再利用水力壓裂中未處理的產(chǎn)出水的方法
【專利摘要】這里的實(shí)施例涉及一種形成流體的方法，包括：控制水的pH，其中，控制后的pH為4.0到7.5：將包括瓜爾膠的聚合物引入所述水中以形成流體；將包括第四族金屬鋯的交聯(lián)劑引入所述流體；以及觀察所述流體的粘度，其中，所述粘度在引入交聯(lián)劑的第一個(gè)半小時(shí)內(nèi)在100s?1下至少為80cP。在某些實(shí)施例中，所述水收集自油田服務(wù)水處理設(shè)施、水塘或者卡車。這里的實(shí)施例涉及一種形成流體的方法，包括：分析水的pH，其中，所述水包括300ppm或更大的鹽度；控制所述水的pH，其中，控制后的pH為4.5到8.0；將聚合物引入水中以形成流體；將交聯(lián)劑引入所述流體；以及觀察粘度，其中，所述粘度在引入交聯(lián)劑后的第一個(gè)半小時(shí)內(nèi)在100s?1下至少為80cP。
【專利說(shuō)明】
再利用水力壓裂中未處理的產(chǎn)出水的方法
[0001 ]優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請(qǐng)要求享有2014年1月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)為61/931，269， 名稱為"再利用水力壓裂中未處理的產(chǎn)出水的方法"的優(yōu)先權(quán)。上述申請(qǐng)通過(guò)引用被結(jié)合于 此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 運(yùn)里的實(shí)施例設(shè)及一種水力壓裂被井眼穿入的地下地層的方法。長(zhǎng)的水平井眼中 的多級(jí)壓裂尤其受益于運(yùn)些方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 水力壓裂使用加壓流體壓裂地下地層。運(yùn)些流體根據(jù)具體的物理特性定制W擴(kuò)展 位于被井眼穿入的地層中一個(gè)或多個(gè)裂縫并且運(yùn)送支撐劑進(jìn)入形成的裂縫中W支撐所述 裂縫張開(kāi)W便于油氣流動(dòng)，所述支撐劑通常為沙子。它們通常在水中制作而成，在水中水的 物理特性被改變并且受到多種化學(xué)產(chǎn)物的控制。運(yùn)些流體物理特性通常包括粘度，對(duì)剪切 應(yīng)力的響應(yīng)，W及溫度依賴特性。運(yùn)種流體定制通常需要作為流體開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵開(kāi)始步 驟的精細(xì)化學(xué)分析。形成任何水力壓裂流體都是基于化學(xué)，材料科學(xué)，機(jī)械精巧裝置，W及 資源可用性的技術(shù)。在世界的多個(gè)地區(qū)中，開(kāi)發(fā)有效的，低成本的流體化學(xué)成分具有顯著的 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
[0005] 過(guò)去，壓裂流體的發(fā)展從淡水開(kāi)始，或者當(dāng)無(wú)法使用淡水時(shí)，對(duì)水進(jìn)行處理W降低 高度溶解的固體成分W控制pH值并且去除多種雜質(zhì)。細(xì)菌，真菌，藻類，可溶固體，W及高鹽 度在實(shí)際中都是無(wú)可避免的水雜質(zhì)，被用于壓裂流體之前需要進(jìn)行昂貴的水處理。當(dāng)?shù)统?本，本地的淡水不可用時(shí)，需要花費(fèi)高價(jià)從遠(yuǎn)方進(jìn)口輸入。尤其當(dāng)隨著水資源變得越來(lái)越受 管控時(shí)，需要一種使用更加容易獲得，較為不干凈的，并且通常在本地可W獲得的水的方 法。同樣也需要一種使用相對(duì)低價(jià)的，已經(jīng)用在油田服務(wù)產(chǎn)業(yè)中的日用化學(xué)藥品的有效的， 可靠的方法?？紤]與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題相關(guān)的因素包括：
[0006] ?與市政或者農(nóng)業(yè)用每化1幾便±的價(jià)格相比，淡水的價(jià)格通常為$2到$6/bbl。
[0007] .油田作業(yè)后的處理費(fèi)用通常為$3到$11/化1。
[000引.存在與淡水稀缺性相關(guān)的社會(huì)壓力。
[0009]壓裂主要W兩種形式完成:滑溜水，使用減摩劑獲得高速率(通過(guò)支撐劑懸浮差的 端流運(yùn)送支撐劑），并且膠凝壓裂，使用粘性膠凝劑懸浮支撐劑并且獲得裂縫寬度(運(yùn)送自 支撐劑懸浮良好的粘性）。凝膠中的所述膠凝劑通常是植物多聚糖(例如，瓜兒膠，纖維素）。 有時(shí)候，膠凝劑在使用前被化學(xué)衍生(例如，皿C，CMHPG)。通常，所述凝膠通過(guò)無(wú)機(jī)物種(例 如，棚，錯(cuò)，鐵)進(jìn)行交聯(lián)，其在單獨(dú)的聚合物股之間形成化學(xué)鍵W顯著提高粘性。工業(yè)上當(dāng) 前使用的最常見(jiàn)的膠凝液包括采用棚酸鹽交聯(lián)的pH值大于7的瓜兒膠。產(chǎn)出水對(duì)棚酸鹽交 聯(lián)瓜兒膠提出了幾個(gè)要求，并且主要的服務(wù)公司已經(jīng)發(fā)表了許多與混合水的最低限度可接 受水標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的公開(kāi)聲明。在產(chǎn)出水中形成耐久性棚酸鹽交聯(lián)瓜兒膠凝膠的主要障礙起因 于：
[0010] .瓜兒膠易于與外來(lái)的棚發(fā)生早交聯(lián)
[0011] ?由于存在化，Mg而造成凝膠的高溫不穩(wěn)定性。
[0012] ?化疆g的氨氧化物和穩(wěn)定高抑值的緩沖劑之間的競(jìng)爭(zhēng)
[0013] .在壓裂操作中當(dāng)不同的PW源滾動(dòng)通過(guò)定位的處理流時(shí)在任何的運(yùn)些濃縮物和/ 或在所述混合水的pH中的波動(dòng)。
[0014] .尤其是對(duì)于錯(cuò)基系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，娃和憐酸鹽通常是一個(gè)問(wèn)題。=個(gè)主要的服務(wù)公司 每家都公開(kāi)列舉出他們對(duì)用于棚酸鹽交聯(lián)瓜兒膠的混合水所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
[0015] 美國(guó)的水再利用處于上升趨勢(shì)(來(lái)自2011年的數(shù)據(jù)）
[0016]
[0017]表1.地層的水再利用
[0018]注意到Marcellus中的壓裂操作幾乎完全使用滑溜水壓裂進(jìn)行，其中降低水的阻 力的化學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性使得高鹽分產(chǎn)出水的再利用變得相對(duì)較為容易。Marcellus中的水 質(zhì)非常咸，報(bào)告顯示的鹽度為160,000到280,0(K)ppm總?cè)芙夤腆w量(TDS)。根據(jù)本地和國(guó)家 規(guī)定，經(jīng)營(yíng)者在不同壓力下W控制壓裂中淡水的使用并且負(fù)責(zé)地處理它們累積的產(chǎn)出水。 舉例來(lái)說(shuō)，淡水花費(fèi)經(jīng)營(yíng)者$2到$6/bbl并且處理花費(fèi)$3到$11/化1。在最近兩年，隨著從氣 井(多數(shù)使用基于滑溜水的流體進(jìn)行增產(chǎn))過(guò)渡到油和凝液井(多數(shù)使用基于凝膠的流體增 產(chǎn)或者部分的滑溜水由部分的凝膠代替的"混合"處理），已經(jīng)明確的是我們需要學(xué)習(xí)如何 在高并且無(wú)法預(yù)測(cè)鹽度的水中制備膠凝液。產(chǎn)出水的鹽度在整個(gè)美國(guó)差別巨大（圖1中的許 多樣本在采樣前被經(jīng)營(yíng)者用淡水稀釋或者"削減"為2:1或者3:1)。圖1是幾個(gè)盆地的總?cè)芙?固體量的統(tǒng)計(jì)圖。昂貴的CMHPG聚合物被某些服務(wù)提供商所采用，運(yùn)些服務(wù)提供商使用昂貴 的傳統(tǒng)和新技術(shù)過(guò)度地處理水，例如：
[0019] ? P田罷動(dòng)W沉淀化和Mg，隨后進(jìn)行過(guò)濾和再修復(fù)。
[0020] .溶解的空氣絮凝法
[0021] ?電凝法 [00剖 ?聲波降解法
[0023] .臭氧分解
[0024] . UV處理
[0025] 提供的運(yùn)些技術(shù)中很多都產(chǎn)生蝕屑流。一些是無(wú)效的。所有的技術(shù)方法都很昂貴 并且在井場(chǎng)位置或者至少在某些點(diǎn)上在處理流中需要額外的設(shè)備。資金花費(fèi)可能特別高。 對(duì)油田經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)期望的是使用較低成本的聚合物來(lái)膠凝水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)除了將其實(shí) 物交付到井場(chǎng)外不需要處理。當(dāng)存在與他們的原生水累積和處理，他們的淡水再利用，或者 二者都相關(guān)的任何監(jiān)管審查，社會(huì)壓力，管理職責(zé)，或者社會(huì)許可問(wèn)題時(shí)，運(yùn)尤其是真實(shí)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 運(yùn)里的實(shí)施例設(shè)及一種形成流體的方法，包括:控制水的pH，其中，控制后的pH為 4.0到7.5:將包括瓜爾膠的聚合物引入所述水中W形成流體;將包括第四族金屬錯(cuò)的交聯(lián) 劑引入所述流體；W及觀察所述流體的粘度，其中，所述粘度在引入交聯(lián)劑的第一個(gè)半小時(shí) 內(nèi)在lOOs^i下至少為80cP。在某些實(shí)施例中，所述水收集自油田服務(wù)水處理設(shè)施、水塘或者 卡車。運(yùn)里的實(shí)施例設(shè)及一種形成流體的方法，包括:分析水的抑，其中，所述水包括30化pm 或更大的鹽度;控制所述水的pH，其中，控制后的抑為4.巧IjS.O;將聚合物引入水中W形成 流體;將交聯(lián)劑引入所述流體；W及觀察粘度，其中，所述粘度在引入交聯(lián)劑后的第一個(gè)半 小時(shí)內(nèi)在lOOs-i下至少為80cP。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為幾個(gè)盆地中每個(gè)頁(yè)巖的總體溶解固體的統(tǒng)計(jì)圖。
[00%]圖2為一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程的流程圖。
[0029] 圖3為交聯(lián)溫度作為L(zhǎng)ip溫度的函數(shù)的標(biāo)繪圖。
[0030] 圖4為對(duì)于不同的交聯(lián)劑濃度來(lái)說(shuō)，溫度和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0031] 圖5為對(duì)于不同的交聯(lián)劑濃度來(lái)說(shuō)，溫度和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0032] 圖6為對(duì)于自來(lái)水和產(chǎn)出水來(lái)說(shuō)，粘度和時(shí)間作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0033] 圖7為對(duì)于瓜兒膠基流體來(lái)說(shuō)，剪切速率和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0034] 圖8為對(duì)于瓜兒膠基流體來(lái)說(shuō)，剪切速率和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0035] 圖9為對(duì)于瓜兒膠基流體來(lái)說(shuō)，剪切速率和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0036] 圖10為對(duì)于CMHPG基流體來(lái)說(shuō)，剪切速率和粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0037] 圖11為對(duì)于具有45化/Mgal CMHPG的流體來(lái)說(shuō)，粘度，剪切速率和溫度作為時(shí)間的 函數(shù)的曲線圖，其中所述CMHPG具有1 .Ogpt的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑A。
[0038] 圖12為對(duì)于具有45化/Mgal CMHPG的流體來(lái)說(shuō)，粘度，剪切速率和溫度作為時(shí)間的 函數(shù)的曲線圖，其中所述CMHPG具有1 .Ogpt的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑A&0.4gpt乙酸溶液。
[0039] 圖13為對(duì)于多個(gè)級(jí)來(lái)說(shuō)，每種支撐劑濃度的處理壓力和泥漿速率作為總的泥漿的 函數(shù)的曲線圖。
[0040] 圖14為對(duì)于=種具有不同的總體溶解固體濃度的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間 的函數(shù)的曲線圖。
[0041 ]圖15為對(duì)于兩種具有250,000TDS的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
[0042] 圖16為對(duì)于兩種具有43,000TDS的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
[0043] 圖17為對(duì)于兩種具有43,000TDS的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
[0044] 圖18為對(duì)于兩種處于不同溫度的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
[0045] 圖19為對(duì)于兩種處于不同溫度的流體來(lái)說(shuō)，粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。
[0046] 圖20為對(duì)于兩種具有144,000TDS的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
[0047] 圖21為對(duì)于兩種具有144,000TDS的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)及一種水力壓裂井的方法。更具體地，運(yùn)里的實(shí)施例能將在幾 乎任意鹽度的未處理和未稀釋的產(chǎn)出（即，回流和/或原生)水中配制成的膠凝壓裂流體應(yīng) 用于長(zhǎng)水平方向的多級(jí)壓裂中。由于運(yùn)些條件過(guò)去包含有期望的但是卻非常困難的挑戰(zhàn)， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W認(rèn)識(shí)到經(jīng)歷部分處理和/或部分稀釋但仍然保持高于可接受的鹽度的 產(chǎn)出水可W通過(guò)本發(fā)明的應(yīng)用有效地應(yīng)用于水力壓裂操作。運(yùn)里，我們主要使用標(biāo)準(zhǔn)的未 衍生的瓜兒膠作為產(chǎn)出水中的膠凝劑。交聯(lián)劑為錯(cuò)酸鹽。某些實(shí)施例使用錯(cuò)酸鹽配位化合 物。某些實(shí)施例可W使用第4族金屬，包括錯(cuò)、鐵或者給。在某些情況下，它們可W包括侶。混 合水被pH校正成使瓜兒膠合適水化(低于7W抑制外來(lái)的棚），并且交聯(lián)發(fā)生在低pH值下。我 們還證明我們可W可靠地將運(yùn)種類型的遲滯錯(cuò)酸鹽流體配置到長(zhǎng)水平井的多個(gè)區(qū)域上。
[0049] 水
[0050] 產(chǎn)出水(PW)可W是原生水(深層含水層的產(chǎn)物，通常為"水侵"），或者回流(返回的 壓裂流體，后注），或者其可W是運(yùn)些水的混合物。在某些實(shí)施例中，所述水可W包括農(nóng)田徑 流，城市廢水，或者是已經(jīng)被最低限度處理過(guò)的工業(yè)廢水。
[0051] 在某些實(shí)施例中，所述水可能具有巧，儀，棚，鐵，娃，W及溶解固體的各種組合，其 濃度比過(guò)去使用的用于壓裂流體的水的高。所述水的鹽度高于在過(guò)去已經(jīng)被用于壓裂流體 的水中觀察到的鹽度。所述水的初始pH是表明所述水包含多種雜質(zhì)的另一種指示，其可W 高于或者低于傳統(tǒng)的被用于壓裂流體的水的。棚的濃度可W是10到7(K)ppm或者更高，鐵含 量可W是10到15化pm或者更高，并且巧和儀的總濃度可W是800到24, OOOppm或者更高。娃 濃度可W是15到20化pm或更高，并且所述總?cè)芙夤腆w可W高達(dá)340,00化pm或者更高。所述 總?cè)芙夤腆w含量在某些實(shí)施例中可從200,0(K)ppm變化到425,00化pm。某些實(shí)施例可使用來(lái) 自多種源的水的混合物。某些實(shí)施例可使用用于一個(gè)完整壓裂施工的一種水源。某些實(shí)施 例可用淡水或者具有較少不期望成分的水稀釋原生水。某些實(shí)施例可在使用之前混合來(lái)自 上述的各種源的水。某些實(shí)施例可W相繼地使用幾種不同的水。
[0052] PW在水力壓裂中再利用具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0053] .在完井/生產(chǎn)中"閉環(huán)"的吸引力，其中來(lái)自于附近的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)地層的水 通過(guò)在相同的總體區(qū)域中的相同或不同的井眼返回到那些層中作為在新的完井或者重復(fù) 壓裂或者修補(bǔ)處理中運(yùn)送支撐劑的載體。
[0054] ?物流-在熟稻田中，原生水比淡水更近W用于填充完井。
[0055] .地層相互作用-原生水可W被看作已經(jīng)依據(jù)滲透效應(yīng)進(jìn)行了 "優(yōu)化"。淡水通常 從井中返回時(shí)與被注入時(shí)相比處于鹽分更高的狀態(tài)并且體積較低，表明某些截留或者溶 解。
[0056] 水力壓裂過(guò)去完成了 =項(xiàng)活動(dòng)：[1]將包含作為支撐劑的懸浮顆粒物質(zhì)的流體注 入到地層中；[2]確保來(lái)自所述地層和支撐劑填充層的該流體的一些或者全部可W被儲(chǔ)層 流體取代；W及[3 ]開(kāi)采所述井。運(yùn)=項(xiàng)活動(dòng)通常被稱作處理，破裂，W及回流。
[0057] 當(dāng)壓裂被正確完成時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在處理過(guò)程中在井眼和暴露的地層面之間產(chǎn)生傳導(dǎo) 通路的目的。在常規(guī)的地層中，最初的目的是避免鉆探引發(fā)的損壞。很快人們注意到通過(guò)抵 達(dá)更大的表面積對(duì)提高有效的井眼半徑具有非常大的益處，并且由此提高了壓裂體積和表 面積，超過(guò)了避免在附近井眼中避免損壞所需要的大小。非常規(guī)W及低滲透率地層完全依 賴于巨大的水力壓裂體積W有效并且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)，運(yùn)需要巨大的流體體積，增加處理添加 劑的量，并且增加支撐劑的量。通常，所述流體大多數(shù)為具有少量包含某些添加劑W增強(qiáng)支 撐劑運(yùn)送的水。有兩種通用的用于運(yùn)送的方法:端流和增粘。在端流中，由于高雷諾數(shù)和高 局部流速，因此累速被保持的盡可能高W加強(qiáng)運(yùn)送支撐劑進(jìn)入擴(kuò)展中的裂縫中。在增粘中， 根據(jù)斯托克斯定律，所述流體的粘度被增強(qiáng)W使得夾帶的支撐劑顆粒的沉降速率被降低， 并且所述支撐劑被懸浮直到所述流體被截?cái)唷&P工業(yè)概括地稱運(yùn)兩種方法為滑溜水（由最 小的管道摩擦所提供的高速率）W及交聯(lián)膠凝(增粘劑，例如瓜爾膠及其衍生物在溶液中化 學(xué)交聯(lián)在一起W形成粘度非常高的延長(zhǎng)交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)）。
[0058] 對(duì)于一個(gè)井來(lái)說(shuō)，選取的增長(zhǎng)流體體積是關(guān)鍵的決定，對(duì)開(kāi)采具有直接的影響?；?溜水作業(yè)通常比交聯(lián)作業(yè)大得多，并且也有將滑溜水的遠(yuǎn)場(chǎng)與交聯(lián)凝膠的界限清晰的支撐 劑填充層組合到一起的"混合"方法。在任意一種方法中，相對(duì)于過(guò)去常規(guī)資源中的工作實(shí) 踐，非常規(guī)的處理需要非常大的處理體積。現(xiàn)代的多級(jí)水平井可能需要許多個(gè)獨(dú)立的級(jí)，并 且在批量鉆井中，可具有許多不同的水平截面（"橫向"）與所述相同的鉆井現(xiàn)場(chǎng)成對(duì)向。運(yùn) 些因素均會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖和低滲透率巖石進(jìn)行增產(chǎn)時(shí)所需要的水的體積增加，結(jié)果導(dǎo)致現(xiàn)代的 井完井時(shí)，每側(cè)都需要幾百萬(wàn)加侖的水。
[0059] 所述水自身可W根據(jù)其中存在的溶解物質(zhì)進(jìn)行分類。水質(zhì)常見(jiàn)的集合測(cè)量方法為 包含在水中并且通常W質(zhì)量的百萬(wàn)分之一表示的"總?cè)芙夤腆w量"（TDS)，溶解物質(zhì)的干重， 有機(jī)和無(wú)機(jī)物。運(yùn)種測(cè)量方法通常通過(guò)定量水分析計(jì)算得出，但是也可W直接通過(guò)蒸發(fā)測(cè) 量得出W及從密度或?qū)щ娐蕼y(cè)量結(jié)果中推斷得出。水可W根據(jù)它們?cè)邴}度提升等級(jí)中的鹽 含量進(jìn)行歸類-功能性定義"可飲用"在世界的不同區(qū)域里由各種政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理。鹽水 通常的等級(jí)為:淡水-從零99111到10,00099111(如美國(guó)40〔。1?86(3 144.3所定義的）-后面將更 清晰在等級(jí)中，"淡"指的是水源而不是水質(zhì)。運(yùn)種水不同于地下水，它駐留在地球表面下方 的多孔巖石地層中。可飲用-在美國(guó)，如美國(guó)環(huán)保局安全飲用水法案(US EPA Safe Water Drinking act)所定義的（在 1974 年 12 月 16 日，EPA 化 b 丄.93-523;42 U.S.C.§300f et seq.中所定義的），是淡水的一個(gè)子集。通常建議為0到5(K)ppm TDS，但是在某些參考資料 中，局達(dá)lOOOppm也是可W接雙的。
[0060]鹽水-包括有不同量的鹽的天然水源水。運(yùn)些水根據(jù)"地質(zhì)調(diào)查局供水文件1365" (Geological Survey Water Supply Paper 1365,運(yùn)是常用的規(guī)范基準(zhǔn)）由Winslow和 KisteHUSGS，1956)細(xì)分成多個(gè)子集：
[0061 ]輕微鹽度-1000 到 3000ppm
[0062] 中等鹽度-3000 到 10,000ppm
[0063] 重度鹽度-10,000?35,000ppm
[0064] 鹽水〉35,000ppm
[0065] 注意到海水通常處于"重度鹽度"和"鹽水"之間，而"微咸"指的是鹽度小于35，000 的味道差的鹽水（例如，已經(jīng)被稀釋的海水，隨著其停滯或者流動(dòng)而吸收了礦物質(zhì)的地表 水）。地下水則相反，不同的含水層(包含大多數(shù)與巖石接觸的水的地層)之間TDSW及成分 變化巨大。產(chǎn)出水為存在于井中與油和氣的開(kāi)采相伴生的地下水。某些時(shí)候也被稱作"原生 7jC"，盡管在某些情況下(例如，測(cè)井解釋)地質(zhì)學(xué)家保留該術(shù)語(yǔ)用于指代束縛于地層內(nèi)的多 孔的水。其可W是"回流"的一個(gè)組成部分，盡管回流的準(zhǔn)確描述很難懂-在通常的情況下， 在壓裂操作中，淡水被注入，當(dāng)所述井進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，通?？蒞觀察到少于35%的注入液返回 到地面，并且所述水被認(rèn)為比起初始被注入時(shí)鹽度更大。運(yùn)意味著注入的淡水與原生水混 合和/或隨著其在回流之前溶解與其解除的礦物質(zhì)而變成含鹽分的水。因此，根據(jù)化學(xué)分析 很難區(qū)分返回的注入水和初始回流的原生水，因此運(yùn)兩種效果不容易被分清。
[0066] 來(lái)自給定的油或氣作業(yè)的產(chǎn)出水落入"表征的鹽度范圍"。來(lái)自鷹潭頁(yè)巖地區(qū) 化agle Ford shale)的產(chǎn)出水的鹽分僅僅大概為19,000ppm，很有可能適用于農(nóng)業(yè)使用。來(lái) 自二疊紀(jì)盆地(Permian Basin)的產(chǎn)出水顯示出根據(jù)其起源地層不同變化非常大，從80， 000到220,000ppm TDS。己肯和馬塞勒斯頁(yè)巖(Bakken and Marcellus shale)的產(chǎn)出水非 常咸，鹽度中間值遠(yuǎn)高于200,0(K)ppm TDS。例如，對(duì)馬塞勒斯產(chǎn)出水的綜述最近發(fā)表在環(huán)境 工程科學(xué)化nvironmental Engineering Science)(Vol.31,No.9,pgs 514-524(2014)， 八1311日^日招^',6111'1日]1,日]1(1013〇]1)上。通過(guò)總結(jié)35,000個(gè)樣本，可^建立表征范圍。表2包括 運(yùn)些作業(yè)的中間離子含量。
[0067]
[0068] 表2.頁(yè)巖地層的化學(xué)成分
[0069] 注意:Marcellus樣本主要是由淡水處理得到的回流。來(lái)自所述區(qū)域的單獨(dú)樣本的 Median鹽度高得多，達(dá)到320,00化pm TDS。（2)由主要的油田服務(wù)公司發(fā)布公開(kāi)可W獲得的 極限的綜述。
[0070] 水質(zhì)直接影響被用于控制粘度和/或管道摩擦的化學(xué)添加劑的有效性。在滑溜水 壓裂的情況下，降阻劑是主要的功能性添加劑，可W運(yùn)送支撐劑，聚合物的化學(xué)性的改變已 經(jīng)能夠形成幾種能夠高度耐鹽的降阻劑。在交聯(lián)凝膠的情況下，交聯(lián)聚合物系統(tǒng)的化學(xué)性 復(fù)雜得多。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的棚酸鹽交聯(lián)瓜兒膠系統(tǒng)的物理化學(xué)性位于推薦的公布的混合水鐵極 限之下并且被許多油田服務(wù)公司（表1最右邊的欄)廣泛地使用。運(yùn)些極限引發(fā)對(duì)堿性，pH， 總鹽度，W及巧/儀水平的注意，因?yàn)檫\(yùn)些水特性能夠顯著地?fù)p害交聯(lián)凝膠流體的質(zhì)量。巧 和儀的氨氧化物沉淀物pH值為9.25或者更高，生成有害固體并且干擾用于運(yùn)送優(yōu)質(zhì)的交聯(lián) 凝膠并且確保一個(gè)階段根據(jù)設(shè)計(jì)的情況完成的抑的控制。堿性同樣憑借緩沖影響pH控制。 巧和儀離子隨著它們的堿金屬氨氧化物，[M(0H)2K出0)x的抑值上升到P朋.25W上，開(kāi)始沉 淀。運(yùn)些沉淀過(guò)程隔離了氨氧化物離子，所述氨氧化物離子明確地影響真實(shí)流體的pH值，運(yùn) 一點(diǎn)可W立即被任何本領(lǐng)域技術(shù)人員所接受。所述鹽本身隨著溫度變化可W反過(guò)來(lái)溶解， 由此隨著流體溫度在通過(guò)井眼并且到達(dá)地層的過(guò)程中升高，其對(duì)總氨氧化物濃度的影響 (W及，由此對(duì)pH值的影響）是復(fù)雜的。運(yùn)些過(guò)程發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間是難W預(yù)測(cè)的。一旦pH值升 高，混合水中的棚作用為外來(lái)交聯(lián)劑。過(guò)多的棚可能使所述系統(tǒng)過(guò)度交聯(lián)，導(dǎo)致含水膠凝劑 與混合水完全分離，完全失去粘度，W及無(wú)效的沙子運(yùn)輸。在運(yùn)些標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)出水轉(zhuǎn)換成可 接受的混合水由此需要某些水處理的組合來(lái)去除硬度和/或棚，并且采用淡水進(jìn)行稀釋。
[0071] 已經(jīng)建議一些耐鹽系統(tǒng)使用衍生的瓜兒膠聚合物(例如，徑丙基瓜兒膠，簇甲基瓜 兒膠，或者簇甲基徑丙基瓜兒膠及交替無(wú)棚酸鹽交聯(lián)劑（例如，參見(jiàn)SPE 94320，SPE 151819，SPE 163824,?及SPE 167175)。運(yùn)些實(shí)例中的某些仍然需要用淡水稀釋，并且沒(méi)有 一個(gè)采用未衍生的瓜兒膠。真正的基于瓜兒膠的耐鹽交聯(lián)凝膠為壓裂流體提供了一種可行 的選擇。
[0072] 聚合物
[0073] 瓜兒膠體是油田服務(wù)行業(yè)可W得到的一種商品。也被稱作未衍生瓜兒膠，其相對(duì) 較貴。某些實(shí)施方案會(huì)使用CPMHG，HPG，或者其它改性瓜兒膠，但是由于化學(xué)衍生過(guò)程及后 續(xù)的可能導(dǎo)致某些瓜兒膠損失的純化步驟的成本導(dǎo)致它們都會(huì)提高完井的成本。其它的實(shí) 施方案可W使用瓜兒膠和其它聚合物的混合物。所述聚合物的濃度可W介于1.2g/L到 7.2g/L之間（分別為lOppt和60ppt)。
[0074] -個(gè)實(shí)施例中的水合性聚合物為高分子重量水溶性多聚糖，其包含可W形成具有 釋放金屬的復(fù)合物的順式徑基和/或簇基。非限制性的，有用的多聚糖的分子重量為約20， 000到約3,000,000。半乳糖甘露聚糖是多聚糖的一種實(shí)施形式，具有用于此處目的的相鄰 順式徑基。術(shù)語(yǔ)半乳糖甘露聚糖在各方面指的都是由各種胚乳種子衍生得到的天然多聚 糖。它們主要包括D-甘露糖和D-半乳糖單元。它們通常具有相似的物理特性，例如可溶于水 W形成粘稠溶液，其通常可W通過(guò)加入無(wú)機(jī)鹽，例如棚砂，從而被膠凝(交聯(lián)）。某些出產(chǎn)包 含半乳糖甘露聚糖膠體的種子的植物的實(shí)例包括塔拉（tara)，金合歡化uisache)，槐豆 (locust bean),假紫荊（palo verde)，鳳凰木（flame tree),瓜兒豆植物（guar bean plant)，皂芙樹(shù)化oney locust)，首猜（lucerne)，肯塔基州咖啡豆化entucky coffee bean)，日本槐樹(shù)（Japanese pagoda tree)，說(shuō)藍(lán)屬植物（indigo)，jenna，rattlehox，S葉 草(clover),葫蘆己巧(fenugreek seed), W及大豆殼（soy bean hull)。所述膠體W方便 的顆粒形式提供。運(yùn)些多聚糖中，瓜兒膠及其衍生物是優(yōu)選的。運(yùn)些包括瓜兒膠體，簇甲基 瓜兒膠，徑乙基瓜兒膠，簇甲基徑乙基瓜兒膠，徑丙基瓜兒膠化PG)，簇甲基徑丙基瓜兒膠 (CMHPG)，瓜兒膠徑烷基氯化胺，及其組合物。作為多聚糖，瓜兒膠體是一種包含具有半乳糖 分支的甘露糖主鏈的支化共聚物。
[0075] 雜多糖，例如迪特(diutan)，黃原膠，具有任意其他聚合物的迪特混合物，W及硬 葡聚糖，可W被用作可水合的聚合物。合成聚合物，例如但是不限于，聚丙締酷胺和聚丙締 酸醋聚合物W及共聚物通常被用于高溫場(chǎng)合。合適的可用于增稠某些流體的粘滯彈性表面 活性劑包括陽(yáng)離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，兩性離子表面活性劑，兩性表面活性 劑，非離子表面活性劑，及其組合。
[0076] 可水合聚合物可任意合適的濃度存在。在其不同的實(shí)施例中，存在的所述液 態(tài)可水合聚合物的量可從約1.2到小于約7.2g/L( 10到60磅每千加侖或者ppt)，或者從約15 到小于約40磅每千加侖，從約1.8g/L( 15ppt巧Ij約4.2g/L(35ppt)，1.8g/L( 15ppt巧Ij約3g/L (25ppt)，或者甚至從約2g/L(17ppt巧Ij約2.6g/L(2化pt)?？傮w來(lái)說(shuō)，所述液態(tài)可水合聚合 物的量從約1.2g/L(10ppt)到小于約6g/L(50ppt)，其中液態(tài)聚合物的下限小于約1.2， 1.32,1.44,1.56,1.68,1.8,1.92,2.04,2.16 或者 2.18g/L( 10,11，12,13,14,15,16,17,18， orl化pt)，并且上限小于約7.2g/L(60ppt)，不大于7.07,6.47,5.87,5.27,4.67,4.07， 3.6，3.47，3.36，3.24，3.12，3，2.88，2.76，2.64，2.52，或者2.4g/L( 59，54，49，44，39，：34， 30，29，28，27，26，25，24，23，22，21，或者20ppt)。在某些實(shí)施例中，所述聚合物的量可W約 為2.4g/L(20ppt)。
[0077] 交聯(lián)劑
[0078] 包含交聯(lián)劑的錯(cuò)通常被用于交聯(lián)抑為7.0或者更高的壓裂流體，但是在運(yùn)里，故意 在低抑下配制所述流體。運(yùn)里的實(shí)施例使用包括復(fù)合有或者配制有乳酸鹽，=乙醇胺，碳酸 鹽，碳酸氨鹽，谷氨酸，或者其任意組合物的錯(cuò)鹽。
[0079] 鐵和給基交聯(lián)劑與錯(cuò)一樣將被用在運(yùn)里描述的實(shí)施例中。第四族金屬交聯(lián)劑的濃 度為8到lOOOppm，在某些實(shí)施例中為20到2400ppm。在某些實(shí)施例中，所述交聯(lián)劑復(fù)合物中 金屬的濃度為lO-lOOppm。
[0080] 已經(jīng)確定的是特定的含氮和/或憐的簇酸W及衍生物可W形成具有金屬的復(fù)合 物。各個(gè)實(shí)施例中的所述金屬可W是四族金屬，例如Zr和Ti。錯(cuò)(IV)被發(fā)現(xiàn)是一種有效的形 成應(yīng)用于交聯(lián)劑配制中的具有不同阿爾法或者貝塔氨基酸并且具有阿爾法和貝塔徑基酸， 麟酸及其衍生物的復(fù)合物的金屬。運(yùn)些組分在一個(gè)實(shí)施例中從不同的阿爾法或貝塔氨基憐 酸，麟酷基簇酸，鹽及其衍生物中選擇。
[0081 ] 在所述復(fù)合物中金屬與配位體的摩爾比從1:1到1:10。優(yōu)選地，金屬與配位體的摩 爾比從1:1到1:6。更具體地，所述金屬與配位體的摩爾比從1:巧Ij 1:4。運(yùn)些復(fù)合物，包括其 混合物，可W被用于交聯(lián)所述水合性聚合物。對(duì)于給定的聚合物來(lái)說(shuō)，通過(guò)金屬-氨基酸或 者金屬-麟酸復(fù)合物進(jìn)行交聯(lián)的溫度明顯大于通過(guò)已經(jīng)被用作緩釋劑的僅僅采用配位體， 例如鏈燒醇胺，類似于=乙醇胺，或者阿爾法徑基簇酸鹽，類似于乳酸形成的金屬?gòu)?fù)合物進(jìn) 行交聯(lián)的溫度。
[0082]后面的有機(jī)酸和它們對(duì)應(yīng)的加成鹽代表可W被用于高溫交聯(lián)劑配制的配位體的 非限制性實(shí)例:丙氨酸，精氨酸，天冬酷胺，天冬氨酸，半脫氨酸，谷氨酸，谷氨酷胺，甘氨酸， 組氨酸，異亮氨酸，亮氨酸，賴氨酸，蛋氨酸，苯基丙氨酸，脯氨酸，色氨酸，酪氨酸，鄉(xiāng)氨酸， 肉堿，鳥(niǎo)氨酸，牛橫酸，瓜氨酸，谷脫甘膚，徑脯氨酸，W及類似物。后面的有機(jī)酸W及它們的 鹽被發(fā)現(xiàn)可W用作高溫交聯(lián)劑配制的配位體:D，!^-谷氨酸，1^-谷氨酸，D-谷氨酸，D，!^-天冬 氨酸，D-天冬氨酸，1^-天冬氨酸，0-丙氨酸，D，1^-丙氨酸，D-丙氨酸，1^-丙氨酸，W及麟酷乙 酸。
[008；3] 抑控制劑
[0084] 抑控制劑可包括試劑等級(jí)或者更差的質(zhì)量源或者是鹽酸，乙酸，強(qiáng)氧化鋼，碳酸氨 鋼，甲酸，憐酸二氨鐘，憐酸氨二鐘，憐酸=鐘，二乙酸鋼，硫酸，硫酸氨鋼，苯二甲酸氨鐘，W 及作用為使溶液的酸度或堿度維持在選定值附近的相關(guān)的電解質(zhì)。所述抑劑的特性和濃度 基于目標(biāo)抑值，所述流體的成分，所述pH劑的成本和可得性，和/或最終的流體特性目標(biāo)進(jìn) 行選擇。
[0085] 可W采用緩沖劑來(lái)緩沖所述壓裂流體，即，可W添加適度量的強(qiáng)堿或酸而不會(huì)引 起壓裂流體的pH值發(fā)生任何大的變化。在不同的實(shí)施例中，所述緩沖劑是如下成分的組合： 弱酸和所述弱酸的鹽;具有正鹽的酸鹽;或者兩種酸鹽。合適的緩沖劑的非限制性實(shí)例為： 化此P〇4-NaHP化;鋼碳酸鋼碳酸氨鋼;鋼碳酸氨鋼，二乙酸鋼；W及類似物。通過(guò)將緩沖劑添 加到氨氧離子生成材料中，所提供的壓裂流體對(duì)于本地水源中寬范圍的pH值W及位于地層 中的酸性物質(zhì)W及類似物的影響表現(xiàn)得比較穩(wěn)定。在典型的實(shí)施例中，所述pH控制劑為所 采用的多聚糖的重量的約百分之0.6到約百分之40。
[0086] 氨氧離子釋放劑的非限制性實(shí)例包括在所述壓裂流體中提供目標(biāo)pH值W提高棚 酸鹽離子形成并且與多聚糖和多元醇交聯(lián)的任何可溶或部分可溶的強(qiáng)氧化物或者碳酸鹽。 優(yōu)選的為堿金屬氨氧化物，例如，氨氧化鋼，W及碳酸鹽。其它可W接受的材料為氨氧化巧， 氨氧化儀，氨氧化祕(mì)，氨氧化鉛，氨氧化儀，氨氧化領(lǐng)，氨氧化鎖，等等。在高于79°C(175°F) 的溫度下，當(dāng)氨氧化儀被用作氨氧離子釋放劑時(shí)，氣化鐘化F)可W被用于防止MgO(氧化儀） 沉淀。在一個(gè)實(shí)施例中所使用的所述氨氧離子釋放劑的量足夠在所述壓裂流體中產(chǎn)生至少 約8.0，至少8.5，至少約9.5，W及位于約9.5到約12之間的pH值。
[0087] 流體的具體實(shí)施形式還可W包括有機(jī)氨基成分。有機(jī)氨基成分的實(shí)例包括四乙基 五胺（TEPA)，S亞乙基四胺，五乙二胺（pen1:aethylenhexamine)，S徑乙基胺（TEA)，或者其 任意混合物。當(dāng)所述有機(jī)氨基成分為TEPA時(shí)，某些實(shí)施形式是有益的。有機(jī)氨基例如可W被 用于調(diào)節(jié)(升高)pH。當(dāng)有機(jī)氨基成分被用在流體中時(shí)，它們基于總液相重量W約0.01重量 百分比到約2.0重量百分比的量被包含。優(yōu)選地，當(dāng)被使用時(shí)，所述有機(jī)氨基成分基于總液 相重量W約0.05重量百分比到約1.0重量百分比的量被包含。
[0088] 當(dāng)用于任意的壓裂流體時(shí)，根據(jù)具體的實(shí)施例選擇附加的添加劑。表面活性劑和 粘±控制添加劑對(duì)于某些實(shí)施例來(lái)說(shuō)是有益的。在某些實(shí)施例中，水本身也具有粘±穩(wěn)定 特性。對(duì)于某些實(shí)施例來(lái)說(shuō)，可W選擇抗乳化劑。在某些實(shí)施例中，需要抗菌劑。在某些實(shí)施 例中，可W使用阻垢劑，憐基或者非憐基。非憐基阻垢劑優(yōu)于憐基。在某些實(shí)施例中，可W使 用氧化或者酶催化破壞劑W降低流體粘性。
[0089] 包括聚合物和交聯(lián)劑的所述組分相關(guān)的其它信息可W在美國(guó)專利號(hào)7786050找 到，其通過(guò)引用被整體結(jié)合于此。
[0090] 過(guò)程考慮
[0091] 為了形成運(yùn)里描述的壓裂流體，需要發(fā)生幾個(gè)過(guò)程活動(dòng)?；瘜W(xué)品添加和流體特性 測(cè)量的順序可W類似于下面所描述的或者可W根據(jù)包括可用的測(cè)量工具和測(cè)量設(shè)備W及 化學(xué)品可用性在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)條件作出修改。在某些實(shí)施例中，所述水源的抑可W調(diào)節(jié)。所述聚 合物被水合，添加交聯(lián)劑，并且可W在不同的步驟引入附加的添加劑。當(dāng)使用與本說(shuō)明書中 不一致的水，例如在上面的【背景技術(shù)】中列出的水時(shí)，分析所述水并且制備所述流體成分是 合適的。為了提供可靠的在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)低pH流體的方法，開(kāi)發(fā)了一種測(cè)試矩陣由此可W提取 壓裂流體的測(cè)量特性并且與獲得的流變學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。運(yùn)種關(guān)聯(lián)使得現(xiàn)場(chǎng)人員可W在現(xiàn)場(chǎng) 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量并且通過(guò)僅僅改變一個(gè)變量，通常為交聯(lián)劑濃度或抑，就可W解決流體的 問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量后面的數(shù)據(jù)：
[0092] .抑
[0093] ? Lip溫度(流體開(kāi)始建立粘性）
[0094] ?交聯(lián)溫度(流體完全被交聯(lián)，高粘性）
[00M] ?根據(jù)HPHT流變儀的性能，為所述流體分配通過(guò)或不合格。
[0096] 在某些實(shí)施例中，還要測(cè)量水硬度并且通過(guò)引入水軟化劑進(jìn)行修正。運(yùn)個(gè)測(cè)試的 目的是給現(xiàn)場(chǎng)人員一個(gè)改變水質(zhì)的快速調(diào)整途徑。
[0097] -個(gè)實(shí)施例的過(guò)程如下。
[0098] 確定棚的濃度
[0099] ?調(diào)整燒堿W獲取期望的pH;如果需要過(guò)量的燒堿或者如果形成大塊的不可溶氨 氧化物，使用水軟化劑。
[0100] ?如果棚濃度<100ppm并且硬度合格，考慮使用具有外加的少量多元醇緩遲劑的 緩遲棚酸鹽交聯(lián)系統(tǒng)W避免表面交聯(lián)，所述緩遲劑例如是山梨醇，甘露醇，葡萄酸鹽，等等。
[0101] ?如果硬度合格，調(diào)節(jié)燒堿W獲得棚酸鹽系統(tǒng)所期望的pH，如果需要過(guò)量的燒堿， 考慮使用低pH系統(tǒng)或者水軟化劑。
[0102] ?如果溫度為270華氏度或者更低并且有高濃度的棚，考慮調(diào)整基液的抑到6并且 選取不使用棚作為活性交聯(lián)劑的交聯(lián)流體系統(tǒng)。
[0103] ?如果溫度為270華氏度或者更低并且有高濃度的巧和儀，考慮調(diào)整基液的抑到6 并且選取不使用棚作為活性交聯(lián)劑的交聯(lián)流體系統(tǒng)。
[0104] ?如果pH位于合適的范圍但是水合作用不夠，降低pH到6,如果水合作用仍然不 夠，執(zhí)行細(xì)菌分析。
[0105] ?如果存在大量的細(xì)菌但是TDS小于50-60k，對(duì)于低于240了 B服T的井來(lái)說(shuō)，考慮 選擇基于簇甲基纖維素膠凝劑的交聯(lián)系統(tǒng)。
[0106] 后面的圖表顯示出對(duì)不同流體所執(zhí)行的一組測(cè)試結(jié)果
[0107]
[0108] 在上面的圖表中，測(cè)試來(lái)自不同罐的水的抑，Lip溫度，和交聯(lián)溫度。Lip和交聯(lián)溫 度在將交聯(lián)劑加入到線性凝膠中之后進(jìn)行測(cè)量。改變交聯(lián)劑濃度直到獲得合格。合格被定 義為滿足客戶對(duì)HPHT流變儀中流體性能的期望。繪制化溫度與Lip溫度對(duì)比的曲線圖。運(yùn)兩 種測(cè)試很容易在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。在該曲線圖中，具有生成合格流體的Lip溫度和xl溫度的流體通 過(guò)將它們封閉在綠色的"合格"窗日中而對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。原則上說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)工程師可W采納所 述曲線圖，測(cè)試所述流體的lip/xl溫度，并且如果其落在所述窗口內(nèi)，工程師可W確信所述 流體按照設(shè)計(jì)的所執(zhí)行。如果所述流體落在所述窗口外，他們可W確定所述流體是否過(guò)渡 交聯(lián)或者交聯(lián)不足并且僅對(duì)交聯(lián)劑濃度作出合適的改動(dòng)。在某些實(shí)施例中，水的總體溶劑 固體含量為7%重量比或者更高并且在某些實(shí)施例中，所述水的總體溶解固體含量為42% 重量比或者更低。在某些實(shí)施例中，鹽度為500到400，00化pm并且在某些實(shí)施例中，鹽度為 70,OOOppm到 360,OOOppm。
[0109] 為了圖示該過(guò)程的實(shí)施例，圖2是流程圖。開(kāi)始，測(cè)量抑和其它特征，例如總體溶解 固體量，巧，儀，和棚濃度。調(diào)整抑位于4.巧Ij7.0，5.0到6.0，或者4.巧化.0之間，或者其它目 標(biāo)值也是合適的。測(cè)試瓜爾膠水合的時(shí)間W確定其短于4分鐘。執(zhí)行井底溫度檢查。測(cè)量水 硬度。將緩遲劑添加到所述流體中。引入氨氧化鋼或者其它pH控制劑。在某些實(shí)施例中，在 井眼500碼W內(nèi)形成所述流體并且觀察所述粘度。
[0110] 圖3提供交聯(lián)溫度作為lip溫度的函數(shù)的曲線圖。中屯、部分顯示何時(shí)成功的流體成 分已經(jīng)被選擇出。圖4繪制出不同交聯(lián)劑濃度的溫度和測(cè)量粘度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖 W支持圖3的分析。圖5是另一個(gè)地層的另外一個(gè)不同交聯(lián)劑濃度的溫度和粘度作為時(shí)間的 函數(shù)的曲線圖，同樣使用圖3的分析。當(dāng)交聯(lián)劑復(fù)合物中金屬的濃度位于lO-lOOppm時(shí)，某些 實(shí)施例可能是受益的。在某些實(shí)施例中，地層的井底壓力可能達(dá)到9(K)psi或更高，或者溫度 為100°F或更高，或者二者同時(shí)都有。
[0111] 接著，我們將交聯(lián)瓜爾膠與淡水和低抑產(chǎn)出水中的錯(cuò)復(fù)合物進(jìn)行對(duì)比。圖6為對(duì)于 自來(lái)水和產(chǎn)出水來(lái)說(shuō)，粘度和時(shí)間作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。瓜兒膠體(4.8g)溶解在1升的 自來(lái)水中。添加0.8ml的乙酸W促進(jìn)完全水合，使得水合凝膠的pH約為5.5。在水合所述聚合 物約30分鐘后，添加3ml的市場(chǎng)可買到的錯(cuò)-乳酸交聯(lián)劑，使得流體中最終的錯(cuò)含量約為 3化pm并且流體的抑位于5.4-5.6的范圍內(nèi)。最終的凝膠在化andler 5500流變儀上W 100s- 1的剪切速率在低加熱率下移動(dòng)W觀察漸進(jìn)的交聯(lián)。
[0112] 瓜爾膠體(4.8g)溶解在1升的產(chǎn)出水中，其中具有~36%重量比的溶解鹽。添加 2ml的乙酸W促進(jìn)合適水合，使得水合凝膠的抑約為5.5。在水合所述聚合物約30分鐘后，添 加 3ml的市場(chǎng)可買到的錯(cuò)-乳酸交聯(lián)劑，使得流體中最終的錯(cuò)含量約為30ppm并且流體的pH 位于5.4-5.6的范圍內(nèi)。最終的凝膠在化曰11(116' 5500流變儀上^1003-1的剪切速率在低加 熱率下移動(dòng)W觀察漸進(jìn)的交聯(lián)。
[0113] 在兩個(gè)案例中使用相同的加熱曲線。由產(chǎn)出水制備的凝膠與在淡水中制備的相同 流體配方相比具有更高的初始粘度W及高得多的最終粘度(完全交聯(lián)）。
[0114] 實(shí)例 1
[0115] 在該實(shí)例中，使用電凝法過(guò)程預(yù)處理現(xiàn)場(chǎng)水樣本W(wǎng)修復(fù)影響生成的交聯(lián)凝膠質(zhì)量 的巧和儀離子的活性。過(guò)去的信息顯示出井的幾何形狀和井底210°F的靜態(tài)溫度應(yīng)該更適 于使用與大致120ppm的棚在pH為10到11下進(jìn)行交聯(lián)，同時(shí)不會(huì)緩遲開(kāi)始的交聯(lián)粘度的 25化s/Mgal的油田瓜爾膠。其它表面活性添加劑的目的在于控制界面張力并且乳化劑穩(wěn)定 性問(wèn)題同樣作為標(biāo)準(zhǔn)工作實(shí)踐的問(wèn)題被包括在內(nèi)。
[0116] 實(shí)驗(yàn)方法/工序
[0117] 水分析
[0118] 使用Mettler Toledo密度計(jì)測(cè)量比重，對(duì)稀釋的水進(jìn)行校準(zhǔn)。使用Mettler Toledo P的十測(cè)量水的抑，使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液新鮮地校準(zhǔn)。通過(guò)重量分析來(lái)確定總體溶解固 體。通過(guò)電感禪合的等離子(ICP)光譜確定陽(yáng)離子分析。
[0119] 水合作用測(cè)試(Fann35)
[0120] R1-B1轉(zhuǎn)子/擺鍵組合在30化pm(511sec-i)下被用于所有的實(shí)驗(yàn)。
[0121] HPHT測(cè)試(化andler 5550):使用瓜兒膠及衍生物的流體的協(xié)議。
[0122] 1.R1-B5轉(zhuǎn)子/擺鍵組合被用于所有實(shí)驗(yàn)。
[0123] 2.使用來(lái)自所述水合作用測(cè)試的凝膠樣本，所述線性凝膠被運(yùn)送進(jìn)入干凈的瓦林 攬拌機(jī)中并且調(diào)節(jié)所述攬拌機(jī)軸速度W產(chǎn)生滿旋。
[0124] 3.在添加交聯(lián)添加劑后，接著混合所述混合物不超過(guò)30秒。
[0125] 4.所述混合物接著被運(yùn)送到所述HPHT粘度計(jì)。
[0126] 5.對(duì)于每個(gè)BHST設(shè)計(jì)HPHT測(cè)試。剪切斜面計(jì)劃基于API RP 39。
[0127] 結(jié)果和討論 [012引綜合水分析：
[0129] 所述水樣本被送入=個(gè)瓶子里;所述樣本是干凈的并且看起來(lái)沒(méi)有包含任何懸浮 固體。所述=個(gè)樣本的密度和pH值在表1中示出。水分析的結(jié)果按照=個(gè)瓶子的平均值在表 2中示出。在測(cè)試后，所述=個(gè)樣本在先導(dǎo)流體測(cè)試前全部混合到一起。
[0130] 線性凝膠混合：
[0131] 初始的測(cè)試包括將線性流體與標(biāo)準(zhǔn)干燥油田瓜兒膠混合。當(dāng)加入所述瓜兒膠時(shí)， 發(fā)生巧和儀的沉淀和/或快速的脫水收縮。所述線性凝膠的4分鐘粘度為lcP"15%的HC1被 添加到運(yùn)種凝膠中，使抑到達(dá)5.6。12分鐘后，粘度為20cP。樣本水的整個(gè)批次接著使用15 % 的肥1將抑調(diào)整為5.8。必須添加大約6gpt的所述15%的肥1意味著在7抑區(qū)域中具有強(qiáng)緩沖 效果。在調(diào)節(jié)抑后，在4分鐘內(nèi)沒(méi)有遇到任何問(wèn)題完成80%的水合作用。
[0132] 表1.接收到的十二個(gè)樣本的水特性
[0133]
Lu'ijo」 HFHT巧川uVAUnand丄er bbbUJ ：
[0137]考慮到水源中棚的量，并結(jié)合巧和儀的量，任何的棚酸鹽交聯(lián)系統(tǒng)在操作上都是 不切實(shí)際的，即可能需要不少于30ppt的小多元醇遲滯劑和20即t的30%氨氧化鋼溶液。即 使使用了過(guò)量的化學(xué)品，所述抑控制因子W及由此形成的流體穩(wěn)定性具有非常窄的容差； pH的小幅升高會(huì)導(dǎo)致表面交聯(lián)和快速脫水收縮。在棚對(duì)性能具有顯著影響的情況下，優(yōu)選 的是流體系統(tǒng)能夠在低抑下運(yùn)行。為此，對(duì)建議的25化/Mgal交聯(lián)瓜爾膠凝膠流體進(jìn)行了基 線測(cè)試（圖7);然而，后面所有的測(cè)試都嘗試優(yōu)化錯(cuò)交聯(lián)瓜爾膠（圖8和圖9)和錯(cuò)交聯(lián)CMHPG (圖10)系統(tǒng)?？紤]到有限的樣本水量，重點(diǎn)放在了瓜爾膠系統(tǒng)上而不是成本更高的衍生 CMHPG上。圖7為基于其它附近完井的歷史數(shù)據(jù)對(duì)棚酸鹽交聯(lián)的、具有表面活性劑的25化/ Mgal瓜爾膠凝膠進(jìn)行的基線測(cè)試。圖8提供交聯(lián)pH為5.9的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)瓜爾膠凝膠的流變學(xué) 分析。圖9為具有表面活性劑和27ppm的水軟化劑、交聯(lián)pH為5.8的錯(cuò)交聯(lián)瓜爾膠凝膠的曲線 圖。圖10為具有表面活性劑的、交聯(lián)抑為3.8的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)CMHPG凝膠的曲線圖。
[013引結(jié)論
[0139] 1.水本身包含大量的棚。pH在7.2之上，對(duì)于瓜爾膠來(lái)說(shuō)，棚是一種良好的交聯(lián)劑， 但是采用運(yùn)種水制備的棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠流體的井底穩(wěn)定性特別差。不穩(wěn)定很大程度歸因 于高濃度棚發(fā)生的脫水收縮。使用遲滯劑對(duì)所述棚進(jìn)行化學(xué)控制是可能的但是操作上有風(fēng) 險(xiǎn)并且潛在地造成成本昂貴。如果使用棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠W及某種基礎(chǔ)活化劑設(shè)計(jì)溶液， 所述系統(tǒng)對(duì)水抑和棚含量的任何變化都會(huì)非常敏感。
[0140] 2.所述水不允許在不調(diào)節(jié)抑的情況下進(jìn)行線性凝膠水合。即使所述水的抑為7，高 水平的多價(jià)陽(yáng)離子仍然干擾水合作用。在水合前，需要采用Hcr'預(yù)處理"所述預(yù)處理水。顯 示在所述7pH區(qū)域中具有大量的緩沖，由此需要6gpt的15%的HC1快速地運(yùn)行進(jìn)入被用于制 備所述線性瓜爾膠凝膠的水合單元的隔間1中。
[0141] 3.與錯(cuò)交聯(lián)的基于CMHPG的壓裂流體同樣也是可行的選擇。它們需要使用CMHPG， 可分散在水介質(zhì)中的錯(cuò)交聯(lián)劑，W及控制流體pH的方法。運(yùn)些流體對(duì)高濃度棚具有非常高 的容忍性并且如果流體pH被維持在5或W下，巧和儀的影響也較小。
[0142] 實(shí)例2
[0143] 在該實(shí)例中，鹽度非常高的現(xiàn)場(chǎng)水樣本沒(méi)有進(jìn)行任何的處理，并且水分析表明當(dāng) 沒(méi)有采用約十倍的淡水進(jìn)行稀釋時(shí)，運(yùn)種水不適于用作棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠系統(tǒng)的混合水。 總的鹽度接近于260,0(K)ppm，具有大量的巧，儀和棚。同樣，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示井的幾何形狀和 220了的井底靜態(tài)溫度應(yīng)該更適于基于與約12化pm的棚在pH為10.5到11.6的情況下采用遲 滯交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)的251bs/Mgal油田瓜爾膠而使用遲滯交聯(lián)瓜爾膠凝膠W確保低的累送 壓力。同樣還包括用于控制界面張力和乳化液穩(wěn)定性問(wèn)題的其它表面添加劑。
[0144] 工序
[0145] 水分析：
[0146] 使用Mettler Toledo密度計(jì)測(cè)量比重，對(duì)稀釋的水進(jìn)行校準(zhǔn)。使用Fisher Scientific AccuMet XL 15 pH計(jì)測(cè)量水的抑，使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液新鮮地校準(zhǔn)。通過(guò)重量分 析來(lái)確定總體溶解固體。通過(guò)離子色譜法（1C)確定陰離子和陽(yáng)離子分析。通過(guò)感應(yīng)禪合等 離子(ICP)光譜確定陽(yáng)離子分析。
[0147] 水合測(cè)試(Fann35):
[0148] R1-B轉(zhuǎn)子/擺鍵組合在30化pm(511sec-i)下被用于所有的實(shí)驗(yàn)。
[0149] HPHT測(cè)試(化andler 5550):使用瓜兒膠及衍生物的流體的協(xié)議
[0150] 1 .R1-B5轉(zhuǎn)子/擺鍵組合被用于所有實(shí)驗(yàn)。
[0151] 2.使用來(lái)自所述水合作用測(cè)試的凝膠樣本，所述線性凝膠被運(yùn)送進(jìn)入干凈的瓦林 攬拌機(jī)中并且調(diào)節(jié)所述攬拌機(jī)軸速度W產(chǎn)生滿旋。
[0152] 3.在添加交聯(lián)添加劑后，接著混合所述混合物不超過(guò)30秒。
[0153] 4.所述混合物接著被運(yùn)送到所述HPHT粘度計(jì)。
[0154] 5.對(duì)于每個(gè)BHST設(shè)計(jì)HPHT測(cè)試。剪切斜面計(jì)劃基于API RP 39。
[0155] 結(jié)果和討論
[0156] 綜合水分析：
[0157] 接收到的水樣本1-9為不透明的并且是澄棟色的，具有可見(jiàn)的固體存在;接收到的 樣本10-12為無(wú)色并且干凈的。十二個(gè)樣本的密度和pH值在表6中示出。樣本1-9和10-12的 密度和抑，并且是自洽的且顯示出最小的變化，由此為了攬拌流體假設(shè)樣本1-9全部接近于 相同。樣本10-12的密度和抑是自洽的并且顯示出最小的變化，由此為了進(jìn)行淡水測(cè)試，假 設(shè)樣本10-12都是相同的。水分析的結(jié)果在表7中示出。產(chǎn)出水包含35化pm的棚W及大于14， 00化pm的二價(jià)陽(yáng)離子。
[0158] 表6.接收到的十二個(gè)樣本的水特性
[0159]
[0160] 表7.水分析
[0161]
[0162] HPHT測(cè)試（Chandler 5550):
[0163] 對(duì)幾種流體系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估，包括遲滯的棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠和粘彈性的表面活性 劑膠凝劑壓裂流體。運(yùn)些系統(tǒng)中沒(méi)有一個(gè)顯示出在BHST下具有可接受的凝膠強(qiáng)度。
[0164] 基于混合水中高濃度的棚而選取錯(cuò)酸鹽交聯(lián)CMHPG流體系統(tǒng)。后面的流體配方在 230°F的肌ST下在Chandler 5550上進(jìn)行測(cè)試。
[01化]1.具有l(wèi).Ogpt的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑A的45化/Mgal CMHPG(圖11)
[0166] 2.具有1.Ogpt的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑A&0.4gpt乙酸溶液的45化/Mgal CMHPG(圖12)
[0167] a.在加入所述交聯(lián)劑前，采用L400將所述線性凝膠的抑調(diào)節(jié)到3.8。
[0168] 圖11提供了對(duì)于具有45化/Mgal CMHPG的流體來(lái)說(shuō)，粘度，剪切速率，W及溫度作 為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖，其中所述45化/Mgal CMHPG具有1.Ogpt的TEA復(fù)合的錯(cuò)酸鹽；圖12 提供了具有1. Ogpt的錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑&0.4甜t的乙酸溶液的45化/Mgal的流變學(xué)。
[0169] 結(jié)論
[0170] 1.水本身包含大量的棚。pH在7.2之上，對(duì)于瓜爾膠來(lái)說(shuō)，棚是一種良好的交聯(lián)劑， 但是采用運(yùn)種水制備的棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠流體的井底穩(wěn)定性特別差。不穩(wěn)定很大程度歸因 于高濃度棚發(fā)生的脫水收縮。使用遲滯劑對(duì)所述棚進(jìn)行化學(xué)控制是可能的但是非常貴（〉 7(Ubs/Mgal小多元醇遲滯劑）。如果使用棚酸鹽交聯(lián)瓜爾膠W及某種基礎(chǔ)活化劑設(shè)計(jì)溶液， 所述系統(tǒng)對(duì)水抑和棚含量的任何變化都會(huì)非常敏感。
[0171] 2.簇甲基徑丙基瓜爾膠(CMHPG，一種衍生的瓜爾膠)在產(chǎn)出水中無(wú)需稀釋就可W 可靠地水合。一種相關(guān)的同時(shí)使用棚酸鹽和錯(cuò)酸鹽交聯(lián)劑的"雙交聯(lián)劑系統(tǒng)"不合格，因?yàn)?其需要高的抑處理W控制高抑下的動(dòng)能，可用的棚酸鹽太多并且流體穩(wěn)定性很差。低pH錯(cuò) 交聯(lián)CMHPG流體給出可接受的結(jié)果，但是每個(gè)成功的配方需要使用45化s/Mgal的膠凝劑并 且保持低pH。對(duì)于一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)，采用乙酸L400調(diào)節(jié)pH。所述系統(tǒng)被大幅度遲滯。
[0172] 圖13為每支撐劑濃度的處理壓力和漿液速率作為總的多級(jí)漿液的函數(shù)的曲線圖。 該曲線圖將棚交聯(lián)與錯(cuò)交聯(lián)進(jìn)行對(duì)比。顯示出當(dāng)使用包含交聯(lián)劑的錯(cuò)時(shí)，支撐劑濃度和壓 力被維持不變。
[0173] 圖14為對(duì)于=種具有不同總體溶解固體濃度的流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的 函數(shù)的曲線圖?；旌纤畞?lái)自于Marcel lus,化rmian, W及Duvernay地層。對(duì)于110,000,210, 000，W及320,000TDS來(lái)說(shuō)，觀察到的粘度是有效的。此外，鹽度最高的水具有粘性最高的流 體。圖15為對(duì)于具有250,000TDS的兩種流體來(lái)說(shuō)，粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖，其 顯示出當(dāng)水在處理過(guò)程中從不同存儲(chǔ)護(hù)岸或罐體流動(dòng)時(shí)，模擬的井下粘度對(duì)水質(zhì)中的運(yùn)行 變量的穩(wěn)定性。
[0174] 圖16和17示出運(yùn)里的實(shí)施例在低TDS下是有效的并且如果需要，提高交聯(lián)劑濃度 對(duì)增加粘度是有效的。圖18,19,20和21為對(duì)于生產(chǎn)混合水的不同地層來(lái)說(shuō)，處于典型溫度 下的流體的粘度和溫度作為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。運(yùn)些圖的對(duì)比顯示出對(duì)于不同的TDS和 不同的溫度來(lái)說(shuō)，使用運(yùn)里描述的實(shí)施例的流體隨著時(shí)間的變化是有效的，很好地適用于 水力壓裂中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種形成流體的方法，包括： 控制水的pH，其中，控制后的所述pH為4.0到7.5; 將包括瓜爾膠的聚合物導(dǎo)入所述水中以形成流體； 將包括第四族金屬的交聯(lián)劑引入所述流體；以及 觀察所述流體的粘度，其中，在引入所述交聯(lián)劑后的半個(gè)小時(shí)內(nèi)所述粘度在lOOs^1下至 少為80cP。2. 權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:將所述流體引入被井眼穿入的地下地層。3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水包括從被井眼穿入的地下地層收集的水，其中， 所述井眼生產(chǎn)碳?xì)浠衔铩?. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水包括從油田服務(wù)水處理設(shè)施、水塘或者卡車收 集的水。5. 權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括：響應(yīng)于觀察所述流體的粘度引入額外的交聯(lián) 劑。6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，觀察粘度包括:對(duì)比所述流體在引入交聯(lián)劑之前和之 后的溫度。7. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，觀察粘度包括:使用HPHT流變儀。8. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，觀察粘度進(jìn)一步包括:添加交聯(lián)劑以控制所述粘度。9. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述流體形成和觀察粘度發(fā)生在井眼的500碼之內(nèi)。10. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，分析水進(jìn)一步包括:測(cè)量鹽度、溶解固體含量、金屬成 分或者它們的組合。11. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述交聯(lián)劑包括鋯乳酸、鋯三乙醇胺、鋯谷氨酸或它 們的任意組合。12. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述流體在900psi或更大的井底壓力下或者100°F或 更大的溫度下或者二者同時(shí)滿足的情況下被引入穿入地下地層的井眼中。13. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述流體被引入長(zhǎng)度為1000米或更長(zhǎng)的穿入地下地 層的井眼中。14. 權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制pH包括引入pH控制劑。15. 權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述pH控制劑為氫氧化鈉、乙酸、鹽酸或它們的組 合。16. -種形成流體的方法，包括： 分析水的pH，其中，所述水包括300ppm或更大的鹽度； 控制所述水的pH，其中，控制后的pH為4.5到8.0; 將聚合物引入所述水中以形成流體； 將交聯(lián)劑引入所述流體；以及 觀察粘度，其中，在引入交聯(lián)劑后的第一個(gè)半小時(shí)內(nèi)所述粘度在l〇〇s<下至少為80cP。17. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述聚合物為瓜爾膠、HPG、CMPHG或者它們的組合。18. 權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述交聯(lián)劑包括鋯。19. 權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述交聯(lián)劑包括鋯乳酸、鋯三乙醇胺、鋯谷氨酸或它 們的任意組合。20. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，控制后的pH為5.0到6.0。21. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述水的總?cè)芙夤腆w含量為7%或更多。22. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述水的總?cè)芙夤腆w含量按重量計(jì)為42 %或更少。23. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，交聯(lián)劑復(fù)合物中的金屬濃度為10-100ppm。24. 權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述聚合物為瓜爾膠，所述交聯(lián)劑包括鋯。25. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述流體形成和觀察粘度發(fā)生在井眼的500碼以內(nèi)。26. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述鹽度為500到400，000ppm。27. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述鹽度為70,000到360，000ppm。28. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，觀察粘度包括對(duì)比所述流體在引入交聯(lián)劑之前和之 后的溫度。29. 權(quán)利要求28所述的方法，其中，引入交聯(lián)劑之前的lip溫度是周圍環(huán)境溫度至160 °F，在引入交聯(lián)劑后是周圍環(huán)境溫度至200°F。30. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，觀察粘度包括:使用HPHT流變儀。31. 權(quán)利要求16所述的方法，其中，觀察粘度進(jìn)一步包括:添加交聯(lián)劑以控制所述粘度。
【文檔編號(hào)】E21B43/27GK106062306SQ201580011396
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日 公開(kāi)號(hào)201580011396.2, CN 106062306 A, CN 106062306A, CN 201580011396, CN-A-106062306, CN106062306 A, CN106062306A, CN201580011396, CN201580011396.2, PCT/2015/12864, PCT/US/15/012864, PCT/US/15/12864, PCT/US/2015/012864, PCT/US/2015/12864, PCT/US15/012864, PCT/US15/12864, PCT/US15012864, PCT/US1512864, PCT/US2015/012864, PCT/US2015/12864, PCT/US2015012864, PCT/US201512864
【發(fā)明人】B·麥克馬洪, B·麥奇, A·米拉基安
【申請(qǐng)人】斯倫貝謝技術(shù)有限公司