高滲透性壓裂支撐劑的制作方法
【專利摘要】崩解性粒子被設(shè)計來與典型的支撐劑材料例如砂子、陶瓷、礬土等混合和一起泵送到地下地層的裂縫中。隨著時間和/或井筒或者環(huán)境條件的變化，在非限定性例子中，這些粒子將通過與井下壓裂液、地層水或者增產(chǎn)液例如酸或者鹽水接觸，而部分的或者完全的壓裂。一旦壓裂，該裂縫中的支撐劑填充物將導(dǎo)致更大的開放空間，這能夠產(chǎn)生更高的傳導(dǎo)率和流速。該崩解性粒子可以由壓實和/或燒結(jié)金屬粉末粒子，例如鎂或者其他反應(yīng)性金屬或者它們的合金制成?？蛇x擇的，也可以設(shè)計涂覆有壓實的和/或燒結(jié)的納米級的或者微米尺寸的涂層的粒子，這里該涂層在變化的井下環(huán)境中比芯更快或者更慢的壓裂。
【專利說明】高滲透性壓裂支撐劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于提供高滲透性支撐劑填充物的組合物和方法，更具體地，在一個非限定性的實施方案中，涉及用于提供高滲透性支撐劑填充物的組合物和方法，其包括除去一部分初始放置的支撐劑填充物。
【背景技術(shù)】
[0002]水力壓裂是通常用于提高來自一部分地下地層的所需流體如油和氣的流量的方法。水力壓裂操作通常包括以足以導(dǎo)致地層或者區(qū)域破裂并且伴隨產(chǎn)生一個或多個裂縫(通常為多個裂縫)的速率和壓力，將粘性壓裂液置入地下地層或者區(qū)域中。使在給定深度的巖石中產(chǎn)生裂縫所需的壓力被稱作“裂縫梯度”。
[0003]幾乎任何給定足夠體積和壓力的流體都可以用于壓裂地下地層。但是，壓裂液通常包含增粘劑或者凝膠化劑例如交聯(lián)的或未交聯(lián)的多糖材料和/或粘彈性表面活性劑，來通過提高流體的粘度來影響流變性。
[0004]通常，一種或多種流體用于將支撐劑攜帶和傳輸?shù)剿a(chǎn)生的裂縫中和形成支撐劑填充物，其在一旦壓力釋放和覆蓋層被允許沉降時能夠保持裂縫開放。隨著粘性壓裂液泄露出到地層中時，使該流體脫水，微粒(支撐劑和其他粒子)聚集在裂縫內(nèi)的支撐劑填充物中。支撐劑填充物用于防止裂縫在壓力釋放時完全閉塞，這形成了流體可以流經(jīng)去往(或者離開)井筒的傳導(dǎo)通道。支撐劑填充物還設(shè)計用來提供比希望生產(chǎn)烴的周圍巖石滲透性更高的區(qū)域。支撐劑填充物的滲透性越高，生產(chǎn)烴的潛力越大。
[0005]因此，希望提供這樣的組合物和方法，其在裂縫中提供滲透性相對高的支撐劑填充物，來強(qiáng)化從壓裂的地下地層中生產(chǎn)烴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個非限定性的實施方案中，提供了一種用于提高裂縫中支撐劑填充物滲透性的方法。該方法包括向地下地層的裂縫的至少一部分引入多個支撐劑和多個粒子的混合物，來形成支撐劑填充物。至少一部分粒子是崩解性的。該方法還包括使至少一部分粒子崩解來產(chǎn)生支撐劑填充物，該支撐劑填充物具有比崩解前的支撐劑填充物相對更高的滲透性。
[0007]另外，在一種非限制性形式中，提供了一種包括多個支撐劑和多個粒子的混合物，其中至少一部分粒子是崩解性金屬。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是支撐劑和三種具有崩解性部分的粒子的非限定性的示意圖；
[0009]圖2是在一個非限定性的實施方案中，置于裂縫中的、在相對均勻的均相混合物中的完全崩解性粒子和支撐劑的示意圖；
[0010]圖3是在除去全部的完全崩解性粒子后，圖2所示的裂縫的圖示；[0011]圖4是在另一非限定性的實施方案中，置于裂縫中的、在相對均勻的均相混合物中的具有兩種不同的崩解性部分(例如芯上的涂層)的粒子和支撐劑的示意圖；
[0012]圖5是在將崩解性涂層完全從粒子除去后，圖4所示的裂縫的圖示；
[0013]圖6是在將崩解性芯完全從裂縫除去后，圖5所示的裂縫的示意圖；
[0014]圖7是在200° F(930C )下3%的KCl中不同的崩解性材料的腐蝕速率的圖表；和
[0015]圖8是一部分金屬粉末壓實體(如可以構(gòu)成圖1的粒子40)的顯微照片。
[0016]應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1-6所示的不同結(jié)構(gòu)及其部分不必按照尺寸或者比例，因為許多比例和特征為了清楚和示意而進(jìn)行了放大。
【具體實施方式】
[0017]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種用于在水力裂縫中形成相對高滲透性支撐劑填充物的方法，其包括使用與典型支撐劑材料共混的至少部分崩解性粒子。崩解性粒子設(shè)計用來可以與常規(guī)支撐劑材料(如沙子、陶瓷、鋁土礦等)一起在壓裂液配制物中泵送。隨著時間，這些粒子將在井下地層水、壓裂液(即混合水鹽水)和其他流體中部分或者完全崩解。如果烴包含引起材料崩解的H2SXO2和其他酸性氣體，則這些粒子中的一些會在烴中崩解。耐這些流體或者條件中的一些的氧化物、氮化物、碳化物、金屬間化合物或陶瓷涂層或者粒子組分可以另外地或者替代地用另一增產(chǎn)液或者清井液(如酸基或者鹽水基流體)溶解。一旦崩解，裂縫中的支撐劑填充物將制造更大的開放空間，產(chǎn)生更高的流速。
[0018]粒子的崩解性(可崩解的)部分可以是輕量的、高強(qiáng)度的和可選擇地和可控制地可降解的材料，包括由涂覆的粉末材料形成的完全致密的燒結(jié)粉末壓實體，該粉末材料包括不同的輕量粒子芯和芯材料，粒子芯和芯材料具有不同的單層和多層微米級和/或納米級的涂層。這些粉末壓實體是由涂覆的金屬粉末制成的，金屬粉末包括不同的電化學(xué)活性的(例如具有相對較高的標(biāo)準(zhǔn)氧化電勢)、輕量的、高強(qiáng)度粒子芯和芯材料，或者包含全部粒子的材料(例如電化學(xué)活性金屬)，其分散在由金屬或非金屬涂層材料的不同的納米級的金屬和/或非金屬涂層所形成的胞狀毫微基質(zhì)中，并且其在井筒應(yīng)用中特別有用。這些粉末壓實體提供了獨(dú)特的和有利的如下的組合:機(jī)械強(qiáng)度性能(例如壓縮強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度)，低密度以及可選擇的和可控制的腐蝕性能，特別是在不同的井筒流體中快速的和受控的溶解。例如，可以選擇這些粉末的粒子芯和涂層來提供燒結(jié)的粉末壓實體，其適于用作高強(qiáng)度工程材料，該工程材料具有與各種其他工程材料(包括碳、不銹鋼和合金鋼)相當(dāng)?shù)膲嚎s強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，但是也具有與各種聚合物、彈性體、低密度多孔陶瓷和復(fù)合材料相當(dāng)?shù)牡兔芏?。作為另一例子，可以配置這些粉末和粉末壓實體材料來響應(yīng)環(huán)境條件變化提供可選擇的和可控制的降解、崩解或者處置，例如響應(yīng)與由壓實體形成的制品鄰近的井筒的性能或條件變化(包括與粉末壓實體接觸的井筒流體中的性能變化)，從非常低的溶解速率向非常快的溶解速率的轉(zhuǎn)變。所述的可選擇的和可控制的降解或者處置特性還允許待保持的材料的尺寸穩(wěn)定性和強(qiáng)度，直到不再需要粒子為止，此時可以改變預(yù)定的環(huán)境條件如井筒條件(包括井筒流體溫度、壓力或PH值、鹽或鹽水組成)來通過快速溶解促進(jìn)它們的清除。
[0019]這些涂覆的粉末材料和粉末壓實體和由它們形成的工程材料以及制造它們的方法在下面進(jìn)一步描述。在一個非限定性的實施方案中，這些崩解性金屬可以稱作受控電解金屬或(EM。
[0020]崩解性支撐劑材料可以用在美國專利申請公布N0.2011/0135953A1中在先描述的技術(shù)來制備。鎂或者其他反應(yīng)性材料可以用于粉末中來制備崩解性金屬部分，例如鎂、鋁、鋅、錳、鑰、鎢、銅、鐵、鈣、鈷、鉭、錸、鎳、硅、稀土元素和它們的合金以及它們的組合。合金可以是二元、三元或四元合金。作為此處使用的，稀土元素包括:Sc ；Y ;鑭系元素,包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Te、Dy、Ho、Er、Tm 或 Lu ;或者錒系元素，包括 Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Bk、Cf、Es、Fm、Md或No ;或者稀土元素的組合。這些金屬可以作為純金屬或者作為彼此任意的組合(包括這些材料各種合金組合，包括這些材料的二元、三元或者四元合金)來使用。納米級金屬和/或非金屬涂層可以用于這些電化學(xué)活性金屬粒子來進(jìn)一步增強(qiáng)材料和來提供加快或者減慢崩解速率的手段。崩解性增強(qiáng)添加劑包括但不必限于鎂、鋁、鎳、鐵、鈷、銅、鎢、稀土元素和它們的合金以及它們的組合。將觀察到，一些元素在兩個列表中是共同的，即，能夠形成崩解性金屬和崩解性金屬壓實體的那些和能夠增強(qiáng)這種金屬和/或壓實體的那些。金屬、合金或者組合的功能首先取決于選擇何種金屬或者合金作為主要組成或者粉末粒子芯。然后，相對崩解速率取決于添加劑或者涂層相對于芯的標(biāo)準(zhǔn)電勢。例如，為了制備相對更緩慢的崩解芯，添加劑或者涂料組合物需要具有比芯更低的標(biāo)準(zhǔn)電勢。具有鎂涂層的鋁芯是一個合適的例子?；蛘?，為了使該芯更快溶解，該芯的標(biāo)準(zhǔn)電勢需要低于涂層。后面情形的一個例子是具有鎳涂層的鎂粒子。
[0021]這些電化學(xué)活性金屬或者具有納米級涂層的金屬可以與許多通常的井筒流體(包括任何數(shù)量的離子流體或者高極性流體)具有非常大的反應(yīng)性。例子包括包含氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、鹽酸(HCl)、氯化鈣(CaCl2)、溴化鈉(NaBr)、溴化鈣(CaBr2)、溴化鋅(ZnBr2)、甲酸鉀或者甲酸銫的流體。
[0022]替代地，可以設(shè)計涂覆有納米范圍厚度或微米范圍厚度的金屬和/或非金屬涂層的相對非崩解性粒子，以使得在井下環(huán)境中僅涂層崩解，而粒子的其余部分作為支撐劑填充物的一部分保持在原地。例如，這些非崩解性粒子包括氧化物、氮化物、碳化物的高強(qiáng)度金屬間粒子或者陶瓷粒子。粒子可以是實心的或空心的。崩解性涂層包括和不必限于帶有上述腐蝕增強(qiáng)涂層的反應(yīng)性金屬。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其中全部或大部分崩解性芯覆蓋有崩解性涂層的實施方案中，可以有其中涂層應(yīng)當(dāng)比芯相對更容易崩解的應(yīng)用，和其中是比涂層相對更容易崩解的其他應(yīng)用。事實上，芯上的多個涂層可以用于提供對于粒子崩解性的進(jìn)一步控制。不同的流體和具有以不同速率崩解的不同的層或者部分的粒子的組合將提供許多方式來設(shè)計和控制支撐劑填充物滲透性的提高。
[0023]更具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的裂縫流體配制物，其包含在井下環(huán)境中崩解的粒子組分。在一個非限定性的實施方案中，崩解性粒子主要是金屬粒子，例如由燒結(jié)的和/或壓實的金屬粉末制造的那些?？扇芙獾牧Ｗ涌梢允乔蛐巍㈤L形、棒狀或者其他幾何形狀。預(yù)期長形粒子形狀將在支撐劑填充物中留下通道形空間，這能夠提高裂縫傳導(dǎo)率。它們可以是未涂覆的或涂覆的。未涂覆的粒子可以是反應(yīng)性金屬如鎂、鋁、鋅、錳或者它們的合金，或者具有崩解增強(qiáng)添加劑的金屬。涂覆的粒子可以具有芯和涂層。芯可以是金屬的，例如鎂、鋅、鋁、鎢和其他金屬。涂層可以是鎳、鋁、氧化鋁和許多其他組合物。涂層可以加快或者減慢崩解。這些粒子隨時間部分或者完全崩解。崩解速率可以通過壓裂液的組成(例如存在的酸或者鹽的類型和量)來控制。一旦崩解，則構(gòu)成非崩解的或者未溶解的或者常規(guī)的支撐劑粒子的骨架結(jié)構(gòu)將保留。在另一非限定性的實施方案中，粒子可以“骨架結(jié)構(gòu)”，該“骨架結(jié)構(gòu)”具有一種崩解速率，在其周圍可以放置另一部分粒子，其具有第二的、不同的崩解速率。所形成的常規(guī)支撐劑填充物(其具有由崩解性粒子產(chǎn)生的獨(dú)特空隙結(jié)構(gòu))將持續(xù)抑制或防止裂縫封閉。一旦崩解，可以想到的是與其他相同但未發(fā)生崩解的相比，支撐劑填充物的凈孔隙率和滲透性將在整個裂縫區(qū)相當(dāng)均勻的增加。壓裂液可以是用聚合物和/或由粘彈性表面活性劑凝膠化的淡水或者鹽水，或者含有酸或酸氣的流體。例如在兩階段方法中，崩解控制可以通過仔細(xì)選擇所用的粒子和流體來完成。例如，鹽水可以除去粒子的第一涂層，而含酸的流體可以隨后使粒子的其余部分崩解。
[0024]在替代的程序中，可以想到的是可以設(shè)計這些崩解性粒子來通過某種增產(chǎn)液或者清井液來觸發(fā)。在將支撐劑置于水力裂縫或裂紋中之后，隨后定量給料不同于壓裂液、攜帶液或者充填液的增產(chǎn)液或者清井液將觸發(fā)崩解性粒子相的溶解。該另外的增產(chǎn)液處理可以是酸或鹽水或海水，或者甚至加熱的水或蒸汽，或者甚至淡水，其是提供化學(xué)和/或物理刺激來使可溶解材料受到觸發(fā)的某些東西。酸可以是無機(jī)酸(其中例子包括但不必限于HC1、H2SO4, H2PO4, HF等)和/或有機(jī)酸(其中例子包括但不必限于乙酸、甲酸、富馬酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、檸檬酸等)。在另一實施方案中，酸或者鹽水可以作為乳液增產(chǎn)液或者清井液的內(nèi)相，作為腐蝕性液體的目標(biāo)釋放的一種方法。
[0025]圖1所示的是單個的支撐劑10，完全崩解性粒子12的一種形式，和粒子14的一個替代的實施方案，粒子14具有以一種速率崩解的部分16和以第二速率崩解的部分18。在圖1所示的粒子14的該具體的、替代的實施方案中，粒子14具有大致位于中心的芯18，芯18與部分16相比相對更緩慢地崩解，部分16相對更快速地崩解，并且是覆蓋大致位于中心的芯18的相對均勻的涂層。應(yīng)當(dāng)理解，部分16和部分18之間的崩解速率可以反轉(zhuǎn)，或者在不同的實施方案中，部分18在所述過程中基本不崩解。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，粒子14可以具有其他構(gòu)造，例如崩解性部分16可以不均勻地施用到大致位于中心的芯18上。在一個非限定性形式中，崩解性涂層的厚度獨(dú)立地為約IOnm至約500nm，替代地厚度獨(dú)立地為約IOnm至約5000nm。當(dāng)術(shù)語“獨(dú)立地”在這里與參數(shù)范圍一起使用時，應(yīng)當(dāng)理解為所有下限可以與所有上限一起使用，來形成合適的和可接受的替代范圍。這些涂層可以通過現(xiàn)有技術(shù)已知的任何可接受的方法來形成，并且合適的方法包括但不必限于化學(xué)氣相沉積(CVD)(包括流化床化學(xué)氣相沉積(FBCVD))和物理氣相沉積、激光誘導(dǎo)的沉積等，以及燒結(jié)和/或壓實。在另一非限定性的形式中，粒子可以由兩個大致相等的、或者甚至不等的半球來形成，其中之一中是相對不溶性部分18和其中另一中是相對可溶性部分。
[0026]圖1還示出粒子的不同的實施方案，致密粒子40具有粉末粒子芯36和在其上的薄金屬涂層38，類似于美國專利申請公布N0.2011/0135953A1的圖中所示，特別是圖9、11、
12、13和14所示；其中的圖9復(fù)制到這里作為圖8。該粒子40不具有在整個粒子40上的涂層。一旦發(fā)生崩解，粒子40將尺寸減小或者均勻崩解。
[0027]在一個不同的非限定性的實施方案中，可以設(shè)計圖1的粒子具有比常規(guī)的支撐劑提高的強(qiáng)度，至少直到崩解為止。在一個非限定性例子中，部分16可以是陶瓷和部分18可以是金屬。優(yōu)化的一個或多個涂層也可以在支撐劑傳輸和充填過程中降低崩解性粒子的磨耗量。
[0028]另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然支撐劑10和粒子12和14顯示為球形，但是它們可以是其他形狀，包括但不必限于不規(guī)則棒狀、針狀、樹枝狀、薄片、結(jié)節(jié)狀、不規(guī)則形狀和/或多孔。包括具有和不具有圓滑拐角的它們的長形形式等，并且仍然如此處所述是有效的。在另一非限定性的形式中，粒子可以是空心或多孔的。
[0029]長形形式的長徑比可以是粒子平均長度比粒子平均直徑為約2:1至約40:1。在一個非限定性的實施方案中，這些長形粒子可以通過如下來制造:將原料擠出，然后將擠出的股截斷成片來得到所需的長徑比。
[0030]在另一非限定性實施方案中，粒子12和14的崩解性部分由崩解性金屬來制成，該崩解性金屬由包含多個金屬粉末粒子的金屬復(fù)合材料粉末燒結(jié)和/或壓實得到。這些較小的粉末粒子不會與粒子12和14混淆。每個粉末粒子可以包括粒子芯，其中粒子芯包含含有Mg、Al、Zn或Mn或者它們的組合的芯材料，芯材料具有熔融溫度(Tp)。粉末粒子可以另外包括位于粉末粒子芯上的金屬涂層，金屬涂層包含具有熔融溫度(T。)的金屬涂層材料，其中配置粉末粒子以在預(yù)定的燒結(jié)溫度(Ts)下彼此固態(tài)燒結(jié)，并且Ts小于Tp和T。。替代地，Ts稍高于Tp和T。,用于局部化微液態(tài)燒結(jié)?！吧愿摺北聿槐扔糜诰植炕⒁簯B(tài)燒結(jié)的材料中所包含的全部相的最低熔點高約10至約50°C。
[0031]至少涉及三個不同的溫度:粒子芯的TP，涂層的T。，和P和C的二元相的第三個Trc。Trc通常是三個溫度中最低的。在一個非限定性例子中，對于具有鋁涂層的Mg粒子，根據(jù)Mg-Al 相圖，取決于 Mg-Al 體系的 wt% 比，TP=650°C, Tc=66(TC和 TCP=437 至〈650。。。所以，對于完成的固態(tài)燒結(jié)來說，預(yù)定的過程溫度需要小于Trc。對于在芯-涂層界面處的微液相燒結(jié)來說，該溫度可以比Trc高10-50°C，但是小于Tp和T。。高于Tp或T。的溫度過高，導(dǎo)致大規(guī)模熔融和破壞涂層結(jié)構(gòu)。
[0032]同樣，關(guān)于制造這些可溶金屬部分的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可以參考美國專利申請公布N0.2011/0135953A1。同樣，可以關(guān)注這里的圖8，其是可以包含粒子(如圖1中的40)的粉末壓實體的顯微照片。
[0033]圖2所示是地下地層20，其具有鉆通其中的井筒22。至少一個裂縫24從井筒22延伸到地層20中。作為實際的情況，多個裂縫24將從井筒22延伸到地層20中，但是為了簡要，僅僅圖示了一個。如圖2所示，已將多個支撐劑10和多個粒子12 (在這個非限定性例子中，為完全崩解性粒子12)的混合物引入到裂縫24的至少一部分(在這個非限定性的示意中，為裂縫24的基本上全部)作為支撐劑填充物26。在另一非限定性的實施方案中，將組合物引入到裂縫24的至少一部分中，其中該組合物包含多個支撐劑10和多個粒子12和用于壓裂液或者完井液中的其他常規(guī)化合物的混合物。圖2所示的支撐劑10和粒子12的分布是相對均勻的，雖然應(yīng)當(dāng)理解在裂縫支撐劑填充物的不同區(qū)域中，需要不同的滲透性和多孔性的情況中，該分布不必是均勻的或者均相的。例如，為了實現(xiàn)相對均勻的分布，支撐劑10和粒子12的密度應(yīng)當(dāng)相同或大致相同。如果粒子12是由相對低致密的金屬(例如主要是鎂)制成的，和/或是相對低致密的物理結(jié)構(gòu)(例如空心)時，則它們可以具有降低的密度。如果需要非均勻分布，則粒子12可以比支撐劑10相對更致密或者更不致密。
[0034]“裂縫的基本上全部”在此可以定義為至少90vol%，替代地至少95vol%，和在另一非限定性的實施方案中，至少99vol%。
[0035]如圖2所示，支撐劑10的比例大于完全崩解性粒子12。在一個非限定性的實施方案中，支撐劑在組合的支撐劑和粒子總體中的比例獨(dú)立地為約60至約99vol%。在一個替代的、非限制性的形式中，支撐劑在組合的支撐劑和粒子總體中的比例獨(dú)立地為約80至約98vol%。
[0036]支撐劑10不必與完全可溶性粒子12尺寸相同或大致相同(雖然它們在圖1和2中顯示相同)，或者與粒子14(其在圖1和4中顯示為大于支撐劑10)尺寸相同。在一個非限定性的實施方案中，粒子12的平均粒度相對于支撐劑10的平均粒度可以獨(dú)立地為約5%至約500%，替代地，獨(dú)立地為約50%至約200%。替代地，崩解性金屬粒子12和14可以大于支撐劑10。在一個可選擇的實施方案中，粒子14僅一部分是崩解性的，這會得到如圖5所示的結(jié)構(gòu)，位于中心的芯18的平均粒度相對于支撐劑10的平均粒度可以獨(dú)立地為約5%至約500%，替代地，獨(dú)立地為約50%至約200%。
[0037]在放置支撐劑填充物26后，至少一部分的崩解性粒子12崩解和從其中除去。在非限定性的實施方案中，這可以通過壓裂液或者地層鹽水來完成。壓裂液可以包含腐蝕性材料，例如選擇酸和鹽的類型和量來控制粒子的崩解速率。在另一實施方案中，這可以通過除去或者置換將支撐劑填充物引入到裂縫24中的壓裂液或攜帶液或充填液、和隨后引入不同的流體來溶解可溶性粒子12而完成。這種后來的流體可以適合地為但不必限于淡水、鹽水、酸、烴、乳液和它們的組合，只要它設(shè)計來溶解全部或者至少一部分的可溶性粒子12即可。雖然可以除去全部的崩解性粒子12，如圖3所示，在一個替代的實施方案中，作為實際情形，不可能用后來的流體接觸和崩解全部的可溶性粒子12并由此除去或者崩解它們?nèi)俊?br> [0038]但是，在全部的實施方案中，應(yīng)當(dāng)理解的是，通過從支撐劑填充物26中除去至少一部分的和可接受地全部的崩解性粒子12，與崩解性(例如可溶性)粒子12崩解(例如溶解)之前的支撐劑填充物26相比，所形成的圖3的支撐劑填充物26’具有相對更高的滲透性。圖3中更大的開放空間圖示了這一點。在一個非限定性的實施方案中，相對于原始的支撐劑填充物26，支撐劑填充物26’的滲透率增加了至少100%，替代地為至少50%，和在另一非限定性的實施方案中為至少10%。
[0039]圖4所示是一種替代的、包含支撐劑10和粒子14的支撐劑填充物30，粒子14具有作為粒子14 一部分的相對高崩解性部分16 (例如涂層)。同樣，如圖2的支撐劑填充物26的情況，支撐劑填充物30中大部分是支撐劑10，小部分(少于一半)是粒子14。在放置圖4所示的支撐劑填充物30后，壓裂液或地層鹽水或者二者可以從粒子14除去相對高崩解性涂層16。替代地，在除去壓裂液、充填液或攜帶液之后，留下支撐劑填充物30在原地，用后來的流體如鹽水、淡水、酸或者其他流體(其中將該相對高崩解性部分16沖洗過或者引入到支撐劑填充物30)作為一種方法來使盡可能多的崩解性部分16崩解，來產(chǎn)生如圖5所示的支撐劑填充物30’。不是必須使用后來的處理液來觸發(fā)涂層16的崩解，但是這可以是一個選項。壓裂液本身可以是有效的，和可以調(diào)節(jié)鹽度等來除去涂層16。在使涂層16崩解的兩種實施方案中，令人期望的是從粒子14除去全部或者至少一部分的崩解性部分16。不過，預(yù)期的是與溶解可溶性部分16之前的支撐劑填充物30相比，所形成的支撐劑填充物30’將具有相對更高的滲透性。同樣，圖5中更大的開放空間圖示了這一點。要注意的是，具有與部分16不同的壓裂速率的部分(芯)18將保留(如圖5所示)。但是，在該方法的第二預(yù)期商業(yè)化的實施方案中，芯18 (無論是否比涂層16相對更具崩解性)自身崩解來產(chǎn)生圖6所示的結(jié)構(gòu)。圖6的支撐劑填充物30”(其中除去了全部的粒子14)具有甚至比圖5所示的支撐劑填充物30’更大的滲透性。可以預(yù)期的是，用于使涂層16崩解的同樣的流體也可以用于使芯18崩解。圖6的支撐劑填充物30”可以任選地如下形成:在隨后的操作中，使用與使部分16崩解所用不同的流體從支撐劑填充物30’流過，與支撐劑填充物30’接觸來崩解和除去部分18。
[0040]還應(yīng)當(dāng)理解的是，支撐劑填充物可以由支撐劑10、粒子12 (其是完全可溶性)和粒子14和/或粒子40 (其具有崩解性部分，在該部分崩解后也產(chǎn)生具有提高的滲透性的支撐劑填充物)的混合物形成。
[0041]另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在一個非限定性的實施方案中，使崩解性粒子或者粒子的相對不同的崩解性部分崩解的流體可以是也能作為增產(chǎn)液(如酸)的流體，在該情況中，流體將具有雙重功能。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以設(shè)計崩解性粒子(或者其部分)來通過某種增產(chǎn)液來觸發(fā)。在將支撐劑置于裂縫中后，隨后定量給料增產(chǎn)液將觸發(fā)崩解性粒子的崩解，或者替代地，其某些部分的崩解。這種另外的增產(chǎn)液處理可以是酸、鹽水或海水或者甚至加熱的水或蒸汽——提供化學(xué)和/或物理刺激用于使崩解性材料觸發(fā)或者崩解的流體。該流體也將溶解地下地層20的巖石基質(zhì)的某些部分，由此使其中的烴生產(chǎn)增產(chǎn)。
[0042]另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，支撐劑10可以是任何常規(guī)的或者待開發(fā)的用作支撐劑的材料。合適的支撐劑材料包括但不必限于石英砂顆粒、玻璃和陶瓷珠、鋁土礦顆粒、胡桃核碎片、鋁球、尼龍球等。支撐劑的使用濃度通常是約1-14磅每加侖壓裂液組合物(120-1700kg/m3)，但是根據(jù)裂縫樣式的需要也可以使用更高或者更低的濃度。支撐劑的平均粒度可以獨(dú)立地為直徑約50至約2500微米；替代地，獨(dú)立地為直徑約200至約1200微米。另外，相對于常規(guī)支撐劑粒子的體積，所用的可溶性粒子的近似量為約1%_約40% ;和替代地為約1%_約20%。
[0043]下面將通過某些實施例來說明本發(fā)明，這些實施例不以任何方式限制本發(fā)明，而是單純用于通過某些具體實施方案來進(jìn)一步說明它。
[0044]實施例
[0045]圖7是在200° F(930C )下3%的KCl中崩解性不同的高強(qiáng)度材料的腐蝕速率的圖表。組C的崩解性材料具有相對低的腐蝕速率，而組D的崩解性材料具有相對高的腐蝕速率。因此，根據(jù)需要粒子或者粒子的部分多快的崩解，崩解性粒子12和粒子14的可溶性部分16和18可以適當(dāng)?shù)赜山MC或D的金屬材料制成。這些全部是根據(jù)美國專利申請公布N0.2011/0135953A1制成的鑄造的粉末壓實體。因此，200° F(93°C )下3%的KCl可以適當(dāng)?shù)刈鳛楹髞淼牧黧w溶劑用于圖2和3 ;以及4-6的上述實施例中。
[0046]在前述說明書中，本發(fā)明已經(jīng)參考其具體的實施方案進(jìn)行了描述，并且已經(jīng)證實為有效地提供了方法和組合物用于改進(jìn)和提高支撐劑填充物的滲透性，同時也任選地使地層增產(chǎn)。但是，很顯然可以對其進(jìn)行各種改變和變化，而不脫離附加的權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明更寬的范圍。因此，本說明書應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的，而非限制性含義。例如，落入所要求的參數(shù)內(nèi)、但是未在具體的組合物或者方法中具體確認(rèn)或者試驗的支撐劑、崩解性粒子、攜帶液或壓裂液和崩解液以及其他組分的任意組合，預(yù)期處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以預(yù)期的是，支撐劑和崩解性粒子或其部分的組分和比例，和用于形成相對高滲透性支撐劑填充物的程序，可以在不同應(yīng)用之間稍有改變，并且仍能完成此處所述方法的預(yù)定目的和目標(biāo)。例如，該方法可以使用與這里所提及或者例示的那些不同的壓力、泵速率和另外的或者不同的步驟。
[0047]如整個權(quán)利要求中所用的，措辭“包括”和“包含”被解釋為“包括但不限于”。
[0048]本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)匕ㄋ_的元件、由其組成或者基本由其組成，并且可以在不存在未公開的元件時實施。例如，用于提高裂縫中的支撐劑填充物滲透性的方法可以由如下組成或者基本由如下組成:向地下地層中裂縫的至少一部分引入多個支撐劑和多個粒子的混合物以形成支撐劑填充物，其中至少一部分粒子是崩解性的，其中該方法進(jìn)一步由如下組成或者基本由如下組成:使至少一部分粒子崩解以產(chǎn)生支撐劑填充物，與崩解前的支撐劑填充物相比，該支撐劑填充物具有相對更高的滲透性。
[0049]替代地，這里有用的混合物可以由多個支撐劑和多個粒子組成或者基本由其組成，其中至少一部分粒子是崩解性金屬。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提高裂縫中支撐劑填充物的滲透性的方法，該方法包括: 向地下地層中裂縫的至少一部分引入多個支撐劑和多個粒子的混合物，以形成支撐劑填充物，其中至少一部分粒子是崩解性的；和 使至少一部分粒子崩解以產(chǎn)生支撐劑填充物，該支撐劑填充物與崩解之前的支撐劑填充物相比具有相對更高的滲透性。
2.權(quán)利要求1的方法，其中粒子是完全崩解性的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中粒子選自: 相對低崩解性部分和相對高崩解性部分； 相對低崩解性芯和在該相對低崩解性芯的至少大部分上的相對高崩解性涂層； 相對高崩解性芯和在該相對高崩解性芯的至少大部分上的相對低崩解性涂層； 相對低崩解性粉末的壓實體，其中該壓實體本身是相對高崩解性的； 具有崩解增強(qiáng)添加劑的崩解性金屬或者合金；和 它們的組合。
4.權(quán)利要求3的方法，其中粒子具有芯和涂層，和崩解性涂層的厚度為10nm-5000nm。
5.權(quán)利要求4的方法，其中芯由鎂、招、鋅、猛、鑰、鶴、銅、鐵、?丐、鈷、鉭、錸、鎳、娃、稀土元素、它們的氧化物、它們的氮化物、它們的碳化物和它們的合金以及它們的組合組成。
6.權(quán)利要求4的方法，其中涂層選自鎂、招、鋅、猛、鑰、鶴、銅、鐵、?丐、鈷、鉭、錸、鎳、娃、稀土元素、它們的氧化物、它們的氮化物、它們的碳化物和它們的合金以及它們的組合。
7.權(quán)利要求4的方法，其中崩解性涂層通過選自如下的過程形成:化學(xué)氣相沉積(CVD)、流化床化學(xué)氣相沉積(FBCVD)、物理氣相沉積、激光誘導(dǎo)沉積和它們的組合。
8.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中粒子的崩解性部分包含崩解性金屬。
9.權(quán)利要求8的方法，其中崩解性金屬是燒結(jié)的粉末壓實體，其中金屬選自鎂、鋁、鋅、錳、鑰、鎢、銅、鐵、鈣、鈷，鉭、錸、鎳、硅、稀土元素和它們的合金以及它們的組合。
10.權(quán)利要求8的方法，其中崩解性金屬燒結(jié)自包含多個金屬粉末粒子的金屬復(fù)合材料粉末，每個粉末粒子包括: 粒子芯，該粒子芯包含芯材料，該芯材料包含Mg、Al、Zn或Mn或者它們的組合，該芯材料具有熔融溫度(Tp);和 金屬涂層，該金屬涂層位于該粒子芯上，并且包含具有熔融溫度(T。)的金屬涂層材料，其中配置粉末粒子以在預(yù)定的燒結(jié)溫度(Ts)下彼此固態(tài)燒結(jié)，并且Ts小于Tp和T。，或者Ts稍高于Tp和T。用于局部化的微液態(tài)燒結(jié)。
11.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中支撐劑在組合的支撐劑和粒子總體中的比例是60-99vol%o
12.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中粒子具有選自如下的形狀:大致球形、不規(guī)則棒狀、針狀、樹枝狀、薄片、結(jié)節(jié)狀、不規(guī)則形狀、多孔、中空、它們每一種的長形以及它們的組合。
13.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中粒子的平均粒度為相對于支撐劑的平均粒度的 50%-200%。
14.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中粒子的崩解性部分在選自淡水、鹽水、酸和它們的組合的流體中是崩解性的。
15.權(quán)利要求1、2和3任一項的方法，其中支撐劑和粒子大致均勻地分布于支撐劑填充物。
16.一種包含多個支撐劑和多個粒子的混合物，其中至少一部分粒子是崩解性金屬。
17.權(quán)利要求16的混合物，其中粒子是完全崩解性的。
18.權(quán)利要求16的混合物，其中粒子選自: 相對低崩解性部分和相對高崩解性部分； 相對低崩解性芯和在該相對低崩解性芯的至少大部分上的相對高崩解性涂層； 相對高崩解性芯和在該相對高崩解性芯的至少大部分上的相對低崩解性涂層； 相對低崩解性粉末的壓實體，其中該壓實體本身是相對高崩解性的； 具有崩解增強(qiáng)添加劑的崩解性金屬或者合金；和 它們的組合。
19.權(quán)利要求18的混合物，其中粒子具有芯和涂層，和崩解性涂層的厚度為10nm-5000nm。
20.權(quán)利要求19的混合物，其中崩解性涂層通過選自如下的過程形成:化學(xué)氣相沉積(CVD)、流化床化學(xué)氣相沉積(FBCVD)、物理氣相沉積、激光誘導(dǎo)沉積和它們的組合。
21.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中支撐劑在組合的支撐劑和粒子的全部混合物中的比例是60-99vol%。
22.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中崩解性金屬是燒結(jié)的粉末壓實體，其中金屬選自鎂、招、鋅、猛、鑰、鶴、銅、鐵、?丐、鈷、鉭、錸、鎳、娃、稀土元素、它們的氧化物、它們的氮化物、它們的碳化物和它們的合金以及它們的組合。
23.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中崩解性金屬燒結(jié)自包含多個金屬粉末粒子的金屬復(fù)合材料粉末，每個粉末粒子包括: 粒子芯，該粒子芯包含芯材料，該芯材料包含Mg、Al、Zn或Mn或者它們的組合，該芯材料具有熔融溫度(Tp);和 金屬涂層，該金屬涂層位于該粒子芯上，并且包含具有熔融溫度(T。)的金屬涂層材料， 其中配置粉末粒子以在預(yù)定的燒結(jié)溫度(Ts)下彼此固態(tài)燒結(jié)，并且Ts小于Tp和T。。
24.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中粒子具有選自如下的形狀:大致球形、不規(guī)則棒狀、針狀、樹枝狀、薄片、結(jié)節(jié)狀、不規(guī)則形狀、多孔、中空、它們每一種的長形以及它們的組合。
25.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中粒子的平均粒度為相對于支撐劑的平均粒度的50%-200%。
26.權(quán)利要求16、17和18任一項的混合物，其中粒子的崩解性部分在選自淡水、鹽水、酸和它們的組合的流體中是崩解性的。
【文檔編號】C01G9/00GK103459770SQ201280016117
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月29日
【發(fā)明者】G·阿格拉沃, J·B·克魯斯, 徐志躍 申請人:貝克休斯公司