稠化酸液及其使用方法

稠化酸液及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种方法，其包括：提供油田处理液，该油田处理液包含：HCl水溶液，其中所含HCl的重量百分比大于15％；固定剂(FA)，其中FA:HCl的摩尔比为0.5至2.5。FA是尿素和/或尿素衍生物。该油田处理液还包含不是植物多糖胶的稠化剂。该方法还包括将该油田处理液提供给高压泵，以及操作所述高压泵以处理流体连接到井眼的地层。
【专利说明】稠化酸液及其使用方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油田处理液及其使用方法。

【背景技术】
[0002] 这部分的陈述只是提供与本公开文本相关的背景信息，而不构成现有技术。
[0003]

【技术领域】一般地但不唯一地涉及含尿素的高浓度盐酸（HCl)溶液及其用途。先前 已知的含尿素的HCl溶液，例如在美国专利4, 466, 893中描述的，在存在各种植物多糖胶 (plant-basedpolysaccharidegum)的情况下利用具有低浓度HCl(15%或更低）的尿素。 已确定高于15%的HCl对先前可获得的溶液的特性是有害的。


【发明内容】

[0004] -些实施方案涉及具有超过15重量％的HCl浓度的水溶液，所述水溶液还包含尿 素和/或尿素衍生物，并且基本上不含多糖。其它一些实施方案包括制备酸-尿素溶液和 处理油田地层的方法。提供本
【发明内容】
部分是为了引入下面在示例说明性实施方案中将进 一步描述的一些概念。本
【发明内容】
部分并不意图确定所要求保护的主题的关键或必要特 征，也不意图用作限定所要求保护的主题的范围的辅助。其它实施方案、形式、目的、特征、 优点、方面和有益效果将从下面的描述和附图中变得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0005] 图1描绘了用以用稠化酸液处理井眼和/或流体连接到所述井眼的地层的示例性 设备。
[0006] 图2描绘了示出含固定剂的HCl溶液和不含固定剂的HCl溶液之间的比较PVBT 数据的示例性数据。

【具体实施方式】
[0007] 为了加深对本公开文本的原理的理解，现在参考附图中示例的实施方案，并且将 使用具体的语言来描述该实施方案。然而，应当理解，不期望因此而对所要求保护的主题的 范围加以限制；本文中考虑到了，本公开内容所属【技术领域】的技术人员通常会想到的，所示 例的实施方案的任何变更和进一步的修改以及对其中所示例的本申请的原理的任何进一 步应用。
[0008] -开始，应当注意，在任何这样的实际实施方案的开发过程中，必须做出多个特定 于实施的决策，以实现开发者的特定目的，例如遵从系统相关的及商业相关的约束，这些约 束对于不同的实施将是不同的。此外，将理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是 对于本领域技术人员而言，在受益于本公开文本的情况下，将只是一项常规任务。此外，这 里使用的/公开的组合物还可以包含这里没有提到的一些组分。在
【发明内容】
和这一具体实 施方式部分中，每个数值应当一次被解读为由术语"大约"修饰（除非已明确地如此修饰）， 然后再一次被解读为没有如此修饰（除非上下文中以其它方式指出）。而且，在
【发明内容】
和这一【具体实施方式】部分中，应当理解，作为可用的、合适的等列出或描述的浓度范围的意 图是该范围内的任何和每个浓度一包括端点在内一都被视为已经阐述。例如，"从1到 10的范围"应当被解读为指出了在大约1和大约10之间的连续统中每个可能的数值。因 此，即使仅明确阐述或指出该范围内的特定数据点，或者甚至没有明确阐述或指出该范围 内的数据点，或者只是提到几个特定点，应当理解， 申请人:认为并且理解该范围内的任何以 及全部数据点都被解读为已经明确提到，并且 申请人:拥有对整个范围和该范围内所有点的 了解。
[0009]这里使用的术语"有效含量的稠化剂"应当被宽泛地理解。一种示例性稠化剂包 括改进流体粘度的任何试剂，至少包括聚合物和/或粘弹性表面活性剂（VES)。有效含量的 量取决于流体的应用。一种示例性有效含量包括足以提供用于泵送和流体充填所期望的流 体流变性的量。实例包括足以提供期望的裂缝几何生成分布（例如足够的宽度和/或适当 的高度响应）的粘度；提供足够的漏泄控制（例如通过漏泄流体粘度控制和/或由稠化剂 进行的造壁）的量；和/或在一温度一时间之后、在向流体提供剪切分布以将流体输送到流 体连接到井眼的地层之后、暴露于在流体中所提供的破坏剂材料的时间之后，足以提供期 望的粘度的稠化剂的量；和/或足以提供在处理过程中期望或观测到将出现的剪切、流动 和流体暴露（例如地层流体和/或来自处理的其它级的流体）条件下期望的粘度的稠化剂 的量。另一个实例包括足以将支撑剂、回流控制剂、流体转向剂、和/或流体的其它颗粒组 分携带和/或输送到地层和/或地层中期望的位置的粘度。在不同的处理级之间和/或在 处理级内，稠化剂的有效含量可以不同。对稠化剂以及稠化剂的有效含量的选择对于本领 域技术人员而言，在受益于本公开文本并且具有对于本领域技术人员而言通常容易得到的 有关地层和规划处理的信息（例如泵送和剪切速度、裂缝生成流体要求、井下温度和/或处 理流体温度轨线）的情况下，属于机械性步骤。一些值可以通过本领域惯常执行的类型的 常规试验（例如流体流变学试验）确定。
[0010] 术语"植物多糖胶"包括具有源自植物的基本原料的聚合物，包括：半乳甘露聚糖， 如瓜尔胶、刺梧桐树胶、黄蓍树胶、印度胶、阿拉伯树胶、魔芋胶（gumkonjak)、shariz、蓝胶 (locus)、亚麻籽车前（psyllium)、罗望子胶（tamarind)、塔拉胶（gumtara)、角叉菜胶、贝 壳杉胶（gumkauri)以及改性瓜尔胶（如羟丙基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶、羧甲基羟乙基瓜尔 胶、和羧甲基羟丙基瓜尔胶）。在某些实施方案中，植物多糖胶不包括纤维素基聚合物，其 中所述纤维素基聚合物至少包括纤维素、羟乙基纤维素（HEC)、和/或羧甲基羟乙基纤维素 (CMHEC)。在某些实施方案中，植物多糖胶不包括黄原胶。在某些实施方案中，植物多糖胶包 括这样的材料，其中在存在HCl和/或HF的情况下，聚合物主链呈现粘度破坏，使得以高分 数的HCl(例如，在流体的水相中，HCl的重量百分比超过15% )执行成功的处理是不可能 的或商业上不可行的；植物多糖胶至少包括半乳甘露聚糖，如瓜尔胶、刺梧桐树胶、黄蓍树 胶、印度胶、阿拉伯树胶、魔芋胶、shariz、蓝胶、亚麻籽车前、罗望子胶、塔拉胶、角叉菜胶、 贝壳杉胶以及改性瓜尔胶（如羟丙基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶、羧甲基羟乙基瓜尔胶、和羧甲 基羟丙基瓜尔胶）。在某些实施方案中，"植物多糖胶"不是来源于植物材料（例如，具有与 瓜尔胶相当的分子组成的以合成方法制造的聚合物等）；并且额外地或替代地，不是"植物 多糖胶"的聚合物或其它稠化剂来源于植物材料（例如纤维素和/或由基因修饰植物生产 的聚合物）。一个示例性实施方案包括"植物多糖胶"，特别包括半乳甘露聚糖，如瓜尔胶、 刺梧桐树胶、黄蓍树胶、印度胶、阿拉伯树胶、魔芋胶、shariz、蓝胶、亚麻籽车前、罗望子胶、 塔拉胶、角叉菜胶、贝壳杉胶以及改性瓜尔胶（如羟丙基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶、羧甲基羟 乙基瓜尔胶、和羧甲基羟丙基瓜尔胶），并且特别是不包括丙烯酰胺类聚合物、磺化聚合物、 黄原胶、迪优坦（diutan)、硬葡聚糖、VES、和/或纤维素基聚合物。
[0011] 这里使用的术语"地层"应当被宽泛地理解。地层包括任何地下能流动流体的多 孔地层，并且可以包括，但不限于，任何接受或提供油、天然气、凝析油、混合烃、石蜡、干酪 根、水、和/或CO2的地层。地层可以流体连接到井眼，所述井眼可以是注入井、开采井、和 /或流体储存井。井眼可以垂直、水平、以偏斜方向或这些方式的组合穿透地层。地层可以 包括任何地质，至少包括砂岩、石灰岩、白云石、页岩、浙青砂、和/或疏松地层。井眼可以 是单独的井眼和/或与多个接近地面的井眼在方向上偏斜的一组井眼中的部分（例如远 离极板（pad)或钻机），或者划分为多个地面下井眼的单个原始井眼（singleinitiating wellbore)〇
[0012] 这里使用的术语"油田处理液"应当被宽泛地理解。在某些实施方案中，油田处理 液包括可用于油田类应用（包括气井、油井、地热井或注入井）中的任何流体。在某些实 施方案中，油田处理液包括可用于本文中所述的任何地层或井眼中的任何流体。在某些实 施方案中，油田处理液包括基岩酸化液、井眼净化液、酸洗液、近井眼损害清除液、表面活性 剂处理液、稠化压裂液、和/或任何其它与这里另外描述的流体相容的流体。这里描述的 稠化液可以用于压裂处理中，并且/或者所产生的粘度可使得能够进行其它类型的处理或 改善其它类型的处理。油田处理流体可以包含本领域中已知的任何类型的添加剂；为了本 申请说明书的清楚性，在此没有列出所述添加剂，但是所述添加剂至少可以包括减阻剂、抑 制剂、表面活性剂和/或润湿剂、流体转向剂、颗粒物、酸阻滞剂（除非本文中以其它方式提 供）、有机酸、螯合剂、增能剂（如CO2或N2)、气体发生剂、溶剂、乳化剂、回流控制剂、树脂、 和/或破坏剂。
[0013] 这里使用的术语"高压泵"应当被宽泛地理解。在某些实施方案中，高压泵包括提 供油田相关的泵送速率-例如至少0. 5桶每分钟（bpm，barrelsperminute)-的容 积式泵，但是该具体的例子是非限制性的。高压泵包括能够以油田有关压力--包括至少 500psi、至少lOOOpsi、至少 2000psi、至少 5000psi、至少lOOOOpsi、最高达 15000psi、和 / 或更大的压力--泵送流体的泵。适合用于油田固井、基岩酸化、和/或水力压裂处理的泵 可作为高压泵，虽然也可以利用其它泵。
[0014] 这里使用的术语"处理浓度"应当被宽泛地理解。在HCl浓度的上下文中，处理浓 度是将流体置于要处理的井眼和/或地层中之前该流体的最终浓度。处理浓度可以是由井 场处或从中提供流体的其它位置处的含HCl的流体可得到的混合浓度。处理浓度可以在处 理之前和/或处理过程中通过稀释而改变。另外，处理浓度还可以通过向流体中提供添加 剂来改变。示例性但非限制性的处理浓度包括为7. 5 %、15 %、20 %、28 %、36 %、和/或最高 达45. 7%的流体中HCl浓度。在某些实施方案中，处理浓度是在添加剂输送的上游（例如 在搅拌机、料斗、或搅拌桶处）确定的，并且源于添加剂添加的浓度改变被忽略不计。在某 些实施方案中，处理浓度是部分最终流体的液相或酸相浓度--例如当该流体是增能流体 或乳化流体时。在某些实施方案中，处理浓度超过15%。在某些实施方案中，流体浓度超过 36%或超过37%。
[0015]这里使用的术语"高表面积颗粒"应当被宽泛地理解。在某些实施方案中，高表面 积颗粒是具有复杂或多孔表面的颗粒，其提供比简单几何形状的颗粒大的表面积。示例性 高表面积颗粒有多孔颗粒、金属有机骨架、大于100m2/g、大于500m2/g、大于1000m2/g、和/ 或大于10,OOOmVg的颗粒。沸石、粘土和/或适合用于催化反应的材料也可以被制备为高 表面积颗粒。
[0016]这里使用的术语"尿素衍生物"应当被宽泛地理解。一种示例性尿素衍生物包括 四个氮键合氢中的至少一个被取代的任何尿素化合物。取代产物可以是任何物质，但是至 少包含任何烃基，并且可以包含一个或两个尿素氮上的取代。附加地或可替代地，取代可以 包括环状基团（例如乙撑脲）、芳香基团、和/或含氮烃基。在本公开文本中所包含的尿素 衍生物不应当被视为限于可用作替代物或附加物的其它尿素衍生物。
[0017] 示例性的油田处理液包含HC1，其中HCl的含量为15重量％至45. 7重量％。油 田处理液还包含固定剂（FA)，其是尿素和/或尿素衍生物。该流体还包含有效含量的稠化 齐U，其中所述稠化剂不是植物多糖胶。该示例性流体中FA的含量使得FA:HC1的摩尔比为 0. 5至2. 5。如前所述，稠化剂的有效含量取决于油田处理液的用途，并且包括含量至少足 以支持油田处理液在预期的条件下的用途的稠化剂，其中所述预期的条件包括泵送速率、 暴露于剪切、温度、以及井眼和地层中的流体。作为非限制性实例的稠化剂有效含量包括在 非交联油田处理液的水相部分中足以提供至少25cP、至少30cP、至少70cP、至少100cP、至 少400cP、和/或至少800cP的量。提到非交联油田处理液的油田处理液不限制油田处理液 的构成，其中在使用油田处理液进行处理的过程中的任何时间所述油田处理液可以是交联 的或者不是交联的。稠化剂的示例性有效含量包括对于目标支撑剂和/或对于所选择的支 撑剂（例如标准化的支撑剂）而言足以提供期望的支撑剂沉降时间的量，和/或对于所选 择的颗粒类型（包括密度、尺寸和/或形状）足以提供期望的颗粒沉降时间的量。
[0018] 稠化剂的非限制性实例包括含丙烯酰胺的聚合物、磺化聚合物、黄原胶、迪优坦、 硬葡聚糖、VES、阳离子聚丙烯酰胺、磺化合成聚合物浆液、和丙烯酰胺共聚物乳液。在某些 实施方案中，稠化剂包括纤维素基聚合物，其可以至少包括纤维素、HEC、和/或CMHEC。
[0019]一种示例性油田处理液包含至少20重量％的此1，其中该油田处理液中FA:HC1的 摩尔比为至少1，并且其中该油田处理液的线性流体粘度是基线线性流体粘度的至少2. 5 倍。基线线性流体粘度是溶液中不含FA的相当流体的流体粘度。一种示例性油田处理液 包含为黄原胶的稠化剂，其中所述流体中FA=HCl的摩尔比为至少1，并且其中油田处理液 的线性凝胶粘度超过400cP。
[0020] 下面描述多个示例性稠化流体构成。所创建的具体构成示例说明了本公开文本的 某些方面，这些构成是非限制性实例。所示出的构成是通过以下方式创建：通过创建20(重 量）％HCl溶液而创建"基线"实例构成，并且通过创建10 (重量）％HCl溶液而创建"半基 线"实例构成。"20%的且具有FA的"构成包含20%的HC1，并且FA=HCl摩尔比为1:1 ;而 "10%的且具有FA的"构成包含10%的HCl，并且FA:HCl摩尔比为1:1。表1的溶液中的 稠化剂的含量，对于干稠化剂而言，为25ppt(每千加仑溶液中25磅稠化剂）；并且对于液 体稠化剂而言，其为提供25ppt的有效稠化物质的量。表1中的溶液是通过以下方式制备 的：混合IOOmL包含HCl的溶液，将该溶液在环境温度下混合2分钟，在混合阶段结束时向 该溶液中提供标准20/40目支撑剂，并且观测在IOOmL量筒中所述溶液中所述支撑剂的沉 降时间。表1中指出的粘度是根据斯托克斯定律由支撑剂沉降时间确定的，如公式1所示：

【权利要求】
1. 油田处理液，包含： HC1水溶液，其中所含HC1的重量百分比为15%至45. 7% ; HC1固定剂（FA)，包括尿素和尿素衍生物中的至少一种，其中FA的含量使得FA:HC1的 摩尔比为0.5至2.5 ;以及 有效含量的稠化剂，其中所述稠化剂不是植物多糖胶。
2. 根据权利要求1的油田处理液，其中所述稠化剂包括选自以下物质的至少一种稠化 齐"含丙烯酰胺的聚合物、磺化聚合物、黄原胶、迪优坦、硬葡聚糖以及粘弹性表面活性剂。
3. 根据权利要求1的油田处理液，其中所述稠化剂包括纤维素基聚合物。
4. 根据权利要求1的油田处理液，其中所述稠化剂包括选自以下物质的至少一种聚合 物：阳离子型聚丙烯酰胺、磺化合成聚合物浆液、羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC)、黄原胶以 及丙烯酰胺共聚物乳液。
5. 根据权利要求4的油田处理液，其中HC1的重量百分比为至少20%，FA的含量使得 FA:HC1的摩尔比为至少1，该油田处理液的线性流体粘度是基线线性流体粘度的至少2. 5 倍，其中所述基线线性流体粘度包括具有与该油田处理液相同的构成的基线流体，只是在 所述基线流体中不含FA。
6. 根据权利要求5的油田处理液，其中所述线性流体粘度是通过观测颗粒沉降时间根 据斯托克斯定律确定的。
7. 根据权利要求1的油田处理液，其中所述稠化剂包括黄原胶，FA的含量使得FA:HC1 的摩尔比为至少1，并且油田处理液的线性凝胶粘度超过400cp。
8. 方法，包括： 提供油田处理液，该油田处理液包含： HC1水溶液，其中所含HC1的重量百分比大于15% ; HC1固定剂（FA)，包括尿素和尿素衍生物中的至少一种，其中FA的含量使得FA:HC1的 摩尔比为0.5至2.5 ;以及 有效含量的稠化剂，其中所述稠化剂不是植物多糖胶； 将所述油田处理液提供给高压泵；以及 操作所述高压泵以处理流体连接到井眼的地层。
9. 根据权利要求8的方法，其中所述操作高压泵的步骤还包括水力压裂地层。
10. 根据权利要求9的方法，其中所述提供油田处理液的步骤还包括向所述油田处理 液添加适量的支撑剂。
11. 根据权利要求10的方法， 其中所述HC1水溶液包含处理浓度的HC1，其中所述处理浓度的值包括15重量％的 HC1至28重量％的抝1 ; 其中所述提供油田处理液的步骤还包括将浓缩的HC1溶液稀释至所述处理浓度的 HC1 ;并且 其中所述浓缩的HC1溶液包含： HC1，其重量百分比超过28% ; 第二HC1固定剂（2FA)，其中所述第二HC1固定剂的含量使得2FA:HC1的摩尔比为0. 25 至2. 0,其中所述2FA包括尿素和尿素衍生物中的至少一种，以及 含量足以溶解所述HC1和所述2FA的水。
12. 根据权利要求11的方法，其中所述浓缩的HC1溶液包含超过37重量％的HC1。
13. 根据权利要求8的方法， 其中所述操作高压泵的步骤还包括以多个流体级处理所述地层； 其中所述多个流体级中的至少一个包括所述油田处理液； 其中第二流体级包括第二油田处理液，所述第二油田处理液基本上不含HC1但包含第 三HC1固定剂（3FA)，所述第三HC1固定剂包括尿素和尿素衍生物中的至少一种，所述第三 HC1固定剂的重量百分比为10%至55% ;并且 其中所述第二流体级是在所述多个流体级中包括所述油田处理液的至少一个流体级 之前或之后执行的。
14. 根据权利要求8的方法， 其中所述操作高压泵的步骤还包括以多个流体级处理所述地层； 其中所述多个流体级中的至少一个包括所述油田处理液； 其中第二流体级包括第二油田处理液，所述第二油田处理液基本上不含FA但包含 HC1，其中所含HC1的重量百分比为7. 5%至28% ;并且 其中所述第二流体级是在所述多个流体级中包括所述油田处理液的至少一个流体级 之前或之后执行的。
15. 油田处理液，包含： HC1水溶液，其包含大于15重量％的HC1 ; HC1固定剂（FA)，包括尿素和尿素衍生物中的至少一种，其中FA的含量使得FA:HC1的 摩尔比为0.5至2.5 ;以及 有效含量的稠化剂，其中所述稠化剂包括选自以下物质的至少一种稠化剂：含丙烯酰 胺的聚合物、磺化聚合物、黄原胶、迪优坦、硬葡聚糖、纤维素基聚合物以及粘弹性表面活性 剂。
16. 根据权利要求15的油田处理液，还包含大于0. 25重量％的HF。
17. 根据权利要求15的油田处理液，其中所述FA包括选自以下物质的至少一种成分：尿素、1，3-二甲基脲、以及乙撑脲。
18. 根据权利要求15的油田处理液，其中所述油田处理液不包含另外的酸阻滞剂。
19. 根据权利要求15的油田处理液，其中所述油田处理液在20°C (68° F)的酸阻滞因 子为至少8。
20. 根据权利要求15的油田处理液，其中所含HC1的重量百分比为至少20%，FA的含 量使得FA:HC1的摩尔比为至少1，该油田处理液的线性流体粘度是基线线性流体粘度的至 少2. 5倍，其中所述基线线性流体粘度包括具有与该油田处理液相同的构成的基线流体， 只是在所述基线流体中不含FA。
【文档编号】C09K8/74GK104342105SQ201410373022
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】L·江, B·勒塞尔夫, M·齐亚丁, 何健, B·邓 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司