[發明專利]井壓裂用泡沫增強支撐劑

有效

• 申請號: 201380054609.0
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN105051150A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: A·I·雪莉;E·韋克斯勒;P·施奈德;R·瓦茨
• 申請（專利權）人: 琳德股份公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒;朱黎明

相關申請的交叉引用

本申請要求了2012年10月18日提交的美國臨時申請第61/715,351號的優先權。

背景技術

已經通過多種方式實現了在固體表面生成各種尺寸的充氣泡沫，包括納米和/或微米尺寸的泡沫。例如，對液體中包含的微米泡沫施加物理刺激以使微米泡沫突然收縮以形成納米泡沫。可選地，納米泡沫可通過一種納米泡沫生成噴嘴產生，該噴嘴能夠通過讓氣體流入流動液體來產生納米泡沫而無需獨立的混合泡沫的設備。還可以使用穿過多孔介質過濾的方法來生成納米泡沫。

在由頁巖或其他“致密氣”形式生產天然氣的過程中，水力壓裂(或“壓裂”)用來破碎井筒周圍的巖石并減小對氣流的阻力。所述壓裂技術通常需要向井中注射大量的類似于氮基泡沫的壓縮性較好的流體，或類似于二氧化碳基泡沫或其他水基或烴基流體(例如，液化石油氣液體)的壓縮性較差的流體。所述流體以高壓泵入井下(downhole)以在井筒(wellbore)周圍形成可破碎巖石并產生裂縫的巨大的壓縮力，并且還有效地攜帶支撐劑(proppant)(小而硬的固體顆粒，例如砂子)至所述裂縫中以防止裂縫在壓力釋放時閉合。使用常規(垂直)和非常規(水平)鉆井技術可將流體泵入地表以下10000到20000英尺的深度。理想的壓裂液必須能夠長距離并以懸浮狀態攜帶支撐劑(通常為每加侖0.2到5磅)以確保最優化的鋪置和用來使油和/或氣流過井筒并隨后到表面的有效壓裂網絡的生成。由于所述支撐劑的比重超過了所述壓裂液的比重，因此這可能是具有挑戰性的。

影響從井中生產的油和氣的參數之一是當支撐劑置于裂隙時其排布的傳導性。這是與支撐劑在壓裂液中的負載和分布直接相關的，也與所述混合物滲入小尺寸裂縫直接相關，并且具體來說，與其滲入通過亞毫米級寬度和高度以及常常相當重要的長度來表征的二級壓裂網絡直接相關。能夠使用所述二級壓裂網絡可使烴類產量增加最多達15％。支撐劑的不均勻分布造成支撐劑位置的不可控，這可能會輕易地阻塞通道。

舉例來說，一種理想的流體/支撐劑混合物可包含減少的均勻分布的支撐劑以使其在裂縫中均勻鋪置。單層的支撐劑顆粒可能足以保持裂縫開放同時提供最佳傳導性。這要求支撐劑具有更低的比重以確保均勻的分布，傳遞和鋪置并且具有耐高強度/破碎性以承受高地層壓力/閉合壓力。

目前，世界范圍內的支撐劑市場大約為每年170億磅，其中99％由砂子、樹脂包覆的砂子和陶瓷支撐劑組成。對于非常深的井，會使用超強支撐劑(例如，鋁土礦)，但是它們更昂貴并具有更高的比重，這使得它們更難懸浮于壓裂液中。盡管付出了大量的努力去開發輕質和超輕質的強支撐劑，這些支撐劑中的大部分應用受限并保持過高的成本。因此，具有更小直徑的，球形的砂粒仍為最優選和有成本效益的的解決方案。

因此，期望能夠通過分別使用常規的和非常規的壓裂液例如滑溜水和二氧化碳/氮氣乳液/泡沫以使減載支撐劑更均勻地分布，傳遞和鋪置。

本發明是一種用于生產加強支撐劑及使其在壓裂液中懸浮的方法。穩定的充氣泡沫，包括納米泡沫和/或微米泡沫，是在支撐劑顆粒表面原位生成的，并且這些改性的支撐劑顆粒可以與常規水基壓裂液(例如，滑溜水(slickwater))，烴基壓裂液例如液化天然氣(LNG)或液化石油氣(LPG)和/或增能壓裂液(二氧化碳/氮氣乳液和/或泡沫)一起使用。充氣泡沫能減小支撐劑顆粒的有效比重，并且能使壓裂液中的支撐劑更均勻分布并傳遞到小尺寸裂縫中，尤其是二級壓裂網絡中。

發明內容

這一目標可通過一種在支撐劑顆粒表面形成充氣泡沫的方法實現，該方法包括以下步驟：在操作壓力下將支撐劑顆粒置于水中，以等于或大于操作壓力用一種氣體向水中加壓使支撐劑顆粒周圍或附近形成飽和狀態，以及從水中釋放多余的壓力至操作壓力水平。

所述操作壓力通常為每平方英寸8000到12000磅(psi)。

可以使用的支撐劑顆粒選自由砂子、樹脂包覆的砂子、陶瓷、中空陶瓷和鋁土礦，以及它們的混合物構成的組。

用于向水和/或有機溶劑混合物加壓的氣體選自由氮氣、氬氣、甲烷、二氧化碳、氫氣和氦氣以及它們的混合物構成的組。

形成的充氣泡沫通常是微米至納米尺寸范圍內。充氣泡沫將降低支撐劑顆粒的有效比重。

在本發明的一個可選的實施方式中，所述支撐劑顆粒可以添加至一種對所述氣體具有比水更高的溶解性的有機溶劑中，并且該有機溶劑和支撐劑顆粒的混合物可以加至水中。這將更有效地有助于在所述支撐劑顆粒的周圍或表面達到飽和狀態。該方法接著加入水以取代有機溶劑直到任何可能存在的多余的壓力從水中釋放。