新型水基壓裂液合成物以及使用該合成物進行的壓裂工藝制造技術

在水溶液中，壓裂液由支撐劑和締合兩性聚合物組成，該聚合物分子量至少為1000000g/mol，并含有：至少一種從丙烯酰胺中衍生得來的0.01至10mol％陽離子單體，至少一種0.09至89.99mol％的陰離子單體，和至少一種10至99mol％的非離子水溶性單體。使用液體的壓裂工藝。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術與新型水基壓裂液合成物有關。更確切的說，本專利技術與至少含有一種支撐劑和高分子量締合兩性共聚物的新型水基壓裂液合成物有關。 本專利技術還與使用上述合成物進行非常規油氣儲層壓裂的新型工藝有關。 近年來，非常規儲層的油氣生產越來越常見，這就要求打開儲層中的裂縫，以便實現經濟高效的油氣生產。 術語“非常規儲層”表示需要特定開采技術的沉積層，因為這些儲層不以多孔滲水巖堆積的形式存在(cf?Les?hydrocarbures?de?roche-mère?en?France?Rapport?provisoire–CGIET?n°2011-04-G–Ministère?de?l'écologie,du?développement?durable,des?transports?et?du?logement-Avril?2011[《法國生油巖層碳氫化合物中期報》-CGIET?No.2011-04-G–生態、可持續發展、運輸和住宅部–2011年4月])。非常規天然氣也可以稱為頁巖氣、煤成氣(煤層甲烷)或致密儲層天然氣(致密氣)。非常規石油也可以稱為稠油、頁巖油或致密油。 非常規儲層中蘊藏的油氣資源(如頁巖氣、致密氣和煤成氣等烴類)規模巨大，在未經開采的地帶分布極為廣泛。在美國，頁巖氣的開采十分廣泛，開采量占目前美國天然氣總產量的46％，但1998年，該比例僅為28％。美國有許多盆地都以頁巖著名，這些頁巖包括巴耐特頁巖、菲也特城鎮頁巖、莫里頁巖、馬塞勒斯頁巖和尤蒂卡頁巖等。隨著鉆井技術的不斷發展，致密儲層側開采變為現實。 事實上，生產工藝從豎井發展到水平井。這不僅可以減少必要生產井的數量，縮小生產井在陸地上的占地面積，還可覆蓋更多的儲層儲量，以便實現最大的天然氣開采量。 但儲層滲透率不足，天然氣無法順利地從源巖轉移至鉆井，因而無法經濟地完成大量油氣生產。因此，我們就需要通過增產改造，尤其是對接觸鉆井的巖層進行水力壓裂增加滲透率和產出剖面。 水力壓裂 水力壓裂的目的是為了創造更大的滲透性并擴大油氣產出區域。具體講，滲透率較低、致密層的天然屏障和鉆井作業的不透性嚴重影響油氣生產。不經過增產改造，非常規儲層中蘊含的油氣資源就無法順利地從巖層轉移至鉆井。 這種使用水平井的水力壓裂作業從1960年就開始在阿巴拉契亞山脈得到應用。如今，美國進行的作業有數千例之多。 儲層建模、鉆削、膠結和增產技術越來越成熟，而且采用相應的設備后，執行這些作業所需時間越來越短，還可以對結果進行精確的分析。 通過水力壓裂進行儲層增產改造 這些作業包括高壓、高流速注水，以便產生沿生產井垂直分布的裂縫。一般來講，執行該工藝時分為若干步驟，以便在整個水平井的長度上產生裂縫，進而保證開采儲量最大化。 為了讓這些裂縫保持張開狀態，我們會添加一種支撐劑(沙子、塑料或質地均勻的陶瓷顆粒)，以防止這些裂縫閉合，并在注水停止后保持毛細管作用。 由于水的粘度較低，因此僅使用水不足以獲得理想的支撐劑填充效果。這會影響支撐劑在裂縫中的附著能力。為了解決這個問題，我們研制了一種含有增粘化合物的壓裂液。 從定義上看，如果某化合物可以增加溶解它的溶液的粘度，我們就可以稱之為增粘化合物。水溶性聚合物就可以用作增粘化合物。 除了具有增加粘度的特性之外，這種化合物還必須具有特殊的流變剖面。尤其是，在高剪切速率的情況下，聚合物還必須具有較低的粘度，這樣才方便運輸，并便于在注入壓裂液的過程中泵送含有支撐劑的液體。注入后，同一種化合物必須可以在剪切力下降時產生足夠的粘度，以便粘附支撐劑，進而將其保留在裂縫中。 因此，此聚合物必須使溶液具有剪切變稀特性，以便在注入(高剪切力)時具有相對較低的粘度，而在剪切力下降時具有較高的粘度，從而使支撐劑在裂縫中保持懸浮狀態。 另外，還要考慮聚合物在溶液中的粘彈性。SPE?147206(Fracturing?Fluid?Comprised?of?Components?Sourced?Solely?from?the?Food?Industry?Provides?Superior?Proppant?Transport-David?Loveless,Jeremy?Holtsclaw,Rajesh?Saini,Phil?Harris,and?Jef?Fleming,SPE,Haliburton[包含僅從食品行業采購的成分的壓裂液提供超級支撐劑運輸——哈利伯頓公司SPE?David?Loveless、Jeremy?Holtsclaw、Rajesh?Saini、Phil?Harris和Jef?Fleming])通過對靜態或動態實驗的目測觀察，或儲存模量和損耗模量(G'和G')測量或對剪切力與粘度之間的函數關系進行的流變儀測量等流變測量，對這種粘彈性及其在應用中的重要性進行了說明。因此，彈性對確保裂縫支撐劑的運輸和懸浮狀態將是一個有利條件。 因此，聚合物的選擇就必須謹慎，需要進行深入的流變學研究，以便獲得滿意的效果。 提及現有技術中常見的水溶液增粘化合物，就要說到包括瓜爾豆膠及羥丙基瓜爾膠(HPG)或羧甲基羥丙基瓜兒膠(CMHPG)等衍生物，羧甲基纖維素或羥乙基纖維素等纖維素衍生物在內的天然物質。US?4?033?415、US?3?888?312和US?4?801?389專利中對這些化合物進行了比較詳細的闡述。SPE?152596(Hydraulic?Fracturing?101:What?Every?Representative,Environmentalist,Regulator,Reporter,Investor,University?Researcher,Neighbor?and?Engineer?Should?Know?About?Estimating?Frac?Risk?and?Improving?Frac?Performance?in?Unconventional?Gas?and?OilWels-George?E.King,Apache?Corporation[水壓致裂101：每個眾議員、環保主義者、監管人、記者、投資人、高校科研人員、鄰近人員和工程師都應知道的關于評估非常規油氣井壓裂風險和改善裂縫性能的知識-阿帕奇公司Geo本文檔來自技高網...

【技術保護點】
在水溶液中，壓裂液由支撐劑和締合兩性聚合物組成，該聚合物分子量至少為1?000?000，并含有：?至少一種0.01至10mol％的丙烯酰胺衍生陽離子單體，該陽離子單體含有疏水鏈，通式I：其中：R1、R2：各自獨立為氫、CH3、CH2COOH、COOH、CH2COOR7COOR7、CH2CONR7R8、CONR7R8R3、R4、R5：各自獨立為氫、CH3、C2H5R6：含有8至30個碳原子的烷基或芳烷基鏈Q：含有1至8個碳原子的烷基鏈Z：氧或NR7R7、R8：各自獨立為氫、含有1至8個碳原子的烷基鏈X：從溴化物、氯化物、碘化物、氟化物或負電荷的平衡離子組成的基中選擇的鹵化物，?占0.09至89.99mol％的至少一種陰離子單體；?和至少一種10至99mol％的非離子水溶性單體。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.04.03 FR 1253029;2012.04.19 US 61/635,5341.在水溶液中，壓裂液由支撐劑和締合兩性聚合物組成，該聚合物分
子量至少為1?000?000，并含有：
-至少一種0.01至10mol％的丙烯酰胺衍生陽離子單體，該陽離子單體含有
疏水鏈，通式I：
其中：
R1、R2：各自獨立為氫、CH3、CH2COOH、COOH、CH2COOR7COOR7、
CH2CONR7R8、CONR7R8 R3、R4、R5：各自獨立為氫、CH3、C2H5 R6：含有8至30個碳原子的烷基或芳烷基鏈
Q：含有1至8個碳原子的烷基鏈
Z：氧或NR7 R7、R8：各自獨立為氫、含有1至8個碳原子的烷基鏈
X：從溴化物、氯化物、碘化物、氟化物或負電荷的平衡離子組成的基中選
擇的鹵化物，
-占0.09至89.99mol％的至少一種陰離子單體；
-和至少一種10至99mol％的非離子水溶性單體。
2.根據權利要求1所述的壓裂液，其特征在于，其含有至少一種500
ppm的表面活性劑。
3.根據權利要求1或2所述的壓裂液，其特征在于：
-R1、R2：各自獨立為氫原子或CH3，
-R3：氫，
-R4、R5：CH3，
-Q：由2或3個碳原子組成的烷基鏈，
-Z：氧或NH。
4.根據上述權利要求任一項所述的壓裂液，其特征在于，支撐劑選自
包含沙子、陶瓷、礬土、玻璃珠和樹脂浸漬沙子的組。
5.根據上述權利要求任一項所述的壓裂液，其特征在于，按液體重量
計算，支撐劑代表0.5％至40％的液體，優先選擇從1％到25％的液體，最好是
1.5％到20％。
6.根據上述權利要求任一項所述的壓裂液，其特征在于，按液體重量
計算，聚合物代表0.05％到2％的液體，優先選擇0.1％到1％，最好是0.1％到
0.75％。
7.根據上述權利要求任一項所述的壓裂液，其特征在于，從丙烯酸
(丙烯酸鹽或丙烯酰胺基)中衍生得到的陽離子單體選自N-丙烯酰胺丙基-N,N-
二甲基-N-十二烷胺鹽酸鹽(DMAPA?Cl(C12))、N-甲基苯丙胺丙烯酰胺丙基-N,N
二甲基-N-十二烷胺鹽酸鹽(DMAPMA?Cl(C12))、N-丙烯酰胺丙基-N,N-二甲基-N-
十二烷基溴化銨(DMAPA?Br(C?12))、N-甲基苯丙胺丙烯酸胺丙...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C·法佛，N·蓋拉德，
申請(專利權)人：SPCM公司，
類型：發明
國別省市：法國;FR