专利名称：用于地下煤层中颗粒凝固的油井服务组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体组合物及其在地下煤层中钻井和修井的用途。
背景技术：
地下煤层含有大量的主要形式为甲烷的天然气。煤层还含有通常含水的网状夹 层。大部分气体被吸附在煤基质上。自地层中回收甲烷气体通常包括钻井、水力压裂地层 以及自煤层产生地层水(脱水)从而降低地层压力。地层压力一旦降低，甲烷气体解除吸 附并经夹层网流至井筒。 自煤层中回收甲烷气体与自诸如沙岩或石灰石型地层的常规地层中回收气体不 同。煤的岩石学和矿物学本质上不同。此外，煤层中的气体被吸附在煤的基质上，而气体占 据沙岩或石灰石地层的缝隙。通常，被释出的气体经煤层中的夹层网渗透至所产生的裂缝， 然后流至井筒。煤层的渗透性在很大程度上通过夹层网确定。与常规的沙岩或石灰石相比， 煤更软更脆弱。因此，在钻探、压裂或其它井作业期间，产生大量煤粉。与地层压力通常较 低相结合，煤粉能够容易地渗透入夹层中，对煤层的渗透性造成严重损伤，导致气体产量减 少。 水基钻井液被广泛用于在煤层中钻井。其中，主要由于成本低，通常使用不掺添加 剂的水或盐水。在钻井作业期间，产生大量的煤颗粒，从煤粉到煤砾。使诸如水或盐水的钻 井液循环通过井筒并将颗粒输送至井筒外。然而，在作业期间有大量的颗粒无法通过水或 盐水被输送至井外。许多细粉会渗入夹层中，降低地层渗透性。大块的砾石难以通过水或 盐水输送至井筒外。留在井筒中的大块砾石降低钻井速率。 在井被完成并压裂后，有大量从煤粉至煤卵石的煤颗粒留在井筒中是异常的。这 些煤颗粒阻止脱水和气体产生，因而需要从井筒中除去。通常使水或盐水以高流速循环通 过井筒以将颗粒带出。已知湍流条件起重要作用。有时添加发泡表面活性剂以产生发泡的 流体以促使颗粒的移除。尽管应用广泛，但是这种技术面临若干挑战。其中之一为在水平 井中移除岩屑尤其是那些大块砾石的效率低下。 为了自煤层经济地产生甲烷气体，通常需要将含煤地层水力压裂。在水力压裂操 作中，通过井筒在足以引起压裂的压力下将压裂液注入地层以提高气体的产量。经常通过 压裂液将称为支撑剂的颗粒作为浆液带入裂缝中。支撑剂包括砂、陶粒、玻璃球、铝土矿 (氧化铝)等等。其中，砂是迄今为止最为常用的支撑剂。最常用于煤层的压裂液是包括 水、盐水或者含聚合物或粘弹性表面活性剂的水的水性流体。在压裂处理的最后阶段，使压 裂液流回地表而将支撑剂留在裂缝中，以防止裂缝在压力解除后闭合。填充了支撑剂的裂 缝提供了高传导性的通道，所述通道使得气体更有效地流至井筒。支撑剂停留在裂缝中之 后形成的支撑剂填充层的传导性在提高油气的产量中起重要作用。
发明概述 在煤层中更有效且对地层损伤较小地钻井的组合物和方法。 更有效地自井筒中移除煤屑的组合物和方法。 在压裂处理期间减少煤粉的不利作用的组合物和方法。
—方面，本发明涉及在含煤层的地层中使煤颗粒结块的方法，其包括如下步骤提 供含有水性介质和第一捕收剂和/或起泡剂的流体；将该流体泵入地层中并与地层中的煤 颗粒接触，从而使所接触的煤颗粒结块。 根据另一方面，本发明涉及用于地下煤层的油井服务流体组合物，其包含水性介 质、煤捕收剂和/或起泡剂；以及气体。 根据另一方面，本发明涉及使含煤颗粒的水性介质中的煤颗粒结块的方法，其包 括如下步骤将捕收剂和/或起泡剂添加至水性介质中；形成煤颗粒与水性介质的浆液；将 气体引入浆液中从而使所接触的煤颗粒结块。
发明详述 泡沫浮选已经广泛用于选煤。在这种方法中，将煤研磨成很细的粉末并与含捕收 剂的水、任选地与起泡剂混合。当使空气吹过该混合物的时候，疏水的煤颗粒附着在上浮以 在表面形成泡沫的泡上并被收集在被撇去的泡沫的厚层中。主要是包括粘土、硅石、碳酸 盐和黄铁矿在内的矿物的废料(尾矿)通常是疏水的并留在水性悬浮液中。这样的浮选 法的主要机制是动态条件下微泡与疏水颗粒的选择性聚集使得该颗粒升至液体表面。已 经证实，疏水颗粒与微泡结合在一起形成被称为泡块(bubble agglomerate)的结块。气 泡被小的疏水颗粒封装。结合的颗粒增加了泡沫的稳定性。在煤的浮选中经常获得这样 的气泡-颗粒结块。在An Introduction to the Theory of Flotation(浮选理论入门) (V丄Klassen and V. A. Mok丽sov， Butterworth， London, 1963)中能够找到更多的细节， 在此将其并入本文作为参考。 捕收剂(collecting agent)，即捕收剂(collector)，是能够选择性地使期望矿物 的表面更疏水以使颗粒与微泡形成结块并因此促进分离的化学剂。起泡剂是被添加至混合 物中以促进半稳定泡沫生成的化学剂。 可用作起泡剂的化合物包括低分子量醇，其包括甲基异丁基甲醇(MIBC)、戊醇、己 醇、庚醇和辛醇以及二乙基异己醇，松油和乙二醇醚。 用于煤的最常用的捕收剂为烃油，如煤油、燃油或(:5至(:8烃。煤的天然疏水性的 优势是将捕收剂的使用最小化。在煤的浮选中，捕收剂和起泡剂能够单独使用或结合使用。 例如，能够单独使用少量异辛烷或将其与松油结合使用，或者少量的MIBC或松油能够在煤 的浮选中起到捕收剂和起泡剂的作用。 类似地，很多种化学剂可用作浮选硅石颗粒的捕收剂和起泡剂。已知诸如简单的 伯胺和仲胺、伯醚胺和伯醚二胺、牛脂胺和妥尔油脂肪酸/胺縮合物的胺是用于硅石颗粒 的有用的捕收剂。已确认这些化合物强烈地吸附于砂的表面并将砂的表面从亲水性改变为 疏水性。实际上，这些化合物被用作捕收剂的原因是由于其能够将砂的表面疏水化以允许 形成稳定的砂/泡结块。优选的捕收剂为具有至少约12个碳原子的胺捕收剂。这些捕收 剂可购自例如Akzo Nobel或Tomah Products Inc.。其它可能的捕收剂为通常需要诸如 Ca++或1%++的多价阳离子的存在以有效工作的油酸盐。 泡沫浮选技术用于矿物处理已有数十年并且浮选理论已十分确立。在本发明中， 泡沫浮选的理论被用于开发油井服务流体和提高井产量的方法，并且具体地，提高煤层中 井产量的方法。 例如，当在煤层中用水和盐水作为钻井液钻井时，将少量包括煤油、燃油或C5至C8烃在内的烃添加至流体中。能够采用本领域中已知的标准流体混合方法和钻井方法。烃的 浓度为每吨煤大约O. 02L至1.5L。烃倾向于在煤的表面上形成膜并使其更加疏水。在钻井 期间，能够将空气、氮或二氧化碳加入就地形成的水性煤浆中。浆液中的疏水煤颗粒与气泡 结合，这使其更容易被输送至井筒外。此外，微泡倾向于起粘合介质的作用，其结果是微泡 与包括煤粉在内的煤颗粒一起形成泡块。泡块的形成减少了悬浮液中煤粉的量并因此减少 了这些煤粉进入煤层的夹层网中的机会，引起较少的地层损伤。或者，能够将少量的包括甲 基异丁基甲醇(MIBC)、戊醇、己醇、庚醇和辛醇以及二乙基异己醇，松油和乙二醇醚在内的 起泡剂与烃油一起添加。或者仅添加起泡剂而不添加烃油。例如以每吨煤50ml至100ml 的浓度将MIBC添加至水或盐水中。在钻井过程中，散布在煤层中的主要是粘土和硅氧矿物 的其它矿物作为小颗粒被释放入流体中。任选地，除了烃油或/和起泡剂，还能够添加用于 硅氧矿物的各种捕收剂。这些捕收剂包括简单的伯胺和仲胺、伯醚胺和伯醚二胺、牛脂胺和 妥尔油脂肪酸/胺縮合物。添加这些捕收剂会有助于使硅土岩屑漂浮并进一步减少来自细 粉的地层损伤。 在井筒清洗中，能够将少量烃油或起泡剂或两者的混合物加入水或盐水中。然后 将该流体以高流速循环通过井筒。微泡与岩屑的结合有助于更有效地使岩屑升至井外。或 者，在某些情形下，还能够将包括伯胺和仲胺在内的用于硅质原料的捕收剂加入诸如水和 盐水的流体中。 类似地，能够在压裂煤层时将少量烃油或起泡剂或两者的混合物加入水或盐水 中。泡块的形成将细粉限制在微泡上，其结果是较少的细粉进入夹层网中，引起较少的渗透 性损伤。夹层网的高渗透性对煤层的气体产量至关重要。
实施例 实施例1 将100ml水与7克具有宽的尺寸分布的Manville煤钻粉屑添加至两个玻璃瓶 (200ml)的每一瓶中。向其中一瓶加入0.07ml煤油并将另一瓶用作对照。用力摇晃瓶体， 然后静置使煤颗粒沉淀。有一层煤颗粒漂浮在顶部而对照瓶中没有煤颗粒漂浮。
实施例2 将100ml水和7克具有宽的尺寸分布的Manville煤钻粉屑添加至两个玻璃瓶 (200ml)的每一瓶中。向其中一瓶加入0.07ml己醇并将另一瓶用作对照。用力摇晃瓶体， 然后静置使煤颗粒沉淀。有一层煤颗粒漂浮在顶部而对照瓶中没有煤颗粒漂浮。
实施例3 将轻轻研磨至粒径大致均一的7克Manville煤钻粉屑加入含0. 05ml煤油和 0. lml己醇的100ml水中。用力摇晃后，静置使煤颗粒沉淀。有约40%的煤颗粒漂浮在流 体表面上。
权利要求
在含煤层的地层中使煤颗粒结块的方法，其包括如下步骤a.提供含有水性介质和第一捕收剂和/或起泡剂的流体；b.将所述流体泵入所述地层中以及c.与所述地层中的煤颗粒接触，从而使所接触的煤颗粒结块。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述水性流体为水或盐水。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述起泡剂为低分子量醇。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述醇为甲基异丁基甲醇(MIBC)、戊醇、己醇、庚醇、 辛醇、二乙基异己醇、松油或乙二醇醚。
5. 如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中所述起泡剂的浓度为每吨煤颗 粒约50ml至100ml 。
6. 如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中所述第一捕收剂为烃油。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述烃油为煤油、燃油或C5至C8烃。
8. 如权利要求6或7所述的方法，其中所述烃油的浓度为每吨煤颗粒约0. 02L至1. 5L。
9. 如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其还包括将气体加入所述流体中的 步骤。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述气体为空气、氮或二氧化碳。
11. 如权利要求9或10所述的方法，其还包括在所述流体中形成气泡从而形成煤颗粒 的气体结块的步骤。
12. 如权利要求1至11中任一权利要求所述的方法，其还包括添加用于硅氧矿物的第 二捕收剂的步骤。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为简单的伯胺、伯仲 胺、伯醚胺、伯醚二胺、牛脂胺或妥尔油脂肪酸/胺縮合物。
14. 如权利要求12所述的方法，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为具有至少约12个碳 原子的胺捕收剂。
15. 如权利要求12所述的方法，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为油酸盐。
16. 如权利要求15所述的方法，其还包括添加多价阳离子的步骤。
17. 如权利要求15所述的方法，其中所述多价阳离子为Ca++或Mg++。
18. 用于地下煤层的油井服务流体组合物，其包含 水性介质；用于煤的捕收剂和/或起泡剂；禾口 气体。
19. 如权利要求18所述的流体组合物，其中所述水性介质为水或盐水。
20. 如权利要求18或19所述的流体组合物，其中所述起泡剂为低分子量醇。
21. 如权利要求20所述的流体组合物，其中所述醇为甲基异丁基甲醇(MIBC)、戊醇、己 醇、庚醇、辛醇、二乙基异己醇、松油或乙二醇醚。
22. 如权利要求18至21中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述起泡剂的浓度为 每吨煤约50ml至100ml。
23. 如权利要求18至22中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述用于煤的捕收剂 为烃油。
24. 如权利要求23所述的流体组合物，其中所述烃油为煤油、燃油或C5至C8烃。
25. 如权利要求23或24所述的流体组合物，其中所述烃油的浓度为约每吨煤约0. 02L 至1. 5L。
26. 如权利要求18至25中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述气体为空气、氮 或二氧化碳。
27. 如权利要求18至26中任一权利要求所述的流体组合物，其还包含用于硅氧矿物的 捕收剂。
28. 如权利要求27所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为简单的伯 胺、伯仲胺、伯醚胺、伯醚二胺、牛脂胺或妥尔油脂肪酸/胺縮合物。
29. 如权利要求27所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为具有至少约 12个碳原子的胺捕收剂。
30. 如权利要求27所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为油酸盐。
31. 如权利要求30所述的流体组合物，其还包含多价阳离子。
32. 如权利要求31所述的流体组合物，其中所述多价阳离子为&++或1%++。
33. 权利要求18所述的流体作为钻井液、井清洗液、压裂液或完井液的用途。
34. 在含煤颗粒的水性介质中使煤颗粒结块的方法，其包括如下步骤a. 将捕收剂和/或起泡剂添加至所述水性介质中；b. 形成所述煤颗粒和所述水性介质的浆液；c. 将气体导入所述浆液中，从而形成使所接触的煤颗粒结块。
35. 如权利要求34所述的方法，其中所述捕收剂为烃。
36. 如权利要求34所述的流体组合物，其中所述水性介质为水或盐水。
37. 如权利要求34至36中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述起泡剂为低分子 量醇。
38. 如权利要求37所述的流体组合物，其中所述醇为甲基异丁基甲醇(MIBC)、戊醇、己 醇、庚醇、辛醇、二乙基异己醇、松油或乙二醇醚。
39. 如权利要求34至38中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述起泡剂的浓度为 每吨煤约50ml至100ml。
40. 如权利要求34至39中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述捕收剂为烃油。
41. 如权利要求40所述的流体组合物，其中所述烃油为煤油、燃油或C5至C8烃。
42. 如权利要求40或41所述的流体组合物，其中所述烃油的浓度为每吨煤约0. 02L至 1. 5L。
43. 如权利要求34至42中任一权利要求所述的流体组合物，其中所述气体为空气、氮 或二氧化碳。
44. 如权利要求34至43中任一权利要求所述的流体组合物，其还包含用于硅氧矿物的 捕收剂。
45. 如权利要求44所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为简单的伯 胺、伯仲胺、伯醚胺、伯醚二胺、牛脂胺或妥尔油脂肪酸/胺縮合物。
46. 如权利要求44所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为具有至少约 12个碳原子的胺捕收剂。
47. 如权利要求44所述的流体组合物，其中所述用于硅氧矿物的捕收剂为油酸盐。
48. 如权利要求47所述的流体组合物，其还包含多价阳离子。 如权利要求48所述的流体组合物，其中所述多价阳离子为Ca++或Mg++。
全文摘要
在含煤层的地层中使煤颗粒结块的方法，其包括如下步骤(a)提供含有水性介质和第一捕收剂和/或起泡剂的流体；(b)将流体泵入地层中以及(c)与地层中的煤颗粒接触从而使所接触的煤颗粒结块。
文档编号C09K8/42GK101711273SQ200880020152
公开日2010年5月19日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者克里斯·维京斯, 张克卫 申请人:川汉油田服务有限公司