用于水力压裂液的双重机制增稠剂制造技术

本发明专利技术涉及用作增稠剂或流变改性剂的多臂星形大分子，包括在水力压裂液组合物的用途。在本发明专利技术的一个方面中，星形大分子能够通过包括以下的双重机制增稠：(1)星形大分子的疏水聚合链段通过疏水相互作用或缔合自组装，和(2)一种或多种星形大分子的含羟基聚合链段缔合、反应或结合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于水力压裂液的双重机制増稠剂 相关申请的引用 本申请要求于2012年8月30日提交的序列号为61/695, 103的美国申请的优先 权，将其全部内容W引用方式并入本文。本申请还设及于2013年2月4日提交的序列号为 61/760, 210的美国专利申请，将其全部内容W引用方式并入本文。本申请设及于2010年 10月27日提交的序列号为12/926, 143的美国专利申请，其现在为第8, 173,750号美国专 利，该专利为于2010年4月23日提交的序列号为8, 173, 750的美国专利的部分继续申请 案，其要求于2009年4月23日提交的第61/214, 397号美国申请的优先权，将运些申请的 全部内容各自W引用方式并入本文。 阳00引专利技术背景 本专利技术设及用作增稠剂或流变改性剂的多臂星形大分子包括在水力压裂液 (hy化aulicfrac1:u;ringfluid)组合物中的用途。 阳00引专利技术概述 水力压裂是通过将压裂液W足W使井下压力升高至超过岩石的压裂梯度（压力 梯度）的速率累送到井筒（weUborehole)中而形成的。压裂梯度通常被定义为由于其密 度造成的每单位深度的压力升高，并且通常W磅/平方英寸/英尺Qb/ft2)来衡量。该压 裂过程（有时称为"压裂"）能够导致岩石开裂，其随后能够允许更多的压裂液继续进一步 进入到岩石中，从而使开裂延续更久，等等。在该处理后，压裂操作人员通常通过在该注入 的流体中引入支撑剂（proppant)W尝试保持"压裂宽度"，或延缓其下降，所述支撑剂是诸 如砂粒、陶瓷或其他颗粒的物质，当停止注入并且流体压力降低时，其可W防止裂缝闭合。 对支撑剂强度和防止支撑剂失效两者的考虑往往当在对裂缝的压力和应力更高的更深处 进行压裂时变得更加重要。所支撑的裂缝通常是可渗透的，足W允许地层流体（例如，在压 裂过程中在完井期间引入地层的气体、油、盐水、淡水和流体）流入井中。 通过产生或封闭井筒侧面的孔的各种方法严格控制沿井筒长度的一个或多个裂 缝的位置。通常地，水力压裂是在下套管的井筒中进行的，并且通过对那些位置的套管打孔 来评估待压裂的区域。 可W用于油田和天然气田的水力压裂设备通常由浆料混合器、一个或多个高压高 容量的压裂累（通常是强劲的=缸或五缸累）和一个监测单元组成。相关的设备可W包括 压裂罐、一个或多个用于储存和处理支撑剂的单元、高压处理铁、化学添加剂单元（用于准 确地监测化学品添加）、低压柔性软管和用于流动速率、流体密度和处理压力的许多计量表 和仪表。通常地，压裂设备可W在一定的压力和注入速率范围内运行，并且可W高达100兆 帕（15,OOOpsi)和 265 升 / 秒巧.4cuft/s) (100 桶 / 分）。 压裂液：支撑剂是在压裂处理过程中或之后保持所诱导的水力裂缝开放的材料， 水力压裂液自身的组成根据所使用的压裂类型而有所不同，并且水力压裂液可W是基于凝 胶的、基于泡沫的或基于滑溜水的（slickwater)。此外，可W存在非常规的水力压裂液。在 选择压裂液或其组合时可W考虑的性质特性或因素可W包括：流体粘度，其中更粘的流体 可W携带更浓的支撑剂；需要维持合适地引导支撑剂的特定通量累速率（流动速度）的能 量或压力要求；pH;和各种流变学因素，等等。此外，水力压裂液可W用于多种情况下，如在 高渗透性砂岩井中的低容量井增产措施中（20k至80k加仑/井），到每井使用数百万加仑 的水的高容量操作（如页岩气和致密气）中。 压裂液的两个主要目的是扩大裂缝并携带支撑剂进入到地层中，后者具有使支撑 剂停留在原位而不破坏地层或井生产的额外目的。使用了两种在压裂液中输送支撑剂的方 法一高速率法和高粘度法。高粘度压裂法倾向于引起大的主裂缝，而高速率（滑溜水）压 裂法引起小的、分散的微裂缝。 注入岩石中的压裂液通常是含水支撑剂和化学添加剂的浆液形式。此外，可W注 入凝胶、泡沫和压缩气体，所述气体包括氮气、二氧化碳和空气。通常地，在压裂液中，超过 98-99. 5%的为水和砂，化学品占约0. 5%。水力压裂可W使用120至350万美制加仑（4.5至13M1)的流体/井，其中大型项 目使用高达500万美制加仑（19M1)。当井被重复压裂时，使用额外的流体；运可能进行数 次。目前为止，水是水力压裂液的最大组分。最初的钻井操作本身会消耗6, 000至600, 000 美制加仑（23, 000至2, 300, 0001成000至500, 000英制加仑）的水力压裂液。最初，累送一定量（通常为6000加仑或更少）的肥1(通常为28%-5% )或乙酸 (通常为45%-5%)W清洁穿孔或使附近的井筒破裂并最终降低表面上可见的压力是常见 的。然后支撑剂开始并加强浓度。 支撑剂 支撑剂的类型包括石英砂、树脂涂层砂和人造陶瓷。运些根据所需的渗透性或颗 粒强度而变化。最常用的支撑剂是石英砂，但认为均匀尺越高，释放的油和天然气的量越 大。 减阻剂通常是聚合物，其目的是降低由于摩擦导致的压力损失，从而使得累能够 W更高的速率累送而在表面上不会具有更高的压力。该方法在高浓度的支撑剂下不是非常 有效，因此需要更多的水来携带相同量的支撑剂。对于滑溜水，通常包括支撑剂浓度突然变 化（sweep)或暂时降低W确保井没有覆盖过量支撑剂而导致脱砂（screen-off)。 胶凝化学品 可W用于增加压裂液粘度的各种化学品。随着任何粘度增加，必须首先使用某些 类型的胶凝化学品。粘度用于携带支撑剂到地层中，但当井在返排或产出时，不希望流体将 支撑剂带出地层。由于运个原因，称为破胶剂化reaker)的化学品几乎总是与所有凝胶或 交联的流体一起累送W降低粘度。该化学品通常为氧化剂或酶。氧化剂与凝胶反应W使其 破裂，降低流体粘度并确保支撑剂不被带出地层。酶充当用于破裂凝胶的催化剂。由于许 多需要抑缓冲体系来保持粘度，因此抑调节剂有时用于在水力压裂工作结束时破裂交联。 粘度增加的速率对于几种胶凝剂是抑依赖性的，使得必须偶尔加入抑调节剂 W确保凝胶粘度。典型的流体类型包括：（1)常规线性凝胶-运些凝胶是基于纤维素衍生 物（簇甲基纤维素、径乙基纤维素、簇甲基径乙基纤维素、径丙基纤维素、甲基径乙基纤维 素）、瓜尔胶或其衍生物（径丙基瓜尔胶、簇甲基径丙基瓜尔胶）的，具有针对希望的结果提 供必要的化学性质的其他化学品；（2)棚酸盐交联流体-运些为与棚离子（来自棚砂/棚 酸水溶液）交联的基于瓜尔胶的流体。运些凝胶在抑9W上具有更高的粘度并且用于携 带支撑剂。在压裂工作后将抑降低至3-4W使交联断裂，然后凝胶粘度降低并且可W被累 出。已知有机金属交联的流体错、铭、錬、铁盐交联基于瓜尔胶的凝胶。交联机制是不可逆 的。因此一旦支撑剂与交联的凝胶一起累送时，压裂部分就完成了。凝胶被合适的破胶剂 破裂；(3)将憐酸侣-醋油凝胶-憐酸侣和醋油制浆W形成交联的凝胶。运些是最早已知 的凝胶体系之一。由于地层破坏和难W清除，目前其使用是非常有限的。 可W施加其他化学添加剂W使注入的材料适应具体的地质情况、保护井并改进其 操作，根据井的类型稍有变化。注入的流体的组成有时随着压裂工作的进行而变化。通常， 最初使用酸冲刷穿孔并清理井筒附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由式(I)表示的星形大分子：式(I)其中：核表示交联的聚合链段；P1表示主要由聚合的疏水单体的单体残基的重复单元组成的疏水聚合链段；P2表示主要由聚合的亲水单体的单体残基的重复单元组成的亲水聚合链段；P3表示主要由聚合的亲水单体的单体残基的重复单元组成的亲水聚合链段；P4表示由聚合的单体的单体残基的重复单元组成的含羟基链段(均聚或共聚)，其中至少一个单体残基或多个单体残基是含羟基单体残基；P5表示主要由聚合的亲水单体的单体残基的重复单元组成的亲水聚合链段；q1表示P1中的重复单元的数量，并具有1至50的值；q2表示P2中的重复单元的数量，并具有30至2000的值；q3表示P3中的重复单元的数量，并具有30至2000的值；q4表示P4中的重复单元的数量，并具有1至50的值；q5表示P5中的重复单元的数量，并具有30至2000的值；r表示共价连接于核的聚合物臂的数量；s表示共价连接于核的含羟基的臂的数量；和t表示共价连接于核的含疏水性的共聚物臂的数量；和其中：i)r与s的摩尔比为40:1至1:40；和ii)当t为至少1时：a)r与t的摩尔比为40:1至1:40；b)t与s的摩尔比为40:1至1:40；或c)其组合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·麦卡锡，廖元喜，黄亮，
申请(专利权)人：ATRP解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US