[发明专利]用于在压裂井中对聚合物进行微生物增强消化的组合物和方法

说明书

本发明提供用于对在压裂作业中使用以提高石油和天然气的采收率的聚合物进行降解的环境友好的组合物和方法。具体地，该组合物和方法利用微生物和/或其生长副产物来降解在压裂井中使用的聚合物，诸如PGA、PLA和PAM。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国临时申请的权益：2017年3月3日提交的序列号为62/466,410；和2017年7月5日提交的序列号62/528,718；其中的每一篇均以引用的方式整体并入本文。

背景技术

对井筒周围地层的液压压裂(hydraulic fracturing)或“压裂(fracking)”是一种用于增加井产量的方法。标准垂直井在原始生产期间经历压裂，或为增产而经历压裂。其他应用涉及使用水平井，其中将垂直井钻到所需深度，此时钻头转动以开始水平钻井。这些井的水平部分可以延伸数千英尺长。

钻井一旦发生，成千上万加仑的“垫(pad)”流体、油基流体或水基流体，在极端压力下被注入地层。这会导致井筒处的岩石表面出现裂缝或压裂。持续的流体注入井中，然后使压裂的长度和宽度增加。在达到足够的宽度后，将称为“支撑剂(proppant)”的颗粒添加到流体中，通常用聚合物材料涂覆，以帮助在紧密的地下地层中正常运行。二氧化硅砂通常用作压裂应用中的支撑剂。

当流体注入停止后，压裂流体流出压裂层处，使压裂层的壁在支撑剂上闭合。然后支撑剂颗粒“支撑(prop)”分开的压裂层的壁。因为支撑剂颗粒通常远大于地层颗粒，所以支撑压裂的流体渗透率远大于天然地层的流体渗透率；因此，井的流量增加。在压裂处理结束时，通过无支撑剂的置换流体将支撑剂-装载(proppant-laden)的流体从井筒“冲洗(flushed)”到地层中。

尽管与使用压裂相关的石油和天然气产量增加，但是出现某些缺点和复杂性，特别是在使用支撑剂方面。例如，取决于所使用的支撑剂，支撑剂可以影响压裂流体的流速，和/或支撑剂可以不均匀地沉积到压裂处或不沉积到压裂处。因此，已经开发了克服这些复杂性的各种方案，诸如支撑剂涂覆层和化学压裂流体添加剂。

理论模型通常表明，在井筒处的压裂宽度随着压裂层注入的流体的有效粘度、流体注入的速率和流体注入的体积而增加。压裂流体必须能够支持产生宽度可接受支撑剂的压裂所需的高压。理想情况下，这是不使用大量的流体可达到；然而，当流体被泵入井筒，压裂流体的粘度通常由于压力损失受限。目前使用的压裂流体通过实施高度非牛顿(剪切稀化)的聚合物溶液将这种压力损失降到最低。否则，由于管道中的摩擦而造成的压力损失只会使注入流体以极小的速率流动。水溶性聚合物可以交联以增加粘度，并且这种交联有时会被延迟，以减少管中的压力损失。

在泵入期间，还可以在压裂流体中添加减摩剂(friction reducer)以降低摩擦压力。减摩剂是典型的长链、高分子量水溶性聚合物。当减摩剂被泵入井筒时，它们通过增加层流，及减少水中的湍流流动，从而降低水和支撑剂颗粒顺着井移动所需的能量。

此外，在流体回流回井之前，可以使用破乳剂(breaker)来降低压裂流体的粘度。在支撑剂混合或涂覆粘性压裂流体并泵入孔穴下形成压裂后，必须从支撑剂填料中去除压裂流体。留在压裂层中的未破乳的压裂流体会降低支撑剂填料的渗透率，减少流体回流与减少石油和天然气产量。理想的是，将压裂流体除去，而不移动压裂层中的支撑剂，并且也不破坏支撑剂层(proppant bed)的导电性。要做到这一点，携带支撑剂的粘性流体可以通过破乳剂、诸如酶或氧化剂稀释(thin)到接近水的状态。