粘弹性组合物制造技术

本发明专利技术提供一种含有可断裂表面活性剂以及还可能含有电解质的含水粘弹性组合物。用于本发明专利技术的可断裂表面活性剂含有至少一个弱的化学键，所述化学键能够在合适的条件下断裂，从而得到与初始的表面活性剂分子相比通常没有界面特性和表面活性的油溶性和水溶性产品。另外，所述含水粘弹性组合物的流变特性通常由于可断裂表面活性剂的断裂而改变，通常导致组合物的粘稠性、粘弹性以及表面活性剂特性消失。本发明专利技术的含水粘弹性组合物适用于油田应用，具体为地下地层的水力破碎。因此本发明专利技术还涉及钻井用流体以及破碎地下地层的方法。本发明专利技术还涉及新的可断裂表面活性剂。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于油田应用具体适用于地下地层水力破碎的粘弹性组合物。所述粘弹性组合物是具有显著弹性的组合物，从而施加的应力释放时，组合物表现出介于Hookean(弹性固体)和牛顿(粘性流体)两种极端之间的行为。
技术介绍
烃如油、天然气等通过钻井穿透载烃地层而从地下地质层中(例如储藏层)得到。这将为烃通常为油提供一个部分流路到达地面。为了使油“生产出来”，也就是说使油从地层进入井孔(并最终到达地面)，必须有充足的无障碍流路通过地层岩石(例如砂岩、碳酸盐)，当具有足够尺寸和数量的岩石孔存在时，通常发生这种情况。油产量降低的一个常见原因是地层的“破坏”，其堵塞岩石孔并阻碍油的流动。这种破坏经常可以归因于多种因素，包括打井时所应用的方法和化学品、在井上进行的维修作业、或地层天然比较“紧”(例如低渗透率地层)使孔太小致使油只能非常慢地向井孔迁移。通常用于提高地层渗透率的技术称为“刺激”。对地层的刺激可以通过如下方法来进行(1)向井孔中注入化学物质以使其与“破坏”反应和/或使之溶解；(2)通过井孔注入化学物质并使之进入地层与小部分地层反应和/或使之溶解，从而为烃形成另一个流路；或(3)在足以破碎地层的压力下通过井孔注入化学物质并使之进入地层中，从而形成一个通道，通过该通道烃可更容易地由地层流入井孔。水力破碎通常在足以引发和扩展地层中裂缝的压力下，向通向地层表面的井孔中注入专用的流体从而打碎或破碎部分地层周边层。通常这种方法形成一个裂缝区即在具有多处裂缝的地层中的区域，通过这些裂缝烃可以更容易地流入井孔。典型的破碎处理例如流体通常包括至少三种组分载带流体(通常为水或盐水)、聚合物和支撑剂(proppant)。多种流体进一步包括交联剂。用作破碎流体的其它组合物包括水和添加剂以及胶凝油。这些破碎流体的目的是首先形成和扩展裂缝，然后是一旦开口足够大，则通过载带流体向裂缝中输送支撑剂，而一旦泵送操作完成后这些支撑剂防止裂缝封闭。已经发现粘弹性组合物可以用作破碎流体。针对这一目的可以很方便地应用在水溶液中能够形成粘弹性组合物的表面活性剂。为了简单明了这种表面活性剂在这里称为“粘弹性表面活性剂”。对含有粘弹性表面活性剂的破碎流体的应用归因于流体组合物的流变特性、这种流体的稳定性及其低残余物含量。常规的表面活性剂，具体为那些倾向于形成球状胶束的表面活性剂，通常不能形成粘弹性组合物，具体为含水的粘弹性组合物，因此不适合用于水力破碎的应用。但某些表面活性剂，具体为那些倾向于形成长的棒状或虫状胶束结构的表面活性剂，例如粘弹性表面活性剂，能够形成易于在水力破碎中应用的含水的粘弹性组合物。当粘弹性表面活性剂的总浓度相对较低，通常范围为1-10wt％时，这些长的棒状或虫状胶束结构相互重叠，形成粘弹性的缠绕网状物。通常这些大的胶束结构很容易被其与地层流体如烃流体的相互作用而破坏。当胶束结构被其与烃流体的相互作用破坏时，形成低粘度的溶液。这样，当基于粘弹性表面活性剂的破碎流体与所产生的烃流体相互作用时，胶束结构的巨大变化(例如从棒状或虫状变为球状胶束)造成破碎流体流变特性的巨大变化(从粘弹性组合物变为非粘性溶液)。正是这种“易反应的”流体有助于从支撑的裂缝中脱除和清除流体，从而使烃的产量最大化。在几个专利的说明书中已经描述了粘弹性表面活性剂在非泡沫破碎流体和泡沫破碎流体中的应用。US-A-5,258,137涉及泡沫流体组合物，据描述所述组合物在一定温度范围内是稳定的、容易配制且具有好的剪切稳定性，并且所述组合物包括含水液体、增稠量的粘弹性表面活性剂以及能够形成泡沫的官能有效量的表面活性剂，所述粘弹性表面活性剂包括由如下通式表示的物质 US-A-5,551,516描述了一种水力破碎流体，所述破碎流体包括一种含水基流体例如水、选自特定类别的增稠剂、无机水溶性盐、至少一种在放置过程中用于悬浮支撑剂的粘弹性表面活性剂、以及稳定性有机盐或C4-C12醇。据称所述破碎流体可用于高渗透率地下地层的破碎处理。US-A-5,964,295描述了一种方法(i)在破碎过程中减少破碎流体在相对低渗透率地层中的损失，(ii)提高破碎流体由井中的清除并减少由地下地层产生的水，和(iii)通过应用含有粘弹性表面活性剂的破碎流体来减少混合和泵送破碎流体所需的设备。在进一步描述的方法中，应用一种基于含水的粘弹性表面活性剂的水力破碎流体来破碎地层，而所述水力破碎流体含有水基增稠剂、水溶性盐和至少一种胺或胺增稠剂的盐。US-A-5,979,557涉及一种酸化地层的方法，以及一种在井检修期间及之后限制地层水流入的方法，从而最大限度地回收烃和破碎流体，所述方法包括一个步骤，即选择性地堵塞载水区域而不是载烃区域的地层表面的孔结构。在优选实施方案中，孔结构被一股粘稠流体所堵塞，而所述粘稠流体除了其它组分外还含有能在含水环境中形成虫状胶束的粘弹性表面活性剂。与应用现有技术的粘弹性表面活性剂的相关的一个潜在缺点为单独的粘弹性表面活性剂分子倾向于在破碎后与地层流体(即被抽取的烃)形成乳液。在裂缝内或在侵入的基质区内形成的乳液滴可能对地层流体流动形成障碍，而这种障碍可能限制流体的清除和烃的产量。专利技术概述按照本专利技术的一个方面，提供一种含有可断裂表面活性剂的含水粘弹性组合物。在这里所应用的术语“可断裂表面活性剂”指的是表面活性剂在其分子内具有至少一个弱的化学键，而所述化学键可以在适当的温度和/或pH值条件下以受控速率发生断裂，从而得到更小的分子片断。可断裂表面活性剂也可以称为“可降解的”、“临时的”或“自毁性的”表面活性剂。在含有至少一个弱化学键的可断裂表面活性剂断裂后，含水粘弹性组合物的流变特性如粘度通常会发生改变。可断裂表面活性剂的断裂或分解产品通常比原始表面活性剂分子更易溶于油或更易溶于水。因此与表面活性剂分子相比，分解后的产品不具有界面特性并且没有表面活性。因此，按照本专利技术含有可断裂表面活性剂的含水粘弹性组合物中，可断裂表面活性剂的断裂消除了所述组合物的粘稠性、粘弹性和表面活性剂特性，因此减小了表面活性剂与流体如含烃的地层流体形成乳液的可能性。有利地，本专利技术的含水粘弹性组合物适合于用作钻井用流体，具体为用于破碎地下地层的水力破碎流体或井清除流体，其中本专利技术的组合物克服了现有技术中不可断裂的粘弹性表面活性剂所遇到的困难。正如上面所概括的，含水粘弹性组合物的粘稠性、粘弹性和表面活性剂特性的消除有利于容易从支撑裂缝中脱除和清除流体，并且还减小了表面活性剂形成不想要的稳定乳液的可能性。另外，由于可断裂表面活性剂的弱化学键通常可以在适当条件下断裂，由粘弹性组合物到低粘度溶液的转化速率可以控制，因此通过地层流体脱除钻井用流体的效率通常可以得到改善。本专利技术的含水粘弹性组合物可以合适地为溶液或凝胶等形式。通常将可断裂表面活性剂加入到含水组合物如水中。通常，这种组合物的形式可以通过加入任选的添加剂如电解质而改变，其中在这里所应用的术语“电解质”指的是一种化合物，这种化合物在溶液中部分或全部电离成离子。优选地，向含有可断裂表面活性剂的组合物中加入电解质源以提高组合物的粘度，从而使组合物形成凝胶。因此，按照本专利技术的另一个方面，提供一种含有可断裂表面活性剂和电解质的含水粘弹性组合物。因此，在这里的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有可断裂表面活性剂的含水粘弹性组合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周健，T胡格斯，
申请(专利权)人：PRAD研究与发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]