基于缔合聚合物并且基于不稳定表面活性剂的压裂液的制作方法
【专利说明】基于缔合聚合物并且基于不稳定表面活性剂的压裂液
[0001] 本发明涉及在采油背景下所使用的压裂技术的领域。
[0002] 水力压裂是一项在油气储层内开采石油和天然气领域中常用的技术，其目的是在 该储层内创造裂缝以便增加在这些抽提液与该储层中含有的烃之间的交换界面。
[0003] 压裂一般使用高压注射包含聚合物的水性压裂液，这些聚合物给予该液体高粘 度。将这些压裂液注射到油气储层中（在本说明书的含义内，术语油气储层特别包括储集 岩）一般涉及使用相当大的压力，这一方面涉及就栗送而言的能量消耗，并且另一方面在 剪切力的作用下可能降解这些聚合物。确实，典型地，将一种压裂液从表面经过几千米的距 离注射到油气储层中。
[0004] 本发明的一个目的是提供基于增粘聚合物（viscosifyingpolymer)的压裂液，这 些压裂液具有类似于已知压裂液的效用，但是这些压裂液是更易于注射的，这尤其使得可 能降低其注射所需的能量，并且其中这些增粘聚合物在剪切力下的降解现象优选地被减少 或者甚至为零。
[0005] 出于此目的，根据本发明提出了一种新型的压裂液，该压裂液包含在一种水性介 质中的：
[0006] (i)缔合聚合物，这些缔合聚合物实质上适于提高该水性介质的粘度、或者甚至适 于使其凝胶化；以及
[0007] (ii)至少一种不稳定的表面活性剂，其存在量的足以降低或抑制在该注射过程中 由所述缔合聚合物诱导的粘度增加作用，并且该至少一种不稳定的表面活性剂在该注射之 后在将其引入的油气储层的温度和pH条件下被降解，由此该液体的粘度在注射之后增加。
[0008] 更具体地，根据第一个方面，本发明的一个主题是包含在水性介质中的以下各项 的压裂液：
[0009]--种缔合聚合物；以及
[0010] --种不稳定的表面活性剂，其量足以降低或抑制由所述缔合聚合物诱导的粘度 的增加作用。
[0011] 根据另一个方面，本发明涉及上述液体作为压裂液的用途。在这一背景之内，本发 明的一个主题具体地是一种用于在油气储层中开采烃的方法，该方法包括其中将上述类型 的压裂液注射到油气储层中的一个步骤，其中温度和/或pH条件适于溶解（lyzing)全部 或部分该不稳定的表面活性剂。
[0012] 在本说明书的含义内，术语"缔合聚合物"应理解为一种适于通过缔合来增加水性 介质粘度的聚合物，这些缔合涉及在这些聚合物之间的疏水-疏水相互作用。此类聚合物 有时还以名称"疏水性缔合水溶性聚合物"（HAP)或者"两亲聚合物"表示。一般而言，这 些是包含一个亲水性主链并且沿着其链和/或在其末端的全部或部分上包括少量（典型地 O.OOlmol%至lOmol%数量级，并且一般最多几个摩尔百分比）的疏水性官能团的聚合物。 当将此类聚合物置于一种水性介质中时，它们以其本身已知的方式形成疏水连接（这些疏 水性官能团集合在一起以便以与水性介质中形成表面活性剂胶束相同的方式降低该系统 的能量）。
[0013] 此外，概念"不稳定的表面活性剂"（或"可解离型表面活性剂"）在此表示一种 适于典型地通过分解为两个单独的分子来溶解的表面活性剂，其pH和温度条件是其中与 其缔合的缔合聚合物的至少一部分不被降解。根据本发明使用的可解离型表面活性剂是 在注射之后在其中这些缔合聚合物不降解的条件下降解的表面活性剂。此种类型的不稳 定的表面活性剂在文献中是已知的。有关其他细节，可以尤其提及"可解离型表面活性 剂'，（"Cleavablesurfactants'，）AlirezaTehrani-Bagha，KristerHolm。
[0014] 不稳定的表面活性剂的特定地使用给予根据本发明的压裂液已知的压裂液的优 点并且不具有其缺点。确实，由于这种不稳定的表面活性剂的存在，该压裂液当其注射时具 有协助其注射的降低的粘度，并且该粘度在希望进行压裂的区域中重新建立。
[0015] 由于存在该不稳定的表面活性剂所获得的粘度的降低使得有可能实质上减少压 力损失现象，并且在其中使用对于降解敏感的聚合物的情况下能够使聚合物在剪切力下的 降解减少。
[0016] 此外，存在于本发明的压裂液中的缔合聚合物的性质是高度可调节的。
[0017] 具体地，根据一个有利的实施例，本发明的压裂液可以有利地包含相对低的分子 量（例如小于l〇〇〇〇〇〇g/mol、或者甚至小于500000g/mol、例如小于100000g/mol)的两亲 聚合物作为缔合聚合物，这使得可能在该不稳定的表面活性剂裂解之后诱导高粘度，并且 这起始于相对低的浓度，并且此外这些两亲聚合物与更大尺寸的聚合物相比对于剪切力降 解更不敏感。
[0018] 实际上，可以根据本发明使用几乎所有的缔合聚合物。关于这一主题，应注意，除 了以上优点之外，在本发明的组合物中存在的不稳定的表面活性剂还可以使得可能改进这 些聚合物在一种水性介质中的水合，这使得有可能使用任何类型的缔合聚合物，包括在本 发明的组合物中一般认为最不能水合的那些。本发明因此为在压裂液中使用许多两亲聚合 物开辟了道路。
[0019] 考虑到可以在本发明的背景中使用的大范围的聚合物和表面活性剂，在此描述的 压裂方法是极其可调节的。通过做出聚合物和表面活性剂的适当的选择，根据本发明可以 提供的压裂液在仅仅几米之后将恢复高粘度以及保持低粘度直到该压裂区域
[0020] 有可能细微地调节该压裂液的行为以便适配其粘度随着该注射区域的变化。根 据所使用的聚合物和表面活性剂，适配这两种化合物的浓度以便得到所希望的粘度改变 特征曲线是在本领域的技术人员的能力之内的。在这些不稳定的表面活性剂裂解之前， 根据在具体地在"在疏水改性的聚合物与表面活性剂之间的相互作用"（"Interactions betweenhydrophobicallymodifiedpolymersandsurfactants'，）B.Magny， I.Iliopoulos，R.Audebert，L.Piculell，B.Lindman，胶体与聚合物科学进展（Progressin Colloid&PolymerScience)第89卷，1992年，第118-121页中描述的已知的机理，这些缔 合聚合物与这些表面活性剂相互作用。
[0021] 缔合聚合物与表面活性剂之间的相互作用以其本身已知的方式随着该表面活性 剂的含量变化。当加入非常小量的表面活性剂的时候，这种小量的表面活性剂使疏水键的 数量致密，这增加了粘度。在低表面活性剂含量下，随着该表面活性剂加入，粘度由此增加 直到最大值。超出对于观察到这一最大值的表面活性剂的极限含量，该趋势逆转并且相反 加入表面活性剂使在这些聚合物之间的相互作用以及因此粘度降低得越来越多。对于任何 表面活性剂和聚合物对，存在最小表面活性剂浓度，超出该浓度得到粘度的系统降低，这一 最小浓度是非常容易测定的。
[0022] 根据一个实施例，选择该表面活性剂和该聚合物以及还有其相应的浓度，这样维 持从表面到希望进行压裂的区域的低粘度并且由于该表面活性剂的溶解而在该压裂区域 中升高粘度优选地恰好在渗透进压裂区域之前发生。
[0023] 除以上优点之外，在本发明的背景下使用的这些缔合聚合物通常诱导该压裂液的 流变性质，这使其适于确保该压裂的有效控制。
[0024] 此外，本发明的压裂液的特定的流变学总体上是非常良好地适于有效运输在悬浮 液中的支撑剂的。这些支撑剂是旨在在这些裂缝形成过程中固结并且通过滑动入其中而保 持这些裂缝打开的颗粒（它们典型地是粒级砂）。
[0025] 此外，在本发明的压裂液中使用的缔合聚合物具有能够在盐（此外，盐的存在总 体上改进其缔合性）存在下使用的优点，这允许使用在接近该开采区域的环境中立即可获 得的水而不必须担心其纯度或其盐含量。本发明的缔合聚合物以这种方式构成一种在多 糖型压裂中通常使用的聚合物（如硼酸盐交联的糖或锆酸盐交联的瓜尔胶，其中所使用的 水质是决定性因素）的有利的替代物。因此，具体地本发明使其自身良好地提供基于海水 或基于采出水以及更通常地基于可以含有盐的任何水（包括其范围可以最高达按重量计 25%的高含量和/或其范围可以最高达500(^口111的1% 2+和0&2+含量的高硬度）的压裂液的 配制品：根据一个具体的实施例，本发明的压裂液包含海水或采出水作为水性介质。
[0026] 现将更详细地描述本发明的不同的更具体