[发明专利]在高盐度条件下在水力压裂以及挠性管应用中实现改进的摩擦减低的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年2月18日提交的一份其申请号尚未可得的加拿大专利申请的优先权，特此将其全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及一种在高盐度条件下在水力压裂以及挠性管应用中实现改进的摩擦减低的方法。

背景技术

近十年来在美国已经有一些极其大的并且重要的天然气的发现。所讨论的气体作为页岩气是已知的并且包含在所谓的页岩储集层中，其中最重要的之一是北德克萨斯的福特沃斯盆地的巴涅特页岩(Barnett Shale)。

巴涅特页岩的成功开发进而导致了相似储集层的进一步开发，其结果是巨大的遍及美国以及还有加拿大的页岩气的新发现。在这些页岩气储集层中最重要的是费耶特维尔页岩、斯维尔页岩、伍德福德以及马塞勒斯/泥盆纪页岩，后者从纽约州延伸至田纳西州，绵延数百英里。据估计，这些发现仅在过去的四年中就已将美国的天然气储量推进了高达60％。的确，页岩气定会是在接下来的几十年内修正美国能源政策的主要驱动因素。例如，美国能源情报署(US Energy Information Administration)现今预言，从2008年至2035年接近50％的所有新增发电厂将会通过燃烧天然气来驱动。

然而重要的是应认识到，若没有引入在巴涅特页岩中开拓的几种新的增产技术，将不可能有低渗透性页岩气区的成功开采。由于这些新技术的结果，据估计巴涅特页岩在1998年与2007年之间经历了超过3000％的增长速度。这些新技术中最重要的是水平钻井以及减阻水水力压裂，将它们一起使用已经使得页岩区的开发是经济上可行的。

水平钻井的井现已是标准惯例，其中每个井分多个级被压裂。一次典型的压裂作业可能包括每个井六到九个压裂阶段并且可能包括注入多达五百万至一千万加仑的水作为压裂流体。在高压下极其迅速地注入这一庞大体积的水引起了页岩的压裂，由此导致了结构的渗透性的显著增加，而这又允许了对捕获的页岩气进行回收。

标准惯例是用一种聚合的摩阻减低剂以减小将这种水迅速注入到该页岩结构中所要求的液压马力。使用作为摩阻减低剂已知的此类聚合物可以将由于流体内的内摩擦引起的压力损失减小高达70％。典型地，这些聚合物是具有30mol％范围内的阴离子度(anionicity)的阴离子带电的聚丙烯酰胺共聚物。

由于水力压裂的迅速生长，并且每个断裂典型地消耗了数百万加仑的水，已经出现了对于允许这些页岩区的持续经济发展足量的新鲜水的即时可得性的担心。鉴于这种新鲜水的潜在短缺，日益清晰的是压裂流体未来将会逐渐地基于包含显著量的溶解盐的水体。的确，这种情况已经在许多地区存在。

US 5 067 508专利披露了使用一种水溶性聚合物作为含盐流体中的摩阻减低剂。已经提出了宽范围的天然气以及合成的聚合物，并且在含盐流体中的盐含量不超过45mg/L。

在这一背景下，业界正在要求在高盐水中有效地起作用的摩阻减低剂，其中的一些可以包含范围在100,000mg/l，或甚至500,000mg/l总溶解的固体内的溶解的盐(即，按重量计10％-50％的总的盐浓度)。以下描述的本发明包括一种聚合物摩阻减低剂，它在此种非常高的盐度下给出了优异的性能。

发明内容

出人意料地已经发现，在减阻水水力压裂作业的情况下(其中注入流体具有的总溶解盐(TDS)浓度是高于100,000并且更优选地高于150,000mg/l)，在泵送作业过程中使用低电荷的或优选非离子的聚合物作为摩阻减低剂提供了改进的摩擦减低水平。

类似地，对于那些挠性管修井作业(它们进而涉及使用高密度、高盐度的盐水)，已经发现，出乎意料有利的是利用非离子或低电荷的聚合物作为摩阻减低剂。

进行挠性管修井作业以修复亦或增产已有的生产井从而恢复、延长或提高生产。这些技术包括水力压裂以及井眼清洗；两者均从加入摩阻减低剂中得益。

因此，本发明在广义上提供了一种用于在油田以及气田应用中(例如水力减阻水压裂以及挠性管修井作业)获得增强的摩擦减低水平的方法，其中可能出现非常高盐度的盐水条件。确切地说，提高的摩擦减低水平来自在具有高盐度的盐水(例如在完井液中使用的高密度氯化钙)中通过使用小量加入的低电荷(并且优选无电荷)的水溶性高分子量聚合物中观察到的出乎意料的高的摩擦减低水平。

附图说明