CN111315957A - 利用纳米二氧化硅携带液的脉冲水力压裂 - Google Patents
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Abstract
将储层压裂包括：通过在井中的井眼向储层提供前置液以在储层中产生裂缝，通过井眼向裂缝提供压裂液，通过井眼向裂缝提供纳米二氧化硅携带液，利用活化剂将纳米二氧化硅粒子活化以得到纳米二氧化硅凝胶，和在井眼压力下对井眼进行关井，从而使纳米二氧化硅凝胶在裂缝中形成支撑剂柱。纳米二氧化硅携带液包含纳米二氧化硅粒子，并且向裂缝提供纳米二氧化硅携带液包括将一定量的纳米二氧化硅携带液脉冲加入到压裂液的连续流中，或交替地脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液和压裂液。在脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间为2秒至10分钟。
Description
优先权要求
本申请要求2017年9月21日提交的美国专利申请号15/711,955的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及利用纳米二氧化硅携带液将储层脉冲水力压裂以得到在储层中的分离的支撑剂柱(pillar)。
背景技术
压裂增产处理的成功至少部分地取决于用于防止所产生的裂缝在处理之后闭合的支撑剂的强度和分布。即使是对于在整个裂缝几何结构上具有高支撑剂布置效率的简单且普遍的特征来说，当前的数学和工程概念仍将裂缝的流动能力高估了几个数量级。支撑剂填充层(pack)渗透率可能由于多种因素的组合而降低，如来自差的凝胶回收的残留损害、细粒迁移、多相流、流体动量损失、曳力、毛细管力以及支撑剂破碎和嵌入。在一些情况下，常规支撑剂填充层由于凝胶损害、细粒迁移、多相流和非达西渗流而损失多达99％的初始导通性。
发明内容
在第一总体方面，将储层压裂包括：通过在井中的井眼向储层提供前置液以在储层中产生裂缝，通过井眼向裂缝提供压裂液，通过井眼向裂缝提供纳米二氧化硅携带液，利用活化剂将纳米二氧化硅粒子活化以得到纳米二氧化硅凝胶，和在井眼压力下对井眼进行关井，从而使纳米二氧化硅凝胶在裂缝中形成支撑剂柱。纳米二氧化硅携带液包含纳米二氧化硅粒子，并且向裂缝提供纳米二氧化硅携带液包括将一定量的纳米二氧化硅携带液脉冲加入(pulsing)到压裂液的连续流中，或交替地脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液和压裂液。在脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间为2秒至10分钟。
第一总体方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
前置液一般包括以下各项中的至少一种：反应液、滑溜水(slickwater)、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。压裂液一般包括以下各项中的至少一种：反应液、滑溜水、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。在一些情况下，压裂液包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。在一些情况下，压裂流体基本上不含支撑剂。
在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。纳米二氧化硅携带液可以包含胶体纳米二氧化硅粒子。在一些情况下，在150°F至400°F范围内的储层温度，纳米二氧化硅凝胶的粘度为至少1000cP。纳米二氧化硅携带液可以包含以下各项中的至少一种：活化剂、增渗剂、促进剂和缓凝剂。增渗剂可以包括聚乳酸。聚乳酸可以是珠、纤维或织物的形式。增渗剂可以包括以下各项中的至少一种：树脂、盐、苯甲酸和蜡珠。盐可以是酸式盐。
在一些实施方案中，在脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间为10秒至1分钟。脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液可以包括将离散量的纳米二氧化硅携带液脉冲加入到压裂液的连续流中，或交替地脉冲加入离散量的纳米二氧化硅携带液和离散量的压裂液。离散量的纳米二氧化硅携带液通常彼此间隔开。脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液可以包括以1桶/分钟至120桶/分钟的速率注入纳米二氧化硅携带液。在一些情况下，脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液包括以5桶/分钟至50桶/分钟的速率注入纳米二氧化硅携带液。
第一总体方面的实施方式可以包括：在向裂缝提供压裂液和纳米二氧化硅携带液之后，向裂缝提供额外流体的连续流。额外流体可以是具有最大12磅/加入加仑的支撑剂负荷的第二纳米二氧化硅携带液。在一些情况下，压裂液为第一压裂液，额外流体为第二压裂液，并且第二压裂液包括最大12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
支撑剂柱的抗压强度通常超过储层的上覆岩层压力。支撑剂柱的抗压强度可以在500磅/平方英寸至20,000磅/平方英寸的范围内。支撑剂柱的渗透率可以在0.00001达西至20,000达西的范围内。在一些情况下，支撑剂柱的渗透率基本上为零。
附图说明
图1示出了一种用于井的示例性水力压裂处理。
图2是一种利用纳米二氧化硅作为携带液的脉冲水力压裂的方法的流程图。
图3A示出了在压裂液的连续流中的脉冲量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间。图3B-3D示出了在脉冲量的纳米二氧化硅携带液和压裂液之间的时间关系。
图4示出了在裂缝中的支撑剂柱的横截面图。
具体实施方式
为了避免储层中支撑剂填充层的导通性的损失，形成分离的支撑剂柱以支撑裂缝并且保持其开放。分离的支撑剂柱形成导通通道，所述导通通道提供对烃流具有高导通性的路径。如本文中所述，通过以下方式产生稳定的支撑剂柱：在相容的压裂液内提供纳米二氧化硅携带液的脉冲，或在裂缝压力下使纳米二氧化硅携带液的脉冲与相容的压裂液的脉冲交替通过井眼进入到储层中。纳米二氧化硅携带液一般包含纳米二氧化硅粒子和支撑剂。压裂液一般是不含支撑剂的洁净压裂液。纳米二氧化硅携带液在处理时间期间以及在闭合时间期间携带支撑剂，几乎没有或没有支撑剂的沉降。脉冲注入模式使纳米二氧化硅携带液以分离的分布形状将支撑剂递送到裂缝，在裂缝中产生支撑剂柱。压裂液的破裂产生开放通道，所述开放通道为裂缝中的烃流提供路径。
图1示出了用于井12的压裂处理10的一个实例。井12可以是储层或地层14，例如，其中实施除了常规回收操作以外的回收操作来回收圈闭烃的非常规储层。非常规储层的实例包括致密气砂、油气页岩、煤层甲烷、重油和焦油砂以及气体水合物沉积物。在一些实施方式中，地层14包括含有烃(例如，油、气体或两者)的天然破裂岩石的地下地层。例如，地层14可以包括破裂页岩。在一些实施方式中，井12可以贯穿其他合适类型的地层14，包括不以任何显著量天然破裂的储层。
井12可以包括井眼20、套管22和井口24。井眼20可以是垂直的或斜的井眼。套管22可以注水泥或以其他方式适当地紧固在井眼12中。可以在套管22中在地层14的水平处形成射孔26以使油、气体和副产物流动到井12中并且采出到地面25。射孔26可以使用射孔弹(shape charge)、射孔枪或以其他方式形成。
对于压裂处理10，可以将工作管柱30设置在井眼20中。工作管柱30可以是连续油管、分段管或其他合适的油管。压裂工具32可以与工作管柱30的端部连接。封隔器36可以在地层14的上方和下方将井眼20的环空38密封。封隔器36可以是机械的、流体可膨胀的或其他合适的封隔器。
可以将一个或多个泵车40连接至在地面25处的工作管柱30。泵车40将流体58沿工作管柱30向下泵送以进行压裂处理10并且产生裂缝60。流体58可以包括前置液、压裂液、纳米二氧化硅携带液、其他适当的流体或它们的任意组合。泵车40可以包括移动车辆、设备如滑橇或其他合适的结构。
还可以在地面25处提供一个或多个仪器车44。仪器车44可以包括压裂控制***46和压裂模拟器47。压裂控制***46监测并且控制压裂处理10。压裂控制***46可以控制泵车40和流体阀以停止和开始压裂处理10，以及停止和开始压裂处理10的前置液阶段、支撑剂阶段和/或冲洗液阶段。压裂控制***46与地面和/或地下仪器通信以监测和控制压裂处理10。在一些实施方式中，地面和地下仪器可以包括地面传感器48、井下传感器50和泵控制器52。
为了在储层或地层14中产生裂缝60而由压裂控制***46施加的能量的量可能不仅受地层中的储层岩石的性质影响，而且受在岩石基体内交织的有机质(例如，干酪根75)影响。
图2是示出在用于利用纳米二氧化硅携带液将储层压裂的过程200中的操作的流程图。可以将纳米二氧化硅携带液活化以形成纳米二氧化硅凝胶。纳米二氧化硅携带液在75°F一般具有小于约5cP的粘度。纳米二氧化硅凝胶为无机凝胶类体系。在75°F至350°F的温度范围，纳米二氧化硅凝胶的粘度一般为至少1000cP以上。纳米二氧化硅粒子以多步过程制备，其中将碱性硅酸盐溶液部分中和，导致形成二氧化硅核。胶体二氧化硅粒子的子单元一般为约1nm至约5nm。如果溶液的pH降低到低于7，或如果加入活化剂，则所述单元倾向于在链中融合到一起。这些产物通常被称为二氧化硅凝胶(硅胶，silica gel)。如果pH保持稍微在中性的碱性侧，则子单元保持分离，并且它们逐渐生长。这些产物通常被称为沉淀二氧化硅或二氧化硅溶胶。来自胶体二氧化硅的表面的氢离子倾向于在水溶液中解离，得到高负电荷。由于非常小的粒度，胶体二氧化硅的表面积非常大。
在202中，通过井眼向储层提供前置液以在储层中产生裂缝。合适的前置液包括：反应液、滑溜水、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。“反应液”通常是指酸溶液，如盐酸(例如，15％或28％)、甲酸和乙酸。“滑溜水”通常是指以高速率泵送以用低浓度的支撑剂产生窄的复杂裂缝的低粘度流体。“线性凝胶”通常是指在地面温度的粘度为最大约100cP的多糖如瓜尔胶、衍生化瓜尔胶、HEC或黄原胶的未交联溶液。“交联凝胶”通常是指用交联剂如硼、锆、钛或铝交联并且在地面温度的粘度为约100cP至约1000cP的多糖如瓜尔胶、衍生化瓜尔胶、HEC或黄原胶。“粘弹性表面活性剂液”通常是指在不使用聚合物添加剂的情况下产生适合于压裂操作的粘度的无聚合物流体。“泡沫凝胶”通常是指具有一种或多种可压缩气体组分(如CO2、N2或在小体积的液体中分散的气体的任意组合)的流体。
在204中，通过井眼向裂缝提供压裂液。合适的压裂液包括：反应液、滑溜水、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。在一些实施方案中，压裂液为洁净流体，并且基本上不含支撑剂。在一些实施方案中，压裂液包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
支撑剂可以是树脂涂覆的支撑剂、包封的树脂或它们的组合。支撑剂是在压裂处理期间或之后保持所引起的水力裂缝至少部分地开放的材料。可以使用流体如压裂液或其他流体将支撑剂输送到储层中和输送至裂缝。通过更有效地保持支撑剂在流体内处于悬浮状态，较高粘度的流体可以更有效地将支撑剂输送至裂缝中的所需位置，尤其是较大的支撑剂。支撑剂的实例包括：砂、砾石、玻璃珠、聚合物珠、来自贝壳和种子(如胡桃壳)的研磨产品、和人造材料(如陶瓷支撑剂、铝土矿、四氟乙烯材料(例如，TEFLONTM，可由DuPont得到))、果核材料、加工木材、由粘合剂和微细等级颗粒(如二氧化硅、氧化铝、煅制二氧化硅、炭黑、石墨、云母、二氧化钛、偏硅酸盐、硅酸钙、高岭土、滑石、氧化锆、硼、飞灰、空心玻璃微球和实心玻璃)制备的复合颗粒，以及它们的混合物。在一些实施方案中，支撑剂的平均粒度(其中粒度为颗粒的最大尺寸)可以为：约0.001mm至约3mm、约0.15mm至约2.5mm、约0.25mm至约0.43mm、约0.43mm至约0.85mm、约0.85mm至约1.18mm、约1.18mm至约1.70mm或约1.70至约2.36mm。在一些实施方案中，支撑剂可以具有在多个平均值如一、二、三或四个不同的平均粒度周围聚集的粒度分布。组合物或混合物可以包含任何合适量的支撑剂，如约0.000,1重量％至约99.9重量％，约0.1重量％至约80重量％，或约10重量％至约60重量％，或约0.000,000,01重量％以下，或约0.000001重量％，0.0001、0.001、0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、85、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.9重量％、或约99.99重量％以上。
在206中，通过井眼向裂缝提供纳米二氧化硅携带液。纳米二氧化硅携带液包含活化剂和纳米二氧化硅粒子。在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包含以下各项中的一种或多种：支撑剂、增渗剂和缓凝剂。
纳米二氧化硅粒子的平均粒度一般为约1nm至约100nm，其中“粒度”是指粒子的最大尺寸。纳米二氧化硅粒子可以是胶体纳米二氧化硅的形式。支撑剂的负荷可以是最大约12磅/加入加仑。
纳米二氧化硅携带液包含活化剂。合适的活化剂包括氯化钠、氯化钾、氯化钙和碳酸钠。活化剂一般以约0.1重量％至约50重量％的浓度存在。对于相当的浓度，与其他活化剂相比，氯化钠一般在更短的时间内得到更强的凝胶。在一个实例中，活化剂为包含约10重量％的氯化钠的水溶液。纳米二氧化硅的活化一般在泵送后随时间进行。在一些实例中，纳米二氧化硅的活化在泵送后最多约2小时内进行。
在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包含支撑剂。支撑剂可以以最多每加仑纳米二氧化硅携带液约12磅支撑剂的量加入。
在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包含增渗剂。增渗剂包括在由纳米二氧化硅携带液形成的支撑剂柱内产生导通空隙空间的组分。增渗剂包括在储层中在环境条件下分解的组分，在储层中存在的水中溶解的水溶性组分，在纳米二氧化硅携带液中释放气体或泡沫的反应物，以及植物油。增渗剂的实例包括聚乳酸(例如，珠、纤维或织物的形式)、树脂、盐、苯甲酸和蜡珠。合适的蜡珠包括在约2至约200的网目大小范围内的蜡珠。合适的盐包括酸式盐。酸式盐的实例包括聚乳酸盐和产生盐的酯。
在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包含促进剂以加速纳米二氧化硅胶体在储层中的胶凝和硬化。合适的促进剂的实例包括足以将胶凝时间从数小时缩短至数分钟的浓度的pH缓冲液，如氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、胺或它们的任意组合。在一些实例中，pH缓冲液以最大约10体积％纳米二氧化硅携带液的负载量存在。
在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液包含缓凝剂以延缓纳米二氧化硅胶体在储层中的胶凝和硬化。合适的缓凝剂的实例包括螯合剂，如谷氨酸二乙酸(GLDA)、甲基甘氨酸二乙酸(MGDA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、N-(羟乙基)-乙二胺四乙酸(HEDTA)，最多为10体积％。缓凝剂一般将胶凝时间从数小时增加至数日。
在一些实施方案中，向裂缝提供纳米二氧化硅携带液包括将一定量的纳米二氧化硅携带液脉冲加入到压裂液的连续流中。一定量的纳米二氧化硅携带液可以是彼此间隔开的离散量。将一定量的纳米二氧化硅携带液脉冲加入到压裂液的连续流中可以通过地面压裂泵来实现。在一些实施方案中，向裂缝提供纳米二氧化硅携带液包括交替地脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液和压裂液。这可以利用地面压裂泵并且通过在两种流体之间切换来实现。一定量的纳米二氧化硅携带液可以是被一定量的压裂液彼此间隔开的离散量，反之亦然。
脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液可以包括以1桶/分钟至120桶/分钟或5桶/分钟至50桶/分钟的速率注入纳米二氧化硅携带液。脉冲加入一定量的压裂液可以包括以1桶/分钟至120桶/分钟或5桶/分钟至50桶/分钟的速率注入压裂液。纳米二氧化硅携带液和压裂液的总体积或脉冲持续时间可以基于预期处理而改变。在脉冲加入一定量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间可以是2秒至10分钟或10秒至1分钟。
在208中，任选地通过井眼向裂缝提供额外流体。额外流体可以连续地(非脉冲地)提供。在一些实施方案中，额外流体可以是纳米二氧化硅携带液，如关于206描述的纳米二氧化硅携带液。在一些实施方案中，额外流体可以是压裂液，如关于204描述的压裂液。额外流体可以包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
在210中，利用活化剂将纳米二氧化硅粒子活化以得到包含支撑剂的纳米二氧化硅凝胶。在与活化剂接触后，纳米二氧化硅粒子的活化为时间、pH和温度的函数。在活化后，纳米二氧化硅凝胶在储层温度的粘度一般为至少1000cP以上。典型的储层温度在约150°至约400°F的范围内。纳米二氧化硅凝胶可以是硬塞的形式。
在212中，在井眼压力下对井眼进行关井，从而使纳米二氧化硅凝胶在裂缝中硬化并且形成支撑剂柱。支撑剂柱通过以下方式形成：交替地脉冲加入用于产生通道的压裂液和用于形成支撑剂柱的纳米二氧化硅携带液。
纳米二氧化硅凝胶的强度以及因此在212中形成的支撑剂柱的强度可以通过以下方式中的一种提高：提高纳米二氧化硅粒子的浓度，提高活化剂的浓度，将纳米二氧化硅携带液与砂或其他支撑剂组合，升高纳米二氧化硅携带液所暴露于的温度，提高纳米二氧化硅携带液的pH，减少纳米二氧化硅携带液中的水的量，和使纳米二氧化硅携带液硬化更长的时间。通过这些因素中的一种(如提高纳米二氧化硅携带液中的活化剂的浓度)来提高支撑剂柱的强度还可以缩短由纳米二氧化硅前体液形成纳米二氧化硅凝胶所需的时长。
图3A示出了在压裂液的连续流中的脉冲量的纳米二氧化硅携带液之间经过的时间(作为时间的函数)。波形300表示纳米二氧化硅携带液的脉冲流，并且波形310表示压裂液的连续流。波形300的纳米二氧化硅携带液注入段302对应于注入纳米二氧化硅携带液的泵的运行(“泵打开”)。纳米二氧化硅携带液注入段302的持续时间tg1一般在2秒至10分钟或10秒至1分钟的范围内，并且对于一个或多个纳米二氧化硅携带液注入段来说可以相同或不同。纳米二氧化硅携带液注入段302在时间上被纳米二氧化硅携带液非注入段304间隔开。纳米二氧化硅携带液非注入段304对应于注入纳米二氧化硅携带液的泵的停止(“泵关闭”)。纳米二氧化硅携带液非注入段304的持续时间tg0一般在2秒至20分钟的范围内。
图3B示出了在脉冲量的纳米二氧化硅携带液和压裂液之间经过的时间。波形300表示压裂液的脉冲流，并且波形310表示纳米二氧化硅携带液的脉冲流。波形300的纳米二氧化硅携带液注入段302对应于注入纳米二氧化硅携带液的泵的运行(“泵打开”)。纳米二氧化硅携带液注入段302的持续时间tg1一般在2秒至10分钟或10秒至1分钟的范围内，并且对于一个或多个纳米二氧化硅携带液注入段来说可以相同或不同。纳米二氧化硅携带液注入段302在时间上被纳米二氧化硅携带液非注入段304间隔开。纳米二氧化硅携带液非注入段304对应于注入纳米二氧化硅携带液的泵的停止(“泵关闭”)。纳米二氧化硅携带液非注入段304的持续时间tg0一般在2秒至20分钟的范围内。波形310的压裂液注入段312对应于注入压裂液的泵的运行(“泵打开”)。压裂液注入段312的持续时间tf1一般在2秒至10分钟或10秒至1分钟的范围内，并且对于一个或多个压裂液注入段来说可以相同或不同。压裂液注入段312在时间上被压裂液非注入段314间隔开。压裂液非注入段314对应于注入压裂液的泵的停止(“泵关闭”)。压裂液非注入段314的持续时间tf0一般在2秒至20分钟的范围内。纳米二氧化硅携带液注入段302和压裂液(注入)段312可以在时间上重叠持续时间tfg，或可以在时间上间隔持续时间tfg。当纳米二氧化硅携带液注入段302和压裂液(注入)段312重叠时，tfg一般在2秒至20分钟的范围内。当纳米二氧化硅携带液注入段302和压裂液(注入)段312在时间上间隔开时，tfg一般在2秒至20分钟的范围内。
图4示出了具有支撑剂柱402和在柱之间的导通通道404的裂缝400。在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液中包含促进剂以缩短纳米二氧化硅的凝胶形成和硬化所需的时长。在一些实施方案中，纳米二氧化硅携带液中包含缓凝剂以增加纳米二氧化硅的凝胶形成和硬化所需的时长。一般对井进行关井约2小时至约24小时的时长。
支撑剂柱的抗压强度可以超过储层的上覆岩层压力。在一些实施方案中，支撑剂柱的抗压强度在约500psi至约20,000psi的范围内。在一些实施方案中，柱的渗透率在约0.01mD至约20,000D的范围内。
实施例
以下描述在纳米二氧化硅凝胶形成中的参数变化的结果。
为了研究不同浓度的活化剂对纳米二氧化硅胶凝的影响，将活化剂与纳米二氧化硅携带液以1:1的比率组合。纳米二氧化硅(CEMBINDER 17，来自AkzoNobel)包含分散在水中的40重量％的SiO2。CEMBINDER 17在室温具有9的pH和6cP的粘度。纳米粒子的平均大小为17nm。如下所述采用CEMBINDER 17与不同的活化剂浓度的1:1比率。
根据需要，使用乙酸降低pH，并且使用氢氧化钠提高pH。对于100％硅酸钾和100％硅酸钠(浓盐)，没有形成凝胶。对于100％碳酸钠(浓盐)，在1小时至8小时内形成弱凝胶。对于10％氯化钙，在20分钟至1小时内形成弱凝胶。对于10％氯化钠，在1秒至5秒内形成强凝胶。对于10％氯化钠，通过在纳米二氧化硅携带液中将1:1重量比的活化剂和纳米二氧化硅粒子组合并且在75℃加热过夜形成的纳米二氧化硅凝胶生成强度足以使裂缝保持开放的硬塞。
为了研究pH对纳米二氧化硅胶凝的影响，在不同的pH值用两种不同的盐(10％KCl和10％NaCl)作为活化剂制备不同的样品。纳米二氧化硅与活化剂的体积比为1:1。
结果表明，pH是凝胶形成中的一个因素。在没有pH改变的情况下，纳米二氧化硅凝胶为弱碱性(对于10％NaCl和10％KCl来说分别为pH 8.8和8.7)。另外，两种盐都产生刚性凝胶。在高pH(pH＝13)，发现大约一半的凝胶转化为水，而剩下一半变为强凝胶。因此，提高pH可以被有利地使用，例如，用以在纳米二氧化硅凝胶中浓缩支撑剂并且提高所得支撑剂柱的强度。当通过加入乙酸使纳米二氧化硅携带液的pH变为酸性时，所得凝胶看上去与不存在pH改变时得到的凝胶没什么不同。
为了研究不同支撑剂对纳米二氧化硅凝胶的影响，将纳米二氧化硅凝胶与砂混合。结果显示，纳米二氧化硅凝胶能够将砂悬浮。纳米二氧化硅凝胶附着至容器的玻璃壁，由此抵抗沉降。向包含40重量％纳米二氧化硅和60重量％压裂液的组合物中加入4磅/加仑的支撑剂。在纳米二氧化硅凝胶的存在下，支撑剂悬浮在压裂凝胶中。随着时间的流逝，这些凝胶开始破裂，并且在凝胶中形成通道。与此相比，对于包含压裂凝胶而不含纳米二氧化硅凝胶的对照物，支撑剂的悬浮并不完全。
研究了脉冲加入包含支撑剂的纳米二氧化硅携带液和洁净压裂液(无支撑剂)的影响。制备洁净压裂液。制备包含40重量％纳米二氧化硅、60重量％压裂液和每加仑纳米二氧化硅携带液4磅支撑剂的纳米二氧化硅携带液。脉冲程序(在地面条件下，2秒至20分钟的脉冲长度，和2bbl/min至120bbl/min的流量)得到悬浮的凝胶。用每加仑压裂液破胶剂10磅支撑剂重复实验。将压裂液和纳米二氧化硅携带液分别地注入到量筒中并且加热至75℃过夜。实验证明，纳米二氧化硅凝胶促进支撑剂悬浮和随着时间的通道形成。
应理解，尽管已经结合其详述描述了本发明，但是之前的描述旨在举例说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其他方面、优点和改进在所附权利要求的范围内。
Claims (25)
1.一种将储层压裂的方法，所述方法包括：
通过在井中的井眼向所述储层提供前置液以在所述储层中产生裂缝；
通过所述井眼向所述裂缝提供压裂液；
通过所述井眼向所述裂缝提供纳米二氧化硅携带液，其中所述纳米二氧化硅携带液包含纳米二氧化硅粒子，并且向所述裂缝提供纳米二氧化硅携带液包括将一定量的所述纳米二氧化硅携带液脉冲加入到所述压裂液的连续流中，或交替地脉冲加入一定量的所述纳米二氧化硅携带液和所述压裂液，在脉冲加入所述量的所述纳米二氧化硅携带液之间经过的时间为2秒至10分钟；
利用活化剂将所述纳米二氧化硅粒子活化以得到纳米二氧化硅凝胶；和
在井眼压力下对所述井眼进行关井，从而使所述纳米二氧化硅凝胶在所述裂缝中形成支撑剂柱。
2.权利要求1所述的方法，其中所述前置液包括以下各项中的至少一种：反应液、滑溜水、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。
3.权利要求1所述的方法，其中所述压裂液包括以下各项中的至少一种：反应液、滑溜水、线性凝胶、交联凝胶、粘弹性表面活性剂液和泡沫凝胶。
4.权利要求1所述的方法，其中所述压裂液包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
5.权利要求1所述的方法，其中所述压裂液基本上不含支撑剂。
6.权利要求1所述的方法，其中所述纳米二氧化硅携带液包括最大约12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
7.权利要求1所述的方法，其中所述纳米二氧化硅携带液包括胶体纳米二氧化硅粒子。
8.权利要求7所述的方法，其中在150°F至400°F范围内的储层温度，所述纳米二氧化硅凝胶的粘度为至少1000cP。
9.权利要求1所述的方法，其中所述纳米二氧化硅携带液包含以下各项中的至少一种：活化剂、增渗剂、促进剂和缓凝剂。
10.权利要求9所述的方法，其中所述增渗剂包括聚乳酸。
11.权利要求10所述的方法，其中所述聚乳酸是珠、纤维或织物的形式。
12.权利要求10所述的方法，其中所述增渗剂包括以下各项中的至少一种：树脂、盐、苯甲酸和蜡珠。
13.权利要求12所述的方法，其中所述盐包括酸式盐。
14.权利要求1所述的方法，其中在脉冲加入所述量的所述纳米二氧化硅携带液之间经过的时间为10秒至1分钟。
15.权利要求1所述的方法，其中脉冲加入所述量的所述纳米二氧化硅携带液包括将离散量的所述纳米二氧化硅携带液脉冲加入到所述压裂液的连续流中，或交替地脉冲加入离散量的所述纳米二氧化硅携带液和离散量的所述压裂液。
16.权利要求15所述的方法，其中所述离散量的所述纳米二氧化硅携带液彼此间隔开。
17.权利要求1所述的方法，其中脉冲加入所述量的所述纳米二氧化硅携带液包括以1桶/分钟至120桶/分钟的速率注入所述纳米二氧化硅携带液。
18.权利要求17所述的方法，其中脉冲加入所述量的所述纳米二氧化硅携带液包括以5桶/分钟至50桶/分钟的速率注入所述纳米二氧化硅携带液。
19.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在向所述裂缝提供所述压裂液和所述纳米二氧化硅携带液之后，向所述裂缝提供额外流体的连续流。
20.权利要求19所述的方法，其中所述纳米二氧化硅携带液为第一纳米二氧化硅携带液，并且所述额外流体为第二纳米二氧化硅携带液，其中所述第二纳米二氧化硅携带液包括最大12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
21.权利要求19所述的方法，其中所述压裂液为第一压裂液，并且所述额外流体为第二压裂液，其中所述第二压裂液包括最大12磅/加入加仑的支撑剂负荷。
22.权利要求1所述的方法，其中所述支撑剂柱的抗压强度超过所述储层的上覆岩层压力。
23.权利要求22所述的方法，其中所述支撑剂柱的抗压强度在500磅/平方英寸至20,000磅/平方英寸的范围内。
24.权利要求1所述的方法，其中所述支撑剂柱的渗透率在0.00001达西至20,000达西的范围内。
25.权利要求1所述的方法，其中所述支撑剂柱的渗透率基本上为零。
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