具有放熱反應(yīng)的水力壓裂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 這個(gè)章節(jié)中的語(yǔ)句僅提供關(guān)于本發(fā)明的背景信息且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0002] 本申請(qǐng)總體涉及使來(lái)自地下巖層的產(chǎn)烴量增產(chǎn)。更確切地說(shuō)，本申請(qǐng)涉及對(duì)于烴 從具有低滲透性的巖層流到井筒的流動(dòng)路徑的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0003] 德國(guó)專利文獻(xiàn)512, 955公開(kāi)了一種爆炸過(guò)程，在該爆炸過(guò)程中，防水套管內(nèi)的灼 熱劑混合物以水環(huán)繞該套管地放置于鉆孔中。在點(diǎn)燃鋁熱混合物之后，釋放出巨大的熱，從 而導(dǎo)致周?chē)乃舭l(fā)和過(guò)熱。所得的蒸氣壓力導(dǎo)致鉆孔壁碎裂。該爆炸過(guò)程并不意欲使鉆 孔破裂而是使鉆孔擴(kuò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一些實(shí)施方案中，公開(kāi)了一種通過(guò)井口裝置使被井筒穿透的地下巖層增產(chǎn)的方 法，所述方法包括：將巖層壓裂，同時(shí)將包括灼熱劑的固體引入到裂縫中，所述灼熱劑包括 第一金屬以及第二金屬氧化物；以及點(diǎn)燃灼熱劑以產(chǎn)生受灼熱劑影響的區(qū)域。
[0005] 在一些實(shí)施方案中，處理、處理流體、系統(tǒng)、設(shè)備、方法及其類(lèi)似內(nèi)容采用前置流體 或滑溜水。
[0006] 在本文中的一些實(shí)施方案中，所述處理、處理流體、系統(tǒng)、設(shè)備、方法及其類(lèi)似內(nèi)容 采用穩(wěn)態(tài)處理漿液（STS)，在該穩(wěn)態(tài)處理漿液，可包括支撐劑的固相在流體相中至少被臨時(shí) 地抑制重力沉降。在一些實(shí)施方案中，STS可具有至少臨時(shí)受控制的流變，例如粘度、漏失 性、或屈服強(qiáng)度、或其它物理性質(zhì)（例如比重、固體體積分?jǐn)?shù)（SVF)、或其類(lèi)似性質(zhì)）。在一 些實(shí)施方案中，STS的固相可具有至少臨時(shí)受控制的物性，例如粒子大小分布（包括模態(tài)）、 充填體積分?jǐn)?shù)（PVF)、密度、縱橫比、球度、圓度（或棱角度）、強(qiáng)度、滲透性、可溶性、反應(yīng)性 等。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 這些以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)結(jié)合附圖、參照以下詳細(xì)描述來(lái)更好地理解。
[0008] 圖1展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案的處理流體的示意性漿液狀態(tài)發(fā)展圖表。
[0009] 圖2展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案的處理流體的流體穩(wěn)定性區(qū)域。
[0010] 圖3展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案的低粘度、穩(wěn)態(tài)處理漿液（STS)(下直線） 的漏失特性與常規(guī)交聯(lián)液（上直線）相比較。
[0011] 圖4展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案的井場(chǎng)設(shè)備配置的示意圖，其中，STS在現(xiàn) 場(chǎng)混合。
[0012] 圖5展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方案的井場(chǎng)設(shè)備配置的示意性圖，其中，STS等 待栗送。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下描述的目的是使來(lái)自地下巖層的產(chǎn)烴量增產(chǎn)。本發(fā)明涉及對(duì)于烴從具有低滲 透性的巖層流到井筒的流動(dòng)路徑的改進(jìn)，該改進(jìn)是通過(guò)利用強(qiáng)放熱反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生碎巖區(qū)域且 隨后將該區(qū)域連接到井筒而實(shí)現(xiàn)的。
[0014] 水力壓裂是用于通過(guò)將高傳導(dǎo)性的裂縫從井筒布置或延伸到儲(chǔ)層中來(lái)改善井生 產(chǎn)率的主要手段。常規(guī)的水力壓裂處理可以以幾個(gè)相異的階段呈現(xiàn)。在有時(shí)被稱作前置階 段（pad)的第一階段期間，將流體以高速率和高壓力經(jīng)由井筒注入到地下巖層中。該流體 注入速率超過(guò)巖層中的過(guò)濾速率（也被稱為漏失率），從而產(chǎn)生遞增的水力壓力。當(dāng)該壓力 超過(guò)閾值時(shí)，巖層開(kāi)裂并破裂。水力裂縫由此產(chǎn)生并且隨著流體的持續(xù)注入而開(kāi)始蔓延到 巖層中。
[0015] 在下一階段期間，將支撐劑混合到流體，混合后的流體在此被稱為壓裂流體 (fracturefluid、fracfluid或者fracturingfluid)，并隨著水力裂縫的持續(xù)增長(zhǎng)而被 輸送遍及所述水力裂縫。前置流體和壓裂流體可以是相同的或不同的。支撐劑在設(shè)計(jì)的長(zhǎng) 度內(nèi)被沉積在裂縫中，并且機(jī)械地防止裂縫在注入停止并且壓力減小之后閉合。在上述處 理之后并且一旦將井投產(chǎn)，儲(chǔ)層流體便流入裂縫并且過(guò)濾穿過(guò)可滲透的支撐劑充填結(jié)構(gòu)到 達(dá)井筒。酸或酸前體可先于壓裂流體注入，或壓裂流體可包括酸或酸前體。
[0016] 儲(chǔ)層流體的產(chǎn)出速率和范圍取決于多個(gè)參數(shù)，例如巖層的滲透性、支撐劑充填結(jié) 構(gòu)的滲透性、巖層中的水力壓力、產(chǎn)出的流體的物性、裂縫的形狀等。通常，單個(gè)裂縫被形 成；多個(gè)裂縫也是可能的并且已開(kāi)發(fā)了多種方法來(lái)促進(jìn)多個(gè)裂縫的產(chǎn)生。但是，如果產(chǎn)生的 是較大碎巖區(qū)域而不僅僅是裂縫并且所述較大碎巖區(qū)域返回連接到傳導(dǎo)性的支撐裂縫或 井筒自身，那么產(chǎn)烴的速率和范圍可以被增大。
[0017] 本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)井口裝置使被井筒穿透的地下巖層增產(chǎn)的方法。所 述方法涉及：使巖層破裂，同時(shí)將包括灼熱劑的固體引入到裂縫中；并且點(diǎn)燃灼熱劑以形 成受灼熱劑影響的區(qū)域。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，通過(guò)井口裝置使被井筒穿透的地下巖層增產(chǎn)的方法涉及：使 巖層破裂，同時(shí)將包括灼熱劑的固體引入到裂縫中；點(diǎn)燃灼熱劑以形成受灼熱劑影響的區(qū) 域；并且確保受灼熱劑影響的區(qū)域以流體方式連接到地表。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，通過(guò)井口裝置使被井筒穿透的地下巖層增產(chǎn)的方法包括：將 包括灼熱劑的固體引入到裂縫中；點(diǎn)燃灼熱劑以形成受灼熱劑影響的區(qū)域；并且測(cè)繪受灼 熱劑影響的區(qū)域。
[0020] 為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明原理的理解，現(xiàn)參考本申請(qǐng)的一些說(shuō)明性實(shí)施方案。本文中所 使用的相同附圖標(biāo)記指代各圖中的相同的部件。不帶后綴字母的附圖標(biāo)記指代總體的部 件；帶后綴字母的參考數(shù)字指代所述部件中的特定者。
[0021] 如本文中所使用，"實(shí)施方案"是指本文中所公開(kāi)的申請(qǐng)的非限制性示例（不論是 否要求），其可單獨(dú)地或以與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案的任何組合或排列被采用，或可單獨(dú) 地或以與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案的任何組合或排列存在。本文中所公開(kāi)的每一實(shí)施方案 應(yīng)不僅被看作將與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案一起使用的附加特征，而且應(yīng)被看作將獨(dú)立地 或代替一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案來(lái)使用的替代方案。應(yīng)理解，由此并不意欲限制所要求的 主題的范圍，本文中涵蓋所說(shuō)明實(shí)施方案中的任何更改和另外的修改以及如其中所說(shuō)明的 本申請(qǐng)的原理的任何另外的應(yīng)用（如將通常為本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員想到）。
[0022] 此外，應(yīng)將本文中所提供的示意性說(shuō)明和描述理解為僅僅是示例，并且除非本文 中明確陳述是相反情況，否則可整體或部分地組合或分開(kāi)以及添加或去除以及重新排序組 件及操作?？赏ㄟ^(guò)執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀媒體上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施所說(shuō)明的某些 操作，其中計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作中的一個(gè)或多個(gè)的指令或?qū)⒚畎l(fā)布 到其它裝置以執(zhí)行操作中的一個(gè)或多個(gè)的指令。
[0023] 應(yīng)理解，盡管以下詳細(xì)描述的實(shí)質(zhì)部分提供了關(guān)于油田的水力壓裂操作的內(nèi)容， 但是其它的油田操作如固井、礫石充填等或甚至非油田井處理操作也可利用和受益于本處 理漿液的公開(kāi)內(nèi)容。
[0024] 如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)"處理流體"或"井筒處理流體"包括"壓裂流體"或"處理 漿液"并且應(yīng)當(dāng)在廣義上理解。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，這些可為或可包括液體、固 體、氣體及其組合。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，處理流體可采取溶液、乳液、漿液或任何 其它形式。
[0025] 如本文中所使用，"漿液"是指粒子分散于載質(zhì)中的能夠選擇性流動(dòng)的混合物。術(shù) 語(yǔ)"可流動(dòng)"或"可栗送"或"可混合"在本文中可互換地使用并且是指在剪切速率為170s1 下具有小于l〇〇〇Pa的屈服應(yīng)力或低剪切（5. 11s3粘度和小于10Pa-s(10,000cP)的動(dòng)態(tài) 表觀粘度的流體或漿液，在此，除非另一溫度被明確指出或使用，否則屈服應(yīng)力、低剪切粘 度和動(dòng)態(tài)表觀粘度是在25°C的溫度下測(cè)得的。
[0026] 除非另有指示，否則如本文中所使用的"粘度"是指在25°C的溫度和170s1的剪切 速率下的流體的表觀動(dòng)態(tài)粘度。除非另有指示，否則如本文中所使用的"低剪切粘度"是指 在25°C的溫度和5. 11s1的剪切速率下的流體的表觀動(dòng)態(tài)粘度。處理流體的屈服應(yīng)力和粘 度是在25°C下在具有R1B5F1軸的Farm35流變儀或同等流變儀/軸裝置中評(píng)估的，其中剪 切速率加速到255siQOO轉(zhuǎn)/分）且減速到0,在2. 55、5. 11、85. 0、170和255siaeUOO、 200和300轉(zhuǎn)/分）處的兩個(gè)讀數(shù)的平均值被記錄為相應(yīng)的剪切應(yīng)力，表觀動(dòng)態(tài)粘度被確定 為剪切應(yīng)力與剪切速率的比率。街丸+的是冪律指數(shù)。在冪律指數(shù)等于1 的情況下，赫巴流體被稱為賓漢塑料。如本文中所使用的屈服應(yīng)力與屈服點(diǎn)同義并且是指 在賓漢塑料或赫巴流體系統(tǒng)中激發(fā)流動(dòng)所需的應(yīng)力（采用本文中描述的方式被計(jì)算為y軸 截距）。"屈服應(yīng)力流體"是指赫巴流體系統(tǒng)，包括賓漢塑料或其它的流體系統(tǒng)，在赫巴流體 系統(tǒng)中，需要以本文中描述的方式計(jì)算出的施加的非零應(yīng)力來(lái)激發(fā)流體流動(dòng)。
[0027] 除非在上下文中被明確地或隱含地指示，否則在本文中關(guān)于漿液術(shù)語(yǔ)做出以下約 定。
[0028] "處理流體"或"流體"（在上下文中）是指全部處理流體，包括任何支撐劑、次支 撐劑（subproppant)粒子、液體、氣體等。"整流"(wholefluid)、"全流"(totalfluid)和 "基礎(chǔ)流體"在本文中用來(lái)指流體相再加上分散于其中的任何次支撐劑粒子，但不包括支撐 劑粒子。"載質(zhì)"、"流體相"或"液相"是指所呈現(xiàn)的流體或液體，其可包括連續(xù)相和選擇性 地分散于連續(xù)相中的一種或多種不連續(xù)的流體相，該不連續(xù)的流體相僅包括任何溶質(zhì)、增 稠劑或膠態(tài)粒子，不包括其它固相粒子；對(duì)漿液中的"水"的參考僅指水且不包括任何粒子、 溶質(zhì)、增稠劑、膠態(tài)粒子等；對(duì)"水相"的參考是指主要包括水的載質(zhì)相，其可為連續(xù)相或分 散相。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)"液體"或"液相"既涵蓋液體本身又涵蓋超臨界流體，并且包 括溶解于其中的任何溶質(zhì)。
[0029] 對(duì)液相（相對(duì)于處理流體或基礎(chǔ)流體而言）的粘度的測(cè)量或確定可基于以下內(nèi) 容：對(duì)無(wú)固體的液體進(jìn)行的直接測(cè)量，或基于含固體的液體的特性或物性的測(cè)量結(jié)果所進(jìn) 行的計(jì)算或校正，或使用固體的存在不影響粘度的確定的技術(shù)對(duì)含固體的液體的測(cè)量。如 本文中所使用，用于確定液相粘度的"無(wú)固體"意味著不存在大于1微米的非膠態(tài)粒子，由 此使得粒子并不影響粘度確定，但是存在用于使液體增稠和/或用于與液體形成凝膠的任 何次微米級(jí)粒子或膠態(tài)粒子，即存在可充當(dāng)增稠劑的超細(xì)粒子。在一些實(shí)施方案中，"低粘 度液相"意指在170s1和25°C下并且在沒(méi)有任何大于1微米的固體的情況下所測(cè)得的小于 約300mPa-s的粘度。
[0030] 在一些實(shí)施方案中，處理流體可包括連續(xù)流體相（也被稱作外相）和不連續(xù)相 (也被稱作內(nèi)相），該不連續(xù)相對(duì)于乳膠、發(fā)泡體或增能流體來(lái)說(shuō)是流體（液體或氣體），或 者對(duì)于漿液來(lái)說(shuō)是固體。連續(xù)流體相可以是在給定條件下基本上連續(xù)的任何物質(zhì)。連續(xù)流 體相的示例包括但不局限于水、烴、氣體、液化氣等，該連續(xù)流體相可包括溶質(zhì)，例如流體相 可以是鹵水，和/或該連續(xù)流體相可包括鹵水或其它溶液。在一些實(shí)施方案中，流體相可選 擇性地包括增粘點(diǎn)劑和/或屈服點(diǎn)劑、和/或所具有的增粘點(diǎn)劑和/或屈服點(diǎn)劑的總量的 一部分。流體相的一些非限制性示例包括水合凝膠（例如包括多糖的凝膠（例如瓜爾膠、 黃原膠和迪特膠（diutan)、羥基乙基纖維素、聚乙烯醇、以及其它水合聚合物、膠體等）、經(jīng) 交聯(lián)的水合凝膠、增粘酸（例如凝膠基）、乳化酸（例如油外相）、增能流體（例如基于隊(duì)或 〇) 2的發(fā)泡體）、粘彈性表面活性劑（VES)增粘流體、和油基流體（包括凝膠化、發(fā)泡的、或 以其它方式增粘的油）。
[0031] 如果在處理流體中存在的情況下，不連續(xù)相可以是以懸浮或以其它方式分散于連 續(xù)相中的任何粒子（包括流體滴）。在這方面中，不連續(xù)相還可總體上被稱作"粒子"或"微 粒"，"粒子"或"微粒"可互換地使用。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"粒子"應(yīng)當(dāng)在廣義上解釋。例 如，在一些實(shí)施方案中，本申請(qǐng)的粒子是固體，例如支撐劑、砂、陶瓷、結(jié)晶、鹽等；但是，在一 些其它實(shí)施方案中，粒子可為液體、氣體、發(fā)泡體、乳化滴等。此外，在一些實(shí)施方案中，本申 請(qǐng)的粒子是基本上穩(wěn)定的并且在連續(xù)的時(shí)間段、溫度區(qū)間或壓力區(qū)間中不會(huì)改變形狀或形 式；在一些其它實(shí)施方案中，本申請(qǐng)的粒子是可降解的、可溶的、可變形的、可熔的、可升華 的或能夠以其它方式改變形狀、狀態(tài)、或結(jié)構(gòu)。
[0032] 在某些實(shí)施方案中，粒子是大致圓形和球形。在某些實(shí)施方案中，粒子不是大致球 形和/或圓形，例如，粒子可具有根據(jù)APIRP-60球度和圓度索引的不同程度的球度和圓 度。例如，粒子可具有超過(guò)2、3、4、5或6的縱橫比，該縱橫比被定義為粒子的最長(zhǎng)尺度與粒 子的最短尺度之比。這些非球形粒子的示例包括但不局限于纖維、薄片、圓盤(pán)、棒、星等。所 有的這些變化應(yīng)被視為位于本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。
[0033] 各種實(shí)施方案中的漿液中的粒子可以是多模態(tài)。如本文中所使用，多模態(tài)是指 多種粒子大小或粒子模式，每種粒子大小或粒子模式具有相異的大小或粒子大小分布，這 樣的多模態(tài)例如支撐劑和細(xì)粒。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)相異的粒子大小、相異的粒子大小 分布、或多模式或多模態(tài)意味著多種粒子中的每一種具有獨(dú)特的平均體積粒子大小分布 (PSD)模式。也就是說(shuō)，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，不同粒子的粒子大小分布呈現(xiàn)為連續(xù)概率分布函數(shù)中 的相異的峰值（或"模式")。例如，粒子大小呈正態(tài)分布（該正態(tài)分布具有類(lèi)似的變化性） 的兩種粒子在其各自的平均數(shù)的差超過(guò)它們各自的標(biāo)準(zhǔn)差的和、和/或在其各自的平均數(shù) 相差一統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的量的情況下，那么這兩種粒子的混合物被視為雙模態(tài)粒子混合物。 在某些實(shí)施方案中，粒子含有兩種粒子的雙模態(tài)混合物；在一些其它實(shí)施方案中，粒子含有 三種粒子的三模態(tài)混合物；在某些附加的實(shí)施方案中，粒子含有四種粒子的四模態(tài)混合物； 在某些另外的實(shí)施方案中，粒子含有五種粒子的五模態(tài)混合物，等等。公開(kāi)多模態(tài)粒子混 合物的代表性參考文件包括US5, 518, 996、US7, 784, 541、US7, 789, 146、US8, 008, 234、 US8, 119, 574、US8, 210, 249、US2010/0300688、US2012/0000641、US2012/0138296、US 2012/0132421、US2012/0111563、TO2012/054456、US2012/0305245、US2012/0305254、 US2012/0132421、PCT/RU2011/000971 和US13/415, 025,以上的每個(gè)文獻(xiàn)在此以參考方 式并入本說(shuō)明書(shū)中。
[0034] "固體"和"固體體積"是指存在于漿液中的所有固體，包括支撐劑和次支撐劑粒 子，該次支撐劑粒子包括諸如膠體和次微米級(jí)粒子的微粒增稠劑。為了確定"無(wú)固體"的流 體的粘度，"無(wú)固體"和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)一般來(lái)講不包括支撐劑和次支撐劑粒子，但是沒(méi)有排除微 粒增稠劑如膠體。除非在權(quán)利要求中指明不同支撐劑大小或在從屬于其的權(quán)利要求中指明 更小的支撐劑大小，否則"支撐劑"是指這樣的微粒，該微粒具有位于漿液中的一個(gè)或多個(gè) 粒子大小模式，這些粒子大小模式的加權(quán)平均的平均粒子大小大于或等于約1〇〇微米，例 如140網(wǎng)格粒子對(duì)應(yīng)于105微米的大小，該支撐劑被用于井作業(yè)和處理如水力壓裂操作，以 在處理后使裂縫保持打開(kāi)。"礫石"是指被用于礫石充填的粒子，且該術(shù)語(yǔ)與如本文中所使 用的支撐劑同義。"次支撐劑"（sub-proppant、subproppant)是指尺寸小于所述支撐劑模 式的粒子、或粒子大小或模式（包括膠態(tài)粒子和次微米級(jí)粒子）；對(duì)"支撐劑"的參考不包括 次支撐劑粒子，且反之亦然。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)次支撐劑模式中的每個(gè)的加權(quán) 平均的平均粒子大小小于或等于最小的支撐劑模式（例如暫停/穩(wěn)態(tài)模式）的加權(quán)平均的 平均粒子大小的約二分之一。
[0035] 如果存在支撐劑的話，支撐劑可以是天然存在的材料如砂粒。如果存在支撐劑的 話，支撐劑也可以是人造的或是被特別改造的，例如經(jīng)涂布的（包括經(jīng)樹(shù)脂涂布的）砂、各 種硬粒的模數(shù)、高強(qiáng)度陶瓷材料如燒結(jié)鋁礬土等。在一些實(shí)施方案中，如果存在支撐劑的 話，本申請(qǐng)的支撐劑具有大于2. 45g/mL、例如2. 5-2. 8g/mL的密度，該支撐劑例如砂、陶瓷、 燒結(jié)鋁礬土或經(jīng)樹(shù)脂涂布的支撐劑。在一些實(shí)施方案中，如果存在支撐劑的話，本申請(qǐng)的支 撐劑具有小于或等于2. 45g/mL、例如小于約1. 60g/mL、小于約1. 50g/mL、小于約1. 40g/mL、 小于約1. 30g/mL、小于約1. 20g/mL、小于1. 10g/mL、或小于1. 00g/mL的密度，該支撐劑來(lái)自 各制造商的輕型/超輕型支撐劑、如中空支撐劑。
[0036] 在一些實(shí)施方案中，處理流體包括大于1. 3、大于1. 4、大于1. 5、大于1. 6、大于 1. 7、大于1. 8、大于1. 9、大于2、大于2. 1、大于2. 2、大于2. 3、大于2. 4、大于2. 5、大于2. 6、 大于2. 7、大于2. 8、大于2. 9或大于3的表觀比重。通過(guò)選擇所分散的固體的比重和量和 /或通過(guò)將一定重量的溶質(zhì)如相容的有機(jī)鹽或礦物鹽添加到水相，可以選擇處理流體的密 度。在一些實(shí)施方案中