含水油井压裂液中铁的控制制造技术

＊＊＊通过向压裂液中添加一种巯基烷基酸化合物，防止该压裂液中所含的正铁发生沉淀或其它不利反应。该巯基烷基酸化合物使正铁离子还原成在约７．５的ｐＨ水平仍留在溶液中的亚铁离子。这种巯基烷基酸化合物有如上通式，式中ｎ是一个１～１０的整数；Ｚ是Ｒ或Ｍ；Ｒ是氢，－（ＣＨ↓［２］）↓［Ｘ］ＣＨ↓［３］，－ＣＨ↓［２］ＣＯＯＨ或－（ＣＨ↓［２］）↓［Ｘ］Ｃ↓［６］Ｈ↓［５］，其中Ｘ是０或一个１～６的整数；Ｍ是钠、钾、铵、钙、镁或Ｈ↓［３］Ｎ↑［＋］ＯＨ；且当Ｚ是Ｒ时ｄ是１，或当Ｚ是Ｍ时ｄ是１或２；以匹配Ｍ的化合价。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从广义来说，本专利技术涉及地下油井构造的压裂以刺激其石油和/或天然气生产，更具体地说，涉及含水油井压裂液中铁的控制，以防止其中铁沉淀物的生成以及防止其它所不希望的铁反应。通过使地下构造压裂来刺激这些构造的石油和/或天然气生产，对于熟悉本门技术的人来说是众所周知的。一般地说，压裂步骤的进行是以能使地下构造发生液压式破裂的速度和压力把压裂液泵进地下构造。通过把压裂液不断引进其中，裂隙便在地下构造中延伸，而由此形成的裂隙往往被沉积于其中的支撑剂如砂子撑开。此外，因构成地下构造的岩石类型而异，裂隙面也可以用酸刻蚀，以在其中形成流动沟槽。一旦裂隙已经形成，支撑剂已在其中沉积和/或流动沟槽已在裂隙面上形成，作用于地下构造上的液压就会释放，使压裂液从地下构造中逆流出来，并使裂隙关闭其中那些使石油和/或天然气得以从地下构造流进井孔的剩余可渗通道。如果压裂液含有溶解铁，则可能遇到的一个问题是铁化合物的沉淀，例如从其生成的氢氧化铁。这样的沉淀物可能堵塞或减少裂隙构造的渗透性，从而压裂步骤导致石油和/或天然气产量降低而不是使这样的产量增加。因凝胶化聚合物水溶液组成的压裂液中溶解铁的存在而可能引起的另一个问题是所不希望的、水合聚合物的正铁离子交联，从而使压裂液的粘度发生所不希望的增大和/或变幻无常。虽然此前已有人开发和使用铁沉淀物控制添加剂，在增粘的含水压裂液中这类添加剂的存在会显著地促进压裂液中增粘水合聚合物的破坏，并妨碍或阻止压裂步骤的顺利完成。现在我们已设计了一种改进的、控制含水压裂液中铁的方法，从而使其中的正铁离子还原成亚铁离子，仍然留在压裂液中而不会从其中产生沉淀。按照本专利技术，提供的是一种控制pH低于7.5的含水压裂液中铁的方法，该方法是添加一种正铁离子还原剂至所述压裂液中，其数量足以使其中所含有的正铁离子还原成亚铁离子，所述正铁离子还原剂是一种具有如下通式的化合物 式中n是一个1～10的整数;Z是R或M;R是氢，-(CH2)xCH3，-CH2COOH或-(CH2)xC6H5，其中x是O或一个1～6的整数;M是钠、钾、铵、钙、镁或H3N+OH;当Z是R时d是1，或当Z是M时d是1或2;以匹配M的化合价。利用本专利技术的方法，pH低于约7.5的含水压裂液中所含的铁是通过向压裂液中添加一种正铁离子还原剂来控制的，其添加量足以防止正铁化合物沉淀或压裂液中聚合物所不希望的交联。此外，本专利技术的正铁离子还原剂一般不引起压裂液粘度损失到此前所使用的先有技术铁控制剂那样大的程度。“控制”这一术语和类似术语当在本文中涉及压裂液中所含的铁而使用时，系指把正铁还原成亚铁并将压裂液的pH保持在约7.5以下，从而不生成亚铁沉淀。正铁会以各种不同方式进入含水压裂液中，其中最常见的是借助于用来形成压裂液的水或通过所形成压裂液与被压裂地下构造中含铁化合物的反应。当压裂液中存在正铁(+3价氧化态)时，只要压裂液的pH增加到约2.5，它就开始形成氢氧化铁沉淀，而只要pH达到约3.5，它就完全沉淀。另一方面，亚铁(+2价氧化态)一直到pH高达约7.5仍留在溶液中。本专利技术的压裂液组合物基本上由水溶液如凝胶化聚合物水溶液或交联的凝胶化聚合物水溶液和正铁离子还原剂组成。这些组合物也可以包括一种或多种缓冲剂，以有助于使压裂液的pH值保持在约7.5以下，较好是在约1～约5的pH范围。此外，这些组合物也可以包括一种或多种经常添加到油井处理液中的其它药剂，包括用于从中脱氧的添加剂。此外，当正在被压裂的地下构造含有活泼硫化物时，压裂液也可以包括一种或多种用于防止硫化亚铁沉淀的药剂。较好的正铁还原剂是一种具有上述化学式的化合物，其中n是1，d是1，z是R。最好的正铁还原剂是巯基乙酸。可以使用的其它还原剂包括，例如，α-甲基巯基乙酸，巯基乙酸甲酯，α，α-二甲基巯基乙酸，α-苯基巯基乙酸，α-甲基巯基乙酸甲酯，巯基乙酸苄酯，α-苄基巯基乙酸，巯基乙酸铵，巯基乙酸羟铵，，二巯基乙酸钙，β-巯基丙酸，β-巯基丙酸甲酯，β-巯基丙酸钠，和硫羟苹果酸。有效地使本专利技术压裂液中已含有或要含有的正铁离子基本上全部还原的正铁离子还原剂数量取决于还原反应环境的温度。含人满意的还原速度是由将在大约1小时后产生所需要的还原的正铁离子还原剂数量提供的。一般来说，正铁离子还原剂与压裂液组合时，其最低数量为该压裂液的约0.1%(体积)至最大数量为该压裂液的约8%(体积)。可以利用各种各样的水溶液来形成本专利技术的压裂液组合物。一般来说，水溶液由已在其中溶解了一种或多种增粘可水合聚合物的水组成。常用的这一类聚合物的实例是聚糖，包括半乳甘露聚糖聚合物，葡甘露聚糖聚合物，及它们的衍生物。这类聚合物典型的是瓜耳树胶和瓜耳树胶衍生物，以及改性的纤维素如羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、呫吨(xanthan)胶及其它纤维素衍生物。也可以利用合成聚合物，其实例包括聚丙烯酰胺，聚-2-氨基-2-甲基丙烷磺酸及其它。聚合物在水溶液中的存在量范围一般为溶液的约0.1-约2%，从而能产生一种凝胶化聚合物水溶液，其表现粘度范围当用Fann Model 50粘度计测定时为约2厘泊至约200厘泊。聚合物的具体浓度取决于要压裂的油井状况以及本门技术熟练人员众所周知的其它因素。如以上所提到的，聚合物水溶液可通过向其中添加一种交联化合物使之交联以增大其粘度。这一类交联化合物典型的是钛、锆、铝及其它多价金属的有机螯合物。一种适用交联化合物的选择取决于所使用的具体化合物，而交联化合物的用量取决于油井条件及其它因素。一般来说，一种交联化合物添加剂聚合物水溶液中的数量范围为该溶液的约0.0005%～约1.2%(重量)，以产生一种交联的凝胶化聚合物水溶液，其粘度范围当用Fann Model 50粘度计测定时为约40厘泊～约6000厘泊(0.04～6帕·秒)。如以上所提到的，凝胶化的含水聚合物压裂液和/或凝胶化的含水交联聚合物压裂液必须有约7.5以下的pH，以防止亚铁化合物从其中沉淀出来。压裂液组合物的pH必要时可用酸、缓冲剂和酸与碱的混合物调整。较好是，把压裂液的pH调整到一个在约1～约5的范围内的水平，并向压裂液中添加一种选自由二氧化碳、有机酸如乙酸或甲酸、酸式盐如亚硫酸氢铵和无机酸如盐酸或硫酸组成的这一组的缓冲剂，以使pH值保持在该范围内。最好的缓冲剂是甲酸。可以与本专利技术组合物组合的其它成分和添加剂包括酸，硫化物反应物或清除剂如醛或酮，表面活性剂，腐蚀抑制剂，失水量添加剂，杀生物剂，非乳化剂和互溶剂。这样的成分和添加剂对于熟悉本门技术的人员是众所周知的，其使用取决于要压裂的地下构造的条件及其它因素。为了进一步说明本专利技术的方法和组合物，兹给出下列实例。实例1得到从Antrim页岩构造回收的一定数量含有氢氧化铁沉淀(90ppm正铁离子)的水处理液，其pH值为6.26。把氢氧化铁水悬浮液分成若干份样品，向这些样品中添加各种铁控制添加剂，包括本专利技术的正铁离子还原剂，其数量相当于每1000美国加伦(3.79米3)水悬浮液添加20磅(9.06千克)添加剂。所使用的本专利技术正铁离子还原剂是巯基乙酸，其它添加剂是先有技术铁控制添加剂，即柠檬酸、羟胺和1987年8月4日公布的美国专利No.4，683，954中所述的正铁离子还原组合物，即盐酸羟胺、葡糖酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
ｐＨ低于７．５的含水压裂液中铁的控制方法，所述方法包括所述压裂液中添加一种正铁离子还原剂，添加数量应足以使其中所含的正铁离子还原成亚铁离子，所述正铁离子还原剂是一种具有如下通式的化合物：＊＊＊式中ｎ是一个１～１０的整数；Ｚ是Ｒ或Ｍ；Ｒ是氢，－（ＣＨ↓［２］）ｘＣＨ↓［３］，－ＣＨ↓［２］ＣＯＯＨ或－（ＣＨ↓［２］）ｘＣ↓［６］Ｈ↓［５］，其中ｘ是Ｏ或一个１～６的整数；Ｍ是钠、钾、铵、钙、镁或Ｈ↓［３］Ｎ↑［＋］ＯＨ；且当Ｚ是Ｒ时ｄ是１，或当Ｚ是Ｍ时ｄ是１或２；其匹配Ｍ的化合价。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MM布雷辛斯基，TR加德纳，WM哈姆斯，小JL莱恩，KL金，
申请(专利权)人：哈利伯顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]