具有放热反应的水力压裂的制作方法
【技术领域】
[0001] 这个章节中的语句仅提供关于本发明的背景信息且可能不构成现有技术。
[0002] 本申请总体涉及使来自地下岩层的产烃量增产。更确切地说，本申请涉及对于烃 从具有低渗透性的岩层流到井筒的流动路径的改进。
【背景技术】
[0003] 德国专利文献512, 955公开了一种爆炸过程，在该爆炸过程中，防水套管内的灼 热剂混合物以水环绕该套管地放置于钻孔中。在点燃铝热混合物之后，释放出巨大的热，从 而导致周围的水蒸发和过热。所得的蒸气压力导致钻孔壁碎裂。该爆炸过程并不意欲使钻 孔破裂而是使钻孔扩大。
【发明内容】
[0004] 在一些实施方案中，公开了一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方 法，所述方法包括：将岩层压裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中，所述灼热剂包括 第一金属以及第二金属氧化物；以及点燃灼热剂以产生受灼热剂影响的区域。
[0005] 在一些实施方案中，处理、处理流体、系统、设备、方法及其类似内容采用前置流体 或滑溜水。
[0006] 在本文中的一些实施方案中，所述处理、处理流体、系统、设备、方法及其类似内容 采用稳态处理浆液（STS)，在该稳态处理浆液，可包括支撑剂的固相在流体相中至少被临时 地抑制重力沉降。在一些实施方案中，STS可具有至少临时受控制的流变，例如粘度、漏失 性、或屈服强度、或其它物理性质（例如比重、固体体积分数（SVF)、或其类似性质）。在一 些实施方案中，STS的固相可具有至少临时受控制的物性，例如粒子大小分布（包括模态）、 充填体积分数（PVF)、密度、纵横比、球度、圆度（或棱角度）、强度、渗透性、可溶性、反应性 等。
【附图说明】
[0007] 这些以及其它特征和优点可以通过结合附图、参照以下详细描述来更好地理解。
[0008] 图1展示了根据本申请的一些实施方案的处理流体的示意性浆液状态发展图表。
[0009] 图2展示了根据本申请的一些实施方案的处理流体的流体稳定性区域。
[0010] 图3展示了根据本申请的一些实施方案的低粘度、稳态处理浆液（STS)(下直线） 的漏失特性与常规交联液（上直线）相比较。
[0011] 图4展示了根据本申请的一些实施方案的井场设备配置的示意图，其中，STS在现 场混合。
[0012] 图5展示了根据本申请的一些实施方案的井场设备配置的示意性图，其中，STS等 待栗送。
【具体实施方式】
[0013] 以下描述的目的是使来自地下岩层的产烃量增产。本发明涉及对于烃从具有低渗 透性的岩层流到井筒的流动路径的改进，该改进是通过利用强放热反应来产生碎岩区域且 随后将该区域连接到井筒而实现的。
[0014] 水力压裂是用于通过将高传导性的裂缝从井筒布置或延伸到储层中来改善井生 产率的主要手段。常规的水力压裂处理可以以几个相异的阶段呈现。在有时被称作前置阶 段（pad)的第一阶段期间，将流体以高速率和高压力经由井筒注入到地下岩层中。该流体 注入速率超过岩层中的过滤速率（也被称为漏失率），从而产生递增的水力压力。当该压力 超过阈值时，岩层开裂并破裂。水力裂缝由此产生并且随着流体的持续注入而开始蔓延到 岩层中。
[0015] 在下一阶段期间，将支撑剂混合到流体，混合后的流体在此被称为压裂流体 (fracturefluid、fracfluid或者fracturingfluid)，并随着水力裂缝的持续增长而被 输送遍及所述水力裂缝。前置流体和压裂流体可以是相同的或不同的。支撑剂在设计的长 度内被沉积在裂缝中，并且机械地防止裂缝在注入停止并且压力减小之后闭合。在上述处 理之后并且一旦将井投产，储层流体便流入裂缝并且过滤穿过可渗透的支撑剂充填结构到 达井筒。酸或酸前体可先于压裂流体注入，或压裂流体可包括酸或酸前体。
[0016] 储层流体的产出速率和范围取决于多个参数，例如岩层的渗透性、支撑剂充填结 构的渗透性、岩层中的水力压力、产出的流体的物性、裂缝的形状等。通常，单个裂缝被形 成；多个裂缝也是可能的并且已开发了多种方法来促进多个裂缝的产生。但是，如果产生的 是较大碎岩区域而不仅仅是裂缝并且所述较大碎岩区域返回连接到传导性的支撑裂缝或 井筒自身，那么产烃的速率和范围可以被增大。
[0017] 本发明的目的是提供一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法。所 述方法涉及：使岩层破裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中；并且点燃灼热剂以形 成受灼热剂影响的区域。
[0018] 在一些实施方案中，通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法涉及：使 岩层破裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中；点燃灼热剂以形成受灼热剂影响的区 域；并且确保受灼热剂影响的区域以流体方式连接到地表。
[0019] 在一些实施方案中，通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法包括：将 包括灼热剂的固体引入到裂缝中；点燃灼热剂以形成受灼热剂影响的区域；并且测绘受灼 热剂影响的区域。
[0020] 为了促进对本发明原理的理解，现参考本申请的一些说明性实施方案。本文中所 使用的相同附图标记指代各图中的相同的部件。不带后缀字母的附图标记指代总体的部 件；带后缀字母的参考数字指代所述部件中的特定者。
[0021] 如本文中所使用，"实施方案"是指本文中所公开的申请的非限制性示例（不论是 否要求），其可单独地或以与一个或多个其它实施方案的任何组合或排列被采用，或可单独 地或以与一个或多个其它实施方案的任何组合或排列存在。本文中所公开的每一实施方案 应不仅被看作将与一个或多个其它实施方案一起使用的附加特征，而且应被看作将独立地 或代替一个或多个其它实施方案来使用的替代方案。应理解，由此并不意欲限制所要求的 主题的范围，本文中涵盖所说明实施方案中的任何更改和另外的修改以及如其中所说明的 本申请的原理的任何另外的应用（如将通常为本发明所涉及的领域的技术人员想到）。
[0022] 此外，应将本文中所提供的示意性说明和描述理解为仅仅是示例，并且除非本文 中明确陈述是相反情况，否则可整体或部分地组合或分开以及添加或去除以及重新排序组 件及操作。可通过执行计算机可读媒体上的计算机程序产品的计算机来实施所说明的某些 操作，其中计算机程序产品包括使得计算机执行操作中的一个或多个的指令或将命令发布 到其它装置以执行操作中的一个或多个的指令。
[0023] 应理解，尽管以下详细描述的实质部分提供了关于油田的水力压裂操作的内容， 但是其它的油田操作如固井、砾石充填等或甚至非油田井处理操作也可利用和受益于本处 理浆液的公开内容。
[0024] 如本文中所使用，术语"处理流体"或"井筒处理流体"包括"压裂流体"或"处理 浆液"并且应当在广义上理解。如本领域的技术人员所理解的，这些可为或可包括液体、固 体、气体及其组合。如本领域的技术人员所理解的，处理流体可采取溶液、乳液、浆液或任何 其它形式。
[0025] 如本文中所使用，"浆液"是指粒子分散于载质中的能够选择性流动的混合物。术 语"可流动"或"可栗送"或"可混合"在本文中可互换地使用并且是指在剪切速率为170s1 下具有小于l〇〇〇Pa的屈服应力或低剪切（5. 11s3粘度和小于10Pa-s(10,000cP)的动态 表观粘度的流体或浆液，在此，除非另一温度被明确指出或使用，否则屈服应力、低剪切粘 度和动态表观粘度是在25°C的温度下测得的。
[0026] 除非另有指示，否则如本文中所使用的"粘度"是指在25°C的温度和170s1的剪切 速率下的流体的表观动态粘度。除非另有指示，否则如本文中所使用的"低剪切粘度"是指 在25°C的温度和5. 11s1的剪切速率下的流体的表观动态粘度。处理流体的屈服应力和粘 度是在25°C下在具有R1B5F1轴的Farm35流变仪或同等流变仪/轴装置中评估的，其中剪 切速率加速到255siQOO转/分）且减速到0,在2. 55、5. 11、85. 0、170和255siaeUOO、 200和300转/分）处的两个读数的平均值被记录为相应的剪切应力，表观动态粘度被确定 为剪切应力与剪切速率的比率。街丸+的是幂律指数。在幂律指数等于1 的情况下，赫巴流体被称为宾汉塑料。如本文中所使用的屈服应力与屈服点同义并且是指 在宾汉塑料或赫巴流体系统中激发流动所需的应力（采用本文中描述的方式被计算为y轴 截距）。"屈服应力流体"是指赫巴流体系统，包括宾汉塑料或其它的流体系统，在赫巴流体 系统中，需要以本文中描述的方式计算出的施加的非零应力来激发流体流动。
[0027] 除非在上下文中被明确地或隐含地指示，否则在本文中关于浆液术语做出以下约 定。
[0028] "处理流体"或"流体"（在上下文中）是指全部处理流体，包括任何支撑剂、次支 撑剂（subproppant)粒子、液体、气体等。"整流"(wholefluid)、"全流"(totalfluid)和 "基础流体"在本文中用来指流体相再加上分散于其中的任何次支撑剂粒子，但不包括支撑 剂粒子。"载质"、"流体相"或"液相"是指所呈现的流体或液体，其可包括连续相和选择性 地分散于连续相中的一种或多种不连续的流体相，该不连续的流体相仅包括任何溶质、增 稠剂或胶态粒子，不包括其它固相粒子；对浆液中的"水"的参考仅指水且不包括任何粒子、 溶质、增稠剂、胶态粒子等；对"水相"的参考是指主要包括水的载质相，其可为连续相或分 散相。如本文中所使用，术语"液体"或"液相"既涵盖液体本身又涵盖超临界流体，并且包 括溶解于其中的任何溶质。
[0029] 对液相（相对于处理流体或基础流体而言）的粘度的测量或确定可基于以下内 容：对无固体的液体进行的直接测量，或基于含固体的液体的特性或物性的测量结果所进 行的计算或校正，或使用固体的存在不影响粘度的确定的技术对含固体的液体的测量。如 本文中所使用，用于确定液相粘度的"无固体"意味着不存在大于1微米的非胶态粒子，由 此使得粒子并不影响粘度确定，但是存在用于使液体增稠和/或用于与液体形成凝胶的任 何次微米级粒子或胶态粒子，即存在可充当增稠剂的超细粒子。在一些实施方案中，"低粘 度液相"意指在170s1和25°C下并且在没有任何大于1微米的固体的情况下所测得的小于 约300mPa-s的粘度。
[0030] 在一些实施方案中，处理流体可包括连续流体相（也被称作外相）和不连续相 (也被称作内相），该不连续相对于乳胶、发泡体或增能流体来说是流体（液体或气体），或 者对于浆液来说是固体。连续流体相可以是在给定条件下基本上连续的任何物质。连续流 体相的示例包括但不局限于水、烃、气体、液化气等，该连续流体相可包括溶质，例如流体相 可以是卤水，和/或该连续流体相可包括卤水或其它溶液。在一些实施方案中，流体相可选 择性地包括增粘点剂和/或屈服点剂、和/或所具有的增粘点剂和/或屈服点剂的总量的 一部分。流体相的一些非限制性示例包括水合凝胶（例如包括多糖的凝胶（例如瓜尔胶、 黄原胶和迪特胶（diutan)、羟基乙基纤维素、聚乙烯醇、以及其它水合聚合物、胶体等）、经 交联的水合凝胶、增粘酸（例如凝胶基）、乳化酸（例如油外相）、增能流体（例如基于队或 〇) 2的发泡体）、粘弹性表面活性剂（VES)增粘流体、和油基流体（包括凝胶化、发泡的、或 以其它方式增粘的油）。
[0031] 如果在处理流体中存在的情况下，不连续相可以是以悬浮或以其它方式分散于连 续相中的任何粒子（包括流体滴）。在这方面中，不连续相还可总体上被称作"粒子"或"微 粒"，"粒子"或"微粒"可互换地使用。如本文中所用，术语"粒子"应当在广义上解释。例 如，在一些实施方案中，本申请的粒子是固体，例如支撑剂、砂、陶瓷、结晶、盐等；但是，在一 些其它实施方案中，粒子可为液体、气体、发泡体、乳化滴等。此外，在一些实施方案中，本申 请的粒子是基本上稳定的并且在连续的时间段、温度区间或压力区间中不会改变形状或形 式；在一些其它实施方案中，本申请的粒子是可降解的、可溶的、可变形的、可熔的、可升华 的或能够以其它方式改变形状、状态、或结构。
[0032] 在某些实施方案中，粒子是大致圆形和球形。在某些实施方案中，粒子不是大致球 形和/或圆形，例如，粒子可具有根据APIRP-60球度和圆度索引的不同程度的球度和圆 度。例如，粒子可具有超过2、3、4、5或6的纵横比，该纵横比被定义为粒子的最长尺度与粒 子的最短尺度之比。这些非球形粒子的示例包括但不局限于纤维、薄片、圆盘、棒、星等。所 有的这些变化应被视为位于本申请的范围内。
[0033] 各种实施方案中的浆液中的粒子可以是多模态。如本文中所使用，多模态是指 多种粒子大小或粒子模式，每种粒子大小或粒子模式具有相异的大小或粒子大小分布，这 样的多模态例如支撑剂和细粒。如本文中所使用，术语相异的粒子大小、相异的粒子大小 分布、或多模式或多模态意味着多种粒子中的每一种具有独特的平均体积粒子大小分布 (PSD)模式。也就是说，在统计学上，不同粒子的粒子大小分布呈现为连续概率分布函数中 的相异的峰值（或"模式")。例如，粒子大小呈正态分布（该正态分布具有类似的变化性） 的两种粒子在其各自的平均数的差超过它们各自的标准差的和、和/或在其各自的平均数 相差一统计学上显著的量的情况下，那么这两种粒子的混合物被视为双模态粒子混合物。 在某些实施方案中，粒子含有两种粒子的双模态混合物；在一些其它实施方案中，粒子含有 三种粒子的三模态混合物；在某些附加的实施方案中，粒子含有四种粒子的四模态混合物； 在某些另外的实施方案中，粒子含有五种粒子的五模态混合物，等等。公开多模态粒子混 合物的代表性参考文件包括US5, 518, 996、US7, 784, 541、US7, 789, 146、US8, 008, 234、 US8, 119, 574、US8, 210, 249、US2010/0300688、US2012/0000641、US2012/0138296、US 2012/0132421、US2012/0111563、TO2012/054456、US2012/0305245、US2012/0305254、 US2012/0132421、PCT/RU2011/000971 和US13/415, 025,以上的每个文献在此以参考方 式并入本说明书中。
[0034] "固体"和"固体体积"是指存在于浆液中的所有固体，包括支撑剂和次支撑剂粒 子，该次支撑剂粒子包括诸如胶体和次微米级粒子的微粒增稠剂。为了确定"无固体"的流 体的粘度，"无固体"和类似术语一般来讲不包括支撑剂和次支撑剂粒子，但是没有排除微 粒增稠剂如胶体。除非在权利要求中指明不同支撑剂大小或在从属于其的权利要求中指明 更小的支撑剂大小，否则"支撑剂"是指这样的微粒，该微粒具有位于浆液中的一个或多个 粒子大小模式，这些粒子大小模式的加权平均的平均粒子大小大于或等于约1〇〇微米，例 如140网格粒子对应于105微米的大小，该支撑剂被用于井作业和处理如水力压裂操作，以 在处理后使裂缝保持打开。"砾石"是指被用于砾石充填的粒子，且该术语与如本文中所使 用的支撑剂同义。"次支撑剂"（sub-proppant、subproppant)是指尺寸小于所述支撑剂模 式的粒子、或粒子大小或模式（包括胶态粒子和次微米级粒子）；对"支撑剂"的参考不包括 次支撑剂粒子，且反之亦然。在一些实施方案中，一个或多个次支撑剂模式中的每个的加权 平均的平均粒子大小小于或等于最小的支撑剂模式（例如暂停/稳态模式）的加权平均的 平均粒子大小的约二分之一。
[0035] 如果存在支撑剂的话，支撑剂可以是天然存在的材料如砂粒。如果存在支撑剂的 话，支撑剂也可以是人造的或是被特别改造的，例如经涂布的（包括经树脂涂布的）砂、各 种硬粒的模数、高强度陶瓷材料如烧结铝矾土等。在一些实施方案中，如果存在支撑剂的 话，本申请的支撑剂具有大于2. 45g/mL、例如2. 5-2. 8g/mL的密度，该支撑剂例如砂、陶瓷、 烧结铝矾土或经树脂涂布的支撑剂。在一些实施方案中，如果存在支撑剂的话，本申请的支 撑剂具有小于或等于2. 45g/mL、例如小于约1. 60g/mL、小于约1. 50g/mL、小于约1. 40g/mL、 小于约1. 30g/mL、小于约1. 20g/mL、小于1. 10g/mL、或小于1. 00g/mL的密度，该支撑剂来自 各制造商的轻型/超轻型支撑剂、如中空支撑剂。
[0036] 在一些实施方案中，处理流体包括大于1. 3、大于1. 4、大于1. 5、大于1. 6、大于 1. 7、大于1. 8、大于1. 9、大于2、大于2. 1、大于2. 2、大于2. 3、大于2. 4、大于2. 5、大于2. 6、 大于2. 7、大于2. 8、大于2. 9或大于3的表观比重。通过选择所分散的固体的比重和量和 /或通过将一定重量的溶质如相容的有机盐或矿物盐添加到水相，可以选择处理流体的密 度。在一些实施方案中