[发明专利]降阻流体

说明书

技术领域

本发明提供具有低摩擦压力的流体，其用于油井服务应用(well serviceapplication)如压裂，砾石充填，洗井，酸化处理基质和酸压裂处理等，和提供使用它们的方法。具体地，本发明涉及具有优良的降阻(friction reduction)特性的基于表面活性剂的流体，和在各种油田应用中使用它们的方法。

背景技术

在油田中的处理过程中的降阻是一直存在的问题。多年在压力泵送操作过程中尝试减少处理流体的摩擦中，已经使用了各种聚合物组合物。瓜尔胶，聚甲基丙烯酸甲酯，聚氧化乙烯，聚丙烯酰胺，polyAMPS(聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)，源于它们的聚合物，以及其它高分子量合成聚合物，已经在过去就在油田中用作了常规降阻剂来减少湍流状态的摩擦压力。目前，油田降阻的工业标准是使用聚丙烯酰胺和源于聚丙烯酰胺的聚合物，共聚物，或其溶液或乳化的形式的混合物。

授权给Hoover等的美国专利3,442,803披露了水性油井压裂体系中的降阻方法：通过向该含水体系中溶解少量的丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的共聚物而进行。该聚丙烯酰胺能够根据具体的目的应用制备以便具有阳离子，阴离子或非离子端基。聚丙烯酰胺和源自聚丙烯酰胺的降阻剂已经用作检验本申请的悬浮降阻组合物以及方法的基准降阻剂。

在致密气藏地层(tight gas formation)，油藏增产技术常常包括水作为主要的处理流体。因为水是牛顿流体，它由于在高泵速率下的摩擦压力损失(frictional pressure loss)而产生高的处理压力。为了限制该摩擦压力，将非常低浓度的通常高分子量的(几百万道尔顿)基于聚合物的常规降阻剂(CFRs)与用于粘土稳定的无机盐或有机替代物添加到流体中。这些低成本流体体系在工业上通常称为减水阻流体体系(slick-water fluid systems)。

减水阻流体体系不具有足够的粘度或弹性来提供良好的支撑剂携带能力。因此，减水阻的任务就依赖于高泵速率和湍流来在压裂处理过程中沿着水力裂缝携带低浓度的支撑剂到地层中。高速封水处理(High rate waterpack treatment)依赖于高泵速率和湍流来在砾石充填处理过程中携带低浓度的砂砾到井和滤网(screen)形成的圆环区域(annulus)中。本申请中所述的本发明的一个目的是以较高的支撑剂浓度获得在裂缝中有效的支撑剂运输，这将给油井提供更好的产量，或者圆环区域中较高的砂砾浓度，这意味着更加有效的砾石充填。本发明的流体和方法的主要优点是可降低处理泵的速率，并且因此也降低了现场(on location)所需的功率。因此，本发明总地提供更加高效和更加成本有效的处理方法。

现在已经发现，包括至少一种减阻表面活性剂，聚合物和/或单体的流体给这些降阻化合物带来改进。与现有技术中报道的类似流体相比，这些流体在低的表面活性剂浓度时显示出显著改善的粘度和固体悬浮特性。

发明内容

本发明提供改善的用于油田应用的流体，称为悬浮降阻剂(SFR)。具体地，本发明的SFR流体包括至少一种减阻表面活性剂或减阻表面活性剂的混合物，以及至少一种减阻促进剂，所述减阻促进剂选自聚合物减阻促进剂，单体减阻促进剂(或提高减阻的抗衡离子)，或聚合物和单体减阻促进剂的混合物。本发明的SFR流体也可视需要包括一种或多种助剂如共溶剂，助表面活性剂，或盐水。

相对于本领域中以前报道的用于类似目的的高分子量聚合物流体(将其称为常规降阻剂(CFR))，本发明的悬浮降阻流体(SFR流体)显示出在低的有效表面活性剂浓度下(小于或等于约0.5wt％，(0.5wt％))优异的减阻(dragrcduction)和改善的粘度和固体悬浮特性。此外，当与油层流体如水，盐水或油接触时或暴露于热时，本发明的SFR流体可显示出降低的粘度。本发明的SFR流体也可改变地层的润湿性。术语″有效(active)″百分比是指与作为表面活性剂和其它成分如醇的混合物供应的表面活性剂的重量相对的纯的表面活性剂重量。可商购的成品混合物通常含有约30-50％的表面活性剂。

在文献中有许多可接受的方法可用于显示降阻剂在非牛顿流体中的效果。一种通常的方法包括将减阻百分比(％DR)对质量流速或速率进行作图。减阻可由直管中的压差测量来评价。在本申请中，我们一般地使用了本发明的流体的压差ΔP_f与盐水或水的压差ΔP_w的比较结果；并且根据下式记录：