用于水力壓裂應(yīng)用的凝膠組合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求美國臨時申請?zhí)?1/770, 620的權(quán)益，該臨時申請在2013年2月28日 提交，通過引用W其全部內(nèi)容合并在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本公開總地設(shè)及用于水力壓裂應(yīng)用中的凝膠組合物和井眼處理流體。
【背景技術(shù)】
[0006] 在油井和天然氣井的鉆井、完井和刺激期間，通常在高壓下W高流速將井處理流 體累入井眼孔內(nèi)，其引起在井眼周圍的巖層（rock化rmation)斷裂。通常用于從由井眼穿 入的地下區(qū)域刺激控類生產(chǎn)的井處理類型為水力壓裂。水力壓裂，也稱為壓裂（或壓裂）， 用于啟動低滲透性的儲油層中的生產(chǎn)和再次刺激老（older)生產(chǎn)井中的生產(chǎn)。在水力壓裂 期間，在壓力下將流體組合物注入井內(nèi)，所述壓力有效引起周圍巖層的斷裂。使用壓裂來打 開已存在于巖層（formation)中的裂縫和產(chǎn)生新的裂縫。支撐劑例如沙和陶瓷，用于在壓 裂處理期間和壓裂處理之后保持誘發(fā)的裂縫敞開。為了將支撐劑放入裂縫內(nèi)，使支撐劑顆 粒懸浮于累入地下巖層內(nèi)的流體中。通常，該流體具有足W維持所述顆粒懸浮的黏度。
[0007]為了理想的作業(yè)（perhrmance)，水力壓裂流體應(yīng)為足夠地黏性的W產(chǎn)生具有適 當(dāng)寬度的裂縫并且能夠運(yùn)送大量的支撐劑進(jìn)入裂縫中。可通過添加合成和/或天然聚合物 或其它流變改性劑來增加或改變所述流體的黏度。用于增加水力壓裂流體的黏度的聚合物 增強(qiáng)的流體的實例包括滑溜水（Slickwater)體系、直鏈凝膠體系和交聯(lián)凝膠體系。在運(yùn)些 中，交聯(lián)凝膠體系為最具有黏性的。
[0008] 在交聯(lián)凝膠體系中，直鏈聚合物或凝膠例如基于瓜爾膠或改性的瓜爾膠的流體， 在堿存在下與添加的反應(yīng)試劑例如棚酸鹽、錯酸鹽和鐵酸鹽交聯(lián)。在本領(lǐng)域中已知最常見 的交聯(lián)凝膠種類為瓜爾膠-棚酸鹽凝膠。所述交聯(lián)凝膠流體增加壓裂流體的黏度，W便支 撐劑可有效地懸浮。
[0009] 一旦水力壓裂流體已向裂縫運(yùn)送支撐劑或在堿石充填或壓裂充填作業(yè)中運(yùn)送沙， 通常期望降低壓裂流體的黏度W便可使用最小的能量從巖層回收所述流體。通常需要從地 下巖層去除廢壓裂流體W進(jìn)行控類生產(chǎn)。通常使用破乳劑（即破壞在凝膠內(nèi)的交聯(lián)鍵的化 合物）來實現(xiàn)壓裂流體黏度的運(yùn)種減小。
[0010] 合成聚合物，例如聚丙締酷胺（PAM)聚合物，可在酸性條件下使用金屬交聯(lián)劑例 如侶-、銘-、錯-和鐵基配合物形成永久性凝膠。運(yùn)類凝膠可用于例如在強(qiáng)化采油巧OR) 應(yīng)用中控制一致性（con化rmance)，在所述應(yīng)用中隨后的破壞（W顯著降低黏度）不是必要 的。然而，對于壓裂流體應(yīng)用而言，在水力壓裂期間的巖層的酸度通常不高，并且交聯(lián)凝膠 的破壞改善流體回收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本文公開凝膠組合物，所述凝膠組合物包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒，所 述丙締酷胺聚合物或共聚物具有在約5%至約35%之間，或更特別地約15%至約20%的電 荷。通過使所述丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒在抑在約7. 5至約11的范圍內(nèi)的水溶液 中結(jié)合來形成所述凝膠組合物，其中二醒與丙締酷胺聚合物或共聚物的單體的摩爾比率在 約大于約0.2至約2.0的范圍內(nèi)。
[0013] 本文還公開生產(chǎn)所述凝膠組合物的方法，處理井眼的方法（包括將所述凝膠組合 物注入井眼內(nèi)），W及包含所述凝膠組合物的井處理流體。
[0014] 此外，處理井眼的方法，所述方法包括將包含具有在15%至20%之間的電荷的丙 締酷胺聚合物或共聚物的組合物注入井眼；將包含二醒的組合物注入所述井眼，和將抑調(diào) 節(jié)劑注入所述井眼，所述抑調(diào)節(jié)劑的量足W生產(chǎn)抑為約7. 5至約11范圍內(nèi)的井下溶液， W生產(chǎn)包含與二醒交聯(lián)的丙締酷胺聚合物或共聚物的原位凝膠組合物。
[0015] 本文還公開包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒的井眼處理流體?？稍谧⑷刖?之前或原位（全部或部分地）形成井眼處理流體，其中將所述丙締酷胺聚合物/共聚物和 交聯(lián)劑分開加到井眼中。所述井眼處理流體可任選地包含一種或更多種的附加組分，例如 支撐劑和抑控制劑。
[0016] 通過參考本公開對各種特征的W下詳細(xì)說明和在其中所包括的實施例可更容易 地理解本公開內(nèi)容。
[0017] 附圖簡述
[0018] 圖1提供示出根據(jù)實施方案的示例性凝膠和瓜爾膠的黏度分析的結(jié)果的圖。
[0019] 圖2提供示出電荷和處于各電荷下的陰離子型共聚物的黏度之間的關(guān)系的圖。
[0020] 詳述
[0021] 本公開提供交聯(lián)凝膠組合物，其包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒。所述凝膠 組合物可用于增加水力壓裂流體的黏度。具體來說，所述凝膠組合物具有在特定范圍內(nèi)的 電荷（摩爾百分比），所述特定范圍可特別用于增加井眼處理流體的黏度，從而促進(jìn)支撐劑 運(yùn)送進(jìn)入裂縫中。示例性的凝膠組合物可在某些條件下破裂，其可增加在水力壓裂應(yīng)用中 的流體回收。在水力壓裂應(yīng)用中，所述示例性的凝膠組合物可使用作為交聯(lián)瓜爾膠組合物 的合成替代物，具有相當(dāng)?shù)男Ч?。如同瓜爾膠，所述示例性的凝膠組合物用在所述組合物中 的相對低量的活性聚合物提供高黏度。示例性的凝膠組合物可比瓜爾膠更容易制備，并且 具有更可靠的品質(zhì)。
[0022] 凝膠組合物
[0023] 一方面，本發(fā)明為包含與二醒交聯(lián)的丙締酷胺聚合物或共聚物的凝膠組合物。
[0024] 如本文所使用的，術(shù)語"丙締酷胺聚合物"指的是丙締酷胺的均聚物并且包含在聚 合后化學(xué)改性（例如水解的）的丙締酷胺聚合物。
[0025] 如本文所使用的術(shù)語"丙締酷胺共聚物"指的是包含丙締酷胺單體和一種或更多 種共聚單體的聚合物。所述共聚單體可為陰離子型、陽離子型或非離子型。在某些實施方 案中，所述共聚單體為疏水的。所述丙締酷胺共聚物可為未改性的或化學(xué)改性的。代表性 的、非限制性的共聚單體包括丙締酸、醋酸乙締醋、乙締基醇和/或其它不飽和的乙締基單 體。
[00%] 在一個實施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含陰離子型共聚單體。在一些實施方 案中，所述陰離子型單體選自（甲基）丙締酸、（甲基）丙締酸的堿鹽/堿性鹽/錠鹽、2-丙 締酷胺-2-甲基丙烷橫酸、2-丙締酷胺-2-甲基丙烷橫酸的堿鹽/堿性鹽/錠鹽、馬來酸、 馬來酸的堿鹽/堿性鹽/錠鹽等。
[0027] 在另一個實施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含陽離子型共聚單體。在一些實施 方案中，所述陽離子型單體選自氯化（甲基）丙締酷胺乙基=甲基錠、氯化（甲基）丙締酷 胺丙基=甲基錠等。
[0028] 在另一個實施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含非離子型共聚單體。在一些實施 方案中，所述非離子型單體選自（甲基）丙締酷胺、馬來酸酢。
[0029] 在一個示例性的實施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含丙締酷胺單體和陰離子型 共聚單體，但不包括陽離子型共聚單體。
[0030] 在一個實施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于約0%至約40%， 約5%至約35%，約15%至約30%，約15%至約20%或約20%至約30%的電荷。在一個 實施方案中，所述電荷在約5%至約35%的范圍內(nèi)并且提供特別高的黏度，其提供相當(dāng)大 的懸浮力。在另一個實施方案中，所述電荷在約15%至約20%的范圍內(nèi)并且提供特別高的 黏度，其提供相當(dāng)大的懸浮力。
[0031] 在另一個實施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于約10%、約 15%、約20%、約25%、約30%、約35%或約40%的電荷。
[0032] 本文所公開的凝膠組合物的電荷范圍為包含帶電荷的單體的聚丙締酷胺共聚物 或化學(xué)改性的聚丙締酷胺聚合物或共聚物的電荷的函數(shù)。
[0033] 在一個特別的實施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含約30至約90,約40至約80， 約50至約70或約60摩爾％的丙締酷胺。
[0034] 在一個特別的實施方案中，所述丙締酷胺單體與所述至少一種或更多種的共聚單 體的重量比率為約10:90至90:10。
[0035] 在一個特別的實施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于約5至約 10%，約10至約15%，約15%至約20%，約20至約25%，約25至約30%或大于約30%的 水解程度。在一個更加特別的實施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于約15、 約16、約17、約18、約19或約20%的水解程度。
[0036] 在一個實施方案中，丙締酷胺聚合物或共聚物為水分散性的。
[0037] 在一個實施