用于制备并供应高质量压裂液的方法
【专利说明】用于制备并供应高质量压裂液的方法
[0001] 发巧领域 本发明设及用于制备在地层的压裂中使用的高质量压裂液的方法。更具体地，本发 明设及装载支撑剂的压裂液，其包括二氧化碳并具有至少50%的米切尔质量（Mitchell quality)D
[0002] 发巧背景 液态二氧化碳（C〇2)作为压裂液用于刺激含油和含气地层的用途是本领域众所周知 的。在油地层和气地层的压裂处理中利用液态二氧化碳化C〇2)在水敏性和低压地层中具 有优势。首先，使用lc〇2使得使用的水载荷（体积）能够显著减小，运使得由水引起的地 层破坏最小化。第二，lc〇2为压裂液供应能量，并且当压力被从断裂的地层中移除时，通过 蒸发和膨胀促进水回流。
[0003] 在压裂处理中使用的LC02典型地在井口被添加至包含水和支撑剂的高压流中。在 添加剂例如表面活性剂和凝胶的帮助下，在添加点处或在添加点附近形成lc〇2在水中的稳 定的乳液。支撑剂也分散在水中，并且与lc〇2-起形成本领域所知的乳液的内相，而水形成 外相。提供能量的组分（所述lc〇2)相对于总液相的体积分数通常称为"米切尔质量"，而 在总液体中的总内相（所述lc〇2和支撑剂）的体积分数通常称为"浆体质量"。当没有支 撑剂存在时，运些质量是相等的，当支撑剂存在时，米切尔质量低于浆体质量。具有小于约 53%的米切尔质量的基于LC02的压裂液通常称作"增能的"，而在接近53%至95%的范围内 的那些通常称作"乳液"，尽管它们仍然由LC02增能。归因于不连续的LCO2分散相彼此之间 的相互作用，运些乳液具有增加的表观粘度。W类似的方式，支撑剂作为内相的一部分的存 在也有助于该表观粘度的增加。更高的压裂液粘度可具有多个优势，例如改善支撑剂在井 身和断裂内的运送、增加断裂宽度及减少断裂面漏泄。
[0004] 关于用于形成高质量压裂液的常规系统（其中将支撑剂添加至水侧（water side))的一个问题是：随着米切尔质量（或浆体质量）增加至超过50%，存在向其中添加 支撑剂可利用的相对较低流量的水。运限制了最终可在高质量压裂液中达到的支撑剂浓 度，并可导致需要更多的压裂液W通过压裂处理放置固定量的支撑剂。从而招致更高的处 理成本，而通过额外的水载荷潜在地增加了对于地层的损害。
[0005] 授予Luk等人的美国专利No. 5, 515, 920公开了产生高支撑剂浓度、高C〇2含量的 压裂流的方法，其通过将支撑剂同时添加至水侧和LC02侧化CO 2 side)二者中。运要求常 规的支撑剂混合器和lc〇2支撑剂混合器二者W将支撑剂添加至各自侧，且如可意识到的， 当制备高质量压裂液，其中水的流量与lc〇2的流量相比相对较低时，常规的混合器对于支 撑剂添加的目的稍微利用不足。
[0006] 用于形成高质量压裂液的常规系统（其中将支撑剂添加至水侧）的另一问题是： 在处理期间随着支撑剂浓度变化，液体中的内相比例（即浆体质量）将倾向于改变，从而压 裂液的粘度也将倾向于改变。当支撑剂浓度在压裂处理的过程期间逐步从低浓度增加至高 浓度时，运可W是个重要的问题。为维持基本恒定的内相比例（浆体质量），并因而是粘度， lc〇2在液体中的体积分数必须被动态地降低W与支撑剂体积分数的相应的增加相匹配。运 要求（i)进行压裂处理的服务提供者一方对于该问题的认识，和（ii)控制方案的执行，W 准确地测量水侧中的支撑剂浓度，伴随lc〇2侧的流量的相应控制。如可意识到的，考虑到 各种进料流的相对高的流量、与调节水侧和C〇2侧的流量的高压抽水机相关的有些基本的 流量控制，和在处理的过程期间其它重要的参数（例如井下压力）也在改变的事实，运可W 是具有挑战性的。
[0007] 授予Harris等人的美国专利No. 4, 627, 495认识到该问题，并公开了当添加至水 侦揃支撑剂材料的体积改变时，控制lX〇2的体积的运种方法，但是其具有前述的挑战。
[0008] 因此，为克服相关领域中的缺点，本发明的一个目标是在压裂处理的过程期间形 成具有比常规的高质量压裂液更高浓度的支撑剂的高质量压裂液，并从而使用更少的水载 荷。
[0009] 本发明的另一目标是将高压液态c〇2和支撑剂的流与包含水的高压流混合W形成 高质量压裂液，将其送到地下层用于其压裂，且其在压裂处理的过程期间具有比常规的高 质量压裂液更高水平的支撑剂浓度。
[0010] 本发明的又一目标是提供用于制备高质量压裂液的方法，其中将支撑剂仅添加至 C〇2侧，因而分割内相的组分W通过一套高压压裂累（一个或更多个）加压和流动，W便当 所述高压C〇2累（一个或更多个）抽取恒定的流速时，C〇2的体积流量自动地与支撑剂的体 积流量的增加成比例地减小，从而促进相对恒定的内相比例（浆体质量），并因而是高质量 压裂液的表观粘度。
[0011] 对于本领域技术人员而言，在回顾了说明书、附图和所附权利要求后，本发明的其 它目标和方面将变得显而易见。
【发明内容】
[0012] 在本发明的一个方面，提供了制备具有高支撑剂浓度的高质量压裂液的方法。所 述方法包括（a)提供包含液态C〇2的第一流；化）形成包含水和其它添加剂的第二流，并将 其压力升高至压裂操作所需的值；（C) W高达20化s/gal的浓度将支撑剂仅添加至包含液 态C〇2的第一流中，并将其压力升高至压裂操作所需的值；（d)将第一流和第二流包括步骤 (C)的支撑剂进行混合，形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液。
[0013] 在本发明的另一方面，提供了持续制备用于压裂操作中的、具有高支撑剂浓度的 高质量压裂液的方法。所述方法包括：(a)提供含有液态C〇2的第一流，任选地通过配置在 第一主管道中的至少一个增压累将液态C〇2的第一流加压；化）W高达20化s/gal的浓度 持续将支撑剂仅添加至含有液态C〇2的第一流，并将结合的第一流通过配置在管道中的高 压累送至井口； (C)通过至少一个高压累持续提供包含水的第二流，并将所述第二流送至 井口；（d)将第一流和第二流混合，形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液。
[0014] 在本发明的另一方面，提供了制备具有高支撑剂浓度和基本恒定的浆体质量的高 质量压裂液的方法。所述方法包括：(a)形成包含液态C〇2、具有第一固定流速的第一流； 化）形成包含水、具有第二固定流速的第二流；(C)将第一流和第二流混合W形成具有至少 50%的米切尔质量的高质量压裂液；(d) W高达20化s/gal的浓度、在体积上置换液态C〇2 将支撑剂添加至包含液态C〇2的第一流中，W便现在包括LCO 2和支撑剂的第一固定流速维 持在基本恒定的值。
[001引 附图简沐 本发明的W上和其它方面、特征和优势将通过W下附图变得更加明显，其中： 图1是用于制备高质量压裂液的方法的图示，其中在于井口与水流混合之前，将支撑 剂引入lc02流中。
[001引 发巧详沐 本发明解决前述的当形成高质量压裂液时将支撑剂添加至水侧、或当形成高质量压裂 液时通过水侧和LC02侧添加支撑剂的缺点。替代地，仅通过LCO 2侧添加支撑剂，随后将其 与水侧结合。W运种方式，可通过提供高支撑剂浓度、高质量压裂液来处理水敏性地层，其 中将较低的水载荷添加至地层中。另外，可通过维持恒定的浆体质量更容易地控制液体的 表观粘度，其通过将支撑剂添加至C02侧来促进。本文使用的"高质量压裂液"指具有至少 50体积％的LC02(即至少50%的米切尔质量）的压裂液。
[0017] 根据本发明，提供了形成具有至少50%的米切尔质量的高质量压裂液的方法，其 中W高达约20化s/gal的浓度将支撑剂添加至LC02侧。优选地，本发明形成具有50%至 95%的米切尔质量和在0至18化s/gal范围内的支撑剂浓度的高质量压裂液，W便浆体质 量不超过