用于水力压裂应用的凝胶组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求美国临时申请号61/770, 620的权益，该临时申请在2013年2月28日 提交，通过引用W其全部内容合并在本文中。
技术领域
[0004] 本公开总地设及用于水力压裂应用中的凝胶组合物和井眼处理流体。
【背景技术】
[0006] 在油井和天然气井的钻井、完井和刺激期间，通常在高压下W高流速将井处理流 体累入井眼孔内，其引起在井眼周围的岩层（rock化rmation)断裂。通常用于从由井眼穿 入的地下区域刺激控类生产的井处理类型为水力压裂。水力压裂，也称为压裂（或压裂）， 用于启动低渗透性的储油层中的生产和再次刺激老（older)生产井中的生产。在水力压裂 期间，在压力下将流体组合物注入井内，所述压力有效引起周围岩层的断裂。使用压裂来打 开已存在于岩层（formation)中的裂缝和产生新的裂缝。支撑剂例如沙和陶瓷，用于在压 裂处理期间和压裂处理之后保持诱发的裂缝敞开。为了将支撑剂放入裂缝内，使支撑剂颗 粒悬浮于累入地下岩层内的流体中。通常，该流体具有足W维持所述颗粒悬浮的黏度。
[0007]为了理想的作业（perhrmance)，水力压裂流体应为足够地黏性的W产生具有适 当宽度的裂缝并且能够运送大量的支撑剂进入裂缝中。可通过添加合成和/或天然聚合物 或其它流变改性剂来增加或改变所述流体的黏度。用于增加水力压裂流体的黏度的聚合物 增强的流体的实例包括滑溜水（Slickwater)体系、直链凝胶体系和交联凝胶体系。在运些 中，交联凝胶体系为最具有黏性的。
[0008] 在交联凝胶体系中，直链聚合物或凝胶例如基于瓜尔胶或改性的瓜尔胶的流体， 在碱存在下与添加的反应试剂例如棚酸盐、错酸盐和铁酸盐交联。在本领域中已知最常见 的交联凝胶种类为瓜尔胶-棚酸盐凝胶。所述交联凝胶流体增加压裂流体的黏度，W便支 撑剂可有效地悬浮。
[0009] 一旦水力压裂流体已向裂缝运送支撑剂或在碱石充填或压裂充填作业中运送沙， 通常期望降低压裂流体的黏度W便可使用最小的能量从岩层回收所述流体。通常需要从地 下岩层去除废压裂流体W进行控类生产。通常使用破乳剂（即破坏在凝胶内的交联键的化 合物）来实现压裂流体黏度的运种减小。
[0010] 合成聚合物，例如聚丙締酷胺（PAM)聚合物，可在酸性条件下使用金属交联剂例 如侣-、铭-、错-和铁基配合物形成永久性凝胶。运类凝胶可用于例如在强化采油巧OR) 应用中控制一致性（con化rmance)，在所述应用中随后的破坏（W显著降低黏度）不是必要 的。然而，对于压裂流体应用而言，在水力压裂期间的岩层的酸度通常不高，并且交联凝胶 的破坏改善流体回收。
【发明内容】
[0012] 本文公开凝胶组合物，所述凝胶组合物包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒，所 述丙締酷胺聚合物或共聚物具有在约5%至约35%之间，或更特别地约15%至约20%的电 荷。通过使所述丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒在抑在约7. 5至约11的范围内的水溶液 中结合来形成所述凝胶组合物，其中二醒与丙締酷胺聚合物或共聚物的单体的摩尔比率在 约大于约0.2至约2.0的范围内。
[0013] 本文还公开生产所述凝胶组合物的方法，处理井眼的方法（包括将所述凝胶组合 物注入井眼内），W及包含所述凝胶组合物的井处理流体。
[0014] 此外，处理井眼的方法，所述方法包括将包含具有在15%至20%之间的电荷的丙 締酷胺聚合物或共聚物的组合物注入井眼；将包含二醒的组合物注入所述井眼，和将抑调 节剂注入所述井眼，所述抑调节剂的量足W生产抑为约7. 5至约11范围内的井下溶液， W生产包含与二醒交联的丙締酷胺聚合物或共聚物的原位凝胶组合物。
[0015] 本文还公开包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒的井眼处理流体。可在注入井眼 之前或原位（全部或部分地）形成井眼处理流体，其中将所述丙締酷胺聚合物/共聚物和 交联剂分开加到井眼中。所述井眼处理流体可任选地包含一种或更多种的附加组分，例如 支撑剂和抑控制剂。
[0016] 通过参考本公开对各种特征的W下详细说明和在其中所包括的实施例可更容易 地理解本公开内容。
[0017] 附图简述
[0018] 图1提供示出根据实施方案的示例性凝胶和瓜尔胶的黏度分析的结果的图。
[0019] 图2提供示出电荷和处于各电荷下的阴离子型共聚物的黏度之间的关系的图。
[0020] 详述
[0021] 本公开提供交联凝胶组合物，其包含丙締酷胺聚合物或共聚物和二醒。所述凝胶 组合物可用于增加水力压裂流体的黏度。具体来说，所述凝胶组合物具有在特定范围内的 电荷（摩尔百分比），所述特定范围可特别用于增加井眼处理流体的黏度，从而促进支撑剂 运送进入裂缝中。示例性的凝胶组合物可在某些条件下破裂，其可增加在水力压裂应用中 的流体回收。在水力压裂应用中，所述示例性的凝胶组合物可使用作为交联瓜尔胶组合物 的合成替代物，具有相当的效果。如同瓜尔胶，所述示例性的凝胶组合物用在所述组合物中 的相对低量的活性聚合物提供高黏度。示例性的凝胶组合物可比瓜尔胶更容易制备，并且 具有更可靠的品质。
[0022] 凝胶组合物
[0023] 一方面，本发明为包含与二醒交联的丙締酷胺聚合物或共聚物的凝胶组合物。
[0024] 如本文所使用的，术语"丙締酷胺聚合物"指的是丙締酷胺的均聚物并且包含在聚 合后化学改性（例如水解的）的丙締酷胺聚合物。
[0025] 如本文所使用的术语"丙締酷胺共聚物"指的是包含丙締酷胺单体和一种或更多 种共聚单体的聚合物。所述共聚单体可为阴离子型、阳离子型或非离子型。在某些实施方 案中，所述共聚单体为疏水的。所述丙締酷胺共聚物可为未改性的或化学改性的。代表性 的、非限制性的共聚单体包括丙締酸、醋酸乙締醋、乙締基醇和/或其它不饱和的乙締基单 体。
[00%] 在一个实施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含阴离子型共聚单体。在一些实施方 案中，所述阴离子型单体选自（甲基）丙締酸、（甲基）丙締酸的碱盐/碱性盐/锭盐、2-丙 締酷胺-2-甲基丙烷横酸、2-丙締酷胺-2-甲基丙烷横酸的碱盐/碱性盐/锭盐、马来酸、 马来酸的碱盐/碱性盐/锭盐等。
[0027] 在另一个实施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含阳离子型共聚单体。在一些实施 方案中，所述阳离子型单体选自氯化（甲基）丙締酷胺乙基=甲基锭、氯化（甲基）丙締酷 胺丙基=甲基锭等。
[0028] 在另一个实施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含非离子型共聚单体。在一些实施 方案中，所述非离子型单体选自（甲基）丙締酷胺、马来酸酢。
[0029] 在一个示例性的实施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含丙締酷胺单体和阴离子型 共聚单体，但不包括阳离子型共聚单体。
[0030] 在一个实施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于约0%至约40%， 约5%至约35%，约15%至约30%，约15%至约20%或约20%至约30%的电荷。在一个 实施方案中，所述电荷在约5%至约35%的范围内并且提供特别高的黏度，其提供相当大 的悬浮力。在另一个实施方案中，所述电荷在约15%至约20%的范围内并且提供特别高的 黏度，其提供相当大的悬浮力。
[0031] 在另一个实施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于约10%、约 15%、约20%、约25%、约30%、约35%或约40%的电荷。
[0032] 本文所公开的凝胶组合物的电荷范围为包含带电荷的单体的聚丙締酷胺共聚物 或化学改性的聚丙締酷胺聚合物或共聚物的电荷的函数。
[0033] 在一个特别的实施方案中，所述丙締酷胺共聚物包含约30至约90,约40至约80， 约50至约70或约60摩尔％的丙締酷胺。
[0034] 在一个特别的实施方案中，所述丙締酷胺单体与所述至少一种或更多种的共聚单 体的重量比率为约10:90至90:10。
[0035] 在一个特别的实施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于约5至约 10%，约10至约15%，约15%至约20%，约20至约25%，约25至约30%或大于约30%的 水解程度。在一个更加特别的实施方案中，所述丙締酷胺聚合物或共聚物的特征在于约15、 约16、约17、约18、约19或约20%的水解程度。
[0036] 在一个实施方案中，丙締酷胺聚合物或共聚物为水分散性的。
[0037] 在一个实施