含铁破胶剂化合物及它们的使用方法
【专利说明】含铁破胶剂化合物及它们的使用方法 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求2013年5月3日提交的美国临时专利申请No. 61/819314的权益，在 此通过引用全部引入。
技术领域
[0002] 本公开涉及破胶剂以及它们在压裂应用中的使用方法。
【背景技术】
[0003] 流体表现出熟知作为粘度的可测量性质，此术语可广泛定义为自身表现出流动阻 力的给定材料的内摩擦或分子引力。粘度在液体中通过标准测试程序测定并且通常在指定 温度下以泊或厘泊（cP)表示，尽管在石油技术中偶尔表示为给定的体积在一定温度下流 过指定孔所需的秒数。流体的粘度表明液体在给定温度下的一些行为模式，包括栗特性、流 动速率、润湿性能、以及使不溶微粒材料悬浮的趋势或能力。
[0004] 在大量的工业操作中，期望使用粘性含水溶液。例如，粘性含水溶液用于压裂钻孔 穿透的地下地层以增加石油流体即原油和天然气的产量。粘性含水溶液还用于通过流体驱 动过程从含油地下地层中的油的二次回收。
[0005] 经由通常确定为压裂方法的程序处理地下地层以增加该地层的可渗透性或传导 性是常见的实践。例如，水力压裂井筒通过地层的机械破坏以在周围地层中产生一个或多 个裂缝或"断裂"是常规的操作。事实上出于任意的目的，压裂可以在地下地层完成的井中 进行。对于压裂或其它促进程序的常见候选物是在含油和/或气的地层中完成的生产井。 但是，在二次或三次回收操作中使用的处理井和注射井，例如用于水或气体的注射，也可被 压裂以促进注射流体至这些地下地层中。
[0006] 通过向井筒中注射井处理流体并且对井处理流体施加足够的压力以造成地层破 裂并伴随产生一个或多个裂缝而完成水力压裂。井处理流体可包含诸如砂或其它颗粒材料 的悬浮支撑剂。支撑剂可沉积于裂缝中并且用于在压力释放后保持裂缝打开以及使井处理 流体流回表面。井处理流体必须具有足够高的粘度以保持支撑剂悬浮或至少减小支撑剂在 其沿着生成的裂缝流动时沉降的趋势。增粘剂，例如聚糖或聚丙烯酰胺，常用于凝胶化井处 理流体以提供保持支撑剂处于悬浮状态所需的高粘度。
[0007] 在高粘度井处理流体被栗入井筒中并且发生地层压裂以及支撑剂沉积以后，期望 从地层移除流体以允许从新的裂缝中产生烃类。通常，高粘度井处理流体的移除是通过"破 碎"凝胶而实现的，即，使井处理流体转变为低粘度流体。使凝胶化的井处理流体破碎通常 通过在井处理流体栗入地下地层前向井处理流体中添加作为降粘剂的"破胶剂"而实现。
[0008] 在油田应用中常常向井处理流体中添加含有丙烯酰胺的聚合物以减小流体的摩 擦或改变其流变性质。这样的聚合物可以在流体或地层中保持一段延长的时间。聚合物残 留可堵塞岩石的一些渗透性，阻止回收井处理流体中所用的水，或减小可支持井中细菌生 长的氮源的可获得性。为了有助于任务完成后的这些聚合物的移除，可以应用包括基于氧 化剂的破胶剂例如过硫酸盐的处理剂。破胶剂可以以这种方式使用以生成具有较为温和的 环境特性的较小的聚合片段。
【发明内容】
[0009] 本发明公开了一种压裂被井筒穿透的地下地层的方法，该方法包含以足够压裂地 下地层的压力和流速向井筒中注射井处理流体的步骤，其中井处理流体包含水、至少一种 含丙烯酰胺的聚合物以及一种含铁的破胶剂化合物。还提供了一种压裂被井筒穿透的地下 地层的方法，该方法包含以下步骤：（i)以足以压裂地下地层的压力和流速向井筒中注射 包含至少一种含有丙烯酰胺聚合物的第一井处理流体；以及（ii)向井筒中注射包含含铁 破胶剂化合物的第二井处理流体。
[0010] 本发明还公开了包括水、含铁破胶剂化合物以及至少一种含有丙烯酰胺的聚合物 的井处理流体。
[0011] 还提供了减小井处理流体粘度的方法，每种方法均包括向井处理流体添加含铁破 胶剂化合物，其中井处理流体包含水和至少一种含有丙烯酰胺的聚合物。
【附图说明】
[0012] 图1是用示例性和可商业获得的破胶剂对井处理流体破胶后的粘度（cP)图。
[0013] 图2为表示在用示例性和可商业获得的破胶剂对井处理流体破胶后生成的聚合 物片段的分子量的图。 发明详述
[0014] 本发明公开的是包含含铁破胶剂化合物的破胶剂、包含含铁破胶剂的井处理流体 以及它们的使用方法。特别地，示例性的含铁破胶剂可以用于减小所用井处理流体的粘度， 例如在压裂地下地层的方法中。示例性的含铁破胶剂可用于含水流体中，包括井处理流体， 以减小包含在流体中的丙烯酰胺基聚合物的分子量。示例性破胶剂和方法可以有利地用于 帮助分解丙烯酰胺基聚合物至较小的片段。该方法可容易地结合到现有的加工设备中并且 可提供经济和环境的益处。 破胶剂
[0015] 如本文所用的，术语"破胶剂"指的是减小井处理流体粘度的任意化合物或化合物 的混合物。在示例性实施例中，破胶剂包含含铁化合物即含铁破胶剂，即，诸如亚铁盐的亚 铁化合物或诸如铁盐的铁化合物。术语亚铁根据其习惯含义而使用，指的是二价铁化合物 (+2氧化态）。术语铁根据其习惯含义而使用，指的是三价铁化合物（+3氧化态）。
[0016] 在示例性实施例中，亚铁盐包含有机阴离子、无机阴离子或它们的混合物。在示例 性实施例中，亚铁盐为柠檬酸亚铁、氯化亚铁、溴化亚铁、氟化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁铵和 它们的组合。在示例性实施例中，含铁破胶剂包含硫酸亚铁。
[0017] 在示例性实施例中，铁盐包含有机阴离子、无机阴离子或它们的混合物。在示例性 实施例中，铁盐为柠檬酸铁、氯化铁、溴化铁、氟化铁、硫酸铁和它们的组合。在示例性实施 例中，含铁破胶剂包含柠檬酸铁。
[0018] 在示例性实施例中，可以使用含铁破胶剂或与现有技术中已知的其它破胶剂组合 使用，例如硫酸铵、过硫酸铵、酶、铜化合物、乙二醇、乙二醇醚和它们的组合。在示例性实施 例中，破胶剂包含柠檬酸亚铁与过硫酸铵的组合。在示例性实施例中，破胶剂包含硫酸亚铁 与过硫酸铵的组合。 含丙烯酰胺聚合物
[0019] 在示例性实施例中，含铁破胶剂可用于促进含丙烯酰胺聚合物的分解，例如含丙 烯酰胺聚合物分解为较小的片段。
[0020] 如本文所用的，术语"聚合物"、"聚合的"以及类似的术语以本领域技术人员所理 解的它们的通常含义使用，并且因此在本文可用于指代或描述包含重复单体的大分子（或 这些分子的组）。聚合物可以多种方式形成，包括聚合单体和/或对前体聚合物的一个或多 个重复单体进行化学改性。聚合物可以是通过例如聚合特定单体而形成的包含基本相同重 复单体的"均聚物"。聚合物还可以是通过例如共聚合两种或多种不同重复单体和/或化学 改性前体聚合物的一个或多个重复单体而形成的包含两个或更多个不同重复单体的"共聚 物"。本文所用的术语"三元聚合物"指的是包含三种不同重复单体的聚合物。任意前述聚 合物还可以是线性的、支化的或交联的。
[0021] 如本文所用的，术语"含丙烯酰胺聚合物"包括丙烯酰胺均聚物、共聚物和三元聚 合物，包含但并不限于：聚丙烯酰胺；聚丙烯酰胺衍生物；部分水解的聚丙烯酰胺；部分水 解的聚丙烯酰胺衍生物；甲基丙烯酰胺均聚物、共聚物和三元聚合物；二丙酮丙烯酰胺聚 合物；N-羟甲基丙烯酰胺聚合物；减摩擦丙烯酰胺聚合物；和它们的组合。在示例性实施 方案中，含丙烯酰胺聚合物进一步包含任意合适的单体，例如乙酸乙烯酯、N-乙烯甲酰胺、 N-乙稀乙酰胺、N-乙稀己内酰胺、N-乙稀咪唑、N-乙稀吡啶、2-丙稀酰胺-2-甲基丙横酸 (AMPS)、N-乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵或它们的组合。
[0022] 在示例性实施方案中，含丙烯酰胺聚合物是共聚物。在示例性实施方案中，含丙烯 酰胺共聚物包含约1至约99、约5至约95、约10至约90、约20至约80、约30至约70、约 40至约60重量百分比的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺衍生物。
[0023] 在示例性实施方案中，含丙烯酰胺聚合物可具有任意合适的分子量。在示例性实 施方案中，含丙烯酰胺聚合物具有约1，〇〇〇, 〇〇〇至约30, 000, 000道尔