用于制备并供应高质量压裂液的方法技术

本发明专利技术涉及具有至少50%的米切尔质量的装载支撑剂的压裂液，并使用其压裂地层。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及用于制备在地层的压裂中使用的高质量压裂液的方法。更具体地，本专利技术涉及装载支撑剂的压裂液，其包括二氧化碳并具有至少50%的米切尔质量(Mitchellquality)。专利技术背景液态二氧化碳(CO2)作为压裂液用于刺激含油和含气地层的用途是本领域众所周知的。在油地层和气地层的压裂处理中利用液态二氧化碳(LCO2)在水敏性和低压地层中具有优势。首先，使用LCO2使得使用的水载荷(体积)能够显著减小，这使得由水引起的地层破坏最小化。第二，LCO2为压裂液供应能量，并且当压力被从断裂的地层中移除时，通过蒸发和膨胀促进水回流。在压裂处理中使用的LCO2典型地在井口被添加至包含水和支撑剂的高压流中。在添加剂例如表面活性剂和凝胶的帮助下，在添加点处或在添加点附近形成LCO2在水中的稳定的乳液。支撑剂也分散在水中，并且与LCO2一起形成本领域所知的乳液的内相，而水形成外相。提供能量的组分(所述LCO2)相对于总液相的体积分数通常称为“米切尔质量”，而在总液体中的总内相(所述LCO2和支撑剂)的体积分数通常称为“浆体质量”。当没有支撑剂存在时，这些质量是相等的，当支撑剂存在时，米切尔质量低于浆体质量。具有小于约53%的米切尔质量的基于LCO2的压裂液通常称作“增能的”，而在接近53%至95%的范围内的那些通常称作“乳液”，尽管它们仍然由LCO2增能。归因于不连续的LCO2分散相彼此之间的相互作用，这些乳液具有增加的表观粘度。以类似的方式，支撑剂作为内相的一部分的存在也有助于该表观粘度的增加。更高的压裂液粘度可具有多个优势，例如改善支撑剂在井身和断裂内的运送、增加断裂宽度及减少断裂面漏泄。关于用于形成高质量压裂液的常规系统(其中将支撑剂添加至水侧(waterside))的一个问题是：随着米切尔质量(或浆体质量)增加至超过50%，存在向其中添加支撑剂可利用的相对较低流量的水。这限制了最终可在高质量压裂液中达到的支撑剂浓度，并可导致需要更多的压裂液以通过压裂处理放置固定量的支撑剂。从而招致更高的处理成本，而通过额外的水载荷潜在地增加了对于地层的损害。授予Luk等人的美国专利No.5,515,920公开了产生高支撑剂浓度、高CO2含量的压裂流的方法，其通过将支撑剂同时添加至水侧和LCO2侧(LCO2side)二者中。这要求常规的支撑剂混合器和LCO2支撑剂混合器二者以将支撑剂添加至各自侧，且如可意识到的，当制备高质量压裂液，其中水的流量与LCO2的流量相比相对较低时，常规的混合器对于支撑剂添加的目的稍微利用不足。用于形成高质量压裂液的常规系统(其中将支撑剂添加至水侧)的另一问题是：在处理期间随着支撑剂浓度变化，液体中的内相比例(即浆体质量)将倾向于改变，从而压裂液的粘度也将倾向于改变。当支撑剂浓度在压裂处理的过程期间逐步从低浓度增加至高浓度时，这可以是个重要的问题。为维持基本恒定的内相比例(浆体质量)，并因而是粘度，LCO2在液体中的体积分数必须被动态地降低以与支撑剂体积分数的相应的增加相匹配。这要求(i)进行压裂处理的服务提供者一方对于该问题的认识，和(ii)控制方案的执行，以准确地测量水侧中的支撑剂浓度，伴随LCO2侧的流量的相应控制。如可意识到的，考虑到各种进料流的相对高的流量、与调节水侧和CO2侧的流量的高压抽水机相关的有些基本的流量控制，和在处理的过程期间其它重要的参数(例如井下压力)也在改变的事实，这可以是具有挑战性的。授予Harris等人的美国专利No.4,627,495认识到该问题，并公开了当添加至水侧的支撑剂材料的体积改变时，控制LCO2的体积的这种方法，但是其具有前述的挑战。因此，为克服相关领域中的缺点，本专利技术的一个目标是在压裂处理的过程期间形成具有比常规的高质量压裂液更高浓度的支撑剂的高质量压裂液，并从而使用更少的水载荷。本专利技术的另一目标是将高压液态CO2和支撑剂的流与包含水的高压流混合以形成高质量压裂液，将其送到地下层用于其压裂，且其在压裂处理的过程期间具有比常规的高质量压裂液更高水平的支撑剂浓度。本专利技术的又一目标是提供用于制备高质量压裂液的方法，其中将支撑剂仅添加至CO2侧，因而分割内相的组分以通过一套高压压裂泵(一个或更多个)加压和流动，以便当所述高压CO2泵(一个或更多个)抽取恒定的流速时，CO2的体积流量自动地与支撑剂的体积流量的增加成比例地减小，从而促进相对恒定的内相比例(浆体质量)，并因而是高质量压裂液的表观粘度。对于本领域技术人员而言，在回顾了说明书、附图和所附权利要求后，本专利技术的其它目标和方面将变得显而易见。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，提供了制备具有高支撑剂浓度的高质量压裂液的方法。所述方法包括(a)提供包含液态CO2的第一流；(b)形成包含水和其它添加剂的第二流，并将其压力升高至压裂操作所需的值；(c)以高达20lbs/gal的浓度将支撑剂仅添加至包含液态CO2的第一流中，并将其压力升高至压裂操作所需的值；(d)将第一流和第二流包括步骤(c)的支撑剂进行混合，形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液。在本专利技术的另一方面，提供了持续制备用于压裂操作中的、具有高支撑剂浓度的高质量压裂液的方法。所述方法包括：(a)提供含有液态CO2的第一流，任选地通过配置在第一主管道中的至少一个增压泵将液态CO2的第一流加压；(b)以高达20lbs/gal的浓度持续将支撑剂仅添加至含有液态CO2的第一流，并将结合的第一流通过配置在管道中的高压泵送至井口；(c)通过至少一个高压泵持续提供包含水的第二流，并将所述第二流送至井口；(d)将第一流和第二流混合，形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液。在本专利技术的另一方面，提供了制备具有高支撑剂浓度和基本恒定的浆体质量的高质量压裂液的方法。所述方法包括：(a)形成包含液态CO2、具有第一固定流速的第一流；(b)形成包含水、具有第二固定流速的第二流；(c)将第一流和第二流混合以形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液；(d)以高达20lbs/gal的浓度、在体积上置换液态CO2将支撑剂添加至包含液态CO2的第一流中，以便现在包括LCO2和支撑剂的第一固定流速维持在基本恒定的值。附图简述本专利技术的以上和其它方面、特征和优势将通过以下附图变得更加明显，其中：图1是用于制备高质量压裂液的方法的图示，其中在于井口与水流混合之前，将支撑剂引入LCO2流中。专利技术详述本专利技术解决前述的当形成高质量压裂液时将支撑剂添加至水侧、或当形成高质量压裂液时通过水侧和LCO2侧添加支撑剂的缺点。替代地，仅通过LCO2侧添加支撑剂，随后将其与水侧结合。以这种方式，可通过提供高支撑剂浓度、高质量压裂液来处理水敏性地层，其中将较低的水载荷添加至地层中。另外，可通过维持恒定的浆体质量更容易地控制液体的表观粘度，其通过将支撑剂添加至CO2侧来促进。本文使用的“高质量压裂液”指具有至少50体积%的LCO2(即至少50%的米切尔质量)的压裂液。根据本专利技术，提供了形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液的方法，其中以高达本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备高质量压裂液的方法，其包括：    (a) 提供含有液态CO2的第一流；    (b) 形成包含水和其它添加剂的第二流，并将其压力升高至压裂操作所需的值；    (c) 将支撑剂仅添加至所述包含液态CO2的第一流直至达到20 lbs/gal的浓度，并将其压力升高至压裂操作所需的值；    (d) 将加压的第一流和第二流包括步骤(c)的支撑剂混合，形成具有至少50%的米切尔质量和小于95%的浆体质量的高质量压裂液。

【技术特征摘要】
2014.12.22 US 14/5794291.制备高质量压裂液的方法，其包括：
(a)提供含有液态CO2的第一流；
(b)形成包含水和其它添加剂的第二流，并将其压力升高至压裂操作所需的值；
(c)将支撑剂仅添加至所述包含液态CO2的第一流直至达到20lbs/gal的浓度，并将其压力升高至压裂操作所需的值；
(d)将加压的第一流和第二流包括步骤(c)的支撑剂混合，形成具有至少50%的米切尔质量和小于95%的浆体质量的高质量压裂液。
2.权利要求1所述的方法，其进一步包括随时间改变高质量压裂液中的支撑剂浓度，并同时调节高质量压裂液中的液态CO2含量以维持在70%至95%范围内基本恒定的浆体质量。
3.权利要求1所述的方法，其进一步包括将胶凝剂或增稠剂添加至所述包含液态CO2的第一流中。
4.权利要求1所述的方法，其中包含液态CO2的所述第一流中的CO2至少部分地由另一液化气体替代。
5.权利要求1所述的方法，其中在所述第二流中的水至少部分地由另一大气压液体替代。
6.权利要求5所述的方法，其中所述大气压液体选自丙二醇、矿物油和植物油，或它们的混合物。
7.权利要求1所述的方法，其中所述高质量压裂液具有约50%–95%的米切尔质量和约0-18lb/gal的支撑剂载荷，以便所述浆体质量不超过大约95%。
8.权利要求1所述的方法，其中所述高质量压裂液具有约70%–90%的米切尔质量和约0–10lb/gal的支撑剂载荷，以便所述浆体质量不超过大约90%。
9.权利要求1所述的方法，其中所述高质量压裂液具有90%的初始米切尔质量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：RM凯利，AE扎德，MK维塞，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US