用于非常规储层的使用固体酸的碳酸盐基浆料压裂的制作方法

本发明涉及非常规储层的水力压裂液。更具体而言，本发明涉及用于非常规储层的浆料状压裂液。本发明还涉及有助于在钻孔时进行压裂的技术。
背景技术：
：使用常规油井方法以外的技术来开采或提取非常规天然气。随着常规石油储量变得越来越稀少，提取非常规天然气变得越来越重要。典型地，非常规天然气发现于含有天然气但是非常致密的储层中。这些非常规储层包括诸如致密砂、页岩气、页岩油、煤层气、致密碳酸盐和天然气水合物储层之类的储层。通常，这些储层在很大程度上是不透水的。因此，可以利用被称为多级水力压裂的水力压裂技术，对这些储层中的水平井进行多级水力压裂，从而由这些储层中开采出商业产量的天然气或石油。水力压裂工艺涉及将压裂液泵入该区域。压裂液通常由水混合支撑剂和/或树脂包覆支撑剂、以及诸如胶凝剂、交联剂和破裂剂等化学品组成。在高压下将压裂液泵入储层中。压裂压力需要超过地层破裂压力或压裂梯度以使地层破裂并使裂缝延伸。次生水力裂缝将进一步延伸至地层中并且激发天然裂缝。压裂液中的支撑剂将填充次生裂缝，从而使这些裂缝成为流通通道。完成后，关闭油井以使破裂剂激活交联凝胶并使之破裂。使油井产油用于压裂返排(fracturecleanup)，这可能需要几周时间。通常，在单个油井中进行这种压裂处理的若干阶段，从而实现最大的压裂改造油藏体积(stimulatedreservoirvolume)。水力压裂处理花费昂贵并且会消耗大量的水、支撑剂和化学品。因此，需要研究不需要支撑剂等昂贵组分的改进的压裂处理方法。技术实现要素：本发明涉及非常规储层的水力压裂液。更具体而言，本发明涉及用于非常规储层的浆料状水力压裂液。本发明还涉及有助于在钻孔时进行压裂的技术。在一个方面，本发明提供了一种在非常规储层中使用浆料状压裂液进行水力压裂的方法。该方法包括以下步骤：将浆料状压裂液注入非常规储层中，其中浆料状压裂液包含颗粒部分和浆料水，浆料水能够有效调节浆料状压裂液的粘度，从而使得浆料状压裂液能够被泵入非常规储层中，并且浆料状压裂液能够使非常规储层破裂，其中颗粒部分包括：碳酸钙成分、水泥成分、砂成分、膨润土成分、以及固体酸成分，其中浆料状压裂液的注入能够有效地在非常规储层中产生裂缝网络，其中浆料状压裂液能够有效地将储层温度由静止储层温度(restingreservoirtemperature)降低至更低的温度；使浆料状压裂液在非常规储层中的裂缝网络中固化形成透水层(permeablebed)；使储层温度回到之前的静止储层温度，其中在水源的存在下，静止储层温度能够有效引发固体酸的水解，其中在浆料状压裂液固化成为裂缝网络中的透水层的同时提升储层温度，使固体酸在水源的存在下水解，其中固体酸的水解能够有效地产生液体酸；并且用液体酸刺激非常规储层中的裂缝网络，从而液体酸腐蚀透水层并且液体酸腐蚀非常规储层，从而提高了非常规储层中裂缝网络中透水层的渗透率，更高的渗透率能够有效地产生甜点(sweetspot)。在本发明的一些方面中，碳酸钙成分是由天然存在的来源得到的。在本发明的一些方面中，水泥成分为Portland水泥。在本发明的一些方面中，砂成分为硅砂(silicabasedsand)。在本发明的一些方面中，膨润土成分选自由钠基膨润土和钙基膨润土构成的组中。在本发明的一些方面中，固体酸成分选自由氨基磺酸、氯乙酸、羧酸、三氯乙酸和它们的组合构成的组中。在本发明的一些方面中，颗粒部分为20重量％至80重量％的碳酸钙成分、5重量％至30重量％的水泥成分、5重量％至30重量％的砂成分、2重量％至10重量％的膨润土成分以及5重量％至30重量％的固体酸成分。在本发明的一些实施方案中，颗粒部分为30重量％的碳酸钙成分、25重量％的水泥成分、15重量％的砂成分、10重量％的膨润土成分和20重量％的固体酸成分。在本发明的一些实施方案中，浆料水为盐水。在本发明的一些方面中，浆料水为盐溶液。在本发明的一些方面中，盐水包含氯化钾。在本发明的一些方面中，盐溶液为氯化钾溶液。在本发明的一些方面中，固体酸成分是包封的。在本发明的一些方面中，水源为地层盐水。在本发明的一些方面中，水源为浆料水。在本发明的一些方面中，非常规储层为致密砂岩储层。在本发明的一些方面中，非常规储层为页岩储层。在本发明的一些实施方案中，静止储层温度大于100℃。一种在非常规储层中使用浆料状压裂液进行水力压裂的方法，该方法包括以下步骤：将浆料状压裂液注入非常规储层中，其中浆料状压裂液包含颗粒部分和浆料水，浆料水能够有效地调节浆料状压裂液的粘度，从而使得浆料状压裂液能够被泵入非常规储层中，并且浆料状压裂液能够使非常规储层破裂，其中颗粒部分包括：碳酸钙成分，其中所述碳酸钙占所述颗粒部分的30重量％，水泥成分，其中所述水泥成分占所述颗粒部分的25重量％，砂成分，其中所述砂成分占所述颗粒部分的15重量％，膨润土成分，其中所述膨润土成分占所述颗粒部分的10重量％，以及固体酸成分，其中所述固体酸成分占所述颗粒部分的20重量％，其中浆料状压裂液的注入能够有效地在非常规储层中产生裂缝网络，其中浆料状压裂液能够有效地将储层温度从静止储层温度降低至更低的温度；使浆料状压裂液在非常规储层中的裂缝网络中固化形成透水层；使储层温度回到静止储层温度，其中在水源的存在下，静止储层温度能够有效地引起固体酸的水解，其中在浆料状压裂液固化成为裂缝网络中的透水层的同时提升储层温度，使固体酸在水源的存在下水解，其中固体酸的水解能够有效地产生液体酸；并且用液体酸刺激非常规储层中的裂缝网络，从而液体酸腐蚀透水层并且液体酸腐蚀非常规储层，从而提高了非常规储层中裂缝网络中透水层的渗透率，更高的渗透率能够有效地产生甜点。附图说明图1示出了根据本发明实施方案的浆料状压裂液由室温至静止储层温度的渗透率。图2示出了根据本发明实施方案的储层的酸压裂期间的储层温度。图3示出了根据本发明实施方案的浆料状压裂液的温度和流速与时间的关系。图4示出了根据本发明实施方案的浆料状压裂液由室温至储层温度下的渗透率。发明详述虽然出于示意的目的，如下详细说明包含了许多特定的细节，但是应当理解的是，本领域的普通技术人员将理解如下细节的许多实例、变型和替换都在本发明的范围和主旨之内。因此，在本文中描述的以及附图中提供的本发明示例性实施方案不会损失任何一般性、不对要求保护的发明施加限制。在一个方面，本发明提供了用于水力压裂操作的浆料状压裂液。该浆料状压裂液包含浆料水和颗粒部分。颗粒部分包含碳酸钙成分、水泥成分、砂成分和固体酸成分。在一些实施方案中，颗粒部分也包括膨润土成分。碳酸钙成分可以来自由天然存在的来源，或可以是人造的。天然来源的碳酸钙包括岩石、海洋生物的壳、蜗牛壳、蛋壳和农用石灰。在一些实施方案中，碳酸钙占浆料状压裂液的颗粒部分的约20重量％至80重量％。在一些实施方案中，碳酸钙占浆料状压裂液的颗粒部分的约30重量％至70重量％。在一些实施方案中，碳酸钙占浆料状压裂液的颗粒部分的约30重量％至50重量％。在一些实施方案中，碳酸钙占浆料状压裂液的颗粒部分的约25重量％至35重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约30重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约35重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约40重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约45重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约50重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约55重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约60重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约65重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约70重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约75重量％。在一些实施方案中，碳酸钙成分占颗粒部分的约80重量％。水泥成分是能够固化并硬化的粘结剂。在一些实施方案中，水泥成分为水硬水泥。在又一个实施方案中，水硬水泥为Portland水泥。在一些实施方案中，水泥成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约5重量％至30重量％。在一些实施方案中，水泥成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约10重量％至30重量％。在一些实施方案中，水泥成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约15重量％至30重量％。在一些实施方案中，水泥成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约20重量％至30重量％。在一些实施方案中，水泥成分占颗粒部分的约5重量％。在一些实施方案中，水泥成分占颗粒部分的约10重量％。在一些实施方案中，水泥成分占颗粒部分的约15重量％。在一些实施方案中，水泥成分占颗粒部分的约20重量％。在一些实施方案中，水泥成分占颗粒部分的约25重量％。砂成分为由细岩石和矿物颗粒构成的自然存在的颗粒材料。砂成分的组成根据砂的来源不同而存在极大差别，砂组成根据岩石来源和其来源区域的地况而不同。在一些实施方案中，砂成分包括硅沙。在一些实施方案中，砂成分包括硅砂的混合物。砂成分的粒径可以为细、中或粗。在一些实施方案中，砂成分的粒径范围宽泛。在一些实施方案中，砂成分的粒径范围较窄。砂成分结合在透水层中。在一些实施方案中，砂成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约5重量％至30重量％。在一些实施方案中，砂成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约10重量％至25重量％。在一些实施方案中，砂成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约10重量％至20重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约5重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约10重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约15重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约20重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约25重量％。在一些实施方案中，砂成分占颗粒部分的约30重量％。在又一个实施方案中，用其它类型的颗粒材料替换砂成分。可用于本发明的实施方案中的其它类型的颗粒材料包括矾土、灵鹄石(carbalite)、白垩、海贝壳、煤等。在一些实施方案中，颗粒部分还包含膨润土成分。膨润土成分为主要由蒙脱石构成的不纯的粘土。膨润土成分可包括钾基膨润土、钠基膨润土、钙基膨润土和铝基膨润土。在一些实施方案中，膨润土成分包括膨润土的混合物。可以调节所用的膨润土的量以使组合物获得适于泵送压裂液的粘度。在一些实施方案中，膨润土成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约2重量％至10重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约4重量％至10重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约6重量％至10重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约8重量％至10重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约2重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约3重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约4重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约5重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约6重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约7重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约8重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约9重量％。在一些实施方案中，膨润土成分占颗粒部分的约10重量％。固体酸成分是任何具有如下性质的酸，即：其在被诱发之前保持为惰性，并且在因达到一定温度而被诱发时会被水源水解。通常，固体酸为温度活化酸。在本发明的至少一个实施方案中，在本发明的至少一个实施方案中，这样选择固体酸成分，使得其诱发温度为静止储层温度。然而，在浆料状压裂液固化后具有活性的任意酸均是可以接受的酸。在一些实施方案中，固体酸包括氨基磺酸、氯乙酸、羧酸和三氯乙酸。随着固体酸变为液体酸，其将刺激固化的浆料状压裂液，从而使固化的浆料状压裂液能透过天然气并使所产生的裂缝具有流通性。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约5重量％至30重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约5重量％至10重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约10重量％至15重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约15重量％至20重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约20重量％至25重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占浆料状压裂液的颗粒部分的约25重量％至30重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约5重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约10重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约15重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约20重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约25重量％。在一些实施方案中，固体酸成分占颗粒部分的约30重量％。将浆料水加入颗粒部分以制备浆料状压裂液。浆料水调节浆料状压裂液的粘度。浆料水的添加量可根据所得浆料状压裂液的粘度不同而不同。通常，浆料状压裂液的粘度应当为在实际油田处理期间能够使浆料状压裂液被泵入非常规储层以使非常规储层破裂的粘度。在一些实施方案中，浆料水以盐水的形式提供。在另一些实施方案中，浆料水以包含诸如氯化钾、氯化钠和氯化钙之类的盐的盐水的形式提供。在另一些实施方案中，浆料水以盐溶液的形式提供。在另一些实施方案中，盐溶液为氯化钾溶液、氯化钠溶液或氯化钙溶液。浆料状压裂液还可包含包封组分、可降解组分和气体材料。在包封组分中包括包封的酸，从而使其作用被推迟至包封层被分离之后。气体材料可包括氮气或二氧化碳，从而可用于产生浆料泡沫组合物，其能够在固化时提高浆料状压裂液的渗透率。提供了一种在非常规储层中使用水力压裂用浆料状压裂液的方法。示例性非常规储层包括致密砂、页岩气、致密碳酸盐、煤层气、页岩油和天然气水合物储层。在本发明的至少一个实施方案中，非常规储层为致密砂岩储层。在本发明的至少一个实施方案中，非常规储层为页岩储层。在本发明的至少一个实施方案中，非常规储层为砂岩地层。在将浆料状压裂液引入非常规储层之前，非常规储层的储层温度处于静止储层温度。在本发明的至少一个实施方案中，静止储层温度大于约100℃(212°F)。在本发明的至少一个实施方案中，静止储层温度大于约111℃(231.8°F)。将本文所述的包含颗粒部分和浆料水的浆料状压裂液注入非常规储层中。在本发明的至少一个实施方案中，将浆料状压裂液注入水平井中。浆料状压裂液的注入在非常规储层中产生裂缝网络。裂缝网络从油井延伸至非常规储层。在至少一个实施方案中，浆料状压裂液的注入使得储层温度从静止储层温度降低至更低的温度。浆料状压裂液填充非常规储层中的裂缝网络。然后，浆料状压裂液在裂缝网络中固化形成透水层。在本发明的至少一个实施方案中，透水层为填充非常规储层的裂缝网络的固体多孔碳质床。当浆料状压裂液固化形成透水层时，储层温度从更低的温度升高至静止储层温度。储层温度回到静止储层温度，从而诱发固体酸被水源水解。用作水源的示例性水源包括存在于浆料状压裂液中的浆料水和存在于非常规储层中的地层盐水。固体酸在水源的存在下水解，从而产生液体酸，包括液体状酸。液体酸腐蚀透水层。液体酸腐蚀非常规储层。液体酸的腐蚀提高了非常规储层的裂缝网络中的透水层的渗透率。在本发明的至少一个实施方案中，液体酸的腐蚀效果在透水层中产生小的孔洞，并使透水层对地层流体的渗透性更高，从而在被激发的油井周围产生甜点。渗透率的提高激发了非常规储层的裂缝网络。被激发的裂缝网络使得由非常规储层流向裂缝网络和油井的天然气的流量增加。在一些实施方案中，本发明的浆料状水力压裂液提供了不同于用于非常规天然气油井的常规水力压裂的另一种选择。浆料状压裂液替代常规压裂液，其用于破裂非常规天然气地层，并且在诱导产生的裂缝中固化成为裂缝网络中的透水层。随着透水层达到静止储层温度，透水层中的固体酸在水源的存在下水解。随着固体酸水解并变成液体酸，其通过成为透水层中的刺激流体而使储层具有更高的渗透率。这种水解的酸或液体酸开始腐蚀填充诱导裂缝的透水层，从使透水层具有流通性。储层中被浆料状水力压裂液填充的裂缝变得具有渗透性，从而使得这些非常规天然气油井能够进行商业开采。浆料状压裂液的使用在裂缝网络中产生透水层网络，将天然气产品引到油井中。本发明中使用的材料通常是可以购买到的，并且可以在油田中以相应比例混合并用于浆料状水力压裂液中。类似于常规压裂液，可以高于地层破裂梯度的压力泵入浆料状水力压裂液。在一些实施方案中，通过不使用诸如支撑剂、凝胶、胶凝剂、交联剂和破胶剂之类的昂贵材料，本发明将降低水力压裂的成本。在一些实施方案中，本发明将在储层中消除通常会由压裂凝胶引起的地层破坏。在又一些实施方案中，本发明消除了由常规压裂液引起的支撑剂破碎、凝胶稳定性、地层破坏和返排过程长的问题。实施例实施例1使用根据本发明的一个实施方案的浆料状压裂液进行实验室模拟。使用30g的碳酸钙、25g的Portland水泥、20g的固体酸(羧酸)、15g的砂和10g的膨润土制备浆料状压裂液。向其中加入足量的水作为浆料水以形成浆料状压裂液。将浆料状压裂液投入插塞(plug)中并装入岩心驱油机(corefloodingrigs)中。施加储层水平的压力。在样品上施加的压力为2000psi，上游压力为1000psi且下游压力(回压)为500psi。在温度由室温升至储层条件111℃(231°F)的同时测量插塞样品的渗透率。根据表1所示的化学式测量渗透率。表1.渗透率结果在图1中示出。如图1所示，渗透率从室温下的小于0.05mD升高至温度达到111℃(231°F)时的约0.4mD。应当注意的是，在水力压裂过程中，压裂液不会使得立即达到储层温度；而是温度会逐渐升高。如图2所示，在模拟处理中测量了这种温度的逐渐提高。在测量渗透率的实验过程中，样品的温度逐渐提高至达到111℃的储层温度。图3示出了温度与流过浆料状压裂液样品的固体样品的流速的曲线图。该分析证实当达到111℃的温度时，通过样品的流速急剧升高，表明在该温度下样品的渗透率迅速提高。在一定温度下持续监测实验条件一定时间。在这些温度下，分析浆料状压裂液的流速、粘度和渗透率。数据如表2所概括。表2.步骤温度(℃)Q-流速(cc/min)粘度(微帕)粘度(cP)渗透率1200.161,042.101.04210.03942300.16833.100.83310.03153400.11685.700.68570.01844500.05576.70.57670.00665600.04493.900.49390.00436700.02429.300.42930.00187800.01377.800.37780.00128900.01336.000.36600.000791000.32301.60.30160.0235101102.76272.900.27290.1836111115.00272.900.27290.3326121115.96272.900.27290.3965实施例2与实施例1相同，使用浆料状压裂液进行实验室模拟。使用40g的碳酸钙、25g的Portland水泥、20g的固体酸(羧酸)、15g的砂制备第二浆料状压裂液。向其中加入足量的水以产生浆料状压裂液。将浆料状压裂液投入插塞中并装入岩心驱油机中。施加储层水平压力。在样品上施加的压力为2000psi，上游压力为1000psi且下游压力(回压)为500psi。在温度由室温升至储层条件111℃(231°F)的同时测量插塞样品的渗透率。根据表2所示的化学式测量渗透率。结果在表3中示出。表3温度Q-流速粘度粘度渗透率℃cc/min(mP)(cP)(md)200.0601042.11.04210.00647300.100833.50.83350.00862400.125685.70.68570.00886500.150576.70.57670.00895600.189493.90.49390.00965700.223429.30.42930.00990800.253377.80.37780.00988900.276336.00.33600.009591000.309301.60.30160.009641100.341272.90.27290.009621200.392248.90.24890.01009200.1071042.11.04210.01153如图4所示，当温度达到储层温度时渗透率提高并且渗透率持续提高，证实所述刺激是由固体酸水解并刺激固化浆料床引起的。尽管已经详细描述了本发明，应当理解可以在不偏离本发明的原理和范围下对本发明进行各种变化、替代和改变。因此本发明的范围应由如下权利要求及其适当的法律等同物来确定。除非文中明确指出，否则所述单数形式的“一个”、“一种”以及“所述”包括复数的指代对象。“任选”或“任选地”表示其后描述的项目或者情况可能发生或者可能不发生。本说明书包括其中的项目或者情况发生的实例以及不发生的实例。此处的范围可以表示从大约一个特定值和/或至大约另一个特定值。当表示这样的范围时，认为另一个实施方案是从一个特定值和/或至另一个特定的值，包括所述范围之内的所有组合。在本文和所附权利要求中使用的词语“包含”、“具有”和“包括”以及其所有语法变化表示开放的、非限制性的含义，其不排除另外的要素和步骤。当前第1页1 2 3