CN102666776A - 用于增强包含粘弹性表面活性剂的处理流体的聚合添加剂以及使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供了与粘弹性表面活性剂一起使用的聚合添加剂、包含这样的添加剂和粘弹性表面活性剂的流体、以及相关的使用方法。在一个实施方式中，该方法包括：提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂以及两亲性聚合物的处理流体，两亲性聚合物包含疏水组分和包括至少15个单体单元的亲水组分；以及将处理流体引入到地层的至少一部分中。

Description

用于增强包含粘弹性表面活性剂的处理流体的聚合添加剂以及使用方法
相关申请的引用
背景技术
本发明涉及可用于处理地层(地下地层，subterranean formation)的方法和组成，且更具体地，涉及与粘弹性表面活性剂(viscoelasticsurfactant)一起使用的聚合添加剂、包含这样的添加剂和粘弹性表面活性剂的流体、以及相关的使用方法。
粘性化的处理流体可以用于各种的地下处理中。如本文中使用的，术语“处理”、或“处置”指的是利用流体结合期望的功能和/或用于期望的目的的任何地下作业。术语“处理”、或“处置”不意指由流体的任何特别作用。通常地下处理的实例包括，但不限于，钻孔作业、预垫处理(pre-padtreatment)、破裂操作(fracturing operation)、穿孔作业、预冲处理(preflushtreatment)、后冲处理(afierflush treatment)、沙砾控制处理(例如，砾石充填)、酸化处理(例如，基质酸化(matrix acidizing)或破裂酸化)、分流处理、加固处理、以及井眼清洁处理(well bore clean-out treatment)。例如，在一些破裂处理中，通常将处理流体(例如压裂液或“前置液(padfluid)”)在用于在地层中产生或增强一个或多个路径或“破裂”的足够的流压下引入到穿过地层的井眼里。这些裂缝通常增加地层该部分的渗透性。流体可包含微粒，通常是指作为沉积在所得破裂中的“支撑剂微粒”。认为支撑剂微粒帮助防止破裂在释放流压之后的完全封闭，形成流体穿过其可以流向渗透地层的井眼中的传导性通道。
处理流体还在沙砾控制处理如沙砾填充中使用。在“沙砾-填充”处理中，处理流体混悬微粒(通常称作“沙砾微粒”)，然后这些微粒的至少一部分沉积在井眼中期望的区域里，例如靠近松散的或弱加固的地层区，以形成“沙砾填充”，其是在一起足够紧密地填充的微粒的组，以便防止一些材料通过沙砾填充。该“沙砾填充”可以尤其增强在地层中的沙砾控制和/或防止微粒从地层的松散部分(例如，支撑破裂)流入到井眼中。沙砾填充作业的一种常见类型包括将沙砾控制屏置于井眼中，以及使用设计以防止地层沙砾通过的特定尺寸的沙砾微粒填充处于屏和井眼之间的环状部。沙砾微粒起到尤其防止地层沙砾堵塞屏或与产生的烃迁移的作用，而屏起到尤其防止微粒进入孔眼的作用。沙砾微粒还可以涂覆有一些类型的材料，包括树脂、增粘剂等。一旦将沙砾基本上在适当的位置，则可以减少处理流体的粘度以使其恢复。在一些情况中，破裂和沙砾填充处理结合入单一处理(通常称作“FRAC PACTM”作业)中。在这样的“FRACPACTM”作业中，处理通常利用在适当位置的沙砾填充屏组件，使用通过套管与屏之间的环状间隔泵送的水力压裂处理而完成。在这种情况下，水力压裂处理在无屏的条件下结束，在屏与套管之间产生环状沙砾填充。在其他情况下，压裂处理可以在安装屏和设置沙砾填充之前进行。
在处理流体中维持足够的粘性出于多种原因可能是重要的。粘性在钻孔作业中是期望的，因为具有较高粘度的处理流体尤其能够更容易地运输固体，如钻粉。在破裂处理中维持足够的粘性对于微粒运输，以及以产生或增强破裂宽度是重要的。微粒运输在沙砾控制处理如沙砾填充中也是重要的。维持足够的粘性对于控制和/或减少漏泄到地层中、提高在地层中使另外的流体转向的能力、和/或通过减少在井眼中的摩擦来减少泵送需求来说可能是重要的。同时，尽管维持处理流体足够的粘性常常是期望的，但是还可以期望以使得粘性在特定时间下可能降低的方式维持处理流体的粘性，尤其用于来自地层的流体的后续恢复。
为了提供期望的粘性，通常将聚合胶凝剂加入到处理流体中。术语“胶凝剂”在本文中被定义成包括能够增加流体的粘性的任何物质，例如，通过形成凝胶。通常使用的聚合胶凝剂的实例包括，但不限于瓜尔豆胶和其衍生物、纤维素衍生物、生物聚合物等。然而，聚合胶凝剂的使用可能是有问题的。例如，这些聚合胶凝剂在使用之后可能在地层中留下不期望的凝胶残余物，其能够影响渗透性。结果，可能需要昂贵的补救作业以清洁断裂面和进行支撑剂填充。已经采用起起泡处理流体和基于乳液的处理流体以使残留损害最小化，但是常常会产生增加的费用和复杂性。
为了与和聚合胶凝剂有关的感知的问题斗争，已经使用一些表面活性剂作为胶凝剂。很好地理解了，当以高于临界胶束浓度的浓度来与含水流体混合时，表面活性剂的分子(或离子)可能会联合以形成胶束。术语“胶束”被定义成包括使表面活性剂分子的疏液(“溶剂-排斥”)部分和溶剂之间的接触最小化的任何结构，例如，通过将表面活性剂分子聚集成诸如球、圆柱体或片的结构，其中疏液部分是在聚集结构的内部上，而亲液(“溶剂-吸引”)部分在该结构的外部上。这些胶束可能起到与其它目的一起稳定乳液、破坏乳液、稳定泡沫、改变表面的润湿性、溶解一些材料、和/或降低表面张力的作用。在用作胶凝剂时，使用的表面活性剂的分子(或离子)联合以形成特定胶束结构的胶束(例如在本文中称作“粘性化胶束”的棒状、蠕虫状、泡状等)，其在特定条件(例如浓度、流体的离子强度等)下能够尤其赋予特定流体增加的粘性和/或形成凝胶。一些粘性化胶束可以赋予流体增加的粘性，使得流体至少部分地由于其中包含的表面活性剂分子的联合而表现出粘弹性行为(例如剪切稀化性质)。如本文中使用的，术语“粘弹性表面活性剂流体”指的是至少部分地由于其中所包含的表面活性剂分子的联合以形成粘性化胶束而表现出或者能够表现出粘弹性行为的流体。
然而，表面活性剂用作胶凝剂在几个方面中可能是有问题的。在一些应用中，可能需要大量的粘弹性表面活性剂以赋予流体期望的流变性质。某些粘弹性表面活性剂可能更少地可溶于某些流体中，其可能削弱那些表面活性剂形成粘性化胶束的能力。粘弹性表面活性剂流体在高温和/或在高盐浓度下也可能是不稳定的，这尤其由于高盐浓度“筛选出”粘性化胶束之间的静电相互作用的倾向。
发明内容
本发明涉及可用于处理地层的方法和组成，且更具体地说，涉及与粘弹性表面活性剂一起使用的聚合添加剂、包含这样的添加剂和粘弹性表面活性剂的流体、以及相关的使用方法。
在一个方面，本发明提供了一种方法，包括：提供包括含水基础流体(aqueous base fluid)、粘弹性表面活性剂以及两亲性聚合物(amphiphilicpolymer)的处理流体(treatment fluid)，两亲性聚合物包含疏水组分和包括至少15个单体单元的亲水组分；以及将处理流体引入到地层的至少一部分中。
在另一个方面，本发明提供了一种方法，包括：提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物的处理流体，所述两亲性聚合物包含烷基乙氧基化物，其中处理流体不包含大量(充分量，基本量，substantial amount)的两性离子表面活性剂；以及将处理流体引入到地层的至少一部分中。
在另一个方面，本发明提供了一种方法，包括：提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物的处理流体，其中处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂，且两亲性聚合物包含：选自由烷基基团、聚丁二烯基团、聚异戊二烯基团、聚苯乙烯基团、聚氧化苯乙烯基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的疏水组分，以及选自由聚氧化乙烯基团、聚丙烯酸基团、聚乙酸乙酯基团、二甲基丙烯酰胺基团、n-异丙基丙烯酰胺基团(n-isopropylacrylamide group)、聚乙烯吡咯烷酮基团、聚乙烯亚胺基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的亲水组分；以及将处理流体引入到地层的至少一部分中。
在另一个方面，本发明提供了一种方法，包括：提供含水基础流体、粘弹性表面活性剂以及两亲性聚合物，两亲性聚合物包括疏水组分、和含有至少15个单体单元的亲水组分；以及将含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物混合在一起以形成处理流体。
在另一个方面，本发明提供了一种处理流体，包括：含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物，两亲性聚合物包括疏水组分和含有至少15个单体单元的亲水组分。
在另一个方面，本发明提供了一种地下处理添加剂(subterraneantreatment additive)，包括：粘弹性表面活性剂；以及包括疏水组分和含有至少15个单体单元的亲水组分的两亲性聚合物。
在另一个方面，发明提供了一种处理流体，包括：含水基础流体、粘弹性表面活性剂以及两亲性聚合物，两亲性聚合物包含烷基乙氧基化物，其中处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂。
在另一个方面，发明提供了包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂以及两亲性聚合物的处理流体，其中处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂，且两亲性聚合物包括：选自由烷基基团、聚丁二烯基团、聚异戊二烯基团、聚苯乙烯基团、聚氧化苯乙烯基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的疏水组分；以及选自由聚氧化乙烯基团、聚丙烯酸基团、聚乙酸乙酯基团、二甲基丙烯酰胺基团、n-异丙基丙烯酰胺基团、聚乙烯吡咯烷酮基团、聚乙烯亚胺基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的亲水组分。
本发明的特点和优势对于本领域技术人员来说将是容易显而易见的。尽管本领域技术人员可以进行许多改变，但是这样的改变也在本发明的范围内。
附图说明
这些附图示出了本发明一些实施方式的某些方面，并且不应当用于限制或限定本发明。
图1-8示出了关于特定的粘弹性表面活性剂流体的零剪切粘度的数据，包括本发明的处理流体的一些实施方式。
具体实施方式
本发明涉及可用于处理地层的方法和组成，且更具体地，涉及与粘弹性表面活性剂一起使用的聚合添加剂、包含这样的添加剂和粘弹性表面活性剂的流体、以及相关的使用方法。
本发明的流体和添加剂通常包含粘弹性表面活性剂和包含疏水组分和亲水组分的两亲性聚合物。术语“粘弹性表面活性剂”在本文中被定义成包括至少部分地由于表面活性剂分子的联合以形成粘性化胶束而赋予或能够赋予流体粘弹性行为的任何表面活性剂。
在本发明的许多潜在优势中，本发明的方法和组成可以尤其增强粘弹性表面活性剂流体的粘弹性、稳定性、和/或其它流变性质，特别是在高温下和/或在盐水或其它高盐度条件(大于约0.5M)中。本发明的方法还可以增强一些粘弹性表面活性剂在流体中的可溶性，其可以增强得到的粘弹性表面活性剂流体的粘弹性、稳定性、和/或其它流变性质。此外，本发明的方法和组成在利用更低浓度的粘弹性表面活性剂时可以促进在流体中达到期望的流变性质。在一些实施方式中，本发明的流体可进一步包含“瞬时聚合物网络(transient polymer network)”，其是指经由例如物理交联、范德华力、和/或静电相互作用而形成联合并且在流体内赋予弹性和混悬性质的一种或多种两亲性聚合物的分子间和分子内联合体系(即，网络)。可以认为，在这样的实施方式中，一种或多种两亲性聚合物的疏水组分可以变为合并到粘性化胶束中，因此可以用作一种类型的交联剂。这些瞬时聚合物网络、可以用于形成它们的聚合物以及它们可赋予的流变性质可以在2009年8月31日提交的题目为“Treatment Fluids Comprising TransientPolymer Networks”的共同悬而未决的美国专利申请序列号12/551,334中进一步描述，出于所有目的将其全部内容通过参考并入本文中。
在本发明中使用的粘弹性表面活性剂可以包括本领域已知的任何粘弹性表面活性剂、它们的任何衍生物、或它们的任意组合。这些粘弹性表面活性剂性质上可以是阳离子的、阴离子的、非离子的或两性的。粘弹性表面活性剂可以包括任意数量的不同化合物，包括甲酯磺酸盐类(methylester sulfonates)(例如，如在2005年2月15日提交的美国专利申请号11/058,660、11/058,475、11/058,612、和11/058,611中所描述的，将其全部公开内容通过参考并入本文中)、水解角蛋白(例如，如在美国专利号6,547,871中所描述的，将其相关公开内容通过参考并入本文中)、磺基琥珀酸盐(sulfosuccinates)、牛磺酸盐、氧化胺、乙氧基化酰胺、烷氧基化脂肪酸、烷氧基化醇(例如月桂醇乙氧基化物、乙氧基化壬酚)、乙氧基化脂肪胺、乙氧基化烷基胺(例如，椰油烷基胺乙氧基化物)、甜菜碱、改性的甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱(例如，椰油酰胺丙基甜菜碱(cocoamidopropyl betaine)、季铵化合物(例如，三甲基牛脂氯化铵(trimethyltallowammonium chloride)、三甲基椰油氯化铵(椰油基三甲基氯化铵，trimethylcocoammonium chloride))、它们的衍生物以及它们的任意组合。术语“衍生物”在本文中被定义为包括由所列化合物之一制成的任何化合物，例如，通过用另外的原子或原子基团替换所列化合物中的一个原子、重排所列化合物中的两个或更多个原子、离子化所列化合物、或产生所列化合物的盐。
合适的粘弹性表面活性剂可以包括几种不同化合物的混合物，包含但不限于：烷基醚硫酸盐的铵盐、椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂(cocoamidopropyl dimethylamine oxidesurfactant)、氯化钠、以及水的混合物；烷基醚硫酸盐的铵盐表面活性剂、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂、氯化钠、以及水的混合物；乙氧基化醇醚硫酸盐表面活性剂(ethoxylated alcohol ether sulfate surfactant)、烷基或烯酰胺丙基甜菜碱表面活性剂、以及烷基或烯二甲基氧化胺表面活性剂的混合物；α-烯烃磺酸盐表面活性剂和甜菜碱表面活性剂的水溶液；以及它们的组合。合适的乙氧基化醇醚硫酸盐表面活性剂、烷基或烯酰胺丙基甜菜碱表面活性剂、以及烷基或烯二甲基氧化胺物表面活性剂的混合物的实例描述在美国专利号6,063,738中，将其相关公开内容通过参考并入本文中。合适的α-烯烃磺酸盐表面活性剂和甜菜碱表面活性剂的水溶液的实例描述在美国专利号5,879,699中，将其相关公开内容通过参考并入本文中。合适的粘弹性表面活性剂还可以包括“正负离子(catanionic)”表面活性剂体系，其包括成对的带相反电荷的表面活性剂，其用作彼此的抗衡离子(counterion)并且可以形成蠕虫状的胶束。这样的正负离子表面活性剂体系的实例包括，但不限于：油酸钠(NaO)/辛基三甲基氯化铵(octyl trimethylammoniumchloride)(C8TAC)体系、硬脂酰三甲基氯化铵(C18TAC)/辛酸钠盐(NaCap)体系、以及十六烷基三甲基甲苯磺酸铵(cetyl trimethylammoniumtosylate，CTAT)/十二烷基苯磺酸钠(SDBS)体系。
适用于本发明的可商购的粘弹性表面活性剂的实例可以包括，但不限于，Mirataine BET-O 30TM(可从Rhodia Inc.Cranbury获得的油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂，新泽西)、Aromox APA-T(可从Akzo Nobel Chemicals获得的氧化胺表面活性剂，芝加哥，伊利诺斯州)、Ethoquad O/12 PGTM(可从Akzo Nobel Chemicals获得的脂肪胺乙氧基化物季表面活性剂(fattyamine ethoxylate quat surfactant)，芝加哥，伊利诺斯州)、Ethomeen T/12TM(可从Akzo Nobel Chemicals获得的脂肪胺乙氧基化物表面活性剂，芝加哥，伊利诺斯州)、Ethomeen S/12TM(可从Akzo Nobel Chemicals获得的脂肪胺乙氧基化物表面活性剂，芝加哥，伊利诺斯州)、以及Rewoteric AMTEGTM(可从Degussa Corp.获得的牛脂二羟乙基甜菜碱两性表面活性剂，Parsippany，新泽西)。
粘弹性表面活性剂应当以足以赋予流体期望的粘性(例如足够的粘性以使流动转向、减少流体损耗、混悬微粒等)的量存在于本发明的流体中。在一些实施方式中，粘弹性表面活性剂可以按流体的重量计以在约0.1％至约20％范围内的量存在于流体中。在一些实施方式中，粘弹性表面活性剂可以按流体的重量计以约0.5％至约10％范围内的量存在。在一些实施方式中，粘弹性表面活性剂可以以按流体的重量计以约0.5％至约3％范围内的量存在。
本发明中使用的一种或多种两亲性聚合物可以包括各种本领域已知的包含疏水组分和亲水组分的聚合物。例如，一种或多种两亲性聚合物可包括疏水组分，和包括至少15个单体单元的亲水组分。在一些实施方式中，亲水组分可能更大，例如，具有至少20个单体单元。在一些实施方式中，亲水组分可能更大，例如，具有至少50个单体单元。可适于使用的疏水组分的实例包括，但不限于烷基基团、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚氧化苯乙烯、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合。可适于使用的亲水组分的实例包括，但不限于聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙酸乙酯、二甲基丙烯酰胺(DMA)、n-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯亚胺(PEI)、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合。可适于使用的两亲性聚合物的实例包括，但不限于聚丁二烯-PEO、聚苯乙烯-PEO、聚苯乙烯-聚丙烯酸、聚氧化苯乙烯-PEO、聚苯乙烯-聚乙酸乙酯、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合。可适合于本发明使用的两亲性聚合物的其它实例，包括包含基于下列中的一种或多种的单元的那些：丙烯酰胺、乙烯醇、乙烯吡咯烷酮、乙烯吡啶、丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡啶、聚丙烯酸酯、聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物(聚琥珀酸丁二醇酯-共-己二酸酯，polybutylene succinate-co-adipate)、聚羟基丁酸酯-戊酸酯(polyhydroxybutyrate-valerate)、聚羟丁-戊酸共聚物(聚羟基丁酸酯-共-戊酸酯，polyhydroxybutyrate-covalerat)、聚己酸内酯、聚酯酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、磺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氧化乙烯、聚乙烯、聚丙烯、脂肪族芳香族共聚多酯、聚丙烯酸、多糖(如葡聚糖或纤维素)、壳多糖、壳聚糖、蛋白质、脂肪族聚酯、聚乳酸、聚(乙交酯)、聚(ε-己内酯)、聚(羟基酯醚)(poly(hydroxy ester ether))、聚(羟基丁酸酯)、聚(酸酐)、聚碳酸酯、聚(原酸酯)、聚(氨基酸)、聚(氧化乙烯)、聚(氧化丙烯)、聚(膦腈)、聚酯酰胺、聚酰胺、聚苯乙烯、它们的任何衍生物、任何的共聚物、均聚物、或三聚物，以及它们的任意混合物。在一些实施方式中，两亲性聚合物可包含选自由丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯所组成的组中的化合物。
在一些实施方式中，一种或多种两亲性聚合物可包含一种或多种烷基乙氧基化物。在一些实施方式中，烷基乙氧基化物可以包含烷基基团、以及具有至少15个氧乙烯单元的乙氧基化物基团。在一些实施方式中，亲水组分可能更大，例如，具有至少20个氧乙烯单元。在一些实施方式中，亲水组分可能更大，例如，具有至少50个氧乙烯单元。可适于在本发明中使用的这样的两亲性聚合物的商购来源，包括但不限于，在商品名BRIJ
Figure BDA0000151981190000101
之下可用的一些洗涤剂，如BRIJ
Figure BDA0000151981190000102
-30(包括聚乙二醇十二烷基醚)、BRIJ
Figure BDA0000151981190000103
-35(包括聚氧乙二醇十二烷基醚)、BRIJ
Figure BDA0000151981190000104
-58(包括聚乙二醇十六烷基醚)、BRIJ-97(包括聚氧乙烯(10)油烯基醚)、BRIJ-98(包括聚氧乙烯(20)油烯基醚)、以及BRIJ
Figure BDA0000151981190000107
-700(包括聚氧乙烯(100)十八烷基醚)。可适于在本发明中使用的这样的两亲性聚合物的其他商购来源包括在商品名IGEPAL
Figure BDA0000151981190000108
之下可用的一些洗涤剂。
两亲性聚合物应当以足以赋予流体期望的粘性(例如足够的粘性以使流动转向、减少流体损耗、混悬微粒等)的量存在于本发明的流体中。在一些实施方式中，两亲性聚合物可以基于粘弹性表面活性剂的量以在约1mol％至约5mol％范围内的量存在于流体中。在一些实施方式中，两亲性聚合物可以基于粘弹性表面活性剂的量以在约1mol％至约3mol％范围内的量存在于流体中。在一些情况中，存在过量的两亲性聚合物可减少粘弹性表面活性剂流体的稳定性(例如可减少流体的粘性)。本领域技术人员，在本发明公开内容受益的情况下，会认识到可在本发明特定应用中产生这些效果的两亲性聚合物的量，并且确定什么时候应该避免或采用它们。例如，本发明的一些实施方式可以包括，加入足够量的两亲性聚合物，以便减少流体的粘性，包括其它目的，以允许流体漏泄到地层中。
本发明的流体通常包括含水基础流体。合适的含水基础流体可以包括尤其是淡水、咸水(例如包括一种或多种溶解于其中的盐的水)、盐水、海水、和/或它们的任意组合。通常，水可以来自任何来源，条件是其不包含可能不利地影响本发明的流体的稳定性和/或性能的组分。在一些实施方式中，包括其它目的，能够调节含水基础流体的密度，以在本发明的流体中提供另外的颗粒运输和混悬，和/或促进粘弹性表面活性剂溶解到含水基础流体中。在一些实施方式中，包括其它目的，可调节含水基础流体的pH(例如由缓冲液或其它pH调节剂)以减少流体的粘性(例如活化破碎剂(breaker)或其它添加剂)。在这些实施方式中，可以将pH调节至特定水平，其可以取决于，包括其它因素的一种或多种粘弹性表面活性剂的类型、两亲性聚合物、盐、以及包含在流体中的其它添加剂。本领域普通技术人员，在本发明公开内容受益的情况下，会认识到这样的密度和/或pH调节什么时候是适当的。
用于本发明的方法的流体可选地可包含任意数量的另外的添加剂，包括但不限于，盐、辅助表面活性剂(co-surfactant)、酸、另外的流体损耗控制添加剂、气体、氮、二氧化碳、表面改性剂(surface modifying agent)、增粘剂(tackifying agent)、起泡剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂(scale inhibitor)、催化剂、粘土控制剂、抗微生物剂、减摩剂(friction reducer)、消泡剂、桥联剂(桥键形成剂，bridging agent)、分散剂、絮凝剂、H2S清除剂、CO2清除剂、氧清除剂、润滑剂、增稠剂(viscosifier)、破碎剂、增重剂、相对渗透率改性剂(relative permeability modifier)、树脂、微粒材料(例如支撑剂微粒)、润湿剂、涂覆增强剂等。在一些实施方式中，本发明的流体和添加剂可以不包含大量的两性离子表面活性剂。本领域普通技术人员在本发明公开内容受益的情况下，会认识到可包含在本发明的流体中用于具体应用的添加剂的类型。
例如，本发明的流体可选地可包含一种或多种盐。盐可以是有机或无机的。合适的有机盐的实例包括但不限于芳香族磺酸盐和羧酸盐(如对甲苯磺酸盐、萘磺酸盐)、羟基萘羧酸盐(hydroxynaphthalene carboxylate)、水杨酸盐、邻苯二甲酸盐、氯苯甲酸、水杨酸、苯二甲酸、5-羟基-1-萘甲酸、6-羟基-1-萘甲酸、7-羟基-1-萘甲酸、1-羟基-2-萘甲酸、3-羟基-2-萘甲酸、5-羟基-2-萘甲酸、7-羟基-2-萘甲酸、1，3-二羟基-2-萘甲酸、3，4-二氯苯甲酸盐、三甲基铵盐酸盐和四甲基氯化铵。合适的无机盐的实例包括水溶性钾盐、钠盐和铵盐，(如氯化钠、氯化钾和氯化铵)、氯化钙、溴化钙、氯化镁和卤化锌。包含适合在本发明中使用的盐的粘弹性表面活性剂流体的实例描述在美国专利申请序列号10/800,478中，将其相关公开内容通过参考并入本文。在本发明的流体中还可以包含上面列出的盐的任意组合。
可选的盐可以以任何可实施的量存在。在一些实施方式中，盐可以按流体的重量计以在约0.1％至约30％范围内的量存在。在一些实施方式中，盐可以按流体的重量计以在约0.1％至约10％范围内的量存在。合适于本发明的特定应用的盐的一种或多种类型和数量，可取决于各种因素，如存在于流体中的一种或多种粘弹性表面活性剂的类型、含水基础流体的组成、流体的温度和/或期望使用的区域等。在本发明的一些实施方式中，含水基础流体可包含已经包含一定量的盐的盐水。在这些实施方式中，可能不期望另外的食盐，或者可以期望在本发明的流体的制备和/或使用中将盐从中去除或向盐水中加入另外的盐。本领域普通技术人员在本发明公开内容受益处的情况下，会认识到什么时候在本发明的具体应用中包含食盐，以及包含的盐的适当类型和量。
在一些实施方式中，本发明的方法通常包括：提供含水基础流体、粘弹性表面活性剂和包含(a)含有烷基基团的疏水组分和(b)包含具有至少20个氧乙烯单元的乙氧基化物的亲水组分的两亲性聚合物；以及将含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物混合在一起以形成本发明的流体。本发明的流体和/或其任何组分(例如两亲性聚合物)可以以适于本发明的具体应用的任何形式提供。在一些实施方式中，粘弹性表面活性剂和/或两亲性聚合物可作为在使用流体之前和/或期间在任一时刻混合或合并的液体和/或固体添加剂来提供。例如，在一些实施方式中，可以将两亲性聚合物加入到已经存在于地层的一部分中的流体中。可以一起提供或合并本发明的流体的不同组分(例如在相同的添加剂或流体中)，或者可以将它们提供或合并到作为单独的添加剂的流体中。在它们被单独地提供或合并到流体中的情况下，可以同时提供或合并不同的组分，或者可以在提供或合并其它组分之前或之后，及时在某时刻提供或合并一些组分。本发明的流体和/或其任何组分可以在工作地段制备，或者它们可以在使用之前在工厂或设施制备，且在使用之前可以储存某些时间段。在一些实施方式中，本发明这些流体的制备，可在工作地段以特征为“在运行中”实施的方法进行。在本文中术语“在运行中”用于包括组合两种或更两种组分的方法，其中将一种要素的流动流连续地引入到另一种组分的流动流中，使得流被组合和混合同时继续作为单个流(作为正在进行的处理的一部分)而流动。这样的混合也被描述为“实时”混合。
在一些实施方式中，本发明的方法包括：提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂和包含(a)含有烷基基团的疏水组分和(b)包含具有至少15个氧乙烯单元的乙氧基化物的亲水组分的两亲性聚合物的处理流体；以及将处理流体引入到地层的至少一部分中。在这些方法中，处理流体(和/或其单独的组分)可通过本领域已知的任何方式引到地层的一部分中。
本发明的方法和处理流体，可以在其中可以使用流体的任何地下作业期间或在其准备中使用。合适的地下作业可包括但不限于：预冲处理、后冲处理、钻孔作业、水力压裂处理、沙砾控制处理(例如，砾石充填)、酸化处理(例如基质酸化或压裂酸化)、“压裂-填充”处理、井眼清洁处理、以及其中本发明处理流体是可用的其他处理。例如，在一些实施方式中，本发明提供了包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂、包含(a)含有烷基基团的疏水组分和(b)包含具有至少15个氧乙烯单元的乙氧基化物的亲水组分的两亲性聚合物，并且在一些实施方式中，包含许多支撑剂微粒。在一些实施方式中，本发明的处理流体可用于使地层破裂的方法中，其中本发明的处理流体在用于在地层中产生或增强一个或多个裂缝、或“破裂”的足够的流压下或高于所述液压引入到地层中。如本文中使用的术语，在地层中“增强”一个或多个破裂被定义为包括在地层中一个或多个天然或先前产生的破裂的延伸或扩大。尤其是，这可以在地层中形成流体(例如油、气体等)可以通过其流向渗透地层的井眼中的传导性通道。
为了有助于更好地理解本发明，给出了下面的一些实施方式的特定方面的实施例。要阅读的下列实施例绝不应当限制或限定本发明的全部范围。
实施例
实施例1A
制备流体，所述流体包含十六烷基三甲基甲苯磺酸铵(CTAT)/十二烷基苯磺酸钠(SDBS)(重量比97∶3)表面活性剂体系的按重量计1.5％的水溶液，流体的零剪切粘度使用Physica MCR501电流计(由Anton PaarGmbH制造)在70℉和环境压力下测量。然后将一定量的两亲性聚合物(BRIJ-35或BRIJ-700)加入到该流体的3种不同样品中，在相同条件下测量具有加入的聚合物的每种流体样品的零剪切粘度。将加入到每种流体中的两亲性聚合物的类型和量(以表面活性剂体系的重量计)、以及得到的粘度列出在表1中并示出在图1中。
表1
实施例1B
第二流体在0.7M的溴化钠(NaBr)的水溶液中使用与在实施例1A中所描述的相同的表面活性剂体系和浓度制备，并测量其零剪切粘度。将两亲性聚合物(BRIJ-700)加入到该流体的2种不同的样品(按表面活性剂体系的重量计，分别为1mol％和3mol％)中，并测量具有加入的聚合物的每种流体样品的零剪切粘度。将得到的粘度与用于比较的来自实施例1A的不具有聚合物或溴化钠的初始流体的零剪切粘度一起列出在表2中并示出在图2中。
表2
Figure BDA0000151981190000152
实施例1C
第三流体在1M的溴化钠(NaBr)的水溶液中使用与在实施例1A中所描述的相同的表面活性剂体系和浓度制备。将两亲性聚合物(BRIJ-700)加入到该流体的2种不同的样品(按表面活性剂体系的重量计，分别为1mol％和3mol％)中，并测量具有加入的聚合物的每种流体样品的零剪切粘度。将得到的粘度与用于比较的来自实施例1A的不具有聚合物或溴化钠的初始流体的零剪切粘度一起列出在表3中并示出在图3中。
表3
Figure BDA0000151981190000161
实施例1D
第四流体在2M的溴化钠(NaBr)的水溶液中使用与在实施例1A中所描述的相同的表面活性剂体系和浓度制备。将两亲性聚合物(BRIJ-700)加入到该流体(按表面活性剂体系的重量计，为3mol％)，并测量具有加入的聚合物的流体的零剪切粘度。将得到的粘度与用于比较的来自实施例1A的不具有任何聚合物或溴化钠的初始流体的零剪切粘度一起列出在表4中并示出在图4中。
表4
Figure BDA0000151981190000162
因此，实施例1A-1D说明了本发明的方法和添加剂可增强特定粘弹性表面活性剂流体的流变学。
实施例2A
制备流体，所述流体包含十六烷基三甲基甲苯磺酸铵(CTAT)/十二烷基苯磺酸钠(SDBS)(重量比97∶3)表面活性剂体系的按重量计3％的水溶液，并且使用在实施例1A中描述的相同方法和参数测量流体的零剪切粘度。然后将两亲性聚合物(BRIJ-35或BRIJ-700)加入到该流体的2种不同样品中(按表面活性剂体系的重量计各自为1mol％)，并测量具有加入的聚合物的每种流体样品的零剪切粘度。将得到的粘度列出在表5中并示出在图5中。
表5
  流体样品序号   组成   零剪切粘度(Pa*s)
  O   CTAT/SDBS表面活性剂   488
  P   CTAT/SDBS表面活性剂+1mol％BRIJ-35   436
  Q   CTAT/SDBS表面活性剂+1mol％BRIJ-700   573
实施例2B
第二流体在0.7M的溴化钠(NaBr)的水溶液中使用与在实施例2A中所描述的相同的表面活性剂体系和浓度制备，并测量其零剪切粘度。将两亲性聚合物(BRIJ-700)加入到流体(按表面活性剂体系的重量计为1mol％)，并测量具有加入的聚合物的流体的零剪切粘度。将得到的粘度与用于比较的来自实施例2A的不具有聚合物或溴化钠的初始流体的零剪切粘度一起列出在表6中并示出在图6中。
表6
Figure BDA0000151981190000171
因此，实施例2A和2B说明了本发明的方法和添加剂可增强特定粘弹性表面活性剂流体的流变学。
实施例3A
制备流体，所述流体包含油酸钠(NaO)/辛基三甲基氯化铵(C8TAC)(重量比7∶3)表面活性剂体系的按重量计3％的水溶液，并且利用实施例1A中描述的相同方法和参数测量流体的零剪切粘度。然后将两亲性聚合物(BRIJ-30、BRIJ-35、或BRIJ-700)加入到该流体的3种不同样品(按表面活性剂体系的重量计，各自为1mol％)中，并且测量具有加入的聚合物的每种流体样品的零剪切粘度。将得到的粘度列出在表7中并示出在图7中。
表7
  流体样品序号   组成   零剪切粘度(Pa*s)
  U   NaO/C8TAC表面活性剂   1180
  V   NaO/C8TAC表面活性剂+1mol％BRIJ-30   41
  W   NaO/C8TAC表面活性剂+1mol％BRIJ-35   154
  X   NaO/C8TAC表面活性剂+1mol％BRIJ-700   629
实施例3B
第二流体在0.15M的溴化钠(NaBr)的水溶液中使用与在实施例3A中所描述的相同的表面活性剂体系和浓度制备，并测量其零剪切粘度。将两亲性聚合物(BRIJ-700)加入到流体(按表面活性剂体系的重量计为1mol％)，且进一步加入溴化钠以使溶液达到0.2M NaBr浓度。测量具有聚合物和另外的NaBr的流体的零剪切粘度。将得到的粘度与用于比较的来自实施例3A的不具有聚合物或溴化钠的初始流体的零剪切粘度一起列出在表8中并示出在图8中。
表8
因此，实施例3A和3B说明了本发明的方法和添加剂可增强特定粘弹性表面活性剂流体的流变学。
因此，本发明很好地适应于获得所提及的以及其中固有的那些的目的和优点。上面公开的具体实施方式仅是示例性的，因为可以对本发明进行修改并以不同的、但是对于受益于本文中所述的教导的本领域技术人员显而易见的等价方式进行实践。此外，除了如在所附权利要求中所描述的之外，不旨在对本文中所示的构造或设计的细节进行限制。因此，很明显，可以对上面公开的具体示例性实施方式进行改变或修改，且认为所有这些改变都在本发明的范围内。尽管在“包含”、“含有”或“包括”各种成分或步骤方面描述了组成和方法，但是所述组成和方法也可以由各种组分和步骤“基本上组成”或“组成”。上面公开的所有数字和范围可以改变一些量。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体地公开了落入所述范围内的任何数字和任何包括的范围。特别地，应当将本文中公开的每个值的范围(以如下形式，“约a至约b”或者等价地“约a至b”，或者等价地“约a-b”)理解为陈述了在较宽的值范围内包含的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确且清楚地限定，否则权利要求书中的术语具有它们明白的普通含义。而且，在本文中将如在权利要求中使用的不定冠词“一个(a)”或“一种(an)”限定为是指其引入要素的一个或多于一个。如果在本说明书和可以通过参考引入到本文中的一个或多个专利或其他文献中存在词或术语的使用的任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。

Claims (18)

1.一种地下处理添加剂，包括：
粘弹性表面活性剂；以及
两亲性聚合物，所述两亲性聚合物包含：
疏水组分，和
包含至少15个单体单元的亲水组分。
2.根据权利要求1所述的添加剂，其中，所述两亲性聚合物包括含有至少15个氧乙烯单元的烷基乙氧基化物。
3.一种处理流体，包括：
含水基础流体；以及
根据权利要求1或2所述的地下处理添加剂。
4.根据权利要求3所述的处理流体，其中，所述含水基础流体包含至少一种盐水。
5.根据权利要求3或4所述的处理流体，其中，所述处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂。
6.根据权利要求3、4或5所述的处理流体，其中，所述处理流体还包含至少一种盐。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的处理流体，其中，所述两亲性聚合物以基于所述粘弹性表面活性剂的量约1mol％至约5mol％的量存在于所述处理流体中。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的处理流体，其中，所述粘弹性表面活性剂包含选自由下述组成的组中的至少一种表面活性剂：甲酯磺酸盐、水解角蛋白、磺基琥珀酸盐、牛磺酸盐、氧化胺、乙氧基化酰胺、烷氧基化脂肪酸、烷氧基化醇、乙氧基化脂肪胺、乙氧基化烷基胺、甜菜碱、改性的甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、季铵化合物、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的处理流体，其中，所述粘弹性表面活性剂包含正负离子表面活性剂体系。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的处理流体，其中，所述粘弹性表面活性剂以按所述处理流体的重量计约0.1％至约20％的量存在于所述处理流体中。
11.一种形成在根据权利要求3至10任一项中所限定的处理流体的方法，包括：将所述含水基础流体、所述粘弹性表面活性剂、以及所述两亲性聚合物混合在一起以形成处理流体。
12.一种方法，包括将根据权利要求1至10中任一项中所限定的处理流体引入到地层的至少一部分中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述处理流体引入到地层的至少一部分中包括在足以在所述地层的至少一部分中产生或增强一个或多个裂缝或破裂的压力下或高于所述压力将所述处理流体引入到所述地层中。
14.一种方法，包括：
提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物的处理流体，所述两亲性聚合物包含烷基乙氧基化物，其中所述处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂；以及
将所述处理流体引入到地层的至少一部分中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述烷基乙氧基化物包含至少15个氧乙烯单元。
16.一种方法，包括：
提供包括含水基础流体、粘弹性表面活性剂、以及两亲性聚合物的处理流体，其中所述处理流体不包含大量的两性离子表面活性剂，且所述两亲性聚合物包含：
选自由烷基基团、聚丁二烯基团、聚异戊二烯基团、聚苯乙烯基团、聚氧化苯乙烯基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的疏水组分，和
选自由聚氧化乙烯基团、聚丙烯酸基团、聚乙酸乙酯基团、二甲基丙烯酰胺基团、n-异丙基丙烯酰胺基团、聚乙烯吡咯烷酮基团、聚乙烯亚胺基团、它们的任何衍生物、以及它们的任意组合组成的组中的亲水组分；以及
将所述处理流体引入到地层的至少一部分中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述亲水组分包含至少15个单体单元。
18.根据权利要求14、15、16或17所述的方法，其中，所述含水基础流体包含至少一种盐水。
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