专利名称：增强纤维衔接的方法
技术领域：
本发明涉及一种增强纤维衔接的方法，从而在井筒钻井期间控制循环液漏失，且尤其使用于中间区，即，通常在地表套管下方的井的非储层段，和产油气区中。本发明提供在自然裂缝内更好的衔接，从而处理尺寸较大的裂缝中的损失，并进一步改进抵抗侵蚀损失的稳定性。本发明方法利用小纤维，使方法与各种钻井工具的底部钻具组合相容。
背景技术：
在井筒钻井期间，出于多种功能，通常在井中使用各种流体。流体可通过钻杆和钻头循环至井筒中，且接着可随后通过井筒向上流动至地表。在这个循环期间，钻井液可用于从井底将钻屑移除至地表；当循环中断时撑起钻屑和称重材料；控制地下压力；维持井筒的完整性，直到井段被套封和巩固为止；通过提供足够静水压力以防止地层流体进入井筒中而将流体与地层隔离；冷却和润滑钻柱和钻头；和/或使渗透率达到最大。出于这些各种目的使用的流体组合物可以是水基或油基的，并可包含增重剂、表面活性剂、支撑剂和聚合物。然而，为了使井筒流体执行其所有功能并允许井筒作业得以继续，流体必须保持在钻孔中。常常，遇到大量(或在一些情况中几乎所有)井筒流体可能漏失至地层的不可取的地层条件。例如，井筒流体可通过地层中的较大或较小裂隙或裂缝或通过钻孔周围的闻多孔性岩石基质而尚开钻孔。循环液漏失是反复出现的钻井问题，其特征是钻井泥浆损失至井下地层中。其可在有裂缝、高渗透性、多孔、海绵状或溶蚀的地层中自然出现。这些地层可包括页岩、沙、砾石、贝壳床、暗礁矿床、石灰石、白云石和白垩，等等。钻井并生产石油和天然气时遇到的其它问题包括卡管、井眼坍塌、井失去控制和生产损失或生产减少。循环液漏失也可能 源自钻井期间诱发的压力。明确而言，当出于井控制和维持稳定井筒所需的泥浆重量超过地层的耐压裂性时，可能出现诱发的泥浆损失。一个尤其具挑战性的情况出现在耗尽的储层中，其中孔隙压力上的下降削弱了含烃岩石，但是相邻或互层低渗透性岩石(如页岩)维持其孔隙压力。这可使得不可能钻入某些耗尽区，因为支撑页岩所需的泥浆重量超过了沙和淤泥的压裂压力。常常通过在注入至井筒中的流体中包括添加剂而控制循环液漏失。用于控制或停止循环液漏失的最常见添加剂是膨润土，其将密封小孔或裂缝。较高浓度的膨润土增加了粘度并减慢了流体流动至周围岩石中。也已经使用其它固体，如研磨的纸、研磨的玉米棒和锯削来控制流体损失。有时也使用聚合物来增加井筒流体的粘度并控制流体损失。然而，聚合物添加剂一般比颗粒物(如膨润土)更昂贵。已广泛描述在钻井作业期间使用纤维和固体来防止循环液漏失。这些纤维例如包括黄麻、亚麻、马海毛、龙舌兰纤维、合成纤维、棉、棉绒、羊毛、回魂绒线和甘蔗纤维。用于防止或处理循环液漏失的一个已知过程涉及将具有介于约IOmm与约25mm之间的长度的水分散性纤维(例如玻璃或聚合物纤维)以范围介于约1.43kg/m3与约17.lkg/m3之间的浓度添加至泵送的水基流体，其包括具有小于约300微米的当量直径的固体颗粒。另一已知过程利用选自玄武岩纤维、硅灰石纤维和陶瓷纤维的熔融加工的无机纤维。
然而，如果使用低量或中等量的纤维，那么这些已知方法和组合物无法有效控制流体损失。因此，一种控制损失并利用中等水平和低水平纤维的方法是可取的。此外，利用尺寸足够小的纤维以便与底部钻具组合相容的这种过程将是可取的。
发明概要实施方案描述循环液漏失材料，其包括纤维和任选在粘性流体中悬浮的固体以及降粘剂。已发现流体粘度的降低可显著改进对于所需纤维载荷的衔接效率。在具有低粘度的流体中，纤维形成具有大于原始纤维长度和直径的尺寸的聚集体。这种聚集体导致携带纤维的流体的衔接效率增强，并允许用尺寸更小的纤维堵塞开口。另外触发基液粘度减小提供了对纤维材料产生堵塞的位置的控制。这使得能以堵塞钻井工具的底部钻具组合的最小风险而使用较广范围浓度的纤维来对抗循环液漏失。在一方面，实施方案提供处理地质地层的方法，其包括:将高粘性组合物注入至井筒中，所述高粘性组合物包括基液，其中基液具有IOOcP或更大的初始粘度并且其在暴露至降粘剂时表现出粘度减小，和纤维，其中纤维在基液的粘度减小时表现出植绒；和将降粘剂注入至井筒中，其中降粘剂与高粘性组合物一起或分开注入至井筒中。在本发明方法的一些实施方案中，基液是聚合物流体。在本发明方法的一些实施方案中，降粘剂是选自酸、碱、盐、表面活性剂、酶、氧化剂、有机溶剂、互溶剂、其前体和其混合物的化学添加剂。在本发明方法的一些实施方案中，降粘剂是选自酸、氯化钙、氢氧化钙、碳酸氢钠、聚萘磺酸盐，阳离子表面活性剂、C16-C18甜菜碱、C14-C16脂肪醇和丁氧基乙醇的化学添加剂。在本发明方法的一些实施方案中，纤维选自PLA纤维、玄武岩纤维、大豆纤维、PGA纤维、PVA纤维、PET纤维、玻璃纤维、聚酯纤维和其组合，具有介于I微米与1000微米之间的直径和介于2mm与25mm之间的长度。在本发明方法的一些实施方案中，降粘剂被封装在蜡中。在本发明方法的一些实施方案中，高粘性组合物还包括固体颗粒。在本发明方法的一些实施方案中，具有两种或更多种不同尺寸的纤维。在本发明方法的一些实施方案中，在处理井筒时，井筒受到水力压裂增产。在本发明方法的一些实施方案中，在处理井筒时井筒被钻井。附图简述出于图示本发明的目的，在图中示出示例性的形式；然而，其应理解为本发明不限于所示出的精确配置和工具。
图1是衔接所需的纤维载荷作为三个基液的流体粘度的函数的图表，三个基液含有:A，其是季铵化合物和烷基芳基磺酸盐和硝酸铵溶液的混合物，B，其是芥酸酰胺基丙基二甲基甜菜碱；和C，其是瓜尔豆基线性凝胶。图2是压力对体积的图表，其图示了对于本发明实例1，随着纤维形成絮状物，槽中压力增加；图3是压力对体积的图表，其图示了对于本发明 实例2，随着纤维形成絮状物，槽中压力增加；
图4是压力对体积的图表，其图示了对于本发明实例4，随着纤维形成絮状物，槽中压力增加；图5是压力对时间的图表，其图示了对于比较例6，随着纤维形成絮状物，槽中压力增加；和图6是用于评估处理液的堵塞能力的装置的示意图。图7是图6中描绘的装置槽的详细图。
具体实施例方式虽然结合流体损失控制而在本文中讨论实施方案，但是应理解，本发明方法中使用的组合物可或者移作他用或用于其它目的。例如，可用于控制流体流动通过岩石地层中由地下井中的钻孔渗透的路径，S卩，用于与整个井寿命期间进行的井维护活动相关的处理的实施方案包括(但不限于)建井、井增产和修井作业。将描述烃生产井的实施方案，但是应理解，所述实施方案可用于生产其它流体的井，如水或二氧化碳，或例如，用于注水井或储藏井。也应理解，在本说明书各处，当浓度或量的范围描述为有用或适当等时，其意图是范围内的任何以及每个浓度或量(包括端点)将被视作已经说明。此外，每个数值应一次阅读为由术语“约”修改(除非已经明文如此修改)，并且除非上下文中另外说明，否则接着再次阅读为不这样修改。例如，“从I至10的范围”应阅读为指示沿着约I与约10之间的连续体的每一个可能数字。换句话说，当表达某一范围时，即使只有范围内的少数具体数据点被明确提述或引述，或甚至当没有引述范围内的数据点时，应理解，发明者·了解并理解该范围内的任何以及所有数据点都将被视作已经指定，并且发明者拥有整个范围和该范围内的所有点。堵塞裂缝并控制通过其的流体损失所涉及的一个关键机制是纤维衔接。图1显示了对于不同流体，衔接2mm的槽所需的最小纤维浓度作为载液粘度的函数的依赖度。如图1中可见，粘度强烈地影响载有纤维的流体的衔接能力:粘度越高，衔接越少。即，对于给定纤维浓度，粘度越高，衔接能力越弱。实施方案利用这种性质。明确而言，实施方案提供高粘度流体在无衔接或堵塞设施的情况下用于将纤维递送至井下的方法。此外，较高粘度流体可递送稍后将以较低流速呈絮状的纤维。用当前实施方案，操作者不仅可使用较低纤维浓度，而且可使用较低长宽比的纤维、较短纤维、较密纤维、较窄纤维长度分布、较平滑纤维和/或不太硬的纤维，并能够运输其，并接着导致其在所需的时候和地方衔接。在递送至井下之后，粘度降低(即，通过“触发”)，并出现例如由于絮凝(纠缠)的纤维衔接，从而使流体分流或堵塞裂缝并减少或消除流体损失。本发明方法包括:(a)制备包含至少一种纤维和至少一种基液的混合物；(b)将混合物注入或递送至井筒中；和(c)触发基液粘度的下降，从而导致纤维衔接增加。本发明的实施方案中有用的基液包括表现出可控粘度范围的那些流体。即，本发明中有用的基液可在具体条件下具有高粘度，如具体pH、盐浓度、温度、离子浓度和/或具体离子的存在，和/或这些条件的组合，并且在其它具体条件下具有低粘度。实施方案中有用的基液包括聚合物流体、交联聚合物流体、瓜尔豆基流体、凝胶水、乳剂、泡沫剂和其组合。取决于与增粘剂和地层的相容性，水基流体可用淡水、海水、盐水等等制成。在一些实施方案中，基液是瓜尔胶或交联瓜尔胶。井压裂应用中使用瓜尔胶和衍生瓜尔胶粉末以生产聚合物溶液和交联聚合物溶液(即，凝胶)，其适于作为压裂液以转化足以引发并传播裂缝的液压力。本发明中有用的瓜尔胶和衍生瓜尔胶产品最初获得为精细研磨的粉末或在非水悬浮液中这些相同粉末的分散体。瓜尔胶或衍生瓜尔胶粉末的非水悬浮液通常称为浆液、瓜尔胶浆液或衍生瓜尔胶浆液，如果在后者的情况中，分散和悬浮的瓜尔胶粉末是衍生瓜尔胶。粉末或非水浆液与水性流体混合以制造水基流体。本发明中有用的瓜尔胶衍生物包括但不限于羟烷基瓜尔胶、羧基瓜尔胶和羧烷基羟烷基瓜尔胶。优选的瓜尔胶衍生物包括羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基瓜尔胶(CMG)和羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)。有用的纤维可在井下条件下可降解或稳定。有用的纤维例如包括聚乳酸(PLA)纤维、玄武岩纤维、硅灰石纤维、大豆纤维、聚乙醇酸(PGA)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、包括PLA和/或PGA的共聚物的纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚内酯纤维和其组合。尤其在非储层段中也可以使用不可降解的纤维，例如玻璃纤维。纤维通常具有介于约I微米与约1000微米之间的直径，优选地介于约6微米与约200微米之间，且最优选地介于约10微米与约20微米之间。纤维通常具有大于约100的长宽比。适当的纤维具有介于约2mm与约25mm之间的长度,优选地介于约3mm与约18mm之间，且最优选地是约6_ ;其具有约I微米至约1000微米的直径。纤维可能并非尺寸均一，并可包括不同尺寸的纤维或纤维组合物的混 合物。纤维以介于约2g/L与约72g/L (约17-600ppt (磅每千磅))之间，优选地介于约12g/L与约36g/L之间(约100-300ppt),且最优选地约18g/L (150ppt)的浓度载入基液中。也可以使用例如美国专利申请公开案第20100152070号中描述的纤维混合物。例如，纤维可以是长纤维和短纤维的共混物。优选地，长纤维是刚性的，且短纤维是柔性的。据认为，这种长纤维在流动通路中形成了三维垫或网，其捕获颗粒(如果存在)和短纤维。至于颗粒，尺寸是约5-1000 μ m，优选地是约10-300 μ m，且最优选地是约15-150 μ m。颗粒载荷范围通常与纤维载荷范围相同。颗粒可由(但不限于)聚乳酸或任何聚酯、碳酸钙、石英、云母、陶瓷，或当前使用于例如钻井、完井或增产的任何颗粒物材料制成。颗粒任选可以是粗颗粒、中等颗粒以及任选细颗粒的混合物。本领域中熟知由于其尺寸分布而可能更容易堵塞的这种颗粒混合物。任选地，支撑剂可以是全部或某些部分的颗粒。为了处理之后的最佳清洁，可降解颗粒包括(但不限于)聚乳酸、聚乙醇酸，并且聚酯是优选的。优选的固体粒度范围介于约5μηι与ΙΟΟΟμηι之间，更优选地介于约10 μ m与300 μ m之间，且最优选地介于约15 μ m至150 μ m之间。优选的固体颗粒浓度范围介于约6g/L与72g/L之间，且更优选地介于约12g/L与36g/L之间，且最优选地介于约15g/L与20g/L之间。
可对于每一应用细调纤维和任选颗粒的组合物、尺寸和浓度。降粘剂、触发机制可选自化学触发剂，如氧化剂、酶、有机溶剂、无机盐(尤其是多价的)、有机盐(尤其是多价的)，溴酸盐，和/或物理触发，如剪切(例如通过钻头)、温度、化学触发剂的任何子集的组合、物理触发的组合以及化学和物理触发的任何组合。应注意，通常可使用更常用为(例如聚合物的)破坏剂的低浓度触发剂，例如低达常用浓度的十分之一，因为需要只降低粘度，而不完全破坏聚合物，并且因为在许多情况中，增粘剂载荷可能低于常用，因为只要在其它处理中，增粘剂可能不需要维持粘度。出于相同原因，较弱或较差的破坏剂可被用作触发剂，例如一些破坏剂，如氧化剂可使用于低于其常用的温度，以及其它，如酶可使用于高于其常用的温度。在一些实施方案中，用于触发基液粘度减小的机制是一种或多种化学成分(“化学触发剂”)。触发剂的选择是基于增粘剂的性质。自然地，应当总是在实验室中测试增粘剂和纤维(和触发剂(或触发剂前体)，如果在相同流体中)的相容性。化学触发剂包括酸，如柠檬酸、醋酸、甲酸、盐酸、氯化钙和聚电解质聚合物，如聚萘磺酸盐、阳离子表面活性剂、两性型和两性离子型材料，如C16-C18甜菜碱、C14-C16脂肪醇和互溶剂，如丁氧基乙醇。可以前体的形式添加触发剂；例如酯是酸和醇的前体；螯合多价金属是多价金属的前体。在一些情况中，取决于增粘剂、纤维和触发剂的化学性质，增粘剂的分解产物，或破坏的增粘剂与触发剂或已用触发剂之间的反应或缔合可有助于纤维絮凝。在一些实施方案中，化学触发剂可包括在基液混合物中。在这种实施方案中，化学触发剂可被封装以延迟释放至基液中。示例性封装的化学触发剂例如包括从瑞士的巴塞尔(Basel, Switzerland)的Jungbunzlauer市售的涂腊朽1檬酸和碳酸氢钠,其中涂层(多达最终产品的40%)由氢化植物油(棕榈或葵花)制成，具有介于60°C与70°C之间的熔点。封装的氢氧化韩从Rhodia Boulogne-BiIlancourt, France市售,其通过干燥乳化过程生产并置于二氧化硅上。在替代实施 方案中，如果需要基液粘性以及在需要基液粘性以便促进纤维衔接时，化学触发剂可单独递送或注入至井筒中。在另一些实施方案中，化学触发剂可作为其它井筒流体(如钻井泥浆)的部分而另外递送至井筒。可通过将流体注入井中而执行将混合物递送至井下:(1)通过钻井管；(2)通过续油管，例如包括具有约1.25cm (半英寸)或更小的直径的微续油管；(3)通过定位在井筒中的任何管柱之间的环形空间；(4)通过使用捞砂器或井下容器；通过定位在井筒中的任何管柱；(5)通过套管向井下泵送；或(6)前述方法的任何组合。在一些情况中，降粘剂，即，化学触发剂在被添加至井筒之前添加至基液加纤维的混合物中。在替代实施方案中，可从高粘度基液加纤维的混合物单独泵送化学触发剂。在单独添加至井筒时，可使用任何适当技术将化学触发剂添加至井筒，包括上文列出的与高粘度混合物的混合发生在井筒中或在裂缝中的技术。当单独泵送化学触发剂时，其可通过与基液不同的路径与基液同时泵送，或其可在基液之后通过相同或不同路径泵送。在对于循环液漏失的处理中，纤维、任选颗粒物和触发剂优选地在聚合物流体中混合在一起并作为单独丸剂向井下泵送。典型处理量是约IOObbl (15.90kg/L);或者，多达约 150bbl (23.85kg/L);或者低至约 50bbl (7.95kg/L)。为了使用于分流情况中，使用介于约12kg/m3与约18kg/m3之间的纤维，和介于约450kg/m3与500kg/m3之间的支撑剂。纤维的介于12kg/m3与18kg/m3之间的所有值和子范围都包括在本文中并在本文中公开。例如，纤维量可具有13kg/m3、14kg/m3、15kg/m3、16kg/m3、17kg/m3 或 18kg/m3 的上限,和 12kg/m3、13kg/m3、14kg/m3、15kg/m3、16kg/m3 或 17kg/m3 的下限。支撑剂的介于450kg/m3与500kg/m3之间的所有值和子范围都包括在本文中并在本文中公开。例如，支撑剂的量可具有460kg/m3、470kg/m3、480kg/m3、490kg/m3或500kg/m3的上限，和 450kg/m3、460kg/m3、470kg/m3、480kg/m3 或 490kg/m3 的下限。在压裂增产处理中，分流、利用纤维一般跟在支撑剂处理之后。这种应用中的纤维浓度可在从2kg/m3至20kg/m3 ;或者，从5kg/m3至17kg/m3 ;或者，从7kg/m3至15kg/m3 ;或者,从10kg/m3至18kg/m3的范围中变化。公开了纤维浓度介于2kg/m3与20kg/m3之间的所有值和子范围并包括在本文中；即，纤维浓度可具有例如2kg/m3、4kg/m3、6kg/m3、8kg/m3、10kg/m3、12kg/m3、14kg/m3、16kg/m3 或 18kg/m3 的下限，和例如 4kg/m3、6kg/m3、8kg/m3、IOkg/m3、12kg/m3、14kg/m3、16kg/m318kg/m3 或 20kg/m3 的上限。分流液也可以包括以从 60kg/m3 至1500kg/m3 ;或者，从 150kg/m3 至 1000kg/m3 ;或者，从 200kg/m3 至 750kg/m3 ;或者，240kg/m3至480kg/m3的浓度的一种或多种支撑剂。公开了支撑剂浓度介于60kg/m3与1500kg/m3之间的所有值和子范围并包括在本文中；即，支撑剂浓度可具有例如60kg/m3、120kg/m3、240kg/m3、300kg/m3、500kg/m3、680kg/m3、900kg/m3、1100kg/m3 或 1450kg/m3 的下限和例如 90kg/m3、150kg/m3、270kg/m3、390 kg/m3、510kg/m3、650kg/m3、770kg/m3、890kg/m3、930kg/m3、1180kg/m3、1250kg/m3、1390kg/m3、1460kg/m3 或 1500kg/m3 的上限。分流液的体积可在 0.1m3 至 30m3之间；或者从0.5m3至20m3 ;或者从1.0m3至15m3 ;或者从3m3至IOm3 ;或者从5m3至Sm3 ;或者从1.5m3至5m3变化。公开了介于0.1m3至30m3之间的所有值和子范围并包括在本文中；即，分流液的体积可具有例如 0.lm3、l.4m3、2.9m3、5.0m3>6.6m3、9.0m3> 14.5m3、23m3 或 28m3 的下限和例如 lm3、6m3、14m3、22.5m3>28m3 或 30m3 的上限。实例本发明实例说明了一些特定实施方案，但是下文不应解译为意味着本发明限于这些特定实施方案。在基液中利用VES的本发明实例1-4和比较例1-4表I中示出本发明实例1-4和比较例1-4中使用的基液。表I
权利要求
1.一种处理地质地层的方法，其包括: 将高粘性组合物注入至井筒中，所述高粘性组合物包含 基液，其中所述基液具有IOOcP或更大的初始粘度并且其在暴露至降粘剂时表现出粘度减小，和 纤维，其中所述纤维在所述基液的粘度减小时表现出植绒，和 将降粘剂注入至所述井筒中，其中所述降粘剂与所述高粘性组合物一起或分开注入至所述井筒中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基液是交联瓜尔胶聚合物流体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述降粘剂是选自酸、碱、盐、表面活性剂、酶、氧化剂、聚电解质聚合物、有机溶剂、互溶剂、其前体和其混合物的化学添加剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述降粘剂是选自酸、氯化钙、氢氧化钙、碳酸氢钠、聚萘磺酸盐、阳离子表面活性剂、C16-C18甜菜碱、C14-C16脂肪醇和丁氧基乙醇的化学添加剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维选自PLA纤维、玄武岩纤维、大豆纤维、PGA纤维、PET纤维、PVA纤维、玻璃纤维、聚酯纤维和其组合，具有介于I微米与1000微米之间的直径和介于2mm与25mm之间的长度。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述降粘剂封装在蜡中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述高粘性组合物还包含固体颗粒。
8.根据权利要求1·所述的方法，其中具有两种或更多种不同尺寸的纤维。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在水力压裂增产期间处理所述地层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在钻井期间处理所述地层。
全文摘要
本发明提供一种处理地质地层的方法，其包括将高粘性组合物注入至井筒中，所述高粘性组合物包含基液，其中所述基液具有100cP或更大的初始粘度并且其在暴露至降粘剂时表现出粘度减小，和纤维，其中所述纤维在所述基液的粘度减小时表现出植绒，和将降粘剂注入至所述井筒中，其中所述降粘剂与所述高粘性组合物一起或分开注入至所述井筒中。
文档编号E21B43/26GK103249909SQ201080070370
公开日2013年8月14日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者D·付, E·N·塔拉索娃, V·K·赫烈斯特金, D·I·波塔潘科, V·S·布格林 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司