专利名称：具有伸缩流动管路技术的用于支撑剂破裂的方法和材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于暂时阻塞流动路径的方法和组合物，在一个实施例中，更尤其是涉及用于在采烃作业过程中暂时阻塞通至地下地层的流动路径的方法和组成物。
背景技术：
存在多种方法和应用涉及到在进行其它步骤或流程的同时形成临时的密封或堵塞物，其中所述密封或堵塞物稍后必须去除。通常，当随后还需要进行运动或流动时，提供这样的密封或堵塞物通常是用来在特定方向上暂时阻塞流动路径或暂时阻止流体或其它材料(例如可流动颗粒)的运动一段较短的时间。从地下地层中采收烃通常包括使用涂层或堵塞物的应用和/或方法。在必须在边 远地区(即地球深处)进行作业的情况下，只能在远处操纵设备和材料。一种这样的作业涉及引入滤饼等作为临时涂层的打孔和/或完井作业。通常，对井进行打孔涉及到在套管中射出数个较小的孔的专用枪。这些孔在套管的与生产区相对的那侧中形成。这些穿孔或连通通道穿透套管或衬管以及围绕套管或衬管的粘结剂。穿孔穿过套管和粘结剂并进入生产地层中较短的距离。包含油和气的地层流体流过这些穿孔并进入井中。最普遍的打孔枪使用类似于在穿甲弹中使用的成形弹药。高速高压射流穿透钢套管、粘结剂和紧挨着粘结剂的地层。其它打孔方法包括子弹打孔、磨粒射流或高压流体射流。连通通道的特性和布置能够对井的生产率产生重要的影响。已经开发出了不需要打孔枪的技术，其通过使用安装在套管内的流动管路实现了明显更受控制的穿孔。这些流动管路可以从套管伸出而接触地层壁，从而沿着套管长度在期望的部位形成“穿孔”。管路中的临时堵塞物形成流动屏障，管路通过流体压力从套管被推出。堵塞物可以由多孔过滤结构制成，在该多孔过滤结构上涂覆有可降解屏障材料。在流动管路伸出之后，可降解材料可以被去除，从而允许流体流过过滤结构。该技术已知为Baker Hughes Inc公司的产品TELEPERF ，其在专利号为No. 7，527，103和No. 7，461，699的美国专利中更加详细地进行了描述了。在有些情况下，可能必须或希望破裂地层，以实现或促进流体穿过地层的流动。例如，在低渗透性储层中，可能有利的是，破裂井地层并将支撑剂注入裂缝中以促进流体(例如油、气、水等等)穿过地层的流动。当进行液压破裂时，混合了支撑剂的粘性破裂流体通过套管和相关穿孔流入地层中。但是，上述TELEPERF 装置中的过滤器可能会阻碍或妨碍液压破裂中使用的高粘性流体和支撑剂进入地层。因此，理想的可以是不在管路中使用过滤结构的情况下暂时阻塞、填充或堵塞流动管路，而仍然能够使管路借助于流体压力向外伸出
发明内容
这里以一种非限制性的形式提供了一种用于液压破裂的方法，所述方法包括穿过地下储层钻出井眼，并将管道定位在井眼中。管道具有穿过其壁的至少一个区域的孔口，流动管路、流动路径、流动通道、流动通路或流动出口等等处于孔内的位于管道内的缩回位置。流动管路具有临时堵塞物，临时堵塞物阻塞、阻止或防止流体流过管路。液压破裂方法还包括通过将用于使流动管路延伸的流体泵送到管道和流动管路内，对临时堵塞物施加液压。该液压使流动管路在朝着井眼壁的方向上从管道径向向外延伸。然后可以借助于酸溶液从流动管路去除临时堵塞物。在一非限制性的示例性实施例中，用于使流动管路延伸的流体可以是酸溶液，所述酸溶液既用来使流动管路从管道伸出，又用来溶解临时堵塞物。然后可以将液压破裂流体经由管道和流动管路注入地下储层中。在本发明的另一非限制性的实施例中，可以设置在能从管道径向延伸的流动管路、流动路径、流动通道或流动通路等等中使用的堵塞物。堵塞物可以由酸溶解率大于70%且渗透率小于IOmD的材料制成。堵塞物还可以具有至少5000MPa的压缩杨氏模量。例如，堵塞物可以由天然、低成本材料制成，所述材料例如是印第安那石灰岩、具有类似性质的其它天然石灰石或其他材料。另外，堵塞物可以具有添加了设置在基体内的纳米颗粒的基体 结构。在另一非限制性的实施例中，本发明提供了一种在完井中使用的管道。管道可以具有在管道内部与管道外部之间提供流体连通的流动管路、流动路径、流动通道、流动通路或流动出口等等。流动管路可以至少部分地设置在管道内并能够沿垂直于管道的纵向轴线的方向从管道延伸。另外，穿过流动管路的流体流动可以由设置在流动管路内的可溶于酸的堵塞物暂时阻碍、阻止或防止。在一个示例性的实施例中，可溶于酸的堵塞物可以由酸溶解率大于70%且渗透率小于IOmDJP /或压缩杨氏模量至少为5000MPa的材料制成。
图I是具有两个套筒或管路的井眼中的油井套管或管道的截面示意图，在套管的每侧各有一个套筒或管路，套筒或管路各自处于套管中的孔口中的缩回位置，并且在套筒或管路中具有可溶解的堵塞物；图2是图I的井眼中的油井套管的截面示意图，所述油井套管的两侧具有两个流动路径，其中套筒或管路已经沿朝着井眼壁的方向延伸或扩张；以及图3是图I的井眼中的油井套管的截面示意图，其中已经去除了流动路径中的可溶解堵塞物，烃可以从储层流入套管中。
具体实施例方式依照本实施例，油井套管或衬管可以包含穿过油井套管或衬管的预成形穿孔或孔洞。进一步地，在各个穿孔中可以安装有可移动的流动管路或流动路径，其实现了套管或衬管的内部与外部之间的流体连通。虽然流动管路或流动路径是作为相对于套管或衬管移动的单件管道示出的，但是流动管路或流动路径可以由彼此存在相对运动的多个部件组成。例如，流动管路可以是同轴布置的大体上圆筒形的几个管路，它们彼此之间沿着共用轴线在有限的范围内进行相对运动，例如采用伸缩结构。流动管路或流动路径还可以包含临时堵塞物，所述临时堵塞物阻止或防止流体流过流动管路。可移动的流动管路或流动路径借助于套管或衬管内的流体压力可以从套管或衬管伸出并伸入井眼的环状空间内。也就是说，当流体被泵送到套管内时，临时堵塞物阻止流体经由流动管路流出套管。更准确地说，随着套管内压力的增大，流动管路被从套管向外推动。最佳地，流动管路接触井眼壁，从而形成从套管的内部到地层的穿过所述环状空间的流动路径。这样，所述结构可用作完井管，从而避免使用粘结和打孔工序。在组件对着开采区部位就位之后，可利用酸溶液溶解临时堵塞物。下面将参考附图更具体地描述本发明，其中图I中显示了具有多个孔口 12的竖向定向的圆筒状套管或衬管10的截面，其中所述孔口穿过套管或衬管。孔口 12可以通过机械加工或其它适合的工艺形成。将套管10置于穿过地下储层16的钻孔或井眼14中。地下储层16可以是从中提取气和/或油的流动源，或者，作为选择，可以是在其内注入气或油的流动对象。井眼14具有壁18，该壁覆置有由钻井液22或更通常地由钻入流体沉积而成的滤饼20。在某些非限制性的实施例中，滤饼20是可选择的。套管10和壁18之间限定了环状空间24。多个流动管路26设置在孔口 12内。图I中显示的是这些流动管路26位于套管10内的缩回位置。流动管路26大体上是在相对端上敞开的中空结构，所述流动管路具有限 定了它们的形状的外周壁。所期望的是，在大多数情况下，流动管路26应具有圆筒形状，但是并不要求它们一定具有这样的形状。流动管路26含有由具有低渗透率和高强度的可溶物质制成的临时堵塞物28。例如，堵塞物28可以具有大于70%的酸溶解率和小于IOmD的渗透率。一种示例性的物质是印第安那石灰岩，它是相对低廉的材料，在美国很容易得到，且在实验室研究中具有小于3mD的渗透率。印第安那石灰岩通常包括超过98%的方解石，方解石具有较高的酸溶解率。另外，文献数据显示，印第安那石灰岩的压缩杨氏模量大约为30600MPa,比得上高强度混凝土。具有类似性质的石灰石在其它国家以及其它大陆也很容易得到。虽然本发明指出堵塞物28的可溶物质为石灰石，但是应当理解，在所公开的方法和系统中也可以使用具有类似可溶性、渗透率和强度的其它材料。在一非限制性的实施例中，堵塞物28可以为预成形的，并借助于带螺纹的中空帽固定在流动管路26的一端。在其它实施例中，堵塞物28可以压配合到流动管路26中或者插入流动管路26中，并抵靠在流动管路26的一端上的凸缘(未显示)的内侧。通过向石灰石基体填充另外的可溶于酸的物质(例如纳米颗粒浆)，可以进一步降低堵塞物28的渗透率。例如，可选地可以使用纳米颗粒浆并将其填充到石灰石基体中，以使可溶于酸的堵塞物28更致密，从而进一步降低堵塞物28的渗透率。纳米颗粒可以具有较大的单位容积表面电荷(charge),从而容许晶体颗粒相联、联接、连接、组合,或者以其它方式关联在一起，从而进一步降低堵塞物28的渗透率。在非限制性的实施例中，示例性的可溶于酸的纳米颗粒浆包括可从Baker Hughes获得的ConFINE ，或者大约35nm的氧化镁(MgO)的高浓度浆。一旦将套管10放置或定位在井眼14中，就可以通过套管10和流动管路26泵送流体30，如图2所示。如上所述，流动管路26内的堵塞物28具有极低的渗透率；因此，流体30不能流过堵塞物28或者只能非常缓慢地流过堵塞物28。随着流体30被泵送到套管10中，因此建立了足够高的液压，从而使得流动管路26从套管10径向伸出并伸入到环状空间22内以接触开采地层16。也就是说，流动管路26可以在大体上垂直于套管10的纵向轴线32的方向上从套管10伸出。在一非限制性的实施例中，流动管路26可以是大体上圆筒形的多个同轴管路，当压力被施加到堵塞物28时，这些同轴管路从套管10向外伸出。流体30的液压通常导致流动管路26延伸到使流动管路26触及壁18的位置。然后可以将酸溶液泵送到套管10中以溶解堵塞物28，从而形成如图3所示的穿过套管10和地层16之间的环状空间22的流动路径34。酸溶液也可以溶解滤饼20 (如果有的话)的与酸溶液相接触的部分。然后使含有支撑剂的破裂流体在高压下流过套管10，从而依照本领域中公知的技术破裂地层16。因为石灰石堵塞物28可以基本上被移除并且不会留下充当过滤器的多孔基材，所以不会妨碍支撑剂(例如沙粒等等)流入地层16中形成的裂缝(未显示)内。在井破裂之后，井就可以开采或灌注了。例如，烃可以从地层16经过流动路径34流入套管10中，或者可以将水注入套管10中，使水经过流动路径34流入地层16中。
在一非限制性的实施例中，用于使流动管路26延伸的流体30也可以用来溶解堵塞物28。也就是说，流体30可以是与石灰石堵塞物28能够以足够低的化学反应速率进行化学反应的酸溶液，从而使得在用于使流动管路延伸的流体30的液压将流动管路26向外推向井眼壁18的同时堵塞物28开始慢慢溶解。在流动管路26伸出并触及储层16的面之后，可以继续把酸流体30泵送到套管10内，以基本上溶解堵塞物28。应当理解，如果堵塞物28充分溶解从而充分地打通流动管路26，以使得粘性破碎流体和支撑剂能够流过该流动管路，那么这里的方法就被认为是成功的。用作起到延伸和溶解作用的流体30的示例性酸溶液可以是如No. 6805198美国专利所述的二羧酸。二羧酸，亦称为HTO(高温有机)酸，对用于井开采的金属部件(例如油管、套管和井下设备)具有极低的腐蚀率。示例性的二羧酸包括但不是必须限于草酸(乙二酸)、胡萝卜酸(丙二酸)、琥珀酸(丁二酸)、胶酸(戊二酸)、肥酸(己二酸)、蒲桃酸(庚二酸)以及它们的混合物。在一非限制性的实施例中，用于延伸和溶解的流体30可以是由重量百分比为51% -61 %的戍二酸、重量百分比为18% -28%的琥拍酸和重量百分比为15% -25%的肥酸组成的二元酸。适用于酸流体30的溶剂或稀释剂可以包括但不限于水、甲醇、异丙醇、醇醚、芳烃溶剂以及它们的混合物。实验室试验表明，印第安那石灰岩在10%的(重量百分比)HTO中的溶解率大约为98. 86%。因此，假定酸流体有足够的时间接触全部石灰石堵塞物28，基本上可以移除全部的可溶于酸的堵塞物28。在另一非限制性的实施例中，在管路26伸出而触及储层16的面之后，可以将强酸(例如15% (重量百分比)的盐酸(HCl))泵送到套管10中以更快地溶解堵塞物28。实验室试验表明，印第安那石灰岩在15% (重量百分比)的盐酸中的溶解率大约为99. 01%。可用于本发明的其他示例性的酸包括但不限于硫酸(H2SO4),氢氟酸(HF)，甲酸(HCOOH)，乙酸(CH3COOH),氟硼酸(HBF4)，磷酸(H3PO4)，柠檬酸，磺酸，羟基乙酸，以及其它酸。另外，堵塞物28可以用螯合剂溶解，例如，乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸钠(Na2EDTA)，羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)，二十二碳四烯酸(DTA)，次氮基三乙酸(NTA)，羟基氨基聚羧酸(HACA)，二乙三胺五乙酸(DTPA)，N-羟乙基亚胺二乙酸(HEIDA)，聚天冬氨酸(PASP)，等等。结论显然，在没有脱离在所附的权利要求书中阐述的本发明的更宽范围的情况下，可以对上述说明书进行各种变化和修改。因此，说明书应当被认为是说明性的，而不是限制性的。例如可以预见的是，落在权利要求的参数之内、但是没有在特定组合物中具体确证或进行试验的具体材料、流体、酸溶液及其组合，都在本发明的范围内。另外，在此没有特别描述的各种各样的组分和方法仍可由权利要求涵盖。整个权利要求书中所使用的术语“包括”应当解释为“包括但不限于”。本发明可以适当地包括所披露的元件、由所披露的元件组成或者基本上由所披露的元件组成，可以在没有未披露的元件的情况下进行实际应用。例如，在一个非限制性的实施例中，正如权利要求书中所述的，用于完井的管道可以由内部空间、外表面、至少一个流动管路和设置在流动管路内的可溶于酸的堵塞物组成，或者基本上由内部空间、外表面、至少一个流动管路 和设置在流动管路内的可溶于酸的堵塞物组成。
权利要求
1.一种在地下储层内进行液压破裂的方法，其中，地下储层具有穿过该地下储层的井目艮，并且在井眼内定位有管道，所述管道包括 内部空间； 外表面；和 位于内部空间与外表面之间的至少一个流动管路，其中在流动管路内承纳有能够溶于酸的堵塞物，流动管路处于至少部分地位于所述内部空间内的缩回位置； 该方法包括 借助于管道的内部空间内和流动管路内的用于延伸的流体而施加液压，从而使流动管路在朝着井眼壁的方向上延伸； 借助于酸溶液，从流动管路移除所述能够溶于酸的堵塞物，以至少部分地打开所述流动管路；和 经由管道的内部空间和所述流动管路将破裂流体注入地下储层中。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述能够溶于酸的堵塞物包括酸溶解率大于70%且渗透率小于IOmD的材料。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述能够溶于酸的堵塞物包括石灰石堵塞物。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述酸溶液与所述用于延伸的流体具有相同的组成。
5.如权利要求2或3所述的方法，其中，用于延伸的流体包括二羧酸。
6.如权利要求5所述的方法，其中，二羧酸选自草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸以及它们的混合物组成的组。
7.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述用于延伸的流体包括二元酸。
8.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述酸溶液包括盐酸、硫酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、氟硼酸、磷酸、柠檬酸、磺酸、羟基乙酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸钠(Na2EDTA)、羟乙基乙二胺三乙酸、二十二碳四烯酸、次氮基三乙酸、羟基氨基聚羧酸、二乙三胺五乙酸、N-羟乙基亚胺二乙酸、聚天冬氨酸或它们的组合。
9.如权利要求I所述的方法，其中，所述管道选自导管、套管、油管、衬管以及它们的组合。
10.如权利要求I所述的方法，其中，破裂流体包括一种或更多种支撑剂材料。
11.一种适合于在从管道径向延伸的管路中使用的堵塞物，其中，所述堵塞物包括酸溶解率大于70%且渗透率小于IOmD的材料。
12.如权利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料包括石灰石。
13.如权利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料具有至少5000MPa的压缩杨氏模量。
14.如权利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料具有3mD或更小的渗透率。
15.如权利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料在10%重量百分比的二元酸溶液中具有大于98%的酸溶解率。
16.如权利要求11所述的堵塞物，其中，所述材料在15%重量百分比的盐酸溶液中具有大于99%的酸溶解率。
17.如权利要求11或13所述的堵塞物，其中，所述材料具有基体结构，堵塞物还包括填充在基体结构中的纳米颗粒。
18.—种流动管路，所述流动管路包括外周壁和敞开并相对的两个端部，所述流动管路还包括如权利要求11所述的堵塞物。
19.一种在完井中使用的管道，其包括 内部空间； 外表面； 位于内部空间与外表面之间的至少一个流动管路，其中，流动管路相对于管道的纵向轴线能径向移动，并且处于至少部分地位于所述内部空间内的缩回位置；和 设置在流动管路内的能够溶于酸的堵塞物，其中，所述能够溶于酸的堵塞物包括酸溶解率大于70%且渗透率小于IOmD的材料。
20.如权利要求19所述的管道，其中，管道选自导管、套管、油管、衬管以及它们的组合所组成的组。
21.如权利要求19或20所述的管道，其中，所述能够溶于酸的堵塞物包括石灰石堵塞物。
22.如权利要求19或20所述的管道，其中，所述材料具有至少5000MPa的压缩杨氏模量。
全文摘要
本发明采用一种在伸缩装置内的可溶于酸的堵塞物，从而可以不用打孔地将储层面与生产衬管相联。这种技术消除了与打孔有关的地层损害也不需要进行碎屑去除，并且减少了风险和节约了时间。堵塞物可以提供充足的阻力，以使伸缩装置能够在液压下从生产衬管伸出。然后堵塞物可以在酸性溶液中溶解，而该酸性溶液也可以用作液压延伸流体。在从伸缩装置上大体上移除堵塞物后，储层可以用标准破裂流程进行液压破裂。
文档编号C09K8/80GK102812205SQ201180013863
公开日2012年12月5日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年3月15日
发明者黄天平 申请人:贝克休斯公司