20分鐘的終點(diǎn)，已將通過核心的流量減小到小于0.2ml/min的速率。20分鐘后，所述單元中的流體被類似的粘彈性流體所取代，但不需任何防濾失劑。已將苛性堿(Caustic)(NaOH)加入此第二流體中以將pH升高到大約13。在此第二層中，水解由第一層產(chǎn)生的濾餅。當(dāng)在大約3.45MPa的壓差下通過核心的流量恢復(fù)時，濾失快速地增加到比在第一層中觀察到的更快的速率。進(jìn)入第二層4分鐘之后，濾失速率為大于每分鐘0.4ml。
在此實(shí)驗(yàn)中，測試的第一層對應(yīng)于實(shí)際處理的初始前置液層，并顯示聚乙醇酸粒子通過產(chǎn)生濾餅提供防濾失。第二層顯示高pH流體的注入通過溶解至少大部分的濾餅并允許濾失以增加的速率恢復(fù)來破壞控制。此第二層對應(yīng)于其中包含堿的實(shí)際處理中的層，例如支撐劑層。
實(shí)施例2 通過將PGA的樣品懸浮于調(diào)節(jié)至不同pH的水中來確定水解和溶解Dupont PGA TLF 6267的簡便性。使用0.2重量％碳酸氫三鈉以在pH 10緩沖。對于pH 12通過加入KOH和NaOH中的任一種調(diào)節(jié)流體而具有同樣的結(jié)果。將所述懸浮液加熱到所需的溫度，不需攪拌在該溫度保持指示的時間，并記錄結(jié)果。當(dāng)溶液中用肉眼(unaided eye)看不到PGA時就認(rèn)為PGA溶解了。結(jié)果在表1中給出，并顯示可使用多么簡單的實(shí)驗(yàn)來確定pH，在該pH下給定的堿溶性固體物質(zhì)將在給定的溫度下在給定的時間中溶解。

前面對于本發(fā)明的具體實(shí)施方案的描述并不是本發(fā)明的每個可能的實(shí)施方案的完全列舉。此領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)對于本文描述的具體實(shí)施方案進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.在地層增產(chǎn)處理中導(dǎo)致脫砂的方法，所述處理包括在高于壓裂壓力的條件下將存在于粘彈性表面活性劑基攜帶液中的支撐劑的漿液注入，以產(chǎn)生一個或多個裂縫，所述方法包括a)形成濾餅，其包含堿溶性固體物質(zhì)，和b)在注入存在于攜帶液中的支撐劑的漿液的同時，用堿溶性固體物質(zhì)降解劑降解所述堿溶性固體物質(zhì)。
2.在地層增產(chǎn)處理中導(dǎo)致脫砂的方法，所述處理包括在高于壓裂壓力的條件下將存在于粘彈性表面活性劑基攜帶液中的支撐劑的漿液注入，以產(chǎn)生一個或多個裂縫，所述方法包括以下步驟a)注入前置液，其包含形成濾餅的堿溶性固體物質(zhì)，b)注入存在于攜帶液中的一種或多種包含支撐劑的第一漿液層；和c)在注入存在于攜帶液中的一種或多種包含支撐劑的第二漿液層的同時，用濾餅降解劑降解濾餅。
3.礫石充填地層的方法，所述礫石充填包括注入存在于粘彈性表面活性劑基攜帶液中的礫石的漿液，所述方法包括a)形成濾餅，其包含堿溶性固體物質(zhì)，和b)在將存在于攜帶液中的礫石的漿液的同時，用濾餅降解劑降解濾餅。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中堿溶性固體物質(zhì)降解劑是堿。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述的堿選自堿金屬醇鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、堿金屬氫氧化物、氫氧化銨或其混合物。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述濾餅包含防濾失劑，其選自水溶性高分子、交聯(lián)的水溶性高分子、石棉、淀粉、碳酸鈣、云母、塑料顆粒、固體蠟、蠟-聚合物顆粒、不溶性鹽、可緩慢溶解的鹽或其混合物，條件是至少一種成分可被破碎或溶解。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述堿溶性固體物質(zhì)選自丙交酯、乙交酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、乙醇酸與其他含有羥基-、羧酸-或羥基羧酸的部分的共聚物、乳酸與其他含有羥基-、羧酸-或羥基羧酸的部分的共聚物或其混合物。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述堿溶性固體物質(zhì)與酸反應(yīng)性固體物質(zhì)混合，所述酸反應(yīng)性固體物質(zhì)選自氫氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鎂鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁、草酸鈣、磷酸鈣、偏磷酸鋁、多磷酸鈉鋅鉀玻璃或多磷酸鈉鈣鎂玻璃。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述一種或多種注入的流體包含促進(jìn)橋接的物質(zhì)。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中當(dāng)濾餅形成時存在所述的降解劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了誘導(dǎo)脫砂的方法，所述方法是在具有粘彈性表面活性劑基的攜帶液的地層壓裂或組合壓裂和礫石充填處理的過程中，通過敷設(shè)濾餅，其至少一部分是堿溶性的物質(zhì)，注入支撐劑漿液，和通過加入堿使堿溶性固體物質(zhì)水解和溶解以使漏泄增加，裂縫中的支撐劑的濃度增加，和支撐劑脫砂。提供用粘彈性表面活性劑基的攜帶液進(jìn)行礫石充填的方法，該方法是通過敷設(shè)濾餅，其至少一部分是堿溶性的物質(zhì)，注入礫石，和通過加入堿使堿溶性固體物質(zhì)水解和溶解進(jìn)行的。給出了減慢或加速水解和溶解的方法，而且包括了加入促進(jìn)橋接的物質(zhì)。
文檔編號C09K8/74GK1902376SQ200480033573
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者菲利普·沙利文, 柯蒂斯·博尼 申請人:施藍(lán)姆伯格技術(shù)公司