[發明專利]在烴生產和運輸中的金屬硅化物

有效

• 申請號: 201380044414.8
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN104540922B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: P.H.克倫賴恩三世;J.S.小法爾孔;M.勒芬菲爾德
• 申請（專利權）人: 西格納化學有限責任公司
• 主分類號: C09K8/60
• 分類號: C09K8/60;E21B43/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐晶,萬雪松

本申請要求2012年6月25日提交的美國臨時申請61/663,880號的提交日期的優先權，其在此通過引用結合到本文中。

發明領域

本發明涉及使用金屬硅化物以在井眼中產生顯著壓力的新穎且改進的水力壓裂操作。所述金屬硅化物可為堿金屬硅化物或另一金屬硅化物。

本發明還涉及通過金屬硅化物的使用簡化在水力壓裂方法期間產生的回流水的處理/處置或再循環的方法。所述金屬硅化物可為堿金屬硅化物或另一金屬硅化物。

本發明還涉及使用金屬硅化物除去在管線(例如，海底管線)中的瀝青質和/或蠟質沉積物的累積物的新穎且改進的方法。所述金屬硅化物可為堿金屬硅化物或另一金屬硅化物。

發明背景

水力壓裂

水力壓裂是用于回收否則的話捕集或存在于地下地層的孔隙中的例如氣體(例如，天然氣)或液體(例如，油或石油)的烴流體的公知方法。在其最基本的水平下，水力壓裂包括在巖石或地下地層中產生地裂(例如，裂縫、裂隙等)，其將允許烴流體朝向生產井流動。也就是說，地下巖層的水力壓裂(有時稱為碎裂)提供烴流體更容易地移動穿過致密低滲透率(微達西)地層(例如，頁巖、某些粘土砂巖、石灰石等)到達生產井的途徑。

一旦適當地鉆出孔以提取烴流體(即，“井眼”)，壓裂流體則在高壓下注入井眼中以產生將增強捕獲在地下地層中的烴流體的流動的地裂。這些壓裂流體典型地包含支撐劑，支撐劑為固體材料，例如圓形砂粒、鋁土礦或陶瓷，其用于在釋放壓裂壓力之后“保持”新產生的地裂開放，從而捕獲在地下地層中的烴流體可流動到預定的生產井。也就是說，這些“支撐的地裂”充當將較大比例的含有捕集的烴流體的地層的內部深度直接連接到生產井的途徑。

或者，水力壓裂還可包括在很高的壓力下將預制墊(prepad)、墊(pad)和支撐劑段塞注入適當準備的井眼中。

在任一情形下，水力壓裂的關鍵是施加高壓以在地層的產油區(該區含有氣體和/或液體)中產生地裂，隨后將地裂用支撐劑材料填充以防止其在除去所施加的壓力之后完全閉合。必須施加足夠的壓力以超過在產油區之上巖石地層的超載圍限壓力(overburden confining pressure)。

一旦產生了地裂，則接著注入沖洗流體以破膠并從井眼中驅掃殘余材料，為烴生產作準備。結果，在水力壓裂中常需要大量的新鮮或清潔的水。實際上，水管理在水力壓裂操作期間是一個嚴肅的關注問題，具有多級壓裂的單井可能需要數百萬加侖的相對新鮮的水以在長水平側枝中完成該操作。在干旱地區或由于其他現有公共和商業需要而缺乏水資源的任何地方，獲取并運輸足夠的水可能是一項挑戰并造成一個顯著的成本因素。

另外，在完成水力壓裂或增產操作之后，用過/回收的水(即，“回流”或“倒流”水)常含有大量的從地層中采集的總懸浮固體(TSS)和具有例如Ca、Mg、Fe、Al、Sr、Ba、Ra等多價陽離子的總溶解固體(TDS)以及殘余量的最初加入以進行水力壓裂過程的化學品。必須將該水處理和/或適當地處置，和/或充分清潔，從而可使其再循環以便用于在附近井上的后續增產工作。因而，水雜質含量也是水力壓裂方法中的關注問題。

在致力于解決這些水關注問題的過程中，泡沫水力壓裂在1970年代初得到商業認可并用于高達三分之一的當前壓裂應用中。在泡沫水力壓裂方法中，例如二氧化碳(CO₂)和氮氣(N₂)的氣體與適當的表面活性劑、聚合物和交聯劑一起使用以產生穩定的高粘性泡沫，從而幫助將支撐劑運輸到地裂中。高品質的泡沫(>60%)可幫助減少完成壓裂操作所需要的水量。另外，使用泡沫還降低敏感性地層對水的暴露，該暴露可引起粘土溶脹或堵塞。泡沫有助于更快的回流并更容易地清潔地層和井眼，以為生產作準備。

然而，泡沫的問題在于它們是剪切稀化非牛頓流體，因此，泡沫化流體的粘度隨著剪切速率顯著下降。因此，與高液體噴射速率相關的高流體剪切速率可導致泡沫高度滲漏到現有裂縫和裂隙中，使得所述泡沫在使地裂蔓延到新區域方面不太有效。為此，泡沫通常僅限于非常致密的地層。常使用目數較高的砂粒來對此補償，然而，這導致較低的最后生產率。并且，泡沫在使低濃度的支撐劑懸浮方面做得最好，因此壓力一旦釋放，就會產生較窄的支撐壓裂。因而，與傳統液體(“滑溜水(slickwater)”或凝膠化)水力壓裂技術相比，泡沫水力壓裂常產生較低的總生產率。

因此，仍然需要改進的水力壓裂方法，其將減少所需要的水量并減少倒流雜質的量，同時維持高烴流體生產水平。

管線