CN102177217B - 改进的降滤失组合物和用于地下作业的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以用于防止某些地下地层中的滤失的添加剂以及相关的方法。在一个实施方案中，本发明的方法包括：提供低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂；和将所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂引入到地下地层的至少一部分中。

Description

改进的降滤失组合物和用于地下作业的使用方法
背景
本发明涉及地下处理和作业，并且更具体地，涉及可以用于防止某些地下地层中的滤失的添加剂，以及相关使用方法。
对地下处理液提供有效的滤失控制是高度期望的。“滤失”，如该术语在本文中使用的，是指流体(例如钻井泥浆或水泥浆的流体部分)不适宜地移动或损失到地下地层和/或支撑剂填充层中。术语“支撑剂填充层”，如本文中所使用的，是指在地下地层中的裂缝或开放孔隙内的大量支撑剂颗粒的集合。这些“处理液”可以包含在地下应用中使用的任何流体。如本文中使用的，术语“处理”不暗指通过流体或其任何组分的任何具体作用。处理液可以在许多地下作业中使用，包括钻井作业，压裂作业，酸化作业，砾石充填作业，酸化作业，井筒清除作业等。滤失在许多的这些作业中都可能成为问题。在压裂处理中，例如，进入到地层中的滤失可以导致压裂液效率降低，从而压裂液不能根据需要扩散裂缝。
滤失控制材料是降低通过过滤介质的滤液体积的添加剂。某些颗粒材料可以被用作地下处理液中的滤失控制材料，以填充地层基质和/或支撑剂填充层中的孔隙，和/或以接触地层面和/或支撑剂填充层的表面，从而形成堵塞地层或支撑剂填充层中的孔隙并且防止其中的滤失的滤饼。然而，某些颗粒滤失控制材料的使用可能存在问题。例如，颗粒的尺寸可能没有关于具体的地层基质和/或支撑剂填充层中的孔隙而最优化，并且结果，可能增大颗粒材料侵入到地层基质内部的风险，这可能极大地增大由随后的补救处理进行移除的困难性。另外，一旦不再需要滤失控制，例如在完成处理以后，就需要补救处理来特别移除之前放置的滤失控制材料，以使得井可以投入生产。然而，已经存在于地层基质和/或支撑剂填充层中的孔隙和/或孔入口的颗粒可能难以移除和/或代价高昂地移除。而且，某些颗粒滤失控制材料在低渗透率地层(例如，渗透率低于约1毫达西(milidarcy，“md”)的地层)中可能不是有效的，原因在于在这些地层中的漏失速率没有高得足以将颗粒牵引到孔隙间中或引到与地层面和/或支撑剂填充层的表面接触以堵塞或密封其中的孔隙。
已将将包含高分子量聚合物和/或交联聚合物的凝胶液和滤失控制“小段塞”用于改进滤失控制。“交联聚合物”是通过与“交联剂”如金属离子或硼酸根离子的相互作用而使得两个以上的聚合物分子变成“交联”的聚合物。当包含在处理液中时，这些交联或未交联聚合物材料可以使得流体粘稠，从而减小流体进入到地层和/或支撑剂填充层中的滤失速率。交联或未交联聚合物分子还可以通过填充地层基质和/或支撑剂填充层的孔隙来减小滤失，从而防止流体通过那些孔隙的流动。
在许多地下作业中，除了别的目的以外，可能期望在使用以后将这些降滤失材料的大部分或全部从地下地层中移去，以恢复地层的渗透率，用于随后从地层生产流体。已经使用某些破坏剂来破坏地下地层中的聚合的降滤失添加剂。在降滤失添加剂包含交联聚合物的情况下，可以将交联相互作用反向(例如，通过将交联聚合物与使pH敏感性交联剂失活的酸或低pH流体接触)，并且可以将交联聚合物材料从地下地层移除或允许其泄漏到地层中。
然而，常规聚合物降滤失添加剂的使用也可能存在问题。具体地，可能难以移除或破坏某些聚合物降滤失添加剂以将地层恢复到高渗透率。某些聚合物可能需要强力的外部破坏剂来破坏聚合物结构，这可能是危险的或使用昂贵的。在一些情况下，可以使碱性和/或高pH流体存在或引入到地下地层中，例如，以置换地层中的降滤失添加剂和/或其它物质。如果足够量的交联剂和未交联的聚合物降滤失添加剂保留在地下地层中，则交联剂可能是聚合物材料的再活化并且再交联部分。除了其它方面的原因，这可以降低地层的渗透率并且阻碍从底层生产流体。
概述
本发明涉及地下处理和作业，并且更具体地，涉及可以用于防止某些地下地层中的滤失的添加剂，以及相关的使用方法。
在一个实施方案中，本发明的方法包括：提供低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂；将所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂引入到地下地层的至少一部分中；允许所述交联剂交联所述低分子量交联聚合物中的至少一部分，以形成包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的凝胶；和将所述凝胶形成为多个包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的颗粒。
在另一个实施方案中，本发明的方法包括：提供包含水性基液和低分子量交联性聚合物的溶液；将能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂加入到所述溶液中；允许所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分；将所述溶液剪切，以产生包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的降滤失添加剂凝胶；和将所述降滤失添加剂凝胶形成为至少一种降滤失添加剂颗粒。
在另一个实施方案中，本发明的方法包括：提供包含水性基液和低分子量交联性聚合物的溶液；将能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂加入到所述溶液中；允许所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分；将所述溶液剪切，以产生包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的降滤失添加剂凝胶；将所述降滤失添加剂凝胶形成为至少一种降滤失添加剂颗粒；和向所述降滤失添加剂凝胶中加入能够促进水与所述降滤失添加剂颗粒的分离的另外的添加剂。
本发明的特点和优点对于本领域技术人员而言是非常明显的。尽管本领域技术人员可以进行众多变化，但是这样的变化在本发明的精神之内。
附图简述
这些附图示例了本发明的一些实施方案中的某些方面，并且不应当用于限制或限定本发明。
图1是来自本发明的一个实施方案的试验的渗透率数据的曲线图。
优选实施方案描述
本发明涉及地下处理和作业，并且更具体地，涉及可以用于防止某些地下地层中的滤失的添加剂，以及相关的使用方法。
本发明的处理液和降滤失添加剂通常包含低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂。术语“降滤失添加剂”在本文中定义为包括能够减小通过过滤介质(例如，地下地层中的颗粒的基质)的滤液体积的任何材料。术语“低分子量交联性聚合物”在本文中定义为包括任何这样的物质(例如，添加剂)：其分子(1)由共价地结合在一起的若干更小的重复单元组成，(2)具有约50,000至约5,000,000道尔顿的分子量，并且(3)能够与交联剂相互作用，以在多个不同聚合物分子或单个聚合物分子的若干部分之间形成“交联”。此术语可以包括低聚物。术语“交联剂”在本文中定义为包括能够在低分子量交联性聚合物的至少两个分子之间和/或在低分子量交联性聚合物的单个分子中的一个或多个原子之间形成一个或多个交联的任何分子、原子或离子。术语“一个或多个交联”或“交联”是指关于单体、低聚物或共聚物，在一个或多个复杂化学分子如聚合物中的相邻的原子链之间的较短的连接单元(如化学键或化学结合基团形式)。
在本发明的许多优点中，在某些实施方案中，本发明的降滤失添加剂、处理液和方法可以减小或防止流体损失到地下地层中(例如，达到了相对于每小时少于约10桶流体)。然而，与本领域中已知的其它降滤失添加剂、处理液和方法相比，除了其它方面的原因，本发明的那些降滤失添加剂、处理液和方法可以提供更容易从地下地层中移除降滤失添加剂，和/或一旦已经将降滤失添加剂基本上从地下地层中移除，则地下地层中恢复的渗透率更高。例如，在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物在与地下地层中存在的流体或组分(例如，高pH流体)接触时可以不“再交联”或形成凝胶，这可以允许更容易地或更完全地从地下地层中移除降滤失添加剂。在某些实施方案中，可以在不需要另外的破坏剂或其它添加剂的情况下从地下地层中移除本发明的降滤失添加剂。而且，在某些实施方案中，本发明可以提供在使用之前需要较少或不需要另外处理的预混合的降滤失添加剂和/或处理液。与本领域中已知的某些其它降滤失添加剂相比，本发明的降滤失添加剂还可以在更高的温度、在更长时期内是稳定的。例如，在某些实施方案中，本发明的降滤失添加剂可以在约200℉稳定约5天。
另外，某些使用以及使用条件可以使得适于控制或最优化本发明的处理液和/或降滤失添加剂的某些性质。例如，在某些实施方案中，除了其它方面的原因，具体粒度分布的降滤失添加剂归因于地下地层的孔隙度而可以提供在地下地层中的更有效的滤失防止。在某些实施方案中，除了其它方面的原因，基于用于将那些降滤失添加剂引入到地下地层中的流体的密度，可以期望的是具有特别密度的降滤失添加剂。在其它的实施方案中，可以期望的是具有在某些温度、在某个时期内稳定的降滤失添加剂。在某些实施方案中，本发明可以提供用于控制和/或最优化用于具体地下地层中的本发明的降滤失添加剂的尺寸，温度稳定性，密度，质地，脆性和/或其它性质的能力。除了其它方式，这特别可以通过下列方式实现：改变在它们的制备过程中的某些条件和参数，和/或选择提供用于具体地下地层所需性质的降滤失添加剂的某些组分(例如，流体，低分子量交联性聚合物，交联剂等)。
在本发明中使用的低分子量交联性聚合物可以包含任何这样的物质(例如，添加剂)：其分子(1)由共价地结合在一起的若干更小的重复单元组成，(2)具有约50,000至约5,000,000道尔顿的分子量，并且(3)能够与交联剂相互作用，以在至少两个不同聚合物分子或单个聚合物分子中的至少两个原子之间形成“交联(crosslink)”。该术语可以包括低聚物。在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以具有约100,000至约750,000道尔顿的分子量。在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以具有约50,000至约1,000,000道尔顿的分子量。低分子量交联性聚合物可以是天然产生的或合成的。低分子量交联性聚合物可以通过将本领域中已知的任何聚合物材料解聚而制成，所述聚合物材料可以包括天然产生和/或合成的材料。可以用于制备可以适用于本发明的低分子量交联性聚合物的聚合物材料的实例包括但不限于多糖及其含有下列这些单糖单元中的一种或多种的衍生物：半乳糖，甘露糖，葡糖苷，葡萄糖，木糖，树胶醛糖，果糖，葡糖醛酸或吡喃糖基硫酸盐(pyranosyl sulfate)。合适的多糖的实例包括但不限于瓜耳胶(例如，羟乙基瓜耳胶，羟丙基瓜耳胶，羧甲基瓜耳胶，羧甲基羟乙基瓜耳胶，和羧甲基羟丙基瓜耳胶(“CMHPG”))，纤维素衍生物(例如，羟乙基纤维素，羧乙基纤维素，羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素)，和它们的组合。在某些实施方案中，胶凝剂包含有机羧化聚合物如CMHPG。在某些实施方案中，衍生的纤维素是用烯丙基或乙烯基单体接枝的纤维素，例如在美国专利4,982,793，5,067,565和5,122,549中公开的那些，这些美国专利的全部内容均通过引用结合在此。合适的合成聚合物的实例包括但不限于2，2′-偶氮双(2，4-二甲基戊腈)；2，2′-偶氮双(2，4-二甲基-4-甲氧基戊腈)；下列各项的聚合物和共聚物：丙烯酰胺乙基三甲基氯化铵，丙烯酰胺，丙烯酰胺基烷基三烷基铵盐和甲基丙烯酰胺基烷基三烷基铵盐，丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸，丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵，丙烯酸，二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯，二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺，二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺，二甲基二烯丙基氯化铵，丙烯酸二甲基乙酯，富马酰胺，甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵，甲基丙烯酰胺基丙基二甲基正十二烷基氯化铵，甲基丙烯酰胺基丙基二甲基正辛基氯化铵，甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵，甲基丙烯酰基烷基三烷基氯化铵盐，甲基丙烯酰基乙基三甲基氯化铵，甲基丙烯酰基氨基丙基二甲基十六烷基氯化铵，N-(3-磺基丙基)-N-甲基丙烯酰氨基丙基-N，N-二甲基铵甜菜碱，N，N-二甲基丙烯酰胺，N-甲基丙烯酰胺，壬基苯氧基聚(亚乙氧基)甲基丙烯酸乙酯，部分水解的聚丙烯酰胺，聚2-氨基-2-甲基丙烷磺酸，聚乙烯醇，2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸钠，季铵化的丙烯酸二甲基氨基乙酯，季铵化的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯，和它们的混合物和衍生物。在某些实施方案中，所述聚合物可以包括丙烯酰胺/甲基硫酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基铵共聚物。在某些实施方案中，所述聚合物可以包括丙烯酰胺/2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基氯化铵共聚物。另外，可以使用包含一种或多种官能团(例如，羟基，顺式-羟基，羧酸，羧酸的衍生物，硫酸根，磺酸根，磷酸根，膦酸根，氨基或酰胺基)的聚合物和共聚物。
可以将任何上述聚合物材料中的一种或多种解聚以形成在本发明中使用的低分子量交联性聚合物。如在本文中使用的术语“解聚”通常是指胶凝剂分子的分子量降低。这可以通过本领域中已知的用于将聚合物材料解聚的任何手段或方法实现，例如热解聚，化学解聚，水解和辐射。低分子量交联性聚合物还可以以在使用之前需要较少或不需要另外的处理的形式获得。例如，Halliburton MICROPOLYMERTM(可获自俄克拉荷马州的邓肯的Halliburton Energy Services)是低分子量交联性聚合物的可商购来源的实例。某些低分子量交联性聚合物可以产生具有对于某些用途而言所期望的某些性质(例如，质地，密度，温度稳定性等)的降滤失添加剂粒子。除了其它方面的原因，基于在具体应用中所期望的降滤失添加剂的性质，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够确定并选择适用于本发明的具体应用的低分子量交联性聚合物。
低分子量交联性聚合物可以以任何量存在，所述任何量足以对于具体应用而提供所需量的滤失控制，或提供所需量的本发明的降滤失添加剂。其刚刚高于临界交叠浓度C*。而且，除了其它方面的原因，低分子量交联性聚合物的量可以取决于低分子量交联性聚合物的分子量和要制备的降滤失添加剂粒子的所需质地。在低分子量交联性聚合物存在于用于将低分子量交联性聚合物或降滤失添加剂引入到地下地层中的处理液中的情况下，在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以以约200磅/千加仑流体(“pptg”)至约1000pptg的量存在。在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以以约300pptg至约600pptg的量存在。在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以以约500pptg至约600pptg的量存在。除了其它方面的原因，基于在具体应用中所使用的低分子量交联性聚合物的具体类型，所需的降滤失添加剂的所需量和/或降滤失添加剂粒子的所需质地，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够确定并选择在具体应用中使用的低分子交联性聚合物的合适量。例如，在某些实施方案中，与具有较高分子量的低分子量交联性聚合物所使用的浓度相比，可能期望使用具有较低分子量的低分子量交联性聚合物的较高浓度。
在本发明中使用的交联剂可以包含能够在低分子量交联性聚合物的至少两个分子之间和/或在低分子量交联性聚合物的单个分子中的一个或多个原子之间形成一个或多个交联的任何分子、原子或离子。在本发明中使用的交联剂可以包括本领域中已知的任何交联剂。合适的交联剂的实例包括但不限于硼酸根离子，锆IV离子，钛IV离子，铝离子，锑离子，铬离子，铁离子，铜离子和锌离子。这些离子可以通过提供能够产生这些离子中的一种或多种的任何化合物而提供；这样的化合物的实例包括但不限于硼酸，四水合八硼酸二钠，二硼酸钠，五硼酸盐，钠硼解石，硬硼酸钙石，乳酸锆，三乙醇胺锆，乳酸锆三乙醇胺，碳酸锆，乙酰丙酮化锆，苹果酸锆，柠檬酸锆，二异丙基胺乳酸锆，乙醇酸锆，三乙醇胺乙醇酸锆，乳酸乙醇酸锆，乳酸钛，苹果酸钛，柠檬酸钛，乳酸铵钛，三乙醇胺钛，和乙酰丙酮化钛，乳酸铝，柠檬酸铝，锑化合物，铬化合物，铁化合物，铜化合物，锌化合物，加成有机硼酸盐(addorganoborates)(Weaver/Slabaugh/Hanes应用)。可以适于在本发明中使用的可商购交联剂的实例是以下列商品名出售的那些：HMP LinkTM，BC-140TM，BC-200TM，CL-11TM，CL-18TM，CL-19TM，CL-20TM，CL-21TM，CL-22TM，CL-23TM，CL-24TM，CL-26TM，CL-27TM，CL-28TM，CL-28MTM，CL-29TM，CL-30TM，CL-31TM，CL-36TM，K-38TM，XL-1TM和TB-41TM(全部可以购自俄克拉荷马州邓肯的Halliburton Energy Services)。除了其它方面的原因，所使用的具体的交联剂可以取决于要在地下地层中使用的流体的特性(例如，pH)，所使用的低分子量交联性聚合物的类型和/或量，和/或要使用交联剂的地下地层中的温度。基于这些和/或其它的因素，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够选择适于本发明的具体应用的交联剂(以及用于提供所述交联剂的形式)。
在某些实施方案中，在本发明中使用的交联剂可以通过改变使用它们的条件(例如，pH，温度等)或将它们暴露于一些其它的活化剂或减活化剂而被活化或减活化。例如，在某些实施方案中，可以以允许延迟释放交联剂的形式提供交联剂。特别是当地下作业涉及高温条件并且期望在遇到这些高温条件以后释放交联剂时，延迟释放可以是适宜的。在深井中或在要求长的泵送时间的井中，延迟释放也可以是适宜的。在某些实施方案中，可以将本发明中使用的交联剂(或包含这些交联剂的材料)包封或封闭在外部涂层中，所述外部涂层能够在期望的时间降解。包封方法的实例描述于美国专利5,373,901；6,444,316；6,527,051和6,554,071中，这些美国专利的全部公开内容通过引用结合在此。在某些实施方案中，合适的涂层或封闭材料可以包含其中降解产物不负面地影响所使用的交联剂的可降解材料。术语“降解”或“可降解的”是指可降解材料可能经历的水解降解的两种相对极端的情况，即非均质的(或块体侵蚀)和均质的(或表面侵蚀)，以及在这两种情况之间的降解的任何阶段。可以用作与在本发明中使用的交联剂结合的涂层或封闭手段的可降解材料的实例包括但不限于，多糖，例如葡聚糖或纤维素；甲壳质；壳聚糖；蛋白质；脂族聚酯；聚(丙交酯)；聚(乙交酯)；聚(ε-己内酯)；聚(羟基丁酯)；聚(酐)；脂族聚碳酸酯；原酸酯；聚(原酸酯)；聚(氨基酸)；聚(环氧乙烷)；和聚(磷腈)。其它合适的可降解聚合物包括可热封材料，其它的热塑性材料，或可以用适当的溶剂溶解的材料(例如，羟丙基甲基纤维素，胶质，聚环氧乙烷，聚乙烯醇，藻酸酯，聚已酸内酯，胶凝化的淀粉基材料，等等)。在期望的情况下，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将意识到用于本发明的具体应用的合适的包封交联剂。
在某些实施方案中，交联剂可以以任何量存在，所述任何量足以提供在低分子量交联性聚合物的分子之间的所需量的交联。在交联剂存在于用于将交联剂或降滤失添加剂引入到地下地层中的处理液中的情况下，在某些实施方案中，交联剂可以以低分子量交联性聚合物的约0.01％至约20重量％范围内的量存在于处理液中。在某些实施方案中，交联剂可以以低分子量交联性聚合物的约1.5重量％的量存在于处理液中。在某些实施方案中，交联剂可以以约15加仑/千加仑流体的量存在。除了其它方面的原因，基于在具体应用中所使用的交联剂的类型，所使用的低分子量交联性聚合物，所需的降滤失添加剂的所需量和/或降滤失添加剂粒子的所需质地，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够确定并选择要在具体应用中使用的交联剂的适当的量。例如，在某些实施方案中，除了其它方面的原因，增大交联剂的浓度可以增加所产生的降滤失添加剂在高温的脆性和/或稳定性。
本发明的降滤失添加剂和处理液(以及它们的任何组分)可以以这些物质的本领域中已知的任何形式提供。在某些实施方案中，本发明的降滤失添加剂和/或处理液可以包含含有已经被交联剂至少部分交联的低分子量交联性聚合物的凝胶和/或多个颗粒，它们在本文中分别称为本发明的“降滤失添加剂凝胶”或“降滤失添加剂颗粒”。如本文中使用的术语“凝胶”是指半固体、果冻样状态。如在本文中使用的术语“颗粒”可以指任何固体物质，并且不要求其具有任何特别的尺寸，形状，质地，脆度和/或硬度。
在某些实施方案中，本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒可以以与盐水(例如，其中产生降滤失添加剂凝胶和/或颗粒的盐水)的混合物或要引入到地下地层中的一些其它流体的形式提供，例如以本发明处理液的形式提供。在其它的实施方案中，本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒可以以悬浮液的形式提供，在所述悬浮液中，流体(例如，水性流体，非水性流体，气体等)或一些其它材料悬浮本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒。在某些实施方案中，此流体可以包含高度剪切稀释的聚合物溶液(例如，黄原胶溶液)，亲有机粘土溶液，二氧化硅溶液，或能够悬浮降滤失添加剂颗粒的一些其它流体。在一些实施方案中，可能期望的是溶液不含有明显量的任何将使低分子量交联性聚合物交联的物质。作为这种悬浮液提供的本发明的处理液和/或降滤失添加剂可以具有某些性质，除其它益处之外，所述某些性质允许悬浮液在使用之前储存一段时期，和/或可以促进将悬浮液混合到用于地下地层中的盐水或其它处理液的工艺。
在某些实施方案中，低分子量交联性聚合物可以作为干燥的粉末状物质提供，所述干燥的粉末状物质被加入到用于水合的水性流体中。备选地，已经被交联剂至少部分交联的低分子量交联性聚合物可以作为干燥的粉末状物质提供，所述干燥的粉末状物质然后被加入到用于水合的水性流体中。这些物质可以在井下循环到地下地层中并且允许形成本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒。
本发明的处理液通常包含基液，低分子量交联性聚合物，和能够将所述低分子量交联性聚合物交联的交联剂。
基液可以包含不负面地与根据本发明所使用的其它组分相互作用的任何的一种或多种流体。例如，基液可以包括水性流体，非水性流体(例如，矿物油，合成油，酯等)，烃基流体(例如，煤油，二甲苯，甲苯，柴油，油等)，气体，泡沫流体(例如，进一步包含气体的液体)和/或乳液。可以适用于本发明的水性基液可以包括淡水，盐水(saltwater)(例如，含有在其中溶解的一种或多种盐的水)，盐水(brine)或海水。通常，水可以来自任何来源，条件是其不含有可能负面地影响本发明的降滤失添加剂和/或方法的稳定性和/或性能。例如，在某些实施方案中，水性基液可以包括已经从地下地层中生产的水(在本文中称为“生产水”)。在某些实施方案中，可以调节水性基液的密度，以提供降滤失添加剂和/或其它组分在本发明的处理液中的更均匀分布，以及其它目的。在某些实施方案中，可以调节水性基液的pH(例如，通过缓冲剂或其它pH调节剂)，以活化在其中存在的一种或多种交联剂或破坏剂，以及其它目的。在这些实施方案中，可以将pH调节至特定水平，除其它因素，所述特定水平取决于在处理液中或在地下地层中的交联剂和/或破坏剂的类型。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将能够意识到什么时候这样的密度和/或pH调节是适当的。
本发明的处理液任选可以包含一种或多种本领域中已知的任何另外的添加剂。这样的另外的添加剂的实例包括但不限于皂，助表面活性剂，羧酸，酸，碱，另外的滤失控制添加剂，气体，发泡剂，腐蚀抑制剂，结垢抑制剂，催化剂，粘土控制剂，铁控制剂，pH控制添加剂(例如，缓冲剂)，破坏剂，生物杀灭剂，摩擦减小剂，消泡剂，桥键形成剂，分散剂，凝聚剂，H2S清除剂，CO2清除剂，氧清除剂，润滑剂，增粘剂，增重剂，相对渗透率改进剂，树脂，润湿剂，涂层增强剂等。受益于本公开内容的本领域技术人员将意识到可以被包含在用于具体应用的线型胶凝化流体中的添加剂的类型。
本发明的降滤失添加剂和/或处理液和/或其任何组分可以在工作地点制备，或它们可以在使用之前在工厂或机构制备，并且可以在使用之前储存一段时期。在某些实施方案中，本发明的这些降滤失添加剂和/或处理液的制备可以以其特征在于“在飞行中(on the fly)”进行的方法在工作地点制备。在本文中使用的术语“在飞行中(on-the-fly)”包括将两种以上的组分合并的方法，其中将一种要素的流动流连续地引入到另一种组分的流动流中，使得在继续作为正在进行的处理的一部分的单个流连续流动的同时将所述流合并和混合。这样的混合还被描述为“实时”混合。这些流还可以保持一段时期以促进在注入之前的聚合物水合以及其它目的。
在某些实施方案中，本发明的方法包括制备本发明的降滤失添加剂和/或处理液的方法。本发明的这些方法通常包括：提供包含水性基液和低分子量交联性聚合物的溶液；向所述溶液中加入能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂；使所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分；对溶液进行剪切以产生包含低分子量交联性聚合物和交联剂的降滤失添加剂凝胶；和将降滤失添加剂凝胶形成为多个本发明的降滤失添加剂颗粒。
通过本发明的这些方法产生的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒的各种性质可以通过改变这些方法的某些条件和参数而改变。例如，通过本发明的这些方法产生的降滤失添加剂颗粒的尺寸可以通过改变将溶液剪切以产生降滤失添加剂凝胶的时间和强度以及通过其它方式而控制。降滤失添加剂颗粒的尺寸还可以通过用于形成它们的设备而确定，例如通过降滤失添加剂凝胶被强制通过而形成颗粒的板中的孔的尺寸而确定。除其它益处之外，控制降滤失添加剂颗粒的尺寸可以允许制备关于在具体孔隙度的地下地层中使用而被最优化的降滤失添加剂颗粒。而且，以一个顺序进行上述步骤制备的降滤失添加剂颗粒的性质可以与以不同顺序进行相同的步骤所形成的降滤失添加剂颗粒的那些性质不同。
在某些实施方案中，在制备上述本发明的降滤失添加剂和/或处理液的方法过程中，可以进行另外的步骤。例如，在某些实施方案中，本发明的这些方法还可以包括在允许交联剂交联至少一部分的低分子量交联性聚合物之前活化所述交联剂。例如，某些交联剂可以通过其中由本领域中已知的任何手段，例如加入碱而实现的增加溶液的pH而活化。在某些实施方案中，本发明的这些方法还可以包括加入另外的添加剂，除了其它因素之外，所述另外的添加剂促进低分子量交联性聚合物的进一步交联，提高速率，防止颗粒粘附在一起，和/或促进从本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒中分离或提取水。例如，此添加剂可以在颗粒周围形成膜，以允许水从颗粒中分离。这样的另外的添加剂可以在上述方法过程中的任何点处加入到本发明的溶液，降滤失添加剂凝胶和/或多个降滤失添加剂颗粒中。此另外的添加剂可以包含互溶剂，例如聚乙二醇，碳酸亚丙酯和其它溶剂。除了其它因素之外，另外的添加剂的添加可以引起本发明的降滤失添加剂凝胶和/或颗粒在体积上收缩。
在某些实施方案中，本发明的这些方法还可以特别包括另外的步骤，以进一步制备用于地下地层的本发明的降滤失添加剂。例如，本发明的这些方法还可以包括将本发明的降滤失添加剂凝胶或一种或多种降滤失添加剂颗粒与另外的流体(例如，水性流体，非水性流体，气体等)合并，以悬浮所产生的降滤失添加剂凝胶或降滤失添加剂颗粒以及其它目的。在某些实施方案中，此流体可以包括高度剪切变稀的聚合物溶液(例如，黄原胶溶液)，亲有机粘土溶液，或能够悬浮降滤失添加剂颗粒的一些其它溶液。在一些实施方案中，可能期望的是所述溶液不含有明显量的将使低分子量交联性聚合物交联的任何物质。在其它的实施方案中，可以将本发明的降滤失添加剂凝胶或一种或多种降滤失添加剂颗粒与盐水或要引入到地下地层中的一些其它的处理液合并，以形成本发明的处理液。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将意识到什么时候应当将另外的流体与降滤失添加剂凝胶或一种或多种降滤失添加剂颗粒合并，以及将意识要使用的另外的流体的适当类型和量。
在某些实施方案中，本发明的方法包括：提供低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂；和将所述低分子量交联性聚合物和交联剂引入到地下地层的至少一部分中。低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂可以分别提供，或可以将它们以其中已经将它们至少部分地合并作为例如本发明的降滤失添加剂的形式提供。在某些实施方案中，可以在处理液中提供低分子量交联性聚合物和交联剂中的一种或多种。例如，可以将低分子量交联性聚合物和交联性聚合物提供在本发明的处理液中。在本发明的这些方法中，可以将低分子量交联性聚合物和交联剂通过本领域中已知的任何手段引入到地下地层的至少一部分中。例如，可以将低分子量交联性聚合物和/或交联剂引入到穿透地下地层的所述部分的井筒中。在某些实施方案中，可以将低分子量交联性聚合物和/或交联剂作为处理液的组分引入到地下地层的至少一部分中，所述处理液例如为包含低分子量交联性聚合物和交联剂的本发明的处理液。在某些实施方案中，可以将低分子量交联性聚合物和交联剂作为本发明的降滤失添加剂凝胶或至少一种降滤失添加剂颗粒引入到地下地层中。在其它的实施方案中，可以将低分子量交联性聚合物和交联剂引入到地下地层的至少一部分中，使得它们随后形成本发明的降滤失添加剂凝胶或至少一种降滤失添加剂颗粒。
本发明的这些方法可以在本领域中已知的各种地下作业之前，过程中或之后使用。这样的作业的实例包括但不限于钻井作业，预填塞处理(pre-pad treatment)，压裂作业，射孔作业，预冲洗处理，后冲洗处理，砂控制处理(例如，砾石充填)，酸化处理(例如，基质酸化或裂缝酸化)，“裂缝充填(frac-pack)”处理，注水泥处理和井筒清除处理。例如，本发明的某些实施方案可以包括：在足以在地下地层中产生或增大一个或多个裂缝的压力或高于所述压力，将处理液(例如，本发明的处理液)引入到地下地层的一部分中。“增大”地下地层中的一个或多个裂缝可以包括延展或放大在地下地层中的一个或多个天然产生或之前产生的裂缝。
在某些实施方案中，本发明的方法任选可以包括从地下地层的至少一部分中移除所述低分子量交联性聚合物的至少一部分。这可以通过本领域中已知的任何手段实现。例如，可以将低分子量交联性聚合物与使交联剂反相或“失活”的添加剂或流体(例如，pH低于约8的酸或流体)接触，从而允许低分子量交联性聚合物流出地下地层的所述部分。在这些实施方案中的某些实施方案中，添加剂可以包含延迟释放酸添加剂(例如，聚乳酸)，所述延迟释放酸催化剂在从地下地层的至少一部分中移除至少一部分的低分子量交联性聚合物的步骤之前的一段时间被引入到地下地层的所述部分中，并且随后释放使交联剂反相或“失活”的酸。在某些实施方案中，通过将低分子量交联性聚合物的浓度稀释至低于聚合物形成稳定凝胶所需的最小浓度，可以从地下地层的至少一部分中移除至少一部分的低分子量交联性聚合物，从而允许低分子量交联性聚合物流出地下地层的所述部分。
为了促进更好地理解本发明而提供一些实施方案的某些方面的下列实施例。下列实施例绝不应当被解读为限制或限定本发明的整个范围。
实施例
实施例1
在实验室中通过下列方法制备本发明的降滤失添加剂：在氯化钾盐水(密度＝9磅/加仑)中共混Halliburton MicroPolymer(一种解聚的瓜尔胶衍生物，其可以获自俄克拉荷马州邓肯的Halliburton Energy Services)，以具有约300pptg的浓度和约250mL的体积。通过加入氢氧化钠将混合物的pH升高到约11。向溶液中加入CL-28TM(一种交联剂，可获自HalliburtonEnergy Services，Inc.)以交联聚合物并形成凝胶。将凝胶短时剪切以将凝胶破碎成碎片。向该凝胶中加入30mL聚乙二醇，并且使凝胶保持静止约1小时。在静置时间以后，在Waring共混机中对凝胶施加高剪切，直至得到所需的颗粒尺寸。然后将颗粒悬浮在40pptg AquaLinearTM(一种食品级黄原胶，获自CP Kelco)凝胶中。
对降滤失添加剂颗粒首先测试它们的滤失防止性质。将该悬浮液与9.1ppg的氯化钾盐水混合以制成具有20％浓度的剪切颗粒的溶液。然后使用采用20微米(～2.8达西)的Aloxite盘的高压高温(HPHT)容器(cell)，将得到的悬浮液进行筛选以用于滤失控制。在200℉和300psi进行测试30分钟。总计7mL滤液在头10分钟过程中泄露通过所述盘，并且在盘上形成良好的滤饼。
然后使用在Hassler套筒中的Brown Sandstone芯(芯长度＝4.38cm；芯直径＝2.51cm)，对降滤失添加剂颗粒进行恢复渗透率(regain permeability)测试。图1示例了来自此测试的数据，绘制了在测试过程中的芯的渗透率。将9.13ppg氯化钾盐水在注入方向上以30mL/min的速率注入到芯中，以建立初始渗透率(如在图1中的垂直虚线的左侧所示)。然后将芯在200℉和1000psi压差关闭48小时。然后，通过注入方向将5％盐酸溶液注入到芯中。通过下列方法测量回收渗透率：将9.13ppg的氯化钾盐水在生产方向上以30mL/min的速率注入通过芯，以确定恢复渗透率(如在图1中的垂直虚线的右侧所示)。获得约87％的恢复渗透率。
实施例2
通过下列方法制备本发明的另一种降滤失添加剂：将250加仑的低分子量HPG线型凝胶装入到反应器中，并且通过加入约250mL氢氧化钠而将凝胶的pH升高至约11。将凝胶搅拌并且加入7.5磅氧化镁(在9.1ppg氯化钾盐水中形成30pptg的浆液)。在最大搅拌速率下，加入3.75加仑CL-28TM交联剂，并且搅拌凝胶直至完全交联(约1小时)。向交联的凝胶中加入25加仑9.1ppg的氯化钾盐水，并且从反应器底部向上吹送空气通过交联的凝胶以将其粉碎。然后将交联的凝胶在通过具有经测量为约3/8英寸的约30个孔的孔板的同时泵送到300加仑的运载器(tote)中。
因此，本发明很好地适于达到所提及的目的和优点以及在本文中内在的那些目的和优点。以上公开的具体实施方案仅是示意性的，因为本发明可以以对于受益于本文中教导的本领域技术人员而言显然的不同但是等同的方式更改和实践。此外，不意在限制本文中所示的构造或设计的细节，除了在以下权利要求所述的以外。因此明显的是，可以对以上公开的具体示意性实施方案进行改变或更改，并且所有这些变化都被认为在本发明范围和精神之内。以上公开的所有的数字和范围都可以关于任何量而改变(例如，1％，2％，5％，或有时10至20％)。无论什么时候公开了具有下限的RL和具有上限的RU的数值范围R，都特别公开了落入到所述范围之内的任何数值。具体地，特别公开了在所述范围内的下列数值：R＝RL+k*(RU-RL)，其中k为以1％增量从1％至100％的变量，即k为1％，2％，3％，4％，5％，...，50％，51％，52％，...，95％，96％，97％，98％，99％或100％。而且，也特别公开了通过如在以上内容中限定的两个R值所限定的任何数值范围。而且，如在权利要求中使用的不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”在本文中定义为是指所引入的要素中的一个或多于一个。而且，权利要求中的术语具有它们的简单、常见的含义，除非专利权人另外确切且清楚地限定。如果在本说明书中的词语或术语的使用与可以通过引用而结合在本文中的一项或多项专利或其它文件存在任何冲突，则应当采用与本说明书一致的定义。

Claims (16)

1.一种用于防止地下地层中的滤失的方法，所述方法包括： 
提供低分子量交联性聚合物和交联剂，其中所述低分子量交联性聚合物具有50,000道尔顿至1,000,000道尔顿的分子量； 
将所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂引入到地下地层的至少一部分中； 
使所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分，以形成包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的凝胶； 
提供能够促使水与降滤失添加剂颗粒分离的互溶剂；以及 
将所述凝胶形成为多个颗粒。 
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低分子量交联性聚合物具有100,000道尔顿至750,000道尔顿的分子量。 
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述互溶剂选自聚乙二醇和碳酸亚丙酯。 
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括从所述地下地层的至少一部分中移去所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分。 
5.根据权利要求1所述的方法，其中： 
提供低分子量交联性聚合物和能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂包括提供处理液，所述处理液包含基液、所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂；并且 
将所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂引入到所述地下地层的所述部分中包括将所述处理液引入到所述地下地层的至少一部分中。 
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述基液包括至少一种盐水。 
7.根据权利要求5所述的方法，其中相对于每千加仑的处理液，所述低分子量交联性聚合物以300磅至600磅的量存在于所述处理液中。 
8.根据权利要求1所述的方法，其中提供低分子量交联性聚合物和交联剂包括：提供至少一种包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的降滤失添加剂颗粒。 
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一种降滤失添加剂颗粒 存在于悬浮液中，所述悬浮液还包含能够悬浮所述降滤失添加剂颗粒的至少一种流体。 
10.一种用于防止地下地层中的滤失的方法，所述方法包括： 
提供包含水性基液和低分子量交联性聚合物和交联剂的处理液，其中所述低分子量交联性聚合物具有50,000道尔顿至1,000,000道尔顿的分子量； 
使所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分； 
将所述处理液剪切，以产生包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的降滤失添加剂凝胶； 
将所述降滤失添加剂凝胶形成为至少一种降滤失添加剂颗粒；以及 
提供能够促使水与降滤失添加剂颗粒分离的互溶剂。 
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括调节所述处理液的pH。 
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述低分子量交联性聚合物具有100,000道尔顿至750,000道尔顿的分子量。 
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括将所述降滤失添加剂颗粒引入到地下地层的至少一部分中。 
14.一种用于防止地下地层中的滤失的方法，所述方法包括： 
提供包含水性基液和低分子量交联性聚合物的溶液，其中所述低分子量交联性聚合物具有50,000道尔顿至1,000,000道尔顿的分子量； 
将能够交联所述低分子量交联性聚合物的交联剂加入到所述溶液中； 
使所述交联剂交联所述低分子量交联性聚合物中的至少一部分； 
将所述溶液剪切，以产生包含所述低分子量交联性聚合物和所述交联剂的降滤失添加剂凝胶； 
将所述降滤失添加剂凝胶形成为至少一种降滤失添加剂颗粒；和 
向所述降滤失添加剂凝胶中加入能够促进水与所述降滤失添加剂颗粒分离的互溶剂。 
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述互溶剂包括聚乙二醇。 
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括将所述降滤失添加剂颗粒引入到地下地层的至少一部分中。 
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