专利名称：自转向泡沫系统的制作方法
背景技术：
本发明涉及地下油气井的增产处理。更具体地，本发明涉及通过酸化进行基岩增产和涉及酸压裂。更具体地，本发明涉及转向注入的酸以改善区域覆盖(zonal coverage)的新方法。
酸化是使酸性流体或反应性流体与被井筒(wellbore)穿透的地下地层(“基岩”)接触的方法。酸化流体接触并溶解井筒污染(wellbore damage)和/或部分基岩。如果该处理在压裂压力以上施用，注入的流体压裂岩石并且酸性流体的主要功能是产生酸蚀孔洞(wormhole)和/或差别化地蚀刻裂缝的相对面，，以致于当释放注入压力以闭合裂缝时，这些面不再相配，并且流路保持沿着裂缝面从裂缝端(fracture tip)流到井筒，使地层流体流入井筒用于生产。重要的是注入的流体应该到达全部目标区域，以使效益最大化。在基岩酸化或酸压裂中，因为酸与其首先接触的反应性地层岩石反应的自然倾向(因为该岩石距井筒最近或者该岩石是孔隙率最大的或者由于天然的裂缝或孔洞(vug)该岩石是最容易达到的)，难以实现效益最大化。基于岩石的不均匀性、酸与岩石的反应速率以及将新鲜的酸导入岩石的速率，酸反应可以相对均一，可以一个或多个形成延伸到岩石内的长酸蚀孔洞，或者可以形成许多延伸到岩石内的较小酸蚀孔洞的网络。所有这些对于本领域普通技术人员是公知的。获得酸和全部岩层区域(称作区域覆盖)的完全接触的尝试涉及从首先接触的区域将酸转向到新的区域。这是因为否则该酸将往往继续与其首先接触的岩石反应，特别是因为其将对于随后注入的酸形成择优的流路。当地层是由具有不同渗透率的岩层(strata)构成时，转向也是必须的。当存在渗透率差异时，最初注入的酸将往往首先进入渗透率最大的层，并且实际上进一步增大它们的渗透率，然后将继续进入这些层。转向将解决该问题。
区域覆盖可以通过施用机械方法(例如注入通过挠性油管，而部分目标地层用封隔器(packer)连续分开)或者通过在区域或部分区域处理后填充流体(例如凝胶或泡沫)或添加剂(例如盐)，这阻止流体流入处理区域并将酸或反应性流体从处理区域转向到新(仍未处理)区域。
泡沫流体已经显示出能够不仅仅通过它们的粘度而且通过在动态流动条件下的破坏和重新形成而阻塞地层。而且，泡沫中的气泡大小相对于孔尺寸越大，泡沫流体对地层的阻塞越有效。当存在分层时(不同渗透率的层)，如下实现转向通过在全部处理过程中，在较高渗透率区域中产生并保持稳定的泡沫。当存在代处理的长区域时，如下实现转向通过用酸处理部分区域，然后填充泡沫以阻塞随后注入的酸进入该部分区域，然后注入更多的酸。可以重复这些交替的步骤。结果是通过处理流体得到完全区域覆盖和通过酸得到有效的污染去除，甚至是从严重污染区域的去除。基于所用表面活性剂的类型和浓度以及泡沫质量，泡沫可产生不同水平的屈服应力。已知泡沫流体承载固体颗粒并增强流体的稳定性和粘稠流动性能。也已经认识到泡沫流体是最好的酸增产用转向流体之一。泡沫流体的其它优势是其固有地比非泡沫流体更清洁，即使它们含有聚合物也是如此，这是因为它们含有较小的流体以及它们有助于启动(kick off)回流以及净化，因为它们对系统提供能量以有助于克服阻力(例如静压头)，以回流。在枯竭产层中，它们是“赋能的”(energized)是特别重要的。
当注入的胶凝流体已经用聚合物(此外，其可以为交联的)或用粘弹性表面活性剂系统胶凝化的时候，胶凝流体用作转向剂。通过将它们放置到需要它们阻止流动的位置，这些流体以机械装置或者化学品(例如盐)相同的方式进行转向。
作为一项新技术，粘弹性表面活性剂系统已经显示出可以以新方式用于转向酸或反应性流体。此时，当适当配置(基于所用添加剂和表面活性剂的类型和性质)时，粘弹性表面活性剂流体最初是酸性和低粘度的，然后在该酸耗尽后该流体胶凝(粘度增加)并且pH增加，因此其临时降低接下来注入的流体进入增产后的区域的可注入性(injectivity)。这些材料(酸中的表面活性剂)有时称作“粘弹性转向酸系统(viscoelastic diverting acid system)”或“VDA系统”，并且可以用于压裂增产或酸化。我们将已经用粘弹性表面活性剂系统增粘的流体称为“凝胶”或“胶凝的”。因为当酸耗尽时它们胶凝，这些流体系统显示出自转向行为(self-diverting behavior)。通常在酸耗尽过程中粘度变化为5-300cP(在170s-1)，这取决于温度。因为，注入时它们是低粘度的，当它们进入并与其首先接触的反应性基岩反应，但是当它们反应后，它们胶凝并堵塞地层的该区域，迫使接下来注入的流体进入岩石基体的新区域。这足以赋予该材料自转向性。这使得随后注入的酸或反应性流体进一步增产其它油或气区域，或者增强在注水井或注气井中的清扫。在处理后，转向剂凝胶被回流流体(flowback fluid)或者通过内部的破胶剂(breaker)摧毁。
可以在难以接触全部目标基岩的任何场合应用这些技术。例如，在竖井或斜井中，目标地层会分层为具有不同渗透率(或与酸或反应性流体具有不同反应性)的层，或者目标地层可能如此致密(从顶部到底部)以致于由于一种或多种原因，难以在单一处理中与所有目标接触。转向技术也可以适用于水平井并且是有必要的，此时，地层可能不致密，但是油井穿透地层的距离会很长，所以非常难以将单一阶段中制备的酸注入以达到穿透地层的井筒的远端。
尽管已知许多用于酸转向的方法，如果它们是基于机械的，它们会需要昂贵和复杂的设备以及耗时的操作。如果它们是基于化学品的，它们可能不充分并且得到不完全的区域覆盖，通常需要许多添加剂、许多步骤和大量材料，以及它们会需要时间和另外的化学处理以除去。因此，需要简单、便宜、迅速、可逆的有效转向方法。
发明内容
本发明的实施方式涉及协同组合自转向粘弹性流体系统的性质和泡沫流体的性质的方法，以产生更有效和更有作用的酸化和增产处理(例如基岩酸化或酸压裂(也称作压裂酸化))用自转向系统。使用流体的转向方法(其中当酸耗尽时初始发泡的酸胶凝)协同产生增强的性质变化，以改善酸增产处理期间的自转向性。该方法增大了粘度变化期间粘度的增加，除粘度变化之外还导致屈服应力变化，增强了初始泡沫稳定性，改善了地层的清洁，增加了增产流体的回流，并且增强了具有不同渗透率的多个区域的增产流体覆盖。泡沫自转向粘弹性酸性流体系统称作粘弹性赋能的转向剂系统(viscoelastic energized diverter system)。
本发明的一个实施方式是用酸处理被井筒穿透的地层的方法，包括注入粘弹性赋能的转向剂系统和酸。任选地，这些步骤可以交替重复。通常，地层是碳酸岩，或者碳酸盐含量大于约10重量％的砂岩地层。酸可以是发泡的、胶凝的、乳化的或者缓速的，并且可以含有互溶剂。酸可以是氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物。任选地，该酸可以包括单氨基聚羧酸、多氨基聚羧酸、单氨基聚羧酸的盐、多氨基聚羧酸的盐、单氨基聚羧酸的酯、多氨基聚羧酸的酯、其混合物；或者其与选自以下的酸的混合物氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物。粘弹性赋能的转向剂系统是使用选自氮气、一氧化碳、二氧化碳、天然气或者这些气体中的一种或多种的混合物的气体发泡的，任选使用表面活性剂发泡剂；优选粘弹性赋能的转向剂系统用二氧化碳发泡。粘弹性赋能的转向剂系统含有具有下面结构的粘弹性表面活性剂 式中，R1是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，且具有约14至约26个碳原子，且可含有胺；R2为氢或具有1至约4个碳原子的烷基；R3为具有1至约5个碳原子的烃基；以及Y为吸电子基团。优选地，吸电子基团为季胺或氧化胺。更优选地，表面活性剂是具有下述结构的内铵盐(betaine) 式中R为烃基，其可以是支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的并且含有约14至约26个碳原子，并且可以含有胺；n＝约2至约4；且p＝1至约5，和这些化合物的混合物。最优选地，表面活性剂为内铵盐，式中R是C17H33或C21H41，且n＝3和p＝1。
另一实施方式是处理被井筒穿透的地下地层的方法，包括注入第一酸和注入粘弹性赋能的转向剂系统的步骤，该粘弹性赋能的转向剂系统包括粘弹性表面活性剂、第二酸和气体。所述气体可以沿油管(tubing)注入，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统可以相继泵入通过油管和套管之间的环状空间(annulus)。或者所述气体注入通过油管和套管之间的环状空间，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统沿油管相继泵入。油管可以是挠性管，其可以在处理期间移入井筒中。或者赋能气体和粘弹性转向剂以及酸可以一起沿油管注入或者一起注入油管和套管之间的环状空间。
图1显示了本发明的处理压力和注入的处理用处理流体体积的关系。
图2显示了处理压力和注入的处理用处理流体体积的关系，该处理流体带有不符合本发明的转向剂。
具体实施例方式
与发泡的或已经胶凝的材料相对(它们在放置时立即阻碍流动而转向)，酸系统(例如粘弹性转向剂系统)的自转向能力归因于酸增产过程中粘度的原位(in situ)增加，并且转向的效率和有效性取决于粘度变化的大小。此外，增加流体的屈服应力，例如增加泡沫的屈服应力已经显示出能够增加流体在多孔介质、在油管和在环状空间中的流动阻力。
我们已经发现一种转向方法，该方法不仅产生泡沫和粘弹性自转向系统的各种独特性质，而且产生了协同效果，协同效果改进了某些难以预测的优势结果。转向酸性或反应性基岩处理流体或压裂流体的方法使用赋能气体(energized gas)，以对含有粘弹性表面活性剂系统的酸性流体赋能和/或发泡，从而制备转向流体。我们将在本发明的实施方式中使用的流体称作“粘弹性赋能的转向剂系统(viscoelastic energized diverter system)”或“VED系统”。VED系统是发泡流体，其中连续相使水性的，并含有粘弹性表面活性剂和酸，并且当泡沫流体发泡时，水相的粘度类似于水或者接近水状的，但如果酸反应了，则粘度增加。
尽管我们在本说明书中使用了并将使用术语“泡沫”，应该理解在制备或使用“泡沫”的条件下，赋能流体不是必须为气体。例如，赋能流体可以是二氧化碳并且可以在其临界温度至上或者其临界压力或临界温度和临界压力至上，因此其可为气体、液体或超临界流体。[严格地说，当任何类型(例如固体、液体、超临界流体或气体)的颗粒分散在不同组成的连续或外相(或者状态)时，系统是分散体。泡沫一种分散体，其中气泡形式的相(内部、分散的或不连续相)的主要部分(体积)分散在液体、固体或凝胶中，并且气泡由它们之间的连续相的薄层(1amellae)而彼此分开。因此在这些系统中，如果气体是凝聚的或者超临界的，该流体将更适当地称作分散体，但是我们使用更常规的油田术语对该流体称作“泡沫”，对于分散相称作“气体”]。如果分散相是凝聚相(condensed phase)或者为当压力降低或者当温度增加时会膨胀的气体，称流体为“赋能的”，并且例如因此增加流动的驱动力。当流体含有约52％分散相(在这以下，气泡不能全部彼此接触)至约96体积％分散相(在这以上称作雾)时，流体通常称作泡沫。当其含有小于约52％分散相时，在油田领域中该流体可以称作“赋能的”；在油田领域中，赋能流体通常含有至少约10％的分散相。如同含有足够的“气体”从而具有分散相和连续相并因此具有显著增加的粘度和流动阻力的赋能流体一样，泡沫可以转向，但是即使不转向的流体仍然是有利的，这是因为它们可以增强回流和清洁。
用于VED系统的发泡剂优选是能够形成VDA流体系统的表面活性剂，其是当分散在酸性流体中保持低粘度，但是在酸耗尽过程中或之后产生粘弹性凝胶的表面活性剂。也就是说，所述表面活性剂通常用于形成VDA系统和泡沫。然而，在本发明的实施方式的范围内，为了获得发泡和VDA系统效果的最理想组合，使用表面活性剂的混合物。它们所有都可以是形成VDA系统的表面活性剂或者一种或多种仅是发泡剂(foam former)。可以将“发泡助剂”或“助表面活性剂”加入流体中，以增强泡沫的稳定性，特别是当在较高温度和较高盐度下的稳定性。这种泡沫稳定性助剂的实例为乙氧基化的表面活性剂和α-烯烃表面活性剂；这些材料对于本领域普通技术人员而言是公知的。(不限于理论，但是认为VED系统的稳定性高于流体中不使用VES系统而制备的类似泡沫的稳定性，这是因为构成连续外相的水性流体的粘度高)。使用表面活性剂混合物制备的流体的性质易于通过简单的实验室试验确定，以保证表面活性剂的组合提供所有所需流体性质和性能，并与目标用途相适应，而不带来任何不理想的性质或行为。
发泡VED流体系统的内相是气体、凝聚气体或超临界流体(在本文中将它们所有都称作气体)。优选的气体是氮气、一氧化碳、二氧化碳、天然气，或者这些气体中的一种或多种的混合物。二氧化碳是最优选的气体，特别是在低压井中。发泡VED流体系统的外相优选是适用于增产含油气储层的酸性流体。根据公知的原则，基于岩层及其污染物的类型、酸与流体其它组分和流体接触的其它材料的相容性、酸和酸与存在的其它材料的反应副产物的相容性，以及作业的其它方面(例如温度和注入速率)选择具体的酸。然而，酸的类型和浓度的选择还特别取决于VED系统形成泡沫的能力和当耗尽酸时进行适当粘度增加的能力。优选地，酸是氢氯酸。
流体中二氧化碳的百分体积(“量”)优选为约30-约90体积％气体(或超临界流体)。通常，泡沫量越大，转向效率越大。产生最佳转向性的最佳泡沫量取决于用作内相(赋能剂)的流体的类型、应用的温度和压力、VED系统的流速和增产酸的流速、以及岩层的孔隙率。即使该量低，仍然有来自赋能的流体的优势。事实上，赋能流体可以具有比泡沫流体低的粘度，导致增强的流体系统回流并因此增强处理后的清洁。这种增强的清洁导致处理后地层具有较高的保留渗透率，从而从含油气的处理地层中获得更大产量。
在制备粘弹性表面活性剂凝胶系统、VDA系统和VED系统中适用的表面活性剂的非限定实例可以见于美国专利6482866、6435277和美国专利申请2002/0023752，将所有这些在此引入作为参考，所有这些都转让给了本发明的受让人。这些材料(酸中的表面活性剂)称作“粘弹性转向酸系统(viscoelastic diverting acid system)”或“VDA系统”。它们也可以含有助表面活性剂、盐、低分子量醇、特别是甲醇和其它增强粘度和稳定性的添加剂，如上述参考文献中所述。另外，因为它们是将与井中的金属组分接触的酸，它们应该含有抗腐蚀剂；它们也可以含有其它适当油田流体添加剂，例如铁控制添加剂(iron controlling additive)、抗氧剂、防淤剂、高温抑制剂、防乳化剂、鳌合剂和防垢剂。应该检测添加剂的相容性和适用性，如下所述。尽管在注入时它们实际上是低粘度材料，而在酸耗尽时胶凝，注入时该材料通常称作凝胶。(如果不同地配制其它组分，特别是如果不包括强酸，相同的表面活性剂可以配置到在表面混合时初始为凝胶的流体中)。粘弹性表面活性剂凝胶系统(例如VDA系统)已被认为是酸增产(基岩酸化)用最佳转向流体之一和并认为能够在压裂增产时控制酸蚀孔洞化和蚀刻碳酸盐地层(酸压裂或压裂酸化)。
优选的表面活性剂具有下面的酰胺结构 式中，R1是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，且具有约14至约26个碳原子，且可含有胺；R2为氢或具有1至约4个碳原子的烷基；R3为具有1至约5个碳原子的烃基；以及Y为吸电子基团。优选的吸电子基团为季胺或氧化胺。更优选该表面活性剂为具有下面结构的内胺盐 式中，R是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，且具有约14至约26个碳原子，且可含有胺；n为约2至约14；以及p为1至约5，和这些化合物的混合物。最优选地，表面活性剂为内铵盐，其中R为C17H33或者C21H41，以及n＝3和P＝1，这些分别称作BET-O-30和BET-E-40。
已经发现非限定实例BET-O-30和BET-E-40两性离子表面活性剂特别适用于形成VDA系统。指定BET-O-30，这是因为当获自供应商(Rhodia，Inc.Cranbury，New Jersey，U.S.A.)时，由于它含有油酸酯基(包含C17H33端基(tailgroup))和含有约30％活性表面活性剂；其余的基本上为水、少量氯化钠和异丙醇，所以它被称为Mirataine BET-O-30。类似的物质，BET-E-40，也获自Rhodia以及含有芥酸酯基(erucic acid ester group)(包含C2iH41端基)和40％活性成分，以及其余的基本上也是水、少量氯化钠和异丙醇。以这种形式提供表面活性剂、以及醇和二元醇，以辅助在这些高浓度下表面活性剂在水中的溶剂化，以及将其保持为低温下的均相流体。在现场应用中，稀释后，原样的(as-received)物质的其它组分的量并不重要。BET表面活性剂和其它描述于美国专利6482866中。
泡沫自转向流体改善了在例如高度裂缝储层、渗透率差异高的多层储层、厚储层和倾斜或水平井穿透的储层中的转向/增产效率。增加转向效率使得可以使用较少量的转向流体。此外，自转向凝胶是外相，其分散在形成内相的气泡周围。因此由于系统具有泡沫结构，凝胶相的表面积急剧增加。这使得胶凝材料与生产的油气或者与溶剂(例如来自前置液的互溶剂或柴油)的接触更有效。通过与多种其它流体的接触来破坏胶束从而破坏VDA系统增强的粘度。水性流体通过稀释表面活性剂或者某些情况下通过改变水相的离子强度而破坏胶束。油气流体也通过破坏胶束结构来破坏胶束。例如但不限于互溶剂的材料(例如但不限于二醇类，例如乙二醇单丁醚)实际上可以注入，使得它们将接触VDA系统并在适当的时间破坏该系统。例如，可以在注入VDA系统之前注入互溶剂，以便在回流期间互溶剂会破坏VDA系统。胶束的破坏急剧降低了VDA系统的粘度，继而使得流体流入预先阻塞的区域并显著增强井筒清洁，特别是意味着对于井清洁仅仅需要低压，导致简化操作和降低清洁成本。而且，因为转向流体是泡沫，其比未发泡的流体稀薄，因此在清洁期间对静压头贡献小。较低的静压头和赋能都促进了清洁。
可以与VED系统互换的主要的酸处理剂(“酸性流体”)可以为通常用于基岩增产和酸压裂的多种油田酸之一，条件是它们与VED系统相容。这些酸包括常规的酸或胶凝的酸(gelled acid)、缓速酸(retarded acid)、延迟的酸(delayed acid)或乳化酸(emulsified acid)。它们通常必须包含抗腐蚀剂。胶凝的酸通常用聚合物(例如黄原胶、N，N-二(2-羟乙基)牛油脂肪胺乙酸酯、和丙烯酰胺聚合物以及共聚物)胶凝。乳化酸通常在油包水乳液的内部水相中，其中油通常为柴油和/或煤油，以及乳化剂可以为妥尔油酸二乙醇酰胺或椰油烷基胺和乙酸酯等等。酸也可以为通过包胶、通过化学反应、通过使用酸前体、通过使用随时间和/或温度变化的缓冲剂而延迟或阻化的。所有这些方法是本领域公知的。这些酸性流体的典型具体的酸组分包括氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、以及它们的混合物。选择酸性流体使得与地层岩石基体的反应速率和程度适当。最通用的酸浓度例如对于氢氯酸为5％、15％、20％和28％。
也可以使用其它基体岩石溶解材料，并为了本发明的目的称作“酸性流体”或“酸”。这些材料为例如鳌合剂，例如氨基羧酸、聚羧酸、聚氨基羧酸和多氨基聚羧酸、酯或盐。这些通常与无机酸(例如氢氯酸)混合。这些基岩溶解材料的某些是已知在特定条件下对VDA系统或VED系统具有不利影响，取决于温度、所使用的所需时间、表面活性剂的类型和浓度以及基岩溶解材料的类型和浓度。因此，但这些材料，或实际上任何添加剂加入到VDA流体系统中，或者与VDA流体系统一同使用，必须进行试验以确保它们不会通过使VDA系统过早凝胶、但酸耗尽时使VDA系统不胶凝、使胶凝后VDA系统的粘度不足、使VED系统的屈服应力不足或者通过降低泡沫或胶束的稳定性而降低VED系统的可用寿命，而不利影响VDA系统或VED系统。这种对于添加剂相容性和适用性的试验通常用于现场处理使用的流体。
如果确保VED系统和/或VDA系统和酸性流体不相互作用是理想的或必须的，因为例如它们将形成沉淀或它们中的一种将破坏另一种，在本发明实施方式的范围内包括系统之间的隔离液以彼此分离。该隔离液的非限定性实例是盐水和含聚合物的流体。如果仅有的不理想的相互作用是一种组分破坏另一种组分，但是对于地层没有破坏，可以涉及该作业以便存在一种或两种流体的足够过量，以便但破坏发生时一种或两种的某些流体损失了，但是还有充分的剩余量，因此作业可根据需要进行。
最通常地，首先注入“酸”，然后注入VED系统，然后是另一个酸阶段。非常普遍地，这紧跟着转向剂和酸的一个或多个额外顺序。在酸处理中结合主要的酸处理液和转向剂，使用前置液、隔离液、互溶剂、后冲洗液和其它流体也是普遍的。如果会发生不理想的相互作用，这些不同流体用于防止注入的流体、注入的流体副产物或反应产物、原生流体、生产的流体等等彼此接触。互溶剂也可以用于破坏粘弹性表面活性剂凝胶系统。非限定实例是乙二醇单丁醚。在本发明的实施方式的额外的阶段中使用这些额外的流体在本发明实施方式的范围内并且对于本领域技术人员是公知的。同样，添加剂必须测试适用性和相容性。此时，在连续阶段中流体可能的接触或混合顺序也应该在实验室中试验，如本领域技术人员可认识到的，以确保获得所需结果并且不出现不需要的反应/相互作用。
尽管对流体(例如酸)的赋能通常在低压井中进行，以便在回流期间增加不理想的低流速，通过使用泡沫VDA系统作为转向剂获得的协同效果使得在更高压力下使用赋能流体更具有吸引力，这是因为它们可以改进转向和清洁。
可以通过本领域使用的任何方法构建和完成(completion)井。例如，井筒可以为开孔或下套管的，或者其可以为单一或多个完井。可以使用用于赋能或发泡流体的任何常规喷嘴和完井或者增产底部钻具组合(bottom holeassembly)。以常规方式设计和进行处理，通常使用市售处理设计、执行和评价软件和市售油田设备。赋能流体(气体)通常与VDA系统在井下混合，而不是在表面上混合，这是因为所得VED系统比单独流体具有更大的摩擦压力，因此VED系统会要求更大的水马力以注入。(在小眼井(slim hole)中，但使用挠性油管时，和在非常深的井中使摩擦压力最小化是重要的)。然而，可以根据需要在表面或表面附近进行混合。通常，具有较低摩擦压力的流体优选沿环状空间注入，该环状空间具有更大的表面积。赋能流体(气体)的注入通常在作业期间连续进行，但是可以在任何阶段过程中省略，条件是VDA系统阶段的至少一个阶段与赋能流体混合，形成VED系统。此外，气体的量可以包括在注入的VDA和/或酸系统中，以便降低它们的摩擦压力。在配置和泵送液体、乳液、泡沫和赋能流体时熟练人员将最了解对于流体和井构造的给定选择如何使摩擦压力最小化。
也可以使用其它措施以改善区域覆盖，特别是在非常长的储层层段中。例如，油管(挠性油管或完井油管)可以以间隔方式穿孔，以改善注入流体的分布。作为另一实例，可以使用一个或多个机械隔离器，以隔离将要处理的长区域的一个或多个部分，以使可以以阶段方式进行处理。机械隔离器的实例为盘型工具(cup tools)和封隔器，这些隔离器可以单独使用或组合使用。例如，穿透地层的3000米的井筒可以通过封隔器、盘型工具或两者以300米的间隔隔离，从而使得作业分成10个阶段。可以与机械隔离器联合使用穿孔油管。
已经针对生产油气的井描述了本发明的实施方式。然而，本发明的实施方式还可以应用于注水井(例如用于储存、处置或增强生产)或用于气体产品(例如水、氦气或二氧化碳)的生产井。
实施例1确定发泡VDA流体系统的结果。根据美国专利申请2002/01327541制造水性VDA流体系统，含有HCl和BET-E-40(来自Rhodia.Inc.Cranbury.New Jersey，U.S.A，的内铵盐表面活性剂，含有芥酸酯基(包含C21H41端基)和40％活性成分，余量为基本上为水、少量氯化钠和异丙醇)。VDA系统组成如下15％(体积)氢氯酸，每1000升含有6升抗腐蚀剂50升BET-E-400.6公斤铁还原剂(iron reducing agent)5升铁鳌合剂
2升抗乳化剂10升甲醇在室温和大气压下，在Fann35中测量该流体的粘度，发现粘度为约5cP。然后用空气将部分材料发泡；通过体积增加估计，该泡沫含有大约10体积％的空气。在室温和大气压下，在Fann35中测量该泡沫的粘度，发现粘度为约50cP。(这是在大气温度和压力下进行的实验室试验，泡沫“量”(泡沫中的体积％气体)小于本发明实施方式中使用的转向剂流体。这不是本发明实施方式优选使用的泡沫量，而是可以在实验室中制备的泡沫量，以证明使用本发明实施方式的流体获得的效果。显然，VDA系统可以发泡，以制造VED系统，并且VED系统具有比VDA系统高许多的粘度。
实施例2使用胶凝的酸、VDA自转向酸系统和二氧化碳进行酸压裂现场试验。作业设计显示于下表。
表1
用1.2g/L的含水瓜儿胶前置液开始作业，接着是含有互溶剂的胶凝的主要处理酸，接着是VDA转向剂系统(在与二氧化碳混合时其成为VED系统)，接着是常规(regular)胶凝的主要处理酸，接着是含有互溶剂的胶凝的主要处理酸，接着是详述于表1的额外次序。酸和转向剂阶段的每一种含有15体积％氢氯酸。注意在最后的次序中，第一胶凝的主要处理酸含有互溶剂，并且第二胶凝的主要处理酸不含互溶剂。用后置液(overflush)和洗井液完成处理。
所用实际流体的组成见表2表2Reg GA 15％常规胶凝氢氯酸，每1000升含有3升抗腐蚀剂4升表面活性剂(润湿改性剂)2升抗乳化剂0.6公斤铁还原剂5升鳌合剂5升酸胶凝剂MS GA 15％具有互溶剂的胶凝氢氯酸，每1000升含有3升抗腐蚀剂4升表面活性剂(润湿改性剂)2升抗乳化剂0.6公斤铁还原剂5升鳌合剂5升酸胶凝剂50升互溶剂VDA 15％VDA氢氯酸，每1000升含有6升抗腐蚀剂50升BET-4-400.6公斤铁还原剂2升抗乳化剂1升甲醇前置液和洗井液
前置液(1.2g/L瓜儿胶)，每1000升含有2.3升淤浆化瓜儿胶凝胶4.5克杀生物剂0.0125升酶破胶剂4升表面活性剂(润湿改性剂)洗井液(4.8g/L瓜儿胶)，每1000升含有9.2升淤浆化瓜儿胶凝胶4.5克杀生物剂0.0125升酶破胶剂4升表面活性剂(润湿改性剂)将液体二氧化碳向下泵送通过油管至约3650米深的开口水平井筒；前置液、胶凝的酸、VDA自转向酸系统和洗井液相继泵送通过油管和套管之间的环状空间。在井下产生大约40％量的“泡沫”，将其保持遍及前置液、酸和转向阶段和洗井液。此时，油管是直通管(dead string)，并且油管和套管在开口水平部分的起始处中止。地层温度为约93℃。
因此处理涉及在4阶段中泵送胶凝的酸作为主要增产流体和自转向酸系统(表中的VDA)作为转向剂，以实现1220米水平井筒的完全区域覆盖。在VDA系统与井下的二氧化碳的位置接触，形成VED系统。图1显示的是该液体(胶凝的酸或VDA系统)处理压力(MPa)(在处理过程中于表面观察到的)与泵送的体积(kL)之间的关系。以约6.68kL/min的恒定流速注入该液体；随着该液体在胶凝的酸和VDA系统之间来回变化，压力由于转向而改变时，二氧化碳注入速率在目标速率约4.45kL/min周围略微变化，以保持总压力几乎恒定。
如可以从图1中看出的，在增产期间泡沫自转向酸导致的压力变化异常高。第二阶段产生从约15.9MPa到约31.0MPa的压力变化，这代表预料不到的大幅增加(大于15MPa)。处理压力的显著增加以及之后的显著降低显示了在VED系统胶凝之后，存在很大的流动阻力，并且当注入流体从VED系统变化到主要处理酸时，主要处理酸易于进入地层，所以其必须遵循新路径并进入先前未接触的地层区域。接下来的阶段显示重复获得该结果，表明注入主要处理酸和然后VED转向剂系统的次序可以重复，直至获得完全区域覆盖。不受理论的限制，但是认为处理压力的显著增加不能仅由泡沫液体相粘度增加来解释，额外的增加是由于泡沫的屈服压力增加的结果。
实施例3在未发泡的自转向酸压裂处理中，观察到了更小的压力变化。使用乳化酸(表中的“SXE”)和VDA自转向酸系统(表中的“VDA”)进行现场试验而没有赋能。作业设计见于表3
用1.2g/L的含水瓜儿胶前置液开始作业，接着是抛光酸(slick acid)，接着是VDA转向剂系统，接着是乳化的主要处理酸阶段，接着是1.2g/L的含水瓜儿胶阶段，接着是VDA转向剂系统阶段，接着是乳化的主要处理酸阶段，接着是详述于表3的额外次序。酸和转向剂阶段的每一种在含水部分含有约20体积％氢氯酸(以使瓜儿胶和VDA系统阶段含有约20％酸，但是乳化的主要处理酸阶段哈耨约14％酸，基于全部液体(水相+油相))。然后用后置液完成处理。每种流体含有油田领域通常的微量其它添加剂。
所用实际流体的组成见表4。
表41.2g/L瓜儿胶每1054升淤浆化的瓜儿胶 2.25升杀微生物剂 0.017g破胶剂 0.012g抗乳化剂2.00升互溶剂 50升抛光酸 每1010升20％HCl 1000升酸胶凝剂2.00升抗腐蚀剂1.00升抗乳化剂2.00升抑制助剂0.24g还原剂 5.00升SXE 每1022升抗腐蚀剂2.00升20％HCl 00.00升乳化剂 10.00升柴油300.00升鳌合剂 10.00升VDA 每1074升20％HCl 1000升原样BET-E-4050.00升高温抑制剂 2.00升抗乳化剂2.00升鳌合剂 10.00升甲醇10.00升在约50MPa的处理压力、约88℃的温度和平均注入速率约3.5KL/min的条件下，将工作液泵送通过大约100米的穿孔几乎水平的套管至约3475米处的地层。因此处理涉及在10个阶段内泵送乳化酸作为主要增产流体和自转向酸系统(VDA)作为转向剂。
图2显示的是液体(前置液、乳化酸或VDA系统)处理压力(MPa)(在处理过程中于表面观察到的)与泵送的体积(kL)之间的关系。从图2可以看出在增产期间由未发泡自转向酸导致的压力变化比在图1中显示的本发明的方法低许多。作业是成功的，但是需要10个阶段以获得区域覆盖，并且由一些阶段获得的压力变化小。
权利要求
1.用第一酸处理被井筒穿透的地下地层的方法，包括以下步骤a.注入粘弹性赋能的转向剂系统，该系统含有粘弹性表面活性剂、第二酸和气体；和b.注入第一酸。
2.权利要求1的方法，其中交替重复所述两个步骤。
3.权利要求1或2的方法，其中该酸包括气体。
4.前述权利要求中任一项的方法，其中该酸是胶凝的酸、含有互溶剂的胶凝的酸、乳化酸、或缓速酸。
5.前述权利要求中任一项的方法，其中该酸是氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物；或者该酸是单氨基聚羧酸、多氨基聚羧酸、单氨基聚羧酸的盐、多氨基聚羧酸的盐、单氨基聚羧酸的酯、多氨基聚羧酸的酯、或其混合物；或者该酸是其与以下的一种或多种的混合物氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中粘弹性赋能的转向剂系统包括选自氮气、一氧化碳、二氧化碳、天然气或者它们中的一种或多种的混合物的气体。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中粘弹性赋能的转向剂系统包括具有下式的粘弹性表面活性剂 式中，R1是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，且具有约14至约26个碳原子，且可含有胺；R2为氢或具有1至约4个碳原子的烷基；R3为具有1至约5个碳原子的烃基；以及Y为吸电子基团，优选其中吸电子基团为季胺或氧化胺。
8.权利要求7的方法，其中表面活性剂是具有下述结构的内铵盐，及这些化合物的混合物 式中，R是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，并且具有约14至约26个碳原子，且可含有胺；n为约2至约4；且p为1至约5；优选其中R＝C17H33，n＝3，p＝1；并且最优选R＝C21H41，n＝3，p＝1。
9.前述权利要求中任一项的方法，所述步骤中的一个或两个步骤在地层的压裂压力之上进行。
10.前述权利要求中任一项的方法，其中所述气体沿油管注入，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统相继泵入通过油管和套管之间的环状空间；或者其中所述气体注入通过油管和套管之间的环状空间，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统沿油管相继泵入。
11.权利要求10的方法，其中所述油管是挠性油管或者所述油管是穿孔的。
全文摘要
本发明提供在基岩酸化和酸压裂时转向酸的方法。用转向剂使酸转向，所述转向剂为赋能的或发泡的酸性粘弹性表面活性剂系统，该系统含有粘弹性表面活性剂，该表面活性剂在泡沫酸性粘弹性表面活性剂系统中的酸耗尽时胶凝或增加粘度。该方法提供泡沫的转化能力和粘弹性凝胶系统的转向能力的协同组合。与单独的泡沫或粘弹性凝胶系统相比，胶凝的泡沫粘弹性表面活性剂系统对流动的阻力更大。
文档编号E21B43/27GK1836090SQ200380110399
公开日2006年9月20日 申请日期2003年12月22日 优先权日2003年7月22日
发明者皮亚－安杰拉·弗兰西尼, 肯·陈, 马克·布雷迪, 克里斯托弗·弗雷德 申请人:施蓝姆伯格技术公司