專利名稱：用于地層的水力壓裂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地層中的水力壓裂，更特別地，涉及用于優(yōu)化裂縫傳導(dǎo)性 的方法。
背景技術(shù)：
碳?xì)浠衔?石油、天然氣等)通過(guò)鉆探穿過(guò)含碳?xì)浠衔锏貙拥木?從地層中獲得。這為碳?xì)浠衔锏竭_(dá)地面提供了部分流路。為使碳?xì)浠?物"產(chǎn)出"，即從地層行進(jìn)到井眼并最終行進(jìn)至地面，必須具有足夠暢通的 流路。
水力壓裂是通過(guò)設(shè)置從井眼至儲(chǔ)層的高傳導(dǎo)性裂縫或使高傳導(dǎo)性裂縫 從井眼延伸至儲(chǔ)層中提高井的產(chǎn)量的主要措施。在第一階段期間，水力壓 裂流體通過(guò)井眼以高的速率和高的壓力注入地層。壓裂流體注入速率超過(guò)
地層的滲入速率，從而在砂面(sandface)產(chǎn)生增大的水壓。當(dāng)壓力超過(guò) 臨界值時(shí)，地層或巖石破裂和產(chǎn)生裂縫。該地層裂縫比地層孔隙更有滲透 性。
在下一個(gè)階段期間，支撐劑沉積在裂縫中，以防止裂縫在注入停止后 閉合。最終形成的被支撐的裂縫能夠使可恢復(fù)的流體即油、氣或水的流動(dòng) 得以改善。砂、砂礫、玻璃珠、胡桃殼、陶瓷顆粒、燒結(jié)礬土以及其他物 質(zhì)可用作支撐劑。
水力壓裂流體是含有增稠劑例如可溶解多糖的水溶液，以便提供足夠 的粘性來(lái)傳輸支撐劑。典型的增稠劑是聚合物，例如胍爾膠(phytogeneous polysaccharide,植物多糖)和胍爾膠衍生物(羥丙基胍爾膠，羧甲基羥 丙基胍爾膠)。其他聚合物也可用作增稠劑。具有胍爾膠的水表現(xiàn)出具有與 聚合物濃度成比例的粘度的線性凝膠。在聚合物鏈之間提供結(jié)合的交聯(lián)劑 用于形成足夠強(qiáng)的偶聯(lián)來(lái)增加凝膠粘性和產(chǎn)生粘彈性。用于胍爾膠的常用 的交聯(lián)劑包括硼、鈦、鋯和鋁。支撐劑保持劑通常用于水力壓裂處理的較后階段期間，以限制放入地 層中的支撐劑發(fā)生倒流。例如，支撐劑可涂覆有在井底條件下被激活的可 固化樹(shù)脂。不同材料例如纖維束、或纖維狀材料或可變形材料也已用于保 持裂縫中的支撐劑?？赏茰y(cè)，纖維在支撐劑中形成三維網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)其加 強(qiáng)并限制其倒流。
水力壓裂處理的成功取決于水壓裂縫傳導(dǎo)率和裂縫長(zhǎng)度。裂縫傳導(dǎo)率
是支撐劑滲透率與裂縫寬度的乘積；單位通常表示為毫達(dá)西-英尺。裂縫傳 導(dǎo)率受多個(gè)已知參數(shù)影響。支撐劑顆粒尺寸的分布是影響裂縫滲透性的一 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。裂縫面之間的支撐劑濃度為另一關(guān)鍵參數(shù)(以每平方英尺裂 縫面的支撐劑的磅數(shù)表示)并影響裂縫寬度?？煽紤]采用高強(qiáng)度的支撐劑、 具有優(yōu)良的支撐劑傳輸特性的流體(本身使裂縫內(nèi)的重力沉降最小化的能 力)、高支撐劑濃度、或者大的支撐劑作為手段來(lái)提高裂縫傳導(dǎo)性。弱的 材料、差的支撐劑傳輸和窄的裂縫都會(huì)導(dǎo)致井的低產(chǎn)量。相對(duì)價(jià)廉的低強(qiáng) 度材料例如砂用于具有較小內(nèi)應(yīng)力的地層的水力壓裂。較高成本的材料例 如陶瓷、礬土等用于具有較高內(nèi)應(yīng)力的地層中。產(chǎn)生的流體和支撐劑之間 的相互化學(xué)作用可顯著改變支撐劑的特性。從而，由于油井和氣井通常運(yùn) 轉(zhuǎn)多年，因此應(yīng)當(dāng)考慮支撐劑的長(zhǎng)期的抗壓碎能力。
支撐劑充填層必須生成比周圍地層巖石具有更高水力傳導(dǎo)率的層。裂 縫內(nèi)的支撐劑充填層可作為可滲透多孔結(jié)構(gòu)建模，地層流體通過(guò)該層的流 動(dòng)通常通過(guò)眾所周知的Darcy定律(1)或Forchheimer公式(2)描述
1) <formula>formula see original document page 13</formula>
2) <formula>formula see original document page 13</formula> 其中
P為裂縫中流體壓力； x為從井眼沿裂縫的距離； p為地層流體的粘度； u為地層流體的流動(dòng)(滲入)速度； k為支撐劑充填層的滲透率；
卩為描述Darcy滲入定律的非線性修正的稱作(3因子的系數(shù)； p為地層流體的密度。
裂縫滲透率乘以裂縫寬度的結(jié)果稱為"水力傳導(dǎo)率"。裂縫設(shè)計(jì)最重要 的方面是對(duì)特殊地層條件進(jìn)行水力傳導(dǎo)率優(yōu)化。裂縫設(shè)計(jì)理論和方法在多
篇科技文章和專著中有充分描述。Reservoir Stimulation, 3"， Economides, Michael J.和Nolte， Kenneth G.， John Wiley and Sons (1999)是提供良好裂 縫設(shè)計(jì)方法的參考文獻(xiàn)的好的實(shí)例。
裂縫優(yōu)化過(guò)程應(yīng)在支撐劑強(qiáng)度、水力裂縫傳導(dǎo)率、支撐劑分布、材料 成本和在特定儲(chǔ)層中進(jìn)行水力壓裂處理的成本之間實(shí)現(xiàn)均衡。大的支撐劑 的情況闡釋了在優(yōu)化過(guò)程中所作的折衷。使用大直徑支撐劑時(shí)，水力裂縫 傳導(dǎo)率的顯著增加是可能的。然而，在給定的地層內(nèi)應(yīng)力下，當(dāng)受到較高 裂縫閉合應(yīng)力時(shí)，大直徑支撐劑會(huì)在更大程度上被壓碎，導(dǎo)致支撐劑充填 層的有效水力傳導(dǎo)率下降。此外，支撐劑顆粒越大，它們更多地在注入點(diǎn) 附近的裂縫中跨接和卡住。
根據(jù)支撐劑的耐壓碎的能力選擇特殊的支撐劑，所述支撐劑在經(jīng)受裂 縫閉合應(yīng)力時(shí)提供足夠的裂縫傳導(dǎo)率；且它能夠低成本地深深地流入水力 裂縫。根據(jù)水力壓裂過(guò)程使用的體積和質(zhì)量，支撐劑位列水之后的第二位。 與砂相比，陶瓷支撐劑具有更佳的(3因子以及更高的強(qiáng)度。然而，陶瓷支 撐劑的成本高出砂的成本的許多倍。因此，對(duì)于利用支撐劑的水力壓裂來(lái) 說(shuō)，裂縫傳導(dǎo)性的改善需要巨大的成本，通常達(dá)到傳統(tǒng)水力壓裂處理的總 成本的20至60%。
除了上述因素以外，尚有其它支撐劑特性使得碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)變得 復(fù)雜。首先，地層流體通常繞過(guò)用于處理的大部分流體。(殘留在支撐劑層 中的流體破壞裂縫的傳導(dǎo)性。)現(xiàn)場(chǎng)研究表明，天然氣井中水力壓裂流體從 裂縫中的恢復(fù)量平均僅為處理過(guò)程中所注入流體的20%至50%或者更少。 地層流體可能僅沿支撐劑充填層內(nèi)的成"手指"的形式的多個(gè)通道流動(dòng)， 或在裂縫清潔處理過(guò)程中僅通過(guò)支撐劑充填層靠近井眼的一部分。包含殘 余的粘性凝膠的裂縫部分阻止流體流動(dòng)，從而降低有效的水力裂縫傳導(dǎo)性。 在處理后降低壓裂流體粘性是增加壓裂流體從支撐劑充填層孔隙的恢復(fù)的 有效方式。添加稱為"破膠劑(breaker)"的物質(zhì)促進(jìn)凝膠粘度的降低。破 膠劑具有多種作用機(jī)制，但最通常的情況是它們通過(guò)裂解聚合物鏈以減小 它們的長(zhǎng)度并由此降低聚合物溶液的粘度起作用的。不同的破膠劑的特征
在于，諸如破膠劑與聚合物之間的反應(yīng)速率、所述特定破膠劑的激活或激 活解除溫度的參數(shù)。更好的裂縫清潔可通過(guò)使用高的破膠劑濃度實(shí)現(xiàn)，但 過(guò)高的破膠劑濃度可導(dǎo)致凝膠粘度過(guò)早降低，這可能損害處理設(shè)計(jì)并引起 處理的過(guò)早完成，即被遮擋。延遲作用的破膠劑例如封裝方法被開(kāi)發(fā)用于 解決該問(wèn)題。封裝的破膠劑是活性破膠劑化學(xué)制品例如氧化劑粒體，其涂 覆有將氧化劑與聚合物隔離并延遲它們的反應(yīng)的保護(hù)殼體。通過(guò)包括在裂 縫閉合處的機(jī)械應(yīng)力的作用在內(nèi)的多種機(jī)制使殼體破壞并釋放破膠劑。封 裝的破膠劑能夠使得在水力壓裂流體中使用較高的破膠劑濃度，因此可提 高裂縫清潔的程度。
降低裂縫傳導(dǎo)率的另一因素為支撐劑充填層中的孔隙堵塞，所述堵塞 源于壓裂過(guò)程中形成的地層顆粒、支撐劑壓碎形成的支撐劑顆粒以及不能
混溶的流體(The Impact of Non-Darcy Flow on Production from Hydraulically Fractured Gas Wells， SPE Production and Operations Symposium, 3月24-27 日，Oklahoma City, Oklahoma, 2001; A Study of Two-Phase, Non-Darcy Gas Flow Through Proppant Pacs ， SPE Production & Facilities ，第15巻第4期， 2000年11月)。因此，顯然，其中地層流體流經(jīng)通過(guò)生成的通道網(wǎng)絡(luò)而不 通過(guò)支撐劑充填層中的小孔隙的裂縫可通過(guò)以下多種機(jī)制增加裂縫的水力 傳導(dǎo)率降低慣性損失、提高壓裂流體的清除、減小產(chǎn)生顯著的兩相流壓
力損失的毛細(xì)作用力、以及通過(guò)捕獲地層翅片和壓碎的支撐劑碎片消除孔 隙喉道封堵。
近年來(lái)，在北美許多低滲透性地層中的壓裂處理通過(guò)利用不含支撐劑 或僅含有少量支撐劑的低粘度水力壓裂流體進(jìn)行泵送。該方法具有多個(gè)名
稱，其中最常用的是"水壓裂(waterfrac)"。水壓裂處理所產(chǎn)生的裂縫實(shí) 際上不含支撐劑?？梢灶A(yù)計(jì)，在裂縫產(chǎn)生和傳播期間，所產(chǎn)生的裂縫面相 對(duì)彼此偏移。所導(dǎo)致的不規(guī)則表面特征(凸凹不平)的錯(cuò)位防止兩個(gè)裂縫 面在閉合時(shí)形成緊密密封。據(jù)報(bào)道加入少量支撐劑會(huì)增強(qiáng)不規(guī)則和錯(cuò)位的 裂縫面的作用。然而，由于傳輸性較差，支撐劑趨向于積聚在套管射孔的 下方，最有可能沿所產(chǎn)生的水力裂縫的基部積聚。由于沿窄的水力裂縫支 撐劑在壓裂流體中的沉降率較高、以及由于支撐劑傳輸能力不足(均因?yàn)?壓裂流體的低粘性)，因此會(huì)發(fā)生所述積聚。當(dāng)水壓裂終止而使壓裂流體注
入停止時(shí)，裂縫長(zhǎng)度和高度立即縮減。這將略微壓緊支撐劑，所述支撐劑 在接近井眼的裂縫基部處保持為"沙丘狀"。因?yàn)樯城鸬挠邢揲L(zhǎng)度、寬度以 及強(qiáng)度通常有限(通常采用低強(qiáng)度砂)，水壓裂通常特征在于產(chǎn)生短的、低
傳導(dǎo)率的裂縫 (Experimental Study of Hydraulic Fracture Conductivity Demonstrates the Benefits of Using Proppants ， SPE Rocky Mountain Regional/Low-Permeability Reservoirs Symposium and Exhibition, 3月12-15 日，丹佛，科羅拉多州，2000)。
上述表明，水壓裂由地層流體流過(guò)窄的通道的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，所述窄的通 道網(wǎng)絡(luò)由于表面巖石缺陷引起的未完全閉合而在裂縫內(nèi)產(chǎn)生，即水壓裂處 理產(chǎn)生低傳導(dǎo)性裂縫。提高水力壓裂傳導(dǎo)性的一種方法是在裂縫中構(gòu)造支 撐劑團(tuán)塊，這與構(gòu)造連續(xù)的支撐劑充填層不同。美國(guó)專利6776235公開(kāi)了 一種用于地層水力壓裂的方法，包括初始階段，所述初始階段將水力壓 裂流體注入井眼，所述水力壓裂流體包含增稠劑以在地層中產(chǎn)生裂縫；以 及交替階段，所述交替階段將包含支撐劑的水力壓裂流體周期性地引入井 眼中，以形成防止裂縫閉合的柱狀體形式的支撐劑團(tuán)塊，所述包含支撐劑 的水力壓裂流體的區(qū)別在于它們傳輸支撐劑的能力不同，因此差異在于支 撐劑沉降率。該方法交替采用載有支撐劑的壓裂流體的階段與不含支撐劑 的壓裂流體的階段。在每一階段支撐劑在裂縫中的沉積量可通過(guò)改變流體 傳輸特性(例如粘性和彈性)、支撐劑密度、直徑、濃度和壓裂流體注入速 率被調(diào)節(jié)。
本專利的方法提供了在裂縫中產(chǎn)生支撐劑團(tuán)塊或島狀體、以及在支撐 劑團(tuán)塊或島狀體之間產(chǎn)生供地層流體流動(dòng)的通道。然而，本方法采用的支 撐劑的周期注入涉及支撐劑的每一部分首先沿井傳輸；然后，通過(guò)管柱的 穿孔進(jìn)入裂縫；以及進(jìn)一步沿著裂縫的長(zhǎng)度通過(guò)裂縫。由于含有支撐劑和 不含支撐劑的壓裂流體具有不同的比重，因此含有支撐劑的流體可沉降或 位于所述不含支撐劑的流體之下。這種沉降導(dǎo)致裂縫中的支撐劑團(tuán)塊的非 均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容
術(shù)語(yǔ)"支撐劑"通常用于指在水力壓裂處理期間混入壓裂流體并被泵
送進(jìn)入井眼的粒狀材料。該支撐劑形成地層流體可滲透的多孔層(bed)、 阻止地層閉合并在處理完成后保持裂縫面分離。在傳統(tǒng)處理中，技術(shù)人員 可從在給定地層的閉合應(yīng)力下以最佳費(fèi)用提供所需的滲透性(水力傳導(dǎo)率) 的多種類型的粒狀材料中選擇。普通支撐劑為高級(jí)的精選石英砂；鋁矽酸 鹽陶瓷、燒結(jié)礬土以及硅酸鹽陶瓷珠；以及涂覆有不同的有機(jī)樹(shù)脂的多種 類型的材料。由胡桃殼、玻璃珠和有機(jī)成分制成的支撐劑也可被泵送。支 撐劑選擇的最重要的因素之一是單個(gè)粒體的尺寸分布。在所有其它條件相 同時(shí)，與具有相同的平均顆粒尺寸但具有寬的支撐劑分布的等效支撐劑相 比，裂縫中具有窄的尺寸分布的支撐劑具有更高的滲透性。
關(guān)于支撐劑的選擇和使用的這些標(biāo)準(zhǔn)慣例不適用于此處所述的本發(fā) 明。在本專利申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)"支撐劑和/或支撐材料"被定義為"添加至壓 裂流體中以在裂縫內(nèi)產(chǎn)生堅(jiān)固和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的任何固體材料、粒體、纖維或 其它材料"。同樣，所有通常公認(rèn)的傳統(tǒng)支撐劑仍被認(rèn)為是本發(fā)明可使用的 支撐劑。然而，其它材料例如寬范圍內(nèi)分選的砂、金屬帶和針、盤、研磨 粒體、有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維也被認(rèn)為是本發(fā)明所涉及到的支撐劑和/或支撐材料。
術(shù)語(yǔ)"纖維"通常用于以下本發(fā)明的描述和權(quán)利要求中。為了本發(fā)明 的目的，術(shù)語(yǔ)"纖維"是指這樣的任何材料或?qū)嶋H物體，其中，在三維空 間中的任一維度與其它兩個(gè)維度中的任一維度或兩個(gè)維度的長(zhǎng)度之比超過(guò) 5: 1。這意指物體的長(zhǎng)寬比大于5: 1。因此，通常所認(rèn)識(shí)的纖維為本發(fā)明 所涉及到的纖維。同樣，通常所指的帶或板按定義也為本發(fā)明所涉及到的 纖維。
本發(fā)明提供了一種用于地層的水力壓裂的經(jīng)濟(jì)有效方法，使得裂縫對(duì) 于地層流體來(lái)說(shuō)具有高的水力傳導(dǎo)率。本發(fā)明產(chǎn)生在大部分裂縫面區(qū)域上 分布的堅(jiān)固的支撐劑團(tuán)塊或島狀體，在處理完成后它們可防止裂縫壁閉合。 在這些島狀體與團(tuán)塊之間形成并由這種團(tuán)塊保持敞開(kāi)的所述通道和敞開(kāi)區(qū) 域包含足夠大的供地層流體流動(dòng)的截面。
通常，水力壓裂處理以順序的兩個(gè)或多個(gè)階段活動(dòng)依次執(zhí)行。在多數(shù) 壓裂處理的通常被稱作"充填"的第一階段，水基或油基流體以足夠高的 壓力和速率被泵送至地層中，以形成水力壓裂。在該階段過(guò)程中，流體常
通過(guò)使用各種稠化劑被粘化；本領(lǐng)域技術(shù)人員可控制粘度以影響裂縫的最
終幾何結(jié)構(gòu)。此處所述本發(fā)明采用這種充填階段。
在充填階段之后即刻并通常連續(xù)地進(jìn)行通常被稱為"支撐階段"的壓 裂的主階段。在傳統(tǒng)處理中，該階段通常涉及泵送含有恒定或濃度增大的 傳統(tǒng)支撐劑的流體。這在處理終止時(shí)產(chǎn)生多孔材料層。本領(lǐng)域技術(shù)人員知 道如何針對(duì)給定地層條件選擇適用的支撐劑，以使裂縫的水力傳導(dǎo)率最大。 在傳統(tǒng)處理中，"支撐階段"時(shí)通常執(zhí)行泵送直至處理完成。通常"支撐階 段"的末尾被稱為"尾隨"階段。在"尾隨"階段中涂覆有樹(shù)脂的支撐劑 和/或纖維被加入，作為控制支撐劑在處理后回流的措施。
相比，在本發(fā)明中，支撐階段包括一系列的交替子階段，其中一些所
述交替子階段涉及支撐材料，下文稱之為"支撐子階段"； 一些所述交替子 階段涉及載送流體，下文稱之為"載送子階段"。包含支撐材料的至少一個(gè) 子階段和不包含支撐材料的子階段向至裂縫執(zhí)行泵送。支撐子階段的尺寸 和組成的方式使得支撐材料聚集形成防止裂縫閉合的高強(qiáng)度的柱狀體和島 狀體、以及在團(tuán)塊之間形成供地層流體流動(dòng)的通道。由于裂縫的水力傳導(dǎo) 性是通過(guò)敞開(kāi)通道形成的，因此本發(fā)明的一部分允許支撐材料成分可選擇 成在給定儲(chǔ)層條件下使所得的島狀體的壓縮強(qiáng)度和抗腐蝕性最優(yōu)化。所得 團(tuán)塊或島狀體的滲透性或者無(wú)關(guān)緊要，或者為次要的。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是包含支撐材料的子階段可包含增大此前支撐劑 團(tuán)塊的附加的加強(qiáng)和加固材料。加強(qiáng)和加固意指這樣的任何化學(xué)和/或物理 處理，即，用于促進(jìn)顆粒材料粘合在一起；或用于增加將顆粒保持在一起 的摩擦力；或當(dāng)被一些外部作用力作用時(shí)機(jī)械地限制顆粒分離。加強(qiáng)處理 的特定實(shí)例可為纖維(長(zhǎng)寬比大于5: 1的顆粒)、可變形材料以及顆粒表 面上的可導(dǎo)致這些顆粒相互緊密粘結(jié)的樹(shù)脂涂層。
在許多情況下，當(dāng)支撐劑被引入壓裂流體中時(shí)可有利地引入加強(qiáng)材料， 盡管該加強(qiáng)材料可被連續(xù)地引入到流體中。
加強(qiáng)材料可為有機(jī)、無(wú)機(jī)、或者有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維。這些纖維也可被處 理或制造，以僅包括粘合涂層，或包括涂覆有當(dāng)通過(guò)裂縫時(shí)溶于壓裂流體 中的非粘性物質(zhì)層的粘合涂層。加強(qiáng)材料也可為具有球狀或細(xì)長(zhǎng)形狀的 金屬顆粒；有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)的板；直徑上為被成形為盤狀的陶瓷、金屬或
金屬合金；或在長(zhǎng)度和寬度上被成形為矩形的陶瓷、金屬或金屬合金，對(duì) 于所有這些材料，三個(gè)維度中的任意兩個(gè)維度之間的比例大于5: 1。
優(yōu)選地，第二階段還涉及將試劑導(dǎo)入壓裂流體中來(lái)增加壓裂流體的支 撐劑懸浮能力。該試劑可為具有長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑的細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料。
細(xì)長(zhǎng)顆?？膳c支撐劑同時(shí)、或單獨(dú)地即間歇性連續(xù)地被導(dǎo)入壓裂流體中。
優(yōu)選地，細(xì)長(zhǎng)顆粒長(zhǎng)度大于2mm，直徑為3至200 u m。 支撐劑顆?？蓛H具有粘合涂層，或具有涂覆有在通過(guò)裂縫時(shí)溶于壓裂
流體中的非粘合物質(zhì)層的粘合涂層。
在一些地層條件下，當(dāng)采用上述方法時(shí)，可有利地執(zhí)行涉及將支撐劑
連續(xù)地引入壓裂流體中的壓裂處理的最終尾隨階段，且支撐劑在該階段具
有大致均勻的顆粒尺寸。同時(shí)，可在壓裂流體中引入加強(qiáng)材料和/或具有可
增強(qiáng)壓裂流體的支撐劑懸浮能力的細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料。
第二實(shí)施例
另一方法可通過(guò)構(gòu)造用于地層的水力壓裂的分布的支撐劑柱狀體形成 高的傳導(dǎo)性裂縫。該第二實(shí)施例涉及第一階段(充填階段)，在所述第一階 段，含有增稠劑的壓裂流體被注入井眼中；以及第二階段，在所述第二階 段，支撐劑被連續(xù)地添加到注入的壓裂流體中(并因此進(jìn)入所產(chǎn)生的裂縫 中)，以防止裂縫閉合。在本發(fā)明中，第二階段還涉及將試劑周期性地引入 壓裂流體中，以促進(jìn)在所產(chǎn)生的裂縫中形成支撐劑團(tuán)塊。地層流體流過(guò)的 敞開(kāi)通道分隔開(kāi)支撐劑。
為形成支撐劑團(tuán)塊，在基于從試劑導(dǎo)入壓裂流體中的時(shí)刻經(jīng)過(guò)多少時(shí) 間的特定時(shí)間間隔后，試劑與壓裂流體發(fā)生反應(yīng)。該時(shí)間間隔在處理過(guò)程 中被監(jiān)測(cè)并被改變，以在所產(chǎn)生的裂縫的不同位置處觸發(fā)試劑與壓裂流體 之間的反應(yīng)。由該反應(yīng)形成的團(tuán)塊也將在整個(gè)裂縫分布。所述反應(yīng)延遲通 過(guò)多種不同的機(jī)制中的一種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，所述多種機(jī)制包括但不僅限于以下 機(jī)制改變?cè)噭┑幕瘜W(xué)成分；將試劑封裝在溶于壓裂流體中的殼體內(nèi)；與 其它試劑顆粒和裂縫面碰撞而腐蝕殼體；當(dāng)閉合時(shí)在裂縫壁之間壓碎殼體； 將試劑封裝于在壓裂流體中膨脹并破裂的半滲透性殼體中；將試劑封裝在 允許試劑緩慢擴(kuò)散到壓裂流體中的半膜或多孔殼體中；以及將試劑封裝在
能夠溶解或沖洗掉的殼體中。
該試劑可為使得壓裂流體粘度劇烈、顯著局部降低的添加劑，^:后剛
處理的流體中攜帶的支撐劑將在裂縫面之間沉降或卡塞。
添加劑可為在裂縫內(nèi)受控釋放劑時(shí)反應(yīng)的壓裂流體破膠劑。壓裂流體 破膠劑可為氧化劑、酶、(交聯(lián)劑的)螯合劑或者可將流體pH值改變到使 得交聯(lián)劑或聚合物主鏈不穩(wěn)定的程度的化學(xué)試劑。任一情況下所得結(jié)果均 為與壓裂流體反應(yīng)且導(dǎo)致壓裂流體粘度的顯著降低的破膠劑。催化劑可被 引入壓裂流體中，以在需要時(shí)增加破膠劑與壓裂流體的反應(yīng)速率。
添加劑也可以是破壞壓裂流體交聯(lián)劑的類型的，例如但不僅限于螯合
劑、用于鋯酸鹽交聯(lián)劑的EDTA和NTA、以及用于硼酸鹽交聯(lián)劑的山梨糖 醇和聚乙烯醇。這些添加劑可用具有不同厚度或具有在裂縫的不同位置處 釋放添加劑的釋放機(jī)制的殼體加以封裝。也可使用封裝或延遲釋放的酸和/ 或堿(base)。
在裂縫中啟動(dòng)支撐劑團(tuán)塊形成的試劑可以是降低支撐劑顆?；顒?dòng)性的 添加劑。實(shí)例為涂覆有一種材料的纖維束，所述材料在壓裂流體中溶解使 得纖維水合和散布并增加它們的濃度。這些添加劑也可為當(dāng)被加熱到某一 溫度時(shí)恢復(fù)它們的原始形狀的材料，例如纏繞成球形而在被加熱時(shí)可伸直 或增加它們的體積的纖維。
添加劑可為具有高吸收能力的材料。具有高吸收能力的顆粒可涂覆有 在通過(guò)裂縫過(guò)程中或在壓裂流體溫度升高過(guò)程中或這些情況的組合時(shí)溶解 的殼體。
添加劑可為在地層溫度下表面變?yōu)檎承缘牧ｓw、纖維或板。這些元件 可具有粘合表面并涂覆有溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)層。
第三實(shí)施例
根據(jù)另一本發(fā)明實(shí)施例， 一種用于地層的水力壓裂的方法涉及第一 階段(充填)，在所述第一階段，含有增稠劑的壓裂流體被注入井眼中；第 二階段，在所述第二階段，支撐劑連續(xù)地被引入注入的壓裂流體中和所產(chǎn) 生的裂縫中，以防止其閉合。此外，所述方法包括第三階段，在所述第三 階段，將低粘度流體注入壓裂流體中。所述流體由于其粘度與壓裂流體粘 度之間的差異作為將支撐劑分為離散團(tuán)塊的侵入物滲入到壓裂流體中，并
形成供地層流體流過(guò)的通道。
與第一實(shí)施例中所述方法相似，第二和第三實(shí)施例中的第二階段可包 括引入具有細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料和/或加強(qiáng)材料、以及使用具有這些同樣特性的 支撐劑。同時(shí)，在附加的最后階段可涉及將具有大致均勻顆粒尺寸的支撐 劑、和加強(qiáng)材料和/或具有細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料連續(xù)地引入壓裂流體中。


以下附圖伴隨著本發(fā)明的描述
圖1顯示相對(duì)于支撐劑濃度的壓裂流體粘度。
圖2顯示在本發(fā)明的方法的實(shí)施過(guò)程中形成在裂縫中的支撐劑團(tuán)塊。 圖3顯示在根據(jù)第二實(shí)施例的方法的實(shí)施過(guò)程中形成在裂縫中的支撐 劑團(tuán)塊。
圖4顯示在根據(jù)第三實(shí)施例的方法的實(shí)施過(guò)程(從a)至d)進(jìn)行)中
形成在裂縫中的支撐劑團(tuán)塊，其中，在用稀薄流體替換粘稠流體時(shí)形成了 粘性指狀體。圖中所示為數(shù)值模擬的結(jié)果。顯示為灰色的是具有支撐劑的 粘稠流體。顯示為黑色的是穿入支撐劑充填層并在充填層中產(chǎn)生敞開(kāi)通道 的稀薄流體。若較粘稠的流體具有屈服應(yīng)力，則可加強(qiáng)所形成的通道的穩(wěn) 定性。
具體實(shí)施例方式
在用于地層的水力壓裂方法的本發(fā)明的第一實(shí)施例中，此處和下文稱 為"充填階段"的第一階段涉及以可在砂面處產(chǎn)生水力壓裂的足夠高的流 速將壓裂流體注入井眼。所述充填階段時(shí)執(zhí)行泵送，直至裂縫尺度足以容 納隨后在支撐劑階段泵送的泥漿。所述充填的體積可根據(jù)本領(lǐng)域已知的裂
縫設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)(Reservoir Stimulation, 3rd Ed.， M丄Economides， K.G Nolte， Editors ， John Wiley and Sons， New York, 2000 )。
水基壓裂流體通常添加有用于增加流體粘性的天然或合成水溶性聚合
物，并在充填以及隨后的支撐階段中始終使用。這些聚合物包括但不限于 胍爾膠；包括甘露糖與半乳糖的高分子量多糖；或胍爾膠衍生物，例如羥 丙基胍爾膠、羧甲基胍爾膠、羧甲基羥丙基胍爾膠?；谂?、鈦、鋯或鋁 化合物的交聯(lián)劑通常用于增加聚合物的有效分子量，從而使其更適用于高 溫井。
在小的程度上，纖維素衍生物例如羥乙基纖維素、羥丙基纖維素和羧 甲基羥乙基纖維素與交聯(lián)劑一起使用或不與交聯(lián)劑一起使用。黃原膠與與 硬葡聚糖這兩個(gè)生物聚合物被證明具有良好支撐劑懸浮能力，但是與胍爾 膠衍生物相比更為昂貴，因此較少使用。聚丙烯酰胺與聚丙烯酸脂聚合物 以及共聚物通常用于高溫應(yīng)用場(chǎng)合或在所有溫度范圍內(nèi)在低濃度下用作摩 擦減低劑。
無(wú)聚合物的水基壓裂流體可利用粘彈性表面活性劑獲得。通常，這些
流體通過(guò)混合適量的例如陰離子、陽(yáng)離子、非離子與兩性離子(Zwiterionic) 等合適的表面活性劑制備。粘彈性表面活性劑流體的粘性歸因于流體的成 分所形成的三維結(jié)構(gòu)。當(dāng)粘彈性流體中的表面活性劑濃度顯著超過(guò)臨界濃 度時(shí)，以及在存在電解液的多數(shù)情況下，表面活性劑分子聚集成為例如蠕 蟲(chóng)狀或桿狀微團(tuán)的物質(zhì)，所述物質(zhì)可相互作用以形成具有粘性與彈性的網(wǎng) 絡(luò)。
此處和下文稱為"支撐階段"的所述方法的第二階段涉及周期性地向 壓裂流體中引入固體顆?；蛄ｓw形式的物質(zhì)，以形成懸浮液。支撐階段被 分為兩個(gè)周期性重復(fù)的子階段，"載送子階段"涉及注入不包含支撐劑的壓 裂流體；"支撐子階段"涉及在壓裂流體中添加支撐劑。含有粒體狀支撐材 料的泥漿的周期性擊壓的結(jié)果是，支撐劑不能完全充滿裂縫。相反，間隔 開(kāi)的支撐劑團(tuán)塊形成柱狀體，柱狀體之間具有通道，地層流體通過(guò)該通道， 如圖2所示。支撐子階段與載送子階段時(shí)泵送的體積可不同。換言之，載 送子階段的體積可大于或小于支撐子階段的體積。此外，這些子階段的體 積可隨時(shí)間改變。換言之，與處理過(guò)程后期的支撐子階段所泵送的體積相 比，在處理過(guò)程前期的支撐子階段可泵送更少的體積。子階段的相對(duì)體積 由工程人員根據(jù)需要多大裂縫的表面積被支撐劑團(tuán)塊支撐、以及多少裂縫 面積是地層流體自由流動(dòng)經(jīng)過(guò)的敞開(kāi)通道來(lái)選定。
在支撐階段，加強(qiáng)和/或加固材料被引入壓裂流體中，以增加所形成的 支撐劑團(tuán)塊的強(qiáng)度，并防止它們?cè)诹芽p閉合的過(guò)程中坍塌。典型地，加強(qiáng) 材料被添加到支撐子階段，但是如下文可見(jiàn)并非總是需要如此。在整個(gè)支
撐階段以及從一個(gè)子階段到另一子階段，支撐材料和加強(qiáng)材料的濃度均可 隨時(shí)間改變。換言之，在兩個(gè)隨后的子階段，加強(qiáng)材料的濃度可不同。在 本方法的一些應(yīng)用場(chǎng)合中，在整個(gè)支撐階段、即在載送和支撐子階段以連 續(xù)方式引入加強(qiáng)材料也是合適的。換言之，加強(qiáng)材料的引入不是僅限于支 撐子階段。特別地，當(dāng)加強(qiáng)材料的濃度在整個(gè)支撐階段不變化、在支撐階 段期間單調(diào)增加或在支撐階段期間單調(diào)減少時(shí)，可優(yōu)選采用不同的實(shí)施方 式。
可固化或部分可固化的涂覆有樹(shù)脂的支撐劑可用作加強(qiáng)和加固材料以
形成支撐劑團(tuán)塊。用于特殊的井底靜止溫度(BHST)的合適的涂覆有樹(shù)脂 的支撐劑以及特殊的壓裂流體的選擇方法己為技術(shù)人員所熟知。此外，有 機(jī)和/或無(wú)機(jī)纖維可加強(qiáng)支撐劑團(tuán)塊。這些材料可與涂覆有樹(shù)脂的支撐劑組 合使用或單獨(dú)使用。這些纖維可被修改為僅具有粘合涂層；或具有涂覆有 在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)層的粘合涂層。由粘合材料 制成的纖維可用作加強(qiáng)材料，且涂覆有當(dāng)在地下溫度下通過(guò)裂縫時(shí)溶于壓 裂流體中的非粘合物質(zhì)。金屬顆粒為加強(qiáng)材料的另一優(yōu)選方案，且可利用 鋁、含有可減少腐蝕的特殊添加劑的鋼以及其它金屬及合金等制成。金屬 顆?？杀怀尚螢轭愃朴谇蛐吻页叽鐬?.1-4mm。優(yōu)選地，金屬顆粒采用長(zhǎng) 度大于2mm且直徑為10至200微米的細(xì)長(zhǎng)形狀。此外，有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)、 陶瓷、金屬或金屬基合金制成的板可用作加強(qiáng)材料。這些板可為盤形或矩 形，且其長(zhǎng)度和寬度使得對(duì)所有材料來(lái)說(shuō)在三個(gè)維度中的任意兩個(gè)維度之 間的比例大于5: 1。
載送子階段和支撐子階段均可包括將試劑導(dǎo)入壓裂流體中，以增加壓 裂流體的支撐劑傳輸能力。換言之，降低了支撐劑在壓裂流體中的沉降率。 試劑可以是具有長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其直徑的細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料。該材料影響流變 性質(zhì)，并抑制流體中的對(duì)流，這導(dǎo)致支撐劑在壓裂流體中的沉降率的下降。 可使用的材料包括有機(jī)纖維、無(wú)機(jī)纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、尼龍纖維、 碳素和金屬纖維。支撐劑傳輸劑能在水基壓裂流體或在井底流體中分解， 例如基于聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇等制成的纖維。纖維可涂覆有在地 層溫度下變成粘性的材料，或由所述材料制成。所述纖維可由涂覆有當(dāng)通 過(guò)裂縫時(shí)溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)的粘合材料制成。根據(jù)三個(gè)維度中 任意兩個(gè)維度之間的比例大于5: l的主條件，所使用的纖維的長(zhǎng)度不超過(guò)
2mm且直徑為10-200m。壓裂流體中纖維材料的重量濃度為0.1至10%。
當(dāng)使用本發(fā)明的方法時(shí)，支撐劑選擇是關(guān)鍵，應(yīng)在考慮增加支撐^^J團(tuán) 塊強(qiáng)度的情況下進(jìn)行選擇。支撐劑團(tuán)塊在全裂縫閉合應(yīng)力下應(yīng)保持合理的 殘余厚度。該方法增加了流體通過(guò)在支撐劑團(tuán)塊之間形成的敞開(kāi)通道的流 入。在此情況下，支撐劑的滲透率值對(duì)使用該方法提高井的產(chǎn)量同樣不是 決定性的。因此，使用在本地層中對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)水力壓裂而言顆粒太弱的€>則 可成功生成支撐劑團(tuán)塊。砂成本明顯小于陶瓷支撐劑。此外，在裂縫閉合 負(fù)載的施加期間，砂粒的破壞可增強(qiáng)由支撐劑粒體組成的相同團(tuán)塊的強(qiáng)度 性能。這種情況的發(fā)生是因?yàn)橹蝿╊w粒的破裂/破壞減小了團(tuán)塊孔隙，從 而增加支撐劑緊密程度。砂泵送進(jìn)入裂縫以產(chǎn)生支撐劑團(tuán)塊無(wú)需良好的粒 度特性，即不需要窄的直徑分布的顆粒。例如，為了實(shí)施上述方法，可使 用50噸砂，其中10至15噸具有0.002至0.1mm的顆粒直徑，15至30噸 具有0.2至0.6mm的顆粒直徑，10至15噸具有0.005至0.05mm的顆粒直 徑。應(yīng)注意，以現(xiàn)有(傳統(tǒng)的)水力壓裂方法，需要比砂更貴的約100噸 支撐劑來(lái)在所產(chǎn)生的裂縫中獲得相似的水力傳導(dǎo)率值。
為了本發(fā)明的目的，可優(yōu)選使用僅具有粘合涂層的砂，或具有涂覆有 當(dāng)通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)層的粘合涂層。非粘合物質(zhì) 保證粘性支撐劑顆粒在進(jìn)入裂縫之前不會(huì)聚集，并使得可控制裂縫中的支 撐劑顆粒獲得其粘合特性時(shí)(處)的時(shí)刻(位置)。粘合涂層在地層溫度下 固化，且砂顆粒相互粘附。當(dāng)?shù)貙恿黧w流經(jīng)團(tuán)塊時(shí)，團(tuán)塊內(nèi)粘結(jié)的顆粒降 低支撐劑團(tuán)塊腐蝕率，而且使支撐劑團(tuán)塊腐蝕破壞最小化。
在一些情況下，本發(fā)明的第一實(shí)施例可能需要支撐階段之后的第三階 段，此處及后文稱為"尾隨階段"，該階段涉及連續(xù)地導(dǎo)入一定量的支撐劑。 如果采用尾隨階段，則壓裂處理的該階段與傳統(tǒng)的壓裂處理相似，在該階 段將分選良好的傳統(tǒng)支撐劑的連續(xù)層設(shè)置在裂縫中相當(dāng)靠近井眼處。尾隨 階段可涉及導(dǎo)入可增加流體的支撐劑傳輸能力的試劑和/或用作加強(qiáng)材料 的試劑。所述尾隨階段與第二階段區(qū)別在于，分選良好的支撐劑即具有大 致均勻尺寸的顆粒的支撐劑的連續(xù)放置。支撐劑強(qiáng)度足以在經(jīng)受裂縫閉合 時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力作用下防止其破裂(壓碎)。在此階段支撐劑的任務(wù)是防止裂
縫閉合，因此在接近井眼處提供了良好的裂縫傳導(dǎo)性。在該第三階段使用 的支撐劑應(yīng)具有與傳統(tǒng)支撐劑相似的特性。
第二實(shí)施例
在該實(shí)施例中，水力壓裂方法將一種或多種試劑引入處理流體中，以 在連續(xù)泵送支撐劑的同時(shí)促進(jìn)泵送期間的裂縫中的支撐劑團(tuán)塊的形成。當(dāng) 試劑發(fā)生反應(yīng)時(shí)，其導(dǎo)致支撐劑團(tuán)塊的局部形成。通常，試劑被選擇或設(shè) 計(jì)成使其反應(yīng)或功能被延遲直至其被放置在裂縫內(nèi)。延遲的化學(xué)和/或物理 反應(yīng)是水力壓裂以及許多其它工業(yè)處理中常用的處理方法?？刹捎玫囊环N 處理方法是隨著進(jìn)入地球深處的較高溫度地層而使壓裂流體加熱的試劑的
簡(jiǎn)單溫度激活。例如，當(dāng)?shù)孛鏈囟?surfacetemperature)為20攝氏度時(shí)， 過(guò)硫酸銨均裂較為緩慢，但是在地層溫度為100攝氏度時(shí)相對(duì)較快。第二 處理方法為反應(yīng)試劑或粘結(jié)劑的緩慢溶解。例如，聚乙烯醇在水中的溶解 率取決于其分子量。反應(yīng)物質(zhì)的封裝是水力壓裂所采用的普通處理。由相 對(duì)非反應(yīng)的囊膜將反應(yīng)材料或試劑與壓裂流體隔開(kāi)一段時(shí)間。根據(jù)許多不 同方法，封裝的材料隨后或緩慢或快速地釋放反應(yīng)試劑。封裝可被設(shè)計(jì)為 通過(guò)溶解、機(jī)械腐蝕、壓碎膨脹及破裂，或僅僅通過(guò)緩慢擴(kuò)散釋放其容納 物。用于受控的化學(xué)傳送的釋放機(jī)制的實(shí)例在許多專利和文獻(xiàn)中均有描述。 (美國(guó)專利No.5658861; 4657784; 5716923; 5505740; 5910322)。
本發(fā)明的該實(shí)施例涉及多個(gè)步驟。依照慣例，作為壓裂處理的第一階 段的"充填階段"時(shí)執(zhí)行泵送。與支撐劑不連讀地泵送的上述實(shí)施例不同， 在本實(shí)施例中支撐劑(支撐劑)被連續(xù)地泵送。在支撐階段，支撐劑的濃 度可增加、保持恒定或下降。通常支撐劑濃度初始較低，并斜坡增長(zhǎng)到附 近處理終止時(shí)的較高濃度。本實(shí)施例的關(guān)鍵之處是，在支撐階段，使得成 核或支撐劑團(tuán)塊的形成的試劑非連續(xù)地或周期性地被引入壓裂流體中。試 劑被設(shè)計(jì)成僅在裂縫中小的區(qū)域或部位內(nèi)起作用。該區(qū)域內(nèi)的支撐材料被 影響而使得它們形成團(tuán)塊、跨接并變得穩(wěn)定。此外，在團(tuán)塊形成之后被泵 送的支撐劑可積聚在團(tuán)塊上或使其尺寸增長(zhǎng)。
本發(fā)明的一種實(shí)施方式是通過(guò)局部降低流體的傳輸固相顆粒的能力來(lái) 產(chǎn)生支撐劑團(tuán)塊。在這種情況下，試劑可以是高濃度的氧化"破膠劑"例 如過(guò)硫酸銨，當(dāng)在裂縫中不同位置處與壓裂流體反應(yīng)時(shí)，所述破膠劑將使壓裂流體中的局部粘度產(chǎn)生劇烈、顯著的下降。當(dāng)流體粘度下降低于臨界 值時(shí)，壓裂流體不能傳輸支撐劑顆粒，則顆粒停止、沉降并形成支撐劑團(tuán) 塊。纖維的加入大大增強(qiáng)了支撐劑團(tuán)塊形成。圖1顯示了相對(duì)于支撐劑濃 度的壓裂流體的臨界粘度。具有長(zhǎng)的釋放時(shí)間的封裝的破膠劑可被用于支 撐階段開(kāi)始時(shí)，具有短的釋放時(shí)間的封裝的破膠劑可被用于支撐階段結(jié)束 時(shí)。
加強(qiáng)材料例如纖維可大大增強(qiáng)支撐劑在裂縫壁之間局部卡塞以及形成 團(tuán)塊的趨勢(shì)。因此，在本實(shí)施例中，如上所述的纖維和/或其它加強(qiáng)材料可 在支撐階段或連續(xù)地或非連續(xù)地被加入壓裂流體中(與破膠劑同時(shí))。
對(duì)第一實(shí)施例中使用的支撐劑特性的要求也適用于第二實(shí)施例?？墒?用顆粒直徑分布不窄的支撐劑，即每一顆粒具有相對(duì)較小的強(qiáng)度值的分選 較差的支撐劑。例如，可以是具有與所述方法的第一實(shí)施例中所描述的涂 層相似的涂層的砂顆粒。上述第三階段也可出現(xiàn)。
競(jìng)爭(zhēng)性地粘結(jié)交聯(lián)劑的化學(xué)物質(zhì)可為用于局部降低流體粘度的另一類 型的試劑。螯合劑(與鋯酸鹽交聯(lián)劑反應(yīng))、山梨糖醇或聚乙烯醇(與硼酸 鹽交聯(lián)劑反應(yīng))或使交聯(lián)劑去活性的其它物質(zhì)的局部釋放可導(dǎo)致聚合物凝 膠去交聯(lián)并顯著降低壓裂流體粘性。由于許多交聯(lián)反應(yīng)與pH值相關(guān)，因此 酸或堿的局部釋放也可降低流體粘性。例如，通過(guò)引入封裝的酸和/或物質(zhì)
的顆?？烧{(diào)控壓裂流體pH值，所述物質(zhì)例如其中酸的釋放或產(chǎn)生以受控比 率發(fā)生的聚乳酸或聚乙醇酸。改變壓裂流體pH值降低用于與聚合物形成穩(wěn) 定結(jié)合的交聯(lián)劑的親和力，且對(duì)于某些特定聚合物交聯(lián)劑組合物來(lái)說(shuō)流體 的粘性下降。
為了所述目的，也可使用聚合物鏈交聯(lián)劑的封裝的吸收劑或競(jìng)爭(zhēng)性螯 合劑，其可允許受控的釋放。對(duì)于硼酸鹽可使用交聯(lián)凝膠化學(xué)制品，例如 葡萄糖酸鈉或山梨糖醇。對(duì)于金屬交聯(lián)劑例如鈦酸鹽或鋯酸鹽，可使用的 化學(xué)制品包括但不限于EDTA、 NTA、磷酸鹽、多乙酸乙烯酯。選擇特定 化學(xué)制品以攻擊相應(yīng)的交聯(lián)劑對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)眾所周知，可借鑒參考文 獻(xiàn)，例如，R. M. Smith與A. E. Martell， Critical Stability Constants,第1-6 巻，Plenum出版社，紐約，1974， 1975， 1976， 1977， 1982和1989。這 種吸收劑可例如為磷酸鹽或多乙酸乙烯酯。
通過(guò)降低壓裂流體的局部粘度使支撐劑團(tuán)塊形成的試劑也可為與壓裂 流體反應(yīng)以提供顯著大的局部排熱量的化學(xué)物質(zhì)，所述顯著大的局部排熱 量導(dǎo)致壓裂流體受熱并由此降低其局部粘度。這種物質(zhì)的實(shí)例包括爆炸物 或封裝的活性金屬例如鈉，它們?cè)诹芽p中的各個(gè)位置釋放物質(zhì)，以在裂縫
的整個(gè)長(zhǎng)度形成支撐劑團(tuán)塊。(專利申請(qǐng)US2004/0226715A1: Willberg， Desroches等)。
第三實(shí)施例
第三實(shí)施例涉及通過(guò)降低裂縫中支撐劑的活動(dòng)性形成支撐劑團(tuán)塊以及 它們之間的通道。該方法涉及與第二實(shí)施例相似的第一和第二階段，但不 同之處在于，使團(tuán)塊形成的試劑降低支撐劑顆粒的活動(dòng)性。
這些添加劑可以是由于機(jī)械攪拌緩慢擴(kuò)展且分散出單個(gè)纖維的纖維 束。增加的纖維束已占體積(excluded volume)以及纖維濃度的局部增加 可引發(fā)卡塞并產(chǎn)生支撐劑團(tuán)塊。
添加劑也可以是由具有"形狀記憶"特性的合金制成的的切割的金屬 絲。例如銅-鋁-鎳(CuAlNi)形狀記憶合金在許多石油和含氣地層的溫度 范圍上工作。這些材料可被彎曲以成形出小球體(彈簧)并在地面溫度下 保持其形狀。當(dāng)加熱至儲(chǔ)層溫度，具有"形狀記憶"的材料發(fā)生相變，隨 之恢復(fù)其原始記憶的直線形狀。通過(guò)改變合金成分可改變相變溫度。優(yōu)選 地，引入相變溫度在各部分間發(fā)生變化的材料。在支撐階段開(kāi)始時(shí)，例如 可合理地引入具有例如略低于地層溫度的最高相變溫度的材料；在第二階 段結(jié)束時(shí)，可合理地引入具有例如略高于地面流體溫度的最低相變溫度的 材料。具有"形狀記憶"的材料的球體的尺寸通常與支撐劑顆粒相似(K. Otsuka， C.M. Wayman， Shape memory materials, Cambridg University press, 1999;歐洲專利0360319 Al;美國(guó)專利5040283;美國(guó)專利5057114;美國(guó) 專利6752208;美國(guó)專利4980960;美國(guó)專利4619320)。
當(dāng)金屬球體經(jīng)受裂縫中的升高溫度時(shí)，它們恢復(fù)其原始形狀，換言之 所述球體伸直。如上所述，它們含量的局部增長(zhǎng)有效地促進(jìn)裂縫中支撐劑 團(tuán)塊的形成。通過(guò)改變合金成分而逐漸改變形狀恢復(fù)溫度的能力使得可形 成金屬絲，因此形成了在裂縫的整個(gè)長(zhǎng)度上均勻分布的不可移動(dòng)的支撐劑 團(tuán)塊。
該方法在其第三實(shí)施例中的實(shí)施也可規(guī)定使用超吸收材料以在流動(dòng)的 壓裂流體中形成局部卡塞。超吸收劑例如交聯(lián)聚丙烯酰胺丙烯酸脂共聚物
可吸收它們?cè)谒兄亓康?00至300倍的水。可獲得各種超吸收劑。針對(duì)
本方法選擇的一種特殊的吸收劑可由地層溫度、用于制備壓裂流體的水中 的含鹽量等等因素確定。
本方法優(yōu)選使用的是由殼體或乳劑保護(hù)的超吸收劑，所述殼體或乳劑 當(dāng)通過(guò)裂縫或壓裂流體溫度升高或這些條件的組合出現(xiàn)時(shí)溶解或散布。通 過(guò)改變殼體厚度，可控制超吸收劑的一部分引入壓裂流體與從殼體釋放之 間的時(shí)間間隔。當(dāng)殼體溶解或散布時(shí)，吸收顆粒通過(guò)吸收周圍的水分而開(kāi) 始增長(zhǎng)。顆粒的質(zhì)量和尺寸增加減弱了它們通過(guò)裂縫的移動(dòng)，最終導(dǎo)致局 部卡塞、捕獲支撐劑顆粒，并形成支撐劑團(tuán)塊。
在所述方法的第三實(shí)施例中，用于降低裂縫中支撐劑的活動(dòng)性的添加 劑可為在地層溫度下其表面變成"粘性"的粒體、纖維或板。為實(shí)施該方 法，可優(yōu)選的是，使粘合表面具有可溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)層的顆
粒的附加涂層；通過(guò)改變物質(zhì)厚度，可改變上述時(shí)間間隔，隨著所述時(shí)間 的逝去由于顆粒的表面粘合特性而導(dǎo)致形成支撐劑團(tuán)塊。用于控制時(shí)間間 隔的另一技術(shù)采用在不同溫度下得到粘合特性的涂層。為應(yīng)用本技術(shù)，可 優(yōu)選在第二階段開(kāi)始時(shí)引入具有最大保護(hù)涂層厚度的顆粒(因此具有顯示 出"粘合特性"的最大溫度)。而且，可優(yōu)選在第二階段結(jié)束時(shí)相應(yīng)地引入 具有最小保護(hù)涂層厚度的顆粒(因此具有顯示出"粘合特性"的最小溫度)。 當(dāng)這種顆粒進(jìn)入裂縫時(shí)，它們相互碰撞(撞擊)并粘附，從而形成支撐劑 顆粒的聚集體。當(dāng)聚集體尺寸變得與裂縫的特征寬度相當(dāng)時(shí)，所述聚集體 楔入裂縫面之間，導(dǎo)致局部支撐劑卡塞并形成支撐劑團(tuán)塊。
如同方法的上述實(shí)施例，本實(shí)施例也可包括將加強(qiáng)材料引入壓裂流體 中，因此增加所形成支撐劑團(tuán)塊的強(qiáng)度；以及引入借助于降低支撐劑通過(guò) 壓裂流體的沉降率增大流體的支撐劑傳輸能力的試劑。支撐劑選擇的所有 這些要求，特別是強(qiáng)度相對(duì)適度的支撐劑的使用，顆粒尺寸的(可能的) 寬分布，預(yù)先涂覆有在地層條件下可固化的粘結(jié)劑層的支撐劑仍適用于所 述方法的本實(shí)施例。所述方法的上述第三階段也是可能的。
第四實(shí)施例
水力壓裂方法的第四實(shí)施例涉及通過(guò)將粘性有區(qū)別的兩種流體順序地 泵送到井眼中形成支撐劑團(tuán)塊和位于支撐劑團(tuán)塊之間的通道。該方法涉及 與上述實(shí)施例相似的第一階段、以及將支撐劑連續(xù)地引入給定流體中的第 二階段。
與上述實(shí)施例相類似，第二階段可能涉及將加強(qiáng)材料引入到壓裂流體 中，這些材料增大形成的支撐劑團(tuán)塊的強(qiáng)度；以及引入通過(guò)降低支撐劑沉 降率增強(qiáng)流體的支撐劑傳輸能力的試劑。支撐劑選擇的所有這些要求，特 別是強(qiáng)度相對(duì)適度的支撐劑的使用，顆粒尺寸的寬分布，以及預(yù)先涂覆有 在地層條件下可固化的粘結(jié)劑層仍適用于本實(shí)施例。
本方法的第三階段停止注入含有支撐劑的壓裂流體及其它材料，相反 將非常低的粘度的流體注入所產(chǎn)生的裂縫中。由于它們的粘度之間的差異， 在注入較高粘度流體之后注入低粘度流體導(dǎo)致較低粘度流體以"侵入物" 的形式滲入到較高粘度流體中。這在充填裂縫的支撐劑中形成通道，從而
將支撐劑分隔成離散團(tuán)塊，如圖4所示。在圖4所示的實(shí)施例中，流體的 粘度比為80。
如同上述實(shí)施例，本方法可包括第四"尾隨"階段，所述第四"尾隨" 階段涉及連續(xù)地將具有大致均勻顆粒尺寸的支撐劑、加強(qiáng)材料和/或具有增 強(qiáng)壓裂流體的支撐劑傳輸能力的細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料引入流體中。
上述用于水力壓裂且具有形成支撐劑團(tuán)塊的不同機(jī)制的所有方法提供 了非常高的水力裂縫傳導(dǎo)率。這可通過(guò)在裂縫的整個(gè)長(zhǎng)度和高度上形成間 隔良好的強(qiáng)支撐劑團(tuán)塊產(chǎn)生。所述團(tuán)塊足夠穩(wěn)定以防止裂縫閉合；團(tuán)塊間 通道具有足夠大的供地層流體流動(dòng)的橫截面。
權(quán)利要求
1.一種用于地層的水力壓裂的方法，包括第一階段，所述第一階段涉及將含有增稠劑的壓裂流體注入井眼中，以在地層中產(chǎn)生裂縫；以及第二階段，所述第二階段涉及將支撐劑周期性地引入注入的壓裂流體中，以將支撐劑供送到所產(chǎn)生的裂縫中、并在裂縫內(nèi)形成防止裂縫閉合的支撐劑團(tuán)塊和位于團(tuán)塊之間的供地層流體流動(dòng)的通道，其中，第二階段或其子階段涉及另外引入加強(qiáng)材料或加固材料或兩者，從而增加了形成在壓裂流體中的支撐劑團(tuán)塊的強(qiáng)度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，加強(qiáng)材料或加固材料或兩 者在將支撐劑引入壓裂流體中時(shí)被引入支撐子階段，或者貫穿支撐和載送 子階段連續(xù)地被引入。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，加強(qiáng)材料或加固材料或兩者為有機(jī)纖維、無(wú)機(jī)纖維、或有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維，所述纖維僅具有粘合涂層、或具有涂覆有非粘合物質(zhì)層的粘合涂層，所述非粘合物質(zhì)層在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中；球形或細(xì)長(zhǎng)形狀的金屬顆粒；在三個(gè)維度中 任意兩個(gè)維度之比大于5: l的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)、陶瓷、金屬或金屬合金制 成的板。
4. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，第二階段還涉及將試 劑引入壓裂流體中，所述試劑增強(qiáng)流體的支撐劑傳輸能力。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述試劑是具有在三個(gè)維 度中任意兩個(gè)維度之比大于5: l的細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，具有細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料在支 撐劑未被引入壓裂流體中時(shí)、或連續(xù)地被引入。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，細(xì)長(zhǎng)顆粒是由天然形成或合成的有機(jī)材料制成的纖維、或玻璃纖維、陶瓷纖維、碳素纖維、無(wú)機(jī)或 金屬纖維。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述纖維基于聚乳酸、聚 乙醇酸、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、這些聚酯的共聚物和聚乙烯醇制成。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述纖維涂覆有在地層溫 度下變?yōu)檎承缘牟牧稀⒒蛴伤霾牧现瞥伞?br> 10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述纖維由涂覆有非粘合 物質(zhì)的粘合材料制成，所述非粘合物質(zhì)在通過(guò)裂縫時(shí)溶于壓裂流體中。
11. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述材料在壓裂流體中的 重量濃度為0.1-10%。
12. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述材料的長(zhǎng)度超過(guò)2mm， 直徑為3-200 li m。
13. 如權(quán)利要求1至12所述的方法，其特征在于，含有支撐劑的壓裂 流體的注入體積小于不含支撐劑的流體的注入體積，以產(chǎn)生較小的支撐劑 團(tuán)塊、和位于支撐劑團(tuán)塊之間的供地層流體通過(guò)的較大通道。
14. 如權(quán)利要求1至13所述的方法，其特征在于，支撐劑包括具有不 同顆粒直徑的材料部分的混合物，每一部分中的顆粒的直徑比、以及每一 部分相對(duì)量被選擇，以使產(chǎn)生的支撐劑團(tuán)塊或島狀體的最終孔隙最小化。
15. 如權(quán)利要求1至14所述的方法，其特征在于，支撐劑顆粒僅具有 樹(shù)脂涂層或粘合涂層、或者具有涂覆有非粘合物質(zhì)層的樹(shù)脂涂層或粘合涂 層，所述非粘合物質(zhì)層在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中。
16. 如權(quán)利要求1至15所述的方法，其特征在于，具有第三階段，所述第三階段涉及將支撐劑連續(xù)地引入壓裂流體中，所述支撐劑具有大致均 勻的顆粒尺寸。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，第三階段還涉及將加強(qiáng) 材料、加固材料或兩者連續(xù)地引入壓裂流體中。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，第三階段還涉及將 這樣的材料連續(xù)地引入壓裂流體中，所述材料具有增強(qiáng)流體的支撐劑傳輸 能力的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
19. 一種用于地層的水力壓裂的方法，包括第一階段，所述第一階段 涉及將壓裂流體注入井眼中，所述流體含有增稠劑，以在地層中產(chǎn)生裂縫; 以及第二階段，所述第二階段涉及將支撐劑引入注入的壓裂流體中以防止 所產(chǎn)生的裂縫閉合、并還涉及將試劑周期性地引入壓裂流體中以在所產(chǎn)生 的裂縫中形成支撐劑團(tuán)塊和供地層流體流動(dòng)的通道。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，為形成支撐劑團(tuán)塊，在 從試劑被引入壓裂流體中的時(shí)刻起經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，試劑與壓裂流體發(fā)生 反應(yīng)，所述時(shí)刻被改變，以使試劑在所產(chǎn)生的裂縫中的不同位置處與壓裂 流體發(fā)生反應(yīng)并在這些位置處形成支撐劑團(tuán)塊。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，它包括通過(guò)使用以下機(jī) 制中的一種機(jī)制改變時(shí)間段的步驟改變?cè)噭┑幕瘜W(xué)成分;將試劑封裝在由殼體保護(hù)的粒體中，通過(guò)使所述殼體溶于壓裂流體中、或通過(guò)與其它試 劑顆粒和裂縫表面碰撞使所述殼體腐蝕破壞、或在裂縫閉合處的裂縫面將 所述殼體壓碎，所述殼體在所述時(shí)間段內(nèi)被破壞；將試劑封裝在半滲透殼 體中，所述半滲透殼體在壓裂流體中膨脹和破裂；將試劑封裝在半滲透膜 或多孔殼體中，用于使試劑通過(guò)半滲透膜或多孔殼體緩慢擴(kuò)散；以及將試 劑封裝在能夠溶解或沖洗掉的殼體中。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，它包括通過(guò)以下機(jī)制中 的一種機(jī)制改變時(shí)間段的步驟改變?cè)噭┑幕瘜W(xué)成分；以及將試劑封裝在 多孔材料的粒體中，通過(guò)使殼體溶于壓裂流體中、或通過(guò)與其它試劑顆粒 和裂縫表面碰撞使粒體腐蝕破壞、或通過(guò)在裂縫壁閉合處將粒體壓碎，所 述多孔材料的粒體在所述時(shí)間段內(nèi)被破壞，或者使反應(yīng)化學(xué)制品從粒體中 緩慢滲出。
23. 如權(quán)利要求19至22所述的方法，其特征在于，所述試劑為使得壓 裂流體的粘度劇烈、顯著局部下降并使支撐劑沉降在其中的添加劑。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述添加劑是在裂縫中 不同位置處發(fā)生反應(yīng)的壓裂流體破膠劑。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，破膠劑具有涂覆有各種 厚度的殼體的顆粒，所述殼體溶于壓裂流體中并在裂縫的不同位置處釋放 破膠劑以使破膠劑與壓裂流體發(fā)生反應(yīng)。
26. 如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，壓裂流體的破膠劑 是與壓裂流體發(fā)生反應(yīng)并導(dǎo)致壓裂流體的聚合物鏈斷裂的氧化劑。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，具有催化劑，所述催化 劑被引入壓裂流體中，以提高已溶解或散布在壓裂流體內(nèi)的氧化劑的反應(yīng) 速率。
28. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述添加劑可破壞交聯(lián) 位點(diǎn)、占據(jù)交聯(lián)位點(diǎn)、或螯合交聯(lián)的壓裂流體的交聯(lián)劑物質(zhì)。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述添加劑涂覆有不同 厚度的殼體，所述殼體溶于壓裂流體中并在裂縫的不同位置處釋放添加劑。
30. 如權(quán)利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述添加劑為聚乳 酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇、山梨糖醇、葡糖酸鹽、EDTA、 NTA或磷酸鹽。
31. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述添加劑為爆炸物、 推進(jìn)劑、活性金屬或其它任何反應(yīng)材料，它們導(dǎo)致壓裂流體的局部加熱并 封裝在殼體中，所述殼體在進(jìn)入裂縫時(shí)被破壞并在裂縫的不同位置處釋放 添加劑。
32. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述試劑為降低支撐劑 顆粒的活動(dòng)性的添加劑。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述添加劑為封裝在殼 體中或通過(guò)緩慢釋放膠結(jié)劑而粘合在一起的纖維束，所述纖維束溶于壓裂 流體中使得纖維水合或散布并增加它們?cè)趬毫蚜黧w中的濃度。
34. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述添加劑是當(dāng)加熱到 一定溫度時(shí)恢復(fù)它們的原始形狀的材料。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述材料為纏繞成球體 的各種長(zhǎng)度纖維，所述球體在被加熱時(shí)伸直或增大它們的體積。
36. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，添加劑的材料具有高的 吸收能力。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，材料的顆粒具有通過(guò)臨 時(shí)殼體、臨時(shí)交聯(lián)或臨時(shí)化學(xué)處理以物理或化學(xué)的方式延遲的高的吸收能 力，所述臨時(shí)殼體、臨時(shí)交聯(lián)或臨時(shí)化學(xué)處理使所述吸收劑材料的水合作 用和體積膨脹延遲，直至其到達(dá)裂縫中的所需位置，其中，吸收劑通過(guò)延 遲劑溶解、溫度、材料磨損或這三者的組合被激活。
38. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，添加劑為在地層溫度下表面變?yōu)檎承缘牧ｓw、纖維或板。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述粒體、纖維、或板 具有涂覆有可溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)層的粘合表面。
40. 如權(quán)利要求19至39中任一所述的方法，其特征在于，第二階段還 涉及將材料連續(xù)或與試劑同時(shí)地引入壓裂流體中，所述材料具有細(xì)長(zhǎng)顆粒， 所述細(xì)長(zhǎng)顆粒的長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過(guò)它們的直徑并增強(qiáng)流體的支撐劑傳輸能力。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述材料具有包括天然 形成的有機(jī)纖維、合成有機(jī)纖維以及玻璃纖維、陶瓷纖維、碳素纖維、無(wú) 機(jī)纖維和金屬纖維的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
42. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述纖維基于能水解成 水溶性低聚物或單體的聚合物制成，具體實(shí)例包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚 對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物。
43. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述纖維基于緩慢溶解 或其溶解取決于溫度的聚合物制成，具體實(shí)例包括基于聚乙烯醇的纖維。
44. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述纖維涂覆有在地層 溫度下變?yōu)檎承缘牟牧稀⒒蛴伤霾牧现瞥伞?br> 45. 如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述纖維由具有粘性且 涂覆有溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)的材料制成。
46. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，具有細(xì)長(zhǎng)顆粒的材料濃 度為流體重量的0.1-30%。
47. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，材料的顆粒具有大于5: 1的長(zhǎng)寬比。
48. 如權(quán)利要求19至47所述的方法，其特征在于，第二階段還涉及將 加強(qiáng)材料或加固材料或兩者連續(xù)地或與試劑同時(shí)地引入壓裂流體中。
49. 如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，加強(qiáng)材料為有機(jī)纖維、 無(wú)機(jī)纖維、或有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維，所述纖維僅具有粘合涂層、或具有涂覆有 非粘合物質(zhì)層的粘合涂層，所述非粘合物質(zhì)層在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流 體中；球形或細(xì)長(zhǎng)形狀的金屬顆粒；長(zhǎng)寬比大于5: l的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)、 陶瓷、金屬或金屬合金制成的板。
50. 如權(quán)利要求19至49所述的方法，其特征在于，支撐劑包括具有不 同顆粒直徑的材料部分的混合物，每一部分中的顆粒的直徑比、以及每一 部分相對(duì)量被選擇，以使最終的支撐劑孔隙最小化。
51. 如權(quán)利要求19至50所述的方法，其特征在于，支撐劑顆粒僅具有 粘合涂層、或者具有涂覆有非粘合物質(zhì)層的粘合涂層，所述非粘合物質(zhì)層 在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中。
52. 如權(quán)利要求19至51所述的方法，其特征在于，具有第三階段，所 述第三階段涉及將支撐劑連續(xù)地引入壓裂流體中，所述支撐劑具有大致均 勻的顆粒尺寸。
53. 如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，第三階段還涉及將加強(qiáng) 材料連續(xù)地引入壓裂流體中。
54. 如權(quán)利要求52或53所述的方法，其特征在于，第三階段還涉及 將材料連續(xù)地引入壓裂流體中，所述材料具有增強(qiáng)流體的支撐劑傳輸能力 的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
55. —種用于地層的水力壓裂的方法，包括第一階段，所述第一階段涉及將壓裂流體注入井眼中，所述流體含有增稠劑以產(chǎn)生地層裂縫；第二階段，所述第二階段涉及將支撐劑連續(xù)地引入注入的壓裂流體中，以將支撐劑供送到所產(chǎn)生的裂縫中，從而防止其閉合；以及第三階段，所述第三 階段涉及將與壓裂流體相比粘度較低的流體注入壓裂流體中，所述粘度較 低的流體因與壓裂流體的粘度差異以將支撐劑分為離散團(tuán)塊的侵入物的方 式滲入到壓裂流體中，以在離散團(tuán)塊之間形成供地層流體通過(guò)的通道。
56. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，第二階段還涉及將材料 連續(xù)地或與試劑同時(shí)地引入壓裂流體中，所述材料具有細(xì)長(zhǎng)顆粒，所述細(xì) 長(zhǎng)顆粒的長(zhǎng)度以大于5: l的長(zhǎng)寬比超過(guò)它們的直徑、并增強(qiáng)流體的支撐劑 傳輸能力。
57. 如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，所述材料具有包括天然 形成的有機(jī)纖維、無(wú)機(jī)纖維、合成有機(jī)纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、碳素 纖維和金屬纖維的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
58. 如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，所述纖維基于能水解成 水溶性低聚物或單體的聚合物制成，具體實(shí)例包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚 對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物。
59. 如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述纖維基于緩慢溶解 或其溶解非常依賴于溫度的聚合物制成，具體實(shí)例包括基于聚乙烯醇的纖 維。
60. 如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，所述纖維涂覆有在地層 溫度下變?yōu)檎承缘牟牧?、或由所述材料制成?br> 61. 如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，所述纖維由具有粘性且 涂覆有在通過(guò)裂縫時(shí)溶于壓裂流體中的非粘合物質(zhì)的材料制成。
62. 如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，所述材料在壓裂流體中 的重量濃度為0.1-30%。
63. 如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，材料的顆粒具有大于5: 1的長(zhǎng)寬比。
64. 如權(quán)利要求55至63所述的方法，其特征在于，第二階段還涉及將 加強(qiáng)材料連續(xù)地或與試劑同時(shí)地引入壓裂流體中。
65. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，加強(qiáng)材料為有機(jī)纖維、 無(wú)機(jī)纖維、或有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維，所述纖維僅具有粘合涂層、或具有涂覆有 非粘合物質(zhì)層的粘合涂層，所述非粘合物質(zhì)層在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流 體中；球形或細(xì)長(zhǎng)形狀的金屬顆粒;在三個(gè)維度中任意兩個(gè)維度之比大于5: 1的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)、陶瓷、金屬或金屬合金制成的板。
66. 如權(quán)利要求55至65所述的方法，其特征在于，支撐劑包括具有不 同顆粒直徑的材料部分的混合物，每一部分中的顆粒的直徑比、以及每一 部分相對(duì)量被選擇，以使最終的支撐劑孔隙最小化。
67. 如權(quán)利要求55至66中任一所述的方法，其特征在于，支撐劑顆粒 僅具有粘合涂層、或具有涂覆有非粘合物質(zhì)層的粘合涂層，所述非粘合物 質(zhì)層在通過(guò)裂縫時(shí)可溶于壓裂流體中。
68. 如權(quán)利要求55至67中任一所述的方法，其特征在于，具有第四階 段，所述第四階段涉及將支撐劑連續(xù)地引入壓裂流體中，所述支撐劑具有 大致均勻的顆粒尺寸。
69. 如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，第四階段還涉及將加強(qiáng)材料連續(xù)地引入壓裂流體中。
70. 如權(quán)利要求67或68所述的方法，其特征在于，第四階段還涉及將 材料連續(xù)地引入壓裂流體中，所述材料具有增加流體的支撐劑傳輸能力的 細(xì)長(zhǎng)顆粒。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于地層的水力壓裂的經(jīng)濟(jì)有效的方法，由于形成均勻置于裂縫全長(zhǎng)的強(qiáng)支撐劑團(tuán)塊而確保提高水力壓裂傳導(dǎo)率。這些方法中的一種方法包括第一階段，第一階段涉及將含有增稠劑的壓裂流體注入井眼中，以在地層中產(chǎn)生裂縫；和第二階段，第二階段涉及將支撐劑周期性地引入注入的壓裂流體中，以將支撐劑供送到所產(chǎn)生的裂縫中，從而在裂縫內(nèi)形成防止裂縫閉合的支撐劑團(tuán)塊、和位于團(tuán)塊之間的供地層流體流動(dòng)的通道，其中，第二階段或其子階段涉及另外引入加強(qiáng)材料或加固材料或兩者，從而增強(qiáng)形成于壓裂流體中的支撐劑團(tuán)塊的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)E21B43/267GK101371005SQ200680051820
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者D·維爾貝格, I·V·科薩列夫, M·米勒, M·蒂埃瑟蘭 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司