CN111601868A - 强化高温交联压裂液 - Google Patents

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Abstract

提供了包含含有三元共聚物的水性三元共聚物组合物、添加剂和交联剂的混合物的压裂液。三元共聚物包含2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸单体单元，或其盐。添加剂包含糖醇或其衍生物，并且交联剂包含金属。金属与三元共聚物的重量比在0.01至0.16的范围内并且添加剂的浓度在压裂液的0.001重量％至10重量％的范围内。处理地下地层包括将压裂液引入至地下地层中，和使在地下地层中的压裂液交联以得到交联压裂液。交联压裂液减轻由显著量的总溶解固体或相当大的水硬度导致的损伤。

Description

强化高温交联压裂液
优先权要求
本申请要求2017年8月29日提交的美国专利申请号62/551,369的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本文涉及在水力压裂操作中使用的方法和组合物，尤其是用于与硬水或具有高总溶解固体(TDS)的水一起使用的、与约280℉至高达约450℉的高温相容的那些方法和组合物。
背景技术
多糖系流体如瓜尔胶流体常用于水力压裂操作，主要归因于它们充足的量以及当在碱性pH(例如，大于9.5)下配制时在高达350℉的温度工作的能力。然而，对于大多数瓜尔胶系压裂液来说，一个明显的缺点是在瓜尔胶中倾向于导致渗透性降低的不溶性残留物。对于在碱性pH下使用瓜尔胶系流体来说，另一个缺点是形成二价离子垢的倾向。通常，认为热稳定的合成聚合物，如丙烯酰胺系聚合物是无残留的。这些聚合物可以用于在大约300-450℉制备压裂液。然而，丙烯酰胺系聚合物仍然可能会由于诸如不完全降解的因素而导致地层损害。此外，当总溶解固体(TDS)或水硬度超过一定水平时，压裂液的性能可能受到负面影响。
发明内容
在第一总体方面中，压裂液包含水性三元共聚物组合物、交联剂和添加剂的混合物，所述添加剂包含糖醇和糖醇衍生物中的至少一种。水性三元共聚物组合物包含具有2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸单体单元的三元共聚物。丙烯酸单体单元可以是丙烯酸盐的形式。交联剂包含金属。在一些情况中，交联剂在水可溶混、非水性溶剂中提供。金属与三元共聚物的重量比在0.01至0.16的范围内并且添加剂的浓度在压裂液的0.001重量百分数(重量％)至10重量％的范围内。
第二总体方面包括第一总体方面的压裂液，其中三元共聚物包含1摩尔％至55摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元，并且交联剂以足以得到在300℉的温度和小于7的pH下具有至少500厘泊(cP)的粘度的交联流体的量存在。
在第三总体方面中，处理地下地层包括将第一总体方面的压裂液引入至地下地层中，并且还包括使在地下地层中的压裂液交联以得到交联压裂液。
第一、第二和第三总体方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
在一些实施方案中，添加剂包含糖醇。糖醇可以包括下列各项中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。糖醇的浓度通常在压裂液的0.005重量％至10重量％的范围内。
在一些实施方案中，添加剂包含糖醇衍生物。糖醇衍生物可以包括下列各项的衍生物中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。糖醇衍生物的浓度可以在压裂液的0.01重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.05重量％至2重量％的范围内。在某些实施方案中，糖醇衍生物包括烷基化糖醇。
在一些实施方案中，金属与三元共聚物的重量比在0.02至0.06的范围内。
在一些实施方案中，三元共聚物包含1摩尔百分数(摩尔％)至55摩尔％、1摩尔％至40摩尔％或1摩尔％至25摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元。
在一些实施方案中，压裂液包含下列各项中的至少一种：凝胶稳定剂、粘土稳定剂、降粘剂、支撑剂和pH调节剂。在一个实施方案中，压裂液包含pH调节剂，并且压裂液的pH在2至7或3至6.5的范围内。在一些情况中，在压裂液中的载体液可以具有50毫克/升(mg/L)至50,000mg/L之间的总溶解固体。在某些情况中，在压裂液中的锆金属的浓度在压裂液的0.001重量％至0.048重量％的范围内。压裂液通常包含20至50磅三元共聚物/千加仑压裂液。
在一些实施方案中，在交联之后，当凝胶在范围为300℉至400℉的温度经历40秒-1(s-1)的剪切速率时，压裂液在至少80分钟内具有至少500cP的粘度。在一些实施方案中，交联剂包含水可溶混、非水性流体。在一些实施方案中，交联剂包含锆，压裂液包含25磅三元共聚物/千加仑压裂液，锆与三元共聚物的重量比在约0.02至约0.04的范围内，三元共聚物包含15重量％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元，并且当交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，交联压裂液保持至少500cP的粘度高达180分钟。在某些实施方案中，交联压裂液包含降粘剂，并且当交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，交联压裂液保持至少500cP的粘度高达160分钟并且在360分钟之后具有小于10cP的粘度。
在一些实施方案中，交联剂包含锆，压裂液包含20磅三元共聚物/千加仑压裂液，锆与三元共聚物的重量比在约0.02至约0.04的范围内，并且当交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，交联压裂液保持至少500cP的粘度高达180分钟。
在一些实施方案中，交联剂包含锆，压裂液包含30磅三元共聚物/千加仑压裂液，锆与三元共聚物的重量比在约0.02至约0.04的范围内，并且当交联压裂液在400℉的温度经历40s-1的剪切速率时，交联压裂液保持至少500cP的粘度高达80分钟。
与之前公开的压裂液相比，第一、第二和第三总体方面的优点包括在三元共聚物中较低的2-丙烯酰基-酰胺基-2-甲基丙磺酸单体单元水平，在压裂液中较低的三元共聚物负载量，较低的交联剂与三元共聚物的比例，和在交联压裂液的存在下借助降粘剂的快速粘度降低。此外，添加剂帮助减轻可能由压裂液的显著量的TDS或相当大的水硬度导致的损伤。
附图说明
图1示出了一种交联压裂液的实施方案的粘度相对于时间的曲线。
图2示出了在具有和不具有降粘剂的情况下一种交联压裂液的实施方案的粘度相对于时间的曲线。
图3示出了一种交联压裂液的实施方案的粘度相对于时间的曲线。
图4示出了在具有和不具有山梨糖醇衍生物添加剂的情况下一种交联压裂液的粘度相对于时间的曲线。
图5示出了在具有和不具有山梨糖醇衍生物添加剂的情况下一种交联压裂液的粘度相对于时间的曲线。
图6示出了在具有和不具有山梨糖醇衍生物添加剂的情况下一种交联压裂液的粘度相对于时间的曲线。
具体实施方式
在本文中提供了包含添加剂的压裂液和交联压裂液。压裂液包含含有聚合物的水性组合物和含有交联剂的交联溶液。添加剂包含糖醇、糖醇衍生物或二者。交联压裂液包含聚合物和交联剂的交联产物。添加剂提高使用含有与软水相比升高水平的总溶解固体(TDS)的硬水形成的交联压裂液的高温(例如，大于250℉)稳定性。TDS通常是指无机盐，这样的无机盐包括钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、钾(K+)、钠(Na+)、碳酸氢盐(HCO3 -)、氯化物(Cl-)和硫酸盐(SO4 2-)，并且可以包括少量的溶解有机物。通常理解“水硬度”是指溶解的钙和镁的量，并且“总硬度”通常作为份/百万(ppm)的碳酸钙(以重量计)报告。在一个实例中，硬度为100ppm的水源在1百万克的水中含有100g碳酸钙的等价物，或在1升(L)水(或1000g的水，因为水的密度为约1克/毫升(g/mL))中0.1克(g)。用毫克/升(mg/L)表示的、以碳酸钙计的总硬度可以如下计算：2.5[Ca2+]+4.1[Mg2+]，其中[Ca2+]是以mg/L表示的钙离子浓度，并且[Mg2+]是以mg/L表示的镁离子浓度。美国地质勘探局(United States Geological Survey,USGS)认为当水硬度为121-180mg/L时水样品是“硬的”。在不使用添加剂的情况下，水TDS和硬度可能会负面影响在升高的温度如地层温度下的压裂液的稳定性。
在一些实施方案中，添加剂包含糖醇或糖醇的混合物。适合的糖醇的实例包括山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。糖醇的浓度通常在压裂液的0.005重量％至10重量％的范围内。
在一些实施方案中，添加剂包含糖醇衍生物或糖醇衍生物的混合物。适合的糖醇衍生物的实例包括山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇的衍生物。适合的衍生物的实例包括烷基化衍生物，如ETHOX 3571(可从Ethox Chemicals,LLC获得的烷基化山梨糖醇衍生物)。糖醇衍生物的浓度在压裂液的0.01重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.05重量％至2重量％的范围内。
在一些情况中，聚合物是共聚物并且包含两种单体单元：2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPSA)和丙烯酰胺，或其相关盐。在其他情况中，聚合物是共聚物并且包含两种单体单元：2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPSA)和丙烯酸，或其相关盐。在另外其他的情况中，聚合物是共聚物并且包含两种单体单元：丙烯酰胺和丙烯酸，或其相关盐。
在一些情况中，聚合物是三元共聚物并且包含三种单体单元：2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPSA)、丙烯酰胺和丙烯酸或其相关盐。共聚物也可以含有疏水单体单元。三元共聚物通常具有小于55摩尔％的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有小于20摩尔％的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有1摩尔％至55摩尔％之间、1摩尔％至40摩尔％之间、1摩尔％至25摩尔％之间、10摩尔％至30摩尔％之间、12摩尔％至20摩尔％之间或13摩尔％至17摩尔％之间的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有约1摩尔％、5摩尔％、10摩尔％、20摩尔％、25摩尔％、30摩尔％、35摩尔％、40摩尔％、45摩尔％、50摩尔％或55摩尔％的AMPSA。三元共聚物还可以具有约15摩尔％的AMPSA。三元共聚物可以具有约0.1摩尔％至约30摩尔％的丙烯酸。三元共聚物具有小于55摩尔％的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有小于20摩尔％的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有5摩尔％至40摩尔％之间、10摩尔％至30摩尔％之间、12摩尔％至20摩尔％之间或13摩尔％至17摩尔％之间的AMPSA。在一些情况中，三元共聚物具有约5摩尔％、10摩尔％、20％、25摩尔％、30摩尔％、35摩尔％、40摩尔％、45摩尔％、50摩尔％或55摩尔％的AMPSA。三元共聚物还可以具有约15摩尔％的AMPSA。三元共聚物可以具有约0.1摩尔％至约30摩尔％的丙烯酸。在一个实施方案中，丙烯酸的量大于0摩尔％。
在本申请中描述的三元共聚物可以与交联剂组合以制备在较低聚合物负载量下起有效支撑剂运输流体作用的交联流体。例如，已经发现，当与交联剂组合时，具有小于30磅/千加仑(pptg)的三元共聚物浓度的压裂液也可以制备交联流体，即使在较低交联剂/三元共聚物比例下用于在约450℉使用。在一些情况中，压裂液具有浓度小于50pptg、小于35pptg、小于30pptg、小于25pptg或小于20pptg的三元共聚物。在一些情况中，压裂液包含浓度在10至40pptg之间、15至35pptg之间或20至30pptg之间的三元共聚物。在一些情况中，压裂液包含浓度为约10pptg、15pptg、20pptg、25pptg、30pptg、35pptg、40pptg、45pptg或50pptg的三元共聚物。例如，对于400℉应用来说，可以使用包含浓度为约30pptg的三元共聚物的压裂液。例如，对于300℉应用来说，可以使用包含浓度为约20pptg的三元共聚物的压裂液。
可以通过使规定量的AMPSA、丙烯酸和丙烯酰胺聚合而得到AMPSA、丙烯酰胺和丙烯酸或其相关盐的三元共聚物。还可以通过首先使AMPSA和丙烯酰胺聚合、并且使丙烯酰胺水解以产生期望量的丙烯酸以使得丙烯酰胺和丙烯酸单体单元的摩尔数等于最初使用的丙烯酰胺的总摩尔数来制备三元共聚物。三元共聚物可以作为油包水乳液或悬浮液浓缩物(concentrate)使用，或者作为溶解在水性流体中的固体使用。
与之前描述的交联压裂液相比，在本申请中描述的压裂液可以包含较低的交联剂与三元共聚物的比例。适合的交联剂通常包含金属。在一些情况中，交联剂包含锆。作为非限制性实例，适合的锆交联剂包括锆配合物，其中锆与配体如乳酸盐(例如，乳酸钠锆)、三乙醇胺、醇盐(例如，异丙醇盐和丙醇盐)、2,2’-亚氨基二乙醇以及这些配体的混合物配合。可以适宜地将交联剂溶解在水性流体或非水性流体(例如，醇，如正丙醇)中。也可以适宜地将交联剂溶解在水性流体和水可溶混、非水性溶剂(例如，醇或氨基醇)的组合中。可以作为在正丙醇中的溶液从Dorf Ketal得到的
Figure BDA0002473587790000061
212是Zr交联剂的一个实例。当在压裂液中存在20pptg至30pptg的三元共聚物并且交联溶液是
Figure BDA0002473587790000062
212时，Zr与共聚物三元共聚物的重量比可以在约0.01至约0.08(如约0.02至约0.06或约0.02至约0.04)的范围内，并且压裂液中Zr的重量百分数可以在约0.001重量％至约0.024重量％的范围内。适用于压裂液的交联剂还可以包括钛(Ti)交联剂。作为非限制性实例，适合的钛酸盐交联剂包括具有配体如乳酸盐和三乙醇胺以及它们的混合物的钛酸盐交联剂。压裂液还可以含有延缓交联反应的试剂。交联延缓试剂的实例是羟基乙酸。适用于压裂液的交联剂还可以包括铝(Al)交联剂、铬(Cr)交联剂、铁(Fe)交联剂、铪(Hf)交联剂以及它们的组合。在一些情况中，包含约7重量％至约20重量％的金属交联剂的交联溶液可以以约0.1加仑/千份(gpt)至约5.0gpt、约0.5gpt至约1.5gpt或约0.9至约1.1gpt的压裂液的浓度存在。
与(1)包含在聚合物中具有较大摩尔％的AMPSA的聚合物并且在流体中具有较大聚合物负载量的其他压裂液；和(2)包含在聚合物中具有较大摩尔％的AMPSA的聚合物或在流体中具有较大聚合物负载量的其他压裂液相比，在本申请中描述的压裂液具有相似或更好的凝胶热稳定性。在一些情况中，当在280℉的温度经历100s-1剪切速率时，使用硬地层水(含有大量的TDS)制备的、具有1gpt添加剂和37.5pptg三元共聚物负载量的压裂液在约110分钟内保持至少240cP的粘度。在一些情况中，当在280℉的温度经历100s-1剪切速率时，使用硬地层水(含有大量的TDS)制备的、具有1gpt添加剂和25pptg三元共聚物负载量的压裂液在约37分钟内保持至少100cP的粘度。在一些情况中，当在300℉的温度经历100s-1剪切速率时，使用高TDS和高硬度地层水制备的、具有0.5gpt添加剂和30pptg三元共聚物负载量的压裂液在约120分钟内保持至少100cP的粘度。与未使用糖醇或糖醇衍生物制备的压裂液相比，这些压裂液在延长的时间段内保持较大粘度。
本申请的压裂液可以在约300℉至约450℉之间的高温使用，并且通常具有在5至7或5.5至6.5的范围内的pH。此外，不需要较大的交联剂浓度，从而进一步增加了与压裂液相关的效率。
在一些情况中，通过将聚合物(例如，三元共聚物)与水性载体混合来形成本申请的压裂液。水性载体可以包括水、淡水、盐水、采出水、回流水、半咸水、海水或它们的组合。在一些情况中，水性载体具有小于50,000mg/L的总溶解固体(TDS)。在一些情况中，水性载体具有500至20,000mg/L之间的TDS、700至10,000mg/L之间的TDS、800至2000mg/L之间的TDS或1,000至1,500mg/L之间的TDS。在一些情况中，水性载体具有约500mg/L的TDS、600mg/L的TDS、700mg/L的TDS、800mg/L的TDS、900mg/L的TDS、1,000mg/L的TDS、1,200mg/L的TDS、1,400mg/L的TDS、2,000mg/L的TDS、5,000mg/L的TDS、10,000mg/L的TDS、20,000mg/L的TDS或约50,000mg/L的TDS。
在一些情况中，压裂液包含凝胶稳定剂、粘土稳定剂或可以使凝胶形成稳定化的其他适合的添加剂中的至少一种。在一些情况中，凝胶稳定剂包括抗氧化剂。在一些情况中，凝胶稳定剂包括苯酚、多酚、二叔丁基烷基苯酚、氢醌、芹菜素、白藜芦醇、抗坏血酸、生育酚、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫脲或它们的组合。在一些情况中，粘土稳定剂包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、四甲基氯化铵(TMAC)、其他季铵分子或它们的组合。在一些情况中，包括溴化物，如溴化钠或溴化钾。
在一些情况中，压裂液包含pH调节剂。例如，压裂液可以包含乙酸溶液、乙酸/乙酸盐缓冲溶液或盐酸。在一些情况中，将酸加入至压裂液中以实现约2至7、3至6.5和5至5.5之间的pH，或约5至7或5.5至6.5之间的pH。
在一些情况中，压裂液包含支撑剂。支撑剂的实例包括砂、砾石、玻璃珠、聚合物珠、来自壳和种子(如胡桃壳)的研磨产品和人造材料(如陶瓷支撑剂、铝土矿、四氟乙烯材料)、水果核材料、加工的木材、由粘合剂和精细级颗粒(如二氧化硅、氧化铝、气相二氧化硅、炭黑、石墨、云母、二氧化钛、偏硅酸盐、硅酸钙、高岭土、滑石、氧化锆、硼、粉煤灰、中空玻璃微球、实心玻璃或它们的组合)制备的复合颗粒。
实施例
化学品：
M1-在要给出的实施例中使用的三元共聚物是含有15摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPSA)、5摩尔％的丙烯酸(AA)和80摩尔％的丙烯酰胺(AM)的油包水乳液形式(30％活性)。
M2-20％乙酸溶液；M2’-乙酸/乙酸盐缓冲溶液。
M3-Zr交联剂(
Figure BDA0002473587790000081
212，具有16.75重量％的ZrO2和12.4重量％的Zr)。
M4-凝胶稳定剂(CELB 225-010-2，可从ChemEOR获得)。
M5-粘土稳定剂，50％四甲基氯化铵(TMAC)(可从Precision Additives获得的PACS-150L)。
在实施例1-3中，在不使用糖醇或糖醇衍生物的情况下制备具有M1三元共聚物、Zr交联剂(M3)和合成油田水(约1200mg/L的TDS，约6mg/L的总硬度)的压裂液。
实施例1：制备包含合成油田水(约1200mg/L的TDS)、30pptg的三元共聚物(M1)、1.9gpt的20％乙酸溶液(M2)、4gpt的凝胶稳定剂(M4)、2gpt的粘土稳定剂(M5，50％TMAC)和0.8gpt的Zr交联剂(M3，具有12.4重量％的Zr)的压裂液。混合流体的pH为5.4。Zr与三元共聚物M1的重量比为约0.03。在400℉测量得到的交联压裂液在40s-1的剪切速率下的粘度。在图1中的曲线100示出了相对于时间的温度，并且曲线102示出了交联压裂液的相对于时间的粘度。压裂液在40s-1的剪切速率下在87分钟内保持大于500cP的粘度。
实施例2：制备包含合成油田水(约1200mg/L的TDS)、25pptg的三元共聚物(M1)、3.5gpt的20％乙酸/乙酸盐缓冲溶液(M2’)、0.5gpt的凝胶稳定剂(M4)、2gpt的粘土稳定剂(M5)和0.5gpt的Zr交联剂M3(具有12.4重量％的Zr)的压裂液。混合流体的pH为5.4。Zr与三元共聚物M1的重量比为约0.02。在300℉测量得到的交联压裂液在40s-1的剪切速率下的粘度。在图2中的曲线200示出了相对于时间的温度。曲线202示出了在不存在降粘剂的情况下，交联压裂液的相对于时间的粘度。曲线204示出了具有4pptg的包封溴酸钠(例如，约70重量％的溴酸钠，余量为涂层)作为降粘剂的交联压裂液的相对于时间的粘度。具有降粘剂的交联压裂液在40s-1的剪切速率下在160分钟的时间段保持高于500cP的粘度。在6小时之后，使用溴酸钠破坏的交联压裂液的粘度小于10cP，表明包封溴酸钠能够破坏含有三元共聚物和Zr交联剂的压裂液。此外，发现交联压裂液能够使支撑剂悬浮，并且被破坏的压裂液不含有凝胶残留物。
实施例3：制备包含合成油田水(约1200mg/L的TDS)、20pptg的三元共聚物(M1)、3gpt的20％乙酸/乙酸盐缓冲溶液(M2’)、1gpt的凝胶稳定剂(M4)、2gpt的粘土稳定剂(M5)、0.5gpt的Zr交联剂(M3，具有12.4重量％的Zr)的压裂液。组合物的pH为5.6。Zr与三元共聚物M1的重量比为约0.028。在300℉测量得到的交联压裂液在40s-1的剪切速率下的粘度。在图3中的曲线300示出了相对于时间的温度。曲线302示出了交联压裂液的相对于时间的粘度。压裂液在40s-1的剪切速率下在70分钟内保持高于500cP的粘度。
这些结果表明可以以较低的三元共聚物浓度(例如，20至30pptg)在约300℉至约400℉的温度使用含有具有较低TDS的软水并且具有含有丙烯酰胺、丙烯酸和小于15摩尔％的AMPSA的三元共聚物的交联压裂液。根据流变学研究的结果证实了具有较低三元共聚物负载量的压裂液在该温度范围内的优良的交联性能和热稳定性。这些压裂液具有足够的支撑剂承载粘度，允许使用氧化剂型降粘剂进行高效清除，并且有利于高效清除、降低的地层损害、更好的流体传导性和提高的生产速率。
在实施例4-6中，在使用和不使用ETHOX 3571的情况下制备具有M1三元共聚物、Zr交联剂和地层水(具有大量TDS的硬水)的压裂液。对具有ETHOX 3571的压裂液(样品4-6)和不使用ETHOX 3571的压裂液(比较样品4-6)测量作为时间的函数的粘度。如在图4-6中所示，ETHOX 3571提高含有具有大量TDS的硬水的压裂液体系在高温下的性能。
实施例4：制备包含地层水(约5600mg/L的TDS，约3200mg/L的硬度)、37.5pptg的M1三元共聚物(DP/EM 5015)和Zr交联剂(M3)的压裂液。表1列出了地层水的组分。在样品4中，将1gpt的ETHOX 3571(约0.1重量％)加入至地层水中。在比较样品4中，未加入ETHOX 3571。在280℉测量得到的交联压裂液在100s-1的剪切速率下的粘度。在图4中的曲线400示出了相对于时间的温度。曲线402示出了样品4的相对于时间的粘度。曲线404示出了比较样品4的相对于时间的粘度。对于样品4和比较样品4来说，压裂液粘度分别在约110分钟和约30分钟内保持大于约240cP，表明样品4(含有ETHOX 3571)的更大的增加的温度稳定性。
表1.来自实施例4的地层水的组分
组分 浓度(mg/L)
钙 574
铁 0.3
镁 430L
钠 577
氯化物 391
硫酸盐 1071
碳酸盐 0
碳酸氢盐 172
TDS 5600
总硬度 3200
pH 7.3
实施例5：制备包含地层水(约5600mg/L的TDS，约3200mg/L的硬度)、25pptg的M1三元共聚物(DP/EM 5015)和Zr交联剂(M3)的压裂液。表1列出了地层水的组分。在样品5中，将1gpt的ETHOX 3571(约0.1重量％)加入至地层水中。在比较样品5中，未加入ETHOX 3571。在280℉测量得到的交联压裂液在100s-1的剪切速率下的粘度。在图5中的曲线500示出了相对于时间的温度。曲线502示出了样品5的相对于时间的粘度。曲线504示出了比较样品5的相对于时间的粘度。对于样品5和比较样品5来说，压裂液粘度分别在约37分钟和约10分钟内保持大于约100cP，表明样品5的更大的增加的温度稳定性。
实施例6：制备包含地层水(约2210mg/L的TDS，约982mg/L的硬度)、30pptg的M1三元共聚物(DP/EM 5015)和Zr交联剂(M3)的压裂液。表2列出了地层水的组分。在样品6中，将0.5gpt的ETHOX 3571(约0.05重量％)加入至地层水中。在比较样品6中，未加入ETHOX3571。在300℉测量得到的交联压裂液在100s-1的剪切速率下的粘度。在图6中的曲线600示出了相对于时间的温度。曲线602示出了样品6的相对于时间的粘度。曲线604示出了比较样品6的相对于时间的粘度。对于样品6和比较样品6来说，压裂液粘度分别在约110分钟和约54分钟内保持大于约100cP，表明样品6(含有ETHOX 3571)的更高的温度稳定性。
表2.来自实施例6的地层水的组分
组分 浓度(mg/L)
钙 146
铁 2
镁 150
钠 284
氯化物 630
硫酸盐 426
碳酸氢盐 324
TDS 2210
总硬度 982
pH 6.6
定义
以范围形式表示的值应该以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的界限而明确记载的数值，而且包括在该范围内所包含的所有单个数值或子范围，如同明确记载了每个数值和子范围一样。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应当被解释为：不仅包括约0.1％至约5％，而且包括在指出的范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，表述“约X至Y”具有与“约X至约Y”相同的含义。同样地，除非另外指明，表述“约X、Y或约Z”具有与“约X、约Y或约Z”相同的含义。
在本文中，除非上下文另外明确地指明，术语“一个(a)”、“一种(an)”或“所述(the)”用于包括一个/种或多于一个/种。除非另外指明，术语“或”是用于指非排他性的“或”。表述“A和B中的至少一种”具有与“A、B或A和B”相同的含义。此外，应该理解的是，在本公开中采用、没有另外定义的措词或术语仅用于描述目的而不是限制目的。任何章节标题的使用都是意在辅助文件的阅读而不应被解释为限制。与章节标题有关的信息可以出现在该特定章节之内或之外。
在本申请中所描述的制备方法中，除了在明确地叙述时间或操作顺序时之外，行为可以按任何顺序进行。此外，可以同时进行指定的行为，除非明确的权利要求语言叙述它们是单独进行的。例如，完成X的权利要求所述的行为和完成Y的权利要求所述的行为可以在单一操作内同时进行，并且得到的方法将会落在权利要求所述的工艺的字面范围内。
如在本申请中使用的术语“约”可以允许数值或范围的一定程度的变化，例如，在所述的数值的或范围的所述的界限的10％内、5％内或1％内。
如在本申请中使用的术语“基本上”是指大部分或大多数，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或至少约99.999％以上。
如在本申请中使用的，术语“聚合物”是指具有至少一种重复单体单元的分子并且可以包括均聚物、共聚物、三元共聚物和四元共聚物。也就是说，如在本申请中使用的“聚合物”可以含有一种或多种不同的单体单元(例如，1、2、3或4种不同的单体)。
如在本申请中使用的术语“共聚物”是指包含两种不同的重复单体单元的聚合物。在一个实例中，丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物含有两种重复单元：丙烯酸的重复单元和丙烯酰胺的重复单元。
如在本申请中使用的术语“三元共聚物”是指包含三种不同的重复单体单元的聚合物。在一个实例中，丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸的三元共聚物含有三种重复单元：丙烯酸的重复单元、丙烯酰胺的重复单元和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸的重复单元。
如在本申请中使用的术语“衍生物”是指化学改性的化合物，例如通过烷基化、酯化、胺化或乙氧基化。在一个实例中，化合物的乙氧基化的衍生物包括PEG化的化合物。
如在本申请中使用的，术语“压裂液”是指在水力压裂操作期间在井下使用的流体或浆液。
如在本申请中使用的，术语“流体”是指气体、液体、凝胶、具有显著固体含量的浆液以及临界和超临界材料。
如在本申请中使用的，术语“地下材料”或“地下地层”是指任何在地表以下的、包括在海底地表以下的材料。例如，地下地层或材料可以是井眼的任何区段和地下采出石油或水的地层的任何区段或与井眼流体接触的区域。将材料置于地下地层中可以包括使材料与井眼的任何区段或与任何与井眼流体接触的地下区域接触。地下材料可以包括任何置于井眼中的材料，如水泥、钻轴、衬管、油管、套管或筛子；将材料置于地下地层中可以包括与这样的地下材料接触。在一些实例中，地下地层或材料可以是任何可以采出液体或气体石油材料、水的地下区域或任何与液体或气体石油材料流体接触的地下区段。例如，地下地层或材料可以是以下各项中的至少一种：需要压裂的区域，裂缝或裂缝周围的区域，和流路或流路周围的区域。裂缝或流路可以任选地直接或通过一个或多个裂缝或流路与地下产出石油或水的区域流体连接。
如在本申请中使用的，“地下地层的处理”可以包括任何涉及从地下采出石油或水的地层或区域提取水或石油材料的活动，例如，包括钻井、增产、水力压裂、排液、酸化、完井、固井、补救处理、控水、废弃等等。
如在本申请中使用的，在井下的“流路”可以包括两个地下位置通过其流体连接的任何适合的地下流路。流路可以对石油或水来说足以从一个地下位置流到井眼或反之亦然。流路可以包括以下各项中的至少一种：水力压裂裂缝，和筛子两端、砾石充填两端、支撑剂(包括跨过树脂结合的支撑剂或沉积在裂缝中的支撑剂)两端和砂两端的流体连接。流路可以包括流体可以流动通过的天然地下通路。在一些实施方案中，流路可以是水源并且可以包括水。在一些实施方案中，流路可以是石油源并且可以包括石油。在一些实施方案中，流路可以足以使水、井下液或采出的烃中的至少一种从井眼或裂缝转移。
其他实施方案
要理解的是，尽管已经结合实施方案的详细描述对这样的实施方案进行了描述，但是以上描述意在说明而非限制由所附权利要求的范围限定的本申请的范围。其他方面、优点和变更落在将要给出的权利要求的范围内。

Claims (41)

1.一种压裂液，所述压裂液包含下列各项的混合物：
水性三元共聚物组合物，所述水性三元共聚物组合物包含三元共聚物，所述三元共聚物包含2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸单体单元，或其盐；
交联剂，所述交联剂包含金属；和
添加剂，所述添加剂包含糖醇或糖醇衍生物，
其中所述金属与所述三元共聚物的重量比在0.01至0.16的范围内并且所述添加剂的浓度在所述压裂液的0.001重量％至10重量％的范围内。
2.权利要求1所述的压裂液，其中所述添加剂包含糖醇。
3.权利要求2所述的压裂液，其中所述糖醇包括下列各项中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
4.权利要求2所述的压裂液，其中所述糖醇的浓度在所述压裂液的0.005重量％至10重量％的范围内。
5.权利要求1所述的压裂液，其中所述添加剂包含糖醇衍生物。
6.权利要求5所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物包括下列各项的衍生物中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
7.权利要求5所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物的浓度在所述压裂液的0.01重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.05重量％至2重量％的范围内。
8.权利要求5所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物包括烷基化糖醇。
9.权利要求1所述的压裂液，其中所述金属与所述三元共聚物的重量比在0.02至0.16的范围内。
10.权利要求1所述的压裂液，其中所述三元共聚物包含1摩尔％至55摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元。
11.权利要求10所述的压裂液，其中所述三元共聚物包含1摩尔％至40摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元。
12.权利要求11所述的压裂液，其中所述三元共聚物包含1摩尔％至25摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元。
13.权利要求1所述的压裂液，所述压裂液包含下列各项中的至少一种：凝胶稳定剂、粘土稳定剂、降粘剂、支撑剂和pH调节剂。
14.权利要求13所述的压裂液，所述压裂液包含所述pH调节剂，其中所述压裂液的pH在2至7或3至6.5的范围内。
15.权利要求1所述的压裂液，所述压裂液包含50mg/L至50,000mg/L之间的总溶解固体。
16.权利要求1所述的压裂液，其中在所述压裂液中的所述金属的浓度在0.001重量％至0.048重量％的范围内。
17.权利要求1所述的压裂液，其中所述压裂液包含20至50磅所述三元共聚物/千加仑所述压裂液。
18.权利要求1所述的压裂液，其中在交联之后，当所述凝胶在范围为300℉至400℉的温度经历40s-1的剪切速率时，所述压裂液在至少80分钟内具有至少500cP的粘度。
19.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：
将压裂液引入至地下地层中，所述压裂液包含：
水性三元共聚物组合物，所述水性三元共聚物组合物包含三元共聚物，所述三元共聚物包含2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸单体单元，或其盐；
交联剂，所述交联剂包含金属，
添加剂，所述添加剂包含糖醇或糖醇衍生物，
其中所述金属与所述三元共聚物的重量比在0.01至0.16的范围内并且所述添加剂的浓度在所述压裂液的0.001重量％至10重量％的范围内；以及
使在所述地下地层中的所述压裂液交联以得到交联压裂液。
20.权利要求19所述的方法，其中所述添加剂包含糖醇。
21.权利要求20所述的方法，其中所述糖醇包括下列各项中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
22.权利要求20所述的方法，其中所述糖醇的浓度在所述压裂液的0.005重量％至10重量％的范围内。
23.权利要求19所述的方法，其中所述添加剂包含糖醇衍生物。
24.权利要求23所述的方法，其中所述糖醇衍生物包括下列各项的衍生物中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
25.权利要求23所述的方法，其中所述糖醇衍生物的浓度在所述压裂液的0.01重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.05重量％至2重量％的范围内。
26.权利要求23所述的方法，其中所述糖醇衍生物包括烷基化糖醇。
27.权利要求19所述的方法，其中在所述压裂液中的所述金属的浓度在0.001重量％至0.048重量％的范围内。
28.权利要求19所述的方法，其中所述压裂液包含20至50磅所述三元共聚物/千加仑所述压裂液。
29.权利要求28所述的方法，其中所述交联剂包含锆，所述压裂液包含25磅所述三元共聚物/千加仑所述压裂液，所述锆与所述三元共聚物的重量比在约0.02至约0.4的范围内，所述三元共聚物包含15重量％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元，并且当所述交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，所述交联压裂液保持至少500cP的粘度高达180分钟。
30.权利要求29所述的方法，其中所述交联压裂液包含降粘剂，并且当所述交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，所述交联压裂液保持至少500cP的粘度并且在360分钟之后具有小于10cP的粘度高达160分钟。
31.权利要求29所述的方法，其中所述交联剂包含锆，所述压裂液包含20磅所述三元共聚物/千加仑所述压裂液，所述锆与所述三元共聚物的重量比在约0.02至约0.4的范围内，并且当所述交联压裂液在300℉的温度经历40s-1的剪切速率时，所述交联压裂液保持至少500cP的粘度高达180分钟。
32.权利要求29所述的方法，其中所述交联剂包含锆，所述压裂液包含30磅所述三元共聚物/千加仑所述压裂液，所述锆与所述三元共聚物的重量比在约0.02至约0.04的范围内，并且当所述交联压裂液在400℉的温度经历40s-1的剪切速率时，所述交联压裂液保持至少500cP的粘度高达80分钟。
33.一种压裂液，所述压裂液包含下列各项的混合物：
水性三元共聚物组合物，所述水性三元共聚物组合物包含三元共聚物，所述三元共聚物包含2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸单体单元，或其盐，并且其中所述三元共聚物包含1摩尔％至55摩尔％的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元；
交联剂，所述交联剂包含金属，
添加剂，所述添加剂包含糖醇或糖醇衍生物，
其中所述金属与所述三元共聚物的重量比在0.01至0.16的范围内，所述添加剂的浓度在所述压裂液的0.001重量％至10重量％的范围内，并且所述交联剂以足以得到在300℉、在小于7的pH下具有至少500cP的粘度的交联流体的量存在。
34.权利要求33所述的压裂液，其中所述添加剂包含糖醇。
35.权利要求34所述的压裂液，其中所述糖醇包括下列各项中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
36.权利要求34所述的压裂液，其中所述糖醇的浓度在所述压裂液的0.005重量％至10重量％的范围内。
37.权利要求34所述的压裂液，其中所述添加剂包含糖醇衍生物。
38.权利要求37所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物包括下列各项的衍生物中的至少一种：山梨糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇、乳糖醇、木糖醇和麦芽糖醇。
39.权利要求37所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物的浓度在所述压裂液的0.01重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.05重量％至2重量％的范围内。
40.权利要求37所述的压裂液，其中所述糖醇衍生物包括烷基化糖醇。
41.权利要求33所述的压裂液，其中所述交联剂包含水可溶混、非水性流体。
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