[发明专利]用于井筒流体的可降解聚合物和方法

说明书

本发明涉及井筒流体，并且具体来说，但不限于，涉及利用可降解聚合物作为增粘剂的压裂液。

发明背景

通过钻井进入岩层，并且利用压力梯度将烃输送到地面而从多孔油层中生产油和气。这一压力梯度通常利用泵来获得，在油层压力没有高到足以克服油层深度和地面之间的流体静压力的情况下需要泵。

水力压裂是在用于通过提高来自地下岩层的油、气和其它流体的渗透性或传导性来促进它们的生产的各种技术中使用的术语。在水力压裂过程中，在至少足以引起岩层破裂和产生并延伸裂缝到该岩层的所需部分的流量和压力的条件下通过井筒将适合的压裂液引入地下岩层。该压裂液自身携带支撑剂(例如，砂子、铝土矿等等)，其被输送到裂缝中以产生高渗透性通道，并且一旦压力梯度对于生产来说反向时防止新打开的岩层的完全闭合。

压裂液必须经仔细的设计以满足由其所需的性能所要求的流变学条件。该压裂液必须具有足够高的粘度以产生裂缝并使裂缝穿过岩石，并且当该压裂液流入该裂缝时保持支撑剂悬浮。非常高的粘度是不可行的，因为由于摩擦会产生过度的压降，这导致不可接受的功率泵送要求。在压力释放并且岩层已经接近新放置的支撑剂之后，理想的压裂液应该恢复为低粘度流体，该低粘度流体可以很容易地从所支撑的裂缝除去以促进高的生产率。

在水力压裂的初期，配制油基流体。最近公开了其它的含油流体。现在使用的大多数压裂液是水基液体，其已经被胶凝化或者发泡。这种增粘流体的实例是：i)粘弹性表面活性剂(VES)；ii)水溶性天然聚合物；iii)水溶性或水可分散的合成聚合物；iv)聚合物混合物；和v)VES和聚合物混合物。有关可利用的技术和在压裂配制剂中通常使用的添加剂的较好综述可以在Economides/Nolte(Eds.)“ReservoirStimulation”，第三版(2000)，第7章中找到。

粘弹性表面活性剂形成缠结的长的蠕虫状胶束，为该流体提供足够的流变性能。通过与油或与有机溶剂接触，它们的粘度易于降低，并且因此VES基流体显示高度的可从所支撑的裂缝净化的性能。

聚合物压裂液在裂缝的壁上形成″滤饼″，防止该粘性流体过度的水消耗。最通常地，选择的聚合物胶凝剂是水溶性多糖。这些水溶性多糖形成一类已知的化合物，所述化合物包括各种天然胶以及某些借助于化学连接到纤维素主链的亲水性取代基已经变得能水合的纤维素衍生物。这种水溶性多糖尤其是半乳甘露聚糖胶、葡甘露聚糖胶、纤维素衍生物、黄原胶和它们的化学改性的衍生物。这种水溶性多糖具有公认的使含水液体增稠的能力。尤其对于低温井来说，该增稠的含水液体在压裂过程中具有足以携带支撑剂的粘度。在其它情况中，尤其是在较高的温度下，为了形成具有足够的强度和粘度的凝胶以产生受支撑的裂缝，有必要将该多糖交联。已经开发了许多种交联剂以实现交联，其中最常用的交联剂类物质是硼酸盐，B(OH)₄^-，和Ti(IV)、Zr(IV)与Al(III)的络合物。

最初为了压裂应用使水增粘的聚合物之一是瓜尔胶，从“Cyamopsis Tetragonalobus”植物(主要生长于巴基斯坦和印度，近来更多生长于美国)的内胚乳中获得的一种长链、高分子量的半乳甘露聚糖。瓜尔胶是普遍可获得的、相当廉价的原材料，其几乎不需要加工并且因此在本领域中是优选的选择之一。当需要时，可以通过该聚合物的甘露糖主链上存在的顺式羟基采用硼酸盐、钛酸盐和锆酸盐将瓜尔胶交联。延迟交联剂，以及聚合物稳定剂或悬浮的水不溶性的、可熔的或可降解的聚合物通常用于瓜尔胶基压裂液的配制剂。包括调节pH值以最大化阳离子电荷密度的优化压裂液的温度稳定性的方法也已经被公开。

当使用胶凝的和交联的多糖压裂液时遇到的一个问题是在裂缝闭合之后这种流体的破胶和净化。残存在所支撑的裂缝中的交联的聚合物凝胶通常很难除去，滤饼也是如此。这种聚合物压裂液的破胶通常通过添加破胶剂组分，如当裂缝闭合时被释放的包封的破胶剂来实现。

美国专利号5,036,919描述了一种方法，包括泵送凝胶强度不同的两种聚合物压裂液：具有较高凝胶强度以形成滤饼的第一流体和更容易降解以产生支撑剂填充物的第二流体。攻击该多糖聚合物主链中的缩醛键的破胶剂如氧化剂、氧化还原剂、酶和酸释放剂已经不同程度地成功地用来改进裂缝传导性。专利WO 01/34939全面地论述了本领域中已知的一些不同的体系。