专利名称：自转向泡沫系统的制作方法
自转向泡沬系统本发明申请是基于申请日为2003年12月22日，申请号为200380110399. 9 (国际申请号为PCT/IB2003/006126)，发明名称为“自转向泡沫系统”的专利申请的分案申请。
背景技术：
本发明涉及地下油气井的增产处理。更具体地，本发明涉及通过酸化进行基岩增产和涉及酸压裂。更具体地，本发明涉及转向注入的酸以改善区域覆盖(zonal coverage) 的新方法。酸化是使酸性流体或反应性流体与被井筒(wellbore)穿透的地下地层(“基岩”) 接触的方法。酸化流体接触并溶解井筒污染(wellbore damage)和/或部分基岩。如果该处理在压裂压力以上施用，注入的流体压裂岩石并且酸性流体的主要功能是产生酸蚀孔洞 (wormhole)和/或差别化地蚀刻裂缝的相对面，，以致于当释放注入压力以闭合裂缝时，这些面不再相配，并且流路保持沿着裂缝面从裂缝端(fracture tip)流到井筒，使地层流体流入井筒用于生产。重要的是注入的流体应该到达全部目标区域，以使效益最大化。在基岩酸化或酸压裂中，因为酸与其首先接触的反应性地层岩石反应的自然倾向(因为该岩石距井筒最近或者该岩石是孔隙率最大的或者由于天然的裂缝或孔洞(vug)该岩石是最容易达到的)，难以实现效益最大化。基于岩石的不均勻性、酸与岩石的反应速率以及将新鲜的酸导入岩石的速率，酸反应可以相对均一，可以一个或多个形成延伸到岩石内的长酸蚀孔洞，或者可以形成许多延伸到岩石内的较小酸蚀孔洞的网络。所有这些对于本领域普通技术人员是公知的。获得酸和全部岩层区域(称作区域覆盖)的完全接触的尝试涉及从首先接触的区域将酸转向到新的区域。这是因为否则该酸将往往继续与其首先接触的岩石反应，特别是因为其将对于随后注入的酸形成择优的流路。当地层是由具有不同渗透率的岩层(strata)构成时，转向也是必须的。当存在渗透率差异时，最初注入的酸将往往首先进入渗透率最大的层，并且实际上进一步增大它们的渗透率，然后将继续进入这些层。转向将解决该问题。区域覆盖可以通过施用机械方法(例如注入通过挠性油管，而部分目标地层用封隔器(packer)连续分开)或者通过在区域或部分区域处理后填充流体(例如凝胶或泡沫) 或添加剂(例如盐)，这阻止流体流入处理区域并将酸或反应性流体从处理区域转向到新 (仍未处理)区域。泡沫流体已经显示出能够不仅仅通过它们的粘度而且通过在动态流动条件下的破坏和重新形成而阻塞地层。而且，泡沫中的气泡大小相对于孔尺寸越大，泡沫流体对地层的阻塞越有效。当存在分层时(不同渗透率的层)，如下实现转向通过在全部处理过程中， 在较高渗透率区域中产生并保持稳定的泡沫。当存在代处理的长区域时，如下实现转向通过用酸处理部分区域，然后填充泡沫以阻塞随后注入的酸进入该部分区域，然后注入更多的酸。可以重复这些交替的步骤。结果是通过处理流体得到完全区域覆盖和通过酸得到有效的污染去除，甚至是从严重污染区域的去除。基于所用表面活性剂的类型和浓度以及泡沫质量，泡沫可产生不同水平的屈服应力。已知泡沫流体承载固体颗粒并增强流体的稳定性和粘稠流动性能。也已经认识到泡沫流体是最好的酸增产用转向流体之一。泡沫流体的其它优势是其固有地比非泡沫流体更清洁，即使它们含有聚合物也是如此，这是因为它们含有较小的流体以及它们有助于启动(kick off)回流以及净化，因为它们对系统提供能量以有助于克服阻力(例如静压头)，以回流。在枯竭产层中，它们是“赋能的”(energized) 是特别重要的。当注入的胶凝流体已经用聚合物(此外，其可以为交联的)或用粘弹性表面活性剂系统胶凝化的时候，胶凝流体用作转向剂。通过将它们放置到需要它们阻止流动的位置， 这些流体以机械装置或者化学品(例如盐)相同的方式进行转向。作为一项新技术，粘弹性表面活性剂系统已经显示出可以以新方式用于转向酸或反应性流体。此时，当适当配置(基于所用添加剂和表面活性剂的类型和性质) 时，粘弹性表面活性剂流体最初是酸性和低粘度的，然后在该酸耗尽后该流体胶凝(粘度增加)并且PH增加，因此其临时降低接下来注入的流体进入增产后的区域的可注入性(injectivity)。这些材料(酸中的表面活性剂)有时称作“粘弹性转向酸系统 (viscoelastic diverting acid system) ”或“VDA系统”，并且可以用于压裂增产或酸化。 我们将已经用粘弹性表面活性剂系统增粘的流体称为“凝胶”或“胶凝的”。因为当酸耗尽时它们胶凝，这些流体系统显示出自转向行为(self-diverting behavior)。通常在酸耗尽过程中粘度变化为5-300cP(在170s—1)，这取决于温度。因为，注入时它们是低粘度的，当它们进入并与其首先接触的反应性基岩反应，但是当它们反应后，它们胶凝并堵塞地层的该区域，迫使接下来注入的流体进入岩石基体的新区域。这足以赋予该材料自转向性。这使得随后注入的酸或反应性流体进一步增产其它油或气区域，或者增强在注水井或注气井中的清扫。在处理后，转向剂凝胶被回流流体(flowback fluid)或者通过内部的破胶剂 (breaker)摧毁。可以在难以接触全部目标基岩的任何场合应用这些技术。例如，在竖井或斜井中， 目标地层会分层为具有不同渗透率(或与酸或反应性流体具有不同反应性)的层，或者目标地层可能如此致密(从顶部到底部)以致于由于一种或多种原因，难以在单一处理中与所有目标接触。转向技术也可以适用于水平井并且是有必要的，此时，地层可能不致密，但是油井穿透地层的距离会很长，所以非常难以将单一阶段中制备的酸注入以达到穿透地层的井筒的远端。尽管已知许多用于酸转向的方法，如果它们是基于机械的，它们会需要昂贵和复杂的设备以及耗时的操作。如果它们是基于化学品的，它们可能不充分并且得到不完全的区域覆盖，通常需要许多添加剂、许多步骤和大量材料，以及它们会需要时间和另外的化学处理以除去。因此，需要简单、便宜、迅速、可逆的有效转向方法。
发明内容
本发明的实施方式涉及协同组合自转向粘弹性流体系统的性质和泡沫流体的性质的方法，以产生更有效和更有作用的酸化和增产处理(例如基岩酸化或酸压裂(也称作压裂酸化))用自转向系统。使用流体的转向方法(其中当酸耗尽时初始发泡的酸胶凝) 协同产生增强的性质变化，以改善酸增产处理期间的自转向性。该方法增大了粘度变化期间粘度的增加，除粘度变化之外还导致屈服应力变化，增强了初始泡沫稳定性，改善了地层的清洁，增加了增产流体的回流，并且增强了具有不同渗透率的多个区域的增产流体覆盖。 泡沫自转向粘弹性酸性流体系统称作粘弹性赋能的转向剂系统(viscoelastic energized diverter system)。本发明的一个实施方式是用酸处理被井筒穿透的地层的方法，包括注入粘弹性赋能的转向剂系统和酸。任选地，这些步骤可以交替重复。通常，地层是碳酸岩，或者碳酸盐含量大于约10重量％的砂岩地层。酸可以是发泡的、胶凝的、乳化的或者缓速的，并且可以含有互溶剂。酸可以是氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物。任选地，该酸可以包括单氨基聚羧酸、多氨基聚羧酸、单氨基聚羧酸的盐、多氨基聚羧酸的盐、单氨基聚羧酸的酯、多氨基聚羧酸的酯、其混合物；或者其与选自以下的酸的混合物氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物。粘弹性赋能的转向剂系统是使用选自氮气、一氧化碳、二氧化碳、天然气或者这些气体中的一种或多种的混合物的气体发泡的，任选使用表面活性剂发泡剂；优选粘弹性赋能的转向剂系统用二氧化碳发泡。粘弹性赋能的转向剂系统含有具有下面结构的粘弹性表面活性剂
权利要求
1.用第一酸处理被井筒穿透的地下地层的方法，包括以下步骤a.注入粘弹性赋能的转向剂系统，该系统含有粘弹性表面活性剂和第二酸，其中随着第二酸被与地层的反应所消耗，所述第二酸增加粘弹性赋能的转向剂系统的粘度；和b.注入第一酸。
2.权利要求1的方法，其中交替重复所述两个步骤。
3.权利要求1或2的方法，其中该粘弹性赋能的转向剂系统还包括气体。
4.权利要求3的方法，其中所述气体的体积百分比为小于52%。
5.权利要求3或4的方法，其中该气体选自氮气、一氧化碳、二氧化碳、天然气，或者这些气体中的一种或多种的混合物。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中该酸是胶凝的酸、含有互溶剂的胶凝的酸、乳化酸、或缓速酸。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中该酸是氢氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、酒石酸、或其混合物；或者该酸是单氨基聚羧酸、多氨基聚羧酸、单氨基聚羧酸的盐、多氨基聚羧酸的盐、单氨基聚羧酸的酯、多氨基聚羧酸的酯、或其混合物；或者该酸是其与以下的一种或多种的混合物氧氯酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、乙醇酸、丙二酸、 酒石酸、或其混合物。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中粘弹性赋能的转向剂系统包括具有下式的粘弹性表面活性剂式中，R1是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，且具有约14至约沈个碳原子，且可含有胺出2为氢或具有1至约4个碳原子的烷基；R3为具有1至约5个碳原子的烃基；以及Y为吸电子基团，优选其中吸电子基团为季胺或氧化胺。
9.权利要求8的方法，其中表面活性剂是具有下述结构的内铵盐，及这些化合物的混合物式中，R是可为支链或直链的、芳族的、脂族的或烯属的烃基，并且具有约14至约沈个碳原子，且可含有胺；η为约2至约4 ；且ρ为1至约5 ；优选其中R = C17H33，η = 3, ρ = 1 ； 并且最优选 R = C21H41，η = 3，ρ = 1。
10.前述权利要求中任一项的方法，所述步骤中的一个或两个步骤在地层的压裂压力之上进行。
11.前述权利要求中任一项的方法，其中所述气体沿油管注入，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统相继泵入通过油管和套管之间的环状空间；或者其中所述气体注入通过油管和套管之间的环状空间，并且第二酸和粘弹性赋能的转向剂系统沿油管相继泵入。
12.权利要求11的方法，其中所述油管是挠性油管或者所述油管是穿孔的。
全文摘要
本发明提供在基岩酸化和酸压裂时转向酸的方法。用转向剂使酸转向，所述转向剂为赋能的或发泡的酸性粘弹性表面活性剂系统，该系统含有粘弹性表面活性剂，该表面活性剂在泡沫酸性粘弹性表面活性剂系统中的酸耗尽时胶凝或增加粘度。该方法提供泡沫的转化能力和粘弹性凝胶系统的转向能力的协同组合。与单独的泡沫或粘弹性凝胶系统相比，胶凝的泡沫粘弹性表面活性剂系统对流动的阻力更大。
文档编号E21B43/00GK102434140SQ201110282979
公开日2012年5月2日 申请日期2003年12月22日 优先权日2003年7月22日
发明者克里斯托弗.弗雷德, 皮亚-安杰拉.弗兰西尼, 肯.陈, 马克.布雷迪 申请人:施蓝姆伯格技术公司