CN103930515A - 在其中存在现有裂缝的完成钻井孔中引发新裂缝的方法 - Google Patents

Abstract

在含有至少一条现有的裂缝的完成钻井孔中进行压裂操作可能有问题，因为在钻井孔中存在颗粒材料，使得难以在合理的时间内密封现有的裂缝并引发新的裂缝。压裂完成钻井孔的方法可以包括：将包含多个可降解密封颗粒的处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝；用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有的裂缝，由此形成可降解颗粒密封；在密封后，令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

Description

在其中存在现有裂缝的完成钻井孔中引发新裂缝的方法

技术领域

本发明大体来讲涉及压裂操作，更具体地涉及在完成钻井孔(completedwellbore)中密封现有的裂缝(existing fractures)，随后在其中引发新的裂缝。

背景技术

通常进行压裂操作以增加从地层的产出。在由地下作业生产的过程中，有时对地层进行后继压裂操作变得十分必要，例如，如果初始压裂操作未能引入实现理想生产水平所需的足够裂缝。这些后继压裂操作因钻井孔中存在现有裂缝而变得具有极大的技术挑战。为了防止在后继压裂操作过程中流体渗漏到地层中，有必要在地层中密封现有的裂缝。通常，可以使用在裂缝中沉积颗粒状密封物的颗粒浆料在地层中密封现有裂缝。如果需要的话，可以将颗粒状密封物配制为在稍后的时间降解。

通常将过量的颗粒浆料引入到地层中，因为难以精确地确定密封现有裂缝所需的体积。地层中存在过量颗粒浆料会抑制实施后继压裂操作的能力。具体而言，地层中存在颗粒浆料会导致缺乏由流体向地层表面的压力传递(pressure communication)。也就是说，地层中存在颗粒会阻止压裂的发生，即使是在通常足以在其中产生或扩大至少一条裂缝的压力下将压裂流体引入到地层中的时候。

当在地层中进行后继压裂操作时，用于密封现有裂缝的颗粒有时可以方便地在压裂前从地层中冲离。尽管并无可靠方法来最终确定地层中的流体基本不含颗粒并适于进行后继压裂操作，这种方法通常对未完成的钻井孔而言是足够的，因为通常可以实现充足的流体循环以便从地层中除去颗粒。但是，冲洗会大大增加由地层生产的时间和费用。

对于完成的钻井孔，从地层中消除颗粒的问题显然会变得更为困难。在完成的钻井孔的情况下(其中现有裂缝在压裂滑套(fracturing sleeve)或类似屏障之后)，即使采用大的冲洗体积也难以产生充足的流体循环以有效地从钻井孔空间中冲洗掉颗粒。无法完全从钻井孔中除去剩余的颗粒会导致后继压裂操作失败。

发明内容

本发明大体上涉及压裂操作，更具体地涉及密封完成钻井孔中的现有裂缝，随后在其中引发新的裂缝。

在一个实施方式中，本发明提供一种方法，包括：将包含多个可降解密封颗粒的处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝；用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有的裂缝，由此形成可降解颗粒密封；在密封后，令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

在一个实施方式中，本发明提供一种方法，包括：提供包含多个可降解密封颗粒和加速该可降解密封颗粒的降解速率的添加剂的处理流体；将该处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝，以使得用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有裂缝以形成可降解颗粒密封；经过足以令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

在一个实施方式中，本发明提供一种方法，包括：提供包含多个可降解密封颗粒的处理流体；将该处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有第一多条裂缝，以使得用至少一部分可降解密封颗粒渗入该第一多条裂缝以便在其中形成可降解颗粒密封；其中该完成钻井孔包含由压裂滑套与地层表面限定的环形空间；经过足以令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使该处理流体变得基本不含颗粒；在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入第二多条裂缝；并在压裂后令该可降解颗粒密封降解。

在阅读下列优选实施方式的说明后，本发明的特征与优点将对本领域技术人员显而易见。

具体实施方式

本发明大体上涉及压裂操作，更具体地涉及密封完成钻井孔中的现有裂缝，随后在其中引发新的裂缝。

本文中所述的实施方式可以有利地允许在地层中发生多次压裂操作以提高从中的产出。具体而言，本文中描述的方法提供了一种机理，由此可以用颗粒密封封闭地层中的现有裂缝，同时进行新的压裂操作，而该颗粒不会损害在地层中形成新裂缝的能力。本发明的方法的关键益处在于它们可以显著缩短在地层中进行后继压裂操作所需的等待时间。结果，本发明可以导致更快的和成本更低的生产。本发明的方法的一个更大的优点在于它们可以有效地用于完成钻井孔，该完成钻井孔以其它方式难以在尝试后继压裂操作前除去颗粒。尽管本发明的方法特别可用于完成钻井孔，它们同样也可以对未完成钻井孔以类似方式提高生产效率和降低生产成本。

本文中所述的实施方式采用可降解密封颗粒，具体为可降解颗粒浆料，其可以为处理流体的形式。当引入到地层中时，该可降解密封颗粒可以在地层的现有裂缝中形成可降解颗粒密封。尽管已经在地下操作中使用了多种可降解密封颗粒以密封裂缝，它们通常已经用于其中无需后继操作并且该颗粒可以留待以它们的天然降解速率降解的应用中。在其它情况下，残留颗粒可以从地层中冲离。如上所述，这种方法对完成钻井孔无效。

与可降解密封颗粒的传统用途相反，根据本发明的实施方式，可以令处理流体中的残留可降解密封颗粒降解，或可以加速它们的降解以使该处理流体变得基本不含颗粒并能够有效地传递压裂压力。本发明人已经认识到，处理流体中的可降解密封颗粒能够以比可降解密封颗粒存在于可降解颗粒密封中时明显更快的速率降解。具体而言，本发明人已经认识到，当可降解密封颗粒安置在可降解颗粒密封中时，可降解密封颗粒暴露于其中的化学与物理环境会显著不同于存在于处理流体中的环境。可以利用这些差异来创造一种处理流体，其暂时含有用于形成可降解颗粒密封的颗粒，但是随后变得基本不含颗粒以使得可以进行附加压裂操作，同时该可降解颗粒密封保持完好。由于可降解颗粒密封中的可降解颗粒的降解速率较慢，在发生后继压裂操作时现有裂缝可以至少暂时被堵塞。

如上所述，目前描述的方法以显著不同于本领域中常规采用的方法的方式利用可降解密封颗粒。与常规使用可降解颗粒相比，令该处理流体中的可降解密封颗粒以可能加快的速度降解能够显著减少进行后继压裂操作所需的等待时间与费用。具体而言，根据某些本发明的实施方式，在该处理流体中可以包括添加剂以加速其中的可降解密封颗粒的降解速率，但比可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒降解得更快。这与可降解密封颗粒的传统使用相反，在传统使用中，通常不合意的是将可降解颗粒密封的降解速度提高至高于其自然降解速率。此外，可以调节可降解密封颗粒的形貌和化学以改变其在处理流体中和/或在可降解颗粒密封中的降解速率以适应特定的应用。

本文中所用术语“处理”指的是为了实现所需功能和/或为了所需目使用流体的任何地下操作。除非另行指明，本文中所用术语“处理”不暗示由流体或其任何特定组分进行的任何特殊行动。如本文中所使用，“处理流体”是置于地层中以实施所需功能的流体。处理流体可以包括例如钻井液、压裂液、砾石充填液、酸液、一致性处理流体、损害控制流体、修复液、除垢与阻垢液、化学驱流液等等。

本文中所用的术语“可降解密封颗粒”是指经过一段时间降解为非颗粒材料的颗粒材料。可降解密封颗粒的降解可以涉及化学降解，在一些实施方式中，使得可降解密封颗粒在变为非颗粒的过程中发生化学变化。例如，该可降解密封颗粒可以从基本不溶于水的材料化学转变成水溶性材料。在一些实施方式中，可降解密封颗粒的降解可以涉及物理变化。例如，在一些实施方式中，该密封颗粒可以经过一段时间简单地变得可溶或经受使其变成非颗粒的物理变化。酶促(生物)转化也可用于降解该可降解密封颗粒。还可以发生物理、化学和/或生物变化的组合以降解该可降解密封颗粒的颗粒特性。除非另行指明，术语“可降解”并不暗示任何特定降解模式或特定降解速率。

本文中所用的术语“可降解颗粒密封”是指未安置在处理流体中的可降解密封颗粒的团聚集合。除非另行指明，可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒能够以比处理流体中存在的相同可降解密封颗粒更慢的速率降解。

本文中所用的术语“基本不含颗粒”指的是其中处理流体不含有能够干扰压裂压力传递到地层表面的能力的水平的颗粒的情况。在一些实施方式中，含有少于大约5体积％的可降解密封颗粒的处理流体可被视为基本不含颗粒。在其它实施方式中，含有少于大约1体积％的可降解密封颗粒的处理流体可被视为基本不含颗粒。

在一些实施方式中，本文中描述的方法可以包括：将包含多个可降解密封颗粒的处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝；用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有裂缝，由此形成可降解颗粒密封；在密封后，令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

在一些实施方式中，本文中描述的方法可以包括：提供包含多个可降解密封颗粒和加速该可降解密封颗粒的降解速率的添加剂的处理流体；将该处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝，以便用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有裂缝以形成可降解颗粒密封；经过足以令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

在一些实施方式中，本文中描述的方法可以包括：提供包含多个可降解密封颗粒的处理流体；将该处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层具有现有的裂缝，以便用至少一部分可降解密封颗粒密封该现有裂缝以形成可降解颗粒密封，其中该完成钻井孔包含由压裂滑套与地层表面限定的环形空间；经过足以令残留在处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使该处理流体变得基本不含颗粒；并且在该处理流体变得基本不含颗粒后，压裂该地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

在地层中形成可降解颗粒密封并令处理流体变得基本不含颗粒之后，可以在地层中进行压裂操作以便在其中生成至少一条新裂缝。随后，如果需要的话，可以根据本发明中描述的方法暂时密封该新裂缝，并在该地层中进行又一次压裂操作。也就是说，如果需要的话，本发明的方法可以用于多次压裂地层。否则，一旦压裂操作完成，在某些实施方式中可以进行生产。

在一些实施方式中，本发明的方法可以进一步包括从地层中产生流体。在一些实施方式中，产生的流体可以是地层流体，例如在压裂操作发生后产生的石油或天然气。

在一些实施方式中，本发明的方法可以进一步包括在压裂发生后令可降解颗粒密封降解。对可降解颗粒密封唯一的一般要求是使其保持完好一段足以令压裂操作发生的时间并且其以低于处理流体中残留的可降解密封颗粒的速率降解。在压裂操作发生后，接着可以进行生产。在一些实施方式中，可以在进行生产前令可降解颗粒密封降解。在此类实施方式中，产出可以发生自新的和现有的裂缝。在其它实施方式中，可以在进行生产的同时令可降解颗粒密封降解。在此类实施方式中，生产可以始自新裂缝并随后在现有裂缝打开时补充以来自现有裂缝的生产——如果现有裂缝仍能够生产的话。在其它实施方式中，该可降解颗粒密封可以足够稳定，以使其在进行生产时保持基本完好。在此类实施方式中，生产可以仅发生自新的裂缝，同时现有裂缝保持密封。

通常，处理流体中的可降解密封颗粒和可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒可以以显著不同的速率降解，以使得可降解颗粒密封保持完好，同时在处理流体中的可降解密封颗粒可以降解以产生基本不含颗粒的处理流体。在一些实施方式中，处理流体中和可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒的不同降解速率可以是由于在各位置处遭遇的固有的化学或物理差异。在其它实施方式中，处理流体可以在其中含有加速该可降解密封颗粒的降解速率的添加剂，但是在可降解颗粒密封中不含有那些添加剂。具体而言，可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒可以不暴露于该添加剂或暴露于不足以明显影响其降解速率的添加剂量，由此令可降解颗粒密封的降解速率低得多。例如，当可降解密封颗粒以可降解颗粒密封形式团聚时，它们的有效浓度可以高于在处理流体中的有效浓度，以使得添加剂浓度不足以明显地影响它们的降解速率。在一些情况下，可降解颗粒密封的较低降解速率可以是由于可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒的降低的接触表面积。

处理流体中的可降解密封颗粒和可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒不必以相同方式降解，如果可降解颗粒密封甚至完全降解。在一些实施方式中，处理流体中的添加剂可用于加速处理流体中的可降解密封颗粒的降解速率，而可以令可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒以其自然的降解速率降解，因为它们暴露于较低有效浓度的添加剂。在一个实施方式中，处理流体中的可降解密封颗粒可以用例如酸的添加剂降解，而可以令可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒在长期暴露于地层条件(例如地层热或地层组分)时以其自然的降解速率降解。下面更详细地列出合适的可降解密封颗粒与添加剂。在一些实施方式中，添加剂可以是可降解密封颗粒的一部分。

处理流体中的可降解密封颗粒的唯一基本要求是至少一部分可降解密封颗粒在井下传送时间(downhole transit time)中保持未降解并且存在足够的未降解的可降解密封颗粒以密封地层中的现有裂缝。也就是说，在将可降解密封颗粒泵送至井下以使得它们有效地密封现有裂缝期间必须有足够量的可降解密封颗粒保持未降解。在实践中，处理流体中的可降解密封颗粒可以在泵送到井下后长期存留并形成可降解颗粒密封。本领域普通技术人员将知悉影响处理流体中的可降解密封颗粒的降解速率的因素，并能够配制含有合适的可降解密封颗粒和加速降解速率的任选添加剂的处理流体以实现选择的井下传送时间。此外，一旦该处理流体在井下，本领域普通技术人员将知悉在特定处理流体预期变得基本不含颗粒前所需经过的时间。具体而言，通过知晓井下温度、井下传送时间和/或其它井下条件(例如地层化学状况)，本领域普通技术人员将能够确定当本处理流体含有给定类型的可降解密封颗粒时该流体变得基本不含颗粒所需的时间。

在一些实施方式中，合意的是一旦已经进行压裂操作即加速可降解颗粒密封的降解速率。在一些实施方式中，可以将添加剂引入到地层中以加速可降解颗粒密封的降解速率。如果使用，用于加速可降解颗粒密封的降解速率的添加剂可以与用于加速处理流体中的可降解密封颗粒的降解速率的添加剂相同或不同。在其中添加剂相同的实施方式中，用于促进可降解颗粒密封的降解的添加剂量可以大于用于加速处理流体中可降解密封颗粒的降解速率的添加剂量。例如，可以在处理流体中使用第一浓度的添加剂以加速其中可降解密封颗粒的降解速率，并且可以使用第二浓度的添加剂以加速可降解颗粒密封的降解速率。在一些实施方式中，添加剂可以是可降解密封颗粒的一部分。在一些实施方式中，添加剂可以仅存在于处理流体中。在一些实施方式中，添加剂可以既存在于可降解密封颗粒中又存在于处理流体中。

合适的可降解密封颗粒可以包括例如有机盐(例如，脂肪酸盐，四烷基铵化合物等等)、无机盐(例如，CaCO₃、MgO、CaO等等)、可降解聚合物、水溶性聚合物、脱水硼酸盐、聚乳酸、聚交酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚(原酸酯)、聚醚、聚酯、聚酯酰胺、聚醚酰胺、聚环氧乙烷、聚酰胺、聚缩醛、聚酮、聚碳酸酯、聚酸酐、聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚碳酸酯聚氨酯、聚己内酯聚氨酯、蜡、氢化大豆油、有机硅聚合物、多糖、乙酰化多糖、丙基化多糖、黄原胶、乙基纤维素、甲基纤维素、乙酰化瓜尔胶、淀粉、衍生淀粉、壳聚糖、壳多糖(chitan)、多羟基醇、酸溶性化合物、碱溶性化合物、油溶性化合物、氧化降解化合物、酶促降解化合物、缓溶性化合物、缓溶性聚合物、虫胶、以及其各种组合。这些材料与其它材料的组合可以用于对特定应用调节可降解密封颗粒的降解速率。可降解密封颗粒在尺寸与形状方面没有特殊限制，可以包括各种非限定性形式，如板片、刨片、薄片、带、棒、条、球状、环状、丸粒、片状、针状、粉末和/或类似形式。这些颗粒形式具有不同量的表面积(例如，由于颗粒尺寸)，这可用于影响降解速率。在一些实施方式中，第一可降解材料可以与第二可降解材料结合以形成可降解密封颗粒。第一可降解材料与第二可降解材料可以通过相同或不同的机理降解。例如，包含聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的组合的可降解密封颗粒可用于某些本发明的实施方式。在此类实施方式中，交联聚丙烯酰胺凝胶可以与聚乙烯醇颗粒结合，其中交联聚丙烯酰胺可以在碱、氧化剂和/或热的存在下降解，聚乙烯醇颗粒可以在聚丙烯酰胺在地层温度下除去时变成在水中缓慢溶解。在此类实施方式中，交联聚丙烯酰胺可以充当柔软凝胶且聚乙烯醇颗粒可以充当硬芯，其中两种组分的混合材料可以暂时密封裂缝。

适用于本实施方式的可降解聚合物可以包括例如多糖(例如，葡聚糖、纤维素、瓜尔胶、及其衍生物)、壳多糖、壳聚糖、蛋白质、脂族聚酯[例如，聚(羟基烷酸酯)]、聚乙醇酸和其它聚(乙交酯)、聚乳酸和其它聚(交酯)、聚丙烯酰胺和其它聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺和其它聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚(β-羟基烷酸酯)[例如，聚(β-羟基丁酸酯)和聚(β-羟基丁酸酯-共-β-羟基戊酸酯)]、聚(羟基丁酸酯)、聚(ω-羟基烷酸酯)[例如，聚(β-丙内酯)和聚(ε-己内酯)]、聚(亚烷基二羧酸酯)[例如，聚(琥珀酸乙二醇酯)和聚(琥珀酸丁二醇酯)]、聚(羟基酯醚)、聚(酸酐)[例如，聚(己二酸酐)、聚(辛二酸酐)、聚(癸二酸酐)、聚(十二碳酸酐)、聚(马来酸酐)和聚(苯甲酸酐)]、聚碳酸酯(例如，三亚甲基碳酸酯)、聚(原酸酯)、聚(氨基酸)、聚(环氧乙烷)、聚(醚酯)、聚酯酰胺、聚酰胺、聚(二氧杂环庚烷-2-酮)和聚磷腈。这些聚合物与其它的组合也可用于各种实施方式。在各种实施方式中，可以使用这些各种聚合物的均聚物或共聚物。共聚物在各种实施方式中可以包括无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物和/或星形共聚物。

在一些实施方式中，可降解聚合物可以进一步包含增塑剂。在其功能中，该增塑剂尤其可以提高可降解聚合物的粘性，使得它们变得更能形成可降解颗粒密封。可以与根据本实施方式的可降解聚合物结合使用的合适的增塑剂可以包括例如聚乙二醇、聚环氧乙烷、低聚乳酸、柠檬酸酯(例如，柠檬酸三丁酯低聚物、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、和乙酰基柠檬酸三乙酯)、葡萄糖单酯、部分脂肪酸酯、聚乙二醇单月桂酸酯、甘油三乙酸酯、聚(ε-己内酯)、聚(羟基丁酸酯)、甘油-l-苯甲酸酯-2,3-二月桂酸酯、甘油-2-苯甲酸酯-l,3-二月桂酸酯、双(丁基二乙二醇)己二酸酯、乙基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯(ethylphthalylethyl glycolate)、甘油二乙酸酯单辛酸酯、二乙酰基单酰基甘油、聚丙二醇及其环氧衍生物、聚(丙二醇)二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、甘油、乙基邻苯二甲酰乙基乙醇酸酯(ethyl phthalyl ethyl glycolate)、聚(己二酸乙二醇酯)二硬脂酸酯、己二酸二异丁酯、及其组合。

可降解聚合物的降解速率可以至少部分取决于其骨架结构。可降解聚合物的可降解性可以是由于化学变化，例如破坏聚合物结构或改变聚合物的溶解度以使其变得比母体聚合物更可溶。例如，在骨架中存在可水解键和/或可氧化键可以令聚合物以前述方式之一降解。聚合物降解的速率可以取决于以下因素，如重复单元、组成、序列、长度、分子的几何形状、分子量、形态(例如结晶度、粒度等等)、亲水性/疏水性、以及表面积。这些因素也会影响其它类型的可降解密封颗粒的降解速率。如前所述，其它添加剂的存在也可用于改变可降解聚合物的降解速率。此外，暴露于诸如温度、湿度、氧气、微生物、酶、pH等等的条件可以改变降解速率。知晓聚合物结构如何影响降解速率，本领域普通技术人员将能够选择适当的可降解聚合物，以使得其降解速率适于给定的井下传送时间。

脱水化合物，特别是脱水硼酸盐，可以随着脱水化合物再水合并变得可溶而经时降解，由此使得含有脱水化合物的处理流体经时变得基本不含颗粒。示例性的脱水硼酸盐可以包括例如无水四硼酸钠(无水硼砂)和无水硼酸。这些无水硼酸盐及其它仅微溶于水。但是，在暴露于地下温度时，它们会缓慢地经时重新水合并变得显著更可溶。由于溶解度提高，无水硼酸盐颗粒能够通过变得可溶而降解。无水硼酸盐通过变得可溶而降解所需时间可以为大约8小时至大约72小时，取决于它们所处地下区域的温度。在一些实施方式中，脱水化合物可以在重新水合时化学分解(例如通过水解)，使得分解产物变得可溶。

合适的油溶性材料可以包括天然的或合成的聚合物，例如聚(丁二烯)、聚异戊二烯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚醚聚氨酯、聚酯聚氨酯和聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯和聚苯乙烯)、以及其共聚物和共混物。在一些实施方式中，油溶性材料可以例如被随后由地层产生的地层流体(例如油)降解。在其它实施方式中，可以将油或类似疏水性材料引入地层以降解可降解密封颗粒和/或可降解颗粒密封。

可降解物质的合适组合的实例可以包括例如聚(乳酸)/四硼酸钠、聚(乳酸)/硼酸、聚(乳酸)/碳酸钙、聚(乳酸)/氧化镁、聚丙烯酰胺/聚乙烯醇等等。在一些实施方式中，可以选择可降解物质的组合以使得当一种物质降解时，该可降解密封颗粒的其余部分崩解，使得来自崩解颗粒的残余物在处理流体中变得可溶。在一些实施方式中，当一种可降解物质降解时，其它物质可以暴露于处理流体，在该处理流体中所述其它物质自然溶解。在一些实施方式中，当一种可降解物质降解时，其它物质可以暴露于在其中该其它物质化学不稳定并随后降解的条件。在一些实施方式中，可降解物质的组合可以彼此混合。在其它实施方式中，一种可降解物质可用于涂布第二可降解物质。

在一个实施方式中，合适的可降解密封颗粒可以以BIOVERT^TM添加剂浆料的形式获得，所述添加剂浆料购自俄克拉荷马州Duncan的HalliburtonEnergy Services。BIOVERT^TM添加剂是一种包含大约90％-100％的聚交酯的聚合物材料，比重为大约1.25。聚交酯可以通过暴露于碱或酸而降解。根据本实施方式，可以将碱添加到BIOVERT^TM添加剂浆料中以加速在其中的聚交酯颗粒的降解速率，但不会加速沉积为可降解颗粒密封的聚交酯颗粒的降解速率。一旦沉积为可降解颗粒密封，该聚交酯颗粒随后可以通过地层中存在的温度降解。上述实施与BIOVERT^TM添加剂的当前使用(其中加速聚交酯颗粒的降解速率通常被认为是不合意的)相反。

在一个实施方式中，合适的可降解密封颗粒可以包含聚丙烯酰胺或其共聚物与聚乙烯醇的组合。具体而言，在一些实施方式中可以将交联聚丙烯酰胺凝胶与现有聚乙烯醇颗粒混合。在此类实施方式中，该聚丙烯酰胺可以任选在碱(例如碳酸钙)、氧化剂和/或热的存在下降解，一旦除去聚丙烯酰胺，聚乙烯醇颗粒能够在地层温度下缓慢地变得可溶于处理流体。其它适于聚丙烯酰胺的降解剂可以包括例如氧化镁和各种氧化剂。在一些实施方式中，用于降解聚丙烯酰胺的碱可以来自于地层(例如，来自页岩地层的碳酸钙)。在一些实施方式中，可以将碳酸钙或类似的碱加入到含有可降解密封颗粒的处理流体中。在一些实施方式中，碳酸钙或类似的碱可以作为该可降解密封颗粒的一部分存在。

在一些实施方式中，颗粒的尺寸分布可用于进一步调节可降解密封颗粒的降解速率。例如，较小的粒子因其每单位质量更大的表面积而可以更快速地降解。

在一些实施方式中，可降解密封颗粒可以自降解。也就是说，可降解密封颗粒可以经时自然降解，特别是当暴露于地下环境时。在一些实施方式中，自降解密封颗粒的降解可以是由于该颗粒固有的不稳定性，或在自然存在于地层中的组分或条件(例如温度)的存在下的不稳定性。在一些实施方式中，自降解颗粒可以通过，例如成为水合的或脱水的或以某些物理方式改变(例如变得更可溶的粒度或颗粒形式的变化)，从而在处理流体中成为缓溶性的，并由此可以降解。再次，粒度和其它形态性质可用于改变可自降解密封颗粒的降解速率。

在一些实施方式中，可降解密封颗粒的降解速率可以在添加剂的存在下加速。在一些实施方式中，添加剂可以存在于含有该可降解密封颗粒的处理流体中。在此类实施方式中，添加剂可以以一定浓度存在于处理流体中，在该浓度下，处理流体中的可降解密封颗粒降解得比在可降解颗粒密封中快。在替代实施方式中，可以在已经形成可降解颗粒密封后将添加剂引入到地层中。在其它实施方式中，添加剂可以作为可降解密封颗粒的一部分存在。在一些实施方式中，可以配制添加剂以使得其中的降解组分经时逐渐释放到处理流体中，使得在其中实现足以降解该可降解密封颗粒的浓度。例如，产酸化合物如酯或原酸酯可以存在于处理流体中，在该处理流体中该可降解密封颗粒是初始稳定的，但是该处理流体变得越来越不利于酸降解或酸溶性化合物。在一些实施方式中，添加剂本身可以用可降解涂层配制，使得其中的降解组分经时释放到处理流体中。还应进一步注意的是，可以加入处理流体中的添加剂以降低而不是加速降解速率，如果给定应用需要这样的话。例如，可以通过添加剂延缓降解速率以保持可降解密封颗粒的完整性，使得有足够的时间形成可降解颗粒密封。

可以加速可降解密封颗粒的降解速率的示例性添加剂包括以下物质，例如酸、碱、氧化剂、溶剂、油、螯合剂、酶、偶氮化合物、缓冲剂、催化剂、增溶化合物、表面活性剂、产酸化合物(例如，酯和原酸酯)、产碱化合物、以及其任意组合。在一些实施方式中，多羟基化化合物如山梨糖醇、木糖醇和麦芽糖醇可用作添加剂以加速降解速率。给定在特定应用中使用的可降解密封颗粒的类型，本领域普通技术人员将能够配对适于其的添加剂以便将降解速率加速至所需程度。

在一些实施方式中，添加剂还可用于加速可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒的降解速率。在一些实施方式中，用于加速可降解颗粒密封的降解速率的添加剂可以具有与添加以降解处理流体中的可降解密封颗粒的添加剂相同的量。也就是说，处理流体中的添加剂可以加速可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒降解速率，尽管其速率比处理流体中的可降解密封颗粒慢。在一些实施方式中，可以向地层中引入单独量的添加剂以降解可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒。通常，用于加速可降解颗粒密封的降解的添加剂在压裂发生后引入，但是其也可以在压裂操作发生前引入，或与压裂液同时引入，特别是如果该添加剂仅缓慢降解可降解颗粒密封的话。例如，在一个实施方式中，添加剂可以是可降解颗粒密封的可降解密封颗粒的一部分。当添加剂用于加速可降解颗粒密封的降解速率时，添加剂可以与用于加速处理流体中的可降解密封颗粒的降解速率的添加剂相同或不同。例如，由于添加到其中的添加剂的较低可达性，需要更富攻击性的添加剂以降解可降解颗粒密封。

在一些实施方式中，处理流体所包含的或引入到处理流体中以加速可降解密封颗粒的降解速率的添加剂可以以相对于引入到地层中的可降解密封颗粒至少化学计量量存在。存在至少化学计量量的添加剂可以确保在进行压裂操作前降解所有的可降解密封颗粒。在替代实施方式中，添加剂可以以低于化学计量的量使用，由此可获得仅部分降解该可降解密封颗粒的足够量，并令可降解密封颗粒的剩余部分通过自然降解途径降解。使用低于化学计量量的添加剂的原因包括例如，如果更大量的添加剂不合意地影响可降解颗粒密封中的可降解密封颗粒或如果更大的量有可能会破坏地层。

在一些实施方式中，处理流体可以在变得基本不含颗粒后用于引发压裂操作。例如，处理流体可以以在地层中产生或扩大至少一条裂缝的压力下泵送，其中在可降解颗粒密封形成和处理流体中的可降解密封颗粒降解的时期中保持该压力。在其它实施方式中，一旦处理流体已经变得基本不含颗粒，可以将单独的压裂液在足以在其中产生或扩大至少一条裂缝的压力下引入到地层中。在此类实施方式中，基本不含颗粒的处理流体可以保留在地层中并充当引入压裂液用的“缓冲(pad)”流体。或者，在一些实施方式中，基本不含颗粒的处理流体可以在引入压裂液之前由地层中产生。在一些实施方式中，压裂液可以包含支撑剂以完成压裂操作。合适的支撑剂对本领域普通技术人员而言是公知的。

当用于其中钻井孔衬有压裂滑套的地层中时，本发明的方法是特别有利的。压裂滑套可用于提供在地层中的层位封隔，而无需使用复杂的层位封隔技术。此外，压裂滑套可用作用于完井的固井替代手段。多种类型的压裂滑套对本领域普通技术人员而言是公知的。本领域普通技术人员还将认识到在低渗透性胶结地层如致密砂岩和页岩中使用压裂滑套的优点。如前所述，在压裂滑套与地层表面之间限定的环形空间中的流体流动效率不佳，使得一旦压裂滑套完全打开且地层不再层位封隔，由于存在颗粒而难以进行后继的压裂操作。因此，本发明的方法可以通过以下方式解决现有技术中的这一困难：允许发生后继压裂操作，其中完成钻井孔中的现有裂缝在压裂滑套后面。

通过本发明的方法处理的地层类型通常可以无限制地改变。页岩地层尤其存在可以通过本发明的方法容易地解决的特殊技术挑战，尤其是当存在压裂滑套时。同样地，根据本实施方式处理的钻井孔方向通常也会无限制地改变。在一些实施方式中，钻井孔可以是垂直钻井孔。在其它实施方式中，钻井孔可以是水平钻井孔。

为了便于更好地理解本发明，给出优选实施方式的下列实施例。下列实施例不应以任何方式解释为限制，或限定本发明的范围。

实施例

实施例1：包含无水四硼酸钠的可降解颗粒密封

无水四硼酸钠是缓溶性化合物的一个实例。作为对照物，将1克样品放置在100毫升的水中，并令其溶解。在室温下，完全溶解需要72小时，在180℉下完全溶解需要48小时。当向水中加入每摩尔四硼酸钠1摩尔的山梨糖醇时，在室温下在仅2.25小时内即完全溶解。

制备含有350毫升的水、0.7克黄原胶、7克淀粉、30克无水四硼酸钠、和每摩尔四硼酸钠一摩尔当量的山梨糖醇的浆料。一旦混合，在室温下将新鲜的浆料倾倒在0.05"的开槽盘上，并将其装入Fann HPHT Filtration Cell。在15分钟后，将测试单元(test cell)关闭，施加200psi的压力，并开启该单元的底部阀以便在该盘上形成滤层。在形成滤层且流体流动停止后，压力保持8小时，随后拆下该测试单元。滤层上残留液体的过滤表明此时其基本上不含有固体。这表明滤层以与该浆料变得不含固体时相比更缓慢的速率降解。该滤层能够在200psi下保持压力48小时。

因此，本发明很好地适合于实现提到的目的和优点以及其中固有的那些目的和优点。上面公开的特定实施方式仅仅是说明性的，因为可以以对受益于本文中教导的本领域技术人员而言显而易见的不同但等效的方式修改和实施本发明。此外，除了如所附权利要求所述，本文中显示的构造或设计的细节并不意欲进行限制。因此，显然可以对上文公开的特定示例性实施方式进行修改、组合或改动，所有此类变化被认为在本发明的范围与精神内。示例性公开在本文中的本发明可以适当地在不存在任何未在本文中具体公开的元素和/或不存在本文中公开的任选元素的情况下实施。当以术语“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤来描述组合物和方法时，该组合物和方法还可以是“基本”由各种组分和步骤“组成”或由各种组分和步骤“组成”。上面公开的所有数字和范围可以以一定量变化。当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落在该范围内的任何数值和任何包含的范围。特别地，本文中公开的每个数值范围(具有以下形式：“大约a至大约b”，或等效地，“大约a至b”，或等效地，“大约a-b”)应理解为列举了被较宽数值范围涵盖的每一数字和范围。同样，权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义，除非专利权人另行明白地和清楚地定义。此外，用于权利要求书中的不定冠词“一个”或“一种”在本文中定义为是指引入的一种或超过一种的元素。如果在本说明书与引入本文作为参考的一种或多种专利或其它文献中，词语或术语的使用方面存在任何冲突，应采纳与本说明书一致的定义。

Claims (21)

1.一种方法，包括：

将包含多个可降解密封颗粒的处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层中具有现有的裂缝；

用至少一部分可降解密封颗粒密封所述现有的裂缝，由此形成可降解颗粒密封；

在密封后，令残留在所述处理流体中的任何可降解密封颗粒降解，以使所述处理流体变得基本不含颗粒；和

在所述处理流体变得基本不含颗粒后，压裂所述地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

在压裂后，令所述可降解颗粒密封降解。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

向所述钻井孔中引入加速所述可降解颗粒密封的降解速率的添加剂。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述处理流体还包含加速所述可降解密封颗粒的降解速率的添加剂。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述添加剂包括选自酸、碱、氧化剂、溶剂、油、螯合剂、酶、偶氮化合物、缓冲剂、催化剂、增溶化合物、表面活性剂、产酸化合物、及其任意组合的至少一种物质。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述完成钻井孔包括由压裂滑套与地层表面限定的环形空间。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述可降解密封颗粒包括至少一种可降解物质，所述可降解物质选自有机盐、无机盐、聚交酯、聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、脱水硼酸盐、聚(原酸酯)、酸溶性化合物、碱溶性化合物、氧化降解化合物、酶促降解化合物、可降解聚合物、油溶性化合物、油溶性聚合物、聚醚、聚酯、聚酯酰胺、聚醚酰胺、聚环氧乙烷、多羟基醇、聚酰胺、聚缩醛、聚酮、聚碳酸酯、聚酸酐、聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚碳酸酯聚氨酯、聚己内酯聚氨酯、蜡、氢化大豆油、有机硅聚合物、多糖、黄原胶、乙基纤维素、乙酰化瓜尔胶、甲基纤维素、乙酰基化多糖、丙基化多糖、淀粉、衍生淀粉、壳聚糖、壳多糖、以及其任意组合。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述地层包括页岩地层。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

加入包含支撑剂的压裂液以完成压裂。

10.如权利要求1所述的方法，还包括：

产生来自地层的流体。

11.一种方法，包括：

提供包含多个可降解密封颗粒和加速所述可降解密封颗粒的降解速率的添加剂的处理流体；

将所述处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层中具有现有的裂缝，以便用至少一部分可降解密封颗粒密封所述现有的裂缝以形成可降解颗粒密封；

经过足以令残留在所述处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使所述处理流体变得基本不含颗粒；和

在所述处理流体变得基本不含颗粒后，压裂所述地层以便在其中引入至少一条新的裂缝。

12.如权利要求11的所述方法，还包括：

在压裂后，令所述可降解颗粒密封降解。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

向所述钻井孔中引入加速所述可降解颗粒密封的降解速率的添加剂。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述添加剂包括选自酸、碱、氧化剂、溶剂、油、螯合剂、酶、偶氮化合物、缓冲剂、催化剂、增溶化合物、表面活性剂、产酸化合物、及其任意组合的至少一种物质。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述完成钻井孔包括由压裂滑套与地层表面限定的环形空间。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述可降解密封颗粒包括至少一种可降解物质，所述可降解物质选自有机盐、无机盐、聚交酯、聚乳酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、脱水硼酸盐、聚(原酸酯)、酸溶性化合物、碱溶性化合物、氧化降解化合物、酶促降解化合物、可降解聚合物、油溶性化合物、油溶性聚合物、聚醚、聚酯、聚酯酰胺、聚醚酰胺、聚环氧乙烷、多羟基醇、聚酰胺、聚缩醛、聚酮、聚碳酸酯、聚酸酐、聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚碳酸酯聚氨酯、聚己内酯聚氨酯、蜡、氢化大豆油、有机硅聚合物、多糖、黄原胶、乙基纤维素、乙酰化瓜尔胶、甲基纤维素、乙酰基化多糖、丙基化多糖、淀粉、衍生淀粉、壳聚糖、壳多糖、以及其任意组合。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述地层包括页岩地层。

18.一种方法，包括：

提供包含多个可降解密封颗粒的处理流体；

将所述处理流体引入到深入地层的完成钻井孔中，所述地层中具有第一多条裂缝，以便用至少一部分可降解密封颗粒渗入所述第一多条裂缝以在其中形成可降解颗粒密封；

其中所述完成钻井孔包括由压裂滑套与地层表面限定的环形空间；

经过足以令残留在所述处理流体中的任何可降解密封颗粒降解的时间，以使所述处理流体变得基本不含颗粒；

在所述处理流体变得基本不含颗粒后，压裂所述地层以便在其中引入第二多条裂缝；和

在压裂后令所述可降解颗粒密封降解。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述处理流体还包含加速所述可降解密封颗粒的降解速率的添加剂。

20.如权利要求18所述的方法，还包括：

在压裂后，向所述钻井孔中引入加速所述可降解颗粒密封的降解速率的添加剂。

21.如权利要求18所述的方法，还包括：

产生来自地层的流体。