[发明专利]支撑剂和用于将支撑剂充填于水力压裂中的方法

说明书

技术领域

本公开涉及从地下地层开采流体，并且可以通过水力压裂应用于增产穿过地层的流量。更具体地说，本公开涉及创建具有可溶性涂层的支撑剂以应用于在水力压裂中不均匀充填、在其基础上创建用作地层压裂操作的填料的材料、以及改进在水力压裂中使用不均匀支撑剂充填的水力压裂方法。

背景技术

地下地层的水力压裂包括，作为几个阶段之一，将支撑剂与改变压裂流体性质的各种添加剂(诸如交联剂、活化剂、防乳化剂等)一起添加在压裂流体中。在不均匀支撑剂充填(HPP)技术的情况下，压裂流体包括含有支撑剂(脏脉冲)和没有支撑剂(清洁脉冲)的交替阶段(脉冲)的顺序。由于操作限制，压裂添加剂以恒定速率添加到浆液中，这使得它们在清洁脉冲与脏脉冲之间在压裂流体中的浓度发生变化。

然而压裂流体的品质可能以以下方式对添加剂浓度相当敏感，该方式为在添加剂浓度偏离最佳值的情况下井底流体的长期高温稳定性可能受损；流体的流变性质可偏离最佳性质。与不均匀支撑剂充填(HPP)的操作相关的另一个问题为携带支撑剂流体的洗出稳定性。当向下泵送浆液至射孔时，在水力压裂中可以发生携带支撑剂区域的洗出及其与清洁脉冲的部分掺合，这最终使得裂缝宽度减小以及支撑剂区域的预定最佳充填发生变化。随后，此类变化可影响水力压裂导流率参数。在低粘度压裂流体(在低聚合物载量下的减阻水或线性凝胶或交联凝胶)的情况下，添加剂浓度变化(稀释)的影响变得更加明显。

为了维持更好的支撑剂阶段稳定性并降低添加剂浓度变化的不利影响，本公开提出一种使用以胶凝剂涂覆的支撑剂的新想法，当支撑剂引入到流体时所述胶凝剂被释放。由于胶凝剂的此释放，脏脉冲阶段的粘度局部增加，并且它因此促进了携带支撑剂流体更好的洗出稳定性并减小了添加剂浓度变化对流体性质的影响。考虑到利用不均匀支撑剂充填的水力压裂导流率由通道的存在决定，过量的胶凝剂将不会影响裂缝导流率。

存在的若干信息来源公开了水力压裂中的不均匀支撑剂充填的方式。一般来讲，它们可被分成包括井中支撑剂结块的各种概念的类别。

1.通过在表面上交替的支撑剂输送诱导的不均匀充填。

2.当以常规方式(无脉动的连续支撑剂输送)将支撑剂添加到表面的压裂流体中(基本上代表化学定向的和非设备相关的方法)时在地下条件下发生的支撑剂结块。

本公开主要集中于通过替代性支撑剂输送至压裂流体来诱导的不均匀支撑剂充填，因此第一类别的分析来源是焦点。

专利[US7581590B2,2009]要求保护一种通过注入包含支撑剂和制道剂(channelant)的压裂流体的更可靠的HPP方法，其中所述制道剂包括在裂缝中产生酸的固体酸前体。所述固体酸前体的存在使得HPP更可靠。

以下讨论了集中于当以常规方式进行支撑剂输送而没有交替的支撑剂脉冲和无支撑剂脉冲时井筒中的支撑剂结块的专利。

专利申请[US20130056213A1,2013]公开了支撑剂聚合的方法，所述方法通过引起或允许增加运载流体粘度的聚合物凝胶脱水收缩；由在运载流体中包含或创建的阳离子聚合物和阴离子聚合物形成聚电解质复合物；以及通过增加运载流体的温度高于聚合物在流体中的溶液温度。

然而，本公开的目的在于使用基于现有设备的交替的携带支撑剂阶段和无支撑剂阶段输送方式完成不均匀支撑剂充填的改进。由于所述方法涉及先进的胶凝剂与支撑剂一起的输送，以下是胶凝剂改性的支撑剂的执行来源分析。

值得提及的是存在若干关于化学改性的支撑剂的专利，其中申请[US2012227967A1,2012]要求保护一种包含涂覆到底材的组分的支撑剂颗粒，所述组分的量足以在所述颗粒与基础流体混合时产生能够悬浮所述底材的粘稠运载流体。其他权利要求包括增产地下地层的方法，其包括以下各项：提供基础流体和包含涂覆到底材的组分的颗粒，所述组分的量足以在所述颗粒与所述基础流体混合时产生能够悬浮所述底材的粘稠运载流体，其中所述组分包含足以增加基础流体的粘度到至少约50cP粘度的量的聚合物；以及使地下地层与基础流体和颗粒的混合物接触。然而没有关于使用这些涂覆颗粒用于HPP的参考文献，确切地说在所述HPP中涂覆在固体颗粒上的组分为胶凝剂。

包含支撑剂颗粒和涂覆水凝胶的改性支撑剂从[US2014000891A1,2014]、[WO2013158308A1,2013]现有技术来源中获知，其中涂覆水凝胶定位在支撑剂颗粒的表面上。在上述溶液中，涂层不溶解于流体中。它附接在支撑剂颗粒上并且在流体中膨胀。