[发明专利]剪切恢复性能、流变性能以及稳定性能得到提高的粘弹性表面活性剂流体

说明书

本专利申请是申请号为200580039052.9、申请日为2005年11月15日、发明名称为“剪切恢复性能、流变性能以及稳定性能得到提高的粘弹性表面活性剂流体”的专利申请的分案申请。 

本专利申请要求分别在2004年11月15日和2005年9月29日提交的美国专利申请No.60/627,876和60/722,040的优先权。 

背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于提高粘弹性表面活性剂流体的流变性能、剪切恢复性以及稳定性的方法和组合物，其中所述的粘弹性表面活性剂流体可用于处理油井和气井中的地层。更具体地说，本发明涉及含有剪切恢复性增强剂（enhanced shear recovery agent）的粘弹性表面活性剂流体。所述的剪切恢复性增强剂至少包括糖衍生表面活性剂、共聚物、或它们的组合。 

2.相关技术内容 

由于粘弹性表面活性剂流体具有优于常规聚合物体系的优点，所以其在油田行业中得到越来越多的应用。这些优点包括：对含油区具有更高的渗透性、对地层或地下造成较少的破坏、在压裂后可回收更多的增粘剂、不再需要用酶或氧化剂来降低粘度、并且更容易水化以及更快地形成最佳粘度。 

粘弹性表面活性剂流体可用于常规的水力压裂法中。将美国专利No.5,551,516（Norman等）中公开的可用方法以引用方式并入本文中。此外，参考文献“Oilfield Applications”,Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,第10卷,第328-366页(由位于美国纽约州纽约市的John Wiley&Sons公司于1987年出版)及其引用的文献中 描述了油田应用以及方法，这些文献也以引用方式并入本文。 

水力压裂是已经在多种用于促使从地下岩层生产流体（如油和天然气）的方法中应用的术语。在水力压裂过程中，以至少足够克服上覆岩层压力并在地层中触发裂缝和/或使裂缝延伸到地层中的压力和流速，通过井眼并对抗地层面而注入压裂液（通常是水性流体）。压裂液中通常承载有悬浮在该压裂液中并且将被输送到裂缝中的支撑剂，如20-40目的砂子、矾土、玻璃珠等。支撑剂用于在压力解除时防止地层自身的闭合。由支撑剂填充的裂缝形成渗透通道，地层流体可通过该渗透通道流向井眼，然后被抽出。当所述的粘弹性表面活性剂流体被用作压裂液时，其可任选地含有气体（如空气、氮气或二氧化碳），以形成增能流体或泡沫。还可以存在超临界二氧化碳乳液。此外，还可以存在其它用于发挥特定的所需功能的常规组分（例如，腐蚀抑制剂、降滤失添加剂等）。 

粘弹性表面活性剂流体应用的发展已经受到配制这种流体所需的表面活性剂的高额成本的抑制。使用粘弹性表面活性剂流体的另一个问题在于：它们在处理地下岩层的过程中经受高度剪切时具有较低的剪切恢复性。此外，由于粘弹性表面活性剂流体对地下岩层中的有机/无机盐和粘土稳定剂（如氯化钾(KCl)和四甲基氯化铵(TMAC)）的耐受性差，因此在其使用过程中会持续存在问题。另外，在遇到高温（特别是高达250℉的温度）的情况下，深井油田应用作业会受到抑制。当粘弹性表面活性剂流体含有较低浓度的粘弹性表面活性剂时，这样的温度会降低粘弹性表面活性剂流体的粘度，并且使它们对压裂操作无效。人们采用高浓度的粘弹性表面活性剂来避免这种粘度下降。另一方面，在粘弹性表面活性剂流体中采用低浓度的粘弹性表面活性剂还会导致过分长的剪切恢复时间。这些过分长的剪切恢复时间会抑制深井油田应用作业。 

在现有技术中，人们试图通过加入聚合物（如低分子量的阴离子聚合物）来对粘度的下降和较低的剪切恢复性加以弥补。通过聚合物链的缠结而增稠的聚合物增稠剂（例如，淀粉）已被用于悬浮液水性相的增粘。这些增稠剂在机械剪切或聚合物链化学断裂（例如，被 氧化或水解）的影响下会发生降解，从而导致粘度和悬浮液稳定性降低。剪切恢复所需的时间仍然会过分地长，以及/或者对有机/无机盐的耐受性仍然会不够充分。 

在Lee等人的美国专利申请公开No.2003/0134751中，加入聚合物提高了粘弹性表面活性剂流体的剪切恢复性。具体地说，已经发现分子量大于25,000的聚合物对高浓度的粘弹性表面活性剂流体是有效的。但是，在低浓度条件下，这些聚合物对剪切恢复性是无效的。 

Dahanayake等人的美国专利No.6,258,859公开了含有两性表面活性剂和两性离子表面活性剂的粘弹性表面活性剂流体，但是该专利没有公开使用糖衍生表面活性剂、聚合物或它们的组合来改善剪切恢复时间。