采出水硼酸盐交联组合物及使用方法
【专利说明】采出水棚酸盐交联组合物及使用方法 相关申请的交叉引用
[0001 ]本申请要求于2013年6月11日提交的美国非临时专利申请号13/915，436的权益， 该专利申请通过引用W其全文结合在此。 发明领域
[0002] 本发明设及一种组合物及方法，该组合物及方法用于使用棚交联的聚合物和抑缓 冲剂来处理具有高水平的总溶解固体的流体(如采出水）W改善在油和气操作中，尤其在压 裂操作中的流体的功能性和粘度的稳定性。 相关技术说明
[0003] 大量世界油和气储藏包含在更加难W提取的地层中。随着油和天然气价格的增长 W及其作为燃料源使用的积极环境因素，对于从运些地层中有效提取并且回收油和天然气 的技术存在更大需求。一种已开发来刺激运些地层中的生产的技术是水力压裂。使用此技 术，在足够的压力下将压裂液累送到井中W在整个地层中将该矿物地层的面压裂。压裂释 放了捕集在该地层中的控，并且然后可W通过该井提取控。随着在被压裂矿物的面上的压 力被释放W允许提取控燃料，该地层中的裂缝通常将再次闭合。然而，经常将支撑剂(如粗 砂或烧结抓±)加入该压裂液中W保持运些裂缝打开，从而增加该压裂液的有效性。由支撑 剂保持打开的裂缝形成通道，通过该通道被捕集的控可在释放压力后逸出，从而增加了油 和气的产量。
[0004] 来自各种来源的水通常用作压裂液的初级流体。运些操作典型地需要大量的水， 每口井高达几百万加仑，运些水可从附近的淡水池塘、湖泊、河流、淡水地下含水层等供应。 理想地，使用来自该地区的现有井的采出水(地下水和回收的注入水二者)作为水源W减少 水的成本、再循环将另外注入处理井的采出水、并且保护淡水资源。通常存在丰富的量的可 用的采出水因为采出水可W组成一些井每天采出的总流体的高达大约90%。运些水源(并 且尤其是采出水)典型地含有高水平的总溶解固体(TDS)，如巧、儀、氯化物、碳酸氨盐、硫酸 盐、铁等。根据美国地质局国家采出水数据库（United States Geological Service National Produced Water Da1:abase)，采出水中的TDS依据位置从小于l,000mg/升至399, 943mg/升(基于大于50,000个样本)变化。该了05的范围更常见地是从10,000111旨/升至100， OOOmg/升，该范围包括运些样本的42.3 %。25.2 %是在100,000至200,000内的TDS，并且 12.7% 是大于 200，000 的 TDS。
[0005] 典型地将聚合物增稠剂加入该压裂液中W增加该流体的粘度，运有助于防止泄漏 到地层中、降低磨擦损失、并且悬浮并且输送运些支撑材料。半乳甘露聚糖胶及其衍生物 (如，瓜尔胶、HPGXMHPGW及CMG)时常被用作聚合物增稠剂。在水合时，运些聚合物形成增 加该压裂液的粘度的凝胶。通过将该聚合物与交联剂进行交联实现粘度的进一步增加。棚、 错和铁化合物是常见的交联剂。交联需要一定的抑水平，取决于所使用的聚合物和交联剂， W便维持该交联剂与聚合物之间的交联。
[0006] 对于瓜尔胶聚合物W及一些瓜尔胶衍生物（如HPG)，与棚交联通常是优选的；然 而，可能难w维持所需的稳定抑。对于与棚化合物的交联，首先在中性或酸性条件下将瓜尔 胶聚合物水合W形成凝胶。然后将该水合的瓜尔胶与棚化合物(如，棚盐或棚酸)混合，并且 升高抑W将该水合的瓜尔胶与棚酸盐交联。该交联将不会在小于大约8.0的抑值下发生，并 且优选地在大于9.0的抑下进行。如果抑下降至低于运些水平，则该交联还是可逆的。
[0007] 维持适当的抑水平来避免该交联的逆转是在压裂操作中时常遇到的问题。如果交 联逆转，则该压裂液的粘度将降低。已知较高的井底溫度降低抑值并且可导致交联聚合物 的降解。压裂操作中的井底溫度通常大于80°F，并且可W大于250°F，该溫度高得足W不利 地影响该压裂液的pH和粘度。
[0008] 现有技术中已经解决运个问题的一种方式是增加聚合物的初始用量。已经披露了 每1，〇〇〇加仑总压裂液使用高达100磅的半乳甘露聚糖胶，其中较高的溫度和较高的盐含量 需要较高量的胶，W便维持足够的粘度。运在添加的原料W及在增加的动力需求二者方面 都具有增加压裂操作成本的缺点。具有非常高的初始粘度要求较大的马力来累送该流体穿 过井孔。另外，单独增加聚合物的初始用量在维持具有高TDS水平的压裂液的稳定粘度上不 是有效的。现有技术中已经解决运个问题的另一种方式是将抑缓冲剂作为稳定剂加入该压 裂液中。然而，运些缓冲剂中的很多将与高TDS压裂液中的离子反应，使得它们在将采出水 用作压裂液的源的操作中的使用是无效的。
[0009] 虽然棚交联瓜尔胶流体通常是优选的，但是由于在井底溫度下升高并且维持交联 稳定性所需要的稳定抑(9.0-12.0)的困难，运些棚交联瓜尔胶流体不通常用在包含高TDS 采出水的压裂液中。氨氧化钟、氨氧化钢、氨氧化锭、碳酸钟、及其混合物是在压裂操作中与 棚交联的瓜尔胶流体一起使用的常见的抑缓冲剂。虽然运些抑缓冲剂通常足W稳定淡水中 的流体，运些缓冲剂与高TDS流体中的溶解固体(特别是巧和儀)反应。采出水可含有分别远 超过5(K)ppm和15化pm的巧和儀水平。在80°F至200°F(或更高）范围的环境溫度和升高溫度 下，像那些在压裂操作中出现的井底溫度，儀离子和巧离子与来自该抑缓冲剂的可用氨氧 根离子结合W形成儀或巧的氨氧化物或碳酸盐，运些氨氧化物或碳酸盐从溶液中沉淀出。 运些W及其他的沉淀物是不希望的，因为它们可能不利地影响地层的渗透性或对设备造成 损害。此反应还耗尽该pH缓冲剂并且导致不能在必须的升高的水平下充分稳定抑。经常产 生不规则(erratic)或不稳定的交联流体。
[0010] 由于运些问题，平常不考虑将瓜尔胶聚合物W及瓜尔胶衍生的聚合物作为用于与 高TDS压裂液(如采出水）中的棚交联的候选物，并且棚交联经常限于具有小于l，5(K)ppm总 溶解固体的水源，运些溶解固体尤其具有分别小于50化pm和15化pm的巧和儀水平(主要是 淡水源）。运些瓜尔胶及瓜尔胶衍生的聚合物通常在大约7.5或更小的pH下与错交联剂交 联，其中使用高TDS采出水或采出水与淡水的混合物作为压裂液。对于含有较大量淡水并且 低TDS值的压裂液，还可能在9.0或更大的较高pH值下与错交联剂交联。将一些错交联剂热 活化，其中当流体溫度在运输过程中升高至或到井底溫度时实现交联。与错的交联键是共 价(固定)型键，所W-旦交联，维持抑水平对于维持交联通常不是关键的。与棚交联剂的交 联键通常是离子(可逆)型键，所W维持处理的持续时间的pH水平是关键的，W便维持与瓜 尔胶聚合物W及瓜尔胶衍生的聚合物的交联键。虽然棚交联剂要求较大的抑稳定性，但是 它们具有超过错交联剂的一些优势。棚交联剂一般比错交联剂较便宜并且具有在剪切后或 当交联通过降低抑被破坏时如果pH再次变高再交联(治愈）的能力，不像一般被认为是脆性 的并且一旦破坏不进行再交联的错交联剂。棚交联剂还对临界交联剂和抑缓冲剂化学波动 不敏感得多，并且因此比错交联剂更宽容(forgiving)。例如，已知少至0.2gpt的过量错交 联剂破坏交联。此外，棚交联剂W其最小化压裂后损坏的能力而是优选的，该最小化压裂后 损坏的能力是由于随着地层返回其平衡下的pH(通常被认为小于7.5)降低流体抑的处理后 解交联的能力。当棚交联已经被逆转时，破坏剂可更有效地破坏带状聚合物，该破坏剂在完 成压裂操作时通常被添加 W破坏带状聚合物来降低压裂液的粘度。错交联(缺少运种能力） 在该处理过程中或之后由于其固定的共价键而被维持。当使用错交联剂时，该破坏剂必须 与稳定的交联和聚合物二者都反应，并且一般更难W破坏。
【发明内容】
[0011] 本发明设及一种使用与棚化合物交联的聚合物W及高pH烷基胺缓冲剂处理具有 高水平溶解固体的采出水的组合物及方法。该组合物改善了 pH稳定性并且在升高的井底溫 度下维持稳定的交联压裂液，尤其当该流体具有高水平的巧和儀时。虽然压裂液的粘度可 依据聚合物的类型和浓度、交联剂、缓冲剂、溫度W及加入该压裂液中的各成分的浓度而变 化，但是维持稳定升高的抑防止了该棚化合物与该聚合物之间的交联键逆转，运有助于维 持足够高的粘度来输送支撑剂并且控制泄漏。该组合物具有多糖是特别有用的，运些多糖 包括半乳甘露聚糖胶类，如瓜尔胶、槐树豆胶W及刺梧桐树胶、或其衍生物，并且允许在高 TDS的压裂液中使用优选的棚化合物交联剂而没有现有技术中遇到的抑不稳定的问题。
[0012] 根据本发明的一种优选组合物包含多糖(优选半乳甘露聚糖胶聚合物）、棚化合物 交联剂W及烷基胺pH缓冲剂(优选二亚乙基Ξ胺或其相关的化合物）。根据另一种优选的组 合物，该抑缓冲剂可W是任何包含胺的碱性有机化合物(包括烷基胺、芳基胺、聚胺W及环 胺），