使用压裂流体混合物来压裂地层的方法技术

一种使用包含天然气和基础流体的压裂流体混合物来压裂储层中的地层的方法，包括如下步骤：确定包含地层的储层的某些储层条件；选择在经确定的储层条件下在地层的压裂操作期间压裂流体混合物的至少一种期望行为；确定为实现经选择的至少一种行为所需的压裂流体混合物的性质，其中经确定的性质包括混合物中天然气的摩尔分数；制备具有经确定的性质的压裂流体混合物；以及在确定的储层条件下将压裂流体混合物注入储层中，使得混合物在压裂操作期间表现出期望行为。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用压裂流体混合物来压裂地层的方法相关申请本申请要求于2011年1月17日提交的美国临时申请NO.61/433,441的利益，并且该申请的全部内容通过参引并入本文。
本专利技术总体上涉及使用压裂流体混合物来压裂地层的方法。
技术介绍
水力压裂是用于改善现有井、低效率井、新井和不再生产的井的生产的常用技术。在专用设备中将压裂流体与压裂支撑材料混合，然后将其泵送通过井筒并泵送到包含待生产烃类材料的地下地层中。在足以压裂地下地层的高压下完成携带支撑材料的压裂流体的注入。压裂流体将支撑材料携带到裂缝中。在完成流体和支撑剂注入后，降低压力，支撑剂使裂缝保持打开。然后使井涌出以移除裂缝和地层中的压裂流体。在移除足够的压裂流体之后，利用通过所建立裂缝体系的改善的流动开始或恢复井中的生产。在一些情况（例如从煤层甲烷沉积物中回收天然气）下，不使用支撑剂并且压裂地层的简单作用足以提供期望的生产改善。不能从地层中移除足够的压裂流体会阻断烃的流动并且显著降低所放置的裂缝的有效性。压裂流体的选择非常重要并且取决于处理的目标和期望。适当选择的流体会是成本有效的、能够在表面处混合并加压、可靠地将支撑剂携带到裂缝中、使地层孔隙中的损害和阻断最小化、在回收期间在地面容易操作、并且使总体操作的环境影响最小化。选择最佳地满足这些有时相矛盾的需求的压裂流体是困难的，所以必须小心。为了在广泛的情况和需求下最佳地满足这些要求，公开了主要在添加和不添加气相（例如氮气或二氧化碳）的情况下以水和烃类流体为基础的多种压裂流体和压裂流体混合物来完成水力压裂。将氮气或二氧化碳与油基压裂流体或水基压裂流体一起使用可提供一系列益处。这些气体的存在改善或加快了地层中压裂流体的移除，从而实现了压裂处理更好的有效性。另外，这些气体降低了基础压裂流体的密度，从而允许沿井筒的改善的流动，再次改善或加快了压裂流体的移除。氮气或二氧化碳与基础压裂流体之间的相互作用可改变基础流体的物理性质，这包括降低混合物粘度、使相对渗透作用最小化和降低表面张力。这些作用导致了地层孔隙内压裂流体改善的流动性，压裂流体改善的回收和更优的生产。在烃基流体的情况下，氮气或二氧化碳可以比较便宜并且提供了成本有效的体积替换，从而降低了处理成本。虽然水的获得是廉价的，但是它需要非常大的成本来处置回收流体并且可具有与其消耗、操作、再循环或回收后处置有关的负面环境影响。另外，氮气或二氧化碳可通过降低所使用、回收和需要处置的流体的体积而提供益处。然而，使用基于氮气或基于二氧化碳的压裂流体可对水力压裂工艺具有有害作用。在压裂流体回收期间，氮气或二氧化碳污染所产生的天然气，并且在不加工以移除污染物的情况下，需要燃烧或排放氮气或二氧化碳直至井生产流体流中压裂气体的浓度足够降低使得所产生的井液流可商业化为止。在该时期内天然气组分的燃烧和排放消耗了该液流同时还对环境造成破坏。二氧化碳在水基流体和烃基流体中具有化学活性。二氧化碳在水中的溶液形成碳酸，其需要经常添加粘度形成化学品的替代品。此外，增加的水酸度可与地层中的矿物相互作用而导致压裂处理的破坏和有效性降低。在回收时，所形成的碳酸还促进地面设备和管线的腐蚀。在烃基流体中，二氧化碳的添加削弱了粘度形成化学品的有效性，并且可能导致用于建立裂缝并将支撑剂携带到裂缝中的流体的不良性能。氮气在水基液体和烃基液体中的惰性比二氧化碳大得多，但是其在注入之前就气化并且经常导致流体静水压力减小、地面设备和辅助设备的注入压力增加或井筒设计改变以接受更高的注入压力。此外，氮气或二氧化碳的来源经常远离井并且合适地供应这些气体可使其应用对于优良的井经济效益而言太过昂贵。在必须对有效促进较不高产储层（例如致密气和页岩气）所需的许多大裂缝网络进行经济性地生产的情况下尤其是这样。对于这些挑战，工业需要更好的解决方案以使从油和气层中的生产最大化、减少或消除水使用并且消除排放和燃烧。解决方案必须是成本有效的并且最小程度干扰的，从而允许快速且有效地实施和利用。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种使用包含天然气和基础流体的压裂流体混合物来压裂储层中的地层的方法。所述方法包括如下步骤：确定包含地层的储层的某些储层条件；选择在经确定的储层条件下在地层的压裂操作期间压裂流体混合物的至少一种期望行为；确定为实现经选择的至少一种行为所需的压裂流体混合物的性质，其中经确定的性质包括混合物中基础流体的组成和混合物中天然气的摩尔分数；制备具有经确定的性质的压裂流体混合物；以及在经确定的储层条件下将压裂流体混合物注入到储层中，使得所述混合物在压裂操作期间表现出期望行为。所述储层条件可包括：储层压力、储层温度、压裂压力和回收压力。压裂流体混合物的经选择的期望行为可选自：相行为、界面张力、粘度和溶解的天然气含量。压裂流体混合物的经确定的性质可还包括注入压力和注入温度。所述基础流体可包含烃类井维修流体。在这种情况下，烃类井维修流体可包含烷烃基烃类液体和芳族基烃类液体中的一者或两者。基础流体还可包含支撑剂和增粘剂中的一者或两者。另外，天然气可包含甲烷、或者甲烷与一种或多种气态烃（选自乙烷、丙烷、丁烷和戊烷）的混合物或者甲烷与一种或多种惰性气体（选自二氧化碳和氮气）的混合物。混合物中天然气的摩尔分数可介于4mol%至90mol%之间。当经选择的期望行为是相行为时，所述方法在一方面还可包括：确定压裂流体混合物的相包线，所述混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将压裂流体混合物注入到储层中，使得所述混合物包含液相基础流体和气相天然气，所述气相天然气在经注入的混合物进入地层时完全溶解于基础流体中，并且其中，至少一些所述气相天然气在回收期间不溶解于基础流体中。在该方面中，注入压力和注入温度可选择为使得混合物在注入到井中时低于混合物的泡点并且高于混合物的露点。替代性地，注入压力和注入温度可选择为使得混合物在注入井中时高于混合物的泡点和露点。当经选择的期望行为是相行为时，所述方法在另一方面还可包括：确定压裂流体混合物的相包线，所述混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将压裂流体混合物注入到储层中，使得所述混合物包含液相基础流体和气相天然气，至少一些所述气相天然气在经注入的混合物进入地层时和回收期间不溶解于基础流体中。在该方面中，注入压力和注入温度可选择为使得混合物在注入井中时低于混合物的泡点并且高于混合物的露点。当经选择的期望行为是相行为时，所述方法在又一方面还可包括：确定压裂流体混合物的相包线，所述混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将压裂流体混合物注入到储层中，使得所述混合物包含气相天然气和液相基础流体，所述液相基础流体在经注入的混合物进入地层时和回收期间完全溶解于天然气中。在该方面中，混合物中天然气的摩尔分数可介于80mol%至99mol%之间，并且注入压力和注入温度可选择为使得混合物在其注入井中时并且在储层温度和储层压力下高于临界温度。当经选择的期望行为是相行为时，所述方法在又一方面还可包括：确定压裂流体混合物的相包线，所述混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将压裂流体混合物注入到储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.17 US 61/433,4411.一种使用压裂流体混合物来压裂储层中的地层的方法，所述压裂流体混合物包含天然气和基础流体，所述方法包括如下步骤：(a)确定包含所述地层的所述储层的某些储层条件，其中所述某些储层条件包括储层压力、储层温度、压裂压力以及回收压力；(b)选择在经确定的所述储层条件下在所述地层中的压裂操作期间所述压裂流体混合物的期望相行为；(c)确定为实现所述期望相行为所需的所述压裂流体混合物的性质，经确定的所述性质包括所述压裂流体混合物中基础流体的组成和所述压裂流体混合物中天然气的摩尔分数；(d)制备具有经确定的所述性质的所述压裂流体混合物；以及(e)在经确定的所述储层条件下将所述压裂流体混合物注入所述储层中，使得所述压裂流体混合物在所述压裂操作期间表现出所述期望相行为。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述压裂流体混合物的经确定的所述性质还包括注入压力和注入温度。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：确定所述压裂流体混合物的相包线，所述压裂流体混合物在所述压裂流体混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将所述压裂流体混合物注入所述储层中，使得所述压裂流体混合物包含液相基础流体和气相天然气，所述气相天然气在经注入的所述压裂流体混合物进入所述地层时完全溶解于所述基础流体中，并且其中，至少一些所述气相天然气在回收期间不溶解于所述基础流体中。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述基础流体包含烃类井维修流体。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述烃类井维修流体包含烷烃基烃类液体和芳族基烃类液体中的一者或两者。6.如权利要求3所述的方法，其中，所述基础流体还包含支撑剂和增粘剂中的一者或两者。7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述天然气包括甲烷、或甲烷与选自乙烷、丙烷、丁烷和戊烷中的一种或多种气态烃的混合物、或甲烷与选自二氧化碳和氮气中的一种或多种惰性气体的混合物。8.如权利要求3所述的方法，其中，所述压裂流体混合物中天然气的所述摩尔分数介于4mol％至90mol％之间。9.如权利要求3所述的方法，其中，所述注入压力和所述注入温度选择为使得所述压裂流体混合物在注入井中时低于所述压裂流体混合物的泡点并且高于所述压裂流体混合物的露点。10.如权利要求3所述的方法，其中，所述注入压力和所述注入温度选择为使得所述压裂流体混合物在注入井中时高于所述压裂流体混合物的泡点和露点。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：确定所述压裂流体混合物的相包线，所述压裂流体混合物在所述压裂流体混合物中具有经选择的摩尔分数的天然气；以及在经选择的注入压力和注入温度下将所述压裂流体混合物注入所述储层中，使得所述压裂流体混合物包含液相基础流体和气相天然气，至少一些所述气相天然气在经注入的所述压裂流体混合物进入所述地层时和回收期间不溶解于所述基础流体中。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述注入压力和所述注入温度选择为使得所述压裂流体混合物在注入井中时低于所述压裂流体混合物的泡点并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：格朗特·W·内维森，
申请(专利权)人：恩弗拉卡公司，
类型：
国别省市：