[發明專利]地下顆粒材料的傳送

在審

• 申請號: 201180051132.1
• 申請日: 2011-06-27
• 公開（公告）號: CN103180404A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 特雷弗·休斯;葉夫根尼·巴爾馬托夫;吉爾·格迪斯;米歇爾·富勒;布魯諾·德羅肖恩;謝爾蓋·馬卡雷切夫-米哈伊洛夫
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: C09K8/04
• 分類號: C09K8/04;C09K8/05
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 柳春琦

技術領域

本發明涉及地下至一個位置的顆粒材料的傳送。一種重要的應用為一種對地下儲層進行水力壓裂并在壓裂中放置支撐劑以保持壓裂開放以作為流路的方法的一部分。然而，本發明還延伸至其他應用，其中需要在地下，特別是在地下儲層中放置顆粒材料。據設想，本發明將與石油和天然氣的勘探和生產相連。

發明背景

在地下位置放置顆粒材料是水力壓裂操作的非常重要的部分。其也可在對地下井進行其他各種操作的背景下而實現，包括在完井時放置礫石充填等。水力壓裂是一種用于儲層模擬的成熟技術。在壓力下將流體泵入地層中，從而使地層的各部分開并在其中創建薄腔。當泵送中斷時，在地層中的自然壓力往往會使壓裂關閉。為了防止壓裂完全關閉，在表面將固體顆粒材料(稱為支撐劑)與壓裂液混合并使用流體以將支撐劑運至壓裂中都是正常的做法。當允許壓裂關閉時，其會在支撐劑上關閉且通至支撐劑顆粒間井筒的流路仍保持開放。然后，支撐劑會從壓在其上的地層巖石獲得相當大的壓力。

當在表面將支撐劑與壓裂液混合并將支撐劑泵入井筒時，其會受到非常高的剪切。接著，支撐劑攜帶流體會在低剪切條件下沿井筒向下流動。隨后，它會轉動并流出井筒且流入地層中的壓裂處。進入壓裂處可能與剪切的增加相關，特別是如果對井筒套有套管時，流體會通過井筒中的穿孔從而進入壓裂處。一旦流體進入壓裂處，由于壓裂傳播并延伸至儲層中，因此流體受到的剪切也少的多。懸浮的固體開始沉淀。隨后，中斷泵送，這會允許壓裂在壓裂中充填的支撐劑上關閉。

為了使流體能夠傳輸懸浮液中的顆粒材料并使其跨置于壓裂表面上，常規的做法是使流體包括增粘增稠劑。通常情況下，接著會配制流體，從而在100秒^-1及在儲層溫度的條件下達到至少為100厘泊的粘度。瓜爾膠被廣泛用于這一目的。也可使用瓜爾膠衍生物和粘彈性表面活性劑。然而，對于一些壓裂操作而言，特別是巖石具有低滲透性從而使至巖石的漏泄為非顯著問題時，優選的做法為泵送流體，其通常稱為“滑溜水”，其為含有小百分比的減摩聚合物的水或鹽，其中減摩聚合物無法像增稠劑如瓜爾膠一樣顯著地提高粘度。這樣，流體具有低粘度。這會大大地減少泵送所需的能量，但是保持懸浮液中的顆粒材料則會變得更加困難，且通常會使用更高的泵流量。

如石油工程師學會論文SPE98005、SPE102956和SPE1125068中所認識到的那樣，被泵入大壓裂中的在滑溜水中懸浮的傳統支撐劑顆粒將比所需速度更快地沉淀出來并形成接近于井筒的所謂的“岸”或“丘”。由于這種過早的沉淀，可能無法沿壓裂運送支撐劑以支撐壓裂的全長，且可能無法在壓裂的整個垂直高度上放置支撐劑。當停止泵送且允許壓裂關閉時，進一步從井筒獲得的壓裂的部分可能不含有足夠的支撐劑以保持其具有足夠的開度以達到所需的流動。其結果是，所支撐和有效的壓裂尺寸可能小于壓裂過程中所創建的尺寸。

改善顆粒支撐劑運輸的一種方法為使用較低比重材料代替傳統材料，即砂或其他相對較重的礦物(砂的比重大約為2.65)。石油工程師學會論文SPE84308描述了一種輕質支撐劑，其比重僅為1.75且為涂有樹脂的多孔陶瓷材料，從而可使陶瓷材料的細孔保持空氣填充。此論文還描述了一種比重為1.25的更輕的支撐劑，其基于磨碎的核桃殼。這開始成為一種“經樹脂浸漬和涂覆以及化學修飾的核桃殼”。

這些輕質支撐劑更容易通過滑溜水進行懸浮和運輸，在SPE90838和SPE98005中則進一步討論了輕質支撐劑的使用，且后面的論文表明與砂相比，盡管不能完全避免沉淀，也減少了沉淀。

還公開大量其他的涉及比砂更輕的支撐劑。例如，美國專利4493875(3M公司)描述了一種新型支撐劑，其由復合顆粒而組成，其核心為傳統的顆粒(如硅砂)，其涂層或外殼為含微孔的薄層，從而復合顆粒的整體密度接近于壓裂液的密度。優選地，涂層/外殼包括被嵌入粘至核心的粘合劑中的中空玻璃微球。

美國專利申請2008/277,115A1(Rediger等人，Georgia-Pacific?Chemicals，lnc.，)也描述了一種復合支撐劑，其為多孔陶瓷或硅砂，其涂有低密度材料(例如：軟木顆粒)，使用交聯有六胺的酚醛清漆樹脂將低密度材料粘至基質上，且所產生的實施例支撐劑的比重位于1.94-2.37kg/m³范圍中。

美國專利7,491,444(Oxane?Materials，Inc.)描述了一種通過在可能中空的模板顆粒的周圍創建外殼而制造支撐劑的工藝。顆粒的比重范圍為小于1.0。