[发明专利]用于使用支撑剂表面化学和内部孔隙率来固结支撑剂微粒的方法和组合物

说明书

技术领域

本发明涉及水力压裂地下岩层(subterranean formations)的方法，其通过使未固结的树脂涂布的支撑剂微粒与活化剂接触以形成固结的支撑剂充填物来提高烃生产速率和最终回收率。本发明还涉及在注水井中使用以使在井筒的砾石充填区域或压裂充填区域中的支撑剂微粒固结的方法。

背景技术

为了从含油和含气地层、特别是具有低孔隙率和/或低渗透率的岩层中增产并且更有效地生产碳氢化合物，对含碳氢化合物的岩层的诱导压裂(称为“压裂操作”，“水力压裂”或简称“压裂”(frac))已经是一种常用的技术。在典型的水力压裂操作中，流体浆料在高压下被泵送到井下，导致岩层在井眼周围断裂，产生促进碳氢化合物流入井眼的高渗透性管道。这些压裂操作可以在水平、偏斜以及竖直的井眼中进行，并且可以在无套井的间隔中进行，也可以在通过穿孔在套管井中进行。

在套管井眼中，例如在竖直井中，高压压裂流体经由穿孔穿过套管和周围的水泥离开井眼，并使岩层破裂，通常在石油和天然气常常被发现的较深岩层中的薄且通常竖直片状裂缝破裂中会这样。这些诱导的裂缝通常横向延伸出相当大的距离，从井筒进入周围的岩层中，并且竖直延伸直到裂缝到达在所期望压裂间隔之上和/或之下不容易破裂的地层。岩层内最大和最小水平应力的方向决定了诱导裂缝的方位取向。

高压压裂流体包含被称为支撑剂的微粒状材料。支撑剂通常由沙子、树脂涂布的沙子或陶瓷微粒构成，并且用于将这些支撑剂微粒泵送到井下的流体通常被设计成足够粘稠，使得支撑剂微粒在流体向井下移动并进入诱导的裂缝中时保持夹带在流体中。在支撑剂已被放置在裂缝中并且流体压力释放了之后，支撑剂的存在防止裂缝完全闭合，由此提供了到井筒的高传导率流动路径，这导致了增产井(stimulated well)的生产性能提高。

有时，为了防止颗粒(通常称为岩层细粒)进入井筒，在井开始生产之前，需要将井筒“砾石充填”。在含有未紧密结合在一起的单独砂粒的岩层中，砾石充填是必要的。如果单个砂粒保持未固结，那么当岩层开始生产时，流体的流动力将趋于使未固结的砂粒移动入井筒中。砾石充填防止了这个问题。在砾石充填中，支撑剂被放置在井筒的环空中，紧邻未固结的岩层细粒，基本上起到井筒和岩层之间的过滤器的作用。支撑剂常常由缝筛(slotted screen)保持在原位，该缝筛防止支撑剂(和岩层细粒)迁移到井眼中，同时仍允许岩层流体迁移到井眼中。如果井筒是套管的，那么套管首先被穿孔以建立在井筒和岩层之间的流体连通。砾石充填过程通常在被认为具有未固结的地层细粒的所有岩层中进行，如在墨西哥湾常见的那些。

注水井也可以是被砾石充填，因为当注水井关闭时，可能会有压力波动或回流到井筒中，这可能导致岩层细粒立即流入井中。如果允许岩层细粒流入井中，那么岩层可能变得堵塞，这将阻止水重新注射到井中。

类似地，井筒也可以被“压裂充填”。压裂充填涉及储层的水力压裂同时布置砾石充填物在井筒环形区域中。在压裂充填中，在大于压裂压力的压强下使用泵入岩层的高粘度流体来产生裂缝。在泵送的同时，砾石充填筛已经到位并且其功能与典型的砾石充填作业相同。创造裂缝有助于改善生产和/或注射速度，而砾石充填防止岩层细粒的产生，并且砾石充填筛防止支撑剂微粒进入所产生的流体和/或返排流体。这种方法允许高传导率的通道深入岩层，同时使井筒周围的区域不受损伤。

在每种情况下，为了使渗透率增加最大化并防止支撑剂返排，可以将支撑剂微粒固结在支撑的裂缝内或经砾石充填或压裂充填的区域内，形成“支撑剂充填物”。可以通过使用与树脂涂层反应并引起支撑剂微粒固结的活化剂来固结支撑剂微粒。活化剂经常与夹带有支撑剂微粒的砾石充填流体和/或压裂流体混合。然而，活化剂也可以与通常存在于压裂流体和/或砾石充填流体中的其他化学品(例如增稠剂或交联剂)竞争，从而降低任何固结的有效性。

期望的是，以不与通常用于压裂流体和砾石充填流体中的其它化学品(例如增稠剂)竞争的方式，使用活性剂根据需要将支撑剂充填物固结在井筒中。因此，需要一种在增稠剂的存在下用活化剂将支撑剂填充层固结到井下的方法。

附图简要说明

通过参考以下描述和附图可以最好地理解本发明，以下描述和附图用于说明本发明的几个示例性实施方式。在附图中：

图1描绘了根据本发明的若干示例性实施方式的包含支撑剂充填物的示例性砾石充填组件的透视图。

图2描绘了沿着图1的线1-1截取的预充填筛(prepack screen)的横截面图。