CN107257838B - 用于具有胶凝剂的延迟交联的水力压裂的方法和材料 - Google Patents

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Abstract

一种非水浆料含有不可混溶于水中的非水液体(诸如烃基油)，在其中分散有交联剂(诸如硼酸盐交联剂)和油润湿的表面活性材料。所述非水浆料还含有亲有机性粘土。当在含水压裂流体中使用时，所述非水浆料提供交联剂与水合性聚合物诸如瓜尔胶或瓜尔胶衍生物之间的交联延迟。所述含水压裂流体在泵入井中后提供增强裂隙网络。

Description

用于具有胶凝剂的延迟交联的水力压裂的方法和材料
说明书
公开领域
本发明涉及非水浆料、含有此类浆料的压裂流体以及在井穿透的地下地层的处理中使用压裂流体的方法。非水浆料提高了交联的压裂流体的性能。
公开背景
常规的含油和含气地层的水力压裂需要将压裂流体从井高压注入地层中。在这个过程中，岩石将损坏，形成断裂或裂缝。这发生在表面泵送压力加上井筒中流体的液体静压力减去通过管道和钻孔的流体流动的摩擦损失超过地层应力时。
使用常规压裂技术产生的裂缝的方向以双翼方式远离井筒并且垂直于地层的最小主应力。因为进入裂缝的压力和流体速度大于从裂缝流失到地层的流体，所以双翼裂缝中的裂缝继续增长。一旦裂缝增长开始，可以向流体中添加少量支撑剂，诸如具有从70/140至16/20目的尺寸范围的圆角砂。通常，每加仑流体的支撑剂的量随着处理的进展增加。
压裂流体通常是可以描述为凝胶或半固体的高粘度流体。它基于与化学品如硼酸根离子、锆和钛螯合物(诸如乳酸锆和乳酸锆三乙醇胺)交联的胶凝剂(诸如瓜尔胶)。粘度在40sec-1下可以为200至2000cP，但通常在40sec-1下为400至1000cP。需要粘度来产生裂缝宽度并且在裂缝内深处携带支撑剂。
然而，常规压裂技术通常是不可接受的，因为页岩和致密气体地层的压裂表现出小于10mD的渗透率，并且在一些情况下小于1.0mD并且通常小于0.1mD。(渗透率是多孔材料如沉积地层岩石中流动阻力的量度。)虽然常规储层需要产生双翼裂缝，但是低渗透性地层(诸如页岩)的压裂需要使复杂的裂缝发展最大化，或需要从初次裂缝形成二次裂缝和三次裂缝。两个因素促进断裂复杂性。第一，压裂流体以高速泵送。第二，压裂流体是非常稀的流体。
尽管在处理低渗透率储层中，平滑水压裂已经变成优选的压裂流体，但是它具有主要的缺点。平滑水流体通常由水和0.25至2.0加仑/1000加仑水的减摩剂组成。减摩剂通常作为基于阴离子或阳离子聚丙烯酰胺的反相聚合物乳液添加到水中。低粘度流体不允许在裂缝中足够的支撑剂输送，也不会产生足够的裂缝宽度以用更高载量的更大尺寸的支撑剂填充裂缝。因此，平滑水压裂更适合于高移动性气体，其中需要较少量的支撑剂。对于比气体移动性小的油，支撑剂必须具有更大的尺寸，并且需要更宽的裂缝以充分地排出储层。这目前通过顺序泵送平滑水、然后是常规高粘度流体来实现，两种流体都不具有水力压裂页岩储层的理想特性。
已经寻求用于低粘度流体的替代方案，低粘度流体增强裂隙网络在低渗透率储层中的产生并且提供增强的支撑剂到所产生的裂缝中的输送。
公开概述
本公开涉及非水浆料，所述非水浆料具有不可混溶于水中的非水液体、油润湿的表面活性材料和交联剂。
在一个实施方式中，本公开涉及油的非水油浆，所述油中分散有油润湿的表面活性材料和交联剂。非水油浆可以含有亲有机性粘土。
在另一实施方式中，本公开涉及含有包含油的浆料的非水油硼酸盐，所述油中分散有交联剂和油润湿的表面活性材料。含有浆料的非水油硼酸盐还含有亲有机性粘土。油润湿的表面活性材料具有亲水部分和疏水部分。交联剂包括硼酸盐。硼酸盐可以选自由以下项组成的组：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、五水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物。烃基油可以是加氢处理的石脑油或萃余液。
在另一实施方式中，本公开涉及井处理流体，所述井处理流体包含在上述段落中提及的非水浆料以及水溶性胶凝剂。优选的水溶性胶凝剂包括未衍生化的瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、刺槐豆胶、他拉胶(tara gum)、胡芦巴胶(fenugreek gum)、纤维素和纤维素衍生物。
在另一实施方式中，本公开涉及含水井处理流体，所述含水井处理流体含有在上述段落中提及的非水浆料和水溶性胶凝剂。含水井处理流体的粘度在40sec-1下小于20cP；在大多数情况下，粘度在40sec-1下为约10至约20cP。井处理流体中的胶凝剂的量在约6至约40磅每千加仑(pptg)水之间。在一个优选实施方式中，井处理流体中的胶凝剂的量在约8至约15pptg水之间。此外，井处理流体中的胶凝剂的量可以在约10至约12pptg水之间。
在另一实施方式中，本公开涉及井处理流体，所述井处理流体含有在上述段落中提及的非水浆料以及含有水溶性胶凝剂的非水浆料。
在本公开的另一实施方式中，提供了通过将上述段落中提及的含水井处理流体泵入井中来压裂地下地层的方法。可以在泵送含水井处理流体之后在地层中产生裂隙网络。
在另一实施方式中，提供了在水力压裂操作中增强支撑剂输送能力的方法。在本实施方式中，将包含胶凝剂的压裂流体泵入井中。压裂流体中胶凝剂的载量在约6至约40pptg水之间。压裂流体还含有非水浆料，所述非水浆料含有不可混溶于水中的非水液体、油润湿的表面活性材料和交联剂。由其存储模量和粘性模量测量的压裂流体的粘弹性通过压裂流体中油润湿的表面活性材料的存在而增强。
在另一实施方式中，提供了在水力压裂操作中增强支撑剂输送能力的方法。在本实施方式中，将包含未衍生化的瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物或其混合物的胶凝剂的压裂流体泵入井中。压裂流体中胶凝剂的载量在约6至约40pptg水之间、优选约6至约12pptg水之间。压裂流体还含有包含油的油基浆料，所述油中分散有亲有机性粘土、具有亲水部分和疏水部分的油润湿的表面活性材料以及包含硼酸盐或硼酸根离子释放化合物的交联剂，所述硼酸根离子释放化合物包括硼酸、碱金属硼酸盐(诸如二硼酸钠、四硼酸钾、四硼酸钠)、五硼酸盐、碱性硼酸盐、硼酸锌金属、氧化硼、十水硼酸钠、十水四硼酸钠、五水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠和四水八硼酸二钠和其混合物。由其存储模量和粘性模量测量的压裂流体的粘弹性通过压裂流体中油润湿的表面活性材料的存在而增强。
在本公开的另一实施方式中，提供了延迟胶凝剂在水中的交联时间的方法。在本实施方式中，将胶凝剂添加到水中。将含有非水流体、油润湿的表面活性材料和交联剂的非水浆料添加到含有胶凝剂的含水流体中。油润湿的表面活性材料降低交联剂被水润湿的速度。润湿速度的降低也可归因于油润湿的表面活性材料和非水液体的组合。这进而延迟了胶凝剂与交联剂的交联。
在本公开的另一实施方式中，提供了用于延迟胶凝剂的交联时间的方法，所述胶凝剂选自未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物或其在水中的混合物。在本实施方式中，将胶凝剂添加到水中。将含有包含油(其中分散有硼酸盐交联剂)的浆料的非水油硼酸盐添加到含有胶凝剂的含水流体中。含有浆料的非水油硼酸盐还含有油润湿的表面活性材料和亲有机性粘土。通过将油润湿的表面活性材料分散在非水油浆中来降低含水压裂流体中硼酸盐的润湿速度。这进而延迟了胶凝剂与硼酸盐的交联。
在本公开的另一实施方式中，提供了增强油或气从油井或气井中回收的方法。在本方法中，在压裂操作期间将在40sec-1下具有约4至约20cP的粘度的含水压裂流体泵入油井或气井中。含水压裂流体含有(i)非水液体浆料，其含有不可混溶于水中的非水液体、油润湿的表面活性材料和交联剂；(ii)胶凝剂和(iii)氧化破坏剂或酶破坏剂。含水流体中胶凝剂的量在约6至约40pptg水之间。
在本公开的另一实施方式中，提供了增强油或气从油井或气井中回收的方法。在本方法中，在压裂操作期间将在40sec-1下具有约4至约20cP的粘度的含水压裂流体泵入油井或气井中。含水压裂流体含有(i)包含烃基油的非水油浆，所述烃基油中分散有亲有机性粘土、具有亲水部分和疏水部分的油润湿的表面活性材料以及包含选自由以下组成的组的硼酸盐的交联剂：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠、五水四硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物；(ii)胶凝剂，其选自未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物或其混合物；以及(iii)氧化破坏剂或酶破坏剂。含水流体中胶凝剂的量在约6至约40pptg水之间。
在本公开的另一实施方式中，提供了减少经受水力压裂操作的地下地层的地层损坏的方法。在本方法中，在水力压裂操作期间将在40sec-1下具有约4至约20cP的粘度的含水压裂流体泵入穿透地下地层的井中。含水压裂流体含有(i)非水浆料，其含有不可混溶于水中的非水液体、油润湿的表面活性材料和交联剂；(ii)胶凝剂；以及(iii)氧化破坏剂或酶破坏剂。含水流体中胶凝剂的量在约6至约40pptg水之间。
在本公开的另一实施方式中，提供了减少经受水力压裂操作的地下地层的地层损坏的方法。在本方法中，在水力压裂操作期间将在40sec-1下具有约4至约20cP的粘度的含水压裂流体泵入穿透地下地层的井中。含水流体含有(i)包含油的非水油浆，所述油中分散有亲有机性粘土、具有亲水部分和疏水部分的油润湿的表面活性材料以及包含选自由以下组成的组的硼酸盐的交联剂：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠、五水四硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物；(ii)胶凝剂，其选自未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物，或者其混合物；以及(iii)氧化破坏剂或酶破坏剂。含水流体中胶凝剂的量在约6至约40pptg水之间。
优选实施方式详述
考虑以下对本公开的示例性实施方式的详细描述，本公开的特性和优点以及附加特征和益处对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解，本文中的描述是示例性实施方式，并不意图限制本专利的权利要求或要求其优先权的任何专利或专利申请。相反，希望覆盖落入权利要求的精神和范围之内的所有改良、等价和替代形式。在不脱离此种精神和范围的情况下，可以对本文公开的特定实施方式和细节进行许多改变。
如本文和本专利申请的各个部分(和标题)中所使用的，术语“公开”、“本公开”，以及其变化并不意图意指本公开或任何特定权利要求所涵盖的每个可能实施方式。因此，每个这样被引用的主题不应仅因为这样引用就被认为对于这种引用的每个实施方式或任何特定权利要求是必要的，或者被认为是此种引用的每个实施方式或任何特定权利要求的一部分。
本文和所附权利要求中使用的某些术语是指特定组分。如本领域技术人员将了解，不同的人可以用不同名称来指代组分。本文件不意图区分名称不同但功能相同的组分。
此外，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”以开放的方式在本文和所附权利要求中使用，且因此应解释为意指“包括但不限于……”。此外，本文和所附权利要求中对以单数时态表示的组分和方面的引用不一定将本公开或所附权利要求限于仅一个此种组分或方面，而是应当被解释为一般意指一或多个，如在每个特定情况下可能是合适且期望的。
提供描述和实例仅是为了说明本公开的优选实施方式的目的，而不应被解释为对本公开的范围和适用性的限制。尽管本公开的组合物在本文中描述为包含某些材料，但应当理解，所述组合物可以任选地包含两种或更多种化学上不同的材料。此外，组合物还可以包含除了已经引用的那些组分之外的一些组分。
在本公开和本详述的概述中，每个数值可以被读取为由术语“约”修饰，以及被读取为不通过术语“约”修饰。此外，在本公开和本详细描述的概述中，应当理解，当浓度范围被列出或描述为有用、适合等时，应认为已经陈述所述范围内的任何和每个浓度，包括端点。例如，“1至10的范围”应被读取为指示在约1与约10之间的闭联集内的每一个可能的数字。因此，即使所述范围内的具体数据点或甚至所述范围内的没有数据点被明确地认定或仅仅提及几个具体的数据点，但是应当理解，发明人理解和明白所述范围内的任何和所有数据点都将被认为已经被指定，并且发明人拥有所述范围内的整个范围和所有点。
此外，关于本文阐述的在511sec-1下测量的粘度使用带有F1弹簧、B1测锤(bob)和R1转子的Fann Model 35型粘度计，在77°F(25℃)和1个大气压的压力下以sec-1为单位的剪切速率来测量。在40sec-1下进行的粘度测量使用利用R1B5杯和测锤的高温高压Grace 5600在环境温度下和在页岩储层中遇到的升高的温度(240°F)下进行。振荡剪切测量使用利用R1B5杯和测锤的Grace 5600在72°F下进行。
通过将含有不可混溶于水中的非水液体的非水浆料泵入储层中可以在烃生产储层中产生复杂的裂隙网络。所述浆料可以用于由水平井筒和垂直井筒穿透的地层的压裂。
非水浆料在处理非常规烃储层地层中具有特别的适用性，所述非常规烃储层地层诸如低渗透性或“紧密”地层，诸如页岩、致密砂岩(通常具有约0.03至约2.0μm的孔喉尺寸)和煤层甲烷井。通常，这种地层的渗透率小于10mD，更通常小于1mD。在一个优选实施方式中，非水浆料可以用于处理页岩地层。
非水浆料包含不可混溶于水中的非水液体。非水浆料还具有交联剂和油润湿的表面活性材料。浆料还可以任选地含有具有或不具有粘土活化剂的亲有机性粘土。
油润湿的表面活性材料在非水浆料中的存在能够延迟交联剂与含水井处理流体中的胶凝剂的交联反应时间。尽管不意图受任何理论束缚，但认为交联时间的延迟归因于表面活性材料对分散在非水浆料中的交联剂的润湿特性。通过实现交联反应时间的延迟，在将流体泵入井中期间降低液压马力。
交联时间的增加使得在将流体泵入井筒中期间管道中的不必要的摩擦压力最小化。高摩擦压力是有问题的，因为它们需要更高的液压马力来使井压裂，并且因此增加操作费用。
非水液体通常是烃衍生的油，并且优选是非极性油。合适非极性油包括非极性烃油，包括C3-C20烃，包括烯烃。在一个优选实施方式中，非极性油是精制油，诸如加氢处理的石脑油或萃余液油。其他油可包括矿物油或柴油。还可以使用植物油。
浆料的非水液体还可以是不可混溶于水中的非水液体。此类液体可以包括醇、酮、羧酸、脂肪酸、脂肪醇、胺、酰胺以及二硫化碳。
通常，浆料中的非水液体的量为约100至约500、优选约200至235磅/桶(ppb)非水浆料。
交联剂通常是硼酸盐化合物或其他释放硼的化合物。硼酸盐交联剂可以是任何硼酸盐离子源并且包括有机硼酸盐、单硼酸盐、多硼酸盐、矿物硼酸盐、硼酸、硼砂、硼酸钠(包括无水的或任何水合物)、硼酸盐矿石(诸如硬硼钙石或硼钠钙石)以及与有机化合物络合以延迟释放硼酸根离子的任何其他硼酸盐，诸如美国专利5,145,590中所教导的。
通常，交联剂是硼酸盐，诸如十水硼酸钠、十水四硼酸钠、五水硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠和四水八硼酸钠以及其组合。在一个优选实施方式中，硼酸盐为四水八硼酸二钠。通常，非水油含硼酸盐浆料的约30至约250、优选约65至约135、更优选约83至约116ppb为硼酸盐。
当交联剂是硼酸盐时，油浆还含有分散在其中的亲有机性粘土。亲有机性粘土用作悬浮剂以保持硼酸盐分散在油中并且提供交联剂在分散体中的均一(或均匀)分布。
与油性表面缔合并拒绝含水表面的亲有机性粘土可以是纯化蒙脱石粘土(诸如锂蒙脱石、膨润土、绿坡缕石、海泡石、蒙脱石等)和季铵盐的反应产物。它包括涂覆的粘土(或褐煤)，诸如涂覆有脂肪酸季胺的粘土。所述涂层赋予粘土在油中的分散性。示例性亲有机性粘土包括在美国专利公开号20070197711和美国专利公开号20100305008中公开的那些，所述专利以引用的方式并入本文。本文包括有机膨润土，例如Elementis Specialties公司的
Figure BDA0001273626170000081
粘土和Southern Clay Products的产品Claytone SF。此外，此类亲有机性粘土可以是离子交换粘土。参见，例如，美国专利公布号20010056149，其以引用的方式并入本文。通常，非水油含硼酸盐浆料的2至约40、优选6至约10、更优选约8至约8.5ppb为亲有机性粘土。
粘土可能需要在非极性油中活化。合适粘土活化剂包括碳酸丙烯酯、乙醇和其组合。当存在时，粘土活化剂的量通常为按粘土重量计约15％至约75％、通常约25至约60％、更通常约40％至约50％。
油润湿的表面活性剂有助于交联剂通过非水液体的润湿和/或分散。优选的油润湿的表面活性剂是具有吸收到交联剂表面上的倾向的那些，并且包括阳离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。
因此，油润湿的表面活性材料具有疏水部分和对交联剂具有强亲和力的亲水部分。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为油润湿的表面活性材料吸收到交联剂的表面上，使得交联剂在较长时间段内变得油润湿的。当将非水浆料添加到水中时，交联剂不立即溶解。交联剂和胶凝剂的交联因此被延迟。通常，可以存在90秒至3分钟的延迟时间。所述延迟可以基于油润湿的表面活性材料和非水浆料中油润湿的表面活性材料的量来调节。因此，交联剂和胶凝剂的瞬时交联通过调节交联剂的溶解时间而延迟；所述溶解时间由吸附在油涂层或油状交联剂上的油润湿的表面活性材料来调节。
用于延迟胶凝剂与交联剂的交联的合适油润湿的表面活性材料包括在油润湿的表面活性材料的极性(亲水)部分上具有一或多个羟基或羟基衍生物的那些油润湿的表面活性材料。优选地，油润湿的表面活性材料具有多于一个的羟基、醚基和/或酯基。除了延迟交联之外，表面活性成分还稀化了浆料的粘度。
非水浆料中的油润湿的表面活性材料的量取决于所需的延迟时间和浆料的稳定性所需要的粘度极限。所需要的延迟时间可以由井数据确定，并且所需的时间可以通过浆料中油润湿的表面活性材料的浓度来调整。通常，分散在浆料中的非水液体成分的量为基于浆料的重量的约0.05至约10重量％、优选约0.05至约30重量％。在一些实施方式中，优选相对低的量，例如基于浆料的重量的0.05至10重量％、优选约0.05至大于3重量％、更优选约0.1至约1.0重量％。在其他实施方式中，优选较高的量，例如基于浆料的总重量的10至30重量％。
优选的油润湿的表面活性材料包括多元酯，诸如脱水山梨糖醇酯(山梨醇的酯化脱水产物)。酯的脂肪酸部分通常衍生自具有约6至约30、优选约12至约20个碳原子的脂肪酸。所述脂肪酸的典型实例为月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸和山萮酸。优选的脱水山梨糖醇酯包括脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨醇单月桂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯和脱水山梨糖醇三油酸酯。还优选的是聚氧乙烯二醇脱水山梨糖醇酯(如HLB值为14或更高的那些)。合适聚氧乙烯二醇脱水山梨糖醇酯包括聚氧乙烯二醇脱水山梨醇六油酸酯和聚氧乙烯山梨醇六油酸酯。
也可以使用脱水山梨糖醇酯的乙氧基化物，其中一或多个羟基可以含有1至约20个氧乙烯单元，以及其混合物。实例包括POE(5)脱水山梨糖醇单油酸酯、POE(2)脱水山梨糖醇单油酸酯、POE(20)脱水山梨醇单月桂酸酯等。
其他优选的油润湿的表面活性材料包括植物或动物来源的烷氧基化(诸如乙氧基化、丙氧基化、乙丙氧基化(ethopropoxylated))甘油酯。合适单甘油酯、二甘油酯和三甘油酯可以衍生自猪油、牛脂、花生油、黄油、棉籽油、亚麻籽油、橄榄油、棕榈油、棕榈仁油、菜籽油、葡萄籽油、鱼油、大豆油、蓖麻油、油菜籽油、椰干油或椰子油，并且包括1至60之间的合适烷氧基化单元的总数。优选乙氧基化甘油酯。聚烷氧基化甘油酯中的烷氧基化单元的数量通常为1至约60。
烷氧基化甘油酯可以通过环氧烷(诸如环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷，或者其混合物)将单甘油酯、二甘油酯和三甘油酯烷氧基化获得；或通过甘油酯与聚亚烷基二醇的酯基转移获得。在一个优选实施方式中，乙氧基化的单甘油酯或二甘油酯由以下制备：甘油；直链或支链C4-C30、优选C10-C19、更优选C12-C18脂肪酸；以及2至30个乙氧基和/或丙氧基单元，优选2至10个乙氧基单元。在另一优选实施方式中，乙氧基化甘油三酯包括以下的反应产物：具有游离羟基的甘油三酯(诸如蓖麻油)；以及2至30个乙氧基和/或丙氧基单元，优选2至10个乙氧基单元。在一个优选实施方式中，烷氧基化甘油三酯的HLB在12至16之间
其他优选的油润湿的表面活性材料是C6-C30、优选C8-C24、更优选C10-C24的醇或酚(包括烷基、烷芳基和芳基取代的酚)的环氧烷加合物。环氧烷通常含有2至5个碳原子。此类表面活性成分包括月桂基聚氧乙烯二醇醚、硬脂基聚氧乙烯二醇醚、鲸蜡基聚氧乙烯二醇醚和壬基酚聚氧乙烯二醇醚。此外，表面活性材料可以包括直链或支链单羧酸的环氧乙烷加合物，并且所述加合物具有大于约13.5、优选大于约14的HLB。
其他油润湿的表面活性材料包括乙氧基化的一元醇或多元醇或其衍生物。优选的是由用每摩尔醇约7至约10摩尔环氧乙烷乙氧基化的C9-C11烷基醇制备的那些乙氧基化一元醇或多元醇。此类表面活性材料包括十三烷醇乙氧基化物。
在一个更优选的实施方式中，聚亚烷基二醇醚还有疏水嵌段和亲水嵌段，每个嵌段优选基于至少一个氧乙烯基或氧丙烯基，或者其混合物。此类表面活性材料的示例是在美国专利号6,395,686中阐述的那些，所述专利以引用的方式并入本文。
还优选式R1O-(CH2CHR2O)x-(CH2CH2O)y-(CH2CHR3O)z-R4的反应性表面活性材料，其中R1为8-30个碳原子的烷基、芳基、烷芳基或芳烷基芳基，R2是-CH2OCH2CH＝CH2(AGE)；R3是H、CH3或CH2CH3；R4是H或-SO3M或-PO3M，其中M是H或K、Na、NH4、NR4、烷醇胺或其他阳离子物质，并且x＝2-100；y＝4-200以及z＝0-50。此类反应性表面活性材料在美国专利号9,051,341中阐述，所述专利以引用的方式并入本文。
非水浆料优选为含有表面活性材料、硼酸盐作为交联剂和亲有机性粘土的非水油基浆料。可以通过首先将亲有机性粘土添加到烃衍生油中以产生粘土富集油浆来生产油基浆料。当必要时，可以将粘土活化剂添加到粘土富集的油浆中。通常，亲有机性粘土和烃衍生油和粘土活化剂(当需要时)在室温下在混合器中混合，直到油混合物在511sec-1下变稠至超过12cP的粘度，并且优选15cP以上。然后可以将油润湿的表面活性材料添加到粘土富集的的油浆中，随后添加硼交联剂。油润湿的表面活性材料和硼交联剂可以直接添加到含有粘土富集的油浆和油润湿的表面活性材料的混合器中。通常，本文所述的混合是在室温下，温度范围由季节温度决定。
非水浆料还可以包括pH调节剂(诸如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾和胺)和/或pH缓冲剂(诸如碳酸钾)，以在交联之前将含水井处理流体的pH调节至约9.5至11.5。
可以将非水浆料添加到含有胶凝剂的含水流体中。然后可以将所得流体作为压裂流体泵入井中。通常，含水压裂流体中胶凝剂的量为含水压裂流体的约0.21至约1.05、更优选约0.29至约0.84、最优选约0.33至约0.50ppb。
可以首先将胶凝剂分散在不含水的浆料(“含胶凝剂的非水浆料”)中，而不是作为干粉末添加到含水流体中。然后可以将含胶凝剂的非水浆料与含有交联剂的非水浆料一起添加到含水流体中，并且然后将所得的含水流体作为含水压裂流体泵入井中。通常，含胶凝剂的非水浆料中胶凝剂的量为含胶凝剂的非水浆料的约至约185、优选约160至约170ppb。在含水井处理流体中含有交联剂的非水油浆与含胶凝剂的非水浆料的重量比通常为约1:25至约2:1，优选约1:25至约1:1，更优选约2.0:49.5至约15.8:17.2，例如约1:7至约1:2。
含胶凝剂的非水浆料含有非水液体和胶凝剂。优选地，非水液体为油，诸如在包含交联剂的油基浆料中使用的上面提及的油的任一种。含胶凝剂的非水浆料还优选含有亲有机性粘土。亲有机性粘土可以是存在于含硼酸盐的油基浆料中的任何亲有机性粘土。尽管含硼酸盐的油基浆料和含胶凝剂的油基浆料中的亲有机性粘土通常是相同的，但是也可以使用不同的亲有机性粘土。通常，含胶凝剂的非水浆料中亲有机性粘土的量为含胶凝剂的非水浆料的约3.6至约7.5、优选约4.5至约5.5ppb。
可以通过将亲有机性粘土添加到油中来制备含胶凝剂的非水基浆料。油可以是在含有交联剂的油基浆料中使用的油的任一种。当必要时，可以将活化剂添加到粘土富集的油中。粘土可能需要在油中活化。合适粘土活化剂包括碳酸丙烯酯、乙醇和其组合。当存在时，粘土活化剂的量通常为粘土重量的约15％至约40％，通常约25％。
此外，可以将水润湿的表面活性材料添加到含胶凝剂的非水浆料中。水润湿的表面活性材料通常在添加胶凝剂之前添加到油中。一旦将含胶凝剂的非水浆料添加到含水流体中，则水润湿的表面活性材料有助于从胶凝剂的表面除去油，并因此促进胶凝剂的水合。
水润湿的表面活性材料可以是非离子的、阴离子的、阳离子的或两性的。合适水润湿的表面活性材料的实例包括乙氧基化壬基酚表面活性材料、聚氧乙烯脱水山梨醇基表面活性材料、脂肪醇乙氧基化物(诸如十三醇乙氧基化物)等。当存在时，含胶凝剂的非水浆料中水润湿的表面活性材料的量为基于含胶凝剂的非水浆料的总重量的按重量计约0.1％至约10％、优选约0.15％至约3％、更优选约0.2％至约0.3％。
可以制备含有交联剂和含胶凝剂的非水浆料的非水浆料并将其输送到井场。含胶凝剂的非水浆料和含有交联剂的浆料可以根据操作者的需要顺序地在井场处的含水处理流体中混合。通常，在含水井处理流体中含有交联剂的浆料与含胶凝剂的非水浆料的重量比为约1:25至约2:1，优选约1:25至约1:1，更优选约2.0:49.5至约15.8:17.2，例如约1:7至约1:2。优选地，在井场处，可以将含有交联剂的非水含水浆料添加到含有胶凝剂的含水流体中。在此类情况下，可以在添加含有交联剂的非水浆料之前或之后将作为胶凝剂的干粉添加到井场处的含水流体中。
在含胶凝剂的非水浆料中的亲有机性粘土、油和粘土活化剂中的任一种可以与含有交联剂的非水浆料中的亲有机性粘土、油和粘土活化剂相同或不同。在一个优选实施方式中，含有交联剂的非水浆料中的亲有机性粘土、非水液体和粘土活化剂与含胶凝剂的非水油浆中的亲有机性粘土、非水液体和粘土活化剂相同。
胶凝剂可与交联剂交联。
示例性的胶凝剂为水合性聚合物，并且包括多糖，诸如纤维素、淀粉和半乳甘露聚糖胶。合适纤维素和纤维素衍生物包括烷基纤维素、羟烷基纤维素或烷基羟烷基纤维素、羧烷基纤维素衍生物(诸如甲基纤维素)、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丁基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素。具体的半乳甘露聚糖胶和衍生的半乳甘露聚糖胶包括未衍生化的瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟乙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶。优选的是未衍生化的瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶。
其他合适多糖包括刺槐豆胶、他拉胶或胡芦巴胶，或者其混合物。
胶凝剂的交联可以在两个步骤中完成。第一，为了水合，可以将处理流体的pH从约6.6至8.5的pH范围增加至约9.5至约11.5的pH范围用于交联。pH的增加可以通过使用常用的碱，诸如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、胺诸如单乙醇胺、碳酸钾，或者其混合物。第二，交联剂是当添加到含胶凝剂的非水浆料中时在30秒至3分钟内完全溶解的交联剂。为了操作简单，计量和混合最好通过将硼酸盐的浆料分散体泵入油中来实现。
优选的浆料是由分散在硼酸盐的非溶剂中的硼酸盐组成的那些。油中的硼酸盐粉末的浓度取决于当溶解在压裂流体中时从盐中释放的硼的量。通常，当添加到1000加仑压裂流体中时，硼酸根离子浓度应当为每加仑浆料约200至1000ppm、优选约250至800ppm。更优选每1000加仑压裂流体每加仑浆料350至600ppm硼酸根离子。这些粉末通常尺寸为70/140目。
在井场处，可以根据需要向流体添加井处理添加剂。此类添加剂可以包括一或多种阻垢剂、腐蚀抑制剂、生物杀灭剂、破胶剂、生物杀灭剂、稳定剂、气体水合物抑制剂、互溶剂、杀菌剂、石蜡抑制剂、沥青质抑制剂、铁控制剂、相对渗透率改性剂、硫化物清除剂和其混合物。
在一个实施方式中，含水井处理流体中的烃基油的量为含水井处理流体约10-25ppb，含水井处理流体中的油润湿的表面活性材料的量为含水井处理流体约0.03至约0.1ppb；含水井处理流体中的交联剂的量为含水井处理流体约1至约4ppb；含水井处理流体中的亲有机性粘土的量为每桶含水井处理流体约0.3至约1磅；并且含水井处理流体中的胶凝剂的量为含水井处理流体约7至约16.5ppb。
胶凝剂在含水井处理流体中的载量可以为约6至约40磅/1000加仑水，通常为约8至约15磅/1000加仑，并且更通常为约8至约12磅/1000加仑水。是胶凝剂的粘弹性使得在含水井处理流体中的低胶凝剂载量成为可能。
引入到井筒中的含水井处理流体的粘度在40sec-1下通常小于20cP，更通常在10cP和20cP之间。当暴露于操作剪切应力时，含水井处理流体的粘度快速降低。例如，在将流体引入井筒中之后，含水井处理流体的粘度在511sec-1下可以为约4至约9cP。当交联剂为硼酸盐且非水液体为油时，在硼酸盐交联剂与水溶性胶凝剂交联之后，交联凝胶的粘度在40sec-1下可以为约200至2,000cP。
一旦在裂缝中，流体的热稀化会降低粘度，使得高流体速度而不是粘度将支撑剂放置在裂缝中。(本文提及的支撑剂可以是本领域中任何公认的支撑剂，并且可以包括砂、铝土矿、覆膜砂、覆膜铝土矿、合成树脂、覆膜树脂，并且包括比重小于砂或铝土矿的轻质材料)例如，在形成交联凝胶之后，在160°F以上的原位温度条件下，流体的粘度在40sec-1下可以为10至20cP。在40sec-1下具有5至20cP的粘度但具有比负载减摩剂的平滑水或线性凝胶更大的粘度的稀化流体具有基本上比常规交联流体粘度更低的粘度。因此，能够更好地促进增加储层中的产量所需的裂缝复杂性增长。
根据在原位条件下流体的热稀化现象，含水井处理流体可以表征为“唇形变凝胶(lipping gel)”。如本文所用，术语“唇形变凝胶”(也称为“舌形变凝胶(tonguing gel)”)是指当使容纳凝胶的容器倾斜45°-90°的角度时经历变形的可变形凝胶。凝胶的变形可以通过形成“唇形”或“舌形”来进行，所述凝胶的变形可以通过将容器返回到其直立位置而被收回到容器中。例如，硼酸盐交联剂和胶凝剂在烃基油浆中在高pH条件下的反应产生交联的凝胶，热稀化发生在约130°F以上。
与其中形成双翼裂缝的传统压裂不同，在低渗透率储层(诸如页岩)的压裂中，压裂流体是裂缝中的低粘度流体。这使得能够在相对短的时间段内产生多个裂缝，即形成裂隙网络。低渗透率储层中的大多数压裂是在水平井筒中。然而在常规压裂中，压裂流体保留在双翼中，在低渗透率储层的压裂中，重要的是流体中的支撑剂被快速垂直地携带到井中，然后进入井的水平部分并穿过钻孔。因此，需要流体的粘度在井的垂直部分中较低以使高摩擦压力最小化，来使昂贵的泵送液压马力最小化，这是延迟交联的重要性。在到达井的水平部分的跟部时，特别是表现出粘弹性特性的流体，需要更高的交联粘度以沿着井的水平部分输送或携带更大尺寸和更大量的支撑剂，并穿过将井连接到储层的穿孔。一旦流体进入储器，流体应该热稀化成低粘度流体(在40sec-1下维持10至40cP，通常小于20cP)以使其产生裂缝复杂性。
因此，含水井处理流体在复杂裂隙网络中表现出比平滑水更高的粘度。由于自然的储层温度，流体的粘度快速降低。在130至140°F的高温下，流体稀化回到大于线性凝胶(在511sec-1下至多6-7cP)本身的粘度，所述流体足够稀以引发页岩产量提高所需的二次裂缝和三次裂缝。
具有低载量的胶凝剂的含水压裂流体还提供用于支撑剂输送的优良介质。支撑剂悬浮在裂缝的近井部分中的压裂流体中，直到热稀化降低支撑剂携带能力。即使在胶凝剂的载量为6至8磅/1,000加仑(pptg)水的情况下也是如此。支撑剂在含有低载量的胶凝剂的流体中的输送能力可归因于流体的弹性(由是唇形变凝胶的流体证明)。
井处理流体几乎十倍高于平滑水的粘度，所以提供了比平滑水操作更好的支撑剂放置。与井处理流体的低粘度相结合的交联凝胶结构还使得能够将与平滑水提供的支撑剂相比更高量的支撑剂输送到地层中。因此，将支撑剂放置到产生的裂隙网络内的二次裂缝中更有效。因此，含水压裂流体提供了输送介质，用于携带与平滑水工艺中的支撑剂相比更大体积的支撑剂穿过侧面和钻孔，但是仍然允许流体恢复到裂缝中的近滑水状态。
与常规压裂流体相比，本文公开的含水流体的使用减少了经受压裂操作的地下地层的损坏。由于油润湿的表面活性材料降低了交联剂被水润湿的速度，所以交联剂和胶凝剂之间的反应由于油润湿的表面活性材料在浆料中的存在而延迟。由于交联剂和胶凝剂之间的反应被延迟，所以需要较少的胶凝剂将支撑剂携带到地层中。通常在流体中的凝胶剂为约6至12pptg水。具有低的胶凝剂载量的流体减少了由胶凝剂的存在而引起的地层的损坏。
此外，由于通过热稀化的粘度损失，具有低聚合物载量的压裂流体比常规凝胶能耐受更大量的破胶剂。破胶剂通常包括在压裂流体中以降低流体粘度，使得可以回收降解的压裂流体，同时将支撑剂留在裂隙网络中。破胶剂被设计来降解聚合物凝胶以防止支撑剂充填层中的凝胶残余物相关的流动能力下降。常规的破胶剂包括强氧化剂，诸如过硫酸铵或过硫酸钠、过氧化氢、过氧化钙、过氧化镁、叔丁基过氧化氢、氢过氧化枯烯和亚氯酸钠。另外，破胶剂可以包括能够降解半乳甘露聚糖多糖胶凝剂的酶。这些酶包括半纤维素酶、淀粉酶以及瓜尔胶特异性酶，诸如甘露聚糖酶。
破胶剂的类型和量通常在压裂处理之前由实验室测试确定。破胶剂的量，称为破胶剂调度(schedule)，通常基于API的ISO 13503-1(以前称为RP-39)中所述的流变学测试。理想地，流体中的破胶剂的量对于处理早期的压裂流体的粘度具有最小的影响以允许支撑剂放置在裂缝中。对于130°F至180°F之间的温度，可以以以0.25至2.0磅/1000加仑的浓度使用过硫酸铵或过硫酸钠。可以通过用1份酶浓缩物将浓缩物(诸如Elanco的高pH酶破胶剂)稀释至299份(按体积计)并使用0.25至5.0gpt以浓缩物的稀释形式来使用酶。在高于180°F的温度下，压裂流体中酶破胶剂的量可以是10重量％亚氯酸钠溶液的0.25至5.0gpt。之后，破胶剂降解压裂流体以得到最大的流体回收并且不存在可能引起支撑剂充填层中的流动能力下降的凝胶损坏。实际上，由于在处理操作早期的粘度损失，导致一些流动能力下降。这种粘度损失应当是不足以允许流体完全降解的量。
由于本文阐述的压裂流体可能具有低聚合物载量，所以由于流体的热稀化发生了显着的粘度损失。因此，随着裂缝的复杂性的增长，流体可以因此耐受大量的破胶剂。在这种情况下，在几个管道体积的流体之后，邻近钻孔的井温度通常比表面上的流体温度高5°F至约20°F。较低的温度防止氧化破胶剂活化，允许流体在不显着影响粘度的情况下从表面输送支撑剂，沿着侧面并穿过钻孔。一旦在裂缝中，热稀化会降低流体的粘度，使得流体速度而不是粘度将支撑剂放置在裂缝中。具有5至20cP的粘度但具有比负载减摩剂的平滑水或线性凝胶更大的粘度的稀化流体具有基本上比常规交联流体更低的粘度。这种较低的粘度能够更好地促进裂缝复杂性并因此增加储层的产量。这对页岩储层尤其如此。
由于通过热稀化的粘度损失，超低聚合物压裂流体可以比常规凝胶耐受更大量的破胶剂。通常，压裂流体中破胶剂的量为基于压裂流体总重量的约0.001至约0.024、优选约0.003至约0.018、更优选约0.006至约0.012。这种对破胶剂的耐受性促进较少的支撑剂充填损坏和较少的通过支撑剂充填层的流动功能下降，得到提高的油或气的产量。
实施例
以下实施例说明了本公开的一些实施方式。考虑到本文阐述的描述，在本文权利要求的范围内的其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。预期本说明书和实施例仅被视为示例性的，其中本公开的范围和精神由以下权利要求书指示。
除非另外指明，实施例中阐述的所有百分比均以重量单位给出。
实施例1.
使用闪电搅拌器，使用表1中限定的重量以从顶部到底部的添加顺序制备浆料。将500ml自来水倒入WARING混合器中。浆料制备如下：将1.0ml含有0.48g瓜尔胶的瓜尔胶浆料混合几分钟，直到胶被水合。用25％氢氧化钠溶液将pH调节到pH 10.0。然后将搅拌器速度调节至1300rpm以产生涡旋。将0.7ml交联剂添加到溶液中，并启动秒表。测量每种浆料制剂涡旋关闭所需的时间。这个测试表明，通过改变表面活性材料的载量可以控制交联时间。(当聚合物交联并且凝胶强度或粘度增加时，混合器中的涡旋关闭。)
实施例中所有表面活性材料都是硼砂的油润湿剂。
表1
Figure BDA0001273626170000181
实施例2.
使用闪电搅拌器并使用表2中限定的重量以从顶部到底部的添加顺序制备浆料。在浆料制备之后，将250ml自来水倒入WARING混合器中。将水处理为0.50ml含有0.24g瓜尔胶的瓜尔胶浆料，并且混合几分钟直到胶被水合。如表所示，用25％氢氧化钠溶液调节pH。然后将搅拌器速度调节至980rpm以产生涡旋。然后，将0.35ml交联剂添加到溶液中，并启动秒表。测量每种浆料制剂涡旋关闭所需的时间。这个测试表明，通过改变表面活性材料与表1相比的类型和载量，可以轻易地控制交联时间。
表2
Figure BDA0001273626170000191
实施例3.
使用闪电搅拌器并使用表3中限定的重量以从顶部到底部的添加顺序制备浆料。在浆料制备之后，将500ml自来水倒入WARING混合器中。将水处理为1.0ml含有0.48g瓜尔胶的瓜尔胶浆料，并且混合几分钟直到胶被水合。如表所示，用25％氢氧化钠溶液将pH调节至pH 10.0。然后将搅拌器速度调节至1250rpm以产生涡旋。然后，基于表中所示的体积，向溶液中添加交联剂并启动秒表。测量每种浆料制剂涡旋关闭所需的时间。这个测试表明，通过改变浆料中表面活性材料的量和载量，可以轻易地控制交联时间并且可以延长至长时间(如果需要的话)。
表3
Figure BDA0001273626170000201
实施例4.
使用闪电搅拌器并使用表4中限定的重量以从顶部到底部的添加顺序制备浆料。在此表中，测试十水物和五水物的混合物来评价对不同类型的硼酸盐的润湿效果。在浆料制备之后，将500ml自来水倒入WARING混合器中。将水处理为1.0ml含有0.48g瓜尔胶的瓜尔胶浆料，并且混合几分钟直到胶被水合。如表所示，用25％氢氧化钠溶液将pH调节至约pH10.0。然后将搅拌器速度调节至1300rpm以产生涡旋。然后，基于表中所示的体积，向溶液中添加交联剂并启动秒表。测量每种浆料制剂涡旋关闭所需的时间。这个测试表明，通过改变浆料中表面活性材料的量和载量，可以轻易地控制交联时间并且可以延长至长时间(如果需要的话)。
表4
Figure BDA0001273626170000211
实施例5.
使用闪电搅拌器并使用表5中限定的重量以从顶部到底部的添加顺序制备浆料。在此表中，测试四水八硼酸钠的混合物来评价对不同类型的吸附表面活性材料的润湿效果。在浆料制备之后，将500ml自来水倒入WARING混合器中。将水处理为2.5ml含有1.20g瓜尔胶的瓜尔胶浆料，并且混合几分钟直到胶被水合。如表所示，用25％氢氧化钠溶液将pH调节至约pH 10.0。然后将搅拌器速度调节至1300rpm以产生涡旋。然后，基于表5中所示的体积，向溶液中添加交联剂并启动秒表。测量每种浆料制剂涡旋关闭所需的时间。这个测试表明，通过改变浆料中表面活性材料的类型，可以轻易地控制交联时间并且可以延长至长时间(如果需要的话)。
表5
Figure BDA0001273626170000221
实施例6.
水力压裂流体被设计用于产生最佳裂缝几何形状，其长度和裂缝宽度允许支撑剂进入。流体还被设计用于将支撑剂从表面携带到裂缝，尤其是在采用可以为3000至6000英尺距离的广阔水平侧面的水平井中。与垂直井不同，在水平部分中，重力垂直于流体流动的方向，这些力导致砂沉降并在井筒中聚集。本实施例表明本发明的流体能够在井的水平部分中输送支撑剂。
向在WaringTM混合器中混合的500ml自来水中添加1.5ml瓜耳胶，所述瓜尔胶以相当于每1000加仑压裂流体12磅瓜尔胶的浓度分散在矿物油中。将流体以1500rpm混合两分钟，然后用25重量％氢氧化钠溶液调节至pH 10.0。调节pH后，将所述流体用0.70ml实施例5制剂F20中限定的交联剂和120g 20/40Northern White Sand(比重2.65)处理，并在1300rpm下混合1分钟。砂浓度相当于2磅/加仑。
混合后，将负载沙子的凝胶在72°F下倒入500ml的量筒中并启动计时器。相比之下，将砂下降与相同浓度下但不交联的瓜尔胶聚合物溶液进行比较。所述下降为2.5秒15英寸或359”/min。这些数据在表6中报道。此数据表面基于超低聚合物的交联压裂流体可以比没有交联的仅聚合物的溶液更有效地充分输送支撑剂。
表6
Figure BDA0001273626170000231
实施例7.
向在WaringTM混合器中混合的500ml自来水中添加1.0ml瓜耳胶，所述瓜尔胶以相当于每1000加仑压裂流体8磅瓜尔胶的浓度分散在矿物油中。将流体以1500rpm混合两分钟，然后用25重量％氢氧化钠溶液调节至pH 10.0。调节pH后，将所述流体用0.80ml实施例5制剂F20中限定的交联剂和120g 20/40Northern White Sand(比重2.65)处理，并在1300rpm下混合1分钟。砂浓度相当于2磅/加仑。混合后，将负载沙子的凝胶在72°F下倒入500ml的量筒中并启动计时器。相比之下，将砂下降与相同浓度下但不交联的瓜尔胶聚合物溶液进行比较。所述下降为1.5秒15英寸或600”/min。这些数据在表6中报道。此数据表面基于超低聚合物的交联压裂流体可以比没有交联的仅聚合物的溶液更有效地充分输送支撑剂。
实施例8.
向在WaringTM混合器中混合的500ml自来水中添加2.0ml瓜耳胶，所述瓜尔胶以相当于每1000加仑压裂流体16磅瓜尔胶的浓度分散在矿物油中。将流体以1500rpm混合两分钟，然后用25重量％氢氧化钠溶液调节至pH 10.0。调节pH后，将所述流体用0.80ml实施例5制剂F20中限定的交联剂处理，并在1300rpm下混合1分钟。混合后，将65ml凝胶注射到Grace5600样品杯中，并在72°F和环境压力下放置在流变仪上。然后使凝胶在5％应变下在5分钟时间内经受频率为0.1至4Hz的振荡剪切。将扫描重复6次，以评价交联密度的变化。这些通过存储模量G'以及损失或粘性模量G”的变化来检查。此流体被指定为流体A，且结果示于表7中。作为比较，将本发明的流体与用相同聚合物浓度和pH但使用常规交联剂制备的凝胶进行比较，所述常规交联剂由0.5ml延迟交联剂、分散在甲酸钾溶液中并且可从TBC Brinadd作为FracSal Ultra获得的硼钠钙石、以及0.4ml由2％硼组成并且可从IndependenceOilfield Chemicals作为XLW-B2获得的表面硼酸盐交联剂组成。此常规流体在表7中被指定为流体C。
表7
Figure BDA0001273626170000241
这个数据表明，新的新颖流体在短时间和长时间交联间隔中都比常规流体更具粘弹性。
尽管不受理论的束缚，但申请人相信，油浆中的油润湿的表面活性材料增加了水从硼酸盐颗粒的表面置换油然后将硼酸盐溶解在水中以影响聚合物的交联时间。
虽然已经参照具体细节描述了本发明，但是除了它们包括在所附权利要求书中的程度之外，并不意图将此类细节视为对本发明的范围的限制。
根据前述内容，将观察到，在不脱离本公开的新型概念的真实精神和范围的情况下，可以实现许多变化和修改。

Claims (29)

1.一种在由井筒穿透的地下地层内产生裂隙网络的方法，所述地下地层具有小于10mD的渗透率，所述方法包括：
(A)在剪切作用下将含水井处理流体泵入所述井筒中，所述含水井处理流体包含交联剂和水溶性胶凝剂并在泵送期间延迟所述交联剂与所述水溶性胶凝剂之间的交联，其中：
(a)所述含水井处理流体在被泵入所述井筒时的粘度为在40sec-1下小于20cP；
(b)所述含水井处理流体包含非水浆料和所述水溶性胶凝剂，其中所述非水浆料包含(i)不可混溶于水的非水液体；(ii)油润湿的表面活性材料；以及(iii)所述交联剂；
(c)所述含水井处理流体中的所述水溶性胶凝剂的量为每1,000加仑水6至15磅；以及
(d)通过由所述水溶性胶凝剂和所述交联剂形成交联凝胶，使所述含水井处理流体的粘度增加；和
(B)通过在原位条件下热稀化所述含水井处理流体来降低所述含水井处理流体的粘度，并通过所述热稀化的含水井处理流体在所述地层内产生裂隙网络。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述非水液体是油。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述油为具有C3至C20的烃类的非极性油。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述非极性油为加氢处理的石脑油或萃余液。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述非水浆料包括亲有机性粘土。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
(i)每桶所述浆料200至235磅为所述油；
(ii)每桶所述浆料0.3至0.75磅为所述油润湿的表面活性材料；
(iii)每桶所述浆料65至135磅为所述交联剂；和
(iv)每桶所述浆料6至10磅为所述亲有机性粘土。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述交联剂为硼酸盐。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述硼酸盐选自由以下项组成的组：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠、五水四硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述油润湿的表面活性材料选自由以下项组成的组：脱水山梨糖醇酯、脱水山梨糖醇酯的烷氧基化物、聚烷氧基化甘油酯、C6-C30醇或C6-C30烷基的环氧烷加合物、烷芳基或芳基取代的或未取代的酚、聚亚烷基二醇醚，以及其混合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述水溶性胶凝剂选自由以下项组成的组：未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶，或者其混合物。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述含水井处理流体中的所述水溶性胶凝剂的量为每1,000加仑水10至12磅。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述水溶性胶凝剂分散在含胶凝剂的非水浆料中。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述含水井处理流体的粘度通过热稀化被降低至在511sec-1下4至9cP的值。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述地下地层具有小于1.0mD的渗透率。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述地下地层为具有0.03至2.0μm的孔喉尺寸的页岩、煤层和砂岩。
16.如权利要求1所述的方法，其中在所述产生的裂隙网络的所述裂缝中的所述热稀化的凝胶的粘度为在40sec-1下5至20cP。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述产生的裂隙网络的所述裂缝中的所述热稀化的凝胶的粘度为在40sec-1下10至20cP。
18.一种在水力压裂操作中增强支撑剂的输送的方法，所述方法包括：
(a)将具有支撑剂携带能力的含水井处理流体泵入穿透地下地层的井筒中，所述地下地层具有小于10mD的渗透率，所述含水井处理流体包含非水浆料和水溶性胶凝剂，其中所述非水浆料包含(i)不可混溶于水的非水液体；(ii)油润湿的表面活性材料；以及(iii)交联剂，并且其中支撑剂悬浮在所述含水井处理流体中，而且其中所述含水井处理流体中的所述胶凝剂的量为每1,000加仑水6至15磅，而且其中泵入所述井中的所述含水井处理流体的粘度为在40sec-1下小于20cP且所述含水井处理流体的粘度通过形成交联凝胶而增加；和
(b)在将所述含水井处理流体泵入所述井筒之后，热稀化所述含水井处理流体，从而降低裂缝内的所述含水井处理流体的所述支撑剂携带能力。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述支撑剂为砂。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述含水井处理流体的粘度在被泵入所述井筒之后被降低至在511sec-1下4至9cP。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述热稀化发生在130°F以上的温度。
22.如权利要求18所述的方法，其中所述含水井处理流体的粘度在热稀化之后为在40sec-1下5至20cP。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述含水井处理流体的粘度在热稀化之后为在40sec-1下10至20cP。
24.如权利要求18所述的方法，其中(a)所述水溶性胶凝剂选自由以下项组成的组：未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物，以及其混合物；并且(b)所述交联剂为硼酸盐，所述硼酸盐选自由以下项组成的组：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠、五水四硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物。
25.如权利要求18所述的方法，其中所述交联剂为硼酸盐，而且其中通过分散在所述非水浆料中的所述油润湿的表面活性材料，降低了所述含水井处理流体中的所述硼酸盐的润湿速度。
26.一种增强从由油井或气井穿透的地下地层回收油或气的方法，所述方法包括在压裂操作期间将悬浮在含水唇形变凝胶中的支撑剂泵入所述油井或气井中，所述含水唇形变凝胶的粘度小于20cP且包含非水浆料和水溶性胶凝剂，其中所述非水浆料包含(i)不可混溶于水的非水液体；(ii)油润湿的表面活性材料；以及(iii)每桶65至135磅的硼酸盐交联剂，所述硼酸盐交联剂选自由以下项组成的组：十水硼酸钠、十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、偏硼酸钠、五水四硼酸钠和四水八硼酸二钠，以及其混合物，并且其中所述唇形变凝胶中的所述水溶性胶凝剂的量为每1,000加仑水6至40磅。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述唇形变凝胶中的所述胶凝剂的量为每1,000加仑水6至15磅，而且其中所述含水唇形变凝胶的粘度为在40sec-1下10至小于20cP。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述非水液体进一步包括亲有机性粘土。
29.如权利要求26所述的方法，其中(i)所述胶凝剂选自由以下项组成的组：未衍生化的瓜尔胶、衍生化的瓜尔胶、刺槐豆胶、他拉胶、胡芦巴胶、纤维素、纤维素衍生物，以及其混合物；和(ii)所述油润湿的表面活性材料选自由以下项组成的组：脱水山梨糖醇酯、脱水山梨糖醇酯的烷氧基化物、聚烷氧基化甘油酯、C6-C30醇或C6-C30烷基的环氧烷加合物、烷芳基或芳基取代的或未取代的酚、聚亚烷基二醇醚，以及其混合物。
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