[发明专利]具有改善的溶解特性的可降解封堵球

说明书

具有改善的溶解特性的穿孔封堵球，其由水解度约为50％‑84％的乙烯醇/乙酸乙烯酯共聚物(PVOH)或由乙烯含量为24‑28摩尔％且水解度为85‑99％的模塑级乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)或二者的共混物制成。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月20日提交的题为“具有改善的溶解特性的可降解封堵球”的美国临时专利申请序列号62/396,960的优先权和全部权益，其整个公开内容通过引用全部并入本文。

背景

在油气井的寿命期间，可以通过在井的初始增产(stimulation)时以及不时地泵入适当的处理液(treatment fluid)来处理井的地下地层以辅助油井增产，从而为增加产量提供高效的传导途径。这种处理的实例包括压裂或酸化。当井穿过具有不同渗透率的多个地层时，大部分的处理液会在流经具有较高渗透率的地层时损失。为防止这种情况发生，还可以将穿孔封堵球(perforation ball sealers)在井处理之前或与处理液一起泵入井中。由于更多的处理液流过渗透率较高的地层，所以封堵球优先密封具有较高渗透率的地层的井筒(well bore)穿孔。最终，处理液整体上倾向于更均匀地分布在地下地层。

酸化是使用酸性流体溶解部分井下地层的增产技术。在井增产期间，酸也用于清洗旧的钻井液和水垢(scales)。这种做法在工业中称为基质酸化。酸通过蚀刻地层扩大了现有通道或形成新的通道。现今，酸化广泛用于石灰岩地层和白云岩地层。封堵球的主要目的是暂时关闭所选区域中的穿孔，以便将处理液转移到必须有效进行开采和压裂的所需区域，而在所选区域无流体损失或在所需区域无开采压力损失。

早期的封堵球由永久性材料制成，例如尼龙、酚醛树脂和橡胶包覆的金属。结果是，一旦井处理完成，需要某种形式的机械加工来除去封堵球。

后来，从20世纪80年代末开始，引入了由乳酸酯的聚合物或共聚物制成的可降解封堵球。例如，参见Erbstrosser等人的US 4,716,964，其公开的内容通过引用并入本文。由于这些聚合物在酸化水中能够缓慢溶解，因此不再需要机械去除。

目前，大多数可商购获得的可降解封堵球被认为是由上述Erbstrosser等人的专利中所示的乳酸酯类聚合物或共聚物制成。在工业中，这些材料通常被称为聚乳酸(或PLA)，尽管从技术上讲，这些材料是酯类而不是酸类。

还提出许多其它在水中缓慢溶解的材料用于制备可降解封堵球。实例包括聚环氧乙烷(PEO)、天然聚合物(例如胶原和壳聚糖)、聚乙烯醇聚合物(PVOH)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)等。

这些包括PLA在内的材料表现出不同的溶解速率，即，根据在井下所遇到的温度和pH条件，这些材料以不同的速率溶解。这提供了定制(customization)优势，即，能够针对每一特定的地下层而选用最合适的封堵球。同时，这也造成了一些缺点，即需要各种不同的聚合物配方来满足不同的客户需求。

发现有封堵球的含油气的地下地层可以表现出广泛不同的井下温度和pH条件。一些表现出低的井下温度，例如约75°F至200°F(约24℃至约93℃)。另一些表现出中等的井下温度，例如约150°F至250°F(约66℃至约121℃)。还有一些表现出高的井下温度，例如约200°F至350°F(约93℃至约177℃)或更高。

此外，根据所发现的天然存在的地下水以及在封堵球泵送到井下之前或与封堵球一起泵送到井下的液体，这些地层中的每种也可以表现广泛不同的pH条件。因此，一些地层表现出碱性条件(例如，pH为9-11)，而另一些地层表现出中性条件(例如pH约为7)。还有一些地层由于在酸化或基质酸化期间用强酸(例如15％盐酸)处理过而表现出高酸性条件(例如，pH约为0至1，甚至为-1至0)。因此，潜在地，存在封堵球的含油气的地下地层可发现九组不同的井下条件—在碱性、中性或与酸化处理有关的高酸性pH下的低温、中温或高温。