[发明专利]使用超轻重量支撑剂悬浮液和气态流的压裂方法有效
申请号: | 201380005738.0 | 申请日: | 2013-02-04 |
公开(公告)号: | CN104053744B | 公开(公告)日: | 2017-06-09 |
发明(设计)人: | R·S·维勒;C·纽霍尔;R·R·梅尔斯;B·沃德;B·B·比尔;H·布兰农 | 申请(专利权)人: | 贝克休斯公司 |
主分类号: | C09K8/70 | 分类号: | C09K8/70;C09K8/80 |
代理公司: | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038 | 代理人: | 陈晰 |
地址: | 美国得*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 使用 重量 支撑 悬浮液 气态 方法 | ||
发明领域
本发明涉及通过向地层中引入作为支撑剂段(proppant stage)的稳定的泡沫来进行水力压裂地下地层的方法,所述支撑剂段含有气态流体和悬浮在增粘的或者凝胶化的含水流体中的超轻重量(ULW)支撑剂。
发明背景
增加被钻井孔穿过的含烃的地层的生产率的一种常规方法是对该地层进行增产技术例如水力压裂。在水力压裂中,将液体、气体或者两相流体(通常称作压裂流体)引入到地层中。压裂流体(通常是水或者油基的)以足以在地下地层中产生裂缝的压力和流速引入到穿过地层的钻井孔中。将支撑剂引入到裂缝中来保持裂缝打开。被支撑的裂缝提供了更大的流道,增加量的烃可以流过该流道,由此增加井的生产能力。
最近,已经报道了将超轻重量(ULW)颗粒用作支撑剂。通过使用ULW支撑剂降低了用于保持支撑剂在裂缝内传输所必需的流体速度。考虑到降低的流体速度,可以支撑更大量的所产生的裂缝面积。示例性的这样的ULW支撑剂是美国专利公开No2008/0087429A1中所述的那些,在此引入作为参考。
经常地,压裂是通过首先向地层中引入“前置流体”或“先锋流体”来进行的。前置流体或者先锋流体是用于引起裂缝的压裂流体,并且通常不含支撑剂。它们一般表现出相对低的粘度。在引起裂缝之后,将含有支撑剂的压裂流体然后引入到地层中。
压裂流体(其主要是液体)通常表现出差的传输性能。通常需要高的泵送速率来赋予足够的速度用以在裂缝中布置该支撑剂。在这样的处理中,随着作为距钻井孔距离的函数的线性浆体速度的下降,支撑剂倾向于沉降,形成“支撑剂堤”。进一步据信这种效应导致降低的增产效率,因为有效的支撑长度是相对短的。
由使用液体压裂流体导致了进一步的复杂性归因于需要回收压裂流体。这样的压裂流体通常包含这样的组分,其破坏了环境和/或影响了由储集层来生产石油和/或天然气。例如水溶性聚合物例如瓜尔胶或者其衍生物经常被用于压裂流体来为流体提供必需的流动特性和悬浮支撑剂颗粒。当压裂流体上的压力释放和裂缝封闭在支撑剂周围时,水被驱出和水溶性聚合物形成了滤饼。这种滤饼可以防止油或气在它没有被除去的情况下发生流动。此外,乳液可以由压裂流体产生,其阻止了所生产的气和/或油的流动。
压裂流体的回收和滤饼的除去通常是如下来完成的:用破裂剂降低流体的粘度,以使得压裂流体在静水压力的影响下从地层自然流动。传统上,在高温(即,高于大约120-130°F)在压裂流体中使用破裂剂已经在保持支撑剂传输和实现期望的裂缝传导率(以有效支撑裂缝长度来测量)之间进行了折衷。常规的氧化性破裂剂在高温快速反应,潜在地导致了支撑剂传输的灾难性损失。经包封的氧化性破裂剂在高温时具有经验上有限使用性,这归因于过早释放的倾向或者在释放之前通过有效载荷自降解而导致无效的倾向。
已经通过将气态材料加入到压裂流体中来在井口或者在经压裂的地层或者二者处形成气相来研究了可选择的压裂处理。在“泡沫压裂”中,产生了期望的Mitchell品质的泡沫,其然后通过钻井孔引入地层中。例如,美国专利No.3937283公开了一种水力压裂方法,其使用了由气体(例如氮气、二氧化碳、空气或烃气体)和液体(例如水或者油基液体)形成的泡沫。泡沫的特征在于具有在52.4%-99.99%和优选60%-85%的泡沫或者Mitchell品质的泡沫。泡沫泵入井中时的压力是这样,即产生了具有烃的地层的裂缝。当压力从井口释放时,该泡沫容易地离开井。压力降低导致了泡沫膨胀。
已知的是为了将支撑剂颗粒成功带入地层,经发泡的流体必须表现出细的均匀纹理,而非粗糙的纹理。高于85%的泡沫品质时,已知的是经发泡的流体表现出粗糙的结构。粗糙的纹理使得泡沫不稳定,导致泡沫碎裂和破坏。除了增加泡沫的稳定性之外,还已知的是细的纹理影响了泡沫的粘度。具有由小直径气泡所定义的细的纹理化泡沫,增加了气泡间的相互作用,其依次增加了流体的粘度。
此外,已经发现常规的压裂操作,包括其中气态材料混入压裂流体中的那些,不适于产生部分单层裂缝。部分单层裂缝是通过具有宽泛彼此隔开的支撑剂颗粒的支撑剂包来产生的,该支撑剂包表现出保持裂缝打开所必需的强度和因此使得从地层中生产烃。
一旦压裂作业停止和生产开始,部分单层裂缝的效率就取决于裂缝孔隙率和传导率。裂缝孔隙率取决于所放置的支撑剂的面积浓度、支撑剂尺寸和支撑剂的机械性能例如模量。重要的是,支撑剂包形成的部分单层裂缝表现出高孔隙率。所产生的裂缝的高传导率可归因于所产生的流体在宽泛间隔的支撑剂颗粒周围(代替在局限于填充的支撑剂床中显示的相对小的间隙中)流动的能力。
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