CN108368422A - 胶凝液体及相关使用方法 - Google Patents
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Abstract
对井眼穿透的地下地层进行酸化的方法，该方法包括以下步骤：(a)在低于地下地层压裂压力的压力下将处理液体注入该井眼中，该处理液体具有第一黏度并且包含酸的水溶液以及式II的胶凝剂：其中R1是(CxHy)，其中x是在从17至21的范围内并且y＝2x+1或2x‑1；R5是氢或‑CH3；R6是–CH2‑CH2‑CH2–；并且R2、R3和R4各自是–CH3；(b)用该处理液体在该地下地层中形成至少一个空隙；并且(c)使该处理液体达到比该第一黏度更大的第二黏度。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2015年10月14日提交的美国临时申请号62/241,250的优先权的权益，其全部披露内容通过援引方式并入本申请。
背景技术
存在若干种增加石油产量的增产措施，例如水力压裂和基质酸化。水力压裂包括在高压下将特别设计的液体(fluid)泵送入地层中以产生一旦处理完成后由存在于该液体中的支撑剂保持打开的裂缝。
相比之下，基质酸化用于低渗透率地层。通常的做法是对地下地层进行酸化，以增加其渗透率。例如，在石油工业中，传统做法是将酸化液体注入井内以增加周围含烃地层的渗透率，从而有助于烃类从该地层流入井中。这类酸化技术通常被称为基质酸化处理。
在基质酸化中，该酸化液体以低于地层破裂压力的压力穿过该井进入该地层中。在这种情况下，渗透率的增加主要受地层内酸的化学反应的影响，其中几乎没有或没有渗透率增加是由于地层内的机械破坏，如压裂中的机械破坏。
发明内容
在此描述了对井眼穿透的地下地层进行酸化的方法，该方法包括以下步骤：(a)在低于地下地层压裂压力的压力下将处理液体注入该井眼中，该处理液体具有第一黏度并且包含酸的水溶液以及式II的胶凝剂：
其中R1是(CxHy)，其中x是在从17至21的范围内并且y＝2x+1或2x-1；R5是氢或–CH3；R6是–CH2-CH2-CH2–；并且R2、R3和R4各自是–CH3；(b)用该处理液体在该地下地层中形成至少一个空隙；并且(c)使该处理液体达到比该第一黏度更大的(例如更黏的)第二黏度。在一些实施例中，该胶凝剂以按步骤(a)中液体总重量计约0.1wt％至约15wt％的量存在。
在一些实施例中，该方法进一步包括在该处理液体已经达到该第二黏度后，用该液体在该地下地层中形成至少一个空隙。
在一些实施例中，该方法进一步包括将该处理液体的黏度降低到小于第二黏度的(例如较低黏度的)黏度。
在一些实施例中，该方法进一步包括回收该处理液体的至少一部分。
在一些实施例中，该酸的水溶液选自盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、氨基磺酸及其组合。
在一些实施例中，该处理液体进一步包含醇，该醇选自链烷醇、醇烷氧基化物及其组合。
在一些方法中，该处理液体进一步包含一种或多种添加剂，该添加剂选自腐蚀抑制剂、铁控制剂、黏土稳定剂、阻垢剂、互溶剂、非乳化剂、抗塌剂(anti-slug agents)及其组合。
在一些方法中，该地下地层包括砂岩地层。在一些方法中，该地下地层包括碳酸盐地层。
附图说明
图1是展示了具有和不具有酸添加剂的6％胶凝剂的表观黏度随温度变化的图；
图2是展示了在150°F下的岩心驱替过程中岩心的压降的图；
图3是在150°F下的双岩心驱替后岩心的CT图像：(a)高渗透率岩心，以及(b)低渗透率岩心；
图4是展示了在250°F下的岩心驱替过程中岩心的压降的图；并且
图5是在250°F下的双岩心驱替后岩心的CT图像：(a)高渗透率岩心，以及(b)低渗透率岩心。
具体实施方式
本披露涉及胶凝液体(例如处理液体)以及用于对地下地层进行酸化的相关使用方法。如在此使用的，术语“地下地层”包括裸露的地表以下的区域以及被水(如大海或海水)覆盖的地表以下的区域。在一些实施例中，该地下地层包括碳酸盐地层。在碳酸盐地层中，目标通常是使酸溶解碳酸盐岩石，从而在地层岩石中形成高导电液体流动通道。在对碳酸盐地层进行酸化时，岩石中的钙和镁的碳酸盐能用酸溶解。酸与矿物方解石(CaCO3)或白云石(CaMg(CO3)2)之间的反应可增强岩石的液体流动特性。在一些实施例中，该地下地层包括砂岩地层。大多数砂岩地层由超过50％-70％的砂石英颗粒组成，即，通过包括碳酸盐(方解石或CaCO3)和硅酸盐在内的各种量的胶凝材料结合在一起的二氧化硅(SiO2)。
在一个实施例中，该胶凝液体包含式I或II的胶凝剂：
在式I中，R1是烃基，该烃基可以是支链或直链的、芳香族的、脂肪族的或烯属的并且包含从约8个至约30个碳原子。在一个实施例中，R1是乙氧基化的。R2、R3和R4是相同或不同的并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基，或者R3和R4或R2和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。
在式II中，R1是具有从约8至约30个碳原子的饱和或不饱和的、支链或直链脂肪族或芳香族基团，R5是氢或具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基基团，R6是具有从2至约6个碳原子的饱和或不饱和的、直链或支链烷基的烷基基团，R2，R3和R4相同或不同并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基基团，或者R3和R4或R2和与它们键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。在一个实施例中，R1是(CxHy)，其中x是在从17至21的范围内并且y＝2x+1或2x-1；R5是氢或–CH3；R6是–CH2-CH2-CH2–；并且R2、R3和R4各自是-CH3；
在一个实施例中，式I的胶凝剂是硬脂基三甲基氯化铵：
在一个实施例中，式II的胶凝剂是芥基氨丙基三甲基铵：
该胶凝剂以适用于在酸化过程使用的量存在。在一个实施例中，该胶凝剂以按步骤(a)中液体总重量计从约0.1wt％至约15wt％之间的量存在。在另一个实施例中，该胶凝剂以按步骤(a)中液体总重量计从约2.5wt％至约10wt％之间的量存在。
在一个实施例中，该胶凝液体进一步包括至少一种溶剂，该溶剂选自水、醇及其组合。在一个实施例中，该胶凝液体包括醇，该醇选自一元醇、二元醇、多元醇及其组合。在一个实施例中，该胶凝液体包括醇，该醇选自链烷醇、醇烷氧基化物及其组合。在另一个实施例中，该胶凝液体包括醇，该醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇、乙二醇、聚乙二醇及其组合。
每种单独的溶剂在该胶凝液体中以适用于酸化过程使用的量存在。在一个实施例中，该胶凝液体中单个溶剂的量在以按液体总重量计从0wt％至约30wt％的范围内，其中配方中溶剂的总重量为按液体总重量计从约10wt％至约70wt％。在一个实施例中，该胶凝液体包括量为45wt％的根据式I的胶凝剂；量为19wt％的异丙醇；量为16wt％的丙二醇；以及量为20wt％的水，其中这些量是按该液体的总重量。
任选地，该胶凝液体进一步包含一种或多种添加剂。在一个实施例中，该液体包含一种或多种添加剂，该添加剂选自腐蚀抑制剂、铁控制剂、黏土稳定剂、阻垢剂、互溶剂、非乳化剂、抗塌剂及其组合。在一个实施例中，该腐蚀抑制剂选自醇类(例如炔属类)；阳离子剂(例如季铵盐、咪唑啉、以及烷基吡啶)；以及非离子剂(例如醇乙氧基化物)。
在一个实施例中，适合酸化过程中使用的处理液体包括胶凝液体以及酸的水溶液。适合的酸的水溶液包括酸化过程中使用的与式I或II的胶凝剂相容的酸的水溶液。在一个实施例中，该酸的水溶液选自盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、氨基磺酸及其组合。在一个实施例中，该处理液体包括按该液体总重量计最高达30wt％量的酸。
本发明还提供了一种对井眼穿透的地层进行酸化的方法，该方法包括以下步骤：在低于地层压裂压力的压力下将包括胶凝液体和酸的水溶液的处理液体注入该井眼中，并使该处理液体酸化该地层和/或自转向进入该地层中。如在此使用的，术语“自转向”是指在其刺激地层时增黏的组合物并且，在这样做时，将任何剩余的酸转向到地层中的低渗透率区域中。
在一个实施例中，一种对井眼穿透的地下地层进行酸化的方法，该方法包括以下步骤：(a)在低于地下地层压裂压力的压力下将处理液体注入该井眼中，该处理液体具有第一黏度并且包含酸的水溶液以及式II的胶凝剂：
其中R1是(CxHy)，其中x是在从17至21的范围内并且y＝2x+1或2x-1；R5是氢或-CH3；R6是–CH2-CH2-CH2–；并且R2、R3和R4各自是–CH3；(b)用该处理液体在该地下地层中形成至少一个空隙；并且(c)使该处理液体达到比该第一黏度更大的第二黏度。如在此使用的，术语“一个或多个空隙”是指包含裂缝、裂口、虫洞(wormhole)(例如高度分支的流动通道)等。在另一个实施例中，该方法进一步包括在该处理液体已经达到该第二黏度后，用该液体在该地下地层中形成至少一个空隙。在另一个实施例中，该方法进一步包括将该处理液体的黏度降低到小于第二黏度的黏度。在另一个实施例中，该方法进一步包括回收该处理液体的至少一部分。
本披露的方法和组合物可用于具有多种操作条件的地下地层。例如，本披露的方法和组合物可用于多种温度。在一个实施例中，用该处理液体在地下地层中形成至少一个空隙的步骤在高达约300°F(149℃)的温度范围内发生。除了宽的温度范围，所用组合物的接触时间也可以变化。在一个实施例中，用该处理液体在地下地层中形成至少一个空隙的步骤可以在从一小时至数小时范围内的接触时间内发生；或者作为替代方案，从约1小时至约8小时。可以改变的其他工艺条件对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且被认为在本披露的范围内。
将通过参考以下实例来进一步描述本披露。以下实例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。
实例
实例1-处理液体
制备包含在20％HCl中的根据式II的胶凝剂的处理液体，其形成均一的低黏度溶液。通常，当泵入地下地层时，酸在碳酸盐地层中反应，如以下反应所示：
2HCl+CaCO3→CaC12+H2O+CO2(g)
该处理液体的黏度由于CaCl2和酸浓度(pH值下降)的存在而增加。
处理液体与CaCO3发生反应。表1示出了该处理液体的黏度随着酸的消耗而增加。酸消耗的百分数是多少20％的HCl已经与CaCO3反应。例如，25％的消耗意味着20％HCl中的5％HCl已经与CaCO3反应，导致生成约7.5wt.％的CaCl2。基于酸的消耗的增加黏度意味着该处理液体的黏度可以增加而不需要附加的产品或化学引发剂。
表1.随着酸被消耗处理液体的黏度
实例2-具有添加剂的处理液体
研究了实例1中使用的胶凝剂在用过的酸中与其他添加剂的相容性。通过将实例1中的胶凝剂、酸添加剂(根据需要)及CaCl2溶液在高剪切速率(7000-10000rpm)下共混来制备处理液体。将所得混合物进行离心以去除气泡。使用高压高温流变仪从室温至250°F在100/s的恒定剪切速率下在压力下测试所获得的液体。图1示出了6％的胶凝剂在22.8wt％CaCl2中的相容性，对应于15％HCl被完全消耗。实线对应于没有添加剂的处理液体；点划线和虚线分别对应于在非乳化剂和螯合剂的存在下具有腐蚀剂A和腐蚀剂B的处理液体。
实例3-腐蚀研究
用强酸例如盐酸酸化时，腐蚀是控制的主要挑战，尤其是在高温下。在10gpt三种腐蚀抑制剂的存在下，测定包含6vol％的实例1的胶凝剂的15％HCl的腐蚀率。该腐蚀率根据重量法使用L-80试样(coupon)，在250°F下6小时后测定。表2示出了在这三种情况下非常可接受的防酸腐蚀水平，并示出了本披露的处理液体与三种腐蚀抑制剂极好的相容性。
表2.包含6vol％的实例1的胶凝剂的15％HCl在250oF下使用腐蚀抑制剂A、B和C在6小时后的腐蚀数据。
添加*50pptg KI作为腐蚀增强剂
实例4-岩芯驱替实验
在150°F下进行双(平行)岩心驱替实验，以评价本披露胶凝剂在酸化处理中将处理液体转向的能力。双心驱油实验模拟了将处理(例如增产)液体注入地层中，与其生产区域的渗透率形成对比。在这种情况下，需要酸转向以确保酸流动通过，并且因此刺激所有区域。
使用了代表高渗透层和低渗透层的两个印第安纳石灰芯(1.5”直径X 6”长度)。每一个岩心的特性列于表3中。增产液体的组成如表4中所示。在实验过程中，记录两个岩心的压降作为注入孔体积的函数。在实验之后，使用CT-扫描技术对两个岩心进行成像，以显示在每个岩心中所产生的空隙(例如虫洞)的范围和结构。
表3.在150°F下岩心驱替中使用的两个岩心的初始特性
表4.对于150°F下的双岩心驱替使用的酸组合物。
| HCl | 15wt％ |
| 胶凝剂(实例1) | 6vol％ |
| 腐蚀抑制剂A | 10gpt |
| 腐蚀增强剂(固) | 50pptg |
| 非乳化剂 | 1gpt |
| 铁螫合剂 | 1gpt |
在这个具体实例中，所记录的数据示出了在酸注入期间从9.5psi到44psi的总体压降增加，表明该液体黏度大幅增加。压降曲线也表现出上升和下降的连续间隔，这是对岩心内部凝胶形成的典型响应。当酸发生反应并且消耗时，pH发生改变并且产生足够的钙离子，这引发了胶凝剂排列形成棒状胶束并增加黏度。这伴随着压降的增加。持续的酸注入迫使该酸改变反应路径并为流动打开新的空隙/通道(虫洞)。这伴随着压降的减小。一旦酸在新通道中消耗并且产生足够的钙，则胶凝剂就会增加黏度并且压降再次增加。在这个循环期间，高渗透率岩心中压降的总体增加迫使更多流入低渗透率岩心中并且发生转向。压降曲线(profile)如图2所示。
后处理CT-扫描图像如图3中所示，并且表明酸注入导致低渗透率岩心中完全增产(突破)以及高渗透率岩心中增产84％(对应于5.04”虫洞)。这些结果表明，大部分流入高渗透率岩心中的酸注入初期成功地将酸转向到低渗透率岩心中并且由于每个岩心具有确定的长度(6英寸)，后期发生了突破。图3还展示了高渗透率岩心中显著的扭曲程度，从而表明成功地形成凝胶，该凝胶迫使酸改变反应路径并以更高比例流入低渗透率岩心中。
实例5-岩芯驱替实验
在250°F下进行第二次双岩心驱替实验。基于腐蚀抑制剂C的酸组成如表5中所示。使用具有如表6中所示初始特性的两个Edward石灰石芯。
表5.对于150°F下的双岩心驱替使用的酸组合物。
| HCl | 15wt％ |
| 胶凝剂(实例1) | 6vol％ |
| 腐蚀抑制剂C | 10gpt |
| 腐蚀增强剂(液) | 40gpt |
| 非乳化剂 | 1gpt |
| 铁螫合剂 | 1gpt |
表6.在250°F下岩心驱替中使用的两个岩心的初始特性
图4描绘了压降曲线，而后处理CT-扫描图像如图5中所示。数据示出了压降从19psi增加到130psi，从而表明黏度增加以及凝胶形成。该VES基酸成功地使增产液体，其中在低渗透率岩心中具有90％增产，并且在高渗透率岩心中实现了突破。如前所述，在这种类型实验中的突破是因为芯岩心的确定的长度。结果表明，这种新型VES在中温和高温下作为酸处理的有效转向剂的可适用性。
所披露的主题已经参考其具体实施例的具体细节进行描述。此类细节不旨在被认为是对所披露的主题的范围的限制，除非它们被包括在所附权利要求书的范围内。
因此，在此描述的示例性实施例很好地进行适配以便达到提及的目的和优点以及其中固有的那些。以上披露的具体实施例仅仅是说明性的，因为在此描述的示例性实施例可以以受益于在此的传授内容的对本领域技术人员明显的、不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了如在下面的权利要求中描述的，并不旨在对在此示出的结构或设计的细节有所限制。因此明显的是可以改变、结合或修改以上披露的具体的说明性实施例并且全部的此类变化被认为在在此描述的示例性实施例的范围和精神内。可以在不存在没有在此具体披露的任何元素和/或在此披露的任何任选元素的情况下适当地实践在此说明性地披露的在此描述的示例性实施例。虽然组合物和方法是以“包含(comprising)”、“含有(containing)”或“包括(including)”各种组分或步骤描述的，这些组合物和方法还可以“主要由以下各项组成”或“由以下各项组成”：这些各种组分、物质和步骤。如在此使用的，术语“基本上由以下各项组成”应该理解为意在包括所列出的组分、物质或步骤以及不实质性地影响该组合物或方法的基本和新颖特性的这样的额外的组分、物质或步骤。在一些实施例中，根据本披露的实施例的“基本上由以下各项组成”的组合物：所列举的组分或物质，不包括改变该组合物的基本和新颖特性的任何额外的组分或物质。如果在本说明书以及可通过援引的方式并入本申请中的一个或多个专利或其他文献中存在词或术语的使用上的任何冲突，应采用与本说明书一致的定义。
Claims (10)
1.一种对井眼穿透的地下地层进行酸化的方法，该方法包括以下步骤：(a)在低于地下地层压裂压力的压力下将处理液体注入该井眼中，该处理液体具有第一黏度并且包含酸的水溶液以及式II的胶凝剂：
其中R1是(CxHy)，其中x是在从17至21的范围内并且y＝2x+1或2x-1；R5是氢或-CH3；R6是–CH2-CH2-CH2–；并且R2、R3和R4各自是–CH3；(b)用该处理液体在该地下地层中形成至少一个空隙；并且(c)使该处理液体达到比该第一黏度更大的第二黏度。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在该处理液体已经达到该第二黏度之后，用该液体在该地下地层中形成至少一个空隙。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括将该处理液体的黏度降低到小于该第二黏度的黏度。
4.如权利要求3所述方法，进一步包括回收该处理液体的至少一部分。
5.如权利要求1所述的方法，其中该胶凝剂以按步骤1(a)中该液体的总重量约0.1wt％至约15wt％的量存在。
6.如权利要求1所述的方法，其中该酸的水溶液选自下组，该组由以下各项组成：盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、氨基磺酸及其组合。
7.如权利要求1所述的方法，其中该处理液体进一步包含醇，该醇选自下组，该组由以下各项组成：链烷醇、醇烷氧基化物及其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中该处理液体进一步包含一种或多种添加剂，该添加剂选自下组，该组由以下各项组成：腐蚀抑制剂、铁控制剂、黏土稳定剂、阻垢剂、互溶剂、非乳化剂、抗塌剂及其组合。
9.如权利要求1所述的方法，其中该地下地层包括砂岩地层。
10.如权利要求1所述的方法，其中该地下地层包括碳酸盐地层。
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