CN110072967A - 用于纤维分散的水溶性聚合物 - Google Patents

Abstract

处理地下地层的方法，其包括：形成处理流体，该处理流体包括水性基础流体、支撑剂、水溶性聚合物；和亲水性纤维，其长度约为100微米至10毫米。此类方法包括将处理流体放置在地下地层中。

Description

用于纤维分散的水溶性聚合物

发明背景

本申请要求2016年10月12日提交的美国临时申请序号62/407191号的优先权，其通过引用整体并入本文。

烃类(例如，油、天然气等)可通过钻出穿透含烃地层的井筒来从地下地层获取。压裂作业可以在井筒中进行，以改善来自井筒周围的地层的流体产量。各种压裂技术均可采用，并且可用的系统能够沿井筒进行多级增产。水力压裂技术一般涉及将压裂流体泵送到井下并在压裂时使其进入周围地层,因为压裂所涉及的压力非常高。

更具体地，水力压裂技术将压裂流体注入穿透地下地层的井筒中，从而使压裂流体对井筒壁产生足够高的压力从而使地层破裂或将地层压裂，产生或扩大一个或多个裂缝。然后，压裂流体中存在的支撑剂通过压裂液进入所产生的或扩大的裂纹而夹带在裂缝内，以此防止裂缝闭合，从而改善地层中产生的流体的流动性。因此，支撑剂用于将裂缝的壁保持分开，以便形成传导路径，该路径可以在泵送停止后促进流体流过地层并进入井筒。因此，能够放置适当浓度的适当支撑剂以形成合适的支撑剂充填层，对于水力压裂作业的成功是重要的。

纤维被掺入在不同的油田产品中用于各种应用。纤维在压裂流体中被用作支撑剂悬浮剂，以通过减少支撑剂沉降使支撑剂沿井筒向下输送并进入裂缝。另外，纤维在水泥流体中被用于增强凝固水泥的抗弯强度，避免因剪切应力和压缩应力产生的破坏。纤维在油田中的另一个实例是它们在分流流体中的使用，以及由于它们具有在小开口上桥接的能力而用作堵漏材料。

在一些应用中，良好分散的含纤维流体是有益的。例如，处理流体中纤维的凝聚或絮凝可导致裂缝、井筒或井筒附近区域的脱砂(screen out)率增加。此外，如果处理流体中的材料(例如纤维)在其中充分分散并均匀地浓缩，则各种井处理和增产作业往往更为成功。

发明内容

提供本发明内容是为了介绍选择的一些概念，这些概念将在以下详细描述中进一步描述。本发明内容并非意图识别所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用来帮助限制所要求保护的主题的范围。

一方面包括处理流体，其包括水性基础流体、支撑剂、水溶性聚合物；和亲水性纤维，其长度约为100微米至10毫米。

另一方面包括处理地下地层的方法，其包括形成处理流体，该处理流体包括水性基础流体、支撑剂、水溶性聚合物；和亲水性纤维，其长度约为100微米至10毫米。此类方法包括将处理流体放置在地下地层中。

根据以下的描述和所附权利要求书，所要求保护主题的其他方面和优点将显而易见。

附图说明

在阅读具体实施方式和参考附图后，可以更好地理解本公开的各个方面，其中：

图1a-c示出了根据本公开实施方案的浆纤维的光学显微镜图像；

图2a-d示出了根据本公开实施方案的浆纤维的桥接试验结果；

图3a-b示出了根据本公开实施方案的使用流变仪的实验数据；

图4a-b示出了根据本公开另一个实施方案的使用流变仪的另外的数据；

图5a-c示出了根据本公开另一个实施方案的浆纤维的另外的光学显微镜图像；和

图6示出了根据本公开另一个实施方案的使用TA DHR-3流变仪的实验数据。

具体实施方式

本文公开的实施方案一般地涉及井处理组合物和在井处理作业期间使用所述组合物的方法。更具体地，本文公开的实施方案涉及包含亲水性纤维和水溶性聚合物的井处理组合物，以及采用水溶性聚合物来增强纤维素纤维的分散性的方法。

从一开始就应当注意到，在任何此类实际实施方案的开发中，可以作出大量特定于实施方式的决策来实现开发人员的特定目标，例如符合系统相关和业务相关的约束，所述的特定目标在不同实施方式间将有所不同。此外，应当了解，这种开发工作可能是复杂而费时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是常规工作。此外，本文所使用/所公开的组合物还可包含除所引用的组分以外的一些组分。在发明内容和这个具体实施方式中，每个数值均应该按被术语“约”修饰的形式读取一次(除非已经明确地指出如此修饰)，然后再按未作如此修饰的形式读取一次，除非在上下文中另有说明。术语“约”应理解为在所叙述的量或范围的10％以内的任何量或范围(例如，约1至约10的范围涵盖0.9至11的范围)。在发明内容和本具体实施方式中，应当理解的是列出的或描述为有用、合适或类似的范围，意图包括支持该范围内任何可能的子范围，这至少因为包括终点在内的该范围内的每个点均被视为已经陈述。例如，“1至10的范围”应被解读为指出约1至约10间的连续区间中的每个可能数字。此外，本发明的实例中的一个或多个数据点可以组合在一起，或者可以与说明书中的其中一个数据点组合以创建范围，并且因此包括该范围内的每个可能的数值或数字。因此，(1)即使明确标识了该范围内的多个具体数据点，(2)即使引用该范围内的几个具体数据点，或者(3)即使没有明确标识该范围内的数据点，也需要理解的是：(i)本发明人了解并理解该范围内任何能想到的数据点应视为已被具体指出，以及(ii)本发明人具备整个范围、该范围内的每个能想到的子范围以及该范围内每个能想到的点的知识。此外，本文说明性地公开的本申请的主题，可在不存在本文未具体公开的任何一个或多个要素的情况下适当地实施。

众所周知纤维可用于油田处理作业中各种目的。例如，诸如纤维辅助运输的方法已被用于改善压裂和井筒清理作业中的颗粒运输，同时减少所使用的其他流体增粘剂的量。

本文公开了一种处理流体，其包含水性基础流体、支撑剂、至少一种水溶性聚合物和长度为约100微米至10毫米的亲水性纤维。本公开还包含通过将上述处理流体放置在地下地层中来处理地下地层的方法。

术语“处理(treatment或treating)”并不意味着由流体进行任何特定动作。例如，在前缘流体之后放入或引入地下地层的处理流体可以是水力压裂流体、酸化流体(酸压裂、酸分流流体)、增产流体、防砂流体、完井流体、井筒固结流体、修复处理流体、固井流体、钻机流体、压裂-填充流体或砾石充填流体。

按照惯例，合成纤维可用于帮助形成支撑剂柱。然而，目前合成纤维的制造方法限制了纤维可达到的最短长度。然而，为了使纤维在裂缝内有效，它们必须能够进入裂缝，并且在某些情况下，裂缝宽度可能小于合成纤维可达到的最短长度，这使得即使最小的合成纤维也难以穿透到裂缝中。例如，裂缝越向地层延伸，裂缝宽度就越小。对于裂缝宽度小于纤维长度的地层，在所述裂缝内放置支撑剂时可能存在问题，因为试图注入裂缝的纤维往往脱砂，并以其他方式积聚在较小裂缝的口部或开口处。因此，寻求能够将支撑剂高效输送到裂缝(大裂缝和小裂缝)中的材料，以提高水力压裂作业的效率。

术语“压裂”是指这样的工艺和方法，其通过泵送压力很高(压力大于测定的该地层闭合压)的流体来破坏地质地层并形成裂缝(例如井筒周围的岩石层)，以便提高烃类储层的生产速率或向烃类储层的注入速率。本公开的压裂方法可以包括一种或多种聚合物的组合物，所述聚合物在一种或多种处理流体中暴露于预定剪切速率时可以固结形成聚合结构，但除此之外也可以使用本领域已知的常规技术。

术语“田”包括基于陆地(地表和地下)和海床下的应用。如本文所用，术语“油田”包括烃油和气藏，以及期望含有烃油和气体，但可能还含有诸如水、卤水或一些其他成分的其他物质的地层或地层的一部分。

如本文所用，术语“聚合物”或“低聚物”可互换使用，另有说明的除外，并且二者是指均聚物、共聚物、互聚物、三元共聚物等。同样，共聚物可以指仅包含两种单体，或者包含至少两种单体且任选地包含其他另外的单体的聚合物。当提及聚合物包含单体时，该单体在聚合物中以单体的聚合形式或以单体的衍生物形式存在。然而，为了便于参考，用短语包含(相应的)单体等作为简写。

亲水性纤维

在一个或多个实施方案中，本文公开了一种井处理流体组合物，其包含亲水性纤维和水溶性聚合物。例如，亲水性纤维可为纤维素基纤维，例如浆纤维或微纤化纤维素。纤维素本身是地球上可用的最丰富的可再生且环保的原材料。例如，包括木材、再生纸和农业废料(如甘蔗渣、谷物秸秆、竹子、芦苇、西班牙草、黄麻、亚麻和剑麻)在内的原材料都由纤维素纤维构成，这些纤维可以转化为各种产品，包括浆纤维。根据特定的应用要求，可以改变原材料加工条件以生产尺寸和形状不同的各种纤维素基材料。例如，浆纤维的长度一般可以为1微米至10毫米，粉末状纤维素一般可以为1微米至1毫米，纳米原纤维化纤维素一般可以为100纳米至1微米，微原纤化纤维素一般可以为100纳米至500微米，纳晶纤维素一般可以为50纳米至1000纳米。上述长度分布以及随后的任何其他尺寸详细信息均基于干纤维的数值。应当理解，本公开的亲水性纤维从干燥状态水合时可伸长和/或溶胀。

全球浆纤维年产量约为4亿吨，使浆纤维成为全球最丰富的原材料之一。浆生产始于原材料准备，其可包括剥皮(用于木材)、切碎、除髓(用于甘蔗渣)等。在原材料准备后，将木素通过机械、热和/或化学工艺从纤维素纤维中剥离。木素是将纤维素纤维结合在一起的三维聚合物，伴随着木素从原材料中的除去，纤维素纤维被释放出来而独立发挥作用或用于进一步加工(例如，加工成纸张、工艺纸板等)。重要的是，浆是一种高度柔韧的亲水性材料(即，杨氏模量低)，并且可提供各种纤维长度和直径。然而，尺寸和材料性质允许其在广泛的裂缝宽度范围内使用的其他亲水性纤维材料，可在一个或多个实施方案中使用。

在一个或多个实施方案中，所用的亲水性纤维的长度下限可为50微米、100微米、200微米、250微米、325微米、400微米或500微米中的任何一个，其上限可为1.5毫米、2毫米、3米、5毫米、6毫米、8毫米或10毫米中的任何一个，其中任何下限可与任何上限组合使用。在一个或多个实施方案中，可对亲水性纤维样品进一步分级，以便在上述范围内达到更窄的长度分布。在一个或多个实施方案中，亲水性纤维的宽度(例如，与长度相对的尺寸)可为约10微米至50微米，或约15微米至45微米，或约20微米至40微米。在一个或多个实施方案中，本公开的压裂流体中使用的亲水性纤维的长宽比(长度/宽度)可为约5至1000，或约6.5至700，或约8至500，或约10到300。

本公开的亲水性纤维比同等尺寸的合成纤维更具弹性和/或柔韧性。不受理论束缚，据认为，在裂缝尺寸小于试图穿透到其中的亲水性纤维尺寸时，亲水性纤维的高弹性和/或柔韧性减少了裂缝口/开口处发生的桥接量，从而减少了亲水性纤维的脱砂，并促进它们穿透到较小裂缝中。

在一个或多个实施方案中，压裂流体中使用的亲水性纤维的量可为约0.012至约1.2wt％、约0.06wt％至约0.9wt％、约0.12wt％至约0.6wt％、约0.18wt％至约0.48wt％和约0.24wt％至约0.36wt％。

使用的量可取决于压裂流体要穿透的裂缝的宽度。例如，在一些实施方案中，有效输送支撑剂并将支撑剂放入较小宽度的裂缝内所需的亲水性纤维的量可小于较大宽度的裂缝所需的量，因为较小裂缝的支撑剂尺寸相应较小且较小裂缝的体积较小。

在一个或多个实施方案中，可使用纤维(例如，合成和亲水的和/或不同类型的亲水性纤维)的组合。例如，对所有裂缝几何形状简单地使用一种类型或尺寸的纤维，可能无法获得优化的支撑剂输送和放置模式(profile)。例如，地层内通常存在裂缝宽度梯度，裂缝距离井筒越远，裂缝宽度趋于越小。在这些情况下，一些纤维可能太大而不能穿透较小的裂缝，并因此在裂缝开口/口处产生桥接和/或堵塞。相反，一些纤维可能太小而不能适当地锚固在较大的裂缝内，并使支撑剂悬浮在其中。

水溶性聚合物

如上所述，井处理组合物可进一步包括水溶性聚合物，例如多糖、聚电解质或其组合。多糖的具体实例包括取代的半乳糖甘露糖聚糖，例如瓜尔胶(由甘露糖和半乳糖构成的高分子量多糖)或瓜尔胶衍生物(例如羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)和羧甲基瓜尔胶(CMG)、疏水改性的瓜尔胶、含瓜尔胶的化合物)、纤维素衍生物(例如羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和羧甲基纤维素(CMC))以及合成的聚合物。聚电解质的具体实例包括聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、部分水解的聚甲基丙烯酰胺、海藻酸钠、壳聚糖。聚电解质聚合物的具体实例描述于如美国专利申请公开号2013/0056213和2013/0048283，其公开通过引用整体并入本文。

水溶性聚合物的另外的实例包括丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇、聚醚类、其他半乳糖甘露糖聚糖、通过淀粉衍生糖发酵得到的杂多糖及其铵盐和碱金属盐类。生物聚合物的合适实例包括结冷胶、κ-角叉菜胶、明胶、琼脂、琼脂糖、麦芽糊精及其组合。处理组合物可包括上述特定水溶性聚合物的任何组合。

水溶性聚合物可以约0.0012至约0.24重量百分比、0.006至约0.12重量百分比、0.012至约0.096重量百分比、0.018至约0.06重量百分比、0.024至约0.06重量百分比和约0.036至约0.048重量百分比的量存在。本发明人认为，当在水性介质中混合在一起时，特定浓度的水溶性聚合物提高了亲水性纤维的分散性。具体地，不希望受特定理论的束缚，本发明人认为水溶性聚合物对纤维素纤维具有亲和力并且将吸附到纤维的表面。由于聚合物覆盖的表面或基于水溶性聚合物离子性质的静电排斥，这种粘附会使得纤维素纤维之间的空间排斥力增大。纤维素表面之间的排斥力使纤维间的距离增大，这又使纤维间的摩擦减小，并且可在流动中更容易地相互超越。该现象将有助于避免或减少絮凝物的产生并提高纤维的分散性。

在实施方案中，水溶性聚合物可被官能化以诱导亲水官能化，例如羧酸基、硫醇基、石蜡基、硅烷基、硫酸基、乙酰乙酰基、聚环氧乙烷基和/或季胺基。

井处理组合物可进一步包括盐，例如氯化钾、氯化钙、氯化钠及其混合物。该盐可以约0.1wt％至约5wt％，例如约0.5wt％至约3wt％和约1wt％至约2wt％的量存在。如果存在，该盐可以进一步减少井处理组合物中水溶性聚合物的量。另外，聚合物和纤维素纤维的混合物中盐的存在可使聚合物对纤维的亲和力增大，从而使聚合物不可逆地吸附到纤维表面。纤维素表面之间的排斥力使纤维间的距离增大，这又使纤维间的摩擦减小，并且可在流动中更容易地相互超越。该现象将有助于避免或减少絮凝物的产生并提高纤维的分散性。

如上所述，携带一种或多种聚合物的处理流体可为任何井处理流体，例如流体损失控制丸剂、水控制处理流体、阻垢处理流体、压裂流体、砾石充填流体、钻井流体和钻开流体。用于处理流体的载体溶剂可为纯溶剂或混合物。用于与本公开的方法一起使用的合适溶剂，例如用于形成本文公开的处理流体的合适溶剂，可为水性或有机的。水性溶剂可包括以下至少一种：淡水、海水、卤水、水与水溶性有机化合物的混合物，以及它们的混合物。有机溶剂可包括能够溶解或悬浮各种组分，例如处理流体的化学实体和/或组分的任何有机溶剂。

尽管本公开的处理流体在本文中被描述为包含上述组分，但应理解，本公开的流体可任选地包含其他化学上不同的材料。在实施方案中，该流体可进一步包含稳定剂、表面活性剂、分流剂或其他添加剂。另外，处理流体可包含各种其他交联剂和/或其他添加剂(例如纤维或填料)的混合物，条件是所选择的用于混合物中的其他组分与形成聚合结构的预期用途相容。在实施方案中，本公开的处理流体可进一步包含一种或多种组分，例如破胶剂、缓冲剂、支撑剂、粘土稳定剂、凝胶稳定剂、螯合剂、除氧剂和杀菌剂。此外，所述处理流体或处理流体可包括缓冲剂、pH值控制剂和为促进流体稳定性或功能性而加入的各种其他添加剂。所述处理流体或处理流体可基于水性或非水性溶液。所述处理流体或处理流体的组分可经选择，使它们可与或不与待处理的地下地层反应。

就这一点而言，所述处理流体可包括从任何固体、液体、气体及其组合独立地选择的组分，例如浆料、气体饱和或非气体饱和的液体、两种或更多种混溶性或不可混溶的液体的混合物等，只要这些附加组分允许形成聚合结构即可。例如，该流体或处理流体可包括有机化学品、无机化学品及其任何组合。有机化学品可为单体的、低聚的、聚合的、交联的形式和组合，而聚合物可为热塑性、热固性、湿固性、弹性体等。无机化学品可为金属、碱金属和碱土金属化学品、矿物质等。流体或处理流体中也可包含纤维性材料。合适的纤维性材料可为织造的或非织造的，并且可由有机纤维、无机纤维、它们的混合物及其组合构成。

可加入表面活性剂来促进流体组分的分散或乳化，或在交联组分在井下形成时为其提供发泡。合适的表面活性剂包括烷基聚环氧乙烷硫酸盐、烷基烷基醇胺硫酸盐(alkylalkylolamine sulfate)、改性的醚醇硫酸钠盐或十二烷基硫酸钠等。可以使用任何有助于流体中气体组分分散和/或稳定以形成充能流体的表面活性剂。粘弹性表面活性剂，例如US6,703,352、US 6,239,183、US 6,506,710、US 7,303,018和US 6,482,866(每篇专利均通过引用整体并入本文)中描述的那些表面活性剂，在一些实施方案中也适合用于流体中。合适的表面活性剂的实例还包括但不限于两性表面活性剂或两性离子表面活性剂。烷基甜菜碱、烷基酰氨基甜菜碱、烷基咪唑啉、烷基胺氧化物和烷基季铵羧酸盐是两性离子表面活性剂的一些实例。有用的表面活性剂的实例是表面活性剂溶液AQUAT 944(可从Sugar Land,Texas的Baker Petrolite获取)中所含的两性烷基胺。表面活性剂可按处理流体的总重量计算，以在约0.01wt％至约10wt％，例如约0.1wt％至约2wt％范围内的量加入流体中。

可使用电荷屏蔽表面活性剂。在一些实施方案中，可使用阴离子表面活性剂，例如烷基羧酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基磷酸盐和烷基醚磷酸盐。阴离子表面活性剂具有带负电荷的部分和疏水性或脂族族的尾部，并且可用于对阳离子聚合物作电荷屏蔽。合适的离子表面活性剂的实例还包括但不限于阳离子表面活性剂，例如烷基胺、烷基二胺、烷基醚胺、烷基季铵、二烷基季铵和酯季铵化合物。阳离子表面活性剂具有带正电荷的部分和疏水性或脂族族的尾部，并且可用于对阴离子聚合物例如CMHPG作电荷屏蔽。带电的表面活性剂也可以相同的方式用于形成聚合物-表面活性剂复合物，作为产生固结结构的方法。

在其他实施方案中，表面活性剂是两种或更多种上述表面活性剂的掺合物，或上述的一种或多种表面活性剂中的任一种与一种或更多种非离子表面活性剂的掺合物。合适的非离子表面活性剂的实例包括但不限于烷基醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、烷基酸乙氧基化物、烷基胺乙氧基化物、脱水山梨糖醇烷酸酯和乙氧基化脱水山梨糖醇烷酸酯。水性充能流体中可使用任何有效量的表面活性剂或表面活性剂的掺合物。

任何流体实施方案中也可掺入减阻剂。可使用任何合适的减阻剂聚合物，例如聚丙烯酰胺和共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸)(聚AMPS)和聚环氧乙烷。商业减阻化学品(例如Conoco Inc.以商标“CDR”销售的那些，如US 3,692,676中所述)或减阻剂(例如Chemlink以商标FLO1003、FLO1004、FLO1005和FLO1008销售的那些)，也被发现是有效的。作为减阻剂或粘度指数改进剂添加的这些聚合物质也可起到优异的降滤失剂的作用，减少或甚至消除了常规降滤失剂的使用。乳胶树脂或聚合物乳液可作为降滤失剂掺入。实施方案中也可使用剪切恢复剂。

实施方案还可包括在地层流体中基本上不溶的支撑剂颗粒。由处理流体携带的支撑剂颗粒保留在产生的裂缝中，因此当压裂压力释放并且井投入生产时撑开裂缝。合适的支撑剂材料包括但不限于砂、胡桃壳、烧结铝矾土、玻璃珠、陶瓷材料、天然存在的材料或类似材料。也可使用支撑剂的混合物。如果使用砂，则其粒度可为约20至约100U.S.标准目。对于合成支撑剂，可使用约8或更大的目径。天然存在的材料可为未衍生和/或未加工的天然存在的材料，以及基于已加工和/或衍生化的天然存在材料的材料。用作支撑剂的天然存在的颗粒材料的合适实例包括：坚果如核桃、椰子、山核桃、扁桃、象牙坚果、巴西坚果等的磨碎或压碎的壳；水果如李子、橄榄、桃子、樱桃、杏等的种子的磨碎或压碎的种子壳(包括水果核)；其他植物如玉米(例如玉米棒或玉米粒)等的磨碎或压碎的种子壳；加工过的木材材料，如由木材例如橡木、山核桃、胡桃木、杨木、桃花心木等得到的材料，包括此类通过研磨、切碎或其他形式的制粒、加工等加工而成的木材。

流体中支撑剂的浓度可为本领域已知的任何浓度。例如，流体中支撑剂的浓度可在每升液相加入约0.03至约3千克支撑剂的范围内。而且，任何支撑剂颗粒均可进一步用树脂涂覆，以潜在地改善支撑剂的强度、聚集能力和回流性能。

除了上面讨论的亲水性纤维之外，还可在流体中包括纤维组分，以获得各种性能(包括改善颗粒悬浮和颗粒输送能力)和气相稳定性。该纤维组分在性质上也可为亲水性或疏水性的。该纤维组分可为任何纤维性材料，例如天然有机纤维、粉碎的植物材料、合成的聚合物纤维(非限制性实例为聚酯、聚芳酰胺、聚酰胺、诺沃洛伊德(novoloid)或诺沃洛伊德型聚合物)、原纤化合成有机纤维、陶瓷纤维、无机纤维、金属纤维、金属纤丝、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、天然聚合物纤维及其任何混合物。特别有用的纤维是被涂覆成高亲水性的聚酯纤维，例如但不限于可从Invista Corp.Wichita,KS,USA,67220获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维。有用的纤维组分的其他实例包括但不限于聚乳酸聚酯纤维、聚乙醇酸聚酯纤维、聚乙烯醇纤维等。纤维组分可以以上文针对亲水性纤维描述的量存在。

实施方案可进一步使用含有本领域技术人员已知在油田应用中常用的其他添加剂和化学品的流体。这些包括这样的材料，例如除上文提到的那些之外的表面活性剂、除上文提到的那些之外的破乳助剂、除氧剂、醇稳定剂、阻垢剂、缓蚀剂、降滤失剂、杀菌剂和杀生物剂(如2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺或戊二醛)，等。而且，它们可包括助表面活性剂以优化粘度或将含有原油组分的稳定乳液的形成减到最少。

在一个或多个实施方案中，流体体系可包括选自天然聚合物和合成聚合物的增稠剂，所述天然聚合物包括瓜尔胶(植物起源的多糖)和瓜尔胶衍生物(例如羟丙基瓜尔胶和羧甲基羟丙基瓜尔胶)，而所述合成聚合物包括聚丙烯酰胺共聚物。另外，形成细长胶束的粘弹性表面活性剂是另一类非聚合型增粘剂，其可与聚合物增稠剂一起或独立于聚合物增稠剂添加到流体中。其他聚合物和其他材料，例如黄原胶、硬葡聚糖、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯聚合物和共聚物、粘弹性表面活性剂等，也可用作增稠剂。例如，含瓜尔胶的水是一种粘度随聚合物浓度增加而增加的线性凝胶。

在水力压裂和酸压裂中，可将称为前置液(pad)的第一流体注入地层中以引发和传播裂缝。接着是第二种流体，其含有支撑剂以在泵送压力释放后保持裂缝打开。本公开的亲水性纤维可包含在任一种流体中，并且在特定的实施方案中，可包含在第二流体中以帮助悬浮支撑剂。

然而，设想到了亲水性纤维可用于进行各种地下处理/井筒作业，包括但不限于钻井作业、分流处理、砾石充填、区位隔离或井下输送。此类作业为本领域技术人员所知，并且涉及将井筒流体通过土质地层泵入井筒，并在井筒流体处于井筒中时进行至少一次井筒作业。根据所执行的作业类型，所选纤维的尺寸可能不同，即为了在分流中形成塞子，可选择较长的纤维(相对于裂缝宽度而言)。

用于测量包括附聚物或现有絮凝物的形成在内的流体连续体变化的技术见实施例3。该方法从使用扭矩测量灵敏度低的流变仪(至少0.05nN-m扭矩分辨率)开始。流变仪与Couette几何体或同心圆筒几何体一起使用，在所述的几何体中内壁转动以在间隙中引起剪切。首先，将制备的流体放置在所述间隙中(同心圆筒之间的环形空间中)。然后，设置实验使内部圆筒以恒定速度旋转，同时测量维持此速度施加的扭矩。

如果间隙内部的流体包含随时间附聚或在流动下附聚的颗粒，则一旦附聚物尺寸超过圆柱体之间的环形空隙，扭矩读数就将增大。如果流体中没有发生附聚，则在测试持续期间扭矩保持恒定。另一方面，如果形成附聚物，然后随时间或随剪切而消散，则观察到扭矩的瞬间增大，然后急剧减小。

通过参考以下实施例进一步说明前述内容，所述实施例是出于说明目的而给出，并非意图限制本公开的范围。

实施例

实施例1

纤维素纤维，尤其是长的浆纤维，在没有任何分散剂的情况下不能很好地分散在水中。纤维可通过高剪切混合而分离，但一旦剪切停止就重新集结。

实施例1a(对比)是通过首先将0.48wt％浆纤维在自来水中用Waring搅切器以3000rpm混合10分钟而制成的；加入纤维前，必须将水溶性聚合物，例如CMC，用Waring搅切器以3000rpm预先水合10分钟。然后，量取10mL混合流体，并倒入培养皿中进行光学显微镜研究。

实施例1b和实施例1c是按照与实施例1a完全相同的方式制备，不同之处在于向处理流体中加入0.012wt％的CMC(实施例1b)和0.048wt％的CMC(实施例1c)。实施例1a-1c的显微镜图像是用Leica Model MSV266显微镜拍摄的。

图1a-c示出以下情况下的光学显微镜图像：(a)0.48wt％浆纤维，不含CMC；(b)0.48wt％浆纤维，含有0.012wt％CMC；(c)0.48wt％浆纤维，含有0.048wt％CMC。

如所示的，错误！未找到引用源。(a)示出看起来混浊的处理流体，其中的纤维形成聚集体。然而，如图1(b)和1(c)所示，加入CMC显著改善了分散性，其中样品澄清且不含纤维聚集体。

实施例2：

通过进行桥接试验，进一步验证了CMC对浆纤维的分散性的影响。桥接试验是用长度16mm和宽度1mm的狭槽进行的。桥接试验由使液体混合物以受控流速流过狭槽组成。流体注入速率在10至800mL/min内变化，以确定桥接和非桥接速率。使用每个狭槽的几何参数(宽度和长度)，将流速转换为线速度。流体的桥接能力是通过监测压力响应并观察纤维附聚物是否堵塞狭槽而确定。压力变化较小(P低于10psi)且狭槽入口处或狭槽内没有纤维被认为是非桥接结果。试验期间压力变化的响应(P)高于10psi和/或视觉可见纤维塞形成被认为是桥接现象。

首先，先在没有CMC(实施例2a-对比)的情况下运行基准试验(图2a-2b)，并使用CMC运行另一项试验(实施例2b)(图2c-2d)。实施例2a是通过组合0.48wt％浆纤维、0.04wt％专有聚合物掺合物和0.14wt％氯化胆碱而制备。

实施例2b是通过将0.048wt％CMC与0.14wt％氯化胆碱和0.48wt％浆纤维一起在Waring搅切器中以3000rpm水合20分钟而制备。将该溶液再混合5分钟，最后加入0.04wt％的专有聚合物掺合物，将所得溶液再混合5分钟。图1a-2d示出在经受这两个桥接试验后狭槽的照片。

图1a-d示出在添加和不添加0.048wt％CMC的情况下，1mm狭槽中0.48wt％浆纤维的桥接试验结果。

如图2a-2b所示，从实施例2a(没有CMC)观察到的最小非桥接流速为73cm/s(图1(b))。任何低于图2(b)中所示的73cm/s阈值的流速都会导致纤维桥接，例如68cm/s(图1(a))。加入0.048wt％CMC后，非桥接流速阈值降至47cm/s(图2d)；显著的改善，从而降低桥接趋势。

实施例3：

在该实施例中，基础流体由0.012wt％CMC组成，将聚合物在水中用Waring搅切器以3000rpm水合20分钟。向23ml预先水合的CMC中，加入一定量0.48wt％的纤维素纤维。然后，用手持式混合器高速搅拌该组合30秒。使用具有Couette几何体的流变仪测量恒定角速度下30秒内流体扭矩的变化。结果在图3a和和图3b中示出。

图3a-b示出使用具有Couette几何体的流变仪测量流体在恒定角速度下随时间推移的扭矩变化的实验数据。CMC在与纤维素纤维混合前完全水合，在两个样品中为：0.048wt％CMC和0.012wt％CMC。

a-3b示出了在测量的每个恒定速度下随时间推移的平均扭矩读数比较。图3b是图3a的放大版，其具有减小的y轴图以更好地说明扭矩。图3a-3b均示出分散在水合CMC(0.012wt％和0.048wt％浓度)中的纤维素纤维的扭矩读数与分散在水中的纤维素纤维(未添加CMC)的扭矩读数之间的比较。纤维素纤维的扭矩测量值的变化表明存在絮凝物或聚集体的形成和消散，因为它们按照悬锤(bob)的速度流动。另一方面，当纤维素纤维分散在CMC中时，没有观察到扭矩变化，表明没有形成絮凝物。参见图3b。

实施例4：

对于该实施例，使用实施例3中描述的扭矩测量方法。该实施例与实施例3的不同之处在于纤维素纤维和CMC的混合程序。使用Waring搅切器，在该搅切器中将0.48wt％的纤维素纤维和0.012wt％的CMC同时添加到100mL水中。将该组分以3000rpm混合15分钟，在此时间内让CMC在纤维存在下水合。结果在图4a和和图4b中示出。

图2a-4b示出使用具有Couette几何体的流变仪测量流体在恒定角速度下随时间推移的扭矩变化的实验数据。将纤维素纤维和CMC同时混合。

在图2 4a-4b中，扭矩测量结果表明与不含CMC的0.48wt％纤维素纤维相比，在CMC中的0.48wt％纤维聚集较少，表明混合方法不影响纤维分散。

实施例5：

实施例5a(对比)通过首先将0.48wt％浆纤维用Waring搅切器以3000rpm混合10分钟而制备的；然后，量取10mL混合的流体并倒入培养皿中进行光学显微镜研究。

实施例1b和实施例1c是按照与实施例1a完全相同的方式制备，不同之处在于向处理液中加入0.032wt％的聚丙烯酰胺(实施例5b)和0.06wt％的瓜尔胶(实施例5c)。实施例5a至实施例5c的显微镜图片是用Leica Model MSV266显微镜拍摄，这些图片在图5a-5c中示出。

图5示出以下情况下的光学显微镜图像：(a)0.48wt％纤维，不含添加剂；(b)0.48wt％纤维，含有0.032wt％聚丙烯酰胺；(c)0.48wt％纤维，含有0.06wt％瓜尔胶。

如所示，实施例5b(含有0.032wt％聚丙烯酰胺)与实施例5a相比表现出改善的分散性(参见图5a-5b)。从实施例5c可以得出相同的结论。

实施例6

该实施例是使用与实施例3中所描述的混合流体和扭矩测量的方法相同的方法制备的。然而，在实施例6中，向0.48wt％纤维素纤维的悬浮液中加入较低浓度的CMC。制备两种单独的流体，一种具有0.006wt％CMC浓度，而另一种具有0.003wt％CMC浓度，两者均具有0.48wt％的纤维素纤维。如错误！未找到引用源中所示，在0.006wt％和0.003wt％CMC情况下扭矩测量值增大。在幅度上与实施例3中没有添加任何CMC时测量的流体相似。高扭矩测量值数据表明流体中存在纤维絮体，这意味着低于0.012wt％的较低浓度的CMC无助于纤维分散。然而，在CMC浓度较低的情况下，向流体中添加盐可帮助纤维的分散。

图6示出使用具有Couette几何体的TA DHR-3流变仪测量流体在恒定角速度下随时间推移的扭矩变化的实验数据。CMC在与纤维素纤维混合前完全水合，在两个样品中为：0.006wt％CMC和0.003wt％CMC。

虽然上文仅详细描述了几个示例性实施方案，但是本领域的技术人员将容易理解，在实质上不脱离本发明的情况下，可以在这些示例性实施方案中做出许多修改。因此，所有此类修改意在包括在如以下权利要求书所限定的本公开的范围内。

Claims (11)

1.一种处理流体，其包含：

水性基础流体；

支撑剂；

水溶性聚合物；和

亲水性纤维，其长度约100微米至10毫米。

2.如权利要求1所述的处理流体，其中所述亲水性纤维包含浆纤维素纤维。

3.如权利要求1所述的处理流体，其中压裂流体中使用的水溶性聚合物的量为约0.012wt％至0.12wt％。

4.如权利要求1所述的处理流体，其中所述水溶性聚合物包含聚电解质或不带电荷的聚合物。

5.如权利要求1所述的处理流体，其中所述水溶性聚合物选自由以下组成的组：羧甲基纤维素(CMC)、壳聚糖、羟乙基纤维素(HEC)、瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、聚丙烯酰胺、海藻酸盐、聚乙烯醇、聚(马来酸)、聚乙烯胺及其组合。

6.如权利要求1所述的处理流体，其中所述水溶性聚合物被改性或官能化。

7.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：

形成处理流体，其包含：

水性基础流体；

支撑剂；

水溶性聚合物；和

亲水性纤维，其长度约100微米至10毫米；和

将所述处理流体放置于地下地层中。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述亲水性纤维是浆纤维素纤维。

9.如权利要求7所述的方法，其中压裂流体中使用的水溶性聚合物的量为每克所述亲水性纤维加入约0.6mg至每克所述亲水性纤维加入120mg。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述水溶性聚合物包含聚电解质或不带电荷的聚合物。

11.如权利要求7所述的方法，其中所述水溶性聚合物选自由以下组成的组：羧甲基纤维素(CMC)、壳聚糖、羟乙基纤维素(HEC)、瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、聚丙烯酰胺、海藻酸盐、聚乙烯醇、聚(马来酸)、聚乙烯胺及其组合。