[发明专利]压裂流体组合物及其使用方法

说明书

本发明公开了压裂流体组合物及其使用方法，本发明涉及压裂由井筒穿透的地层的组合物和方法。该组合物和方法包括提供压裂流体，其为二氧化碳（CO₂）与至少一种减摩聚合物，所述减摩聚合物为以约0.001至0.4重量%的浓度溶解在CO₂中的含氟聚合物。

技术领域

本公开涉及用于压裂地层用途的流体组合物，其包含液体二氧化碳和作为含氟聚合物的减摩聚合物。

背景技术

水力压裂是用于提高来自含烃储层的油气的产量的常规增产技术。在典型的水力压裂操作中，将压裂流体以高压和高速率泵送经过穿透地层的井筒，从而初始化并扩展在所述层(formation)中的水力压裂。接续的步骤典型地包括向压裂流体中添加被称为支撑剂的粒状物质(例如级配砂、陶瓷颗粒、铝矾土或树脂涂覆砂)，其被压裂流体担载进入裂缝中。支撑剂沉积进入裂缝，形成可渗透的“支撑剂充填层”。一旦压裂处理结束，裂缝在允许维持裂缝的支撑剂充填层上闭合，由此为所述层中的烃提供通路从而更容易地流入用于回收的井筒中。

二氧化碳(CO₂)用于从含烃储层中生产油气的用途是公知的。针对油气层的压裂处理而利用二氧化碳(CO₂)已在水敏且低压的层中具有特定的优点。特别地，CO₂使得在所使用的水的体积方面的显著降低成为可能，并且促进了压裂处理之后水从层的回流。当暴露于水基流体时，层会长时间地捕获水，这可能会导致降低对烃的渗透性并降低油井的生产率。除此之外，层中的一些粘土可能会在水的存在下溶胀，或者穿过层而迁移，导致多孔性的封闭或阻塞，这又导致了生产率的损害。因此，减少引入到油井中的水的量可以导致减少层的损伤。另外，用于水力压裂的水的可获得性还可能在某些对油气生产而言受到关注的地形中是受限的，由此呈现出对实际回收这些资源而言的经济或监管障碍。

如上所述，以高压和高速率泵入压裂流体。由压裂泵产生的压力被称为“表面处理压力”，并且很大程度上是在层中生成裂缝所需要的应力、泵和层之间的压裂流体摩擦压力损失、和静水压头中的变化的函数。表面处理压力可以高至10,000 psig或更多，其取决于特定的油井需求和压力容量。所需要的压裂流体流速很大程度上是扩展裂缝所需的流和滤失到层中的流体的函数。此外，流速必须足以担载支撑剂材料(具有在低流速下沉降的倾向)，并且典型而言为10至120 bpm(桶每分钟)，其取决于特定油井的需求和裂缝设计。井筒通常可以从浅垂直井中的数千英尺扩展到大位移(long-reach)水平井中的一万或两万英尺或更多。常规的井筒套管尺寸为4 ¹/₂英寸和5 ¹/₂英寸，压裂流体经由其泵入。还可以使用油管，其具有2 ³/₈英寸或2 ⁷/₈英寸的常规标称直径，经由油井套管插入从而担载压裂流体。这是例如当套管不足够强以支持所需的流体压力时而进行的。

如可以领会的那样，常常存在由于高流速、小的套管或油管直径、长井筒或这些因素的组合而招致极高的摩擦压降的情况。为了克服在常规的压裂流体中经受的高压降，使用减摩剂(也通常称为减阻剂)。这些减摩剂通常为高分子量的水溶性聚合物，其被直接添加并溶解于水性压裂流体中，并且已显示出降低摩擦压力损失高达约70%。

使用在水载液中采用减摩剂的“减阻水(slickwater)”压裂流体在工业中是公知的。在减阻水中使用的常规的减摩剂是高分子量(典型为5,000,000至20,000,000 g/mol)的聚丙烯酰胺，其通常以反相乳液或者油包水乳液的形式来提供。在减阻水中使用的减摩剂的浓度通常为约0.25 gpt(加仑每千)至2 gpt。在设计减摩剂体系方面的一个关键考虑是需要将减摩剂快速溶解于压裂流体中，由此允许减摩剂尽可能快地变得有效，这是由于通常而言从添加减摩剂直至压裂流体最初进入井筒时的时间只有数秒左右。