[发明专利]水力压裂

说明书

一种超过已知水力压裂流体的改进。将边界层动力学混合材料加到压裂流体的组分，其中动力学混合材料为多个颗粒，其中至少25%颗粒为数种类型，即，具有如下的表面特征：薄壁、三维楔状尖锐叶片、点、不齐叶片状表面、薄叶片表面、可具有类似于Y、V或X形状或其它几何形状的三维叶片形状、具有类似于蛋壳形状的形状的略弯曲薄壁、粉碎的空心球、尖锐叶片状特征、轮廓分明的90°角、不同形状(例如，圆筒、长方形)的聚结突出臂、Y形颗粒、X形颗粒、八角形、五角形、三角形和菱形。所得流体显示改善的添加剂分散，并通过减少支撑剂颗粒柱塌陷的事件和减少支撑剂回流对水力裂缝提供稳定作用。

相关申请交叉引用

本申请要求2009年10月2日提交的标题为“具有填料加强物的结构增强塑料”(STRUCTURALLY ENHANCED PLASTICS WITH FILLER REINFORCEMENTS)的美国专利申请12/572,942号的优先权，美国专利申请12/572,942号要求2009年3月26日提交的标题为“具有填料加强物的结构增强塑料”(STRUCTURALLY ENHANCED PLASTICS WITH FILLERREINFORCEMENTS)的美国专利申请12/412,357号的优先权，美国专利申请12/412,357号要求2008年3月26日提交的标题为“具有填料加强物的结构增强聚合物”(STRUCTURALLYENHANCED POLYMER WITH FILLER REINFORCEMENTS)的美国临时专利申请61/070,876号的优先权。本申请另外要求2010年6月23日提交的标题为“水力压裂”(HYDRAULICFRACTURING)的美国临时专利申请61/357,586号的优先权，各专利申请的内容通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及用于油气采收过程(也称为水力压裂)的流体的改进。更具体地讲，本发明涉及进行水力压裂沿井眼(well bore)往下和进入裂缝的改进。更具体地讲，本发明通过减少支撑剂(proppant)颗粒柱塌陷的事件和减少支撑剂回流对水力裂缝提供稳定作用。

发明背景

地球的很多剩余天然气和油位于低于地面500-20,000英尺深度的页岩和岩层中。很多天然存在的岩层碍于低孔隙性和渗透性，从而限制天然气和/或油流入可采收气和/或油的井眼。

水力压裂为在地质构造的低孔隙性、低渗透性的岩中产生裂缝的过程。通过将压裂流体混合物以足够使井下(down-hole)压力增加到超过岩层岩破裂梯度的值的速率泵送进入井眼，可形成水力裂缝。压力导致岩层破裂或压裂，这允许压裂混合物进入，并使破裂进一步伸入岩层。

为了在泵送过程停止后保持裂缝打开，压裂流体混合物包含称为支撑剂的固体，该固体保留在新裂缝中，并保持裂缝打开。根据所需的渗透性或颗粒强度，可使用各种类型的支撑剂。完全的裂缝提供将大面积油藏(reservoir)连接到井的传导路径，从而增加由其可从目标岩层采收油、天然气和液体的面积。

支撑水力裂缝激励(stimulation)广泛用于改善从难得或不经济油藏的井生产能力。其它应用领域包括在弱加固油藏、凝析气田和显示显著渗透各向异性的高渗透性油藏中的砂控制。

在实施水力压裂中的重要顾虑是“支撑剂回流”，即，产生支撑剂回到地面。支撑剂回流可导致设备毁坏和停工时间，这必然需要代价高且人力密集的地面操作过程。支撑剂回流也提出支撑剂处置问题。在一些情况下，如果使井返回生产的成本过大，就可能过早地放弃井。虽然不希望，但在某些操作环境，可容许支撑剂回流。然而，在生产阶段支撑剂从裂缝回流就是个问题。在实际中，泵送进入岩层的原始支撑剂的20%至50%可被引起回流。

水力压裂过程的必备部分是将不同大小的支撑剂颗粒引入裂缝，以保持裂缝打开。支撑剂的实例包括结构材料，例如砂、人造陶瓷、胡桃壳，甚至聚合物珠粒。另外，已使用树脂涂覆的支撑剂来尝试减少支撑剂回流。使砂在界面处粘合在一起的树脂涂覆支撑剂方法是减少回流的优良起点，但机械循环往往使将支撑剂颗粒相互连接的结合物破裂，从而造成失败。