CN107001922A - 改善水力压裂网的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

转向剂流体包括水性载体流体和多个具有0.01微米到100,000微米大小的遇水膨胀型聚合物粒子。一种水力压裂通过储层穿透的地下地层的方法包括将压裂流体以足以产生或扩大裂缝的压力注入所述地层中，将转向剂流体注入所述地层中，和将压裂流体注入所述地层中，其中所述转向剂阻碍了所述压裂流体的流动，并且增加了所述裂缝的表面裂缝面积。本发明还公开了一种控制转向剂的井下放置的方法，所述方法包括注入包括所述转向剂和水性载体流体的转向剂流体，所述水性载体流体经过选择而使得所述聚合物粒子在接触所述水性载体流体达足以实现所要的井下放置的时间量之后充分膨胀。

Description

改善水力压裂网的组合物和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月17日申请的美国临时申请号62/092,970和2014年12月17日申请的美国临时申请号62/092,980的较早申请日期的权益，所述案件的全部公开内容以引用方式并入本文中。
背景
水力压裂是用于与大面积的地下地层形成高传导性连通的刺激方法。所述方法增加了地层内的有效井孔面积，从而可以加速截留油或气体的产生。所述方法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，在超过目标储油岩层的裂缝压力的压力下泵送压裂流体，以便在通过井孔穿透的地下地层内产生或扩大裂缝。用于引发水力压裂的流体通常称作“前置液(pad)”。在一些情形中，前置液可以含有微细微粒(例如微细网沙)用于流体损失控制。在其他情形中，前置液可以含有较大粒度的微粒以便消磨钻孔或井孔附近的穿流距离比。
在引发裂缝之后，将含有化学试剂的流体的后续阶段以及支撑剂泵送到所产生裂缝中。裂缝通常在泵送期间继续生长，并且支撑剂以可渗透包装的形式留在裂缝中用于支撑裂缝张开。在完成处理之后，裂缝与支撑剂紧紧相接。支撑剂使所产生裂缝保持张开，提供烃和/或其他地层流体流入井孔中的高传导性路径。
大量参数影响给定地层内总产生的裂缝面积，所述参数包括注入井孔中时和注入之后的压裂流体的粘度。利用低粘度流体(例如滑溜水)扩散的裂缝所展现的裂缝宽度小于利用较高粘度流体扩散的那些裂缝。另外，低粘度流体有利于在刺激期间增加储层的裂缝复杂性。此通常导致产生更大的裂缝区域，从所述更大的裂缝区域烃可以流入较高传导性裂缝路径中。然而，所产生的小裂缝宽度与滑溜水压裂流体的低支撑剂输送能力的组合，使得极其难以在远离井孔较大的距离放置大量支撑剂。此可以产生未支撑并且会闭合的新裂缝，从而导致烃流大大受损。
在一些页岩地层中，过长的初生裂缝可以导致垂直于最小主应力定向。通常，将额外压裂流体泵送到井孔中单纯增加平面或初生裂缝的宽度。在这些情形中的多数情形中，初生裂缝占优势且次生裂缝是有限的。主要产生长平面裂缝的压裂处理的特征在于低接触裂缝面表面积。从通过此等处理产生的压裂网产生烃被在产生储层内产生的较低总裂缝面积成比例地限制。
最近，已关注增加远离井孔的场所以及井孔附近的烃生产量的替代。特别注意增加低渗透性地层(包括页岩)的生产量。已尤其调整了方法来沿着水平井孔刺激离散间隔从而产生钻孔群。尽管通过此等方法增加了地层内的总接触裂缝面积，但所述群之间的潜在产生性储层面积通常并未受刺激。此降低了刺激操作的效率。因此，仍然需要将增加在地层内产生的裂缝表面积的方法。
概述
转向剂流体包含水性载体流体和多个遇水膨胀型聚合物粒子，所述遇水膨胀型聚合物粒子具有0.01微米到100,000微米、优选1微米到10,000微米、更优选50微米到5,000微米的大小。
控制转向剂在地下地层中的井下放置的方法包括将上述转向剂流体注入地层中，其中水性载体流体经过选择而使得聚合物粒子在接触水性载体流体达足以实现所要的井下放置的时间量之后充分膨胀。
水力压裂通过储层或井穿透的地下地层的方法包括以足以产生或扩大裂缝的压力将压裂流体注入地层中；将转向剂流体注入地层中；和将压裂流体注入地层中，其中转向剂阻碍了压裂流体的流动，并且增加了裂缝的表面裂缝面积。
本发明提供水力压裂通过储层穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大初生裂缝的压力注入地层中；测定井下的井底处理压力；将转向剂流体注入地层中；将测定的井底处理压力与预定的目标井底处理压力进行比较；和将压裂流体注入地层中，其中转向剂阻碍了压裂流体向漏失区的流动，并且增加了表面裂缝面积。
本发明提供水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大裂缝的压力注入地层中；测定井表面处或附近的表面压力；将转向剂流体注入地层中以将流体流从高传导性区转向到较差传导性区；将测定的表面压力与目标表面压力进行比较；和改变井中的应力以增加裂缝的表面积，其中改变是通过以下方式进行：改变压裂流体的注入速率、改变井的井底压力、改变压裂流体的密度或包含上述方式中的至少一种的组合。
本发明提供水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括以足以产生或扩大初生裂缝的压力将流体注入地层中；监测操作参数并且将在将流体注入地层中之后的操作参数与操作参数的预定值进行比较，其中操作参数是流体的注入速率、流体的密度和井的井底处理压力；注入转向剂流体以将流体流从高传导性区转向到较差传导性区；将注入转向剂流体的操作参数与操作参数的预定值进行比较；改变井中的应力以增加裂缝的表面积，其中改变是通过以下方式进行：改变压裂流体的注入速率、改变井的井底压力、改变压裂流体的密度或包含上述方式中的至少一种的组合。
本发明提供水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括以足以产生或扩大具有第一表面积的裂缝的第一压力将压裂流体注入地层中；将转向剂流体的流注入地层中，其中转向剂流体的流从高传导性区继续行进到较差传导性区；和以第二压力将额外压裂流体注入地层中，其中第二压力大于第一压力以使裂缝的表面积增加到第二表面积，其中第二裂缝面积大于根据基本上类似的方法而不采用将注入转向剂流体的流地层中所产生的裂缝面积。
本发明提供水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括以足以产生或扩大初生裂缝的压力将流体注入地层中；监测操作参数并且将在将流体注入地层中之后的操作参数与操作参数的预定值进行比较，其中操作参数是流体的注入速率、流体的密度和井的井底处理压力；注入转向剂流体以将流体的流从高传导性区转向到较差传导性区；将注入转向剂流体的操作参数与操作参数的预定值进行比较；将压裂流体的流注入地层中，其中转向剂阻碍了压裂流体向较差传导性区的流动以增加初生裂缝的表面积。
通过以下详细描述、实施例和权利要求书来例示上文所描述的特征和其他特征。
详细描述
一个或多个实施方案的详细描述在本文中以范例方式呈现而非进行限制。
发明人已发现地层的裂缝表面积可以通过用含有遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂流体处理地层来增加，并且进一步发现流体的类型可以决定聚合物粒子的膨胀时限。因此，转向剂流体在注入和初始分布于井中之后具有相对较低的粘度。然后粒子在水存在下膨胀，从而增加粒子内的差示压力。裂缝内相关联的有效压力增加使其他裂缝张开然后由下一压裂流体进一步扩散。因此，使用转向剂流体可通过增加裂缝的大小、裂缝的复杂性、个别裂缝的数量、第二转向剂或包含上述各项中的至少一种的组合来增加裂缝的表面积。
在再一有利的特征中，使用转向剂流体不仅可以增加钻孔区域处和井孔附近的裂缝表面积，并且还可以增加距井孔的距离。因此，在另一实施方案中，控制膨胀的时限可以容许控制地层内的转向位置。使用特定转向剂流体不仅可以增加钻孔区域处和井孔附近的裂缝表面积，并且还可以增加距井孔的距离。因此，控制转向剂在地下地层中的井下放置的方法代表本发明的一个方面。例如，可能要使用具有增加的膨胀时间的遇水膨胀型粒子来增加距井孔一定距离的裂缝的表面积。因此，可以将含有粒子的转向剂流体在略微膨胀之前输送到远离注入位点的区域。
在另一实施方案中，转向剂流体进一步包含与遇水膨胀型聚合物粒子不同的轻质微粒。选择轻质微粒(例如砂)来增加聚合物粒子之间和聚合物与地层壁之间的摩擦。轻质微粒实际上使膨胀粒子的表面积变粗糙，这又可以显著增加转向剂流体的摩擦压力。
在本文所描述的方法中，可以使用包含任选地与轻质微粒组合的遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂流体来控制流体损失到天然裂缝，并且可以将所述转向剂流体引入地层中具有各个渗透率的产生区中。转向剂流体能将井处理流体从高传导性裂缝转向到地下地层内的较差传导性裂缝。
不受理论束缚，膨胀的聚合物粒子可以桥接地下地层内裂缝内部的流动空间。例如，当用于酸压裂时，膨胀的聚合物粒子的大小足以桥接流动空间(从所注入酸与储油岩层的反应产生)而不渗透基质。通过桥接的流动空间增加的压力会增加流动阻力并且将处理流体转向到地层中较不可渗透的区。或者(或另外)可能的是膨胀的聚合物粒子在地层的表面上桥接流动空间并且形成滤饼。例如，当用于酸压裂时，膨胀的聚合物粒子的大小足以桥接流动空间(从所注入酸与储油岩层的反应产生)而不渗透基质。通过地层表面的过滤，在地层的表面上产生相对不可渗透或低渗透性的滤饼。通过滤饼的压力增加还可增加流动阻力并且将处理流体转向到地层较不可渗透的区。其他机制也有可能。
遇水膨胀型聚合物粒子的形状并不关键，并且可以是规则的或不规则的，例如球形、卵球形、多面体、纤维状、姣合状或辫状。在一个实施方案中，遇水膨胀型聚合物粒子呈具有大致球形形状的珠粒的形式。粒子可以进一步在聚合物链之间具有孔或空间以允许流体或其他粒子进入其中。膨胀的聚合物粒子(任选地连同吸附的轻质微粒一起)的大小分布应足以阻断流体渗透到地层的高渗透性区中。在转向剂流体内的至少60％、更优选80％的膨胀的聚合物粒子(任选地连同吸附的轻质微粒一起)具有0.01微米到100,000微米、优选1微米到10,000微米、更优选50微米到5,000微米的平均最大直径时，流体更易于转向。
当用于刺激操作中时，膨胀的聚合物粒子(任选地连同吸附的轻质微粒一起)的大小使得可以在岩石的表面上形成桥接。或者，所述大小可以使得所述膨胀的聚合物粒子能够流入裂缝中并且从而塞满裂缝以便暂时降低地层中至少一些裂缝的传导性。
遇水膨胀型聚合物粒子(任选地连同吸附的轻质微粒一起)可以0.01磅/千加仑到200磅/千加仑、具体来说0.1到100磅/千加仑、更具体来说1到80磅/千加仑的浓度存在于转向剂流体中。
聚合物粒子经过选择以便遇水膨胀，也就是说，在与水性流体(例如，转向剂流体的载体流体)接触时吸胀到膨胀状态。聚合物粒子可以包含吸收性聚合物，例如，超吸收性聚合物(SAP)。在一些实施方案中，聚合物是交联的，例如聚合物具有内部交联、表面交联或包含上述交联中的至少一种的组合。
超吸收性聚合物包含亲水性网状物，所述亲水性网状物可以相对于聚合物粒子的重量保留大量水性流体(例如，在干燥状态下，超吸收性聚合物吸收并保留水的等于或大于其自身重量的重量)。聚合物可以包含各种有机聚合物，所述有机聚合物在与水性流体接触时可以与水反应或吸收水并且膨胀。此等聚合物的实施例包括多糖、聚((甲基)丙烯酸C1-8烷基酯)、聚((甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯)(例如(丙烯酸2-羟基乙基酯))、聚((甲基)丙烯酰胺)、聚(乙烯基吡咯烷)、聚(乙酸乙烯酯)和诸如此类。上述聚合物包括共聚物，例如(甲基)丙烯酰胺与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈的共聚物，或包含上述共聚物中的至少一种的组合。可以使用不同聚合物的组合。
例示性多糖包括淀粉、纤维素、黄原胶、琼脂、果胶、海藻酸、黄蓍胶、普兰胶(pluran)、结兰胶(gellan gum)、罗望子籽胶、卡兰胶(cardlan gum)、瓜尔胶(guar gum)、阿拉伯胶(arabic)、葡甘露聚糖、壳多糖、壳聚糖、透明质酸和包含上述各项中的至少一种的组合。
超吸收性聚合物可以包含瓜尔胶并且可以是天然瓜尔胶和/或酶处理的瓜尔胶，例如经半乳糖苷酶、甘露糖苷酶或其他酶处理的天然瓜尔胶。瓜尔胶另外可以是通过处理天然瓜尔胶以引入以下基团而制备的半乳甘露聚糖衍生物：羧基、羟基烷基、硫酸根基团、磷酸根基团或包含上述基团中的至少一种的组合。还可以包括除瓜尔胶以外的多糖。例示性多糖包括淀粉、纤维素、角叉菜胶、黄原胶、琼脂、果胶、海藻酸、黄蓍胶、普兰胶、结兰胶、罗望子籽胶、卡兰胶、阿拉伯胶、葡甘露聚糖、壳多糖、壳聚糖、透明质酸和诸如此类。
在一些实施方案中，可以通过非离子、阴离子或阳离子单体或包含上述单体中的至少一种的组合的聚合来制备超吸收性聚合物。用以形成超吸收性聚合物的聚合可以包括自由基聚合、溶液聚合、凝胶聚合、乳液聚合、分散液聚合或悬浮液聚合。聚合可以在水相中、反相乳液中或反相悬浮液中实施。
用于制备超吸收性聚合物的非离子单体的实施例包括(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、乙烯醇、乙酸乙烯酯、烯丙醇、(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯、羟基(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯(例如(甲基)丙烯酸羟基乙基酯)、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺和(甲基)丙烯腈。如本文所用“聚((甲基)丙烯酰胺)”包括包含源于以下各项的单元的聚合物：(甲基)丙烯酰胺、被烷基取代的(甲基)丙烯酰胺(例如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)、被二烷基氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺(例如被(N,N-二(C1-8烷基)氨基)C1-8烷基取代的(甲基)丙烯酰胺)。上述单体的具体实施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-第三丁基丙烯酰胺，或者可以使用包含上述各项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、乙二醇或丙烯腈的共聚物或包含上述各项中的至少一种的组合。
阴离子单体的实施例包括具有酸性基团(例如，羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、其盐、相应酸酐或酰卤或包含上述各项中的至少一种的组合)的烯属不饱和阴离子单体。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(itaconic acid)、α-氯丙烯酸、β-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰基氧基丙酸、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，或者可以使用包含上述各项中的至少一种的组合。
阳离子单体的实施例包括(甲基)丙烯酸N,N-二(C1-8烷基氨基)(C1-8烷基)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)(其中氨基随后被(例如)甲基氯季化)、二烯丙基二甲基氯化铵或上述被烷基取代的(甲基)丙烯酰胺和被二烷基氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺中的任一种(例如(N,N-二(C1-8烷基)氨基)C1-8烷基丙烯酰胺)和其季化形式(例如丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵)。
超吸收性聚合物可以包含阳离子和阴离子单体。阳离子和阴离子单体可以各个化学计量比(例如，1:1之比率)存在。一种单体可以大于另一单体的化学计量量存在。两性超吸收性聚合物的实施例包括非离子单体、阴离子单体和阳离子单体的三元共聚物。
超吸收性聚合物可以在超吸收性聚合物的聚合物链中包括多个交联。交联可以是共价的并且是通过使用交联剂使聚合物链交联造成。交联剂可以是含有(例如)两个烯属不饱和位点(也就是说，两个烯属不饱和双键)的烯属不饱和单体、对超吸收性聚合物的聚合物链的官能团(例如，酰胺基团)具有反应性的烯属不饱和双键和官能团，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。可以选择交联程度以便控制超吸收性聚合物膨胀的量。例如，可以使用交联程度来控制流体吸收的量或超吸收性聚合物的体积吸胀。因此，当聚合物粒子包含超吸收性聚合物时，可以使用交联程度来控制流体吸收的量或聚合物粒子的体积吸胀。
例示性交联剂包括二胺的二(甲基)丙烯酰胺，例如哌嗪的二丙烯酰胺；C1-8亚烷基双丙烯酰胺，例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，例如N-羟甲基甲基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺；二羟基、三羟基或四羟基化合物的(甲基)丙烯酸酯，例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，例如(甲基)丙烯酸烯丙基酯、烷氧基化(甲基)丙烯酸烯丙基酯、2,2’-偶氮双(异丁酸)的二烯丙基酰胺、三烯丙基氰酸酯、三烯丙基异氰酸酯、马来酸二烯丙基酯、多烯丙基酯、四烯丙基氧基乙烷、三烯丙基胺和四烯丙基亚乙基二胺、二醇多元醇、羟基烯丙基或丙烯酸酯化合物和磷酸或亚磷酸的烯丙基酯；水溶性二丙烯酸酯，例如聚(乙二醇)二丙烯酸酯，例如，PEG 200二丙烯酸酯或PEG 400二丙烯酸酯；还可以使用包含上述交联剂中的任一种的组合。
如上文所描述，超吸收性聚合物呈聚合物粒子的形式。所述粒子可以在粒子的外表面包括表面交联。表面交联可以通过将表面交联剂添加到超吸收性聚合物粒子中和后续热处理而产生。表面交联可以相对于粒子内部的交联密度增加粒子表面附近的粒子交联密度。表面交联剂还可以为粒子提供超吸收性聚合物在表面交联前所没有的化学性质，并且可以控制粒子的化学性质，例如，超吸收性聚合物对其他材料(例如，材料(例如，硅酸盐)或其他化学品(例如，石油化合物(例如，烃、沥青烯和诸如此类))的疏水性、亲水性和粘着性。
表面交联剂具有至少两个与聚合物链的基团具有反应性的官能团，例如，上文交联剂中的任一种或具有反应性官能团(例如酸(包括羧酸、磺酸和磷酸和相应阴离子)、酰胺、醇、胺或醛)的交联剂。例示性表面交联剂包括多元醇、聚胺、聚氨基醇和碳酸亚烷基酯，例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、甘油、聚甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚丙二醇、环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物、山梨糖醇酐脂肪酸酯、乙氧基化山梨糖醇酐脂肪酸酯、三羟甲基丙烷、乙氧基化三羟甲基丙烷、季戊四醇、乙氧基化季戊四醇、聚乙烯醇、山梨糖醇、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯和包含上述各项中的至少一种的组合。
额外表面交联剂包括硼酸盐、钛酸盐、锆酸盐、铝酸盐、铬酸盐或包含上述各项中的至少一种的组合。硼交联剂包括硼酸、四硼酸钠、包封的硼酸盐和诸如此类。硼酸盐交联剂可以与缓冲剂和pH控制剂一起使用，包括氢氧化钠、氧化镁、二碳酸氢钠和碳酸钠、胺(例如羟基烷基胺、苯胺、吡啶、嘧啶、喹啉、吡咯烷)和羧酸盐(例如乙酸盐和草酸盐)、延迟剂(包括山梨糖醇、醛、葡萄糖酸钠和诸如此类)。可以使用锆交联剂(例如，乳酸锆(例如，乳酸钠锆))、三乙醇胺、2,2’-亚胺基二乙醇或包含上述各项中的至少一种的组合。钛酸盐交联剂可以包括(例如)乳酸盐、三乙醇胺和诸如此类。
超吸收性聚合物可以包括重复单元，所述重复单元包含丙烯酸酯、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、丙烯酸、其衍生物或包含上述各项中的至少一种的组合。根据一个实施方案，超吸收性聚合物可以包含具有衍生自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，超吸收性聚合物包含聚丙烯酸，其中交联衍生自乙烯基酯寡聚物。在另一实施方案中，超吸收性聚合物是聚(丙烯酸)偏钠盐-接枝-聚(乙二醇)，其从Sigma Aldrich购得。
水力压裂转向剂流体进一步包含水性载体流体。载体流体包括在内以将聚合物粒子携载到地层中的所要的位置并且使所述聚合物粒子膨胀。水性载体流体可以是淡水、盐水(包括海水)、含水酸(例如矿物酸或有机酸)、含水碱或包含上述各项中的至少一种的组合。盐水可以是(例如)海水、产出水、盐水完井液或包含上述各项中的至少一种的组合。盐水的性质可取决于盐水的一致性和组分。例如，海水可以含有各种成分，除典型的含有卤化物的盐以外还包括硫酸盐、溴和痕量金属。产出水可以是从生产储层(例如，烃储层)提取或从地表产出的水。产出水还可以称作储层盐水并且含有包括钡、锶和重金属的组分。除天然盐水(例如，海水和产出水)以外，可以通过添加各种盐(例如，KCl、NaCl、ZnCl2、MgCl2或CaCl2)以增加盐水的密度(例如10.6磅/加仑的CaCl2盐水)而从淡水合成盐水完井液。盐水完井液通常提供优化的流体静力学压力以抵抗井下储层压力。上述盐水可以被改性以包括一种或多种额外盐。包括在盐水内的额外盐可以是NaCl、KCl、NaBr、MgCl2、CaCl2、CaBr2、ZnBr2、NH4Cl、甲酸钠、甲酸铯和包含上述各项中的至少一种的组合。盐可以流体的重量计以约0.5重量％(wt.％)到约50重量％(wt.％)、具体来说约1wt.％到约40wt.％且更具体来说约1wt.％到约25wt.％的量存在于盐水中。
水性载体流体可以是水性矿物酸，例如盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、高氯酸或包含上述各项中的至少一种的组合。流体可以是水性有机酸，所述水性有机酸包括羧酸、磺酸或包含上述各项中的至少一种的组合。例示性羧酸包括甲酸、乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、丙酸、丁酸、草酸、苯甲酸、酞酸(包括邻位异构体、间位异构体和对位异构体)和诸如此类。例示性磺酸包括C1-20烷基磺酸，其中烷基可以具支链或不具支链并且可以被取代或未被取代；或C3-20芳基磺酸，其中芳基可以是单环或多环并且任选地包含1到3个杂原子(例如，N、S或P)。烷基磺酸可以包括(例如)甲磺酸。芳基磺酸包括(例如)苯磺酸或甲苯磺酸。在一些实施方案中，芳基可以是C1-20烷基取代的芳基(也就是烷基亚芳基)或者通过C1-20亚烷基附接到磺酸部分(也就是说，芳基亚烷基)，其中烷基或亚烷基可以被取代或未被取代。
在聚合物粒子与水性载体流体合并之后，粒子在维持其形状的同时吸胀到膨胀状态。呈膨胀状态的粒子可以具有比未暴露于水性流体的相同聚合物粒子的平均直径大1倍到1000倍的平均直径。在使粒子与水性流体(例如，载体流体)接触之后5分钟到36小时，聚合物粒子可以吸胀到吸胀状态。在一些实施方案中，特别是如果聚合物粒子可用于在深度裂缝区中转向，那么在使粒子与水性流体(例如，载体流体)接触之后1小时到36小时、具体来说1小时到24小时、更具体来说1小时到12小时，聚合物粒子可以吸胀到吸胀状态。在一些实施方案中，在使粒子与水性流体(例如，载体流体)接触之后5分钟到60分钟、具体来说10分钟到30分钟、更具体来说15分钟到25分钟，聚合物粒子可以吸胀到吸胀状态。
水性载体流体可以根据粒子膨胀所要的时限和/或根据所要的粒子井下放置来选择。控制粒子的井下放置可以进一步控制地层内的转向位置。在一些实施方案中，载体流体的粘度控制粒子膨胀的时限。例如，水性载体流体可以是滑溜水(例如，具有约1cP的粘度)并且聚合物粒子可以在使粒子与滑溜水接触之后5分钟到60分钟、具体来说15到30分钟吸胀到膨胀状态。
或者，增加载体流体的粘度可以抑制粒子的膨胀，且因此，粒子经过较长时间段(例如在使粒子与载体流体接触之后1小时到36小时、具体来说6小时到24小时、更具体来说12小时到24小时)吸胀到膨胀状态。例如，可以将转向剂流体的粘度从约0.0001cP调节到约1010cP、具体来说从约1cP调节到约1000cP以获得上述膨胀时间。例如，水性载体流体可以是具有约500cP的粘度的胶凝流体，并且聚合物粒子可以在1小时到12小时、具体来说4小时到8小时内吸胀到膨胀状态。
转向剂流体的粘度可以通过改变流体的盐度、改变流体的pH值或增加存在于流体中的水量来修改。
除聚合物粒子以外，转向剂流体可以进一步包含多种轻质、摩擦增强性微粒。如本文所用“轻质微粒”可增强粒子之间的摩擦，在载体流体中基本上是平衡漂浮，或具有小于或等于3.25、小于或等于2.25、更优选小于或等于2.0、甚至更优选小于或等于1.75、最优选小于或等于1.25且通常小于或等于1.05的表观比重(ASG)。轻质微粒可以是任何已知可用作支撑剂的材料，例如铝矾土、陶瓷支撑剂、砂、树脂涂布的砂和具有小于2.40的比重的超轻质支撑剂。在一个实施方案中，轻质微粒是砂。在另一实施方案中，轻质微粒是LitePropTM支撑剂，所述支撑剂是从Baker Hughes Incorporated购得的。
转向剂流体可以任选地进一步包含其他组分，例如与遇水膨胀型聚合物粒子不同的额外转向剂。额外转向剂可以是可溶解的微粒转向剂，所述可溶解的微粒转向剂可以包括(例如)酞酸酐、聚乳酸、酞酸、岩盐、苯甲酸薄片、碾碎的包含胶原的可溶解密封球、含有酯的化合物、氯化钠颗粒、聚乙醇酸和诸如此类。当存在时，额外转向剂可以0.1磅/千加仑到200磅/千加仑、具体来说0.5磅/千加仑到60磅/千加仑、更具体来说1磅/千加仑到40磅/千加仑的浓度存在。在具体实施方案中，转向剂流体可以包含载体、遇水膨胀型聚合物粒子、轻质微粒(例如，LitePropTM或砂)和可溶解的微粒转向剂(例如，酞酸酐)。
转向剂流体可以任选地包括有效破裂聚合物粒子的破裂剂。术语“破裂”是指通过(例如)破裂聚合物主链中的键、破裂交联、改变聚合物的几何构象或包含上述各项中的至少一种的组合来崩解、分解或解离聚合物粒子。以此方式，聚合物粒子最低限度的损坏地层或支撑剂。在一些实施方案中，破裂剂破裂超吸收性聚合物以形成分解聚合物，例如，与聚合物粒子的聚合物相比具有更低分子量或更小大小的多个片段。
破裂剂可以包括氧化剂，例如过氧化物(例如，过氧化氢、金属过氧化物、超氧化物或有机过氧化物)、过硫酸盐(例如，金属过硫酸盐、过硫酸铵、过氧单硫酸(卡洛酸(Caro’sacid))钾)、过磷酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过硅酸盐、卤素的含氧酸或氧阴离子(例如，次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸、亚氯酸盐、氯酸、氯酸盐、高氯酸和高氯酸盐)、过酸(例如，C2-12过氧羧酸、其酯、二(C2-12过氧羧酸)、其酯或磺基过氧羧酸)或包含上述各项中的任一种的组合。
过氧化物破裂剂可以是一种稳定的过氧化物破裂剂(例如，过氧化脲或过氧化尿素(C(＝O)(NH2)2·H2O2)、过碳酸盐(例如，过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)、过碳酸钾或过碳酸铵)，其中过氧化氢在与(例如)水性流体(例如水)接触之前被另一化合物或分子结合或抑制，使得所述过氧化物破裂剂在与水性流体接触时形成或释放过氧化氢。稳定过氧化物破裂剂还可以包括在水中历经水解以释放过氧化氢的化合物，例如，过硼酸钠。例如，还可以使用经适当表面活性剂稳定的过氧化氢作为稳定的过氧化物破裂剂。
过酸具有通式R(CO3H)n，其中n为1、2或3，并且R可以是饱和或不饱和的、被取代或未被取代的烃基。例如，R可以是C1-12烷基、C2-12烯基、C7-10芳基烷基、C7-10芳基烯基、C3-8环烷基、C2-12环烯基、C2-12芳基、C3-12杂环；式R1OC(＝O)R2-的酯基团，其中R1和R2独立地是C1-8烷基、C1-8烯基、C1-8芳基烷基、C1-8芳基烯基、C1-8环烷基、C1-8环烯基、C1-8芳香族基团、C1-8杂环，优选C1-C5烷基，或式R3CH(SO3X)R4-的磺化基团，其中R3是氢或饱和或不饱和的、被取代或未被取代的烃基、优选C1-12烷基、C2-12烯基、C7-10芳基烷基、C7-10芳基烯基、C3-8环烷基、C2-12环烯基、C2-12芳基,或C3-12杂环，R4是被取代或未被取代的C1-10亚烷基，并且X是氢、阳离子基团或成酯部分。
例如，过酸可以是过氧苯甲酸、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸、过氧丁酸、过氧戊酸、过氧己酸、过氧庚酸、过氧辛酸、过氧壬酸、过氧癸酸、过氧十一烷酸、过氧十二烷酸、过氧乳酸、过氧柠檬酸、过氧马来酸、过氧抗坏血酸、过氧羟基乙酸(过氧乙醇酸)、过氧草酸、过氧丙二酸、过氧丁二酸、过氧戊二酸、过氧己二酸、过氧庚二酸、过氧辛二酸、过氧癸二酸或包含上述各项中的至少一种的组合。在一个实施方案中，过氧羧酸包括过氧乙酸(POAA，具有式CH3COOOH)或过氧辛酸(POOA，例如，具有式CH3(CH2)6COOOH)。例示性烷基酯过氧羧酸包括单甲基单过氧戊二酸、单甲基单过氧己二酸、单甲基单过氧草酸、单甲基单过氧丙二酸、单甲基单过氧丁二酸、单甲基单过氧庚二酸、单甲基单过氧辛二酸、和单甲基单过氧癸二酸；单乙基单过氧草酸、单乙基单过氧丙二酸、单乙基单过氧丁二酸、单乙基单过氧戊二酸、单乙基单过氧己二酸、单乙基单过氧庚二酸、单乙基单过氧辛二酸、和单乙基单过氧癸二酸；单丙基单过氧草酸、单丙基单过氧丙二酸、单丙基单过氧丁二酸、单丙基单过氧戊二酸、单丙基单过氧己二酸、单丙基单过氧庚二酸、单丙基单过氧辛二酸、单丙基单过氧癸二酸，其中丙基是正丙基或异丙基；单丁基单过氧草酸、单丁基单过氧丙二酸、单丁基单过氧丁二酸、单丁基单过氧戊二酸、单丁基单过氧己二酸、单丁基单过氧庚二酸、单丁基单过氧辛二酸、单丁基单过氧癸二酸，其中丁基是正丁基、异丁基或叔丁基和诸如此类。
磺基过氧羧酸还称作磺化过酸，其包括磺化羧酸的过氧羧酸形式。
破裂剂可以被包封在包封材料中以防止破裂剂与聚合物粒子接触。包封材料可以被构造为响应于破裂条件而释放破裂剂。破裂剂可以为固体或液体。作为固体，破裂剂可以是(例如)结晶或粒状材料。在一个实施方案中，固体可以被包封或设有涂层以延迟其释放或与超吸收性聚合物接触。包封材料与上文关于支撑剂所述的涂层材料可以相同或不同。将包封材料安置在破裂剂上的方法与那些用于将涂层安置在支撑剂粒子上的方法可以相同或不同。在另一实施方案中，可以将液体破裂剂溶解在水溶液或另一适宜溶剂中。
包封材料可以是以可控方式(例如，以受控速率或浓度)释放破裂剂的聚合物。这种聚合物可以在一定时间段内降解以释放破裂剂，并且取决于所要的释放速率来选择。包封材料聚合物的降解可以通过(例如)水解、溶剂解、熔融和诸如此类进行。包封材料的聚合物可以是(例如)乙醇酸酯和乳酸酯的均聚物或共聚物、聚碳酸酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚磷腈或包含上述各项中的至少一种的组合。
包封破裂剂可以是包封的过氧化氢、包封的金属过氧化物(例如，过氧化钠、过氧化钙、过氧化锌和诸如此类)或本文所描述的过酸或其他破裂剂中的任一种。
破裂剂可以转向剂流体的总重量计以0到20千分率(ppt)、具体来说0到15ppt且更具体来说0到10ppt的量存在于转向剂流体中。
支撑剂可以转向剂流体的总重量计以约0.01到约20、优选约0.1到约12重量％(wt.％)的量任选地进一步包括在转向剂流体内。适宜支撑剂已为本领域知晓并且可以是相对轻质或基本上平衡的漂浮微粒材料或包含上述各项中的至少一种的混合物。此等支撑剂可以被切碎、研磨、压碎或以其他方式来加工。“相对轻质”意味着支撑剂具有基本上小于用于水力压裂操作中的常规支撑剂(例如，砂)的表观比重(ASG)或具有与这些材料类似的ASG。尤其优选那些具有小于或等于3.25的ASG的支撑剂。甚至更优选具有小于或等于2.40、更优选小于或等于2.0、甚至更优选小于或等于1.75、最优选小于或等于1.25且通常小于或等于1.05的ASG的超轻质支撑剂。
支撑剂可以包含砂、玻璃珠粒、胡桃壳、金属弹丸、树脂涂布的砂、中等强度的陶瓷、烧结铝矾土、树脂涂布的陶瓷支撑剂、塑料珠粒、聚苯乙烯珠粒、热塑性微粒、热塑性树脂、热塑性复合物、含有粘合剂的热塑性聚集物、包括尼龙(nylon)团粒和陶瓷的合成有机粒子、研磨或压碎的坚果壳、树脂涂布的研磨或压碎的坚果壳、研磨或压碎种壳、树脂涂布的研磨或压碎的种壳、被加工的木材、多孔微粒材料和包含上述各项中的至少一种的组合。研磨或压碎的坚果壳可以包含美洲山核桃壳、扁桃壳、象牙果壳、巴西果(brazil nut)壳、澳大利亚坚果壳或包含上述各项中的至少一种的组合。研磨或压碎的种壳可以包括水果核并且包含水果(包括李子、桃子、樱桃、杏子和包含上述各项中的至少一种的组合)的种子。研磨或压碎的种壳可以进一步包含其他植物(包括玉米)的种壳，例如玉米穗和玉米粒。加工的木材可以包含那些源于包括橡树、山核桃、胡桃、杨树和桃花心木的加工的木材，并且包括此等已通过普遍已知的任何方式(包括磨碎、切碎或其他形式的微粒化)加工的木材。多孔微粒材料可以是任何的多孔陶瓷或多孔有机聚合物材料，并且可以是天然的或合成的。多孔微粒材料可以进一步用涂层材料、渗透材料或通过上釉改性来处理。
支撑剂可以涂布有(例如)树脂。个别支撑剂粒子可以具有施加给其的涂层。如果支撑剂粒子在(例如)压裂期间或在压裂之后以大到足以从所述支撑剂粒子产生微细粒子的压力被压缩，那么微细粒子保持固结在涂层内，因此所述微细粒子不被释放到地层中。设想了微细粒子可以减少烃类(或其他流体)通过裂缝或裂缝中的孔隙进行的传导，并且通过涂布支撑剂加以避免。用于支撑剂的涂层可以包括(例如)热固性或热塑性聚合物的固化的、部分固化的或未固化的涂层。例如，使支撑剂上的涂层固化可以在将水力压裂流体安置在井下之前或之后进行。
涂层可以是有机化合物，例如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚碳化二亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、呋喃树脂或包含上述方式中的至少一种的组合；热塑性树脂，例如聚乙烯、丙烯腈-丁二烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、含氟聚合物、聚硫化物、聚丙烯、苯乙烯丙烯腈、尼龙和苯醚；或热固性树脂，例如环氧树脂、酚醛树脂(真热固性树脂(例如可溶性酚醛树脂)或通过硬化剂获得热固性的热塑性树脂)、聚酯树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂改性酚醛树脂。涂层可以是包含上述各项中的至少一种的组合。
用于涂布的固化剂可以是胺和所述胺的衍生物、羧酸封端的聚酯、酸酐、苯酚甲醛树脂、氨基甲醛树脂、苯酚树脂、双酚A和甲酚酚醛清漆树脂、酚类封端的环氧树脂树脂、聚硫化物、聚合物卡丹(captan)和催化性固化剂(例如三级胺、路易斯酸(Lewis acid)、路易斯碱)或包含上述方式中的至少一种的组合。
支撑剂可以包括交联涂层。交联涂层可以为支撑剂提供压碎强度或抗性，并且即便在高压力和温度条件下也能防止支撑剂聚结。支撑剂可以具有可固化涂层，所述可固化涂层可以在地表下(例如，在井下或在裂缝中)固化。可固化涂层可以在地表下储层中的高压和高温条件下固化。因此，具有可固化涂层的支撑剂可被用于高压和高温条件。
可以通过在容器(例如，反应器)中混合将涂层安置在支撑剂上。可以将包括支撑剂和树脂材料(例如，用于形成(例如)环氧树脂或聚酰胺涂层的反应性单体)的个别组分组合在容器中以形成反应混合物，并且加以搅动以混合各组分。另外，可以在与形成涂层相当的温度或压力下加热反应混合物。可以通过喷雾(例如通过使支撑剂与涂层材料的喷雾接触)将涂层安置在粒子上。可以加热涂布过的支撑剂以诱导涂层交联。
术语“基本上平衡漂浮”是指具有与未胶凝或弱胶凝的载体流体(例如，未胶凝或弱胶凝的盐水完井液、其他基于水性的流体或其他适宜流体)的ASG接近的ASG，以容许使用所选载体流体泵送并且令人满意地放置支撑剂的支撑剂。例如，可以在具有约1.2的ASG的盐水完井液中采用具有约1.25到约1.35的ASG的氨酯树脂涂布的研磨的胡桃壳作为基本上平衡漂浮的支撑剂微粒。如本文所用“弱胶凝的”载体流体是如下载体流体：具有最低限度充足的聚合物、增粘剂或减摩剂以在井下泵送时(例如，在泵压管材、工作管柱、套管、连续管材、钻杆等时)实现摩擦减小，和/或可以描述为具有大于约0磅聚合物/千加仑载体流体到约10磅聚合物/千加仑载体流体的聚合物或增粘剂浓度，和/或描述为具有约1厘泊(cP)到约10厘泊(cP)的粘度。未胶凝的载体流体可以描述为包含约0磅到小于10磅聚合物/千加仑载体流体。(如果未胶凝的载体流体是具有减摩剂的滑溜水，所述减摩剂可以是聚丙烯酰胺，那么每千加仑的载体流体可以有1磅到多达8磅的聚合物，但此等微量浓度的聚丙烯酰胺不能赋予有益的充足粘度(通常<3cP))。
在一些实施方案中，转向剂流体包含遇水膨胀型聚合物粒子、载体流体、可溶解的微粒转向剂(例如酞酸酐)和支撑剂(例如LitePropTM或砂)。上述组合物可以进一步包含有效破裂聚合物粒子和/或轻质微粒的破裂剂。
可以用液体烃或气体或液化气体(例如氮或二氧化碳)使转向剂流体的流体发泡。可以通过纳入非气态发泡剂使流体进一步发泡。非气态发泡剂可以是两性离子、阳离子或阴离子。适宜的两性发泡剂包括烷基甜菜碱、烷基磺基甜菜碱和羧酸烷基酯。适宜阴离子发泡剂包括烷基醚硫酸酯、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、硫酸烷基酯和α烯烃磺酸酯。适宜阳离子发泡剂包括烷基季铵盐、烷基苄基季铵盐和烷基酰胺基胺季铵盐。发泡剂可用于压裂低压或水敏感性地层。
在需要时可以调节转向剂流体的pH值。在调节时，所述转向剂流体可以具有大于或等于约6.5或大于或等于7或大于或等于8或大于或等于9(例如约9到约14且优选约7.5到约9.5)的值。可以通过本领域已知的任一方式来调节pH值，所述方式包括向流体中添加酸或碱或使二氧化碳鼓泡通过流体。
转向剂流体可以是胶凝的或非胶凝的。例如，可以通过纳入稠化剂(例如稠化聚合物)、粘弹性流体或发泡流体使流体胶凝。流体可以任选地含有交联剂。在室温下流体的粘度可以大于或等于10cP。
在水力压裂通过储层穿透的地下地层的方法中，第一阶段包括将压裂流体以足以扩散或扩大初生裂缝的压力注入、通常泵送到地层中。此流体可以是前置液。可以通过在水力压裂流体中并入如上所述的支撑剂改善裂缝传导性。通常，压裂流体中支撑剂的量为向一加仑压裂流体中添加约0.01磅到约20磅、优选约0.1磅到约12磅支撑剂以产生包含支撑剂和载体流体的浆液。
然后可以将包含聚合物粒子和任选地轻质微粒的转向剂流体直接泵送到地层的高渗透性区。在聚合物粒子显著膨胀之前，大多数转向剂流体可以进入高渗透性或未受损区中并且形成临时“插塞”或“高粘段塞”，同时较低渗透性区具有极少侵入。例如，聚合物粒子可以桥接具有小于膨胀粒子的大小的宽度的裂缝，从而使得粒子形成临时插塞并且引发裂缝内有效压力的增加。随着粒子继续膨胀，高粘段塞引起另外的压力增加并且可以超过另一部分地层的破裂压力。当超过破裂压力时，新的裂缝开始扩散并且延伸到储层中，增加裂缝复杂性。流体由于压力增加还可以转向到地层中较低渗透性的部分，并且进一步扩散现有裂缝。膨胀较慢的粒子更能散布到地下地层中深处。
从转向剂形成的高粘段塞可具有优先的侵入深度，所述侵入深度与孔喉直径相关。对于给定的地层类型，侵入深度与地层的额定孔喉直径成正比。由于基于整个被处理区中的不同的渗透性或损坏而在整个地层中出现不同的侵入深度，所以处理流体侵入孔喉中的能力依赖于损坏地层与未损坏地层之间的孔喉大小的差异。地层的较清洁或未损坏部分(较大孔喉)中的侵入深度可以大于较低渗透性或受损的区(较小或部分地填充的孔喉)。鉴于地层的较清洁部分的侵入深度较大，可以将更多的转向剂置于这些间隔中。
在形成插塞或高粘段塞之后，所述插塞或高粘段塞可以通过在注入转向剂流体之后监测地层中的压力差来确定，将额外压裂流体引入地层中。插塞或高粘段塞的存在会阻碍压裂剂的流动，从而将所述压裂剂转向到地层的其他部分，从而增加裂缝的表面积。增加的裂缝表面积容许改善地层中烃的产生。
在其他实施方案中，本文描述的水力压裂方法的各个步骤的前提是在井的处理期间监测一个或多个操作参数获得的结果。所述方法可用于延伸裂缝或产生多裂缝网。例如，所述方法可用于增强地下地层内压裂网的复杂性并且增强地层中烃的产生。在所述方法中，在完成流体泵送阶段之后监测水力压裂操作的一个或多个操作参数。具体来说，将操作参数与操作员预定的目标参数进行比较。基于比较，井中的应力条件可以改变，之后将连续流体阶段引入地层中。
如本文所用术语“连续流体泵送阶段”是指在另一流体泵送阶段之前的水力压裂操作中的流体泵送阶段。紧在连续流体泵送阶段之前的流体泵送阶段称作“次末流体泵送阶段”。由于本文所描述的方法可以是连续操作或具有重复步骤，因此连续流体泵送阶段可以在两个次末流体泵送阶段之间。例如，第一连续流体泵送阶段可以跟随第一次末流体泵送阶段。在提及“第二连续流体泵送阶段”时，第一连续流体泵送阶段是第二次末流体泵送阶段等等。可以在一段时间之后将连续流体泵送阶段泵送到井孔中，以将次末流体泵送阶段的流体转向到通过次末流体泵送阶段产生或扩大的裂缝。
可以通过监测一个或多个操作参数来测定井下的应力。一个或多个操作参数的改变是为操作员指示裂缝复杂性和/或裂缝几何结构已改变并且总产生的裂缝面积已增加。例如，在地层内注意到的应力可以指示裂缝的扩散。评价井下应力的方法可以包括使用诸如MShale等模拟器对所产生的裂缝网实时建模。
因此，可以使用从次末流体泵送阶段产生的操作参数的趋势和反应的观测来控制并决定连续流体泵送阶段的条件。
例如，在一个或多个预定操作参数与第二连续流体泵送阶段后的操作参数之间的差异可以为操作员指示是否已产生新裂缝，或者流体是否可能用于增加第二次末流体泵送阶段期间预存裂缝的裂缝宽度成为截断裂缝。
基于一个或多个操作参数的变化，可以改变储层内的应力。例如，如果扩散不充足，如操作员在流体泵送阶段之后所确定，那么操作员可以改变储层应力场。因此，可以使用本文所定义的方法通过在裂缝中人为地添加阻力来增加裂缝的复杂性，使得打开以其他方式可能无法产生或扩大的新裂缝路径。因此，裂缝复杂性可以随差异应力或扩散压力增加而增加。此可以在不持续增加压裂压力的情况下发生。
以下操作参数中的一个或多个可以在压裂操作期间监测：流体的注入速率、井的井底压力(测量为有效压力)和泵送到地层中的流体的密度。监测上文操作参数可用于通过改变储层内的应力条件在井孔附近以及远离井孔的场所产生裂缝网。
流体的注入速率定义为可以泵送到地层中的流体的最大注入速率，超过所述最大注入速率流体不再能够压裂地层(在给定压力下)。最大注入速率依赖于众多约束条件，所述约束条件包括压裂地层的类型、裂缝的宽度、泵送流体的压力和地层的渗透性。最大注入速率可以由操作员预先确定。有效压力的变化可指示裂缝复杂性的变化和/或裂缝几何结构的变化，由此在地层内产生更大的所产生裂缝表面积。在水力压裂处理期间观察到的有效压力是裂缝的流体压力与地层的闭合压力(P闭合)之间的差异。裂缝中的流体压力等于井底处理压力(BHTP)。BHTP可以根据以下来计算：表面处理压力(STP)+流体静压头(HH)–总Δ摩擦压力(Δp摩擦＝管道摩擦+钻孔摩擦+穿流距离比)。
闭合压力、管道摩擦、钻孔摩擦和穿流距离比的存在的确定至关重要。如果在再开始注入时地层可以持续停止泵送而不限制所要的注入速率以获得这些必需参数，那么应进行使用递减速率和压力降观测的诊断处理。井底压力(也称为测量或计算的井底泵送压力或测量或计算的井底处理压力)(BHP)是裂缝中流体压力的测量值或计算值。需要测定有效压力，所述有效压力定义为：
P有效＝STP+HH-P摩擦–P闭合
尽管许多常规压裂处理产生双翼裂缝，但存在自然压裂的地层，所述自然压裂的地层提供岩土力学条件从而能够以水力方式诱导离散裂缝在多个平面内引发并扩散，如通过微震映射所指示。主干或初生裂缝在垂直于最小水平应力的x-z平面上扩散。y-z和x-y平面裂缝分别垂直于和应力扩散。在x-z和y-z平面产生的离散裂缝是垂直的，而在x-y平面产生的诱导型裂缝是水平的。在压裂处理期间收集的微震数据可以是通过推断DFN区域范围、压裂高度和半长和裂缝平面定向来校准裂缝模型的极有用诊断工具。整合微裂缝试井分析、水力压裂和微震技术以及多个横向垂直裂缝的产生反应提供改善刺激程序用于增强气体产生的方法。
用于建模或预测BHP的程序或模型普遍为人知晓。适宜模型的实施例包括(但不限于)购自Baker Hughes Incorporated的“MACID”；来自Resources Engineering Services的“FRACPRO”；和购自Pinnacle Technology的“FRACPRO PT”。可以基于地层特征进一步计算BHP。例如参见Hannah等人，“Real-time Calculation of Accurate BottomholeFracturing Pressure From Surface Measurements Using Measured Pressures as aBase”,SPE 12062(1983)；Jacot等人，“Technology Integration-A Methodology toEnhance Production and Maximize Economics in Horizontal Marcellus ShaleWells”,SPE 135262(2010)；和Yeager等人，“Injection/Fall-off Testing in theMarcellus Shale:Using Reservoir Knowledge to Improve Operational Efficiency”,SPE 139067(2010)。
因此目标是观察一个或多个操作参数的变化和使用转向来改变操作参数反应。该变化的值将为地层和区域特有的并且甚至在相同地层内在相同侧面内变化。那些差异出现在变化的最小和最大的应力平面内。在一些情形中，存在引起“有效”裂缝发生的极低各向异性。在其他情况中，各向异性极高并且常规轮廓可以控制裂缝复杂性。
由于存在低到高的各向异性以及在低各向异性与高各向异性之间的各向异性，因此其通常无法通过微裂缝试井处理来确定，有效压力变化通常是用于评价应力条件的关键操作参数。下降(负)斜率指示高度生长，而<45°的正斜率将根据斜率指示高度和延伸生长。因此，一个或多个操作参数的变化可以指示裂缝高度和生长。例如，尽管小的BHP变化可能是由随着流体行进穿过裂缝系统而变化的流体(及支撑剂)摩擦压力引起的，但持续的负下降斜率可以指示高度生长，并且小于45°的正斜率可以指示高度和延伸生长。
可以通过转向剂流体流改变井中的应力条件使得泵送到地层中的流体将更加容易地流动到地层内较差传导性的次生裂缝中。转向限制初生裂缝中的注入能力和地层内的应力压力。因此，流体流可以从高传导性初生裂缝转向到较差传导性的次生裂缝。由于传导率为渗透率乘以注入几何结构，因此此与流体流可以从高渗透性区转向到低渗透性区的声明同义。另外，由于传导性随相对流入阻力变化而变化，因此所提及的如本文所使用的传导性裂缝被视为与传导性储层区域同义。改变局部应力条件为所产生的压裂网提供更大复杂性和/或改善刺激处理的储层覆盖率。
本文所描述的方法可用于延伸或增加裂缝轮廓。另外，本文所描述的方法可用于产生源于初始初生裂缝的多个裂缝，其中每一连续阶段产生具有与通过次末压裂所产生裂缝的方向定向不同的定向的裂缝。
通过将含有聚合物粒子的转向剂流体或段塞引入地层中，可以将流体流从高传导性裂缝转向到较差传导性裂缝。此可能导致转向剂段塞移位到超过井孔附近的位置。
另外，在注入地层中的注入速率和/或流体的粘度发生变化的情况下可以使用转向剂流体或段塞的组合，以便实现从高传导性压裂转向到较差传导性压裂。可以将转向剂流体以与次末流体泵送阶段的注入速率不同的注入速率泵送到地层中，但是速率不一定限于低到足以不超过利用表面监测设备观察到的预定压力限值的速率。
转向阶段用于将流体流转向远离高传导性裂缝并且促进裂缝定向改变。此使得流体进入并延伸到次生裂缝中。例如，可以使用注入速率的降低来容许剪切稀释流体以建立充分低的剪切速率粘度，用于充足的压力转向以改变通过次生裂缝产生的裂缝定向。另外，注入速率的降低可以促成次生裂缝的张开和连接。
转向剂流体和泵送流体注入速率的任选改变可以产生至少一个次生裂缝，所述次生裂缝的方向定向与初生裂缝的方向定向不同。因此，沿着初生裂缝的某一点，粘度的流动阻力和由此引起的增加的压力诱导连续阶段流体转向到储层的新区域，使得所产生裂缝面积有所增加。
在转向之后，引入到地层的低渗透性区中的流体的流动可能受到阻碍。然后可以将所监测的操作参数与预定的操作参数进行比较。可以将后续流体阶段引入地层中，并且对转向阶段的需要的前提将为在后续流体阶段之后监测的操作参数与目标操作参数之间的差异。
在泵送转向剂流体之后和/或在修改注入地层中的流体的注入速率之后，然后可以注意到所监测的操作参数。如果所述操作参数小于目标操作参数，那么可以在另一转向步骤中继续使流体流转向。
可以重复所述过程直到获得所要的总产生的裂缝面积为止或直到达到裂缝的复杂性为止，从而最大化地层中烃的产生。
因此，通过监测操作参数和观察操作参数的改变，可以改变地层内的应力。任一转向步骤的值将是地层和区域特有的并且可以在相同侧面内在变化的最小和最大的应力平面内注意到差异。例如，在一些情形中，极低各向异性将引起有效裂缝发展。在其他情形中，极高各向异性可以控制裂缝复杂性。
例如，可以将泵送第一阶段之后井底的流体压力与井的目标预定的井底压力进行比较。第一阶段可以是扩大或产生压裂的阶段。基于井底压力的差异，可以通过将包含遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂流体注入地层中使从高传导性初生裂缝到较差传导性次生裂缝的流体流转向。然后可以将转向后的井底压力与预定的井底压力进行比较。然后可以阻碍在下一阶段引入低传导性裂缝中的流体流动。可以将后续流体阶段引入地层中，并且对后续转向阶段的需要的前提将为在前述阶段之后的井底压力与预定井底压力之间的差异。
在另一实施方案中，可以将在泵送第一流体阶段之后可泵送流体的最大注入速率与目标注入速率进行比较。第一阶段可以是扩大或产生裂缝的阶段。基于注入速率的差异，可以通过将包含遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂流体注入地层中使从高传导性初生裂缝到较差传导性次生裂缝的流体流转向。然后可以将转向后的最大注入速率与预定的注入速率进行比较。然后可以阻碍在下一阶段引入低传导性裂缝中的流体流动。可以将后续流体阶段引入地层中，并且对后续转向阶段的需要的前提将为前述阶段后的最大注入速率与预定注入速率之间的差异。
在另一实施方案中，可以将泵送第一阶段后的流体阶段的密度与流体阶段的目标密度进行比较。基于流体密度的差异，可以通过将包含遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂流体注入地层中使从高传导性初生裂缝到较差传导性次生裂缝的流体流转向。然后可以将转向后的流体阶段的密度与预定的流体密度进行比较。然后可以阻碍在下一阶段引入低传导性裂缝中的流体流动。可以将后续流体阶段引入地层中，并且对后续转向阶段的需要的前提将为前述阶段之后的流体阶段密度与预定的流体密度之间的差异。
可以在第一阶段之后或在任一连续阶段或次末阶段之间将转向阶段泵送到地层中。
在任一次末阶段与连续阶段之间，可以停止泵送并且可以将含有支撑剂的流体泵送到储层中以辅助产生或扩大次生裂缝。适宜支撑剂如上文所述。
本文所定义的例示性方法可以监测作为操作参数的有效压力，并且每一阶段的流体体积都可以由操作员来设置；总的流体体积被分成四个或更多个阶段。每一阶段都可以被减少或中止泵送的时段隔开充足的持续时间，以容许储层中的分阶段流体流入所产生或扩大的裂缝中。
注入速率和STP可以由操作员来确定。压裂操作始于将包含前置液或滑溜水的第一阶段流体泵送到地层中。监测处理的有效压力反应。可以使用重对数图尺上的有效压力对时间的图形来鉴别处理期间的趋势。在流体泵送阶段结束时，评估有效压力值和斜率。
如果压力大于或等于预定BHP，那么可以将另一压裂流体作为第二或连续阶段泵送到地层中，并且没有必要将流体流从高渗透性区转向到较低渗透性区。如果BHP(如通过有效压力所测量)小于预定BHP，那么可以将含有转向剂的转向剂流体泵送到地层中。可以将转向剂移位到超过井孔附近的位置。可以将转向剂流体过度移位到超过井孔并且到达裂缝网中。当转向阶段超过井孔并且在裂缝网中时，然后观察有效压力反应。如果有效压力反应被操作员视为显著指示裂缝复杂性和/或几何结构的改变，那么可以将另一压裂流体泵送到地层中以便刺激储层的较大部分。在泵送阶段结束时，可以再次评估有效压力并且可以评估运行另一转向阶段的可能性。如果操作员认为有效压力反应不显著，那么可以将另一转向阶段泵送到地层中，并且当转向阶段超过井孔并且在裂缝网中时评估有效压力反应。连续转向阶段的体积和数量可以与次末转向阶段相同或可以基于压力反应而变化。在转向阶段在裂缝系统中之后还可以改变泵送流体的注入速率以实现压力反应。如果有效压力反应的大小过于显著，指示裂缝桥接没有裂缝复杂性和/或几何结构的变化，那么可保证或可不保证额外泵送。例如，如果压力反应过高，那么管状物的压力限制可能因速率和地层注入能力的限制而防止继续处理。可以按需要重复运行额外转向阶段直到实现所要的压力反应并且裂缝复杂性/几何结构得到最大化为止，终止井处理注入，并且然后可以关闭井，使其回流，或可以进行步骤以完成后续间隔。
如果BHP小于预定BHP，那么可以将连续阶段泵送到地层中并且重复所述过程。所述过程可以是连续的并且可以在整个泵送处理过程中重复多次，以达到发展出比在不存在此等测量下可达到的更大的裂缝面积和更大的裂缝复杂性。
转向阶段实现或直接影响所监测BHP以便人为地增加差示压力。此差示压力不利用转向剂流体是无法获得的。增加的压力差异引起充足的应力差异以产生或扩大较小的裂缝。然后可以通过增加转向剂的浓度或转向剂的大小来确定转向阶段的有效性。从转向阶段增加BHP限制了引入地层中的流体体积，否则所述流体体积可以为更大的体积。因此，所述方法的益处是可以使用降低的水量实现给定程度的刺激。
代替BHP，可以使用其他参数(例如流体密度和流体的注入速率)作为操作参数。利用这些参数中的任一个，操作员将基于所处理井和地层的特征来确定目标水平。流体注入速率的降低可以进一步有利于流从窄交叉裂缝的转向，尤其是在伴随处理压力增加时。流体注入速率的增加使得在地层内的更多初生裂缝中有更大扩散。
本文所描述的方法可以用于通过水平和垂直井孔穿透的地层的压裂中。聚合物粒子在置于具有约20℃到约250℃井底温度的井中时可能特别的有效。
经受本发明处理的地层可以是烃或非烃地下地层。含有转向剂的流体被泵送到的地层的高渗透性区可以是自然裂缝。粒子可能够使压裂流体转向以延伸裂缝并增加受刺激的表面积。
可得益于本发明方法的含烃地层包括碳酸盐岩地层(例如石灰岩、白垩或白云岩)以及油和气体井中的地下砂岩或硅质地层(例如石英、粘土、页岩、粉砂、燧石、沸石或包含上述各项中的至少一种的组合)。
所述方法可以进一步用于处理具有一系列自然裂缝或割理的煤层，用于回收天然气(例如甲烷)，和/或隔离比甲烷具有更强吸附性的流体(例如二氧化碳和/或硫化氢)。
本文所提供的转向剂流体组合物和使用方法具有有利性质，包括使用聚合物粒子有效地桥接含烃地层中的裂缝，和使流体流转向到次生裂缝中，从而增加水力裂缝网。在转向剂流体中纳入支撑剂可以进一步增强通过单独聚合物粒子实现的桥接和转向效应。
实施例
在以下实施例中使用以下实验装置来评价各种转向剂流体组合物。所述装置由具有约4.8毫米内径的不锈钢管材构成。所述装置具有两个容纳转向剂流体的流体容器，所述转向剂流体通过两条单独管线注入。第三管线仅注入水。三条输入管线在一个点相交，所述点与用以测量注入流体的注入压力的压力计连接。在此交叉点，将管线分成两个路径。第一路径具有20英尺的长度且在末端具有用以测量流动压力的压力计。此路径还具有减压阀，所述减压阀在达到大于150psi的压力时打开。此第一路径是具有最小阻力的路径。第二路径具有1英尺的长度且在末端具有用以测量流动压力的压力计。此路径具有减压阀，所述减压阀在达到大于1500psi的压力时打开。此第二路径是具有最高阻力的路径。当使用有效作为转向剂流体的流体时，流体将仅流经第二路径(最高阻力)，且没有流经过第一路径(最小阻力)。
实施例1.
实施例1是展示使用高粘度流体形成高粘段塞以实现转向的比较实施例。如下制备高粘度流体。在淡水中使用以XLW-57从Baker Hughes Incorporated获得的硼酸盐交联剂交联以GW-24从Baker Hughes Incorporated获得的瓜尔胶以制备5加仑/千加仑(gpt)流体。将高粘度流体添加到呈上述设置的两个流体容器中的每一个中，并且将其注入系统中。在此高粘度材料流动期间，注入和第二路径压力计读取850psi。第一路径压力计读取150psi。所有流体都流经第一路径(具有最小阻力的路径)。在20英尺的长度内建立了700psi的压力。实施例1阐释高粘度流体高粘段塞在用作转向剂流体时的缺陷。
实施例2.
实施例2是展示使用遇水膨胀型聚合物粒子实现转向的发明性实施例。将市售超吸收性聚合物粒子添加到50毫米水中以产生具有约2毫米的平均直径的超吸收性聚合物粒子。通过将上述聚合物粒子添加到水中来制备转向剂流体。具有约2毫米初始直径的聚合物粒子可以吸胀以得到在暴露于水达6小时时具有约12毫米吸胀直径的聚合物粒子。珠粒体积的增加代表通过粒子吸收的水的体积。在旨在监测粒子吸胀过程期间的水位的实验中，证实恒定的水位。因此，在吸胀期间粒子的密度有所降低。
与在实施例1中一样，将实施例2的转向剂流体添加到具有上述实验设置的流体容器中。在注入系统之后，注意到粒子数量影响在第二路径(最高阻力)中记录的压力改变。具体来说，在系统中使用更多的粒子引起增加的压力降。这些结果总结于表1中。所述结果指示越高浓度的粒子可以越有效地桥接具有最小阻力的第一路径，并且使流体流转向到具有更高阻力的第二路径。
表1.
粒子数 第二路径(最高阻力)中的ΔP(psi)
1 2
6 10
20 50
50 150
70 280
实施例3.
实施例3是展示使用遇水膨胀型聚合物粒子与砂的组合实现转向的发明性实施例。将市售超吸收性聚合物粒子添加到50毫米水中，以产生具有约2毫米平均直径的遇水膨胀型聚合物粒子。通过将上述聚合物粒子添加到水中来制备转向剂流体。具有约2毫米初始直径的聚合物粒子可以吸胀以得到在暴露于水达6小时时具有约12毫米的吸胀直径的聚合物粒子。首先注入含有砂的流体，随后注入含有聚合物粒子的转向剂流体。在流动期间，注入和第二路径压力计读取1500psi。第一路径压力计读取0psi。水流从第一路径完全转向到第二路径。因此，砂和聚合物粒子的组合可以产生增强的转向效应。
在以与粒子相反的方向注入水时，注入压力增加到300psi，并且砂和粒子从管中流出。
实施例4.
实施例4是展示使用遇水膨胀型聚合物粒子与砂的组合实现转向的发明性实施例。将市售超吸收性聚合物粒子添加到50毫米水中以产生具有约2毫米平均直径的遇水膨胀型聚合物粒子。通过合并聚合物粒子、砂和水来制备转向剂流体。具有约2毫米初始直径的聚合物粒子可以吸胀以得到在暴露于水达6小时时具有约12毫米的吸胀直径的聚合物粒子。将含有聚合物粒子和砂混合物的转向剂流体注入系统中。在注入之后，注入和第二路径压力计读取1500psi。第一路径压力计读取0psi。水流从第一路径完全转向到第二路径。因此，砂和聚合物粒子的组合可以产生增强的转向效应。
实施例2到4的结果证实，使用包含超吸收性聚合物的遇水膨胀型聚合物粒子可以有效地使流体从具有较低阻力的路径转向到具有较高阻力的路径，例如，从初生裂缝到次生裂缝。不希望限于理论，据信吸胀的聚合物粒子将具有可以接触管表面或裂缝表面的相对光滑的表面。此可以引起相对少量的摩擦，并且可以实现珠粒在单独使用时的桥接和转向能力。另外将支撑剂(例如砂)并入具有聚合物粒子的转向剂流体中可以增加接触表面的粗糙度，从而增加摩擦和所产生的压力。此通过实施例3和4来展示，其中包含砂的转向剂流体更有效地将流体流转向到具有较高阻力的路径。
本文公开的转向剂流体和方法可通过以下实施方案来进一步阐释，所述实施方案不具限制性。
实施方案1：一种转向剂流体，所述转向剂流体包含水性载体流体；和多个遇水膨胀型聚合物粒子，所述遇水膨胀型聚合物粒子具有0.01微米到100,000微米、优选1微米到10,000微米、更优选50微米到5,000微米的大小。
实施方案2：如实施方案1所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子可膨胀到比未膨胀的相同聚合物粒子的平均直径大1.1到1000倍的平均直径。
实施方案3：如实施方案1到2中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子在与所述水性转向剂载体流体接触5分钟到60分钟、优选15到30分钟之后充分膨胀。
实施方案4：如实施方案1到2中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子在与所述水性转向剂载体流体接触1小时到36小时、优选6到36小时、更优选12小时到24小时之后充分膨胀。
实施方案5：如实施方案1到4中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子以0.1磅/千加仑到200磅/千加仑、优选0.5磅/千加仑到60磅/千加仑、更优选1磅/千加仑到40磅/千加仑的浓度存在于所述转向剂流体中。
实施方案6：如实施方案1到5中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子包含多糖、聚((甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯)(例如聚(丙烯酸2-羟基乙基酯))、聚((甲基)丙烯酸C1-8烷基酯)、聚((甲基)丙烯酰胺)、聚(乙烯基吡咯烷)、聚(乙酸乙烯酯)或包含上述各项中的至少一种的组合，优选聚丙烯酸。
实施方案7：如实施方案1到6中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述转向剂载体流体包含淡水、盐水、含水酸、含水碱或包含上述各项中的至少一种的组合。
实施方案8：如实施方案1到7中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述转向剂流体进一步包含与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的轻质微粒，优选砂。
实施方案9：如实施方案8所述的转向剂流体，其中所述轻质微粒具有小于或等于3.25的表观比重。
实施方案10：如实施方案1到9中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述转向剂流体进一步包含氧化破裂剂。
实施方案11：如实施方案1到10中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述转向剂流体进一步包含与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的额外转向剂，优选酞酸酐、聚乳酸、酞酸、岩盐、苯甲酸薄片、碾碎的包含胶原的可溶解密封球、含有酯的化合物、氯化钠颗粒、聚乙醇酸和包含上述各项中的至少一种的组合。
实施方案12：如实施方案1到11中任一项或多项所述的转向剂流体，其中所述转向剂流体进一步包含以下各项中的一种或多种：与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的轻质微粒，其中所述轻质微粒具有小于或等于3.25的表观比重；氧化破裂剂；和与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的额外转向剂，优选酞酸酐、聚乳酸、酞酸、岩盐、苯甲酸薄片、碾碎的包含胶原的可溶解密封球、含有酯的化合物、氯化钠颗粒、聚乙醇酸和包含上述各项中的至少一种的组合。
实施方案13：一种控制转向剂在地下地层中的井下放置的方法，所述方法包括将如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体注入所述地层中；其中所述水性载体流体经过选择而使得聚合物粒子在与所述水性载体流体接触足以实现所要的井下放置的时间量之后充分膨胀。
实施方案14：一种控制转向剂在地下地层中的井下放置的方法，所述方法包括将包含包括多个遇水膨胀型聚合物粒子的转向剂的转向剂流体注入所述地层中，所述遇水膨胀型聚合物粒子具有0.01微米到100,000微米、优选1微米到10,000微米、更优选50微米到5,000微米的大小；和水性载体流体，其经过选择而使得所述聚合物粒子在与所述水性载体流体接触足以实现所要的井下放置的时间量之后充分膨胀。
实施方案15：如实施方案13或14所述的方法，其中所述聚合物粒子可膨胀到比未膨胀的相同聚合物粒子的平均直径大1.1到1000倍的平均直径。
实施方案16：如实施方案13到15中任一项或多项所述的方法，其中所述聚合物粒子以0.1磅/千加仑到200磅/千加仑、优选0.5磅/千加仑到60磅/千加仑、更优选1磅/千加仑到40磅/千加仑的浓度存在于所述转向剂流体中。
实施方案17：如实施方案13到16中任一项或多项所述的方法，其中所述聚合物粒子包含多糖、聚((甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯)(例如聚(丙烯酸2-羟基乙基酯))、聚((甲基)丙烯酸C1-8烷基酯)、聚((甲基)丙烯酰胺)、聚(乙烯基吡咯烷)、聚(乙酸乙烯酯)或包含上述各项中的至少一种的组合，优选聚丙烯酸。
实施方案18：如实施方案13到17中任一项或多项所述的方法，其中所述载体流体为低粘度流体、优选滑溜水、淡水、盐水、含水酸、含水碱或其组合；其中所述聚合物粒子在与所述水性载体流体接触5分钟到60分钟、优选10分钟到30分钟、更优选15分钟到25分钟之后充分膨胀；且其中所述所要的井下放置是在井孔附近进行。
实施方案19：如实施方案13到18中任一项或多项所述的方法，其中所述载体流体是高粘度流体，优选胶凝流体或泡沫流体；其中所述聚合物粒子在与所述水性载体流体接触1小时到36小时、优选1小时到24小时、更优选1小时到12小时之后充分膨胀；并且其中所述所要的井下放置是在远离井孔的场所。
实施方案20：如实施方案13到19中任一项或多项所述的方法，其中所述水性载体流体具有0到14的pH值并且所述聚合物粒子在与所述水性载体流体接触5分钟到36小时之后充分膨胀。
实施方案21：如实施方案13到20中任一项或多项所述的方法，其中所述转向剂流体进一步包含与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的轻质微粒，优选砂。
实施方案22：如实施方案21所述的方法，其中所述轻质微粒具有小于或等于3.25的表观比重。
实施方案23：如实施方案13到22中任一项或多项所述的方法，其中所述转向剂流体进一步包含氧化破裂剂。
实施方案24：如实施方案13到23中任一项或多项所述的方法，其中所述转向剂流体进一步包含与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的额外转向剂，优选酞酸酐、聚乳酸、酞酸、岩盐、苯甲酸薄片、碾碎的包含胶原的可溶解密封球、含有酯的化合物、氯化钠颗粒、聚乙醇酸和包含上述各项中的至少一种的组合。
实施方案25：如实施方案13到24中任一项或多项所述的方法，其中所述地下地层是含烃地层。
实施方案26：如实施方案13到25中任一项或多项所述的方法，其中所述地下地层是页岩。
实施方案27：一种水力压裂通过储层穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大裂缝的压力注入所述地层中；将如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体注入所述地层中；和将压裂流体注入所述地层中，其中所述转向剂阻碍了所述压裂流体的流动并且增加了所述裂缝的表面裂缝面积。
实施方案28：如实施方案27所述的方法，其中通过如实施方案13到26中任一项或多项所述的方法实现所述转向剂在所述地下地层中的所述所要的井下放置。
实施方案29：一种水力压裂通过储层穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大初生裂缝的压力注入所述地层中；测定井下的井底处理压力；将如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体注入所述地层中；将所述测定的井底处理压力与预定的目标井底处理压力进行比较；和将压裂流体注入所述地层中，其中所述转向剂阻碍了所述压裂流体向漏失区的流动，并且增加了表面裂缝面积。
实施方案30：如实施方案29所述的方法，所述方法进一步包括以与所述压裂流体的注入速率不同的注入速率注入所述转向剂流体。
实施方案31：如实施方案29到30中任一项或多项所述的方法，其中在增加所述地层中的裂缝表面积之后去除所述转向剂。
实施方案32：一种水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大裂缝的压力注入所述地层中；测定井表面处或附近的表面压力；将如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体注入所述地层中以使流体流从高传导性区转向到较差传导性区；将所述测定的表面压力与目标表面压力进行比较；和改变所述井中的应力以增加所述裂缝的表面积，其中改变是通过以下方式进行：改变所述压裂流体的注入速率、改变所述井的井底压力、改变所述压裂流体的密度或包含上述方式中的至少一种的组合。
实施方案33：一种水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括将流体以足以产生或扩大初生裂缝的压力注入所述地层中；监测操作参数并将在将所述流体注入所述地层中之后的所述操作参数与所述操作参数的预定值进行比较，其中所述操作参数是所述流体的注入速率、所述流体的密度和所述井的井底处理压力；注入如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体以使流体流从高传导性区转向到较差传导性区；将注入所述转向剂流体的所述操作参数与所述操作参数的预定值进行比较；改变所述井中的应力以增加所述裂缝的表面积，其中改变是通过以下方式进行：改变所述压裂流体的注入速率、改变所述井的井底压力、改变所述压裂流体的密度或包含上述方式中的至少一种的组合。
实施方案34：一种水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括将压裂流体以足以产生或扩大具有第一表面积的裂缝的第一压力注入所述地层中；将如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体的流注入所述地层中，其中所述转向剂流体的流从高传导性区继续行进到较差传导性区；和将额外压裂流体以第二压力注入所述地层中，其中所述第二压力大于所述第一压力以使所述裂缝的表面积增加到第二表面积，其中所述第二裂缝面积大于根据基本上类似的方法但不采用将所述转向剂流体的流注入所述地层中而产生的裂缝面积。
实施方案35：一种水力压裂通过井穿透的地下地层的方法，所述方法包括将流体以足以产生或扩大初生裂缝的压力注入所述地层中；监测操作参数并将在将所述流体注入所述地层中之后的所述操作参数与所述操作参数的预定值进行比较，其中所述操作参数是所述流体的注入速率、所述流体的密度和所述井的井底处理压力；注入如实施方案1到12中任一项或多项所述的转向剂流体以使流体流从高传导性区转向到较差传导性区；将注入所述转向剂流体的所述操作参数与所述操作参数的预定值进行比较；将所述压裂流体的流注入所述地层中，其中所述转向剂阻碍了所述压裂流体向所述较差传导性区的流动以增加所述初生裂缝的表面积。
实施方案36：如实施方案29到35中任一项或多项所述的方法，其中所述地下地层是含烃地层。
实施方案37：如实施方案29到36中任一项或多项所述的方法，其中所述地下地层是页岩。
实施方案38：如实施方案29到37中任一项或多项所述的方法，其中所述方法的每一步骤都是连续的。
本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可彼此独立地组合。“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物和诸如此类。术语“(甲基)丙烯酰基”包括丙烯酰基和甲基丙烯酰基二者。另外，本文中的术语“第一”、“第二”和诸如此类并不表示任何次序、数量或重要性，而是用于区分一个要素与另一要素。结合数量使用的修饰语“约”包括所述值且具有上下文所规定的含意(例如，其包括与具体数量的测量相关的误差度)。除非本文另有指示或明显与上下文矛盾，否则本文中的术语“一个/种(a和an)”和“所述”并不表示对数量的限制，并且视为涵盖单数和复数二者。除非本文另有指示或明显与上下文矛盾，否则“或”意指“和/或”。一般来说，本发明可以替代性地包含本文所公开的任何适当组分、由所述适当组分组成或基本上由所述适当组分组成。可另外或替代性地调配所揭示的本发明以缺少或基本上不含先前技术组合物中所使用的或达成本发明的功能和/或目标原本不需要的任何组分、材料、成分、佐剂或物质。本文中的实施方案可以独立地加以使用或可以加以组合。
所有参考文献都以引用方式并入本文中。
尽管已描述了具体实施方案，但申请人或其他本领域技术人员可以想到目前未预料到或无法预料的替代形式、修改形式、变化形式、改善形式和基本等效形式。因此，所提交的和如可以加以修改的随附权利要求书意在涵盖所有此等替代形式、修改形式、变化形式、改善形式和基本等效形式。

Claims (15)

1.一种包含水性载体流体的转向剂流体，其特征在于所述转向剂流体进一步包含多个遇水膨胀型聚合物粒子，所述遇水膨胀型聚合物粒子具有0.01微米到100,000微米、优选1微米到10,000微米、更优选50微米到5,000微米的大小。
2.如权利要求1所述的转向剂流体，其中
所述聚合物粒子可膨胀到比未膨胀的相同聚合物粒子的平均直径大1.1倍到1000倍的平均直径；并且
所述聚合物粒子以0.1磅/千加仑到200磅/千加仑的浓度存在于所述转向剂流体中。
3.如权利要求1所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子在接触所述水性转向剂载体流体达5分钟到60分钟之后充分膨胀。
4.如权利要求1所述的转向剂流体，其中所述聚合物粒子在接触所述水性转向剂载体流体达1小时到36小时之后充分膨胀。
5.如权利要求1所述的转向剂流体，其中
所述聚合物粒子包含多糖；聚((甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯)，例如聚(丙烯酸2-羟基乙基酯)；聚((甲基)丙烯酸C1-8烷基酯)；聚((甲基)丙烯酰胺)；聚(乙烯基吡咯烷)；聚(乙酸乙烯酯)；或包含上述各项中的至少一种的组合；并且
所述转向剂载体流体包含淡水、盐水、含水酸、含水碱或包含上述各项中的至少一种的组合。
6.如权利要求1所述的转向剂流体，其中所述转向剂流体进一步包含以下各项中的一种或多种：
与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的轻质微粒，其中所述轻质微粒具有小于或等于3.25的表观比重；
氧化破裂剂；和
与所述遇水膨胀型聚合物粒子不同的另一转向剂，优选酞酸酐、聚乳酸、酞酸、岩盐、苯甲酸薄片、碾碎的包含胶原的可溶解密封球、含有酯的化合物、氯化钠颗粒、聚乙醇酸和包含上述各项中的至少一种的组合。
7.一种控制转向剂在地下地层中的井下放置的方法，其特征在于所述方法包括：
将如权利要求1所述的转向剂流体注入所述地层中，
其特征在于所述水性载体流体经过选择而使得所述聚合物粒子在接触所述水性载体流体达足以实现所要的井下放置的时间量之后充分膨胀。
8.如权利要求7所述的方法，
其中所述载体流体是低粘度流体，优选滑溜水、淡水、盐水、含水酸、含水碱或其组合；
其中所述聚合物粒子在接触所述水性载体流体达5分钟到60分钟、优选10分钟到30分钟、更优选15分钟到25分钟之后充分膨胀；并且
其中所述所要的井下放置是在井孔附近进行。
9.如权利要求7所述的方法，
其中所述载体流体是高粘度流体，优选胶凝流体或泡沫流体；
其中所述聚合物粒子在接触所述水性载体流体达1小时到36小时、优选1小时到24小时、更优选1小时到12小时之后充分膨胀；并且
其中所述所要的井下放置是在远离井孔的场所。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述水性载体流体具有0到14的pH值，并且所述聚合物粒子在接触所述水性载体流体达5分钟到36小时之后充分膨胀。
11.一种水力压裂通过储层或井穿透的地下地层的方法，其特征在于所述方法包括：
将压裂流体以足以产生或扩大裂缝的压力注入所述地层中；
将如权利要求1所述的转向剂流体注入所述地层中；和
将压裂流体注入所述地层中，其中所述转向剂阻碍了所述压裂流体的流动，并且增加了所述裂缝的表面裂缝面积。
12.如权利要求11所述的方法，其中通过如权利要求9所述的方法实现所述转向剂在所述地下地层中的所要的井下放置。
13.如权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括
监测操作参数，其中所述操作参数是所述流体的注入速率、所述流体的密度、所述井的井底处理压力或所述井的表面处或附近的表面压力；和
将在将所述转向剂流体注入所述地层中之后的所述操作参数与所述操作参数的预定值进行比较。
14.如权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括改变所述井中的应力以增加所述裂缝的表面积，其中改变是通过以下方式进行：改变所述压裂流体的注入速率、改变所述井的井底压力、改变所述压裂流体的密度或包含上述方式中的至少一种的组合。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述地下地层是含烃地层。
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