[发明专利]用络合的金属交联剂进行油井处理

说明书

背景技术

本节中的陈述仅提供与本申请公开相关的背景信息，可能不构成现有 技术。

本发明涉及用于处理地下地层的组合物和方法，尤其是，油田增产的 组合物和使用用金属络合物交联的聚合物来使处理液增粘的方法。

高容积的地层压裂和其它油井处理液通常用聚合物例如瓜尔胶增稠， 其粘度通常通过与金属的交联而被大大提高，所述金属例如铬、铝、铪、 锑等，更通常地为第4族金属例如锆或钛。对于周期表的″族″，使用在以下 资料中找到的周期表族的新IUPAC编号方案：HAWLEY′S CONDENSED CHEMICAL DICTIONARY，p.888(1987年第11版)。

已知，金属交联的聚合物流体在交联之后可能是剪切敏感的。尤其是， 通常在从地面泵送至油藏深度的过程中在管内处于高剪切，能够导致不期 望的流体粘度损失，并且引起问题例如脱砂(screenout)。本申请所用的术语 ″高剪切″是指剪切速率为500/秒或者更大。沿着井筒向下运输到地层的过程 中会发生的金属交联聚合物流体的高剪切粘度损失通常是不可逆的，并且 不能恢复。在本申请中我们使用术语″持久性凝胶″来指代这种不可逆交联的 含水聚合物。

金属交联的流体的高剪切灵敏度有时候可通过以下方法来解决：延迟 流体的交联，从而使得流体的交联在高剪切条件的过程中被阻滞并且直到 流体流出管道之后才发生。因为该处理液最初比地层冷，常常仅在流出管 道之后才被加热至地层温度，所以一些延迟剂通过增加胶凝发生的温度而 发挥作用。碳酸氢盐和乳酸盐是已知的增加金属交联的聚合物流体的胶凝 温度的延迟剂实例。虽然这些常见的延迟剂使流体对高剪切处理不太敏感， 但是它们可能同时导致最终流体粘度的降低。同样，这些常见的延迟剂可 能不充分地增加期望延迟的胶凝温度，当表面流体混合温度较高，或者该 流体在注入的过程中被加热得太快时，尤其是这样。

配体与金属的亲和力可取决于各种条件，例如，温度、压力、pH、金 属和配体的浓度等。许多关于金属/配体结合常数的数据可在公开的文献中 找到，例如R.M.Smith和A.E.Martell，″Critical Stability Constants，″Plenum Press，New York(1989)。

配体例如三乙醇胺，N，N-二(羟乙基)甘氨酸(bicine，N，N-双(2-羟乙基) 甘氨酸)，乳酸盐，等，已经被用来形成金属络合物，在所遇到的井下pH 和温度条件产生具有适度粘度的含水凝胶。N，N-二(羟乙基)甘氨酸和其它 N-羟基烷基氨基酸配体公开于例如US 4,885,103，US 7,122,690和US 2007-187，642。已经提出，配体例如N，N-二(羟乙基)甘氨酸与锆一起用作延 迟交联剂。但是，这些配体可能结合太强烈，在一些应用中会导致交联温 度太高。如果交联延迟得太多，处理液可能增粘得不够，从而不能引发和 扩展裂缝，或者不能携带支撑剂，例如，这可能导致脱砂和处理失败。

一些交联延迟配体例如N，N-二(羟乙基)甘氨酸的另一问题是它们可能 对于小的pH变化敏感。在油井处理过程中可能由于许多原因产生小的pH 变化，这种小的变化可能导致交联温度的急剧降低和过早交联，导致过度 的泵压和剪切诱导的粘度损失，或者是交联温度的急剧升高和交联的过度 延迟，导致脱砂或处理失败。

在一些现有技术的处理系统中，已经将硼酸盐交联剂与金属交联剂同 时使用，例如US 4,780,223。理论上，该硼酸盐交联剂能够使该聚合物流体 通过可逆交联机理在较低的温度胶凝，这种可逆交联机理会通过暴露于高 剪切而被破坏，但是能够在除去高剪切条件之后补救或恢复正常。于是这 种剪切-回复硼酸盐交联剂能够用于在高剪切过程中例如在通过井筒注入的 过程中增稠流体，同时不可逆的金属交联被延迟直到高剪切条件结束。高 pH例如9至12或更高常常用于产生硼酸盐交联，而在一些情况下，作为 控制硼酸盐交联的手段。例如，可通过在操作中(on the fly)调节pH和/或硼 酸盐的浓度来响应在注入过程中的压力摩擦读数(pressure friction readings)， 从而使得硼酸盐交联在接近井筒中的管的出口处发生。金属交联剂当然必 需适合于在这些pH条件下使用，并且必需不过度干扰硼酸盐交联。