[发明专利]用于制备并供应高质量压裂液的方法

说明书

本发明涉及具有至少50%的米切尔质量的装载支撑剂的压裂液，并使用其压裂地层。

发明领域

本发明涉及用于制备在地层的压裂中使用的高质量压裂液的方法。更具体地，本发明涉及装载支撑剂的压裂液，其包括二氧化碳并具有至少50%的米切尔质量(Mitchellquality)。

发明背景

液态二氧化碳(CO₂)作为压裂液用于刺激含油和含气地层的用途是本领域众所周知的。在油地层和气地层的压裂处理中利用液态二氧化碳(LCO₂)在水敏性和低压地层中具有优势。首先，使用LCO₂使得使用的水载荷(体积)能够显著减小，这使得由水引起的地层破坏最小化。第二，LCO₂为压裂液供应能量，并且当压力被从断裂的地层中移除时，通过蒸发和膨胀促进水回流。

在压裂处理中使用的LCO₂典型地在井口被添加至包含水和支撑剂的高压流中。在添加剂例如表面活性剂和凝胶的帮助下，在添加点处或在添加点附近形成LCO₂在水中的稳定的乳液。支撑剂也分散在水中，并且与LCO₂一起形成本领域所知的乳液的内相，而水形成外相。提供能量的组分(所述LCO₂) 相对于总液相的体积分数通常称为“米切尔质量”，而在总液体中的总内相(所述LCO₂和支撑剂)的体积分数通常称为“浆体质量”。当没有支撑剂存在时，这些质量是相等的，当支撑剂存在时，米切尔质量低于浆体质量。具有小于约53%的米切尔质量的基于LCO₂的压裂液通常称作“增能的”，而在接近53%至95%的范围内的那些通常称作“乳液”，尽管它们仍然由LCO₂增能。归因于不连续的LCO₂分散相彼此之间的相互作用，这些乳液具有增加的表观粘度。以类似的方式，支撑剂作为内相的一部分的存在也有助于该表观粘度的增加。更高的压裂液粘度可具有多个优势，例如改善支撑剂在井身和断裂内的运送、增加断裂宽度及减少断裂面漏泄。

关于用于形成高质量压裂液的常规系统 (其中将支撑剂添加至水侧(waterside)) 的一个问题是：随着米切尔质量(或浆体质量)增加至超过50%，存在向其中添加支撑剂可利用的相对较低流量的水。这限制了最终可在高质量压裂液中达到的支撑剂浓度，并可导致需要更多的压裂液以通过压裂处理放置固定量的支撑剂。从而招致更高的处理成本，而通过额外的水载荷潜在地增加了对于地层的损害。

授予Luk等人的美国专利No. 5,515,920公开了产生高支撑剂浓度、高CO₂含量的压裂流的方法，其通过将支撑剂同时添加至水侧和LCO₂侧(LCO₂ side)二者中。这要求常规的支撑剂混合器和LCO₂支撑剂混合器二者以将支撑剂添加至各自侧，且如可意识到的，当制备高质量压裂液，其中水的流量与LCO₂的流量相比相对较低时，常规的混合器对于支撑剂添加的目的稍微利用不足。

用于形成高质量压裂液的常规系统(其中将支撑剂添加至水侧)的另一问题是：在处理期间随着支撑剂浓度变化，液体中的内相比例(即浆体质量)将倾向于改变，从而压裂液的粘度也将倾向于改变。当支撑剂浓度在压裂处理的过程期间逐步从低浓度增加至高浓度时，这可以是个重要的问题。为维持基本恒定的内相比例(浆体质量)，并因而是粘度，LCO₂在液体中的体积分数必须被动态地降低以与支撑剂体积分数的相应的增加相匹配。这要求(i)进行压裂处理的服务提供者一方对于该问题的认识，和(ii)控制方案的执行，以准确地测量水侧中的支撑剂浓度，伴随LCO₂侧的流量的相应控制。如可意识到的，考虑到各种进料流的相对高的流量、与调节水侧和CO₂侧的流量的高压抽水机相关的有些基本的流量控制，和在处理的过程期间其它重要的参数(例如井下压力)也在改变的事实，这可以是具有挑战性的。