本發(fā)明涉及包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠的井處理流體作為臨時密封物以在井眼的層段之間實(shí)現(xiàn)層位封隔以及作為水泥的替代品的用途。本發(fā)明進(jìn)一步涉及重復(fù)壓裂地下地層的方法，其中所述臨時密封物通過將該臨時密封物暴露于降粘劑而從井中移除。

背景技術(shù)：

通常，經(jīng)井穿過的地下地層具有多個不同的關(guān)注的區(qū)域或地層。在從井中生產(chǎn)流體的過程中，通常期望僅僅與關(guān)注的區(qū)域或地層建立連通從而使得增產(chǎn)處理不會不經(jīng)意地流入非生產(chǎn)性區(qū)域或關(guān)注減弱的區(qū)域。隨著井的壽命以及井的生產(chǎn)力下降，選擇性增產(chǎn)(例如通過水力壓裂和酸增產(chǎn))變得顯著。

通常，選擇性增產(chǎn)通過一種或多種射孔槍而完成，其中射孔槍在鋼纜或軟管上運(yùn)送至井中并且相鄰于關(guān)注的區(qū)域和/或地下地層放置，并隨后選擇性引燃以對區(qū)域和/或地層射孔。然后通過鋼纜將射孔槍重新放置于另一關(guān)注的區(qū)域或地層，并且隨后對關(guān)注的區(qū)域或地層選擇性射孔。重復(fù)此程序直至所有關(guān)注的區(qū)域和/或地層被射孔；隨后通過鋼纜將射孔槍取回至地面。當(dāng)期望壓裂時，隨后將壓裂流體泵入井中，泵入壓力超過區(qū)域和/或地層將要壓裂的壓力。為了防止壓裂流體流入具有更大孔隙度和/或更低壓力的區(qū)域，首先將機(jī)械設(shè)備諸如跨式封隔器、或塞子或砂填充設(shè)置于剛壓裂的區(qū)域與待壓裂的區(qū)域之間的井中，以隔離增產(chǎn)區(qū)域以避免進(jìn)一步接觸壓裂流體。重復(fù)此程序直至所有關(guān)注的區(qū)域被射孔和壓裂。

一旦完成完井操作，每個塞子均須從井中鉆出來或以其它方式移除以允許流體通過井產(chǎn)出至表面。有必要下入和起出井眼以對多個區(qū)域的每一個射孔和增產(chǎn)，以及使用這些塞子以隔離先前處理過的區(qū)域和/或地層而避免進(jìn)一步處理流體接觸，均是耗時且昂貴的。

已經(jīng)報(bào)道了多種用于實(shí)行井眼的層段之間層位封隔的方法和組件，當(dāng)完成多個關(guān)注的區(qū)域時，其不取決于射孔設(shè)備移入井中或者從井中移出。與此同時，這些方法和組件將井眼的選擇性目標(biāo)生產(chǎn)層段與非生產(chǎn)層段隔離。

最近，報(bào)道了使用隔離組件來提供層位封隔和允許在多個層段井眼中選擇性處理生產(chǎn)(或先前生產(chǎn)層段)。例如，美國專利No.6386288公開了一種機(jī)械層位封隔體系，其可以提供在套管柱(膠結(jié)(cement)至井眼)的外面以允許獨(dú)立于其它層段完成地層層段并且增產(chǎn)和/或處理。按此方式，可對所選擇的地下地層層段進(jìn)行增產(chǎn)和/或處理。該組件可包括位于射孔槍組件之間的擋板閥組件的使用。

進(jìn)一步地參見美國專利No.7575062，其公開了包含繞包屏蔽套筒和位于襯套中的多個膨脹式封隔器的隔離組件以及在襯套中用于改變開口控制井眼中流體的工具。

層位封隔組件是昂貴的。當(dāng)用水泥漿保持在適當(dāng)位置時，僅能通過破壞或毀壞這些組件而將其從井眼中移除。進(jìn)一步需要在井眼中將套管保持在適當(dāng)位置的可替代的方法。

另外，已經(jīng)探尋用于將套管固定至井眼的替代方法。傳統(tǒng)地，水泥漿用于膠結(jié)井管和套管于井眼上。通常漿料向下泵入管道或套管的內(nèi)部并且通過井眼和套管外部之間的環(huán)形空間堵塞管道或套管的外面。隨后允許水泥漿凝固并硬化以保持套管在適當(dāng)?shù)奈恢谩鹘y(tǒng)水泥漿是不期望與層位封隔組件一起使用的，因?yàn)闉榱藦木幸瞥斜匾茐幕驓膶游环飧艚M件。

還尋找了重復(fù)壓裂具有多個不同的生產(chǎn)區(qū)域的選擇性增產(chǎn)地層的方法的替代方案。當(dāng)井中生產(chǎn)區(qū)域可能不被充分壓裂時，常常期望重復(fù)壓裂。這通常導(dǎo)致生產(chǎn)區(qū)域的不充分生產(chǎn)。即使地層被充分壓裂，生產(chǎn)區(qū)域可不再以充分水平生產(chǎn)。經(jīng)過一段延長的時間，從先前壓裂過的水平井眼中的生產(chǎn)可降低至最低閾值水平以下。一種增加烴產(chǎn)出的技術(shù)為在地下地層中添加新的裂縫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這里描述的井處理流體在完井的過程中提供了隔離并且可在后作業(yè)回流的過程中或之后被移除。因此，這里定義的井處理流體能夠在后壓裂生產(chǎn)后幾乎不損害地層的表面。

井處理流體包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠、交聯(lián)劑和優(yōu)選的破壞劑。硼酸化的半乳甘露聚糖在用交聯(lián)劑固化或硬化之前包含硼酸根離子。硼酸化的聚半乳甘露聚糖可以在水中未水合以粉末或烴漿料的形式被泵入穿過地層的井中。

優(yōu)選半乳甘露聚糖為瓜爾膠及其衍生物，例如羧甲基醚衍生物和羥烷基醚衍生物。此外，未衍生的瓜爾膠也是優(yōu)選的。

井處理流體的水合可通過調(diào)節(jié)pH和/或交聯(lián)劑例如熱延遲交聯(lián)劑而控制。因此，可以延遲井處理流體的水合直至流體到達(dá)井下關(guān)注的地。因此，可以有效設(shè)置井處理流體用于優(yōu)先密封或封堵地層中的生產(chǎn)區(qū)域，原因在于流體的延遲水合可以控制達(dá)至多數(shù)小時。

流體在處理具有多個生產(chǎn)區(qū)域的地層中是尤其有用的。通常，待處理的井在關(guān)注的區(qū)域中包含層位封隔體系。處理流體可用于垂直井和非垂直井中。在這種情況下，可對井射孔并隨后在不用任何水泥的情況下進(jìn)行壓裂。

因此，在公開的一個實(shí)施例中，提供了提高經(jīng)井穿過的地層的生產(chǎn)力的方法，其中未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠和交聯(lián)劑被泵入井中。未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠在交聯(lián)或固化前包含硼酸根離子。

在另一個實(shí)施例中，提供了提高經(jīng)具有多個生產(chǎn)區(qū)域的井穿過的含烴地層的生產(chǎn)力的方法。在此方法中，未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠和交聯(lián)劑被引入井的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域附近；硼酸根離子在交聯(lián)前被并入未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠中。預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域通過硬化井處理流體與井的其它區(qū)域隔離。隨后對隔離的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域射孔。然后通過向井的射孔的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域中以足以壓裂射孔的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域的壓力引入壓裂流體，水力壓裂射孔的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域。

在另一個實(shí)施例中，公開了提高經(jīng)由含有套管和多個生產(chǎn)區(qū)域的膠結(jié)的垂直井穿過的含烴地層的生產(chǎn)力的方法。在此實(shí)施例中，對井的生產(chǎn)區(qū)域射孔。隨后通過以足以壓裂射孔的生產(chǎn)區(qū)域的壓力向射孔的生產(chǎn)區(qū)域中引入壓裂流體來對射孔的生產(chǎn)區(qū)域水力壓裂。然后向壓裂的射孔的生產(chǎn)區(qū)域上方的套管中引入含有硼酸化的半乳甘露聚糖膠和交聯(lián)劑的井處理流體；在交聯(lián)前硼酸化的半乳甘露聚糖膠含有并入的硼酸根離子。隨后硬化處理流體。

在另一個實(shí)施例中，提供提高含烴的地下地層的生產(chǎn)力的方法。在此方法中，含有未水合的硼酸化的瓜爾膠和交聯(lián)劑的井處理流體被引入井眼壁與置于井眼中的管柱之間的環(huán)形空間中。管柱中放置有層位封隔組件。未水合的硼酸化的瓜爾膠在交聯(lián)之前含有并入的硼酸根離子。隨后硬化井處理流體并且隔離在地層中的生產(chǎn)區(qū)域。然后在層位封隔組件中對隔離的生產(chǎn)區(qū)域射孔。通過以足以壓裂隔離的生產(chǎn)區(qū)域的壓力向該區(qū)域中引入壓裂流體來對隔離的生產(chǎn)區(qū)域水力壓裂。

在公開的另一個實(shí)施例中，公開了提高經(jīng)非垂直井穿過的含烴的地下地層的生產(chǎn)力的方法。在此實(shí)施例中，向井中引入第一封隔器。層位封隔組件單元被引入與第一封隔器相鄰的井中。然后向井中引入第二封隔器直到由層位封隔組件單元限定的區(qū)域被第一封隔器和第二封隔器限定。隨后向井中引入未水合的硼酸化的瓜爾膠和交聯(lián)劑。然后硬化未水合的硼酸化的瓜爾膠。在硬化前，未水合的硼酸化的瓜爾膠含有硼酸根離子。由第一封隔器和第二封隔器限定的區(qū)域隨后與井的其它區(qū)域密封隔離。然后通過以足以壓裂隔離區(qū)域的壓力向該區(qū)域中引入壓裂流體來對隔離區(qū)域水力壓裂。這些步驟可以在井的另一區(qū)域中重復(fù)。

在公開的另一個實(shí)施例中，提供了重復(fù)壓裂經(jīng)井穿過的地下地層的方法。在此方法中，向井中泵入降粘劑。臨時膠凝密封物的粘度隨后減小。臨時膠凝密封物是未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠和交聯(lián)劑的產(chǎn)物。以不足以在地下地層中產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力向井中泵入降粘劑。然后以足以在井中預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域中產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力向井中泵入壓裂流體。

另一個實(shí)施例中公開了重復(fù)壓裂經(jīng)井穿過的地下地層的方法，其中先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域通過臨時封堵凝膠與井中的另一區(qū)域隔離。臨時封堵凝膠衍生自硼酸化的半乳甘露聚糖膠。以不足以在地下地層中產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力向井中泵入降粘劑。臨時封堵凝膠的粘度降低。先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域可隨后通過以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大裂縫的壓力向先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域引入壓裂流體而重復(fù)壓裂。包含未水合的半乳甘露聚糖膠的井處理流體隨后引入重復(fù)壓裂的生產(chǎn)區(qū)域的上方。隨后通過硬化井處理流體隔離重復(fù)壓裂區(qū)域。

在另一個實(shí)施例中，提供了提高經(jīng)具有多個生產(chǎn)區(qū)域的井穿過的含烴地層的生產(chǎn)力的方法。在此方法中，向井中先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域中泵入包含降粘劑的井處理流體。先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域與井的第二生產(chǎn)區(qū)域通過衍生自硼酸化的半乳甘露聚糖膠的臨時封堵凝膠而隔離。臨時封堵劑的粘度可隨后降低并且從井中移除臨時封堵劑。然后可通過向井中以足以引發(fā)或擴(kuò)大裂縫的壓力泵入壓裂流體而重復(fù)壓裂先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域。可隨后向井中泵入包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠的井處理流體。然后通過硬化包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠的井處理流體將重復(fù)壓裂的生產(chǎn)區(qū)域與井中的另一生產(chǎn)區(qū)域隔離。

附圖說明

為了更充分地理解本發(fā)明具體實(shí)施方式所提及的附圖，提供每個附圖的簡要說明，其中：

圖1表明井處理流體在包括層位封隔體系的水平井中的應(yīng)用。

圖2表明不同的pH水平對凝膠水合開始的影響。

圖3表明延緩劑對凝膠水合開始的影響。

圖4表明不同的pH水平與延緩劑對凝膠水合開始的影響。

圖5表明不同的pH水平與延緩劑對凝膠水合開始的影響。

圖6表明用于隔離凝膠在低剪切條件下保持高粘度的能力。

圖7表明實(shí)施例中所用的測試條件。

具體實(shí)施方式

這里所描述的用于井處理流體的硼酸化的半乳甘露聚糖膠為在交聯(lián)或硬化前具有并入的硼酸根離子的半乳甘露聚糖膠。這些硼酸化的半乳甘露聚糖膠公開于美國專利No.3808195中，在此以參考文獻(xiàn)引入。硼酸化的聚半乳甘露聚糖可通過將半乳甘露聚糖引入含有硼酸根離子的材料中，即可向反應(yīng)中貢獻(xiàn)硼酸根離子的材料中而制備。

未水合的硼酸化的半乳甘露聚糖膠可以以粉末或以在水中的漿料或添加至水中的礦物油中的漿料的形式泵入。通常，泵入地層的硼酸化的半乳甘露聚糖的量在約100磅/千加侖水(ppt)至約1000ppt之間，優(yōu)選約250ppt至約750ppt之間。當(dāng)使用烴漿料時，漿料中的硼酸化的半乳甘露聚糖的量在約3磅/加侖烴至5磅/加侖烴之間。

優(yōu)選用于本發(fā)明的半乳甘露聚糖為瓜爾膠及其衍生物，包括天然或未衍生化的瓜爾膠、酶處理的瓜爾膠(通過用半乳糖苷酶、甘露糖苷酶，或另一酶處理天然瓜爾膠得到)以及衍生化的瓜爾膠。聚半乳甘露聚糖的衍生物包括水溶性衍生物，例如羧基烷基醚，例如羧甲基醚衍生物，羥烷基醚衍生物，例如聚半乳甘露聚糖的羥乙基醚和羥丙基醚，聚半乳甘露聚糖的氨基甲酰乙基醚；陽離子聚半乳甘露聚糖和解聚的聚半乳甘露聚糖。

另外，合適的衍生化的瓜爾膠是通過用化學(xué)品處理天然的瓜爾膠以引入羧基、羥烷基、硫酸根基團(tuán)、磷酸根基團(tuán)等而制備的那些。優(yōu)選的或?yàn)榱u烷基化瓜爾膠(例如羥丙基瓜爾膠、羥乙基瓜爾膠、羥丁基瓜爾膠)，或?yàn)楦男缘牧u烷基化瓜爾膠，例如羧基化瓜爾膠，例如羧基烷基化瓜爾膠，例如羧甲基瓜爾膠以及羧基化烷基化羥烷基瓜爾膠，例如羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)，包括分子量在約100萬至約300萬之間的那些。這些瓜爾膠衍生物的羧基含量可以用取代度(“DS”)表示并且范圍在約0.08至約0.18之間以及羥丙基含量可以用摩爾取代(MS)(定義為每摩爾葡糖酐的羥烷基的摩爾數(shù))表示并且范圍在約0.2至約0.6之間。

通常，硼酸化的半乳甘露聚糖通過以下來制備：在含有硼酸根離子的材料的堿性水溶液中浸泡聚半乳甘露聚糖，允許聚半乳甘露聚糖吸收所有溶液并且隨后研磨并干燥聚半乳甘露聚糖。堿性水溶液中的水量大約等于聚半乳甘露聚糖的量。溶液用堿金屬或堿土金屬氫氧化物而制備為堿性的。堿金屬或堿土金屬氫氧化物在溶液中的濃度為約0.3％重量至0.5％重量，基于聚半乳甘露聚糖的重量。在聚半乳甘露聚糖被吸收后，對其研磨并在通常約150℃至約250℃的溫度下干燥至未處理的聚半乳甘露聚糖的原始濕度水平，通常包含約9％重量至12％重量的水。制備硼酸化的聚半乳甘露聚糖及其衍生物的進(jìn)一步的方法示于美國專利No.3808195中。

優(yōu)選作為含有硼酸根離子的材料是硼酸根陰離子的堿金屬、堿土金屬和胺鹽。硼酸根陰離子包括四硼酸根、偏硼酸根和過硼酸根陰離子。假設(shè)半乳甘露聚糖單元的分子量為200，取代基團(tuán)在反應(yīng)混合物中為0.1摩爾至3摩爾比，產(chǎn)生至少0.1的摩爾取代度。摩爾取代度是每摩爾的聚半乳甘露聚糖膠的脫水己糖單元所取代的取代基的平均數(shù)。硼酸根離子濃度以硼砂Na₂B₄O₇·10H₂O表示。

由硼酸根離子與聚半乳甘露聚糖膠反應(yīng)制得的硼酸化的瓜爾膠可分散于水中，并且表現(xiàn)出有限的被交聯(lián)的能力，當(dāng)聚半乳甘露聚糖是水合的和所得溶膠的pH為堿性。通常，聚半乳甘露聚糖在與未處理的聚合物相同的pH水平下分散于水中。由于硼酸化的聚半乳甘露聚糖的水合速率在接近中性或酸性pH的條件下是最大的，硼酸化的聚半乳甘露聚糖在更高的pH值下不會水合。因?yàn)榫幚砹黧w以至多僅最好部分水合泵入地層，它具有低粘度，其最小化摩擦阻力，和允許井處理流體例如以低泵入速率或利用撓性管設(shè)置。

通過例如用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH，以及隨后交聯(lián)硼酸化的聚半乳甘露聚糖(優(yōu)選用另外的交聯(lián)劑)來控制水合，可以在期望的溫度下控制并保持井處理流體的粘度。合適的pH調(diào)節(jié)劑包括蘇打灰、氫氧化鉀、氫氧化鈉和堿土金屬及堿金屬(alkaline and alkali)碳酸鹽和重碳酸鹽，可以用于維持期望的pH。通常硬化井處理流體的期望的pH為大于8.0，更優(yōu)選大于9.0。

因此，井處理流體在優(yōu)先密封或封堵地層中的生產(chǎn)區(qū)域是高度有效的，原因在于流體的延遲水合可以通過用于瓜爾膠或瓜爾膠衍生物的硼酸根的量以及體系的pH而控制達(dá)至多數(shù)小時。例如，當(dāng)不再期望區(qū)域的被動隔離時，可通常通過使用pH或溫度控制的破壞劑使流體粘度下降。通過調(diào)節(jié)pH至高度堿性條件，硼酸化的聚半乳甘露聚糖的交聯(lián)可進(jìn)一步延遲至高溫，例如至多120°F；并且常常至高達(dá)350°F。

因此，盡管可以使用其它交聯(lián)劑，本發(fā)明流體中使用的交聯(lián)劑通常為延遲交聯(lián)劑(為了延緩聚半乳甘露聚糖的水合)。在許多例子中，在形成具有足夠粘度用作密封劑的凝膠之前，水合可以控制達(dá)至多24至36小時。

特別是在高溫下，交聯(lián)劑為硼砂。除了硼砂以外，可以使用其它釋放硼酸根離子的化合物以及包含至少一種過渡金屬離子或堿土金屬離子的有機(jī)金屬離子或有機(jī)絡(luò)合金屬離子及其混合物。

可以使用的釋放硼酸根離子的化合物包括，例如在組合物中提供硼酸根離子的任意硼化合物，例如硼酸，堿金屬硼酸鹽，諸如二硼酸鈉，四硼酸鉀，四硼酸鈉(硼砂)，五硼酸鹽等以及堿土金屬和鋅金屬(alkaline and zinc mental)硼酸鹽。這些釋放硼酸根離子的化合物公開于美國專利No.3058909和美國專利No.3974077，在此以參考文獻(xiàn)引入。另外，這些釋放硼酸根離子的化合物包括硼的氧化物(例如選自H₃BO₃和B₂O₃)以及聚合的硼酸鹽化合物。合適的聚合的硼酸鹽化合物的例子為硼酸與堿金屬硼酸鹽的聚合物，其可以從美國加利福尼亞州的Borax of Valencia以商標(biāo)名POLYBOR獲得?？梢赃M(jìn)一步使用任意的引用的釋放硼酸根離子的化合物的混合物。這些硼酸根釋放劑通常需要堿性pH(例如8.0至12)以發(fā)生交聯(lián)。

進(jìn)一步優(yōu)選的交聯(lián)劑為反應(yīng)物，例如有機(jī)金屬化合物和有機(jī)絡(luò)合金屬化合物，其能提供IV鋯離子，例如乳酸鋯、三乙醇胺乳酸鋯、碳酸鋯、乙酰丙酮鋯和二異丙基胺乳酸鋯；以及可提供IV鈦離子的化合物，例如乳酸鈦胺、三乙醇胺鈦，和乙酰丙酮鈦。Zr(IV)和Ti(IV)可進(jìn)一步以離子或含氧離子的形式直接加入組合物中。

這些含有+4價(jià)態(tài)的鈦或鋯的有機(jī)金屬交聯(lián)劑和有機(jī)絡(luò)合金屬交聯(lián)劑包含公開在英國專利No.2108122中的那些，在此以參考文獻(xiàn)引入，其可通過在基本無水條件下鋯四烷氧化物與烷醇胺反應(yīng)制得。還描述了其它鋯和鈦交聯(lián)劑，例如在美國專利No.3888312；美國專利No.3301723；美國專利No.4460751；美國專利No.4477360；歐洲專利No.92755和美國專利No.4780223中，所有這些在此以參考文獻(xiàn)引入。這些含有+4氧化價(jià)態(tài)的鈦或鋯的有機(jī)金屬交聯(lián)劑和有機(jī)絡(luò)合金屬交聯(lián)劑包含一個或多個烷醇胺配體，例如乙醇胺(單乙醇胺、雙乙醇胺或三乙醇胺)配體，例如雙(三乙醇胺)雙(異丙基)鈦(IV)。此外，化合物可以以無機(jī)氧化物的形式提供，例如二氧化鋯或二氧化鈦。這些交聯(lián)劑通常在約6至約13的pH范圍內(nèi)使用。

可以進(jìn)一步使用任意合適的交聯(lián)金屬離子、含有金屬的物質(zhì)，或這些離子和物質(zhì)的混合物。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，用于本發(fā)明隔熱組合物中的交聯(lián)劑是能夠給組合物提供Zn(II)、鈣、鎂、鋁、Fe(II)和Fe(III)的反應(yīng)物。這些可以以離子的形式或以多價(jià)金屬化合物諸如氫氧化物和氯化物(從中可以釋放離子)的形式直接用于組合物中。

正如所示的，通過將含有適合的金屬的化合物或金屬離子本身溶解至溶液中，可提供交聯(lián)離子或物質(zhì)。交聯(lián)劑的濃度取決于因素諸如聚合物濃度和環(huán)形空間中的溫度并且通常范圍在約5ppm至約2000ppm之間，優(yōu)選約100ppm至約900ppm。本發(fā)明的一個重要優(yōu)點(diǎn)為使用較高水平的交聯(lián)金屬離子或包含金屬的物質(zhì)，進(jìn)而確保改進(jìn)的交聯(lián)。

含有硼酸化的半乳甘露聚糖膠的井處理流體在處理其中已知存在多個生產(chǎn)區(qū)域的地層中具有特別的適用性。例如，在特定地層中，例如頁巖，可以期望在多個級在6至40個級之間壓裂地層。井處理流體可作為封隔體系達(dá)數(shù)小時至幾天。處理流體可用于垂直井和非垂直井中，最顯著的是水平井。

井處理流體用作被動化學(xué)環(huán)形封隔體系以隔離用于增產(chǎn)的關(guān)注的區(qū)域具有特別的適用性。流體可以引入具有套管襯里的井中或開孔中。

當(dāng)用于連接機(jī)械層位封隔體系時，這里定義的井處理流體具有特別的適用性。在這些方法中，通常期望在不用任何水泥的情況下對隔離的區(qū)域射孔和壓裂。

如圖1所示，穿過地層12并且具有表層套管15以及中間管柱20的水平井10安裝有管道25和機(jī)械層位封隔組件30。向井眼中引入井處理流體27并將其填充管道25和套管15之間的空間。一旦流體硬化，對期望位置的管柱20射孔以及隨后對地層12水力壓裂，其中產(chǎn)生裂縫40。完成壓裂后，通過與破壞劑的相互作用破壞流體的粘度。從井中移除流體后，中間管柱20、管道25和機(jī)械層位封隔組件30可進(jìn)一步從井中移除。

在另一個實(shí)施例中，具有多個生產(chǎn)區(qū)域的井的生產(chǎn)區(qū)域可被首先射孔。隨后以足以壓裂射孔的生產(chǎn)區(qū)域的壓力向射孔的生產(chǎn)區(qū)域中引入壓裂流體。這里定義的井處理流體可隨后被引入壓裂的射孔的生產(chǎn)區(qū)域。射孔的生產(chǎn)區(qū)域可隨后通過硬化井處理流體而隔離。若希望，井的另一個生產(chǎn)區(qū)域可以被射孔并且重復(fù)該過程。該程序通常在第一區(qū)域的射孔前通過將垂直井膠結(jié)至環(huán)形空間而完成。此外，一個或多個生產(chǎn)區(qū)域可包含前述的層位封隔組件。

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，這里所述的井處理流體可以被引入包括多個生產(chǎn)區(qū)域的井的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域。隨后硬化預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域中的流體，從而將預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域與井的另一區(qū)域隔離。由于關(guān)注的區(qū)域與其它區(qū)域密封，隨后對該區(qū)域射孔，對區(qū)域水力壓裂。

井處理流體可進(jìn)一步用于還使用機(jī)械設(shè)備例如封隔器、塞子或砂堵的方法中。首先將這些機(jī)械設(shè)備設(shè)置于井的待壓裂的區(qū)域和相鄰區(qū)域之間的井中。該方法用于非垂直井中更實(shí)用。層位封隔組件單元可存在于一個或多個待壓裂的區(qū)域中，所述區(qū)域由兩個含有層位封隔組件單元的封隔器所限定。這里定義的井處理流體可隨后被引入井中。井處理流體一旦硬化，第一和第二封隔器之間的區(qū)域相對于井中的其它區(qū)域密封開。隨后對密封區(qū)域壓裂。此過程隨后可被重復(fù)連續(xù)的時間以壓裂井中的其它區(qū)域。在井處理流體的限定流體的凝膠破壞后，可從井中移除任意層位封隔體系。

伴隨著增產(chǎn)后提供有效的層位封隔，井處理流體進(jìn)一步最小化天然裂縫的膠結(jié)。當(dāng)在井眼中使用傳統(tǒng)水泥時，在地層的鉆井和/或射孔之后水泥進(jìn)入天然裂縫是常見的。這導(dǎo)致天然裂縫的阻塞。作為水泥的替代品，這里定義的井處理流體可以替代水泥使用或除了水泥以外使用。

在這些例子中，含有硼酸化的半乳甘露聚糖的漿料的流體可引入井眼壁與置于井眼中的管柱之間的井的環(huán)空中。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，在管柱中放置層位封隔組件。在這些例子中，流體硬化后，可隨后對層位封隔組件中的隔離的生產(chǎn)區(qū)域射孔。層位封隔組件可以是多間隔的壓裂處理層位封隔組件，如那些現(xiàn)有技術(shù)中已知的，包括公開在美國專利No.6386288中的組件類型。隨后以足以壓裂隔離的生產(chǎn)區(qū)域的壓力對井進(jìn)行水力壓裂。在這些例子中，井可以是非垂直井。

在一個可選實(shí)施例中，井僅包含軟管和不含套管。機(jī)械封隔組件與軟管連接。

流體提供被動層位封隔，這是因?yàn)榕鹚峄陌肴楦事毒厶强赏ㄟ^凝膠的破壞而從井中移除。因此流體可用來代替機(jī)械封隔器。因此這里描述的被動層位封隔方法提供了環(huán)形隔離，與傳統(tǒng)的水泥類似，但是不破壞地層。因此，在一個優(yōu)選的操作模式中，通過交聯(lián)的凝膠提供的環(huán)形隔離體系在后回流作業(yè)操作過程中離開井，使地層壓裂對于后壓裂生產(chǎn)幾乎沒有損害。

這里定義的井處理流體在其中可最終期望重復(fù)壓裂地層的那些應(yīng)用中是特別有效的。包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠的密封物可被破壞并且通過向井中引入降粘劑而從井中移除硼酸化的半乳甘露聚糖膠。降粘劑至少部分降解膠凝的硼酸化的半乳甘露聚糖膠，且硼酸化的半乳甘露聚糖膠的粘度變小并因此可從井中移除。這樣，用這里定義的硼酸化的半乳甘露聚糖膠將地層中的壓裂的生產(chǎn)區(qū)域與另一區(qū)域隔離的密封物可從井中移除，使得先前封隔的生產(chǎn)區(qū)域可再次進(jìn)行壓裂操作。

以不足以產(chǎn)生或擴(kuò)大地層中的裂縫的壓力向井中泵入含有降粘劑的流體。因此，在密封物降解(并且優(yōu)選硼酸化的半乳甘露聚糖膠被從井中移除)后，以足以產(chǎn)生或擴(kuò)大地層中的裂縫的壓力下向井中泵入壓裂流體。以這種方式，地層中的先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域可被水力壓裂。

通常，通過向井的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域泵入壓裂流體而再次壓裂地層，所述井的預(yù)先確定的生產(chǎn)區(qū)域被先前壓裂或者試圖被壓裂并且包含多個生產(chǎn)區(qū)域。因此，例如，通過水力隔離第一位置與來自第一位置的多區(qū)域井眼井口的一部分，多區(qū)域井眼的地層的位置可被重復(fù)壓裂，所述第一位置被先前水力壓裂至少一次，并且水力重復(fù)壓裂第一位置。重復(fù)壓裂地層后，含有未水合的半乳甘露聚糖膠的井處理流體可以按這里描述的那樣引入井中并且通過硬化井處理流體隔離重復(fù)壓裂的區(qū)域。

應(yīng)當(dāng)理解的是，重復(fù)壓裂方法可由多個重復(fù)壓裂操作組成，其中向井中引入含有降粘劑的流體并且將相對于地層中的另一區(qū)域封堵生產(chǎn)區(qū)域的臨時密封物移除，對地層壓裂，向井中引入包含硼酸化的半乳甘露聚糖膠的流體并且硬化以將重復(fù)壓裂的生產(chǎn)區(qū)域與地層中的其它生產(chǎn)區(qū)域隔離，以及隨后重復(fù)該過程。

合適的降粘劑包括適合于賦予硼酸化的半乳甘露聚糖膠流體粘度降低特性的任意材料。合適的材料的例子包括但不限于氧化劑(例如溴酸鈉)、胺、酸、酸鹽、酸產(chǎn)生材料、酶破壞劑、包封的破壞劑等及其組合。降粘劑促進(jìn)井處理流體中的硼酸化的半乳甘露聚糖膠降解，由此降解的流體可從地下地層移除至井表面。

合適的酸包括鹽酸、甲酸或氨基磺酸以及酸鹽，例如硫酸氫鈉。

合適的氧化劑包括堿土金屬過氧化物和金屬過氧化物(例如過氧化鎂、過氧化鈣和過氧化鋅)，有機(jī)過氧化物，次氯酸鹽漂白劑，過硫酸鹽(原樣使用或包封使用)，例如過硫酸銨、過硫酸鈉、過二硫酸胺和過硫酸鉀，鉻鹽、溴酸鈉、高氯酸鈉、過硼酸鈉、過硼酸鎂、過硼酸鈣等。

還可以使用能夠?qū)⒔宦?lián)的凝膠的骨架破壞成單糖和二糖片段的酶破壞劑，例如半乳甘露聚糖酶。

以足以至少部分降解硼酸化的半乳甘露聚糖膠的量向井中引入降粘劑，使得隔離先前壓裂的生產(chǎn)區(qū)域的臨時密封物被移除。

接下來的例子用于說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。本文的權(quán)利要求范圍內(nèi)的其它實(shí)施方案從本文陳述的說明書考慮，對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。說明書與實(shí)施例被意欲僅僅是示例性的，本發(fā)明的范圍和精神由所附的權(quán)利要求表示。

除非另有說明，實(shí)施例中所列的所有百分比均以重量單位給出。

實(shí)施例

在下面的實(shí)施例中使用如下材料：

聚合物指的是硼酸化的瓜爾膠，可從Baker Hughes Incorporated以GW-26商業(yè)獲得。

硼砂作為延遲水合添加劑(也作為交聯(lián)劑)使用。

GBW-25，破壞劑，是溴酸鈉，可從Baker Hughes Incorporated商業(yè)獲得。

使用Chandler高壓高溫(HPHT)5550粘度計(jì)測量粘度。

實(shí)施例1.使用粘度測量測試了不同水平pH對凝膠水合開始的影響。結(jié)果如圖2所示。在每次測試運(yùn)行中，使用100ppt在水中的聚合物產(chǎn)生凝膠。該漿料的pH為8.84。使用氫氧化鈉溶液(在水中10％重量)增加pH至9.5、9.75和10.1的值。將漿料負(fù)載于粘度計(jì)中并且以100sec^-1的剪切速率測定粘度。粘度計(jì)的溫度在兩小時內(nèi)從70°F上升至250°F并且隨后在250°F下保持恒定再1小時。圖2表示了pH以以下方式影響粘度：

a. 大于9.75的pH導(dǎo)致凝膠完全不會水合并且變得粘稠；

b. pH為9.5時，凝膠的粘度在60-65分鐘后開始增加，但是粘度存在時間短；并且

c. pH為8.84時，凝膠的粘度在30分鐘后開始增加，非常類似于其在室溫下自來水中的性能。

圖2進(jìn)一步表示了水合的開始時間可以通過pH控制。

實(shí)施例2。使用上面的程序，考察了在保持pH為9.5時，添加硼砂作為延遲劑的影響。結(jié)果如圖3所示。對每次運(yùn)行，使用100ppt在水中的聚合物并且用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH以產(chǎn)生凝膠。以聚合物的1％重量、2％重量、3％重量加入硼砂作為延遲劑。將漿料負(fù)載于粘度計(jì)中并且以100sec^-1的剪切速率測定粘度。粘度計(jì)的溫度在兩小時內(nèi)從70°F上升至250°F并且隨后在250°F下保持恒定再1小時。結(jié)果表明硼砂自身(沒有任何pH調(diào)節(jié))沒有延遲水合，但是當(dāng)結(jié)合pH從8.84增加至9.5時，在降低水合速率上具有顯著的不同。具體地：

a. 天然pH為8.84的凝膠和占聚合物2％重量的硼砂的對照運(yùn)行在水合方面沒有表現(xiàn)出不同；

b. 調(diào)整pH為9.5的凝膠和占聚合物1％重量的硼砂延遲水合至約80分鐘；

c. 調(diào)整pH為9.5的凝膠和占聚合物2％重量的硼砂延遲水合至約120分鐘；并且

d. 調(diào)整pH為9.5的凝膠和占聚合物3％重量的硼砂延遲水合開始至約100分鐘，完全水合延遲至140分鐘。

為了進(jìn)一步說明，圖3還包括了實(shí)施例1中pH調(diào)節(jié)至9.5的凝膠。清楚地表明延遲劑的加入和pH增加至9.5使得更好地控制水合開始的時間。

實(shí)施例3.考察了pH和延遲劑對水合時間的影響并且結(jié)果如圖4所示。對于每次測試運(yùn)行，使用100ppt在水中的聚合物產(chǎn)生凝膠。該漿料的pH為8.84。通過添加醋酸以獲得更低的pH值，直到獲得8.5和8.75的pH值。通過添加氫氧化鈉溶液(在水中10％重量)以獲得更高的pH值，pH值為9和9.2。將漿料負(fù)載于粘度計(jì)中并且以100sec^-1的剪切速率測定粘度。粘度計(jì)的溫度在30分鐘內(nèi)從70°F上升至100°F并且隨后在100°F下保持恒定再90分鐘。在一些運(yùn)行中，硼砂作為延遲劑加入。結(jié)果表明水合時間可以隨著pH變化而變化。具體地：

a. 天然pH為8.84的凝膠和占聚合物3％重量的硼砂在水合方面沒有表現(xiàn)出不同；

b. 不具有延遲劑并且調(diào)節(jié)pH至9.2的凝膠以及具有1％延遲劑、pH為8.75的凝膠沒有表現(xiàn)出顯著的水合；以及

c. 不具有延遲劑并且pH調(diào)節(jié)至9.0的凝膠；不具有延遲劑并且pH調(diào)節(jié)至8.75的凝膠；以及具有1％延遲劑并且pH調(diào)節(jié)至8.5的凝膠均表現(xiàn)出水合延遲；但是水合的開始從25至52分鐘(其中粘度開始增加并且達(dá)到最終最小1000cP粘度)變化。

實(shí)施例4.使用上面的程序，考察了pH和延遲劑兩者對水合時間的影響。對于每次測試運(yùn)行，使用100ppt在水中的聚合物產(chǎn)生凝膠。該漿料的pH為8.84。使用氫氧化鈉溶液(在水中10％重量)增加pH至9和9.25。將漿料負(fù)載于粘度計(jì)中并且以100sec^-1的剪切速率測定粘度。粘度計(jì)的溫度在30分鐘內(nèi)從70°F上升至150°F并且隨后在150°F下保持恒定再90分鐘。結(jié)果表明水合時間可以隨著延遲劑濃度和pH變化而變化。具體地，水合開始時間從35分鐘至90分鐘變化，具有比實(shí)施例3所示的更大的變化。

實(shí)施例5.使用上面的程序，進(jìn)一步考察了上面實(shí)施例(3％硼砂，pH為9.65)的優(yōu)化結(jié)果以確定能否達(dá)到用于隔離的高粘度。結(jié)果如圖6所示。對于此測試，使用500ppt在水中的聚合物，10％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH以及用硼砂作為延遲劑以產(chǎn)生凝膠。將漿料負(fù)載于粘度計(jì)中并且以100sec^-1的剪切速率測定粘度。粘度計(jì)的溫度在兩小時內(nèi)從70°F上升至250°F并且隨后在250°F下保持恒定再6小時。在該測試中，在最初兩小時的升溫后，恒定的剪切速率從100see^-1減小至0.1sec^-1(為了模擬放置臨時封堵凝膠后的靜態(tài)條件)。結(jié)果表明在低剪切條件下，結(jié)果為超過一百萬cP的粘度。

實(shí)施例6.通過使用兩種高壓流體損失單元(長約八英寸且直徑約兩英寸)，其中一個水平放置且一個垂直放置，測定了凝膠泵入水平位置以及保持在不同壓力下的能力。這些單元位置如圖7所示。包含臨時封堵凝膠的水平單元50在單元的末端70具有帶槽的插入物60a或＜1md陶瓷芯60b。帶槽的插入物模擬具有射孔的地層。陶瓷芯模擬沒有射孔的地層。除非實(shí)施例另有說明，默認(rèn)是帶槽的插入物。當(dāng)需要時，使用千斤頂65升高或降低水平單元至期望的角度。軟管75連接垂直單元55的底部與水平單元50的側(cè)面。軟管75模擬井眼的跟部。加熱器放置在水平單元周圍以加熱和控制溫度。溫度升高用于升高水平單元中凝膠的溫度。凝膠從垂直單元55以自來水中漿料的形式經(jīng)過軟管泵入水平單元中并加壓至100psi。在凝膠泵入水平單元50后并且允許在交聯(lián)凝膠的溫度下停留兩小時，用染色的自來水填充垂直單元55。隨后向垂直單元的頂部施加額外壓力并且從垂直井到水平井的失水體積用作隔離的度量。此外，還測量了通過帶槽的插入物擠出的凝膠的量。

實(shí)施例7。實(shí)施例7說明了本發(fā)明的井處理流體作為封堵劑一定時間在一定壓力下(與不具有射孔的地層完全一樣)的能力。測試程序產(chǎn)生了實(shí)施例5中使用的凝膠組合物(500ppt聚合物和水與占聚合物的3％重量的硼砂，添加10％氫氧化鈉溶液緩沖至pH為9.65)。方案與實(shí)施例6相同，除了使用＜1MD陶瓷芯以外。從垂直單元向水平單元中泵入凝膠并且允許在100psi下加熱至250F達(dá)兩小時以交聯(lián)凝膠。用染色的自來水填充垂直單元。隨后對垂直單元的頂部施加額外壓力至500psi達(dá)一個小時。在最初時間后沒有水穿過，表現(xiàn)出良好的隔離。單元在500psi壓力下過夜關(guān)閉并且在第二天早上再次打開。再次，沒有水穿過。再次以100psi的增量將壓力增加至1000psi。在進(jìn)行下一個水平前，每個壓力保持5分鐘以觀察任何水穿過。在1000psi的壓差下，監(jiān)測單元6小時而沒有任何水穿過。再次在該溫度和壓力條件下關(guān)閉單元過夜。第二天早晨打開單元并且在1000psi下觀察整整24小時而沒有任何水穿過。該實(shí)施例表明凝膠具有作為封堵劑的能力。

實(shí)施例8.實(shí)施例8說明了在具有射孔的地層中將增產(chǎn)流體泵送通過封堵凝膠的能力。測試程序產(chǎn)生實(shí)施例5中使用的凝膠組合物(500ppt聚合物和水，具有占聚合物的3％重量的硼砂，添加10％氫氧化鈉溶液緩沖至pH為9.65)。方案與實(shí)施例6相同，其中帶槽的插入物模擬射孔。從垂直單元向水平單元中泵入凝膠并且允許在100psi下加熱至250F達(dá)兩小時以交聯(lián)凝膠。用染色的自來水填充垂直單元。當(dāng)壓力增加時，在125psi下有水穿過——水通道產(chǎn)生通過凝膠包中央附近的凝膠。該實(shí)施例說明增產(chǎn)流體可以成功地泵送通過封堵凝膠至具有射孔的地層。

實(shí)施例9.設(shè)計(jì)了一系列測試以評價(jià)如何破壞凝膠，一旦當(dāng)其作為封堵劑使用結(jié)束時。結(jié)果如表1和2所示。這些測試以各種濃度使用了兩種不同的破壞劑。測試程序產(chǎn)生實(shí)施例5中使用的凝膠組合物(500ppt聚合物和水，具有占聚合物的3％重量的硼砂，添加10％氫氧化鈉溶液緩沖至pH為9.65)。表1和2中描述的破壞劑加入到凝膠中。隨后將400mL的凝膠置于前面描述的水平流體損失單元并且在1000psi下加熱至所示的溫度。周期性打開單元以觀察凝膠是否破壞。表1表示使用了GBW-25作為破壞劑的結(jié)果，以及表2表示了使用破壞劑High Perm CRB(包封的過硫酸銨)的結(jié)果。

表1-GBW-25作為破壞劑

表2-High Perm CRB作為破壞劑

這些結(jié)果表明凝膠可以被破壞并且破壞時間是不同的，為本發(fā)明提供了更多的靈活性。

從前文可知，可以觀察到，不脫離本發(fā)明的新穎概念的實(shí)質(zhì)精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變型和調(diào)整。