新型含水压裂流体组合物和使用该组合物的压裂方法技术

压裂流体，其包含在水溶液中的支撑剂和缔合两性聚合物，所述聚合物包含：-0.01至10mol％的至少一种含有疏水链的阳离子单体，-0.09至89.99mol％的至少一种阴离子单体，-和10至99.9mol％的至少一种非离子水溶性单体，-单体的总量为100mol％。使用该流体的压裂方法。法。

【技术实现步骤摘要】
新型含水压裂流体组合物和使用该组合物的压裂方法


[0001]本专利技术涉及一种新型压裂流体组合物。更具体地说，本专利技术涉及一种新型含水压裂流体组合物，其包含至少一种支撑剂和高分子量的缔合两性共聚物。
[0002]本专利技术还涉及使用所述组合物压裂非常规油和天然气储层的新型方法。

技术介绍

[0003]近年来，包含在非常规储层中的石油和天然气的产量已经增加，并且需要在储层中打开裂缝以用于经济的石油和天然气生产。
[0004]在术语“非常规地下储层”表示需要特定提取技术的沉积物，因为它们不以烃(油和/或天然气)在多孔、可渗透岩石中的积聚的形式存在(参见Les hydrocarbures de roche-m
è
re en France Rapport provisoire
–
CGIETn
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2011-04-G
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Ministry of Ecology,Sustainable Development,Transport and Housing-2011年4月)。对于非常规天然气，可以提及页岩气、煤气(煤层甲烷)或致密储层气(致密气)。对于非常规油，可以提及重油、页岩油或致密油。
[0005]包含在非常规储层中的储量是巨大的并且在以前未开发的区域中非常广泛地分布，例如诸如页岩气、致密气和煤层气的烃。在美国，页岩气被广泛开发，目前占美国生产的总天然气的46％，而1998年仅占28％。已知非常普遍的盆地的名称为Barnett页岩、Ville Fayette页岩、Mowry页岩、Marcellus页岩、Utica页岩等。通过钻探技术方面的发展使得开发致密储层成为可能。
[0006]实际上，生产技术已经从垂直井发展到水平井，减少了所需的生产井的数量和它们在陆地上的占地面积，并且提供了对储层的体积的更好的覆盖以采收最大量的天然气。然而，储层渗透性不足以使天然气容易地从源岩石迁移到井，从而使得能够经济地和大量地生产天然气或石油。因此，通过增产操作，特别是通过与井接触的岩石的水力压裂来增加渗透性和生产表面是必要的。
[0007]水力压裂
[0008]水力压裂的目的是产生额外的渗透性并扩大天然气或石油生产面积。具体地，致密层的低渗透性、天然屏障和钻井操作的不渗透性大幅地限制了生产。包含在非常规储层中的天然气或油在没有增产的情况下不能容易地从岩石迁移到井。
[0009]这些使用水平井的水力压裂操作开始于1960年的阿巴拉契亚山脉。如今，在美国已经进行了数千次操作。
[0010]储层建模、钻井、固井和增产技术已经变得越来越复杂，并且使用使得可以在越来越短的时间内进行这些操作并对结果进行精确分析的设备。
[0011]通过水力压裂的储层增产
[0012]这些操作包括以高压和非常高的流速注入水，以产生垂直于生产井分布的裂缝。所述方法通常分几个步骤进行，以沿水平井的整个长度产生裂缝，从而允许覆盖最大体积的储层。
[0013]为了保持这些裂缝张开，添加支撑剂(砂、塑料或校准陶瓷)以防止这些裂缝闭合并且保持停止注入后所产生的毛细作用。
[0014]由于水的低粘度，水单独不足以获得良好功效的支撑剂放置。这限制了其将支撑剂保持在裂缝中的适当位置的能力。为了克服这个问题，已经开发了含有增粘化合物的压裂流体。
[0015]根据定义，当化合物增加其溶解于其中的溶液的粘度时，其将被称为增粘的。水溶性聚合物可用作增粘化合物。
[0016]除了具有增粘特性之外，所述化合物还必须具有特定的流变学特性。具体地，聚合物必须在高剪切速率下具有低粘度，以便在注入压裂流体期间不妨碍含有支撑剂的流体的输送和泵送。一旦注入，该相同的化合物必须能够在剪切力降低时产生足够的粘度，以支撑支撑剂，从而将其保持在裂缝中。
[0017]因此，聚合物必须提供溶液剪切稀化特性，以在注入期间(在高剪切下)具有相对低的粘度，并当剪切降低时具有高粘度，以将支撑剂悬浮保持在裂缝中。
[0018]还必须考虑溶液中聚合物的粘弹特性。此粘弹性及其在应用中的重要性描述于SPE 147206(Fracturing Fluid Comprised of Components Sourced Solely from the Food Industry Provides Superior Proppant Transport-David Loveless,Jeremy Holtsclaw,Rajesh Saini,Phil Harris和Jeff Fleming,SPE,哈利伯顿)中，通过静态或动态实验中的视觉观察，或通过流变测量，如测量储能模量和损耗模量(G'和G”)，或在流变仪上测量作为剪切速率的函数的粘度描述。因此，弹性特性将有利于确保压裂支撑剂的运输和悬浮。
[0019]因此，聚合物的选择不是显而易见的，需要深入的流变学研究以获得令人满意的结果。
[0020]在属于现有技术的用于水溶液的增粘化合物中，可以提及天然物质如瓜尔胶及其衍生物如羟丙基瓜尔胶(HPG)或羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)，纤维素衍生物如羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。这些化合物特别描述于专利US 4,033,415、US 3,888,312和US 4,801,389中。在SPE 152596(Hydraulic Fracturing 101:What Every Representative,Environmentalist,Regulator,Reporter,Investor,University Researcher,Neighbor and Engineer Should Know About Estimating Frac Risk and Improving Frac Performance in Unconventional Gas and Oil Wells-George E.King,阿帕奇公司)中，详细讨论了与压裂流体性能有关的最新进展。
[0021]然而，这些天然物质，特别是瓜尔胶衍生物，也可用于其它应用，如食品或纺织工业，并且开发非常规的油和天然气资源的增长与这些其它应用竞争。这对这些产品的可用性产生压力，并导致价格问题。
[0022]其它基于石油化学的化合物可以具有增粘特性。可以提及合成聚合物。聚(甲基)丙烯酰胺(任选部分水解的)和聚(甲基)丙烯酸酯及其共聚物是特别已知的。这些聚合物由于其摩尔质量和链间离子排斥而增加粘度。这些聚合物描述于专利GB 951 147、US 3,727,689、US 3 841,402或US 3,938,594中。调节粘度的机制与由于链内排斥、链间缠结等引起的流体动力学体积增加有关。
[0023]然而，在高盐度存在下或在高温下，这些聚合物不产生强缠结和排斥，这通过特别
是在已经经历泵送步骤的剪切之后它们的粘度的强降低来反映。此外，这些聚合物通常不具有足以支撑裂缝中的支撑剂的增粘特性。这些聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压裂流体，其包含支撑剂和缔合两性聚合物，所述聚合物包含：-0.01至10mol％的至少一种含有疏水链的阳离子单体，-0.09至89.99mol％的至少一种阴离子单体；-和10至99.9mol％的至少一种非离子水溶性单体；-单体的总量为100mol％，其特征在于，所述至少一种含有疏水链的阳离子单体具有通式I：其中：R1是由16或18个碳组成的烷基链或芳基烷基链，X：卤化物，其选自溴化物、氯化物、碘化物、氟化物，或负电荷的抗衡离子。2.根据权利要求1所述的压裂流体，其特征在于其包含至多500ppm的至少一种表面活性剂。3.根据权利要求1或2所述的压裂流体，其特征在于R1是包含16至18个碳的烷基链。4.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于R1是包含16至18个碳的线性烷基链。5.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于X为氯化物。6.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于所述支撑剂选自由砂、陶瓷、铝土矿、玻璃珠和树脂浸渍的砂组成的组。7.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于所述支撑剂占所述流体的0.5重量％至40重量％，优选所述流体的1重量％至25重量％，有利地为所述流体的1.5重量％至20重量％。8.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于所述缔合两性聚合物占所述流体的0.05重量％至2重量％，优选0.1重量％至1重量％，有利地为0.1重量％至0.75重量％。9.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于所述缔合两性聚合物具有1百万g/mol至30百万g/mol的重均分子量。10.根据前述权利要求中任一项所述的压裂流体，其特征在于所述阴离子单体选自包含以下物质的组：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：爱森中国絮凝剂有限公司，
类型：发明
国别省市：