[发明专利]在烃生产和运输中的金属硅化物

说明书

本申请要求2012年6月25日提交的美国临时申请61/663,880号的提交日期的优先权，其在此通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及使用金属硅化物以在井眼中产生显著压力的新颖且改进的水力压裂操作。所述金属硅化物可为碱金属硅化物或另一金属硅化物。

本发明还涉及通过金属硅化物的使用简化在水力压裂方法期间产生的回流水的处理/处置或再循环的方法。所述金属硅化物可为碱金属硅化物或另一金属硅化物。

本发明还涉及使用金属硅化物除去在管线(例如，海底管线)中的沥青质和/或蜡质沉积物的累积物的新颖且改进的方法。所述金属硅化物可为碱金属硅化物或另一金属硅化物。

发明背景

水力压裂

水力压裂是用于回收否则的话捕集或存在于地下地层的孔隙中的例如气体(例如，天然气)或液体(例如，油或石油)的烃流体的公知方法。在其最基本的水平下，水力压裂包括在岩石或地下地层中产生地裂(例如，裂缝、裂隙等)，其将允许烃流体朝向生产井流动。也就是说，地下岩层的水力压裂(有时称为碎裂)提供烃流体更容易地移动穿过致密低渗透率(微达西)地层(例如，页岩、某些粘土砂岩、石灰石等)到达生产井的途径。

一旦适当地钻出孔以提取烃流体(即，“井眼”)，压裂流体则在高压下注入井眼中以产生将增强捕获在地下地层中的烃流体的流动的地裂。这些压裂流体典型地包含支撑剂，支撑剂为固体材料，例如圆形砂粒、铝土矿或陶瓷，其用于在释放压裂压力之后“保持”新产生的地裂开放，从而捕获在地下地层中的烃流体可流动到预定的生产井。也就是说，这些“支撑的地裂”充当将较大比例的含有捕集的烃流体的地层的内部深度直接连接到生产井的途径。

或者，水力压裂还可包括在很高的压力下将预制垫(prepad)、垫(pad)和支撑剂段塞注入适当准备的井眼中。

在任一情形下，水力压裂的关键是施加高压以在地层的产油区(该区含有气体和/或液体)中产生地裂，随后将地裂用支撑剂材料填充以防止其在除去所施加的压力之后完全闭合。必须施加足够的压力以超过在产油区之上岩石地层的超载围限压力(overburden confining pressure)。

一旦产生了地裂，则接着注入冲洗流体以破胶并从井眼中驱扫残余材料，为烃生产作准备。结果，在水力压裂中常需要大量的新鲜或清洁的水。实际上，水管理在水力压裂操作期间是一个严肃的关注问题，具有多级压裂的单井可能需要数百万加仑的相对新鲜的水以在长水平侧枝中完成该操作。在干旱地区或由于其他现有公共和商业需要而缺乏水资源的任何地方，获取并运输足够的水可能是一项挑战并造成一个显著的成本因素。

另外，在完成水力压裂或增产操作之后，用过/回收的水(即，“回流”或“倒流”水)常含有大量的从地层中采集的总悬浮固体(TSS)和具有例如Ca、Mg、Fe、Al、Sr、Ba、Ra等多价阳离子的总溶解固体(TDS)以及残余量的最初加入以进行水力压裂过程的化学品。必须将该水处理和/或适当地处置，和/或充分清洁，从而可使其再循环以便用于在附近井上的后续增产工作。因而，水杂质含量也是水力压裂方法中的关注问题。

在致力于解决这些水关注问题的过程中，泡沫水力压裂在1970年代初得到商业认可并用于高达三分之一的当前压裂应用中。在泡沫水力压裂方法中，例如二氧化碳(CO₂)和氮气(N₂)的气体与适当的表面活性剂、聚合物和交联剂一起使用以产生稳定的高粘性泡沫，从而帮助将支撑剂运输到地裂中。高品质的泡沫(>60%)可帮助减少完成压裂操作所需要的水量。另外，使用泡沫还降低敏感性地层对水的暴露，该暴露可引起粘土溶胀或堵塞。泡沫有助于更快的回流并更容易地清洁地层和井眼，以为生产作准备。

然而，泡沫的问题在于它们是剪切稀化非牛顿流体，因此，泡沫化流体的粘度随着剪切速率显著下降。因此，与高液体喷射速率相关的高流体剪切速率可导致泡沫高度渗漏到现有裂缝和裂隙中，使得所述泡沫在使地裂蔓延到新区域方面不太有效。为此，泡沫通常仅限于非常致密的地层。常使用目数较高的砂粒来对此补偿，然而，这导致较低的最后生产率。并且，泡沫在使低浓度的支撑剂悬浮方面做得最好，因此压力一旦释放，就会产生较窄的支撑压裂。因而，与传统液体(“滑溜水(slickwater)”或凝胶化)水力压裂技术相比，泡沫水力压裂常产生较低的总生产率。

因此，仍然需要改进的水力压裂方法，其将减少所需要的水量并减少倒流杂质的量，同时维持高烃流体生产水平。

管线