相关申请的交叉引用
本申请要求2015年3月30日提交的美国专利申请号62/140105的权益，所述专利申请以引用的方式整体并入。
背景
本公开涉及用于压力控制和转向应用的超吸收性聚合物的用途。
水力压裂是用于产生与大面积的地下地层的高传导性连通的刺激过程。所述过程增加了地层内的有效井筒面积，以使得可加速截留的油或气产生。所述过程的效率通常通过由刺激处理产生的接触表面积的总量来测量。
在水力压裂期间，在超过目标储集岩的断裂压力的压力下泵送压裂流体，以便产生或扩大被井筒穿透的地下地层内的裂缝。一旦引发裂缝，就将含有化学试剂的流体的随后阶段以及支撑剂泵送到所产生的裂缝中。裂缝通常在泵送期间持续生长，并且支撑剂以用于撑开裂缝的可渗透填充层的形式保持在裂缝中。一旦处理完成，裂缝就闭合到支撑剂上。支撑剂将产生的裂缝保持开放，从而为烃和/或其他地层流体流入井筒提供高传导性途径。
为了提高烃的生产率，期望增加裂缝面积和裂缝复杂性。然而，在水力压裂作业期间，压裂流体倾向于流向裂缝或高渗透区，从而影响总裂缝面积和裂缝复杂性。因此，可能期望在处理地下地层的一部分的作业结束时添加转向剂，以使得试剂然后将减缓或停止进一步处理流体流入所述区域，从而将稍后注入的流体转向到其他目标区域。尽管本领域中的所有进展，仍然需要在水力压裂作业期间使流体转向的改进的方法。
此外，高渗透性地层、裂缝或枯竭储层也可具有过多的流体泄漏率。过多的流体泄漏可导致井筒压力的损失，这可能影响盘管作业，所述作业依赖于足够的井筒压力来在井内进行持续处理的同时维持至地面的循环。因此，还需要一种有效减少或消除在盘管作业期间的流体泄漏的方法。
简述
在一个实施方案中，一种水力压裂被井筒穿透的地下地层的方法包括：提供转向流体，所述转向流体包含载体流体、第一超吸收性聚合物和第二超吸性收聚合物，所述第二超吸收性聚合物具有与所述第一超吸收性聚合物不同的形状或组成或其组合；将所述转向流体注入所述地下地层中；并且在注入所述转向流体之后将压裂流体注入所述地层中，其中所述压裂流体的流动由所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物所阻碍，并且对所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物进行选择以使得包含所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物两者的所述转向流体与包含所述第一超吸收性聚合物或所述第二超吸收性聚合物而不是两者的参考转向流体相比具有改进的转向效率。
在另一个实施方案中，一种水力压裂被井筒穿透的地下地层的方法包括：提供转向流体，所述转向流体包含载体流体、超吸收性聚合物和粘度改性剂，所述粘度改性剂可有效在100s-1的剪切速率下增加所述转向流体的粘度；将所述转向流体注入所述地下地层中；并且在注入所述转向流体之后将压裂流体注入所述地下地层中；其中所述压裂流体的流动由所述超吸收性聚合物所阻碍，并且所述转向流体与包含所述载体流体、所述超吸收性聚合物但不包含所述粘度改性剂的参考转向流体相比具有改进的转向效率。
在另一个实施方案中，一种处理井筒的方法包括使形成滤饼的组合物在所述井筒中循环，所述形成滤饼的组合物包含超吸收性聚合物和载体流体；在地层面处形成滤饼以减少或消除流体泄漏；执行井作业；并且破坏所述超吸收性聚合物并除去所述滤饼。
详述
本发明人已经发现，当转向流体包含至少两种具有不同形状或不同组成或两者的超吸收性聚合物时，所述转向流体可具有改进的转向效率。本发明人还已经发现，通过在低剪切条件下增加转向流体的粘度，可进一步改进流体转向效率。具体地说，包含超吸收性聚合物颗粒的转向流体的粘度可通过使所述超吸收性聚合物在颗粒表面处交联或者通过向所述转向流体添加低剂量的某些粘度调节聚合物来增加。
还已经发现，超吸收性聚合物可用于在地层面处形成暂时性滤饼，以减少或消除所述流体从井筒中泄漏出来。这将使得盘管作业能够在井内执行持续处理的同时维持至地面的循环。超吸收性聚合物稍后可用破坏剂破坏，以便使井筒返回至其原始状态。
如本文所用，超吸收性聚合物(sap)是交联的、中性的、中和的或部分中和的聚合物，所述聚合物能够通过溶胀和形成凝胶或粘性材料而吸收大量的水性液体(如水、盐水、酸或碱)，并且将吸收的流体保持在一定的压力或温度下。超吸收性聚合物的溶胀可在含有所述超吸收性聚合物的流体穿透远场后通过地层条件如温度和ph触发。一旦超吸收性聚合物溶胀，它们就形成暂时性塞子，其使流体的流动转向至其他地方。
sap包含相对于sap重量的保留大量水性液体的亲水性网络(例如，在干燥状态下，sap吸收并保留等于或大于其自身重量的重量的水)。sap可以是当与水性流体接触时与水反应或吸收水并溶胀的各种合成有机聚合物。此类sap的非限制性实例是聚((甲基)丙烯酸羟基c1-8烷基酯)如(丙烯酸2-羟乙基酯)、聚(甲基)丙烯酰胺、聚(乙烯基吡咯烷)、聚(乙酸乙烯酯)、聚丙烯腈的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、羧甲基纤维素、交联聚丙烯酸酯、磺化聚苯乙烯、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈等。前述包括共聚物，例如(甲基)丙烯酰胺与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈或包含前述中的至少一种的组合的共聚物。可使用不同聚合物的组合。
sap由非离子、阴离子、阳离子单体或包含前述中的至少一种的组合聚合。聚合可通过自由基聚合、溶液聚合、凝胶聚合、乳液聚合、分散聚合或悬浮聚合进行。此外，可在水相、反相乳液或反相悬浮液中进行聚合。
用于制备预先形成的合成聚合物的非离子单体的实例包括(甲基)丙烯酰胺、烷基取代的(甲基)丙烯酰胺、氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺、烷基亚氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯、烯丙醇、(甲基)丙烯酸c1-8烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基c1-8烷基酯如(甲基)丙烯酸羟乙基酯、n-乙烯基甲酰胺、n-乙烯基乙酰胺以及(甲基)丙烯腈。如本文所用，“聚((甲基)丙烯酰胺)”包括包含衍生自(甲基)丙烯酰胺、烷基取代的(甲基)丙烯酰胺如n-c1-8烷基(甲基)丙烯酰胺和n,n-二(c1-8烷基)(甲基)丙烯酰胺、氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺如n,n-二(氨基(c1-8烷基))取代的(甲基)丙烯酰胺以及(n,n-二烷基氨基)烷基取代的(甲基)丙烯酰胺如(n,n-二(c1-8烷基)氨基)(c1-8烷基)(甲基)丙烯酰胺的单元的聚合物。前述单体的具体实例包括甲基丙烯酰胺、n-甲基丙烯酰胺、n-甲基甲基丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙基丙烯酰胺、n,n-二乙基丙烯酰胺、n-环己基丙烯酰胺、n-苄基丙烯酰胺、n,n-二甲基氨基丙基丙烯酰胺、n,n-二甲基氨基乙基丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺或包含前述中的至少一种的组合。在一个实施方案中，聚((甲基)丙烯酰胺)是甲基丙烯酰胺与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈或包含前述中的至少一种的组合的共聚物。
阴离子单体的实例包括具有酸性基团或其盐的烯属不饱和阴离子单体，所述酸性基团是例如羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、其盐、相应的酸酐或酰基卤、或包含前述酸性基团中的至少一种的组合。例如，阴离子单体可以是(甲基)丙烯酸、乙基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、α-氯丙烯酸、β-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯山梨酸、2'-甲基异巴豆酸、肉桂酸、对-氯肉桂酸、β-硬脂酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、乌头酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦酸、乙烯基膦酸、其盐、或包含前述中的至少一种的组合。
阳离子单体的实例包括(n,n-二(c1-8烷基氨基)(c1-8烷基)(甲基)丙烯酸酯(例如，丙烯酸n,n-二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸n,n-二甲基氨基乙酯)(其中氨基被季铵化为例如甲基氯季盐形式)、二烯丙基二甲基氯化铵、或前述烷基取代的(甲基)丙烯酰胺和二烷基氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺，如(n,n-二(c1-8烷基)氨基)c1-8烷基丙烯酰胺及其季盐形式，如丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。
超吸收性聚合物可含有阳离子取代基和阴离子取代基两者。阳离子取代基和阴离子取代基以各种化学计量比例(例如约1:1的比例)存在，或者一种单体可以比另一种单体更大的化学计算量存在。代表性两性聚合物包括非离子单体、阴离子单体和阳离子单体的三元共聚物。
在一个实施方案中，超吸收性聚合物包括衍生自丙烯酸酯、丙烯酸或其盐、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基酯(例如，乙酸乙烯酯)、乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、其衍生物或其组合的重复单元。
超吸收性聚合物包括在所述超吸收聚合物的聚合物链之间的多个交联。根据一个实施方案，所述交联是共价的并且由超吸收性聚合物内的交联引起。在一个实施方案中，交联剂是烯属不饱和单体，所述烯属不饱和单体包含例如两个烯属不饱和位点(即两个烯属不饱和双键)、烯属不饱和双键和对超吸收性聚合物的聚合物链的官能团(例如，酰胺基)具有反应性的官能团、或对超吸收性聚合物的聚合物链的官能团具有反应性的若干官能团。在一个实施方案中，对本文中的超吸收性聚合物中的交联度进行选择以控制超吸收性聚合物的溶胀的量(即，流体吸收或体积膨胀)。
示例性交联剂包括二胺的二(甲基)丙烯酰胺如哌嗪的二丙烯酰胺；c1-8亚烷基双丙烯酰胺如亚甲基双丙烯酰胺和亚乙基双丙烯酰胺；不饱和酰胺的n-羟甲基化合物如n-羟甲基甲基丙烯酰胺或n-羟甲基丙烯酰胺；二-、三-或四羟基化合物的(甲基)丙烯酸酯如乙二醇二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯)、乙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯)；二乙烯基或二烯丙基化合物如(甲基)丙烯酸烯丙酯、烷氧基化(甲基)丙烯酸烯丙酯；2,2’-偶氮双(异丁酸)的二烯丙基酰胺；氰尿酸三烯丙酯；异氰脲酸三烯丙酯；马来酸二烯丙酯；聚烯丙基酯；四烯丙氧基乙烷；三烯丙基胺和四烯丙基乙二胺；二醇多元醇；羟基烯丙基或丙烯酸酯化合物；以及磷酸或亚磷酸的烯丙酯。具体提及的是水溶性二丙烯酸酯，如聚(乙二醇)二丙烯酸酯(例如，peg200)二丙烯酸酯或peg400二丙烯酸酯)。还可使用包含上述交联剂中的任一种的组合。us2014/0332213、us2014/0332214和us2015/0096751中描述了另外的交联。
超吸收性聚合物的非限制性实例包括聚丙烯酸2-羟基乙酯、聚丙烯酸烷基酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐或其共聚物。作为具体实例，超吸收性聚合物是具有为聚乙二醇二丙烯酸酯的交联的聚丙烯酰胺。作为另一个具体实例，超吸收性聚合物是丙烯酰胺与例如马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇、丙烯腈或其组合的共聚物。超吸收性聚合物的另一具体实例是具有为聚乙二醇二丙烯酸酯的交联的聚丙烯酰胺。在一些实施方案中，超吸收性聚合物是聚丙烯酸均聚物或共聚物，其中交联是乙烯基酯低聚物。在一个实施方案中，超吸收性聚合物是丙烯酸和丙烯酸钠与衍生自聚乙二醇二丙烯酸酯的交联的共聚物。
超吸收性聚合物的大小是10μm至200,000μm，具体地50μm至10,000μm，并且更具体地50μm至1,000μm。如本文所用，“大小”是指最大线性尺寸，例如球形颗粒中的直径。超吸收性聚合物可呈多种形式，包括颗粒(例如，粉末)、纤维、绳股、编带等、或其组合。sap的颗粒是包括球形、有角形和多面体的任何形状。
已经发现，当具有不同形状的超吸收性聚合物一起用于转向流体中时，可改进流体的转向效率。在一个实施方案中，转向流体包含第一超吸收性聚合物和第二超吸收性聚合物，其中所述第一超吸收性聚合物是微粒材料，并且所述第二超吸收性聚合物是纤维。如本文所用，纤维是指具有大于或等于3的纵横比的超吸收性聚合物，并且微粒材料是指具有小于3的纵横比的超吸收性聚合物。不希望受理论束缚，据信使用具有微粒形式和纤维形式的超吸收性聚合物可降低超吸收性材料之间的渗透性，从而增加其流体转向效率。
转向流体还可包含具有不同组成的两种超吸收性聚合物。在一个实施方案中，转向流体包含第一超吸收性聚合物和第二超吸收性聚合物，其中所述第二超吸收性聚合物与所述第一超吸收性聚合物相比具有更慢的溶胀速率并且耐盐性更高。作为一个具体实例，所述第一超吸收性聚合物包含丙烯酸和丙烯酸盐的交联共聚物，并且所述第二超吸收性聚合物包含交联的聚乙烯醇均聚物或共聚物。据信，与丙烯酸和丙烯酸盐的共聚物的交联共聚物相比，交联的聚乙烯醇均聚物或共聚物可具有更慢的溶胀速率。
作为另一个具体实例，第一超吸收性聚合物包含无涂层的超吸收性聚合物，并且第二超吸收性聚合物包含带涂层的超吸收性聚合物。不希望受理论束缚，据信带涂层的超吸收性聚合物可具有比无涂层的超吸收性聚合物更慢的溶胀速率。
用于带涂层的超吸收性聚合物的涂层包括有机化合物、热固性或热塑性聚合物、或蜡。在一个实施方案中，涂层是包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚碳化二亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、呋喃树脂或其组合的有机化合物。酚类聚合物是例如通过苯酚、双酚或其衍生物与甲醛的反应获得的甲醛树脂。示例性热塑性塑料包括聚乙烯、丙烯腈-丁二烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氟塑料、多硫化物、聚丙烯、苯乙烯丙烯腈、尼龙以及苯醚。示例性热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂(真正的热固性聚合物如甲阶酚醛树脂或通过硬化剂变得热固化的热塑性树脂)、聚酯树脂、聚氨酯、环氧树脂改性的酚类聚合物、以及其衍生物。特别提及蜡。
任选地，可取决于所使用的具体涂层材料来固化涂层。用于涂层的合适的固化剂是含氮化合物，如胺及其衍生物；含氧化合物，如羧酸封端的聚酯、酸酐、苯酚-甲醛树脂、氨基-甲醛树脂、苯酚、双酚a和甲酚酚醛清漆、酚醛树脂封端的环氧树脂；含硫化合物，如多硫化物、多硫醇；以及催化固化剂，如叔胺、路易斯酸、路易斯碱；或其组合。可使用本领域中已知用于涂覆固体颗粒或纤维的任何方法。
在其他实施方案中，转向流体包括第一超吸收性聚合物和第二超吸收性聚合物，其中所述第一超吸收性聚合物包含互穿网络，并且所述第二超吸收性聚合物不含任何互穿网络。
如本文所用，互穿网络是指包含具有负电荷的超吸收性聚合物和结合至所述具有负电荷的超吸收性聚合物的表面的阳离子或非离子超吸收性聚合物的网络。不希望受理论束缚，据信通过诸如带负电荷的超吸收性聚合物与阳离子或非离子超吸收性聚合物之间的范德华力的力来产生互穿网络。示例性阳离子超吸收性聚合物包括阳离子丙烯酰胺共聚物。示例性非离子超吸收性聚合物包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯或包含前述中的至少一种的组合。这类似于形成具有相反电荷的表面活性剂的蠕虫状微粒。互穿聚合物网络水凝胶的其他实例在e.s.dragan在chemicalengineeringjournal243(2014)第572-590页中的综述文章“designandapplicationsofinterpenetratingpolymernetworkhydrogels.areview”中给出。
第一超吸收性聚合物相对于第二超吸收性聚合物的重量比是约1:50至约50:1，具体地约1:20至约20:1，更具体地约1:10至约10:1，甚至更具体地约1:5至约5:1。转向流体可包含每一千加仑的所述转向流体约1至约200磅，具体地约2至约100磅，更具体地约20至约80磅的组合的第一超吸收性聚合物和第二超吸收性聚合物。
赋能流体或乳化流体也可用于降低超吸收性聚合物之间的渗透性，从而改进其转向效率。当将可压缩的、有时可溶性的气相引入处理流体时，处理流体被认为是“赋能的”。气相的实例是空气、氮气、二氧化碳、天然气等，或其混合物或包含前述中的至少一种的组合。
所述流体还可通过包含非气态发泡剂而发泡。非气态发泡剂可以是两性的、阳离子的或阴离子的。合适的两性发泡剂包括烷基甜菜碱、烷基磺基甜菜碱和烷基羧酸酯。合适的阴离子发泡剂可包括烷基醚硫酸酯、乙氧基化醚硫酸酯、磷酸酯、烷基醚磷酸酯、乙氧基化醇磷酸酯、烷基硫酸酯和α烯烃磺酸酯。合适的阳离子发泡剂可包括烷基季铵盐、烷基苄基季铵盐和烷基酰胺基胺季铵盐。泡沫体系主要用于压裂低压或水敏性地层。
在赋能的转向流体中，超吸收性聚合物可以每一千加仑转向流体15磅sap(ppt)至200ppt、具体地20ppt至100ppt、以及更具体地30ppt至80ppt的质量浓度存在。
本发明人还已经发现，在低剪切条件下增加转向流体的粘度提高了其转向效率。因此，一种水力压裂被井筒穿透的地下地层的方法包括：提供转向流体，所述转向流体包含载体流体、超吸收性聚合物和粘度改性剂，所述粘度改性剂可有效在100s-1的剪切速率下增加所述转向流体的粘度；将所述转向流体注入所述地下地层中；在注入所述转向流体之后将压裂流体注入所述地层中；其中所述压裂流体的流动由所述超吸收性聚合物所阻碍，并且所述转向流体与包含所述载体流体、所述超吸收性聚合物但不包含所述粘度改性剂的参考转向流体相比具有改进的转向效率。在一个实施方案中，转向流体在注入低下地层之后在100s-1下具有约1至约2000或约100至约1500或约200至1500的粘度。
粘度改性剂包括以下中的一种或多种：淀粉-丙烯腈接枝聚合物水解产物；羧甲基纤维素；黄原胶；定优胶；磺化聚苯乙烯；水解聚丙烯酰胺；聚乙烯醇；聚环氧乙烷；聚乙烯吡咯烷酮；或魔芋葡甘聚糖。
转向流体可包含约15至约200_ppt至约20至约100ppt的超吸收性聚合物和约1至约40ppt或约4ppt至约20ppt的粘度改性剂。
粘度改性剂也可以是可有效使超吸收性微粒或纤维在其表面处交联的交联剂。表面交联发生在超吸收性聚合物内部的外部。表面交联(例如)由将表面交联剂添加至超吸收性聚合物微粒或纤维中并进行热处理而产生。相对于sap的内部的交联密度，表面交联增加sap的表面附近的交联密度。一些表面交联剂具有对sap的一组聚合物链有反应性的官能团，例如酸或酰胺基团。表面交联剂是先前所述的交联剂中的一种，并且包括官能团如醇、胺、醛或羧酸酯基团。在一个实施方案中，表面交联剂具有多种不同的官能团，如多元醇、多胺、聚氨基醇和碳酸亚烷基酯。在一些实施方案中，粘度改性剂是包含zr如锆酸盐、cr如铬酸盐、ti如钛酸盐或al如铝酸盐、或包含前述中的至少一种的组合的交联剂。
载体流体包括水性载体，如水、盐水、酸如无机酸或有机酸、碱或包含前述中的至少一种的组合。
如本文公开的转向流体任选地还可包含带涂层的或无涂层的支撑剂。支撑剂颗粒包括陶瓷、沙子、矿物、天然存在的支撑剂，如坚果壳、种子壳或木质材料、砾石、玻璃、树脂颗粒、聚合物颗粒或其组合。在一个实施方案中，取决于水力压裂组合物的具体应用来选择支撑剂颗粒。陶瓷的实例包括基于氧化物的陶瓷、基于氮化物的陶瓷、基于碳化物的陶瓷、基于硼化物的陶瓷、基于硅化物的陶瓷或其组合。在一个实施方案中，基于氧化物的陶瓷是二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、氧化铝、氧化硼、氧化钾、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化锂、氧化磷、和/或氧化钛、或其组合。基于氧化物的陶瓷、基于氮化物的陶瓷、基于碳化物的陶瓷、基于硼化物的陶瓷或基于硅化物的陶瓷含有非金属(例如，氧、氮、硼、碳或硅等)、金属(例如，铝、铅、铋等)、过渡金属(例如，铌、钨、钛、锆、铪、钇等)、碱金属(例如，锂、钾等)、碱土金属(例如，钙、镁、锶等)、稀土金属(例如，镧、铈等)或卤素(例如，氟、氯等)。示例性陶瓷包括氧化锆、稳定的氧化锆、莫来石、氧化锆增韧的氧化铝、尖晶石、硅铝酸盐(例如，莫来石、堇青石)、钙钛矿、碳化硅、氮化硅、碳化钛、氮化钛、碳化铝、氮化铝、碳化锆、氮化锆、碳化铁、氮氧化铝、氮氧化硅铝、钛酸铝、碳化钨、氮化钨、滑石等，或其组合。
天然存在的支撑剂颗粒包括坚果壳，如胡桃、椰子、山核桃、杏仁、象牙坚果、巴西坚果等；水果如李子、橄榄、桃、樱桃、杏等的种子壳；其他植物如玉米的种子壳(例如，玉米穗轴或玉米粒)；木质材料，如源自橡木、山核桃木、胡桃木、杨木、桃花心木等的那些。此类材料是通过粉碎、研磨、切割、切削等形成的颗粒。这些支撑剂颗粒是相对轻质和/或基本上中性浮力支撑剂颗粒，其已在us6,364,018中描述。“相对轻质的”是指微粒具有的密度基本上小于在水力压裂作业中使用的常规支撑剂微粒材料(例如砂子)或具有类似于这些材料的密度。相对轻质和基本上中性浮力支撑剂颗粒可从bakerhughesinc.作为liteprop商购。
在一个实施方案中，如本文关于超吸收性聚合物所描述对支撑剂颗粒进行涂覆。用于涂覆支撑剂的材料可与涂覆超吸收性聚合物的材料相同。可使用本领域中已知的任何合适的涂覆方法。
支撑剂颗粒以有效提高转向流体的转向效率的量存在。在一个特定实施方案中，支撑剂颗粒以约0.01磅/加仑转向流体(ppg)至约10ppg、具体地约0.1ppg至约5ppg的质量浓度存在。
在一些实施方案中，转向流体还可包含破坏剂(breaker)。所述破坏剂接触超吸收性聚合物以破坏超吸收性聚合物。在一个实施方案中，所述破坏剂接触超吸收性聚合物并破坏超吸收性聚合物的聚合物链的主链中的键、交联剂中的键、交联剂与超吸收性聚合物的聚合物链之间的键或其组合。也就是说，破坏超吸收性聚合物包括如通过破坏超吸收性聚合物的主链中的键、破坏超吸收性聚合物的链之间的交联、改变超吸收性聚合物的几何构象或其组合崩解、分解或解离超吸收性聚合物。在一些实施方案中，破坏剂破坏超吸收性聚合物以形成分解的聚合物，如具有比超吸收性聚合物低的分子量的多个片段。
破坏剂包括氧化剂，如过氧化物、过硫酸盐、过磷酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过硅酸盐、卤素的含氧酸、卤素的氧阴离子、过酸、其衍生物或其组合。
破坏剂任选地封装在封装材料中以防止破坏剂与超吸收性聚合物接触。封装材料被构造成响应于破坏条件而释放破坏剂。破坏剂是固体或液体。作为固体，破坏剂是例如结晶或颗粒状材料。在一个实施方案中，固体被封封或设置有涂层以延迟其释放或与超吸收性聚合物的接触。封装材料与上文关于支撑剂颗粒所述的涂层材料相同或不同。将封装材料安置在破坏剂上的方法与用于将涂层安置在支撑剂颗粒或超吸收性聚合物上的方法相同或不同。在一个实施方案中，将液体破坏剂溶解在水溶液或另一种合适的溶剂中。
破坏剂可基于流体的总体积，以0.1ppt至20ppt、具体地0.2ppt至15ppt、以及更具体地0.25ppt至10ppt的质量浓度存在于转向流体中。关于破坏剂的另外信息可在u.s.2014/03322123和u.s.2014/0332214中找到。
转向流体可用于压裂应用。在一个实施方案中，在将转向流体引入地下地层中之前将压裂流体在足以产生或扩大裂缝的压力下注入所述地下地层中。可使用本领域中已知的任何压裂流体。转向流体也可用于转向成熟油田的注水。例如，超吸收性聚合物可在交叉裂缝中断开桥接，从而使流体流转向其他地方。转向流体可以更小的流体体积提供更大产生的裂缝面积和复杂性。
如本文公开的超吸收性聚合物或超吸收性聚合物的组合也可用于在地层表面处形成暂时性滤饼，以减少或消除所述流体从井筒中泄漏出来。因此，一种处理井筒的方法包括：使形成滤饼的组合物在所述井筒中循环，所述形成滤饼的组合物包含超吸收性聚合物和载体流体；在地层面处形成滤饼以减少或消除流体泄漏；执行井作业；并且破坏所述超吸收性聚合物并除去所述滤饼。在转向流体的背景下，所述形成滤饼的组合物包含约0.1ppt至约100ppt，具体地约1ppt至约50ppt、更具体地约5ppt至约30ppt的如本文公开的超吸收性聚合物或至少两种不同的超吸收性聚合物的组合。井作业没有特别限制并且可包括水力压裂、酸化或修井。在一个实施方案中，超吸收性聚合物可有效防止或减少流体泄漏，因此可有效维持井筒压力以允许盘管作业来在井中执行持续处理的同时维持至地面的循环。
以下列出本公开的各种实施方案。
实施方案1.一种水力压裂被井筒穿透的地下地层的方法，所述方法包括：提供转向流体，所述转向流体包含载体流体、第一超吸收性聚合物和第二超吸性收聚合物，所述第二超吸收性聚合物具有与所述第一超吸收性聚合物不同的形状或组成或其组合；并且将所述转向流体注入所述地下地层中；在注入所述转向流体之后将压裂流体注入所述地层中，其中所述压裂流体的流动有所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物所阻碍，并且对所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物进行选择以使得包含所述第一超吸收性聚合物和所述第二超吸收性聚合物两者的所述转向流体与包含所述第一超吸收性聚合物或所述第二超吸收性聚合物而不是两者的参考转向流体相比具有改进的转向效率。
实施方案2.如实施方案1所述的方法，其中所述第二超吸收性聚合物与所述第一超吸收性聚合物相比具有更慢的溶胀速率并且耐盐性更高。
实施方案3.如实施方案1或实施方案2所述的方法，其中：所述第一超吸收性聚合物是无涂层的超吸收性聚合物；并且所述第二超吸收性聚合物是带涂层的超吸收性聚合物。
实施方案4.如实施方案1至3中任一项所述的方法，其中所述第一超吸收性聚合物包括互穿网络；并且所述第二超吸收性聚合物不含互穿网络。
实施方案5.如实施方案1至3中任一项所述的方法，其中：所述第一超吸收性聚合物是丙烯酸和丙烯酸盐的交联共聚物；并且所述第二超吸收性聚合物是交联的聚乙烯醇均聚物或共聚物。
实施方案6.如实施方案1至5中任一项所述的方法，其中所述第一超吸收性聚合物是微粒材料，并且所述第二超吸收性聚合物是纤维。
实施方案7.如实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述转向流体是还包含气体成分的发泡流体。
实施方案8.如实施方案1至7中任一项所述的方法，其中所述第一超吸收性聚合物相对于所述第二超吸收性聚合物的重量比是约1:10至约10:1。
实施方案9.如实施方案1至8中任一项所述的方法，其还包括破坏所述第一超吸收性聚合物、所述第二超吸收性聚合物或两者。
实施方案10.如实施方案1至9中任一项所述的方法，其还包括在引入所述转向流体之前将第一压裂流体在足以产生或扩大裂缝的压力下注入所述地下地层中。
实施方案11.一种水力压裂被井筒穿透的地下地层的方法，所述方法包括：提供转向流体，所述转向流体包含载体流体、超吸收性聚合物和粘度改性剂，所述粘度改性剂可有效在100s-1的剪切速率下增加所述转向流体的粘度；将所述转向流体注入所述地下地层中；在注入所述转向流体之后将压裂流体注入所述地层中；其中所述压裂流体的流动由所述超吸收性聚合物所阻碍，并且所述转向流体与包含所述载体流体、所述超吸收性聚合物但不包含所述粘度改性剂的参考转向流体相比具有改进的转向效率。
实施方案12.如实施方案11所述的方法，其中所述转向流体包含每一千加仑所述转向流体约15磅至约200磅的所述超吸收性聚合物和约1磅至约40磅的所述粘度改性剂。
实施方案13.如实施方案11或实施方案12所述的方法，其中所述粘度改性剂是以下中的一种或多种：淀粉-丙烯腈接枝聚合物水解产物；羧甲基纤维素；黄原胶；定优胶；磺化聚苯乙烯；水解聚丙烯酰胺；聚乙烯醇；聚环氧乙烷；聚乙烯吡咯烷酮；或魔芋葡甘聚糖。
实施方案14.如实施方案11至13中任一项所述的方法，其中所述粘度改性剂是包含zr、cr、ti或al或包括至少一种前述物质的组合的交联剂。
实施方案15.如实施方案11至13中任一项所述的方法，其中所述转向流体在被注入所述地下地层后具有约1至约2000的粘度。
实施方案16.如实施方案11至15中任一项所述的方法，其还包括在引入所述转向流体之前将第一压裂流体在足以产生或扩大裂缝的压力下注入所述地下地层中。
实施方案17.一种处理井筒的方法，所述方法包括：使形成滤饼的组合物在所述井筒中循环，所述形成滤饼的组合物包含超吸收性聚合物和载体流体；在地层面处形成滤饼以减少或消除流体泄漏；执行井作业；并且破坏所述超吸收性聚合物并除去所述滤饼。
实施方案18.如实施方案17所述的方法，其中所述井作业是盘管处理。
实施方案19.如实施方案17或实施方案18所述的方法，井筒作业包括水力压裂、酸化或修井。
实施方案20.如实施方案17至19中任一项所述的方法，其中所述转向流体包含每一千加仑的所述转向流体约1磅至约100磅的所述超吸收性聚合物。
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虽然已经出于说明的目的阐述了典型的实施方案，但是前述描述不应被认为是对本文的范围的限制。因此，在不脱离本文的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可想到各种修改、调整和替代。