增強支撐劑分布以使地層和井筒之間的連通性最大化的壓裂方法
【專利摘要】一種處理地下地層的方法可以包括：在足以形成裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，經過連接地下地層與井筒的接入管道，將第一處理流體置入所述地下地層中；將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層；將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述裂縫網(wǎng)絡中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流；和將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流。
【專利說明】增強支撐劑分布以使地層和井筒之間的連通性最大化的壓裂方法
【背景技術】
[0001]本發(fā)明總體上涉及增強支撐劑分布以便使地下地層和井筒之間連通性最大化從而提高來自地下地層的產量。
[0002]在鉆取井筒之后，經常可能有必要壓裂地下地層以增強烴類產量，尤其是在通常具有高閉合應力的頁巖地層中。通過首先生成從井筒到地下地層的接入管道，可以實現(xiàn)對地下地層的進入。然后，以超過維持地層滲透性中的基質流所需壓力的壓力來引入壓裂流體(稱為前置液(pad))，以生成或增強從至少一個接入管道擴展的至少一個裂縫。前置流體后面是包含支撐劑的流體，以在壓力降低之后支撐該裂縫開口。在某些地層如頁巖中，裂縫還可進一步分支成由主裂縫延伸的小裂縫，給予地下地層中生成的裂縫網(wǎng)絡以深度和寬度。本文所用的“裂縫網(wǎng)絡”是指地下地層內與井筒流體連通的接入管道、裂縫、微裂縫、和/或分岔(人造的或者相反)。支撐劑保持裂縫網(wǎng)絡開啟，從而維持流體經過裂縫網(wǎng)絡流動以最終在表面上產生的能力。
[0003]支撐劑的分布是使來自裂縫網(wǎng)絡的產量最大化的重要因素。支撐劑與它們所懸浮其中的流體類似，跟隨最小阻力的通道，其在實施中通常僅進入一小部分所生成的裂縫中，并且?guī)缀蹩隙ú贿M入由其延伸的大量分岔中。支撐劑在裂縫網(wǎng)絡內的非均勻分布常常產生如圖1a所示的生產曲線，其具有較短的穩(wěn)態(tài)產量和急劇的產量下降，S卩，該地層生產烴類的時間量較短并且產量下降十分迅速。這在頁巖和其它極低滲透性地層中最常觀察到。產量下降之后恢復油井通常涉及再壓裂，這可能十分耗資和耗時。
[0004]為提供支撐劑在整個裂縫網(wǎng)絡中的更均勻分布以使生產潛力最大化，地下地層中各區(qū)內或各區(qū)之間的某些形式的轉向可以是有用的。例如，可以在兩組接入管道之間使用充填劑(packer)或橋塞(bridge plug)以使處理流體在接入管道之間轉向。另外,可以將砂用作轉向劑以堵塞或橋接接入管道。在另一種技術中，可以使用球(常稱為“炮眼封堵球(perf balls)”)來密封單個的接入管道以使流體轉向，并且因此使支撐劑轉向，進入其它接入管道。這種技術對支撐劑的均勻分布，尤其是在樹枝狀和支離破碎的裂縫網(wǎng)絡中可能僅部分成功，因為它們僅解決井筒處，即在接入管道處的分布問題，而非在高度互連的、多分支的裂縫網(wǎng)絡內。
[0005]某些或所有上述方法的使用中的許多問題之一可能在于，使處理流體轉向的方法需要將其從井筒中移除的額外步驟，以允許生產的烴類最大程度地從地下區(qū)域流入井筒。例如，橋塞一般在操作結束時移除或鉆出以允許生產。相似地，清理掉砂塞或橋塞以便生產；常常回收封堵球以便生產，這兩者均帶來額外的時間和花費。
[0006]顆粒狀轉向劑可能難以從地下地層中完全移除，這可以導致在壓裂操作之后殘余物遺留在井筒區(qū)域內，這可以永久性地降低地層的滲透性。在一些情況下，從地層中移除常規(guī)轉向劑的困難可以使地層的滲透性永久性地降低5%至40%，并且在某些情況下，可以甚至導致滲透性的100%永久降低。
[0007]另外，當待處理的井筒是高度偏離的井筒時，認為傳統(tǒng)的砂塞在沿著高度偏離的井筒的孤立區(qū)域處是無效的，因為它們可能不能完全堵塞井筒的直徑。本文所用的術語“偏離的井筒”是指這樣的井筒，其中該井的任何部分與垂直傾斜超過約55度。本文所用的術語“高度偏離的井筒”是指偏離垂直75度至90度取向的井筒(其中偏離垂直90度對應于完全水平的井筒)。也就是說，術語“高度偏離的井筒”可以是指井筒的一部分，其為完全水平(偏離垂直90度)至偏離垂直75度之間的任何偏離。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明總體上涉及增強支撐劑分布以便使地下地層和井筒之間連通性最大化從而提高來自地下地層的產量。
[0009]在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，其包含:提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層能夠支撐裂縫網(wǎng)絡；提供至少一個從所述井筒到所述地下地層的接入管道；在足以形成由所述至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，經過所述至少一個接入管道將第一處理流體置入所述地下地層中；將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層；將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流；以及將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流。
[0010]在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，其包含:提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層具有大于約500psi的閉合壓力；提供至少一個從所述井筒到所述地下地層的接入管道；在足以形成由所述至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，經過所述至少一個接入管道將第一處理流體置入所述地下地層中；將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層；將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并且進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流；以及將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流。
[0011]在一些實施方案中，本發(fā)明提供一種方法，其包含:提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層能夠支撐裂縫網(wǎng)絡并且所述井筒具有從所述井筒到所述地下地層的至少一個接入管道；在足以形成由至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，將第一處理流體置入所述地下地層中；將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑填充層，其中所述支撐劑包含至少部分地涂布有固結劑的支撐劑顆粒以及可降解顆粒的至少一部分；將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并且進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流，其中所述次級轉向劑至少部分可降解；將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流，其中所述初級轉向劑至少部分可降解；以及重復選自泵送所述第二處理流體、置入所述第三處理流體、置入所述第四處理流體、置入所述第五處理流體及其任何組合的至少一個步驟。
[0012]在閱讀了以下對優(yōu)選實施方案的說明之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將對本領域的技術人員顯而易見。
[0013]附圖的簡要描述
[0014]包括以下附圖以說明本發(fā)明的某些方面，并且不應將其視為排它性實施方案。如本領域的技術人員將想到的，所公開主題能夠有相當?shù)男薷?、改變以及形式和功能上的等同形式，并且具有本公開的有益效果。
[0015]圖la-b示出基于支撐劑的分布的地下地層的生產曲線。
[0016]圖2示出樹枝狀裂縫網(wǎng)絡內要素的布置。
[0017]圖3示出支離破碎的裂縫網(wǎng)絡內要素的布置。
[0018]圖4示出響應于本發(fā)明的方法的裂縫網(wǎng)絡的非限制性實例。
[0019]圖5示出在本發(fā)明的方法期間井筒壓力的非限制性實例。
[0020]詳細描述
[0021]本發(fā)明總體上涉及增強支撐劑分布以便使地下地層和井筒之間的連通性最大化從而提高來自地下地層的產量。
[0022]本發(fā)明的方法提供了對增強支撐劑在整個裂縫網(wǎng)絡中均勻分布的一系列轉向劑的系統(tǒng)性介紹。在易碎地層(如頁巖)中，裂縫網(wǎng)絡可以包含接入管道、裂縫、微裂縫和分岔。本文所用的“接入管道”是指在井筒和地下地層之間提供流體連通的通道，其可以包括但不限于滑動套筒、無殼區(qū)域中的開孔、水力噴射孔、殼體中的孔、穿孔等等。本發(fā)明的方法在至少每個這些裂縫網(wǎng)絡組成部分中提供處理流體和支撐劑轉向。支撐劑的均勻分布使地層和井筒之間的連通性最大化，從而使由其中生產的烴類最大化。另外，本文提供的轉向方法更佳地膨脹分岔，給予裂縫網(wǎng)絡以深度和寬度。不受理論的約束，據(jù)信裂縫網(wǎng)絡的膨脹的組成部分更易于引入支撐劑，這因此在生產操作中產出更多烴類。這些方法可以特別用于因支撐劑的非均勻分布和非均勻裂縫網(wǎng)絡膨脹而出名的偏移井筒中。
[0023]支撐劑的均勻分布允許使用總體更少的支撐劑，從而降低操作的成本。如圖1的比較所述，相比于非均勻支撐劑分布(圖la)，支撐劑的均勻分布(圖1b)可以通過增加穩(wěn)態(tài)產量的長度并且降低產量下降的速率而延長井的壽命。
[0024]更有利地，某些實施方案可以包括各種可降解的轉向劑的某些組合?？山到獾霓D向劑降低，并且可能消除，生產操作開始時對恢復裂縫網(wǎng)絡內流體傳導性的次級操作的需要，這因此減輕地下操作的環(huán)境沖擊。這減少壓裂操作的成本和時間。
[0025]在本發(fā)明的某些方法中，可以經由處理流體將支撐劑、初級轉向劑、次級轉向劑和任選的可降解顆粒的任何組合引入到穿透地下地層的井筒中。在某些實施方案中，支撐劑、初級轉向劑、次級轉向劑和任選可降解的顆粒這些要素可以經由包含所有所述要素的單一處理流體、包含單一要素的單個處理流體、包含至少兩種要素的某些組合的多種處理流體和它們任何組合引入到井筒中。本文所用的術語“處理(treatment或treating)”是指任何使用與所需功能結合的和/或為了所需目的的流體的地下操作。術語“處理(treatment或treating)”并不暗示流體的任何具體動作。[0026]本文所用的“轉向劑”是指任何可以用于基本上密封地下地層的一部分從而基本上減少(包括阻塞)經過其中的流體流的材料。本文所用的“初級轉向劑”是指基本上抑制經過接入管道的流體流的轉向劑。本文所用的“次級轉向劑”是指基本上抑制經過裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流的轉向劑。合適的轉向劑可以包含天然或合成的；可降解或不可降解的凝膠、顆粒和/或纖維；及其混合物。下文包括合適的轉向劑的非限制性實例。
[0027]本文所用的“支撐劑”是指任何可用于保持開放裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的材料或制劑。本文所用的“支撐劑填充層”是支撐劑在裂縫網(wǎng)絡中的集合。
[0028]本文所用的“可降解顆?！焙推溲苌锸侵溉魏慰梢耘c支撐劑填充層結合使用的材料，其在基本上降解時在支撐劑填充層中留下間隙。應當理解，本公開中所用的術語“微粒(particulate)”或“顆粒(particle)”和其衍生物包括所有已知形狀的材料,包括基本上球形的材料，低至高縱橫比的材料，纖維材料，多邊形材料(例如立方體材料)及其混合物。本文所用的術語“降解(degradation)”或“可降解(degradabIe)"是指可降解材料可能經歷的水解降解的兩種相對極端情況，如非均勻(或整體侵蝕)和均勻(或表面侵蝕)，和這兩者之間的任何降解階段。該降解可以是(特別是)化學或熱反應、或輻射誘發(fā)的反應的結果。下文包括可降解顆粒的非限制性實例。
[0029]應該注意，當在數(shù)字列表的開端處提供“約”時，“約”修飾數(shù)字列表的每個數(shù)字。應該注意，在某些數(shù)字列表的范圍中，所列的某些下限可能大于所列的某些上限。本領域技術人員會認識到，所選子集會要求選擇超過所選下限的上限。
[0030]在某些實施方案中，可以生成從井筒到地下地層的至少一個接入管道。在某些實施方案中，可以提供從井筒到地下地層的至少一個接入管道。這些接入管道可通過本領域已知的任何方法或技術來制得，包括但不限于水力噴射；激光刻寫；穿孔；不封閉(casting)井筒的至少一部分等等。穿孔工具和方法的合適的實例可以包括但不限于美國專利號 5，398.760 ;5，701，957 ;6，435，278 ;7，159，660 ;7，172，023 ;7，225，869 ；
7,303,017 ;和7，841，396中公開那些，所述專利的全文以引用方式并入本文中。接入管道可以沿井筒的長度隨機間隔、基本上彼此等距間隔、成組集結(如接入管道簇)、或其任何組
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[0031]在某些實施方案中，可以在足以形成從至少一個接入管道延伸到地下地層的至少一個裂縫的壓力下將處理流體引入到井筒中。在某些實施方案中，該壓力可以足以形成由至少一個裂縫延伸的至少一個分岔。在某些實施方案中，該壓力可以足以形成裂縫網(wǎng)絡。在某些實施方案中，該壓力可以足以形成裂縫網(wǎng)絡的至少一部分。在某些實施方案中，裂縫網(wǎng)絡可以包含接入管道、裂縫、微裂縫、分岔或其任何組合，包括天然和人造的那些。在某些實施方案中，裂縫網(wǎng)絡可以被認為是樹枝狀裂縫網(wǎng)絡、支離破碎的裂縫網(wǎng)絡、或其任何組合。圖2示出從井筒延伸到地下地層中的樹枝狀裂縫網(wǎng)絡的非限制性實例。圖3示出從井筒延伸到地下地層中的支離破碎的裂縫網(wǎng)絡的非限制性實例。這些非限制性實例示出由水平井延伸的裂縫網(wǎng)絡的兩個類型。應當理解，本文提供的方法適用于任何角度的井筒，包括但不限于，垂直井，偏移井、高度偏移井、水平井和包含上述井的任何組合的部分的混合型井。在某些實施方案中，可以提供具有現(xiàn)有裂縫網(wǎng)絡的地下地層和井筒。
[0032]在本發(fā)明的某些方法中，包括支撐劑、初級轉向劑、次級轉向劑和可降解顆粒的任何單個要素或組合可以經由處理流體被置入穿透地下地層的井筒中。應該注意，置入可以包括泵送、引入、加入、噴射、插入等等。
[0033]本發(fā)明的某些實施方案可以包括以下步驟:
[0034](a)在足以生成或增強裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下將第一處理流體置入井筒中；
[0035](b)將包含支撐劑的第二處理流體置入井筒中；
[0036](C)將包含次級轉向劑的第三處理流體置入井筒中；
[0037](d)將包含初級轉向劑的第四處理流體置入井筒中；和
[0038](e)任選地將包含可降解顆粒的第五處理流體置入井筒中。
[0039]應該注意，數(shù)字修飾語，即第一、第二、第三、第四和第五，并非必需表明置入順序或組成的不同。它們僅意指處理流體之間的區(qū)分。在某些實施方案中，處理地下地層的方法可以包含上文所列的步驟c或步驟d。
[0040]如上文所述并且如圖2中所示，初級轉向劑可以基本上抑制經過接入管道的流體流和/或使流體流轉向到另一個接入管道。次級轉向劑可以基本上抑制裂縫網(wǎng)絡內(如經過裂縫和/或分岔的)的流體流，以便使流體流轉向到由裂縫延伸的分岔?？梢詫⒖山到忸w粒并入到支撐劑填充層中，使得當基本上降解時，在支撐劑填充層中產生間隙。
[0041]在某些實施方案中，上文提供的步驟可以按順序進行。在某些實施方案中，一個或多個步驟可以進行一次以上。在某些實施方案中，一個或多個步驟可以同時進行，在某些實施方案中，上文提供的步驟可以按任何順序進行。本發(fā)明的方法的非限制性實例可以包括以下:
[0042](I)a_b_b/c~b/e_b/c/e_b/d_b/c~b/e_b/c~b/e_b/c/e ；
[0043](2)a/b-c-c/e-b-c-b-d-b-b/c/e-b-b/d-b/c-b ;和
[0044](3)a/b/e_b/e_b/c~b/e_b_b/e_b/c~b~b/d_b/c/e_b/c。
[0045]應該注意，同時進行兩個步驟(即b/c)表明第二處理流體和第三處理流體是相同的一種流體。其它組合也可以是合適的。
[0046]本發(fā)明的轉向方法可提供裂縫網(wǎng)絡的組成部分的更佳膨脹，其增強烴類產量。通過非限制性實例，圖4示出在已經裂縫的地下地層上進行步驟b/e-b/c-b/c-b/d-b/e-b/c時裂縫網(wǎng)絡的膨脹(線條加粗)(支撐劑未示出，僅示出膨脹的發(fā)展)。
[0047]在某些實施方案中，在步驟期間，處理流體內要素的量可以變化。通過非限制性實例，當步驟開始時，處理流體中支撐劑的引入可能為30磅/加侖(“ppg”)，然后當步驟結束完成時降低到lOppg。在某些實施方案中，改變處理流體中要素的量可以能是逐步改變、梯度改變、或其任何組合的增加或降低。在某些實施方案中，多種要素同時引入，一種或多種要素的量在該步驟期間可以改變。
[0048]在某些實施方案中，要素的量可以保持恒定，而其它添加劑(包括下文所述的那些)的量改變。在某些實施方案中，在一個步驟內，要素和添加劑的量可以均改變。
[0049]在某些實施方案中，本發(fā)明的方法任選地可以包含在本發(fā)明的方法的全部或一部分期間監(jiān)測地下地層的至少一部分中的一種或多種處理流體的流動。監(jiān)測可以例如確保初級和/或次級轉向材料被恰當?shù)刂萌肓芽p網(wǎng)絡內，確定裂縫網(wǎng)絡中存在或不存在初級和/或次級轉向材料，和/或確定初級和/或次級轉向材料是否實際上使引入地下地層中的流體轉向。監(jiān)測可通過本領域已知的任何技術或技術的組合來實現(xiàn)。在某些實施方案中，這可通過監(jiān)測在穿透地下地層(其中引入流體)的井筒的表面處的流體壓力來實現(xiàn)。例如，如果表面處的流體壓力增加，這可以表明該流體在裂縫網(wǎng)絡內轉向。另外，壓力降低或基本上穩(wěn)態(tài)的壓力可以表明裂縫網(wǎng)絡的一部分在膨脹。壓力監(jiān)測技術可以包括本領域已知的能夠監(jiān)測流體流的各種測井技術和/或計算機化流體跟蹤技術?？梢赃m用于本發(fā)明的方法的涉及表面流體壓力感應的市售服務的實例包括以商品名EZ-GAUGE?(表面壓力感應工具，得自Halliburton Energy Services, Inc.，Duncan, OK)可以獲得的那些。
[0050]應該注意，可能不能在流體轉向和/或裂縫網(wǎng)絡膨脹期間在井筒表面處始終觀察到流體壓力改變。通過非限制性實例，可能發(fā)生因為次級轉向劑的置入而導致的流體轉向，而在井筒表面處未觀察到流體壓力的增加。
[0051]在某些實施方案中，可以在井筒壓力增加并且開始穩(wěn)定之后將要素引入到井筒中。在某些實施方案中，可以在基本上穩(wěn)態(tài)的井筒壓力期間將要素引入到井筒中。通過非限制性實例，圖5示出使用本發(fā)明的方法的兩個可能的操作。在場景I中，支撐劑以周期性方式引入；而在場景2中，支撐劑連續(xù)引入并且隨時間逐步增加。在穩(wěn)態(tài)的井筒壓力下，兩次加入次級轉向劑，然后引入初級轉向劑。初級轉向劑基本上阻塞經過接入管道的流體的流動，導致井筒壓力增加。重復這些步驟，得到類似的結果。
[0052]在某些實施方案中，可通過使用分布式溫度感應(DTS)技術，部分地實現(xiàn)對地下地層的至少一部分中的一種或多種處理流體的流動的監(jiān)測。這些技術可以涉及一系列步驟。一般來講，可以永久性或可取回地將溫度感應裝置(如熱電偶、熱敏電阻器、或纖維光纜)置入穿透地下地層的一部分的井筒中，以記錄地層和/或井筒中的溫度數(shù)據(jù)。在某些應用中，可以將纖維光纜預安裝在套管柱內，然后將套管柱置入井筒中。在某些應用中，可能需要使用額外的裝置(如盤管(coiled tubing))或流體來將纖維光纜置入井筒中。在某些實施方案中，可以建立地下地層的全部或一部分的基準溫度分布圖，并隨后監(jiān)測溫度的變化來確定地下地層的各部分中流體的流動。各種計算機軟件包可用來處理溫度數(shù)據(jù)和/或基于該數(shù)據(jù)生成顯影?？梢赃m用于本發(fā)明的方法的某些DTS技術可以包括市售的DTS服務，例如以商品名 STTMWATCHK/ (得自 Halliburton Energy Services, Inc., Duncan, OK)或 SENSA? (得自 Schlumberger Technology Corporation, Sugar Land, TX)已知的那些?？梢赃m用于本發(fā)明的方法的DTS技術的某些實例還可以包括美國專利號5，028，146 ；6，557，630 ;6，751，556 -J, 055，604 ;和7，086，484中所述那些，所述專利的全部公開內容以引用方式并入本文中。本領域普通技術人員根據(jù)本公開應該認識到是否需要監(jiān)控地下地層的至少一部分中一種或多種處理流體的流動，以及尤其根據(jù)地下地層的各部分的特性、存在的處理流體的類型、設備可用性和其它相關因素，以及用于此的技術是否適于本發(fā)明的特定應用。
[0053]本發(fā)明的方法可用于任何能夠被壓裂的地下地層。本方法可能最有利的地層包括但不限于這樣的地層:該地層的至少一部分的特征為極低的滲透性；極低的地層孔喉尺寸；高的閉合壓力；高的脆性指數(shù)；及其任何組合。
[0054]在某些實施方案中，地下地層的至少一部分可以具有從下限約0.1納達西(nD)、1汕、10110、25110、50110、100110、或500110至上限約 10mD、lmD、500 μ D、100 μ D、10 μ D、或 500nD
的滲透性，并且其中所述滲透性可以在從任何下限至任何上限的范圍內并且涵蓋其間的任何子集。一個確定地下地層滲透性的方法包括The American Petroleum InstituteRecommended Practice40, “Recommended Practices for Core Analysis,，，SecondEdition, Februaryl998,其全部內容以引用方式并入本文中。
[0055]在某些實施方案中，地下地層的至少一部分可以具有從下限約0.005微米、0.01微米、0.05微米、0.1微米、0.25微米、或0.5微米到上限約2.0微米、1.5微米、1.0微米、或0.5微米的平均地層孔喉尺寸，并且其中所述平均地層孔喉尺寸可以在任何下限至任何上限的范圍內并且涵蓋其間的任何子集。一種確定地下地層的孔喉尺寸的方法包括AAPGBulletin, March2009, v.93，n0.3，第329-340頁，其全部內容以引用方式并入本文中。
[0056]在某些實施方案中，地下地層的至少一部分可以具有大于約500psi至無限上限的閉合壓力。雖然據(jù)信該閉合壓力上限是無限的，但本發(fā)明的方法可以適用的地層包括閉合壓力從下限約 500ps1、1000ps1、1500ps1、或 2500psi 至上限約 20，000ps1、15, OOOpsi,10，000ps1、8500ps1、* 5000psi的地層，并且其中該閉合壓力可以在從任何下限至任何上限的范圍內并且涵蓋其間的任何子集。一種確定地下地層閉合壓力的方法包括Societyfor Petroleum Engineers文件號60321中提供的方法,其全部內容以引用方式并入本文中。
[0057]在某些實施方案中，地下地層的至少一部分可以具有從下限約5、10、20、30、40、或50至上限約150、125、100、或75的脆性指數(shù)，并且其中該脆性指數(shù)可以在任何下限至任何上限范圍內并且涵蓋其間的任何子集。脆性為泊松比和楊氏模量的復合。一種確定地下地層的脆性指數(shù)的方法包括Society for Petroleum Engineers文件號132990中提供的方法,其全部內容以引用方式并入本文中。
[0058]在某些實施方案中，穿透地下地層的井筒的全部或一部分可以包括置入該井筒中的套管或套管柱(“套管井”或“部分套管井”)，以有利于流體從地層出來并經過井筒到表面的生產，以及別的目的。在其它實施方案中，井筒可以是無套筒的“裸井(open hole)”。
[0059]在某些實施方案中，本文所公開的方法可以結合拉鎖型裂縫技術(zipperfracture technique)使用。拉鎖型裂縫技術在至少一個井筒中使用增壓裂縫網(wǎng)絡以引導第二個附近的井筒的裂縫網(wǎng)絡。因為第一裂縫網(wǎng)絡被增壓并且在地下地層上施加應力，第二壓力網(wǎng)絡可以經過最小阻力的通道(即較小應力下的地下地層的部分)延伸。用支撐劑連續(xù)保持裂縫網(wǎng)絡的開放部分可以甚至以其中減小的流體壓力繼續(xù)在地下地層上提供應力。因此，增強支撐劑經過裂縫網(wǎng)絡的均勻分布可以增強拉鎖型裂縫技術的效力。在某些實施方案中，本文所述的任何轉向方法可以在至少一個井筒中實施，以增強至少一個附近的井筒的裂縫網(wǎng)絡。
[0060]用于本發(fā)明的合適的轉向劑(初級或次級)可以是任何已知的轉向劑，包括但不限于任何適用于地下地層的已知的堵漏材料、橋堵劑、防濾失劑(fluid loss controlagent)、轉向劑、堵塞劑等等。合適的轉向劑可以包含天然或合成的；可降解或不可降解的凝膠、顆粒和/或纖維及其混合物。市售轉向劑的非限制性實例包括BIQVERTx系列(可降解轉向劑，可得自Halliburton Energy Services, Inc.)的轉向劑,包括但不限于用作初級轉向劑的BIOVERT? NWB(雙峰(biomodal)可降解轉向劑，可得自Hal I iburton EnergyServices, Inc.)和用作次級轉向劑的B丨OVERT? CF(可降解轉向劑,可得自HalliburtonEnergy Services, Inc.)。[0061]用于本發(fā)明的初級轉向劑可以包含顆粒。在某些實施方案中，初級轉向劑的顆?？梢跃哂袕南孪藜s0.5微米、I微米、10微米、100微米、或500微米至上限約10mm、5mm、1mm、500微米、或100微米的平均直徑，并且其中平均直徑可以在任何下限至任何上限的范圍內并且涵蓋其間的任何子集。在某些實施方案中，初級轉向劑的顆粒可以具有多型直徑分布，包括雙峰型。
[0062]用于本發(fā)明的次級轉向劑可以包含顆粒。在某些實施方案中，次級轉向劑的顆?？梢跃哂行∮诩s150微米的平均直徑。次級轉向劑的顆粒的合適的平均直徑可以在下限約100nm、250nm、500nm、I微米、10微米、或50微米至上限約150微米、100微米、50微米、或10微米的范圍內，并且其中平均直徑可以在任何下限至任何上限的范圍內并且涵蓋其間的任何子集。在某些實施方案中，次級轉向劑可以具有小于或等于支撐劑的支撐劑顆粒的平均直徑。在某些實施方案中，初級轉向劑可以包含平均直徑比次級轉向劑的顆粒更大的顆粒。
[0063]用于轉向劑的材料的合適實例包括但不限于砂，頁巖，磨碎大理石，鋁土礦，陶瓷材料，玻璃材料，金屬粒料，高強度合成纖維，纖維素薄片，木材，樹脂，聚合物材料(經交聯(lián)或者不是)，聚四氟乙烯材料，堅果殼碎塊，包含堅果殼碎塊的固化樹脂顆粒，籽殼片，包含籽殼碎塊的固化樹脂顆粒，果核碎塊，包含果核碎塊的固化樹脂顆粒，復合顆粒及其任何組合。合適的復合顆?？梢园辰Y劑和填料材料，其中合適的填料材料包括二氧化硅、氧化娃、煅制碳(fumed carbon)、炭黑、石墨、云母、二氧化鈦、偏娃酸鹽、娃酸|丐、高嶺土、滑石、氧化鋯、硼、飄塵、中空玻璃微球、固態(tài)玻璃及其任何組合。
[0064]在某些實施方案中，轉向劑可以至少部分地可降解?？捎糜诒景l(fā)明的合適的可降解材料的非限制性實例包括但不限于可降解聚合物(經交聯(lián)或者不是)、脫水化合物和/或兩者的混合物。合適的可降解固體顆粒的實例可見于美國專利號7，036，587 ;6，896，058 ；6，323，307 ;5，216，050 ;4，387，769 ;3，912，692 ;和 2，703，316，相關公開內容以引用方式并入本文中。本文所用的術語“聚合物(polymer或polymers)”不暗示任何特定的聚合度；例如此定義中涵蓋低聚物。如果聚合物在地下應用如在井筒中使用時其能夠經歷不可逆的降解，則該聚合物在本文中被認為是“可降解”。本文所用的術語“不可逆”意思是，可降解材料應該就地(如在井筒內)降解，但在降解后不應就地(如在井筒中)重結晶或再固結。
[0065]可降解材料可以包括但不限于可溶解材料，在加熱時變形或熔化的材料如熱塑性材料，可水解降解材料，可暴露于輻射而降解的材料，與酸性流體反應的材料，或其任何組合。在某些實施方案中，可降解材料可由溫度、濕氣的存在、氧、微生物、酶、pH、自由基等等降解。在某些實施方案中，在轉向不再必要的某個時候，降解可以在引入地下地層中的后續(xù)處理流體中被引發(fā)。在某些實施方案中，降解可以由緩釋酸例如釋酸可降解材料或封裝的酸引發(fā)，并且這可以包括在包含可降解材料的處理流體中以便在所需的時間，例如在將處理流體引入地下地層之后，降低處理流體的pH。
[0066]在選擇適當?shù)目山到獠牧蠒r，應該考慮將產生的降解產物。另外，這些降解產物不應不利地影響其它操作或組分。例如，硼酸衍生物不應當作為可降解材料被包括在本發(fā)明的鉆井和修井流體中，其中這種流體使用瓜爾膠作為增粘劑，因為硼酸和瓜爾膠一般不相容。本領域普通技術人員根據(jù)本公開將能夠認識到，本發(fā)明的處理流體的潛在組分何時會不相容或者會產生會不利地影響其它操作或組分的降解產物。
[0067]可降解聚合物的可降解性常常至少部分地取決于其主鏈結構。例如，主鏈中可水解和/或可氧化的鏈接的存在常常產生如本文所述的會降解的材料。這種聚合物降解的速率取決于重復單元的類型、組成、順序、長度、分子幾何形狀、分子量、形態(tài)(如結晶度、球晶粒度和取向)、親水性、疏水性、表面積和添加劑。另外，聚合物經受的環(huán)境，如溫度、濕氣的存在、氧、微生物、酶、PH等等，可以影響其如何降解。
[0068]可以使用的用于本發(fā)明的固體顆粒的可降解聚合物的合適實例包括但不限于多糖，例如纖維素；殼多糖(chitin);殼聚糖(chitosan);和蛋白質。根據(jù)本發(fā)明可使用的可降解聚合物的合適實例包括但不限于出版物Advances in Polymer Science, Vol.157entitled ^Degradable Aliphatic Polyesters, ” edited by A, C.Albertsson,第 I 頁-第 138 頁中所述那些。具體實例包括均聚物，無規(guī)、嵌段、接枝和星型支化和超支化的脂肪族聚酯。可通過縮聚反應、開環(huán)聚合、自由基聚合、陰離子聚合、陽碳離子聚合、配位開環(huán)聚合反應以及通過任何其它的合適方法制備這種合適的聚合物。可結合本發(fā)明的方法使用的合適的可降解聚合物的實例包括但不限于脂肪族聚酯?’聚(丙交酯)?’聚(乙交酯)；聚(ε -己內酯)；聚(羥基酯醚)?’聚(羥基丁酸酯)；聚(酐)；聚碳酸酯；聚(原酸酯)?’聚(氨基酸)?’聚(氧化乙烯)?’聚(磷腈)?’聚(醚酯)，聚酯酰胺，聚酰胺和任何這些可降解聚合物的共聚物或共混物，和這些可降解聚合物的衍生物。本文所用的術語“共聚物”不限于兩種聚合物的組合，但包括聚合物的任何組合，如三元共聚物等等。如本文所指，術語“衍生物”在本文中定義為包括任何由例如通過用另一個原子或原子基團替代基本化合物中的一個原子而由所列化合物之一制成的化合物。這些合適的聚合物當中，優(yōu)選的是脂肪族聚酯例如聚(乳酸)、聚(酐)、聚(原酸酯)和聚(丙交酯)_共-聚(乙交酯)共聚物。尤其優(yōu)選聚(乳酸)。還可以優(yōu)選聚(原酸酯)。經受水解降解的其它可降解聚合物也可以是合適的。選擇可以取決于具體的應用和所涉及的條件。要考慮的其它準則包括產生的降解產物，對于必需的降解度所需的時間和降解的所需結果(如間隙)。
[0069]脂肪族聚酯尤其通過水解裂解而發(fā)生化學降解。水解可被酸或堿催化。一般來講，在水解期間，可以在斷鏈期間形成羧基端基，其可以增強進一步水解的速率。這種機制在本領域中稱為“自身催化”并認為其使聚酯基質更為整體侵蝕。
[0070]合適的脂肪族聚酯具有下示通式的重復單元:
[0071]
【權利要求】
1.一種方法，其包含: 提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層能夠支撐裂縫網(wǎng)絡； 提供至少一個從所述井筒到所述地下地層的接入管道； 在足以形成由至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，經過至少一個接入管道將第一處理流體置入所述地下地層中； 將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層； 將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流；以及 將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 從所述地下地層中生產烴類。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中按任何順序進行泵送所述第二處理流體、置入所述第三處理流體和置入所述第四處理流體。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中連續(xù)泵送所述第二處理流體，同時置入所述第三處理流體并且置入所述第四處理流體。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在泵送期間，改變所述支撐劑在所述第二處理流體中的濃度。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中將選自泵送所述第二處理流體、置入所述第三處理流體、置入所述第四處理流體及其任何組合的步驟進行一次以上。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一處理流體、所述第二處理流體、所述第三處理流體和所述第四處理流體包含具有不同添加劑的相同的基礎流體。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述支撐劑包含涂布有固結劑的支撐劑顆粒。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述次級轉向劑的直徑為約150微米或更小。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述次級轉向劑至少部分可降解。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述初級轉向劑具有雙峰粒度分布。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述初級轉向劑包含第一顆粒，其中所述次級轉向劑包含第二顆粒，并且其中所述第一顆粒具有大于所述第二顆粒的平均直徑。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述初級轉向劑包含炮眼封堵球。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述初級轉向劑包含凝膠。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述初級轉向劑至少部分可降解。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 將清洗處理流體引入到所述井筒中，以增強經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 將包含可降解顆粒的第五處理流體置入所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述可降解顆粒能夠在所述支撐劑填充層的至少一部分內形成間隙。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中同時進行置入第五處理流體和泵送第二處理流體。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述第五處理流體還包含所述支撐劑。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括: 將清洗處理流體引入到所述井筒中，以增強經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流。
21.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中將選自泵送所述第二處理流體、置入所述第三處理流體、置入所述第四處理流體、置入第五處理流體及其任何組合的步驟進行一次以上。
22.—種方法,其包含: 提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層具有大于約500psi的閉合壓力； 提供至少一個從所述井筒 到所述地下地層的接入管道； 在足以形成由所述至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，經過所述至少一個接入管道將第一處理流體置入所述地下地層中； 將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層； 將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并且進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流；以及 將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流。
23.一種方法，其包含: 提供穿透地下地層的井筒，其中所述地下地層能夠支撐裂縫網(wǎng)絡并且所述井筒具有從所述井筒到所述地下地層的至少一個接入管道； 在足以形成由至少一個接入管道延伸的裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的壓力下，將第一處理流體置入所述地下地層中； 將包含支撐劑的第二處理流體泵送到所述裂縫網(wǎng)絡中，使得所述支撐劑在所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中形成支撐劑充填層， 其中所述支撐劑包含至少部分地涂布有固結劑的支撐劑顆粒以及可降解顆粒的至少一部分； 將包含次級轉向劑的第三處理流體置入所述井筒中，使得所述次級轉向劑經過所述接入管道并且進入所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分中，以便基本上抑制經過所述裂縫網(wǎng)絡的至少一部分的流體流，而基本上不抑制經過所述接入管道的流體流， 其中所述次級轉向劑至少部分可降解； 將包含初級轉向劑的第四處理流體置入所述井筒中，使得所述初級轉向劑基本上抑制經過所述接入管道的流體流， 其中所述初級轉向劑至少部分可降解；以及 重復選自泵送所述第二處理流體、置入所述第三處理流體、置入所述第四處理流體、置入所述第五處理流體及其任何組合的至少一個步驟。
【文檔編號】E21B47/26GK103748320SQ201280041066
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年7月23日 優(yōu)先權日:2011年8月23日
【發(fā)明者】大衛(wèi)·M·亞當斯, 斯蒂芬·R·英格拉姆, 尼古拉斯·加德納, 瓦特·F·格洛弗, 馬克·哈里斯, 馬蒂·厄勒, 喬納森·史密斯 申請人:哈利伯頓能源服務公司