井处理的制作方法
背景
本节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
一些实施方案涉及应用于穿透地下地层的井筒的方法。
烃类(油、冷凝物和气体)通常由钻入含有它们的地层的井产生。由于各种原因，例如储层的固有低渗透性或由于钻井和完井所造成的地层破坏，烃进入井的流量是不合需要的低。在这种情况下，井例如使用水力压裂、化学(通常是酸)刺激或两者的组合(称为酸压裂或压裂酸化)被“刺激”。
水平井以及多层地层的水力压裂和酸压裂经常需要使用转移技术，以便在不同区域之间实现压裂重定向。这些转移方法的列表包括但不限于使用机械隔离装置诸如封隔器和井筒塞，设置桥塞，泵送球形密封剂，泵送浆状苯甲酸片和可去除/可降解的颗粒。同样，其他处理可能需要使用转移技术。
用颗粒进行的转移处理是通常基于位于套管后面的转移材料的颗粒的桥接，以及通过在形成的桥处积聚剩余颗粒而形成柱塞。与颗粒材料的转移处理相关的几个典型问题是：由于用井筒流体稀释(界面混合)而造成的泵送期间转移浆料的桥接能力的降低；使用相对大量的转移材料的必要性；以及泵送期间和随后的处理阶段期间一些转移剂的稳定性较差。
涉及可降解颗粒的转移在工业中已经变得流行，因为它能够更好地控制裂缝的产生，从而改善烃回收。行业面临的不断挑战是载液中沉降的降低，以便在井下具有均匀的流体。为了解决有时会被使用的这种纤维，它们面临它们自身的挑战，例如设备堵塞或甚至桥接区域受到刺激。这方面的改进当然是值得欢迎的。
概述
在各个方面，公开了处理由井筒穿透的地下地层的方法。这些方法提供一种处理流体，该处理流体包括颗粒和非桥接纤维。
在各个方面，处理流体包括共混物，该共混物包括：非桥接纤维；第一量的颗粒，该第一量的颗粒的第一平均粒度介于约3mm与2cm之间；以及第二量的颗粒，该第二量的颗粒的第二平均尺寸比第一平均粒度小约1.6倍与20倍之间；或第二量的薄片，该第二量的薄片的第二平均尺寸比第一平均粒度小多达10倍；将处理流体引入井筒中；以及利用处理流体形成柱塞。同样在另一个实施方案中，第二平均尺寸比第一平均粒度小约2倍至10倍之间。
在另外的方面，公开了处理由井筒穿透的地下地层的方法。井筒可以包含套管和套管中的至少一个孔，孔具有一定直径。这些方法提供包括非桥接纤维和包含可降解材料的颗粒的处理流体。所述颗粒可以是共混物的一部分，该共混物包含非桥接纤维并且具有：第一量的颗粒，该第一量的颗粒的第一平均粒度介于直径的约50％与100％之间；以及第二量的颗粒，该第二量的颗粒的第二平均尺寸比第一平均粒度小约1.6倍与20倍之间；或第二量的薄片，该第二量的薄片的第二平均尺寸比第一平均粒度小多达10倍；将处理流体引入孔中；利用所述处理流体在孔附近或孔中在套管后面形成柱塞；以及移除柱塞。同样，在多个实施方案中，第二平均尺寸比第一平均粒度小约2倍至10倍之间。
在另外的方面，公开了压裂由井筒穿透的地下地层的方法。井筒包含套管和所述套管中的至少一个孔，孔具有一定直径。这些方法提供包括非桥接纤维和包含可降解材料的颗粒的转移流体。非均质颗粒可以是共混物的一部分，该共混物具有：第一量的颗粒，该第一量的颗粒的第一平均粒度介于所述直径的约50％与100％之间；以及第二量的颗粒，该第二量的颗粒的第二平均尺寸比第一平均粒度小约1.6倍与20倍之间；或第二量的薄片，该第二量的薄片的第二平均尺寸比第一平均粒度小多达10倍；将转移流体引入孔中；利用转移流体在孔附近或孔中在套管后面形成转移柱塞；压裂地下地层；以及移除转移柱塞。同样，在多个实施方案中，第二平均尺寸比第一平均粒度小约2倍至10倍之间。
附图简述
图1a示意性地示出根据实施方案的桥接测试设备。
图1b示意性地示出图1a的设备中的狭槽设计的放大细节。
详述
首先，应该指出，在任何实际实施方案的开发中，必须做出许多与具体实施所特有的决策，以便达到开发者的特定目标，这些特定的目标诸如符合与系统相关的及与商业相关的限制条件，而所述限制条件将随着各具体实施而有所不同。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的本领域技术人员来说，这不过是常规的任务。
描述和示例仅用于说明一些实施方案的目的，而不应被解释为对范围和适用性的限制。在概述和这个详细描述中，每个数值应该被读取一次，由术语“约”修改(除非已经明确地如此修改)，然后再读取，不是如此修改，除非在上下文中另有说明。此外，在概述和这个详细描述中，应当理解，列出或描述为有用、合适等的浓度范围是指包括端点在内的范围内的任何和每种浓度应为被认为已经说过了。例如，“1到10的范围”将被读取，表示沿着连续体的大约1和大约10之间的每个可能的数字。因此，即使在该范围内的特定数据点，或者甚至没有范围内的数据点被明确地标识或仅仅指一些特定的数据点，应当理解，发明人了解并理解范围内的任何和所有数据点被认为已经被规定，并且该发明人拥有所有范围和所述范围内的所有点，并且使得该范围内的整个范围和所有点成为可能。
提供以下定义以帮助本领域技术人员理解详细描述。
术语“处理(treatment/treating)”是指使用流体结合期望功能和/或期望目的的任何地下操作。术语“处理(treatment/treating)”并不意味着流体具有任何特定的作用。
术语“压裂”是指通过在非常高的压力(高于地层的确定的闭合压力的压力)下泵送流体来分解地质地层并产生裂缝即井筒周围的岩层的过程和方法，以提高油气层的产量。压裂方法另外使用本领域已知的常规技术。
术语“颗粒(particulate/particle)”是指最大尺寸显著小于1米的实心3d物体。这里，物体的“尺寸”是指两个任意的平行平面之间的距离，每个平面在至少一个点处接触物体的表面。最大尺寸是指任何两个平行平面之间的物体存在的最大距离，最小尺寸是指任何两个平行平面之间物体存在的最小距离。在一些实施方案中，使用的颗粒的最大尺寸和最小尺寸之间的比率(颗粒长宽比x/y)小于5或甚至小于3。
术语“薄片”是指如上定义的特殊类型的颗粒。薄片是厚度小于它的其他尺寸例如它的长度和宽度的实心3d物体。薄片长宽比(直径/厚度、长度/厚度、宽度/厚度等)可以在约5至约50或更大的范围内。对于薄片，发明人将薄片长宽比定义为长度或宽度与厚度的比率。可以使用任何合适的长度与宽度的比率。
为了本公开的目的，颗粒和薄片可以是非均质的，这在本公开的上下文中将被理解为由含有不连续相的可降解材料的至少一个连续相制成。本公开中的非均质性还包括有时也称为配混材料的复合材料。流体中的非均质颗粒或薄片可以补充进一步均质的结构。
术语“粒度”、“颗粒尺寸”或“薄片尺寸”是指包括这种颗粒或薄片的最小假想外接球的直径(d)。
术语“平均尺寸”是指每种类型的固体组中的固体的平均尺寸。在颗粒或薄片的每个组j中，平均尺寸可以计算为质量加权值
其中n是组中的颗粒或薄片的数量；li(i＝1…n)是单独的颗粒或薄片的尺寸；mi(i＝1…n)是单独的颗粒或薄片的质量。
术语“孔”是指仅由其周边限定的任何几何形状的2d物体。术语“孔直径”或“孔尺寸”是指包括在该孔中的最大假想圆的直径。
共混物中的最佳颗粒尺寸的确定可以如美国专利申请号2012-0285692中所描述的进行，其全部内容通过引用并入本文。
尽管本文描述的实施方案是指井处理，但其同样适用于需要区域隔离的任何井操作，例如钻井作业、修井作业等。
公开了一种处理转移或暂时区域隔离的方法。该方法使用由非桥接纤维和颗粒的共混物或颗粒和薄片的共混物制成的组合物。根据一个实施方案，共混物中最大颗粒或薄片的尺寸略小于区域中的穿孔的直径以隔离或转移。根据另一个实施方案，共混物中的颗粒或薄片的尺寸大于待封闭或暂时隔离的空隙的平均宽度。空隙的平均宽度是穿孔之后的空隙或这种空隙的另一个入口的最小宽度，10cm、20cm、30cm或50cm或500cm(当从井筒进入地层时)。这种空隙可以是穿孔孔道、水力裂缝或虫孔。将这种共混物组合物引入穿孔中导致井筒附近的空隙中的最大颗粒发生堵塞。此后，在形成的桥上存在其他颗粒的积聚。在一个实施方案中，共混物中的颗粒和薄片之间的比例被设计成降低形成的柱塞的渗透性。
根据一个方面，共混物组合物通过在井筒附近形成柱塞来实现区域隔离。与传统的处理转移技术相比，共混物组合物需要较少量的转移材料。同样，存在以下好处：井筒堵塞的风险降低；地层损害风险降低；以及清理更好。在转移共混物被设计用于密封穿孔孔道(例如，清水处理)的实例中，多个穿孔簇之间的转移处理所需的转移材料的量可能低至几公斤。转移材料的进一步去除可以通过在井下条件下自身降解或通过引入特殊的化学试剂或通过井筒介入实现。
组合物由非桥接纤维和颗粒的共混物或载体流体中的颗粒和薄片的共混物制成。载体流体可以是水：淡水、采出水、海水。载体流体的其他非限制性实例包括：可水合凝胶(例如，瓜尔胶、多糖、黄原胶、羟乙基纤维素等)；交联的可水合凝胶；稠化酸(例如，基于凝胶的)；乳化酸(例如，油外相)、赋能流体(例如，基于n2或co2的泡沫)；以及油基流体，包括胶凝油、发泡油或以其他方式稠化的油。另外，载体流体可以是盐水，和/或可以包括盐水。载体流体可以包括盐酸、氢氟酸、氟化氢铵、甲酸、乙酸、乳酸、乙醇酸、马来酸，酒石酸、氨基磺酸、苹果酸、柠檬酸、甲基-氨基磺酸、氯乙酸、氨基-聚羧酸、3-羟基丙酸、聚氨基-聚羧酸和/或任何酸的盐。在某些实施方案中，载体流体包括聚氨基多羧酸，并且是羟乙基-乙二胺三乙酸三钠、羟乙基-乙二胺三乙酸的单铵盐、和/或羟乙基-乙二胺四醋酸的单钠盐。
颗粒或薄片可以体现为支撑剂。支撑剂选择涉及经济和实际考虑的许多妥协。此类支撑剂可以是天然的或合成的(包括但不限于玻璃珠、陶瓷珠、砂和铝土矿)、上涂料的或含有化学物质；可以顺序地或以不同尺寸或不同材料的混合物使用多于一种。支撑剂可以是涂布了树脂的(可固化的)或预固化的涂布了树脂的。在相同或不同的井或处理中的支撑剂和砾石可以是彼此相同的材料和/或相同的尺寸，术语支撑剂在本公开中旨在包括砾石。在一些实施方案中，可以使用不规则形状的颗粒。国际申请wo2009/088317公开了一种使用含有1％至100％的刚性、低弹性、低变形性细长颗粒的支撑剂浆料进行压裂的方法。美国专利申请2008/0000638公开了呈最大最小尺寸比大于约5的大致刚性的弹性板状颗粒形式的支撑剂，所述支撑剂是由耐腐蚀材料形成的或上面形成有耐腐蚀材料。上述每一个通过引用并入本文。
如前所述，颗粒或共混物可以含有由至少可降解材料和另一种材料制成的非均质颗粒。
可以使用的可降解材料的非限制性实例包括能够在降解时产生酸的某些聚合物材料。这些聚合物材料在本文中可以称为“聚合酸前体”。这些材料通常在室温下是固体。聚合酸前体材料包括在某些化学环境中在已知和可控的温度、时间和ph条件下水解或降解以释放可称为“单体有机酸”的有机酸分子的聚合物和低聚物。如本文所用，表述“单体有机酸”或“单体酸”也可以包括二聚酸或具有少量连接单体单元的酸，其与仅由一个单体单元组成的单体酸类似地起作用。
聚合物材料可以包括通过聚合羟基羧酸得到的聚酯，例如：乳酸的脂肪族聚酯，称为聚乳酸；乙醇酸，称为聚乙醇酸；3-羟基丁酸，称为聚羟基丁酸酯；2-羟基戊酸，称为多羟基戊酸酯；ε己内酯，称为聚ε己内酯或聚内酯；通过羟基氨基酸如丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的酯化反应获得的聚酯；以及通过上述单体的混合物获得的共聚物。上述均聚酯的一般结构是：
h-{o-[c(r1,r2)]x-[c(r3,r4)]y-c＝o}z-oh
其中，
r1、r2、r3、r4为h、直链烷基诸如ch3、ch2ch3(ch2)nch3、支链烷基、芳基、烷基芳基、官能烷基(带有羧酸基、氨基、羟基、硫醇基等)或官能芳基(带有羧酸基、氨基、羟基、硫醇基等)；
x是1到11之间的整数；
y是0到10之间的整数；以及
z是2到50,000之间的整数。
在适当的条件(ph、温度、水含量)中，如本文所述的聚酯可以水解和降解以产生羟基羧酸和与前述所称的“单体酸”相关的化合物。
如上所述的合适的聚合酸前体的一个实例是乳酸的聚合物，有时称为聚乳酸“pla”、聚乳酸酯或聚丙交酯。乳酸是手性分子，具有两种光学异构体。这两种光学异构体是d-乳酸和l-乳酸。聚(l-乳酸)和聚(d-乳酸)形式本质上通常是结晶的。将l-乳酸和d-乳酸的混合物聚合成聚(dl-乳酸)导致本质上更无定形的聚合物。本文所述的聚合物基本上是直链的。直链聚乳酸的聚合度可以从几个单位(2至10个单位)(低聚物)变化为几千个(例如2000至5000个)。也可以使用环状结构。这些环状结构的聚合度可以小于直链聚合物的聚合度。这些环状结构可以包括环状二聚体。
另一个实例是乙醇酸(羟基乙酸)的聚合物，也称为聚乙醇酸(“pga”)或聚乙交酯。适合作为聚合酸前体的其他材料都是乙醇酸与其本身或其他含羟基酸部分的那些聚合物，如美国专利号4,848,467、号4,957,165和号4,986,355中所述，这些专利通过引用的方式并入本文。
聚乳酸和聚乙醇酸各自可以用作均聚物，其可以含有少于约0.1重量％的其他共聚单体。如参考聚乳酸所使用的，“均聚物”是指包括d-乳酸、l-乳酸和/或混合物的聚合物或纯d-乳酸和纯l-乳酸的共聚物。此外，可以使用乳酸和乙醇酸的无规共聚物以及聚乳酸和聚乙醇酸的嵌段共聚物。也可以使用所述均聚物和/或上述共聚物的组合。
可用作聚合酸前体的羟基羧酸的聚酯的其它实例是羟基戊酸(多羟基戊酸酯)、羟基丁酸(聚羟基丁酸酯)的聚合物及其与其它羟基羧酸的共聚物。由内酯如ε-己内酯(聚己内酯)或羟基酸和内酯的共聚物的开环聚合得到的聚酯也可用作聚合酸前体。
通过酯化其他含羟基的含酸单体如羟基氨基酸获得的聚酯可用作聚合酸前体。天然存在的氨基酸是l-氨基酸。在20个最常见的氨基酸中，含有羟基的三个是l-丝氨酸、l-苏氨酸和l-酪氨酸。这些氨基酸可以在适当的温度下并使用合适的催化剂通过其醇和它们的羧酸基团的反应聚合以产生聚酯。d-氨基酸实际上较不常见，但它们的聚合物和共聚物也可用作聚合酸前体。
美国明尼苏达州明尼通卡的natureworks有限责任公司生产称为“丙交酯”的固体环状乳酸二聚体，并且由此以通用商品名natureworkstmpla生产具有不同分子量和结晶度的乳酸聚合物或聚乳酸。尽管可以使用任何聚丙交酯(由任何制造商通过任何方法制造)，但natureworks有限责任公司目前可获得的pla的数均分子量(mn)高达约100,000，重均分子量(mw)高达约200,000。natureworks有限责任公司可提供的那些通常具有约120℃至约170℃的结晶熔融温度，但可获得其它熔融温度。不同分子量的聚(d,l-丙交酯)也可从北京和台湾的bio-invigor购得。bio-invigor还提供聚乙醇酸(也称为聚乙交酯)以及乳酸和乙醇酸的各种共聚物，通常称为“聚乳糖”或聚(丙交酯-共-乙交酯)。
可以通过均聚物的制造方法和制备方法以及共聚物中丙交酯和乙交酯的比例和分布来控制结晶度。此外，所用乳酸的手性也影响聚合物的结晶度。聚乙交酯可以以多孔形式制成。一些聚合物在水解之前非常缓慢地溶解在水中。
非晶态聚合物在某些应用中可能是有用的。可商购获得的非晶态聚合物的一个实例是可作为natureworks4060dpla从natureworks有限责任公司购得的，其为聚(dl-乳酸)，并含有约12重量％的d-乳酸，并具有约98,000g/mol的数均分子量(mn)和约186,000g/mol的重均分子量(mw)。
可以使用的其他聚合物材料是通过聚羧酸衍生物如二羧酸衍生物与含多羟基化合物特别是含二羟基化合物的聚合而获得的聚酯。可以使用的聚羧酸衍生物是那些二羧酸如草酸、丙二酸(propanedioicacid)、丙二酸(malonicacid)、富马酸、马来酸、琥珀酸、戊二酸(glutaricacid)、戊二酸(pentanedioicacid)、己二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、天冬氨酸酸或谷氨酸；聚羧酸衍生物如柠檬酸、聚和低聚丙烯酸和甲基丙烯酸共聚物；二羧酸酐如马来酸酐、琥珀酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐；二羧酸卤化物，主要是二羧酸氯化物，如丙二酰氯、丙二酰氯、马来酰氯、马来酰氯、琥珀酰氯、戊二酰氯、己二酰氯、氯化苯酞。有用的含多羟基化合物是那些二羟基化合物，例如乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、氢醌、间苯二酚、双酚如双酚丙酮(双酚a)或双酚甲醛(双酚f)；多元醇如甘油。当使用二羧酸衍生物和二羟基化合物时，产生直链聚酯。应当理解，当使用一种类型的二羧酸，并且使用一种类型的二羟基化合物时，得到直链均聚酯。当使用多种类型的聚羧酸和/或含多羟基单体时，可以得到共聚酯。根据florystockmayer动力学，聚羧酸单体的“官能度”(每单体分子的酸基数)和含多羟基单体的“官能度”(每单体分子的羟基数)及其各自浓度将确定聚合物的构型(直链、支链、星形、轻微交联或完全交联)。所有这些构型都可以水解或“降解”为羧酸单体，因此可以被认为是聚合酸前体。作为一个具体的实例，不能全面考虑所有可能的聚酯结构，但只是为了提供一个可以遇到的最简单的情况的一般结构的指示，直链均聚酯的一般结构是：
h-{o-r1-o-c＝o–r2-c＝o}z-oh
其中，
r1和r2是直链烷基、支链烷基、芳基、烷基芳基；以及
z是2到50,000之间的整数。
合适的聚合酸前体的其他实例是衍生自邻苯二甲酸衍生物的聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等。
在适当的条件(ph、温度、水含量)中，如本文所述的聚酯可以“水解”和“降解”以产生聚羧酸和多羟基化合物，而不管原始聚酯是否由上述聚羧酸衍生物合成。聚合物降解过程产生的聚羧酸化合物也被认为是单体酸。
可以使用的聚合物材料的其它实例是通过磺酸衍生物与多羟基化合物如聚砜或磷酸衍生物与多羟基化合物如聚磷酸酯的聚合获得的那些。
这种固体聚合酸前体材料可能能够在井下不可逆地分解成基本酸性产物。如本文所述，术语“不可逆”将被理解为意味着固体聚合酸前体材料一旦在井下破裂，在井下不应重构，例如，材料应该在原位分解，但不应该在原位重构。术语“分解”是指固体聚合酸前体材料可经历的两种相对极端的水解降解情况，例如体积腐蚀和表面侵蚀，以及这两者之间的任何降解阶段。这种降解可能尤其是化学反应的结果。发生化学反应的速率可能尤其取决于化学品添加量、温度和时间等等。固体聚合酸前体材料的分解可以也可以不至少部分地取决于其结构。例如，主链中可水解和/或可氧化的键的存在通常产生将如本文所述分解的材料。此类聚合物分解的速率取决于以下因素，例如但不限于重复单元的类型、组成、序列、长度、分子几何形状、分子量、形态(例如，结晶度、球晶尺寸和取向)、亲水性、疏水性、表面积和添加剂。聚合物分解的方式也可能受到聚合物暴露的环境的影响，例如温度、水分、氧气、微生物、酶、ph等的存在。
可以使用的固体聚合酸前体材料的一些合适的实例包括但不限于advancesinpolymerscience第157卷的标题为“degradablealiphaticpolyesters”的出版物中所描述的那些，编辑人为a.c.albertsson，第1-138页。可以使用的聚酯的实例包括均聚物、无规聚酯、嵌段聚酯、接枝聚酯以及星形和超支化的脂族聚酯。
可以使用的另一类合适的固体聚合酸前体材料包括聚酰胺和聚酰亚胺。这样的聚合物可包括聚合物主链中的可水解基团，其可以在存在于水泥浆料和固定水泥基质中的条件下水解。这样的聚合物也可以产生可能被吸收到水泥基质中的副产物。钙盐是这种副产物的非限制性实例。合适的聚酰胺的非限制性实例包括蛋白质、聚氨基酸、尼龙和聚(己内酰胺)。可适用的另一类聚合物是可以含有可水解基团的聚合物，不在聚合物主链中，而是作为侧基。侧基的水解可产生水溶性聚合物和可能变成吸附到水泥组合物中的其它副产物。这种聚合物的非限制性实例包括聚乙酸乙烯酯，其在水解时形成水溶性聚乙烯醇和乙酸盐。
在多个实施方案中，组合物包含非均质颗粒；在这种构型中，可降解物可以与至少第二种材料配混。所述第二材料可以是例如稳定剂。在不希望受任何理论束缚的前提下，据信例如，聚酯聚合物含有在存在水分时在升高的温度下易于水解的酯键。水解反应导致在酯键处分子链断裂。随着聚合物链缩短，分子量降低，使得熔体粘度和特性粘度也下降。羧基端基的浓度也增加。水解反应速率在高于160℃(320°f)的温度下开始变得显著。然而，一些地下地层的温度高得多，使得它们几乎不可能被处理。
发明人已经确定将可降解材料与稳定剂配混能够处理这种地下地层。在多个实施方案中，稳定剂是碳二亚胺。这种碳二亚胺可以例如通过在存在碳二亚胺化催化剂(1.2)的情况下加热有机二异氰酸酯来获得。环状膦氧化物，如3-甲基-1-苯基-3-磷杂环戊烯-1-氧化物是合适的催化剂。
在多个实施方案中，稳定剂可以选自由单、聚(碳二亚胺)、低聚、芳族、脂族或环状碳二亚胺化合物组成的组。合适的稳定剂可以是n,n-二环己基碳二亚胺、n-乙基-n(3-二甲基氨基)丙基碳二亚胺及其盐酸盐。在多个实施方案中，稳定剂可以具有约300至约10000g/mol，或约100至5000g/mol或约3000g/mol的分子量。
颗粒或薄片可以体现为与化学试剂反应的材料。可以通过与其他试剂反应而除去的材料的一些实例是：碳酸盐，包括碳酸钙和碳酸镁和它们的混合物(对酸和螯合物有反应；酸溶性水泥(对酸有反应)；聚酯，包括乳酸羟基碳酸的酯及其共聚物(可用酸和碱水解)。
所描述的非均质颗粒可以包含85重量％至99.9重量％、或90重量％至95重量％的连续相(可降解材料)和0.1重量％至15重量％、或5重量％至10重量％的不连续相(稳定剂)。
含有稳定剂的非均质颗粒特别适用于高温井筒处理。在本发明的上下文中，高温包括约135℃(275℉)至250℃(482℉)或149℃(300℉)至约204℃(400℉)的温度。
在多个实施方案中，组合物包含非均质复合颗粒，其中可降解材料可与水解催化剂组合。
水解催化剂可以是轻烧的氧化镁。非均质颗粒，包括水解催化剂，即使在井下应用在某一时刻需要的低温下，也能够控制降解时间。实际上，工业中使用的常规可降解处理材料的井下温度为约80℃。当存在较低的温度时，目前的可降解材料如聚乳酸的降解速率在经济上不可用，因为颗粒需要长时间消失，从而使操作员能够恢复工作。已经使用了可降解材料与金属氧化物的组合；然而，如本申请的实施例中所展示的那样，常规金属氧化物在低温下不能实现足够高的降解速率。本发明人已经确定，在可降解材料与水解催化剂如轻烧的氧化镁之间存在协同效应。
通过煅烧获得三种基本类型或等级的“燃烧”氧化镁，其中在与暴露于极高温度范围之后残留的反应性程度相关的每个等级之间存在差异。原始或“母体”氢氧化镁颗粒通常是大而松散粘合的颗粒。暴露于热降解会导致该颗粒改变其结构，使得表面孔被缓慢地填充，同时颗粒边缘变得更圆。热蚀变极大地影响氧化镁的反应性，因为较少的表面积和孔可用于与其他化合物反应。值得注意的是，虽然煅烧过程影响mgo的表面积，但实际上也可以通过不同煅烧过程获得具有相似粒度但不同表面积的mgo。行业上可得到的级别如下：
●煅烧产生耐火级氧化镁时使用的死烧氧化镁温度范围为1500℃至2000℃之间，并且氧化镁称为“死烧”氧化镁。
●硬烧氧化镁：在1000℃至1500℃的温度范围内煅烧产生的第二种类型的氧化镁称为“硬烧”氧化镁。
●轻烧氧化镁/苛性氧化镁：第三级mgo是通过在700℃至1000℃，甚至在一些情况下500℃至700℃的温度范围内煅烧而产生并且被称为“轻烧”氧化镁、轻质氧化镁或“苛性”氧化镁。
在多个实施方案中，根据本公开的水解催化剂是表面积(bet)为约100至约210m2/g或100至160m2/g或100至140m2/g的轻烧氧化镁。应当注意到，具有高bet(即，高于160m2/g)的轻烧氧化镁在配混期间引起操作问题；其高活性可能导致开始降解。因此，当使用高bet氧化镁时，可能希望通过例如涂覆或将颗粒与稳定剂或延迟剂配混来钝化其催化活性。这种稳定剂可以是碳二亚胺。
所描述的非均质颗粒可以包含70重量％至99重量％、或80重量％至95重量％的连续相(可降解材料)和1重量％至30重量％、或5重量％至20重量％的不连续相(水解催化剂)。
含有水解催化剂的非均质颗粒特别适用于低温井筒处理。在本发明的上下文中，低温包括约21℃(70℉)至约93℃(200℉)或37℃(100℉)至约71℃(160℉)或约37℃(100℉)至约60℃(140℉)的温度。
在所有实施方案中，配混的非均质颗粒可以通过共挤出包含适量不连续相的聚乳酸树脂的混合物获得。将该混合物共挤出以形成配混材料。所述配混材料可以是珠粒、连杆、颗粒、薄片或纤维及其混合物。
颗粒或薄片可以体现为熔融材料。可在井下条件下熔融的可熔材料的实例为：碳原子数>30的烃类；聚己内酯；石蜡和蜡；羧酸如苯甲酸及其衍生物等。可以使用蜡颗粒。颗粒在注入流体的温度下是固体，并且该流体充分冷却地层，使得颗粒进入地层并保持固体。水性蜡通常用于木器涂料；工程木材处理；纸张和纸板转换；保护性建筑和工业涂料；纸张涂料；橡胶和塑料；油墨；纺织品；陶瓷等等。它们由以下公司制造，如：美国herculesincorporated,wilmington,del.，商品名为
颗粒或薄片可以体现为水溶性材料或烃溶性材料。可用于溶解在水中的材料清单包括水溶性聚合物、水溶性弹性体、碳酸、岩盐、胺、无机盐。可用于溶解在油中的材料清单包括油溶性聚合物、油溶性树脂、油溶性弹性体、聚乙烯、碳酸、胺、蜡。
颗粒和薄片尺寸被选择成使得最大颗粒或薄片的尺寸稍微小于套管中的穿孔的直径并且大于套管后面的空隙(穿孔孔道、裂缝或虫孔)的平均宽度。穿孔是指套管中存在的任何类型的孔。该孔可以是穿孔、喷射孔、割缝衬管的孔、端口或完井工具中的任何开口、套管流体出口点。根据另一个实施方案，共混物中的颗粒或薄片的尺寸被设计用于降低套管后面的狭窄空隙(穿孔孔道、裂缝或虫孔)中的柱塞的渗透性。一般来讲，所用的颗粒或薄片的平均粒度小于几厘米，优选小于2cm，更优选小于1cm。在一个实施方案中，一些颗粒或薄片的平均粒度为约0.04mm至约4.76mm(约325至约4美国目)，优选约0.10mm至约4.76mm(约140至约4美国目)，更优选约0.15mm至约3.36mm(约100至约6美国目)或约2mm至约12mm。
根据另一个实施方案，颗粒共混物或颗粒/薄片共混组合物含有具有不同颗粒/薄片尺寸分布的颗粒或薄片。在一个实施方案中，组合物包含具有确定的粒度分布的颗粒材料。在美国专利7,784,541中公开了实现的一个示例，其全部内容通过引用并入本文。
在某些实施方案中，第一量的颗粒的尺寸的选择如上所述取决于穿孔的特征：最大颗粒或薄片的尺寸稍微小于套管中穿孔的直径。在某些另外的实施方案中，第一量的颗粒的尺寸的选择取决于套管后面的空隙：颗粒的尺寸大于套管后面的空隙(穿孔孔道、裂缝或虫孔)的平均宽度。在某些另外的实施方案中，第一量的颗粒的尺寸的选择取决于穿孔的特征和套管后面的空隙：最大颗粒或薄片的尺寸稍微小于套管中穿孔的直径并且大于套管后面的空隙(穿孔孔道、裂缝或虫孔)的平均宽度。在某些另外的实施方案中，第一量的颗粒的尺寸的选择取决于作为流体损失剂的第一量的颗粒的期望流体损失特征的特征、地层中的孔的尺寸和/或包括第一量的颗粒的这一类型的颗粒的可商购尺寸。第一平均粒度为约100微米与2cm之间，或约100微米与1cm之间，或约400微米与1000微米之间，或约3000微米与10000微米之间，或约6mm与10mm之间，或约6mm与8mm之间。同样在一些实施方案中，相同的化学应用可用于第一平均粒度。同样在一些实施方案中，不同的化学应用可用于相同的第一平均粒度：例如在第一平均粒度中，一半的量是支撑剂，另一半的量是树脂涂层支撑剂。
在某些实施方案中，第二量的颗粒的尺寸的选择取决于作为流体损失剂的第二量的颗粒的期望流体损失特征的特征、地层中的孔的尺寸和/或包括第二量的颗粒的这一类型的颗粒的可商购尺寸。
在某些实施方案中，第二量的颗粒的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的颗粒的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。填充体积分数(packedvolumefraction/packingvolumefraction)(pvf)是固体含量体积与总体积含量的比例。在窄槽中最大化pvf所需的粒度分布可能不同于在连续系统中最大化pvf所需的粒度分布。因此，在某些实施方案中，第二量的颗粒的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的颗粒在2mm与2cm之间的狭窄空隙中的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。在某些实施方案中，第二量的颗粒的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的颗粒在宽度小于20mm的裂缝或狭槽中的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。第二平均粒度比第一量的颗粒小约二倍至十倍之间有助于使混合物或置于空隙中的混合物的pvf最大化以堵塞或将混合物置于宽度小于20mm的裂缝或狭槽中，但尺寸小约三倍至二十倍之间，并且在某些实施方案中，小约三倍至十五倍之间，并且在某些实施方案中，小约三倍至十倍之间会为大多数可储存组合物提供足够的pvf。此外，第二量的颗粒的尺寸的选择取决于包括第二量的颗粒的这一类型的颗粒的组成和商业可用性。在某些实施方案中，颗粒组合起来具有高于0.74或0.75或高于0.80的pvf。在某些另外的实施方案中，颗粒可以具有接近0.95的高得多的pvf。在多个实施方案中，所有不同的粒度都是含有轻烧mgo的配混聚合物。在多个实施方案中，仅一个尺寸是配混聚合物而其它尺寸是规则聚合物。在多个实施方案中，仅最大的颗粒是配混聚合物。
在某些实施方案中，第二量的薄片的尺寸的选择取决于作为流体损失剂的第二量的薄片的期望流体损失特征的特征、地层中的孔的尺寸和/或包括第二量的薄片的这一类型的薄片的可商购尺寸。薄片尺寸在第一量的颗粒尺寸的10％至100％的范围内，更优选地是第一量的颗粒尺寸的20％至80％。
在某些实施方案中，第二量的薄片的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的薄片的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。填充体积分数(packedvolumefraction/packingvolumefraction)(pvf)是固体含量体积与总体积含量的分数。在某些实施方案中，第二量的薄片的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的薄片在3mm与2cm之间的狭窄空隙中的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。在某些实施方案中，第二量的薄片的尺寸的选择取决于第一量的颗粒和第二量的薄片在宽度小于20mm的裂缝或狭槽中的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化或最优化。在某些实施方案中，pvf可能不一定是选择薄片尺寸的标准。
在某些另外的实施方案中，第二量的颗粒/薄片的尺寸的选择取决于套管后面的空隙的特征以及第一量的颗粒和第二量的颗粒/薄片如上所述的混合物的填充体积分数(pvf)的最大化。同样在一些实施方案中，相同的化学应用可用于第二平均颗粒/薄片尺寸。同样在一些实施方案中，不同的化学应用可用于相同的第二平均粒度：例如在第二平均粒度中，一半的量是pla，另一半的量是pga。
在某些另外的实施方案中，组合物还包括具有小于第二平均颗粒/薄片尺寸的第三平均粒度的第三量的颗粒/薄片。在某些另外的实施方案中，组合物可以具有第四或第五量的颗粒/薄片。同样在一些实施方案中，相同的化学应用可用于第三、第四或第五平均颗粒/薄片尺寸。同样在一些实施方案中，不同的化学应用可用于相同的第三平均粒度：例如在第三平均粒度中，一半的量是pla，另一半的量是pga。为了增强组合物的pvf，通常不需要超过三个或四个粒度。然而，由于其他原因可能会添加另外的颗粒，这些其他原因例如另外的颗粒的化学组合物、将某些材料制成相同颗粒相对于制成分离颗粒的容易程度、具有某些性质的颗粒的商业可用性以及本领域应当理解的其他原因。
在某些另外的实施方案中，组合物还包括增粘剂。增粘剂可以是任何交联的聚合物。聚合物增粘剂可以是金属交联聚合物。适用于制备金属交联聚合物增粘剂的聚合物包括例如：多糖如取代的半乳甘露聚糖；如瓜尔胶；高分子量多糖，由甘露糖和半乳糖组成；或瓜尔胶衍生物如羟丙基瓜尔胶(hpg)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(cmhpg)和羧甲基瓜尔胶(cmg)；疏水改性瓜尔胶；含瓜尔胶化合物；以及合成聚合物。通常使用基于硼、钛、锆或铝复合物的交联剂来增加聚合物的有效分子量并使其更适合用于高温井。
作为增粘剂有效的其它合适类型的聚合物包括聚乙烯聚合物、聚甲基丙烯酰胺、纤维素醚、木质素磺酸盐及其铵、碱金属和碱土金属盐。其他典型的水溶性聚合物的更具体示例是丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酰胺共聚物、聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、部分水解的聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚环氧烷烃、其他半乳甘露聚糖、通过淀粉衍生糖发酵获得的杂多糖和它们的铵和碱金属盐。
纤维素衍生物在有或没有交联剂的情况下的使用范围较小，如羟乙基纤维素(hec)或羟丙基纤维素(hpc)、羧甲基羟乙基纤维素(cmhec)和羧甲基纤维素(cmc)。黄原胶、二萜和硬葡聚糖、三种生物聚合物已被证明具有优异的颗粒悬浮能力，即使它们比瓜尔胶衍生物更昂贵，因此使用较少，除非它们可以以较低的浓度使用。
在其它实施方案中，增粘剂由可交联的可水合聚合物和延迟交联剂制成，其中交联剂包含一种复合物，该复合物包含金属和选自由氨基酸、膦酸和盐或其衍生物组成的组的第一配体。交联聚合物也可以由包含侧离子部分的聚合物、包含带相反电荷的部分的表面活性剂、粘土稳定剂、硼酸盐源和金属交联剂制成。所述实施方案分别在美国专利公开us2008-0280790和us2008-0280788中描述，其各自通过引用并入本文。
增粘剂可以是粘弹性表面活性剂(ves)。ves可以选自由阳离子、阴离子、两性离子、两性、非离子和它们的组合组成的组。一些非限制性示例是在美国专利6,435,277(qu等人)和6,703,352(dahayanake等人)中引用的那些，其各自通过引用并入本文。粘弹性表面活性剂，当单独使用或组合使用时，能够形成在水性环境中形成结构的胶束，胶束有助于增加流体的粘度(也称为“增粘胶束”)。这些流体通常通过以适于实现期望粘度的适当量的ves进行混合来制备。ves流体的粘度可归因于由流体中的组分形成的三维结构。当粘弹性液体中表面活性剂的浓度显著超过临界浓度时，并且在大多数情况下在存在电解质时，表面活性剂分子聚集成诸如胶束的物质，其可以相互作用以形成表现出粘性和弹性行为的网络。
通常，特别合适的两性离子表面活性剂具有下式：
rconh-(ch2)a(ch2ch2o)m(ch2)b-n+(ch3)2-(ch2)a’(ch2ch2o)m’(ch2)b’coo-
其中r是含有约11至约23个碳原子的烷基，其可以是支链或直链的并且可以是饱和或不饱和的；a、b、a'和b'各自为0至10，并且m和m'各自为0至13；如果m不为0，则a和b各自为1或2，并且如果m为0，则(a+b)为2至10；当m'不为0时，a'和b'各自为1或2并且如果m为0，则(a'+b')为1至5；(m+m')为0至14；并且ch2ch2o也可以是och2ch2。在一些实施方案中，使用甜菜碱家族的两性离子表面活性剂。
示例性阳离子粘弹性表面活性剂包括美国专利号5,979,557和号6,435,277中所公开的胺盐季胺盐，这两个美国专利通过引用的方式并入本文。合适的阳离子粘弹性表面活性剂的实例包括具有以下结构的阳离子表面活性剂：
r1n+(r2)(r3)(r4)x-
其中r1具有约14至约26个碳原子，并且可以是支链或直链的、芳族的、饱和或不饱和的，并且可以含有羰基、酰胺、反酰胺、酰亚胺、脲或胺；r2、r3和r4各自独立地为氢或c1至约c6脂族基，其可以是相同或不同的、支链或直链的、饱和或不饱和的以及可用致使r2、r3和r4基团更具亲水性的基团取代的脂族基中的一个或多个；r2、r3和r4基团可以结合到包含氮原子的杂环5或6元环结构中；r2、r3和r4基团可以相同也可以不同；r1、r2、r3和/或r4可以含有一个或多个环氧乙烷和/或环氧丙烷单元；并x-是阴离子。这些化合物的混合物也是合适的。作为另一个实例，r1为约18至约22个碳原子，并且可以含有羰基、酰胺或胺，并且r2、r3和r4彼此相同并含有1至约3个碳原子。
两性粘弹性表面活性剂也是合适的。示例性两性粘弹性表面活性剂体系包括美国专利号6,703,352中描述的那些，例如胺氧化物。其他示例性两性粘弹性表面活性剂体系包括美国专利号6,239,183、号6,506,710、号7,060,661、号7,303,018和号7,510,009中所描述的那些，酰氨基胺氧化物。这些参考文献全文并入本文。两性离子表面活性剂和两性表面活性剂的混合物是合适的。一个实例是约13％异丙醇、约5％1-丁醇、约15％乙二醇单丁醚、约4％氯化钠、约30％水、约30％烷基酰胺甜菜碱和约2％椰油酰胺丙基胺氧化物的混合物。
粘弹性表面活性剂系统也可以基于任何合适的阴离子表面活性剂。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是烷基肌氨酸盐。烷基肌氨酸盐通常可以具有任何数目的碳原子。烷基肌氨酸盐可具有约12至约24个碳原子。烷基肌氨酸盐可具有约14至约18个碳原子。碳原子数的具体实例包括12、14、16、18、20、22和24个碳原子。阴离子表面活性剂由以下化学式表示：
r1con(r2)ch2x
其中r1是具有约12至约24个碳原子的疏水链，r2是氢、甲基、乙基、丙基或丁基，并且x是羧基或磺酰基。疏水链可以是烷基、烯基、烷基芳基烷基或烷氧基烷基。疏水链的具体实例包括十四烷基、十六烷基、十八烷基、十八烷基和二十二烷酸基。
所公开的组合物包括纤维。纤维可以是直的、弯曲的、弯曲的或起伏的。其他非限制性形状可以包括中空的、大致球形的、矩形的、多边形的等。纤维或细长的颗粒可以以束形式使用。纤维可以具有小于约1mm至约30mm或更大的长度。
在多个实施方案中，纤维可以具有12mm或更小的长度，直径或横截面尺寸为约200微米或更小，通常为约10微米至约200微米。对于细长材料，材料可以具有大于5至1的三维中的任何两个之间的比率。在某些实施方案中，纤维或细长材料可以具有大于1mm的长度，其中约1mm至约30mm、约2mm至约25mm、约3mm至约20mm是典型的。在某些应用中，纤维或细长材料可以具有约1mm至约10mm(例如，6mm)的长度。纤维或细长材料可以具有约5至100微米的直径或横截面尺寸和/或约0.1至约20的旦尼尔数，更特别是约0.15至约6的旦尼尔数。
在一些实施方案中，纤维以有效抑制支撑剂沉降的量分散在载体流体中。在一些实施方案中，例如，可以在静态支撑剂沉降试验中，证明这种沉降抑制作用在25℃下持续90分钟。在一些实施方案中，支撑剂沉降试验包括将流体放置在诸如量筒的容器中，并记录流体中的分散的支撑剂的上层。在保持沉降条件的同时，以周期性时间间隔记录分散的支撑剂的上层。支撑剂沉降分数计算如下：
如果含有支撑剂和纤维的流体的支撑剂沉降分数具有比无纤维且仅具有支撑剂的相同流体更低的支撑剂沉降分数，则纤维抑制支撑剂沉降。在一些实施方案中，90分钟后静态支撑剂沉降测试中处理流体的支撑剂沉降分数小于50％，例如小于40％。
在一些实施方案中，纤维以不足以引起桥接的量(例如，如小狭槽测试中所确定)分散在载体流体中，该小槽测试包括使包含载体流体和纤维而无支撑剂的处理流体在25℃下在等于15cm/s的流速下或在等于10cm/s的流速下通过图1a和图1b所示的桥接设备，该桥接设备包括15-16mm宽且65mm长的1.0–2.0mm狭槽。
在一些实施方案中，纤维以有效抑制支撑剂沉降的量以及不足以引起桥接的量分散在载体流体中，其中沉降和桥接是通过比较窄裂缝流动测试中的支撑剂积累来确定，该窄裂缝流动测试包括相对于仅含有载体流体和支撑剂而无纤维的流体，将处理流体在25℃下在30cm/s的流速下，或在15cm/s的流速下，在60秒内泵送通过测为长3m高0.5m的1-2mm狭槽。在窄裂缝流动测试中，狭槽可由具有透明窗口的流动池形成，以观察支撑剂在池底的沉降。如果使用支撑剂和纤维进行的流体测试比同样的流体和支撑剂混合物而无纤维在相同的测试条件下进行的流体测试产生显著较少的支撑剂沉降，则支撑剂沉降受到抑制。在窄裂缝流动测试中同样观察到桥接，因为表现出流体流动减少的区域也导致支撑剂在流动池中的积聚。
在一些实施方案中，处理流体基于载体流体的总体积(10至100ppt(磅每千加仑)的载体流体)包含1.2至12g/l的纤维，例如基于载体流体总体积(小于40ppt)包含少于4.8g/l的纤维或基于载体流体的总体积(10或20至40ppt)包含1.2或2.4至4.8g/l的纤维。
在一些实施方案中，纤维是卷曲短纤维。在一些实施方案中，卷曲纤维的长度为1至10个卷曲/cm，卷曲角为45至160度，纤维的平均延伸长度为4至15mm，和/或平均直径为8至40微米，或8至12微米，或8至10微米，或它们的组合。在一些实施方案中，纤维包含等于或小于5个卷曲/cm纤维长度的低卷曲，例如1-5个卷曲/cm。
取决于处理流体将遇到的温度，特别是在井下条件下，纤维可以根据其在设想温度下的抗性或降解性来选择。在本公开中，术语“低温纤维”、“中温纤维”和“高温纤维”可用于指示纤维可用于延迟降解的温度，例如通过在井下条件下进行的水解。
在一些实施方案中，纤维包含聚酯。在一些实施方案中，聚酯在小于约93℃的低温下进行水解，如通过在1l去离子水中缓慢加热10g纤维而确定的，直到水的ph小于3，并且在一些实施方案中，聚酯在约93℃与149℃之间的中等温度下进行水解，如通过在1l去离子水中缓慢加热10g纤维而确定的，直到水的ph小于3，并且在一些实施方案中，聚酯在高于149℃的高温下进行水解，例如在约149.5℃与204℃之间。在一些实施方案中，聚酯选自由聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸和乙醇酸的共聚物及其组合组成的组。
在一些实施方案中，纤维选自由聚乳酸(pla)、聚乙醇酸(pga)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酯、聚酰胺、聚己内酰胺和聚内酯、聚(丁烯)琥珀酸酯、聚二恶烷酮、尼龙、玻璃、陶瓷、碳(包括碳基化合物)、金属元素、金属合金、羊毛、玄武岩、丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯、异倍体树脂、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚氢醌-二咪唑并吡啶、聚(对亚苯基-2,6-苯并双恶唑)、人造纤维、棉、纤维素等天然纤维、橡胶及其组合组成的组。
可以使用任何类型的pla。在多个实施方案中，当使用pla时，所述pla可以是聚-d乳酸、聚-l乳酸或聚-d,l乳酸或立体络合物聚乳酸(sc-pla)及其混合物。在多个实施方案中，pla的分子量(mw)为约750g/mol至约5,000,000g/mol、或5000g/mol至1000000g/mol、或10,000g/mol至500,000g/mol、或30,000g/mol至500000g/mol。这些聚合物的多分散度可在1.5至5之间。
可以使用的pla的固有粘度，如在六氟-2-丙醇中，在30℃下以0.1％聚合物浓度测量的，可以为约1.0dl/g至约2.6dl/g，或者为1.3dl/g至2.3dl/g。
在多个实施方案中，pla可以具有高于约20℃，或高于25℃，或高于30℃，或35℃至55℃的玻璃化转变温度(tg)。在多个实施方案中，pla可以具有低于约140℃，或约160℃，或约180℃或约220℃至约230℃的熔融温度(tm)。
在一些实施方案中，纤维含有硅氧烷。在不希望受任何理论束缚的前提下，据信，含有0.1至20重量％或0.1至5％的硅氧烷的纤维表现出较高的分散性，同时也具有较高的非桥接能力。
在多个实施方案中，包含聚酯和硅氧烷的纤维可为具有壳和芯的双重组分的形式。在该构型中，至少壳或芯含有聚酯，并且该组分中的一者或两者都含有0.1至20重量％的硅氧烷。根据这些条件，这两个组分可能具有不同的降解速率。
硅氧烷可以以0.1至20重量％、或0.1至5重量％、或0.1至3重量％、或0.5至3重量％存在于纤维中。在本文的上下文中，含有硅氧烷的纤维应被理解为聚合物纤维，例如含有硅氧烷分散相的聚酯。这种类型的纤维可以是例如通过混合熔融硅氧烷和熔融聚合物然后挤出混合物而获得，使得硅氧烷的重新分配可以是相对均质的。在多个实施方案中，纤维可以是通过从含有硅氧烷和pla的热塑性材料的颗粒挤出而获得的。
在本文的上下文中，硅氧烷可以被广泛地理解。本公开中使用的硅氧烷在室温(25℃)下是固体。如前所述，聚合物部分和硅氧烷部分通常可在熔融之前在室温下作为固体混合，使得可以在整个聚合物纤维中获得均质的分布。在多个实施方案中，硅氧烷是从硅酸盐例如二氧化硅或煅制氧化硅获得的；当使用煅制氧化硅时，其比表面积(bet)高于约30m2/g，或高于50m2/g。在多个实施方案中，所用的硅氧烷由含有硅氧烷和有机自由基的聚合物制备。
硅氧烷聚合物可以是环状聚硅氧烷、直链聚硅氧烷、支链聚硅氧烷、交联聚硅氧烷及其混合物。
可以使用的直链聚硅氧烷是下式的那些：
其中r可以是c1-c10烃基或烷基、芳基等。
在多个实施方案中，可以使用下式的环状聚硅氧烷：
其中r可以是c1-c10烃基或烷基、芳基等。
n可以是至少4、5或6的整数。
在多个实施方案中，可以使用下式的支链聚硅氧烷：
其中r可以是c1-c10烃基或烷基、芳基等。
n可以相同也可以不同，数量可以在10到10,000之间。
在多个实施方案中，可以使用下式的交联聚硅氧烷：
其中r可以是c1-c10烃基或烷基、芳基等。
在实施方案中，所用的硅氧烷是直链硅氧烷。在实施方案中，这种直链硅氧烷的分子量(mw)为至少约100,000g/mol、或至少150,000g/mol、或至少200,000g/mol并且至多约900,000g/mol、或至多700,000g/mol、或至多650,000g/mol、或至多600,000g/mol。在多个实施方案中，所用的高分子量的、非交联的直链硅氧烷聚合物可以在25℃下具有0.76与1.07g/cm3之间、或0.9至1.07g/cm3、或0.95至1.07g/cm3的密度。
含有硅氧烷的纤维提供更好的颗粒输送和减少的沉降，其中水需求减少(颗粒负载更高)、颗粒需求减少(颗粒放置更好)并且功率要求降低(流体粘度降低并且压降减小)。纤维可以增加低粘度流体中的颗粒运输。纤维在放置在地层中之后可能是可降解的。纤维也可以是非均质的，例如由可降解材料和稳定剂的复合材料或者可降解材料和水解催化剂或两者制成。
纤维能够使转移颗粒保持分散，由此使得颗粒以均质的浓度到达井下目标区域，这在没有纤维的情况下是非常困难的，特别是在高负荷下，例如约20lbs/1000gal。在颗粒加入流中之前，在加入颗粒期间或在颗粒之后的冲洗中，纤维可以加入间隔物中。间隔剂、丸剂和冲洗液可由诸如瓜尔胶之类的稠化剂的直链凝胶制成。
在这种类型的直链凝胶中，纤维倾向于在孔口和井下特征(例如，裂缝)上桥接。具体地讲，在具有非常窄的裂缝的地层上观察到这种趋势，其中纤维倾向于在断裂壁上桥接。这有可能对转移处理的目标和/或质量产生不利影响。如果纤维的位于转移颗粒的部分桥接在获得流体的裂缝上，则转移制剂(包括颗粒)的剩余部分将被转移到井筒中的另一区域。在某些情况下，所述另一个区域甚至可能是预期受到进一步刺激的区域。转移颗粒随后会过早堵塞该区域并防止流体进一步刺激该区域。
可能遇到的另一个问题是当纤维的位于转移颗粒后面的部分桥接在开口裂缝上时。实际上，这也将具有将进一步的流体重新导向到与目标区域不同的另一位置的效果。
此外，本公开描述了用于确定有效颗粒浓度的有效方式，然而，难以确定堵塞井下特征所需的纤维量。实际上，纤维桥接尤其涉及纤维负载、流体流变学、流体速率、具有异质性的孔径以及具有异质性的壁的粗糙度以跨接和堵塞。如果有可能的话，这些因素在实践中是难以确定的。因此，非桥接纤维能够实现不适当的颗粒运输，同时避免桥接所带来的风险。
在一些实施方案中，载体流体可以任选地进一步包含另外的添加剂，包括但不限于酸、流体损失控制添加剂、气体、阻蚀剂、阻垢剂、催化剂、粘土控制剂、杀生物剂、减摩剂、它们的组合等。例如，在一些实施方案中，可能希望使用诸如空气、氮气或二氧化碳的气体来发泡组合物。
配混材料可以进一步包括增塑剂、成核剂、阻燃剂、抗氧化剂或干燥剂。
组合物可以用于进行各种地下处理，包括但不限于钻井作业、压裂处理、转移处理、区域隔离和完井操作(例如，砾石填充)。在一些实施方案中，组合物可用于处理地下地层的一部分。在某些实施方案中，可以将组合物作为处理流体引入穿透地下地层的井筒中。例如，可以允许处理流体与地下地层接触一段时间。在一些实施方案中，可以使处理流体接触烃类、地层流体和/或随后注入的处理流体。经过选定的时间，处理流体可以通过井筒回收。
组合物的井场和井下输送方法与现有的颗粒转移材料相同。通常，此类颗粒材料被引入泵送流体中，然后以高的泵送速率移入穿孔中。注入设备列表可以包括各种干燥添加剂系统、流入式混合器等。在一个实施方案中，颗粒的共混物可能被批次错过，然后以模糊形式引入处理流体中。也可以使用简单的流入式注入设备。在一个实施方案中，组合物可以在泥浆泵中或在包括泥浆泵和穿孔枪的工具中在井下输送，如通过引用并入本文的美国专利申请2008/0196896中所述。可以设想组合物的其他输送方式，例如使用绳索工具、钻柱、钢丝绳、连续油管或微弹簧圈、测井下井仪或引入到井下且能够在定义位置输送组合物的任何类型的其他装置。微弹簧圈或微孔管式油管钻机(mctr)是能够在0至5000英尺的真正垂直深度范围内包括钻井表面和套管表面、中间以及生产和轴衬孔执行整个“基层”操作的工具。
一旦转移处理所需的转移共混物的体积相对较低，则共混物中的颗粒在通过井筒泵送期间存在分离的风险。由于形成比预期具有更高渗透率的柱塞，可能导致较差的转移处理。为了避免这种情况，可以在处理流体中引入具有低浓度转移共混物的长段塞，以最大限度地减少主要泵送共混物中颗粒分离的风险。在另一个实施方案中，为了避免这种情况，转移共混物可在长段塞以低浓度泵送，这将使得转移阶段的体积与井筒的体积相当。例如，对于井筒体积为200bbl(32m3)的井来说，最大限度地减少颗粒分离的风险的转移阶段的体积范围可为20-100bbl(3.2-16m3)。对于5-25kg的转移材料来说，其对应于0.3-8kg/m3的浓度范围。
通过使颗粒积聚在套管后面的空隙空间中而发生所提议转移共混物的柱塞的形成。此类空隙的实例可以穿孔孔道、水力裂缝或虫孔。柱塞形成包括两个步骤。在第一步骤中，转移共混物中的一些最大的颗粒堵塞在空隙中形成桥。在下一步骤中，其他颗粒在形成的桥处积聚，导致柱塞形成。
处理后，移除所形成的柱塞。可以应用几种方法来移除所形成的柱塞。如果组合物包含可降解材料，则会发生自降解。如果组合物包含与化学试剂反应的物质，则通过与其他试剂反应而除去这些物质。如果组合物包含熔融材料，则熔融可以导致柱塞的机械稳定性降低。如果组合物包含水溶性或烃溶性材料。可以通过将转移共混物的至少一种组分物理地溶解在周围流体中来除去柱塞。所提及的组分的溶解度可能与温度有很大的相关性。在这种情况下，密封区域的后处理温度恢复可能会触发密封剂的去除。可能发生组合物的至少一种组分的崩解。也可以通过将密封剂分解成较小的块而将其去除掉，从而除去柱塞。可能存在崩解的可能材料列表包括塑料如pla、聚酰胺和包含可降解塑料和不可降解细小固体的复合材料。值得一提的是，一些可降解材料在降解过程中通过了分解阶段。其实例是在完全降解之前变成脆性材料的pla。
为了便于更好地理解本发明，给出了下面的优选实施方案的实施例。下面的实施例决不应该被认为是对整个公开的范围的限制或定义。
实施例
在图1a和图1b中可以看出桥接筛测试设备。将被测试的流体以10-500ml/min的流速泵送穿过设备，持续至少1分钟(在该时间段结束时泵送的流体的总体积为500ml)。通过压力上升来指示狭槽(1-2mm)中的纤维塞的形成。在无支撑剂的情况下，使用图1a至图1b的测试设备进行桥接测试，除非另有说明。如果没有形成柱塞，则将流体记录对于桥形成是负的。
还采用窄裂缝流动测试设备进行更深入的分析。窄裂缝流动测试设备采用了长度为3m，高度为0.5m，宽度为2mm的平行玻璃窗格，用于以高达50l/min的流速可视化流体和支撑剂。窄裂缝流动测试以l-形、t-形和x-形狭槽取向运行。
实施例1：低粘度瓜尔胶流体中的纤维桥接。在该实施例中，制备了一种处理流体，该处理流体含有直链瓜尔胶流体、2.4g/l(20ppt)的瓜尔胶，4.8g/l(40ppt)的无颗粒纤维nf1、cf10和cf14。
纤维的特征如下：
●未卷曲：聚乳酸纤维，未卷曲，直径为13微米，长度为6mm。
●卷曲：聚乳酸，卷曲，直径为10微米，长度为6mm。
在表1中呈现桥筛选测试结果。
表1：筛选桥测试。
前述数据表明，卷曲纤维具有优于未卷曲纤维的非桥接能力。
实施例2：低粘度瓜尔胶流体中的纤维桥接。在该实施例中，使用了一种处理流体，该处理流体含有直链瓜尔胶流体、2.4g/l(20ppt)的瓜尔胶，4.8g/l(40ppt)的无颗粒纤维。将未改性的pla纤维与含有硅氧烷(ops)的纤维进行比较。
在表2中呈现得到1mm狭槽的桥筛选测试结果。
表2：筛选桥测试。
上述数据表明，硅氧烷改性纤维具有改进的非桥接性能。然后，可以观察到，也可以使用直径以进一步优化非桥接效率。
上述公开和描述是例示性和解释性的，并且本领域技术人员可以容易地理解，尺寸、形状和材料以及本文所述元件的所示构造或组合的细节的各种改变可以在不脱离本公开的精神的情况下进行。
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