CN110139911A - 包含回收水和增粘剂的制剂及相关方法 - Google Patents

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Abstract

用于压裂地下地层的高粘度压裂液通过以下制备：(i)选择回收的水；(ii)使所述回收水与增粘剂接触，其中所述增粘剂选自胡芦巴胶、塔拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶和前述物质的衍生物；(iii)使所述回收的水与一种或多种其他添加剂，例如与用于使所述增粘剂交联的交联剂(A)接触，其中当所述回收的水的pH小于pH 6.5时，发生所述回收的水与交联剂(A)的接触；(iv)将pH调节至pH 6.5至8.8。

Description

包含回收水和增粘剂的制剂及相关方法
本发明涉及制剂和方法，并且特别地，但不排他地，涉及用作高粘度压裂液的制剂、制造所述流体的方法以及所述流体在地下地层的水力压裂中的用途。
水力压裂是从非常规储层如煤床、致密砂岩和页岩中生产石油和天然气所需的过程。在该过程中，压裂液以通过在地层中引起裂缝或裂纹而引起地层破坏所必需的速率和压力注入。这些裂纹起源于井眼处并向外辐射到地层中。非常规储层中的常见做法是用以低速泵送的小段酸柱引发进入储层的入口，然后注入以增加的速率泵送的低粘度水，直到达到设计泵速。这些高速率通常可以在每分钟50桶至100桶范围内。为了以这些高速率泵送，向流体中添加少量减摩剂。这些减摩剂通常为100ppm至1,000ppm的聚丙烯酰胺聚合物和共聚物。这些低粘度减摩剂辅助的流体被称为滑溜水(slickwater)，并且该过程或处理被称为滑溜水压裂。
一旦处理达到所需的速率，就向流体中添加少量的支撑剂(propping agent)或支撑剂(proppant)。通常，大多数支撑剂包含小尺寸的砂，诸如每加仑水0.25磅的100目的砂。随着工作的进行，砂的量会系统性地增加，并且在某一时刻，砂的尺寸可以增加到40/70、30/50目，并且有时候增加到20/40目的压裂砂(圆形且接近球形)。砂的目的是，因此所得砂包(其渗透率比地层高几个数量级)保持从储层到井眼的传导途径，以便回收储层流体。压裂处理中常用的砂量将在每个压裂阶段200,000lb至500,000lb范围内，并且水通常可以在2,000桶水至7,000桶水范围内。
通常，在最后30-40％的砂体积中，通常的做法是将压裂液从低粘度流体改变为高粘度流体，以便可以在裂缝中放入更高浓度的支撑剂。这种变化需要引入由胶凝剂如瓜尔胶或衍生的瓜尔胶组成的流体。常用浓度将在每1,000加仑处理液10磅至35磅的聚合物范围内。有时，如果需要的话，这些聚合物溶液(称为线性凝胶)的粘度足以输送适度更高浓度的支撑剂。
然而，在许多储层中，需要甚至更高浓度的支撑剂，并且必须用更高粘度的流体输送。该粘度通过交联水合瓜尔胶或瓜尔胶衍生物来实现。常用的交联剂包括硼酸盐，诸如硼酸、五水合硼砂和十水合硼砂、偏硼酸钠和八硼酸钠。其他交联剂包括锆和钛化合物。
在非常规储层中，一旦钻井达到目标区间，井构造就需要一部分井眼被水平钻孔。为了从水平段经济地生产，预计压裂处理会产生从井眼90°生长的横向裂缝。在该过程中，压裂区间或长度仅是总水平横向长度的一小部分，需要多次压裂处理以覆盖横向长度。在该过程中，第一次压裂处理在井的末端或趾部开始，然后每次连续处理系统性地接近井的后跟或近垂直段。在这种多级压裂过程中，在横向的每个部分已经压裂之后，通过设置塞子或激活滑动套管或使用其他区域隔离过程将其与进一步的流体流动隔离。因此，压裂处理或阶段的数量在每井15至50级的范围并不罕见，因此所有压裂处理的水需求可以在1.2至15百万加仑的水范围内。
一旦所有阶段已经压裂，然后移除或反转区域隔离装置以允许井清理，这是压裂液的回收。而且，在该清理过程中，裂缝靠近砂包上，以保持储层和井眼之间的传送通道。回收的压裂液被称为回流水，并且通常是比最初注入井中的水含盐多得多的水。在一些情况下，以总溶解固体(TDS)测量的盐度可以超过200,000ppm的各种溶解的地层盐。回收的水通常被送到盐水处置井以进行处置，这增加了与石油或天然气生产相关的成本。
在清理阶段之后，将显露石油或天然气，并且在之后的某个时间，回收的流体被分离，收集的石油或天然气用于商业用途。
与天然气和石油回收相关的其他水是产出水。这些水伴随着石油和天然气的长期生产，并且来源于储层。这些水，如回流水，也可以是高盐度的水。这种水，如回流水，通常被处置掉，给操作者带来额外的费用。
在压裂过程中使用的优选的水是淡水，因为它与大多数压裂化学品相容，并且因为它最不可能引起结垢问题。然而，通常淡水供应短缺，并且必须与回流或产出水混合。在大多数情况下，与使用的淡水相比，回流水的相对百分比较小。如果产出或回流水也可以用于产生高粘度压裂流体将是有利的。然而，发现难以使用高TDS水生产高粘度压裂液，因为回流或产出水中的高固体，特别是盐，往往会降低用于交联胶凝剂的交联剂的有效性。结果，不能容易地实现适合于承载高含量支撑剂的高粘度。
此外，通常发现的另一个问题是，将抑垢剂掺入包含过渡金属交联剂的压裂液中是非常困难的，因为抑垢剂倾向于螯合流体中使用的交联剂，这是不希望的。
本发明的一个目的是解决上述问题。
根据本发明的第一方面，提供一种制备用于压裂地下地层的压裂液的方法，所述方法包括：
(i)选择例如具有高TDS的回收的水；
(ii)使所述回收的水与增粘剂接触；
(iii)使所述回收的水与一种或多种其他添加剂接触；
(iv)将pH调节至pH 6.5至8.8。
所述回收的水可以包含任何包含溶解的固体的水。回收的水可以来自任何来源。所述回收的水合适地是盐水并且可以具有高盐度，所述盐度可以以总溶解固体(TDS)来定义。所述回收的水可以具有至少50,000ppm，合适地至少100,000ppm，优选至少150,000ppm的TDS。有利地，本文所述的方法可以使用具有大于200,000ppm TDS或大于220,000ppmTDS的回收的水来进行。TDS可以小于500,000pm或小于400,000ppm。所述回收的水可以包括回收的压裂液，例如回流水。所述回收的水可以包括来自地下水源如地下含水层或地下地层的水。所述回收的水可以包括已经添加了固体例如一种或多种盐的淡水和/或已经与盐水混合的淡水。在一个优选的实施方案中，所述回收的水包括回收的压裂液，例如回流水；或产出水。
形成适当粘度的压裂液的能力不仅可能受到TDS的影响，而且还可能受到特定离子浓度的影响。有利地，所述方法可以用于使用回收的水制备压裂液，所述回收的水包含：
-大于50ppm或大于100ppm的Fe离子(Fe2+和Fe3+)；和/或
-大于1000ppm或大于1500ppm的镁离子(Mg2+)；和/或
-大于10,000ppm或大于20,000ppm的钙离子(Ca2+)；和/或
-大于500ppm的锶离子(Sr2+)；和/或
-大于200ppm的硼离子(B3+)。
提及所述回收的水中的离子的ppm是指指定离子相对于回收的水的总重量的百万分率(重量)(ppm)。
步骤(i)中选择的回收的水的pH可以小于6.5或小于6.0。它可以至少为3.5。
所述增粘剂优选设置为被交联以限定粘性材料，所述粘性材料能够将粒子悬浮在压裂液中。所述增粘剂优选包含聚合物，所述聚合物可以是多糖，例如半乳甘露聚糖。所述增粘剂可以选自胡芦巴胶、塔拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶或半乳甘露聚糖的衍生物(如前述物质)。然而，优选地，所述衍生物不是离子衍生物例如羧酸盐衍生物，因为这种羧化多糖可能导致问题。优选地，所述增粘剂是瓜尔胶或瓜尔胶衍生物，其可以选自甲基瓜尔胶、羟乙基瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶。更优选地，所述增粘剂是非衍生化的瓜尔胶。
在步骤(ii)中，优选地，所述方法包括使所述回收的水与至少0.1重量％(优选至少0.12重量％，更优选至少0.16重量％，尤其是至少0.20重量％)的所述增粘剂(例如，瓜尔胶)接触。所述增粘剂的量可以小于1.0重量％，小于0.50重量％，或小于0.40重量％。
步骤(ii)中使用的所述增粘剂可以包含干粉或浆料(例如，瓜尔胶浆)，所述浆料包含增粘剂和任选的精炼油和悬浮剂。浆料可以包含至少20％(基于浆料的重量)的增粘剂，或至少35％(基于浆料的重量)的增粘剂或至少50％(基于浆料的重量)的增粘剂。此外，浆料可以包含小于75％(基于浆料的重量)的增粘剂，小于65％(基于浆料的重量)的增粘剂，或小于55％(基于浆料的重量)的增粘剂。
在步骤(ii)中接触后，增粘剂合适地被回收的水水合。如果含有增粘剂的水的pH大于pH 6.5和/或如果回收的水中存在高水平的硼酸根离子，则可以减弱水合作用。为了解决该问题，所述方法优选包括在步骤(ii)之前评估回收的水的pH，并且如果pH大于pH 6.5，则采取步骤降低pH，例如在步骤(ii)之前。可以通过添加酸，例如酸性缓冲液，诸如乙酸，来降低pH。
优选地，在步骤(ii)之前即刻，在步骤(ii)中与增粘剂接触的回收的水的pH小于6.5。pH优选为至少5或至少5.5。当pH在至少pH 5.5至小于pH 6.5的优选范围内时，发现增粘剂，尤其是瓜尔胶，可以令人满意地水合，由例如离子如硼酸根离子引起的干扰最小。
优选地，在步骤(ii)中使回收的水与增粘剂接触后即刻，混合物的pH小于pH 6.5，例如在至少pH 5.5至小于pH 6.5下。
所述方法优选包括使所述回收的水与交联剂(A)接触以使所述增粘剂如所述瓜尔胶交联的步骤。所述回收的水与所述交联剂(A)的接触可以在步骤(ii)之后进行。在任何情况下，优选地，所述回收的水与交联剂(A)的接触优选在所述回收的水的pH小于pH 6.5，例如至少pH 5.0或至少pH 5.5时发生。
所述交联剂(A)可以是基于金属(例如，过渡金属)的交联剂。它可以包含锆或钛络合物。它优选包含锆基络合物。交联剂(A)中的金属(例如，锆)(作为金属氧化物)的浓度可以在0.5重量％至15重量％的范围内。
交联剂(A)中过渡金属(例如，锆)的重量除以增粘剂(例如，瓜尔胶)的重量的比率可以小于0.005，或小于0.003，或小于0.0025。该比率可以是至少0.001，或至少0.015。
交联剂(A)中过渡金属(例如，锆)的摩尔数除以增粘剂(例如，瓜尔胶)的摩尔数的比率可以小于100，优选小于70；所述比率可以是至少25或至少30。
所述交联剂(A)优选通过醇胺稳定化。例如，交联剂(A)可以包括一种或多种链烷醇胺配体。所述试剂(A)优选包括一种(或优选多于一种)乙醇胺，例如单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺配体。交联剂(A)可以在醇基溶液(例如，基于C1-6直链或支链伯、仲或叔醇)中提供。在所述方法中，可以使试剂(A)和醇基溶液的组合与回收的水接触。包含试剂(A)和任选的醇基溶液的制剂优选包含小于5重量％，更优选小于1重量％，尤其是基本上0重量％的水。
在所述方法中，交联剂(A)优选设定为递送大于0.005重量％，优选大于0.008重量％(且优选小于0.1重量％，例如小于0.05重量％)的活性剂如过渡金属(例如，锆)到回收的水中。
在所述方法中，交联剂(A)优选设定为递送大于0.005重量％，优选大于0.008重量％(且优选小于0.1重量％，例如小于0.05重量％)的活性剂如过渡金属(例如，锆)到回收的水中。
步骤(ii)合适地在步骤(iv)之前。步骤(iii)合适地在步骤(iv)之前。
有利地发现，在步骤(iv)中调节pH之前，可以在步骤(iii)中将所述一种或多种其他添加剂与回收的水容易地混合。在如步骤(iv)中所述调节pH之后，将添加剂混合到回收的水中可能更困难。
步骤(iii)可以在步骤(ii)之前，在步骤(ii)之后，或者步骤(ii)和步骤(iii)可以基本上同时进行。
优选地，在所述增粘剂已在步骤(ii)中与所述回收的水接触之后，并且优选在其已经至少部分水合之后，可以在步骤(iii)中使一种或多种其他添加剂与回收的水接触。
在步骤(iii)中，可以使经常或通常用于压裂液的添加剂(例如，杀生物剂、回流添加剂、铁控制剂、粘土控制添加剂、石蜡抑制剂、腐蚀抑制剂、交联延迟添加剂、抑垢剂和/或热稳定剂)与回收的水接触。此外，可以使用凝胶降解物质，诸如氧化剂或多糖水解酶。这些酶可以包括淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素或瓜尔胶特异性水解酶如gammanse。氧化剂可以包括过氧化氢、氧化钙或氧化镁、碱金属过硫酸盐或亚氯酸钠。此类添加剂可以以其通常的浓度例如每1000加仑压裂液0.25加仑至10加仑掺入压裂液中。
有利地，已经发现，抑垢剂可以掺入所述压裂液中并与之相容。因此，在步骤(iii)中，所述方法优选包括使回收的水与一种或多种抑垢剂例如基于膦酸盐(例如，基于多膦酸盐)的抑垢剂或基于丙烯酸酯(例如，基于聚丙烯酸酯)的抑垢剂接触。在淡水中，发现抑垢剂强烈螯合交联剂(A)。然而，在所述的压裂液中，在添加交联剂(A)之前(并且合适地在添加任何其他交联剂之前)添加一种或多种抑垢剂未显示显著的不利影响并且不会降低压裂液在被加热时的稳定性。因此，所述方法优选包括在使所述回收的水与交联剂(A)接触之前使所述回收的水与所述的一种或多种抑垢剂接触的步骤(例如，以在压裂液中提供至少0.01重量％，至少0.03重量％或至少0.05重量％的抑垢剂)。所述压裂液中抑垢剂的总量可以是0.1加仑/千加仑(gallonper thousand，gpt)至10gpt，优选0.2gpt至2gpt，更优选0.25gpt至1.0gpt。
在步骤(iii)或其后的步骤中，所述方法可以包括使回收的水与交联剂(B)接触的步骤。交联剂(B)可以是基于硼的交联剂。然而，如果步骤(i)中选择的回收的水包含高水平的硼离子，则可能不需要这种交联剂。适用于交联剂(B)的硼化合物可以包括通常用于交联瓜尔胶以用于水力压裂应用的硼化合物，并且包括硼酸，十水合四硼酸、五水合四硼酸、无水四硼酸、偏硼酸、四水合八硼酸的碱金属盐，以及基于硼酸盐的矿石，诸如硬硼钙石和硼钠钙石。对于基于液体的硼酸盐交联剂，这些通常可以在0gpt至5gpt，通常在0.1gpt至1.5gpt，且最通常在0.25gpt至1.0gpt下添加，并且以硼酸根离子(作为B(OH)3和B(OH)4 -离子的混合物)的浓度计，取决于流体的pH值，这些可以在0ppm至1000ppm的范围内，通常在50ppm和800ppm之间，且更常在100ppm和600ppm之间，取决于高粘度流体所需的时间和地层的温度。添加硼酸盐交联剂设计用于增加交联速率。该速率可以在15秒至10分钟内，通常在20秒至5分钟内，且更常在30秒至2分钟内发生。
交联剂(A)中过渡金属(例如，锆)的重量除以通过交联剂(B)(当提供时)加入的硼的重量的比率可以在1:1至1:3的范围内。
交联剂(A)中过渡金属(例如，锆)的摩尔数除以通过交联剂(B)加入的硼的摩尔数的比率可以在1:5至1:20的范围内。
在步骤(iv)之前，所述方法可以包括使回收的水与一种或多种支撑剂接触。所述支撑剂可以具有至少140US目的尺寸；并且其可以具有小于5US目的尺寸。支撑剂可以选自砂、铝土矿和人造中间或高强度材料。
所述方法可以包括将至少2重量％，例如至少5重量％的支撑剂掺入所述压裂液中。
步骤(iv)合适地在大部分，合适地至少90重量％，优选至少98重量％，更优选所有的所需添加剂已与回收的水接触后进行。通过这样做，添加剂可以在任何显著的交联之前相对容易地分散，否则可能是有害的。
步骤(iv)优选包括增加压裂液的pH的步骤。因此，所述方法优选包括在步骤(iii)之后和在步骤(iv)中调节期间/之后评估pH的步骤。有利地发现，在步骤(iv)期间和/或之后，增粘剂的交联增加并且压裂液的粘度增加至合适的粘度。粘度增强可以在起始步骤(iv)的10秒至10分钟内，优选在30秒至5分钟之间，且更优选在1分钟至3分钟之间发生。通过使用更高浓度的pH调节剂可以增加交联速率。
pH调节剂可以是缓冲剂。其优选是有机胺，例如C2-C10胺，其可以是直链或支链的。所述pH调节剂可以是C2-C10醇胺，其可以是直链或支链的。所述pH调节剂可以在分子上包含多个羟基和/或氨基。所述pH调节剂可以选自：单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺、二乙醇甲胺、三乙醇胺、N-丙醇胺、N-二丙醇胺、N-三丙醇胺、N-丁醇胺、N-二丁醇胺、三丁醇胺、二氨基乙烷。最优选的pH调节剂是单乙醇胺。
所述pH调节剂优选为缓冲剂。合适地，在步骤(iv)中，添加至少0.01重量％，优选至少0.05重量％，更优选至少0.08重量％的所述pH调节剂。可以添加小于2重量％或小于1重量％的所述pH调节剂。
根据本发明的第二方面，提供一种在第一方面的方法中制备的压裂液。所述压裂液优选包含回收的水，该回收的水可以具有高TDS和/或已从地下来源如地下含水层或地下地层回收。压裂液优选包含如第一方面所述的增粘剂，所述增粘剂例如通过如第一方面所述的交联剂(A)合适地交联。所述压裂液优选具有至少6.1的pH。pH可以是8.8或更小。
第二方面的压裂液可以具有如根据第一方面所述制备的压裂液的任何特征。
所述增粘剂优选包含交联的多糖，例如交联的半乳甘露聚糖。优选地，所述增粘剂是瓜尔胶或瓜尔胶衍生物。所述增粘剂优选为非衍生化的瓜尔胶。
所述压裂液优选包含至少0.1重量％，尤其是至少0.2重量％的所述交联的增粘剂，例如交联的瓜尔胶。所述增粘剂如交联的瓜尔胶的量可以小于1.0重量％。
所述增粘剂，例如所述瓜尔胶，可以通过过渡金属，优选通过钛或锆交联。更优选地，所述增粘剂通过锆交联。
所述压裂液可以包含其他添加剂，所述添加剂选自杀生物剂、回流添加剂、离子控制剂、抑垢剂和/或热稳定剂。优选地，所述压裂液包含一种或多种抑垢剂。所述压裂液可以包含0.01重量％，优选至少0.03重量％，更优选至少0.05重量％的抑垢剂(即，抑垢剂的总量可以如前所述)。抑垢剂可以是基于膦酸盐的或基于丙烯酸酯的。
所述压裂液可以包含交联剂(B)。所述交联剂(B)可以是基于硼的交联剂。所述交联剂(B)可以使所述增粘剂如瓜尔胶交联。
所述压裂液可以包含一种或多种支撑剂。所述压裂液可以包含至少2重量％，例如至少5重量％或至少10重量％的支撑剂。
根据本发明的第三方面，提供一种压裂地下地层的方法，所述方法包括使所述地层与压裂液接触，所述压裂液在如根据第一方面所述的方法中制造和/或如根据第二方面所述。所述方法优选包括通过在足以产生裂缝网络的压力下将压裂液泵送到井中来压裂由井穿透的地下地层。
本文所述的任何发明的任何方面可以与在此描述的已做必要修正的任何发明或实施方案的任何其他方面中描述的任何特征组合。
现在将参考附图通过举例描述本发明的具体实施方案，其中：
图1是所选制剂的粘度随时间而变的曲线图；
图2是所选制剂的粘度随时间而变的曲线图；
图3是进一步选择的制剂的粘度与时间的关系曲线图；以及
图4是其他制剂的粘度与时间的关系曲线图。
下文提到了以下材料：
GelTrol 120-水合缓冲液-20％乙酸水溶液；
GelTrol 600-交联缓冲液-85％单乙醇胺水溶液；
XLW-Z25和XLWZ20-主要基于锆酸盐的交联剂。XLW-是含有四[[2,2',2”-次氮基三[乙醇根合]]的正丙醇溶液，且XLWZ20是含有4.5重量％和3.5重量％ZrO2的(1-)-N,O]锆络合物；
XLW-B2-基于硼酸盐的表面交联剂，其包含含有11.4％硼酸的水溶液；
GelTrol 156/GelTrol 120-包含56％乙酸水溶液的水合缓冲液；
XLW-U2-基于硼酸盐的延迟交联剂，其包含悬浮在甲酸钾溶液中的基于硼钠钙石的(硼酸盐矿石)浆料；
瓜尔胶浆料-胶凝剂；
MicrobreakTM GQ123-杀菌剂；
ScaleCeaseTM 7001-抑垢剂；
MorFloTM 400-回流表面活性剂。
下文提到了以下试验：
试验1-流变性能试验程序
进行流变性能试验以评价高TDS交联流体在模拟储层温度下随时间而变的稳定性和粘度。在Grace M5600流变仪上预设的样品试验序列如表1所示。该试验序列在试验的前3分钟内在高剪切下对流体进行试验，该高剪切用来模拟流体在移动通过地面设备和下向钻眼时经历的初始高剪切时段。这样做是为了测试高TDS流体的剪切稳定性。然后在150℉(65.6℃)下进行试验1小时，然后在250℉(121.1℃)下进行试验2小时。
表1-Grace M5600HPHT性能试验序列
提供给操作者的说明如下：
A.安装Grace M5600流变仪：
1.通过在轴上安装干净且干燥的B5浮子准备好用于流变试验的Grace M5600装置。
2.使用Grace M5600软件，将剪切应力归零。然后选择恰当的程序序列。
3.启动该程序并创建一个新的试验名称。在开始试验之前，务必将所有流体制剂信息记录在电子试验文件和试验日志中。
B.线性凝胶样品的制备：
4.将300mL产出源水转移到干净干燥的共混罐中并将其设置在恒速混合器上；测量并记录水的pH值和温度。
5.调节水的pH值到GelTrolTM 120水合缓冲液附近。
注：如果产出水含有>10ppm的硼则尤其如此做，以便使足够的聚合物水合。
6.将恒速混合器的速度调节至2000RPM。
7.将适量的瓜尔胶浆料添加到水的涡流中，同时启动秒表；以2000RPM混合恰好3分钟。
8.3分钟后，停止混合器；使用Grace M3600粘度计测量并记录线性凝胶粘度(这应该使用R1:B1转子-浮子构造在300RPM下完成)。测量线性凝胶的pH值并记录。
C.交联凝胶样品的制备：
注：添加剂特别是交联剂和缓冲剂的添加顺序对于高TDS流体的恰当混合是重要的。应最后添加GelTrolTM 600缓冲液以避免由于可能存在于产出源水中的硼而导致的凝胶的过早交联。
9.测量250mL线性凝胶并转移到共混罐中；将共混罐安装在恒速混合器上。
10.打开恒速混合器并将速度调节到1000RPM。
11.在1000RPM下混合时，将除XLW-Z25、XLW-B2和GelTrolTM 600外的所有添加剂添加到流体中。
12.对于流体涡旋，添加恰当量的XLW-Z25和XLW-B2交联剂，并允许以1000RPM混合15秒以确保在流体中均匀分散。
13.为了使凝胶交联，添加恰当量的GelTrolTM 600交联剂缓冲液到流体中并启动秒表。
14.使流体以1000RPM混合恰好30秒，并停止混合器。
D.开始流变学试验：
15.使用60mL注射器，收集52mL样品并定量转移至流变仪杯中
16.立即将有样品的杯子安装在Grace M5600流变仪组件上，并用氮气将样品加压至400PSI。
17.在流变仪控制软件上开始试验序列。
注：试验的前3分钟是高剪切时间段，以试验流体的剪切弹性。
18.在最初的3分钟后，升高流变仪样品杯周围的加热浴。
19.测量共混器中剩余的交联凝胶的初始pH值并记录。
E.完成流变学试验：
20.在试验完成后，调低加热浴并使其冷却至至少90℉(32.2℃)；可以使用装有冰水的玻璃烧杯以加速冷却过程。
21.使用M5600侧面的主压力开关杆将氮气压力切换到OFF位。
22.小心地从杯子中抽出试验流体并将其收集在塑料烧杯中。
23.记录流体的状态，即颜色、稠度等，并测量且记录最终的pH值。
24.使用Grace软件将pH测量结果和所有相关试验数据保存到适当的文件中。
25.使用温和的皂和水清洁B5浮子、防攀登器、样品杯和流变仪轴。
26.使用旋转压力阀降低压力。
实施例1和2
实施例1和2(比较性)提供根据本发明优选实施方案的压裂液的流变学与常规硼酸盐基流体的流变学之间的比较。除非另有说明，否则使用试验1中描述的程序，并水分析结果如下所述。
所用的具体流体制剂详述于下表中。
试验的前3分钟在500s-1的剪切速率下进行试验，然后剪切速率降至40s-1，以证明交联的流体在165℉(73.9℃)下的剪切弹性。结果提供在图1中。从图1中清楚地看出，包含硼和锆基交联剂的实施例1制剂在性能方面优于实施例2(比较性)的处理液。
实施例3至5
实施例3至5说明基于锆酸盐的主要交联剂(XLW-Z25)与基于硼酸盐的表面交联剂组合的性能如何产生比单独使用任一种交联剂显著更高的粘度。
除非另有说明，否则使用试验1中描述的程序，并且水分析结果如下所述：
性质(72℉)：
pH 5.71
比重 1.16
密度(lb<sub>m</sub>/gal) 9.7
总溶解固体(ppm) 254,715
硬度阳离子(mg/L)：
钙(Ca<sup>+2</sup>) 17,370
镁(Mg<sup>+2</sup>) 1066
钡(Ba<sup>+2</sup>) 17
锶(Sr<sup>+2</sup>) 1467
阴离子(mg/L)：
氯离子(Cl<sup>-</sup>) 162,373
硫酸根(SO<sub>4</sub><sup>-2</sup>) 1,488
磷酸根(PO<sub>4</sub><sup>-3</sup>) 13
碱度(mg/L)：
碳酸氢根(HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>) 171
碳酸根(CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>) 0
氢氧根(OH<sup>-</sup>) 0
选择的离子(mg/L)：
钠(Na<sup>+</sup>) 76,974
硼(B<sup>+3</sup>) 376
铁(Fe<sup>+2</sup>.Fe<sup>+3</sup>) 167
其他阳离子(mg/L)：
钾(K<sup>+</sup>) 7209
锂(Li<sup>+</sup>) 40
锰(Mn<sup>+</sup>) 21
铅(Pb<sup>+2</sup>) 0
硅(Si<sup>+</sup>) 34
锌(Zn<sup>+2</sup>) 25
所用的具体流体制剂详述于下表中。
试验在150℉(65.6℃)的温度下进行，以说明储层冷却后的性能，然后升温至250℉(121.1℃)，这模拟储层底孔静态温度(BHST)以测试流体的稳健性。结果提供在图2中，其清楚地显示实施例3制剂的改善。
实施例6和7
实施例6和7说明两种未官能化的不同瓜尔胶等级即40/45瓜尔胶和35/40瓜尔胶的不同性能。试验通常根据试验1在具有如下详述的分析结果的含有超过250,000TDS的产出水中进行：
所用的具体流体制剂详述于下表中。
试验在150℉(65.6℃)的温度下进行，以说明储层冷却后的性能，然后升温至250℉(121.1℃)，这模拟储层BHST以试验流体的稳健性。结果提供在图3中。实线是相应的流体温度曲线。注意：在试验持续期间使用40/45级瓜尔胶的流体的交联粘度显著更高。在这些试验中没有使用凝胶稳定剂。
实施例8至10
这些实施例说明所述制剂可以与抑垢剂一起使用，并且制剂的粘度保持在可接受的水平。
除非另有说明，否则使用试验1中描述的程序，并水分析结果如下所述。
所用的具体流体制剂详述于下表中。
*注：添加剂按混合顺序列出
试验在150℉下进行。结果提供在图4中。尽管聚丙烯酸酯型抑垢剂的粘度下降(实施例10)，但在约90分钟的实耗时间内其仍保持至少200cP。
实施例11
该实施例说明当用高TDS水配制时，所述制剂具有剪切稀化、非剪切降解性质。
所评估的具体流体制剂详述于下表中。
在该试验中，如所述已经交联的流体制剂具有弹性外观。将含有弹性流体的容器放在Waring共混器的底座上，并在高剪切(74000rpm)下混合约1分钟。发现该流体在剪切后仍具有弹性特性，这证实包含高TDS水的制剂在剪切下没有显著降解。相比之下，发现已经用锆交联的常规压裂液在高剪切下经过一段时间后会降解(并且不会再次修复)。

Claims (31)

1.一种制备用于压裂地下地层的压裂液的方法，所述方法包括：
(i) 选择回收的水；
(ii) 使所述回收的水与增粘剂接触；
(iii) 使所述回收的水与一种或多种其他添加剂接触；
(iv) 将pH调节至pH 6.5至8.8。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述回收的水具有至少150,000 ppm的总溶解固体(TDS)。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述回收的水包含：
-大于1000 ppm的镁离子；和/或
-大于10,000 ppm的钙离子；和/或
-大于500 ppm的锶离子；和/或
-大于200 ppm的硼离子。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述增粘剂包括多糖，例如半乳甘露聚糖。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述增粘剂选自胡芦巴胶、塔拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶、前述物质的衍生物。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述增粘剂是非离子的。
7.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述增粘剂是瓜尔胶或瓜尔胶衍生物。
8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述增粘剂是非衍生化的瓜尔胶。
9.根据任何前述权利要求所述的方法，其包括使所述回收的水与至少0.15重量%的所述增粘剂接触；且所述增粘剂小于0.40重量%。
10. 根据任何前述权利要求所述的方法，其包括在步骤(ii)之前评估所述回收的水的pH，并且如果所述pH大于pH 6.5，则采取步骤以降低所述pH。
11.根据任何前述权利要求所述的方法，其中在步骤(ii)之前即刻，在步骤(ii)中与所述增粘剂接触的所述回收的水的pH小于6.5。
12.根据任何前述权利要求所述的方法，其包括使所述回收的水与用于使所述增粘剂交联的交联剂(A)接触的步骤。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中当所述回收的水的pH低于pH 6.5时，发生所述回收的水与交联剂(A)的接触。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述交联剂(A)是过渡金属。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述交联剂(A)是锆基络合物。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述交联剂(A)通过醇胺稳定化。
17.根据任何前述权利要求所述的方法，其中在步骤(ii)中使所述增粘剂已与所述回收的水接触之后，在步骤(iii)中使一种或多种添加剂与所述回收的水接触。
18.根据任何前述权利要求所述的方法，其中在步骤(iii)中，所述方法包括使所述回收的水与一种或多种抑垢剂接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一种或多种抑垢剂选自基于膦酸盐和基于丙烯酸酯的抑垢剂。
20.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，在步骤(iii)或其后的步骤中，所述方法包括使所述回收的水与交联剂(B)接触的步骤，所述交联剂(B)可以是基于硼的交联剂。
21. 根据任何前述权利要求所述的方法，其中步骤(iv)包括将所述压裂液的pH增加至pH 6.5至8.8。
22.一种压裂液，其在任何前述权利要求的方法中制造。
23.一种压裂液，其包含已从地下地层中回收的回收的水、通过交联剂(A)交联的增粘剂，其中所述压裂液具有至少6.1和8.8或更低的pH值。
24.根据权利要求23所述的压裂液，其中所述回收的水、增粘剂和交联剂(A)如权利要求1至21中任一项所述。
25.根据权利要求24所述的压裂液，其中所述增粘剂包括交联的多糖。
26.根据权利要求23或权利要求24所述的压裂液，其中所述增粘剂是非衍生化的瓜尔胶。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的压裂液，其中所述增粘剂例如所述瓜尔胶通过锆络合物交联。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的压裂液，其中所述压裂液包含一种或多种抑垢剂。
29.根据权利要求28所述的压裂液，其中所述一种或多种抑垢剂选自基于膦酸盐和基于丙烯酸酯的抑垢剂。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的压裂液，其中所述压裂液包含交联剂(B)，所述交联剂(B)是基于硼的交联剂。
31.一种压裂地下地层的方法，所述方法包括使所述地层与如权利要求22至30中任一项所述或在如权利要求1至21中任一项所述的方法中制造的压裂液接触。
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