在水力压裂液中悬浮支撑剂的方法技术

本公开内容涉及在水力压裂液中悬浮支撑剂的方法，包括将一定量的前体纳米粒子添加到水力压裂液中，所述前体纳米粒子包括由金属氧化物催化剂纳米粒子支撑的碳纳米管。选择金属氧化物催化剂纳米粒子和水力压裂液，使得金属氧化物催化剂纳米粒子可溶解在水力压裂液中。金属氧化物催化剂纳米粒子溶解在水力压裂液中，导致一定量的碳纳米管分散在水力压裂液中。与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，碳纳米管分散体增加了具有分散的碳纳米管的水力压裂液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一项的值。方法还可以包括将支撑剂添加到水力压裂液中。括将支撑剂添加到水力压裂液中。括将支撑剂添加到水力压裂液中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在水力压裂液中悬浮支撑剂的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年4月17日提交的美国申请序列号62/835,133的优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本公开大体上涉及水力压裂液、其制造和其用途。

技术介绍

[0004]水力压裂是在油气井上进行的常规增产处理。将水力压裂液泵入待处理的地下地层中，使得裂缝在地下地层中张开。可以将支撑剂(诸如，砂粒)与处理液混合，以在处理完成时使裂缝保持张开状态。

技术实现思路

[0005]然而，常规水力压裂液有效悬浮和载运支撑剂的能力随着水力压裂液的温度由于水力压裂液的热稀化升高而降低。悬浮固体材料(诸如，支撑剂)的常规水力压裂液遇到困难，因为固体与液体分离并沉降在井眼中。这种现象通常被称为“下垂”。当通过井眼的水力压裂液的流动停止一段时间时(在此期间水力压裂液是静止的)，通常会发生下垂。由于水力压裂液的流动或环空速度降低，也可能发生下垂。降低的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度，或降低的凝胶强度水力压裂液、降低的剪切速率条件和井下温度也可能使下垂恶化。固体增重材料的沉降可能导致整个井眼中水力压裂液密度的变化。例如，由于重力引起的固体朝向井眼底部的沉降，井眼底部的水力压裂液可能具有更大的密度。同样，地表附近的水力压裂液可能具有较小的密度。下垂状况可能导致水力压裂液用支撑剂支撑张开裂缝的能力降低。
[0006]因此，通常希望使用具有增加的流变特性(例如增加的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度)的水力压裂液。这些改进的流变特性增加了水力压裂液悬浮固体材料的能力。此外，与具有降低的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度的水力压裂液相比，具有改进的流变特性的水力压裂液随着温度升高可以具有较少的热稀化。常规上，已将碳纳米管添加到水力压裂液中以增加水力压裂液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度中的至少一项。然而，将碳纳米管添加到水力压裂液中的当前方法导致水力压裂液中的团块，因为碳纳米管在常规上按批次添加到水力压裂液中。结块的碳纳米管组的水力压裂液不像具有分散的碳纳米管的水力压裂液那样有效地悬浮支撑剂。尽管已经使用了各种技术来尝试分散结块的碳纳米管，例如超声处理，或将表面活性剂或聚合物添加到水力压裂液中，但都没有导致分散的碳纳米管。
[0007]因此，存在对具有增加的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度和减少的热稀化以悬浮支撑剂的水力压裂液的持续需求。本实施方式通过提供在包括分散的碳纳米管的水力压裂液中悬浮支撑剂的方法来解决这些需求。本公开的水力压裂液可以通过向水力压裂液提
供改进的流变特性来满足这些需求，所述改进的流变特性诸如与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，具有分散的碳纳米管的水力压裂液的增加的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度，和降低的热稀化。
[0008]在一个实施方式中，本公开涉及一种在水力压裂液中悬浮支撑剂的方法，包括将一定量的前体纳米粒子添加到水力压裂液中，所述前体纳米粒子包括由金属氧化物催化剂纳米粒子支撑的碳纳米管。选择金属氧化物催化剂纳米粒子和水力压裂液，使得金属氧化物催化剂纳米粒子可溶解在水力压裂液中。金属氧化物催化剂纳米粒子可操作以溶解在水力压裂液中，这导致一定量的碳纳米管分散在水力压裂液中。与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，一定量的碳纳米管的分散增加了具有分散的碳纳米管的水力压裂液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一项的值。方法还可以包括在添加前体纳米粒子之后将支撑剂添加到水力压裂液中。水力压裂液中的碳纳米管有助于在水力压裂液中悬浮支撑剂，使得与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，更多的支撑剂保持悬浮在具有分散的碳纳米管的水力压裂液中。
[0009]在另一个实施方式中，方法可以包括通过在金属氧化物催化剂纳米粒子上的化学气相沉积合成碳纳米管以形成一定量的前体纳米粒子，其中金属氧化物催化剂纳米粒子的单个纳米粒子包括设置在金属氧化物上的过渡金属，以及添加一定量的前体纳米粒子到水力压裂液，其中水力压裂液包括至少一种表面活性剂，并且选择金属氧化物催化剂纳米粒子和水力压裂液，使得金属氧化物催化剂纳米粒子可溶解在水力压裂液中。金属氧化物催化剂纳米粒子可操作以溶解在水力压裂液中，这导致一定量的碳纳米管分散在水力压裂液中。与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，碳纳米管分散体增加了具有分散的碳纳米管的水力压裂液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一项。然后，方法可以包括在添加前体纳米粒子之后将支撑剂添加到水力压裂液中。水力压裂液中的碳纳米管有助于在水力压裂液中悬浮支撑剂，使得与没有碳纳米管分散体的类似或等效的水力压裂液相比，更多的支撑剂保持悬浮在具有分散的碳纳米管的水力压裂液中。
[0010]所描述的实施方式的另外特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且对于本领域技术人员来说将从所述描述中部分地变得显而易见，或通过实践如本文所描述的实施方式(包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图)而认识到。
附图说明
[0011]当结合以下附图阅读时，可以最佳地理解本公开的特定实施方式的以下详细描述，在附图中相同的结构用相同的附图标记指示，并且在附图中：
[0012]图1以照片方式描绘了根据本公开中描述的一个或多个实施方式的金属氧化物催化剂纳米粒子；和
[0013]图2以照片方式描绘了根据本公开中描述的一个或多个实施方式的吸附到金属氧化物上的碳纳米管。
具体实施方式
[0014]如贯穿本公开所使用的，“含水”是指含有、产生、类似或具有水的性质的流体。
[0015]如贯穿本公开所使用的，术语“水力压裂液”是指用于将支撑剂输送到井眼和地下
地层中的水力压裂液的子集。
[0016]如贯穿本公开所使用的，术语“水力压裂”是指在烃井上在低渗透率储层(诸如，渗透率小于10毫达西(mD)的储层)中进行的常规增产处理。将水力压裂液泵入地下地层中，使得裂缝形成或张开。将支撑剂与处理液混合，以在处理完成时使裂缝保持张开状态。水力压裂与地下地层形成流体连通，并且绕过可能存在于近井眼区域中的诸如凝析的损害。
[0017]如贯穿本公开所使用的，术语“岩石静压力”是指覆盖层或覆盖岩的重量对地下地层的压力。
[0018]如贯穿本公开所使用的，术语“牛顿粘度”是指在旋转粘度计的给定转子速度下测量的流体的表观粘度。牛顿粘度可以通过将粘度计的刻度盘读数乘以300，然后将乘积除以转子速度(以每分钟转数为单位)来测量。
[0019]如贯穿本公开所使用的，术语“含油”是指包含、生产、类似或具有油的性质的流体。
[0020]如贯穿本公开所使用的，术语“产油地下地层”是指从其中开采烃的地下地层。
[0021]如贯穿本公开所使用的，术语“支撑剂”是指与水力压裂液混合以在水力压裂处理之后使裂缝保持张开状态的粒子。对支撑剂材料按目径、圆度和球度进行了仔细的筛分，从而为从储层到井眼的流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在水力压裂液中悬浮支撑剂的方法，包括：将一定量的前体纳米粒子添加到所述水力压裂液中，所述前体纳米粒子包括由金属氧化物催化剂纳米粒子支撑的碳纳米管；和在添加所述前体纳米粒子之后将支撑剂添加到所述水力压裂液中，其中：选择所述金属氧化物催化剂纳米粒子和所述水力压裂液，使得所述金属氧化物催化剂纳米粒子可溶解在所述水力压裂液中，所述金属氧化物催化剂纳米粒子能够溶解在所述水力压裂液中，使得一定量的碳纳米管分散在所述水力压裂液中，与没有所述碳纳米管的等效水力压裂液相比，存在所述分散的碳纳米管时所述水力压裂液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度值中的至少一项较大，并且与没有所述碳纳米管的等效水力压裂液相比，存在所述分散的碳纳米管时所述水力压裂液中悬浮支撑剂的量有所增加。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物催化剂纳米粒子的单个纳米粒子包括金属氧化物和过渡金属。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述过渡金属包括Fe、Co或Ni。4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述金属氧化物包括MgO或CaO。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中：所述过渡金属设置于所述金属氧化物上；并且所述金属氧化物催化剂纳米粒子的单个纳米粒子包括如按所述金属氧化物的重量计算的10wt.％或更少的过渡金属。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管被吸附到所述金属氧化物催化剂纳米粒子上。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在将所述一定量的前体纳米粒子添加到所述水力压裂液中之后，用羧酸盐、铵衍生物、磺化单体、低聚物或聚合物中的至少一种来官能化所述碳纳米管的表面。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过化学气相沉积在所述金属氧化物催化剂纳米粒子上合成所述碳纳米管，以形成所述一定量的前体纳米粒子。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水力压裂液包括极性非质子溶剂，所述极性非质子溶剂包括正烷基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲亚砜中的至少一种。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述水力压裂液包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自增重剂、液漏控制剂、循环漏失控制剂、表面活性剂、消泡剂，和这些的组合；并且所述表面活性剂包括磺化聚合物、磺化烷烃、聚羧化醚、三甲基烷基铵盐、烷基苄基铵盐、蛋白质、聚乙二醇衍生物、寡糖或胆固醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿肖克，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：