CN103180404A - 地下颗粒材料的传送 - Google Patents

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Abstract

井筒流体是水性载液，其中悬浮有第一和第二疏水性颗粒材料。所述第一疏水性颗粒材料的比重高于所述第二疏水性颗粒材料，且所述流体还包括用于湿润颗粒表面并将其绑定在一起用作附聚物的气体。所述流体可以是压裂液或砾石充填液，且所述第一颗粒材料可以是支撑剂或砾石。所述较轻的第二颗粒材料和所述气体都可减少所形成的附聚物的密度，从而使其从所述流体较慢地沉淀或浮在表面上且不下沉。这有利于在水力压裂或砾石充填中进行运输和放置。这种情况的一种应用为使用滑溜水压裂页岩气。减少沉淀的好处是可以更好地放置支撑剂，从而可撑开更大量的压裂。

Description

地下颗粒材料的传送
技术领域
本发明涉及地下至一个位置的颗粒材料的传送。一种重要的应用为一种对地下储层进行水力压裂并在压裂中放置支撑剂以保持压裂开放以作为流路的方法的一部分。然而，本发明还延伸至其他应用，其中需要在地下，特别是在地下储层中放置颗粒材料。据设想，本发明将与石油和天然气的勘探和生产相连。
发明背景
在地下位置放置颗粒材料是水力压裂操作的非常重要的部分。其也可在对地下井进行其他各种操作的背景下而实现，包括在完井时放置砾石充填等。水力压裂是一种用于储层模拟的成熟技术。在压力下将流体泵入地层中，从而使地层的各部分开并在其中创建薄腔。当泵送中断时，在地层中的自然压力往往会使压裂关闭。为了防止压裂完全关闭，在表面将固体颗粒材料(称为支撑剂)与压裂液混合并使用流体以将支撑剂运至压裂中都是正常的做法。当允许压裂关闭时，其会在支撑剂上关闭且通至支撑剂颗粒间井筒的流路仍保持开放。然后，支撑剂会从压在其上的地层岩石获得相当大的压力。
当在表面将支撑剂与压裂液混合并将支撑剂泵入井筒时，其会受到非常高的剪切。接着，支撑剂携带流体会在低剪切条件下沿井筒向下流动。随后，它会转动并流出井筒且流入地层中的压裂处。进入压裂处可能与剪切的增加相关，特别是如果对井筒套有套管时，流体会通过井筒中的穿孔从而进入压裂处。一旦流体进入压裂处，由于压裂传播并延伸至储层中，因此流体受到的剪切也少的多。悬浮的固体开始沉淀。随后，中断泵送，这会允许压裂在压裂中充填的支撑剂上关闭。
为了使流体能够传输悬浮液中的颗粒材料并使其跨置于压裂表面上，常规的做法是使流体包括增粘增稠剂。通常情况下，接着会配制流体，从而在100秒-1及在储层温度的条件下达到至少为100厘泊的粘度。瓜尔胶被广泛用于这一目的。也可使用瓜尔胶衍生物和粘弹性表面活性剂。然而，对于一些压裂操作而言，特别是岩石具有低渗透性从而使至岩石的漏泄为非显著问题时，优选的做法为泵送流体，其通常称为“滑溜水”，其为含有小百分比的减摩聚合物的水或盐，其中减摩聚合物无法像增稠剂如瓜尔胶一样显著地提高粘度。这样，流体具有低粘度。这会大大地减少泵送所需的能量，但是保持悬浮液中的颗粒材料则会变得更加困难，且通常会使用更高的泵流量。
如石油工程师学会论文SPE98005、SPE102956和SPE1125068中所认识到的那样，被泵入大压裂中的在滑溜水中悬浮的传统支撑剂颗粒将比所需速度更快地沉淀出来并形成接近于井筒的所谓的“岸”或“丘”。由于这种过早的沉淀，可能无法沿压裂运送支撑剂以支撑压裂的全长，且可能无法在压裂的整个垂直高度上放置支撑剂。当停止泵送且允许压裂关闭时，进一步从井筒获得的压裂的部分可能不含有足够的支撑剂以保持其具有足够的开度以达到所需的流动。其结果是，所支撑和有效的压裂尺寸可能小于压裂过程中所创建的尺寸。
改善颗粒支撑剂运输的一种方法为使用较低比重材料代替传统材料，即砂或其他相对较重的矿物(砂的比重大约为2.65)。石油工程师学会论文SPE84308描述了一种轻质支撑剂，其比重仅为1.75且为涂有树脂的多孔陶瓷材料，从而可使陶瓷材料的细孔保持空气填充。此论文还描述了一种比重为1.25的更轻的支撑剂，其基于磨碎的核桃壳。这开始成为一种“经树脂浸渍和涂覆以及化学修饰的核桃壳”。
这些轻质支撑剂更容易通过滑溜水进行悬浮和运输，在SPE90838和SPE98005中则进一步讨论了轻质支撑剂的使用，且后面的论文表明与砂相比，尽管不能完全避免沉淀，也减少了沉淀。
还公开大量其他的涉及比砂更轻的支撑剂。例如，美国专利4493875(3M公司)描述了一种新型支撑剂，其由复合颗粒而组成，其核心为传统的颗粒(如硅砂)，其涂层或外壳为含微孔的薄层，从而复合颗粒的整体密度接近于压裂液的密度。优选地，涂层/外壳包括被嵌入粘至核心的粘合剂中的中空玻璃微球。
美国专利申请2008/277,115A1(Rediger等人，Georgia-PacificChemicals，lnc.，)也描述了一种复合支撑剂，其为多孔陶瓷或硅砂，其涂有低密度材料(例如：软木颗粒)，使用交联有六胺的酚醛清漆树脂将低密度材料粘至基质上，且所产生的实施例支撑剂的比重位于1.94-2.37kg/m3范围中。
美国专利7,491,444(Oxane Materials，Inc.)描述了一种通过在可能中空的模板颗粒的周围创建外壳而制造支撑剂的工艺。颗粒的比重范围为小于1.0。
US2005/096,207和2006/016,598(Thomas Urbanek)描述了制造低密度陶瓷支撑剂颗粒的工艺。所要求保护产品的比重和第二个文件所述的1.0一样低。
轻质支撑剂所具有的一个公认的问题是他们可能不像砂子一样强硬且当允许水力压裂在压裂中放置的支撑剂上关闭时，其具有被部分压碎的风险。美国专利2007/015,669以及WO2009/009,886和2010年1月/2月出版的“Lightening the Load”New Technology Magazine的43和44页都公开了发现此问题的颗粒支撑剂悬浮的一种方法。根据这些文件的教义，传统的支撑剂(如砂等)需进行处理以具有表面疏水性并被添加至支撑剂和水的浆液中。气泡吸附至疏水性固体颗粒上，从而被吸附的气体可使颗粒具有更低的有效密度。描述这种方法的文献主张采用这种方法的理由是传统的砂既便宜，又比轻质支撑剂强硬。
发明概要
根据本发明的一个方面，提供了一种井筒流体，其包括水性载液及悬浮在其中的第一和第二疏水性颗粒材料，其中第一疏水性颗粒材料的比重高于第二疏水性颗粒材料，且流体还包括用于湿润颗粒表面并将其绑定在一起用作附聚物的气体。
在本发明的第二方面，提供了一种在地下传送颗粒材料的方法，其包括在地下供应流体组合物，该流体组合物包括其中悬浮有至少两种疏水性颗粒材料的水性载液，其中这些材料的第一种的比重高于第二种，流体还包括用于湿润颗粒表面并将颗粒绑定在一起的气体，从而在地下通过气体将颗粒材料的附聚物结合在一起。
在本发明的一些实施例中，在地下的传送是在压裂储层的过程中而完成的。这可能是气藏，且压裂步骤后可从地层通过压裂产生气体、气体凝析物或其组合，并使其进入与其流体连通的生产导管中。
当组合物受到剪切时，可防止或逆转附聚。正如已经提及的那样，被泵入井下的组合物在井下的行程中会受到不同量的剪切。因此，附聚可能发生在颗粒材料被传送至的地下位置。然而，在向地下位置流动的过程中可能发生或开始附聚，且材料在地下位置上会实现其目的。
应理解的是本发明使用两种颗粒材料并使用其以实现两个目的，其中在某种意义上说每一种材料均以许多小颗粒的形式存在。第一种颗粒材料是需要放置在地下位置的材料。在本发明的重要形式中，其是作为支撑剂而放置于水力压裂中的。第二颗粒材料通过协助载液中的悬浮而有助于运输。附聚物将含有密度较大的第一颗粒和密度较小的第二颗粒。密度较小颗粒的存在有助于减少附聚物的密度，由于低密度的附聚物会较慢地从载液中沉淀出来，因此这是有益的，且其结果是可将颗粒更有效地运输至其预定的目的地。
在疏水性颗粒的附聚物中存在的气体也可减少其总体密度。这与现有文件教导的利用吸附的气体以加强浮力相一致。然而，我们已经发现可结合在稳定附聚物中的气体体积受限，且可能无法将有效密度降低至所希望的程度。其次，当颗粒材料通过吸附的气体而被制的更轻时，可通过增加液静压而压缩气体，这是因为其在井下被泵入压裂中。因此，将相对于颗粒材料而减少由气体所占的体积。因此，为了提供所需体积的井下气体，必须在表面上供应的气体体积可能很大。
当密度较小的和密度较大的颗粒与气体附聚时，根据本发明所述，颗粒的整体密度可能会低于不含密度较小的颗粒材料的情况下可达到的密度。其次，可能需要较小体积的气体，以在井下液静压下达到所需的密度减少程度。不过，应理解的是在形成附聚物时，根据本发明所述，在其中所含的气体数量可能会小于可能的最大数量。
抑制颗粒材料的沉淀使其可以更有效地被运输至其预定目的地。在水力压裂的背景下，在停止泵送后仍保持撑开的压裂(即压裂区域)长度和/或垂直高度大于如果仅有第一颗粒材料存在的情况可能达到的长度和/或垂直高度。可以配制在本发明中所使用的组合物，从而使根据本发明所形成的附聚物的密度不超过1.4g/ml，优选为不超过1.1g/ml。在本发明的一些实施例中，附聚物处于或接近于中性浮力的状态或足够的轻，从而可浮在载液中且不沉淀。
密度较大的第一颗粒材料可能具有比密度较小的第二颗粒材料更好的抗压碎强度。当允许压裂在颗粒材料上关闭时，附聚物将被挤压并最终经受岩层的压碎压力。可对第二密度较小的颗粒材料进行压碎和变形，从而使其无法作为支撑剂，但是由于已在压裂中放置作为所需支撑剂的第一材料，可接受第二材料的这种功能上的失效。由于仍保持撑开的压裂长度大于单独使用第一颗粒材料的情况下的长度，因此总的结果是改进了压裂操作的有效性。
密度较小的第二颗粒材料也可能具有足够的抗压碎强度，但其却比第一颗粒材料更贵。在这种情况下，使用两种颗粒材料具有经济利益：第二材料有助于运输并会再次将支撑剂作传送至压裂中，接下来则和单独使用第一密度较大的支撑剂的情况一样，而使用颗粒材料混合物则比仅使用较贵的第二材料更加便宜。
尽管第一颗粒材料可能是轻质材料，如比重范围为1.5或1.6-1.8的材料，但是第一疏水性颗粒(其为密度较大的颗粒材料)仍可具有1.8或以上的比重，可能至少为2.0或2.5。第二密度较小的疏水性颗粒材料可能具有小于1.5的比重，优选为小于1.3。第二颗粒材料可能具有不高于1.0的比重。第一和第二的颗粒材料的量可以使其体积为范围为5∶1至1∶5，可能为4∶1至1∶4且可能为3∶1至1∶4。
有时，在文献中所引用的说明颗粒材料密度的图为堆积密度，其为颗粒材料与在颗粒之间的间隙空间中存在的任何物质加在一起的总量的平均密度。在此基础上，湿砂比干砂的比重更大，这是因为堆积密度包括砂子颗粒间的水。相反，颗粒材料的比重指颗粒本身的比重，而不考虑间隙颗粒。对于个别颗粒而言，其比重为相对于等体积水的重量的颗粒重量。如果颗粒由均质材料所形成，则其为材料的比重。如果颗粒是中空的，则比重仍然是相对于等体积水的重量的颗粒重量，但此比重值为用于外壳及封闭的中空内部总共的值。
第一和第二颗粒可由固有疏水的材料或亲水但却在其表面具有疏水涂层的颗粒而形成。例如，通常用作支撑剂的普通硅砂为亲水的且在水存在的情况下无法通过油或气体而附聚。相反，我们已发现表面进行处理以使其更疏水的砂子在油、空气或氮气存在的情况下将自发附聚。用于本发明的第一颗粒材料可以是经疏水改性的砂子。作为砂子或其他矿物的替代物，颗粒材料可以为所制造的陶瓷支撑剂，需对其进行处理以赋予经疏水改性的表面。
固体(其制有光滑且平坦表面)表面极性的定量指标为Zisman首倡的临界表面张力的概念(见Fox和Zisman J.Colloid Science第5卷(1950)第514-531页及第529页)。其为表面张力值，从而使具有低于或等于该值的对空气表面张力的液体可在固体表面上传播，而具有较高表面张力的液体则会在表面上仍以液滴的形式存在，且其具有大于零的接触角。强疏水性固体具有较低的临界表面张力。例如，文献引用的聚四氟乙烯(PTFE)的临界表面张力为18.5mN/m，且涂有十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三氯硅烷三乙氧基硅烷的固体的临界表面张力的文献值为12mN/m。相反，钠钙玻璃和二氧化硅的临界表面张力的文献值分别为47和78mN/m。
我们已发现可通过使固体和具有低表面张力的极疏水油(优选为硅油)以及逐步增加乙醇比例的乙醇和水的混合物摇动来对颗粒固体表面的疏水性进行模拟测量。这可以在室温20℃完成。在CRC Handbook ofChemistry and Physics第86版第6部分的第131页有多种乙醇和水的混合物的表面张力的列表。
在水相中(即，乙醇和水的混合物)增加乙醇的比例可降低其表面张力。最后，当水相的表面张力很低，以至于固体不能再通过油附聚时，可达到一个点。在通过油无法进行附聚时的边界值为固体疏水性的量度，且我们会将其称为“附聚极限表面张力”或ALST。
我们已经观察到在与油接触时可从去离子水中的悬浮液进行自发聚集的颗粒固体的ALST值始终约为40mN/m或更小。该ALST测试覆盖实际利益的值的范围，但应理解如果未发生附聚，该测试不会给出以数字表示的ALST值，但会表明表面不具有40mN/m或更小值的ALST值。此外，如果表面的ALST值低于纯乙醇(20℃为22.4mN/m)的表面张力，该测试将不给出以数字表示的ALST值，但将显示ALST值不高于22.4mN/m。
当待附聚的颗粒材料不具有固有的疏水性，可使用不同方法以改性固体颗粒的表面，以使其变得更疏水-这些方法包括下列方法，其中前三种方法提供了通过共价键合将涂层结合至基质上。
有机硅烷可用于将疏水性有机基团附至羟基官能化的矿物基质，如二氧化硅、硅酸盐和铝硅酸盐所组成的支撑剂。众所周知，可使用具有一个或多个功能集团(例如：氨基、环氧基、酰氧基、甲氧基、乙氧基或氯基)的有机硅烷以将疏水性有机层涂至二氧化硅上。可在有机溶剂中或汽相中进行该反应(可参见实施例Duchet等人，Langmuir(1997)第13卷第2271-78页)。
也可使用有机钛酸盐和有机诰酸盐，如美国专利4623783所公开的那些。文献表明有机钛酸盐可用于改性不含表面羟基基团的矿物，其可扩展材料的范围使其进行表面改性，例如包括碳酸盐和硫酸盐。
缩聚工艺可用于涂覆含有通式为P-(CH2)3-X的有机官能化配体集团的聚硅氧烷涂层，其中P为三维二氧化硅类网络，且X为有机官能团。该工艺涉及四烷氧基硅烷Si(OR)4和三烷氧基硅烷(RO)3Si(CH2)3X的水解缩聚。此类涂层的优点为可通过采用Si(OR)4和(RO)3Si(CH2)3X不同摩尔比而制备涂层，从而提供对所处理表面疏水性的“可调”控制。
可使用一种流化床涂层工艺将疏水性涂层涂覆在颗粒固体基质上。涂层材料通常可以作为溶液而在有机溶剂中进行应用，然后则在流化床内蒸发溶剂。
可使用吸附方法将疏水涂层附至矿物基质上。单层表面活性剂可用于将矿物表面的润湿性从水湿改为油湿。也可通过吸附附加疏水改性的聚合物。
在配制井筒流体前可作为单独的化学工艺进行上述表面改性工艺。并不一定要在井场进行这种使固体材料具有疏水性的预处理；事实上，可以在其他工业设施处完成预处理并将预处理材料运至井场。然而，也可在井场进行某些上述工艺，特别是吸附工艺，并将其作为混合步骤的一部分，其中井筒流体则是在混合步骤中制成的。
本发明的颗粒材料中的任一种或两种可以具有固有疏水性，但是可用的疏水性材料往往更轻，因此也更适合用作第二颗粒材料。因此，本发明的一种可能性是密度较大的第一颗粒材料为固体矿物材料，如在颗粒外表具有疏水性涂层的砂，而第二密度较小的颗粒为固有疏水性材料。可能采用的材料是天然或合成橡胶和疏水性聚合物，如聚乙烯和聚丙烯。聚合物可以是部分交联的或可能含有加强填料。为了经济利益，疏水性材料可以是之前使用后进行再生的材料，例如粉碎再生的汽车轮胎或粉碎再生的聚丙烯包装。其他候选材料为煤或煤馏分的颗粒。
本发明另一种可能性是第二密度较小的颗粒是中空的。使用具有疏水性涂层的玻璃微球也是一种可能性。我们已经发现，这样的微球在显著的液静压下仍可保持完整无损，尽管之后当水力压裂在其中附聚的支撑剂上关闭时，微球可能会被压碎。
一系列的玻璃微球(具有亲水性的玻璃表面)均在市面上有售。供应商包括3M公司和其他制造商。可用微球的比重范围是0.125至0.6，且这种颗粒的抗压碎强度会随其比重而增加。例如，微球可采用d50中值粒度为40微米，比重为0.38，且其抗压碎强度可抵抗高达4000psi(27.58MPa)压力的微球。微球还可采用d50为40微米，比重为0.6且其抗压碎强度可抵抗高达10000psi(68.95MPa)压力的微球。市售亲水性玻璃球也可通过上述方法之一涂覆表面涂层而变得具有疏水性。
还有一种可能性是第二颗粒材料为多孔固体，如具有疏水性涂层的火山浮石。由于具有空气填充的细孔，这种材料的重量很轻：水性载液不会侵入这些细孔，这是因为细孔的直径很小且具有疏水性涂层。
当然，这两种固体颗粒必须在附聚发生时形成单独的固相。因此，在这个时候他们不得溶于载液中，或至少具有低溶解度。对于本发明的许多应用而言，在发生附聚后，最好能使颗粒固体仍为不可溶的。然而，在本发明某些形式的范围内，附聚物可能不会永久存在且可能会及时地溶解在周围的液体中。比如，在混合有hm(经疏水改性的)-二氧化硅的附聚物中结合经疏水改性的碳酸钙会使附聚物通过随后的酸性溶液流而部分溶解，且能够最终穿透疏水性涂层。
本发明所用的固体颗粒的形状和大小可以有很大的不同。它们可以具有不规则的形状，典型的砂粒可被粗略地描述成“更像球形而不是细长的”，其中最长尺寸与和其正交的最短尺寸之间的纵横比可能为5或更小甚或为2或更小。其它形状，如圆筒或立方体都是有可能的，特别是如果颗粒为所制造的陶瓷产品时。另一种可能性为颗粒材料可能具有板状形式，如使用云母颗粒的情况一样(事实上，可将经疏水改性的云母颗粒用作第一颗粒材料)。一般来说，中值粒度不可能大于5mm。中值粒度更可能为3mm或更小，优选为1.6mm或更小。本发明的实施例可以使用固体颗粒的混合物，其中中值粒度小于1mm。这是可能发生的，尤其是对于密度较大的第一材料而言，至少90％体积的颗粒具有小于5mm，可能为3mm或更小的最长尺寸。
可参考筛分粒度方便地指定粒度，如用于支撑剂材料的传统做法一样。美国石油协会推荐做法(API RP)标准56和60通过规定上下美国筛分粒度而指定了多个支撑剂尺寸。90重量％的样本应通过较大的筛，但却能保留在较小的筛上。因此，“20/40砂”意为具有粒度分布的砂，从而可使90重量％的砂通过20目(840微米)的筛，而却保留在40目(420微米)的筛上。相应地，90重量％的70/140砂样本可通过70目(210微米)筛，但却保留在140目(105微米)筛上，其中70/140砂为这些标准所识别的最小尺寸。应理解的是，对于通过上、下筛分粒度所指定的任何支撑剂而言，中值和平均粒度介于上、下筛分粒度之间。
另一种用于确定粒度的方法为常用的小角激光光散射技术，其更通常的叫法为激光衍射。用于实施此技术的仪器可从包括英国马尔文的Malvern Instruments Ltd.的多个供应商处获得。马尔文激光粒度仪为知名的用于确定单个颗粒体积的仪器，可使用仪器附带的计算机软件从马尔文激光粒度仪获得平均和中值粒度。当使用这种仪器确定粒度时，单个颗粒的尺寸被报告成相同体积的球形颗粒的直径，即所谓的“等效球体”。以D【v，05】或d50表示的体积中值直径为粒度值，从而使50％(按体积计)颗粒的体积大于直径为d50的球体的体积，且50％颗粒的体积小于直径为d50的球体的体积。如果颗粒大致为球球，则由小角激光光散射所确定的粒度与筛分所确定的粒度相类似。
然后，则以同样方式测得的d10和d90值而方便的指出其粒度分布。样本中10％体积的颗粒具有小于d10的等效直径。90％体积的颗粒小于d90，因此10％体积的颗粒大于d90。d10和d90值越接近，粒度分布越窄。
在本发明的第一颗粒材料为用于水力压裂的支撑剂的形式中，第一颗粒可具有d90上限尺寸，其类似于传统支撑剂的尺寸，如10目(2毫米)或20目(840微米)。其粒度特性可以如下：
d10＞110微米，可能＞120微米或＞150微米
d50＜1mm，可能＜800微米
d90＜3mm，可能＜2mm或＜1mm
粒度分布可以足够的宽，即d90为d10的5倍以上，可能是d10的10倍以上。这些粒度特性也可适用于本发明的其他形式，如应用本发明的方法以防止井漏或实现一个区域与另一个区域的隔离。
但是，本发明的一个有利的特征为其可与d50为105微米或更小的第一颗粒材料一同使用。我们已经发现，使用这种尺寸的细颗粒材料有利于压裂页岩，特别是压裂含气页岩。使用细筛目支撑剂，即小粒度的支撑剂，预期可使压裂具有比使用较大尺寸的支撑剂所能达到的渗透性和传导性更低的渗透性和传导性。然而，这样的压裂能够以可接受的速度载气。将支撑剂进一步传输至压裂的好处是可使压裂在支撑剂在关闭后具有更大的有效尺寸，这比较低的传导性更有价值。总的来说，对地层的刺激更大。
细筛目支撑剂可具有低于150微米的d90，低于105微米的d50和至少为10微米的d10。可用作细的第一颗粒材料的可能材料为经疏水改性的粉煤灰。所谓的粉煤灰是从燃煤电厂的烟气中所回收的，其为具有高二氧化硅含量的小粒度材料。其通常具有低于100微米的d90以及位于1.9-2.4范围中的比重。
本发明所使用的第二颗粒材料可能或可能不与第一种材料具有类似的粒度。一种可能性是第二颗粒材料的粒度稍小于第一颗粒材料的粒度，特别是当第一材料具有大于120微米的d50时。小尺寸第二颗粒材料的候选物为经疏水改性的空心球，其中空心球(也称为漂珠)是从粉煤灰所提取的。(在燃烧过程中自发形成的漂珠为粉煤灰的一小部分)。
颗粒材料中的一种或两种也可能由疏水性细长纤维所组成或包括疏水性细长纤维。在附聚的固体中包括纤维可能会产生可在附聚后抗形状变化的附聚物。对于纤维以及其他颗粒材料而言，优选地，ALST值不超过38mN/米。可单独使用或与其他颗粒固体混合的疏水性纤维的实施例为聚丙烯纤维，其中值直径位于50-500微米的范围内，且其中值长度为3-10mm。另一种可能性是具有这些尺寸的经疏水性表面层改性的玻璃纤维，且其适于采用上述方法之一进行改性。
在水力压裂的背景下，我们已发现使用第一颗粒材料是非常有用的，其中第一颗粒材料被用作支撑剂且与第二密度较小的由疏水性纤维组成或包括疏水性纤维的材料一起具有低纵横比。然后，这些纤维会在运输过程中降低附聚物的密度并会因其形状而阻碍支撑剂从悬浮液最终沉淀出来(这是与本申请同时提交的另一专利申请的主题)。
将颗粒绑定在一起作为附聚物的附聚剂为气体。虽然该气体可能具有一些有限的水溶性，如使用空气和氮气的情况一样，该气体仍必须有足够的疏水性以形成不溶于水性载液中的相体。所提供的气体体积必须是足够的，从而可在井下压力下附聚颗粒。然而，如上面所指出的，需要引起附聚的气体数量会小于仅使用气体以减少附聚物密度的气体数量。
如上所述，能够在附聚物中保留的气体数量有上限。我们已经发现，如果存在少量的疏水油，可协助或改善经气体而进行的附聚。但是，其量应很小，例如不超过井下气体数量的10％或不超过5％，甚或不超过2％(按体积计)。如果油量较大，会发生附聚，但是油会取代源自附聚物的气体，从而会减少附聚物能够持有的气体数量。
用于运输颗粒的水性载液可以是非粘性或滑溜水制剂。这样的制剂通常是水或盐溶液，其含有至少一种作为减摩剂的聚合物。可使用聚合物的组合以实现此目的。频繁使用且被称为“聚丙烯酰胺”的聚合物为丙烯酰胺的均聚物或共聚物。结合共聚物可使“改性”的聚丙烯酰胺具有一些离子性。如果聚丙烯酰胺含有超过0.1％(按重量计)的其他共聚单体，甲聚丙烯酰胺可以考虑共聚物。也可使用均聚物和共聚物的混合物。共聚物可包括两个或多个不同的共聚单体且可以是无规或嵌段共聚物。例如，共聚单体可包括丙烯酸钠。可用作减摩剂的聚丙烯酰胺聚合物和共聚物可包括平均分子量为约1000至约2千万，或可能更高的物质，且其典型的平均分子量为约1百万至约5百万。也可使用其他合适的减摩剂；例如包括在聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸)(其也被称为聚AMPS)中的乙烯基磺酸盐。
聚丙烯酰胺可用于处理液中，其量为处理液的约0.001％至约5％(按重量计)，但其量通常不超过1％甚或0.5％(按重量计)。在许多应用中，聚丙烯酰胺的用量为流体的约0.01％至约0.3％(按重量计)。可在矿物油或其他液体中最初溶解或分散聚丙烯酰胺作为浓缩物，从而在将其添加至水或盐溶液中制成载液前加强传输或混合程度。
滑溜水制剂可基本上不含增粘聚合增稠剂且其粘度不大于水，例如，当在20℃以100秒-1的剪切速率测量粘度时，其粘度不超过15厘泊，且大约为水粘度的15倍。
特别地，设想可在压裂具有低渗透性储层时使用本发明，从而使滑溜水成为精选的压裂液。如上所述，在泵入地层时，这具有相当大的优势，但却可使支撑剂的悬浮变得更困难。
具有低渗透性的储层可能是气藏，尽管并非必然如此。它也可是含气页岩。具有低渗透性的地层可能具有不超过10毫达西(10mD)，可能不超过1毫达西的渗透性。其渗透性可能更低，如低于100微达西，甚或低于1微达西。
当载液为结合有增稠剂以增加粘度的较为传统的压裂液时，也可使用本发明。这种增稠剂以是聚合物。它可能是一个多糖，如瓜尔胶、黄原胶或定优胶(Diutan)或经化学改性的多糖衍生物，如羟烷基纤维素或羟烷基瓜尔胶。可使用这些多糖增稠剂而不进行交联或交联多糖增稠剂以进一步提高粘度。粘弹性表面活性剂为另一种可能的增稠剂，其可用于增加粘度。我们已经观察到，一些载液的增稠不会防止附聚，然而在发生附聚前不允许粘度变得过高却是优选的方案。
当允许压裂在支撑剂上关闭时，支撑剂颗粒的附聚会导致支撑剂在压裂中实现一些小规模不均匀的分布。在整个压裂中分布支撑剂，但在支撑剂的分布中实现一些非均匀性(有时也被称为异质性支撑剂放置)可能会帮助增强压裂的传导性。在一些本发明的实施例中，可有意地加强局部非同式。
在本发明中可使用一种已知的用于异质性支撑剂放置的方法以泵送含有悬浮支撑剂的流体或含有较少或完全不含悬浮支撑剂的流体。这种方法是美国专利6776235的主题。可采用的另一种已知的方法是泵送支撑剂及可移动的材料，其被称为“通道剂”。在停止泵送后，压裂在压裂中的支撑剂上关闭，移除通道剂会在支撑剂的岛屿或支柱之间留下开放路径。这种方法是WO2008/068645的主题，其公开的内容通过引用并入本文。
可降解通道剂材料可选自取代的和未取代的丙交酯、乙交酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、乙醇酸与其它含羟基、羧酸或羟基羧酸的基团的共聚物、乳酸与其他含羟基、羧酸或羟基羧酸的基团的共聚物，以及这些材料的混合物。代表性实施例为聚乙醇酸或PGA，以及聚乳酸或PLA。这些材料用作固体酸的前体并在压裂中进行水解降解。
当把材料混合在一起时，会在水性载液中自发形成疏水性颗粒和用作附聚气体的附聚物。一种可能性是在表面上将颗粒材料、载液和附聚气体全部混合在一起，并接着将其向下泵入井筒中。在这种情况下，在通过泵之前，颗粒可进行附聚。如果是这样的话，颗粒可通过泵而被剪切下来，并自发地从泵向下游进行改造，从而使其向下通过井筒。
避免使附聚物通过泵的一种可能性是在表面对气体进行压缩，然后使气体进入正驱动载液和颗粒材料使其进入井筒的表面泵的高压下游流线。作为这种情况的变形，可在单独的管中沿井筒向下运输气体，从而在与颗粒材料混合之前达到地下相当深的位置。
另一种方法是使材料混合，但却至少在一部分载液行程中抑制载液和其夹带材料向需要进行附聚的地下位置附聚。相关的一些可能性如下所述：
包覆或涂覆。颗粒材料涂覆有亲水性材料，其在地下位置所遇到的条件下可以缓慢地溶解或进行化学降解，从而露出其中的疏水性表面。特别地，降解可能为使包覆聚合物解聚的水解。这种水解降解可能会在将整个组合物沿井筒向下运至储层之前开始，其会在附聚气体与所露出的疏水性表面间的接触变得显著前提供一个延迟。
存在有大量的已知技术以在另一种材料中包覆一种材料。经常使用聚合材料以作为包覆材料。一些描述包覆步骤的文件的实例为美国专利4,986,354、WO93/22537和WO03/106809。包覆可产生颗粒，其中所包覆的物质分布为被连续包覆材料基质环绕的多个小岛。或者，包覆可产生核-壳型颗粒，其中所包覆的物质的核被包覆材料的壳所围绕。核-壳型和基质中岛屿型包覆均可使用。
进行化学降解的包覆性有机聚合物可能具有结合有化学键的聚合物链，其中化学键对于反应，特别是水解而言是不稳定的，从而会导致聚合物链的裂解。已提出多个化学基团以提供可被打破的键，包括酯、乙缩醛和酰胺基团。可裂解的基团，特别是酯和酰胺基团可提供能通过水解反应而打破的键。
一般来说，他们在水溶液中的裂解率取决于溶液的pH值和其温度。酯基在酸性或碱性条件下的水解速度比在中性条件下的速度更快。对于酰胺基而言，其分解率在低pH值(酸性)条件下达到最大。也可使用低pH值，即酸性条件以裂解乙缩醛基团。
因此，在已将颗粒放置在预定的地下位置后根据将遇到的pH值所选的包覆聚合物可能会提供一种对释放所包覆材料前延迟的控制。设想可用于包覆的聚合物包括羟基酸的聚合物，如聚乳酸和聚乙醇酸。水解会释放羧酸基团，从而使得该组合物的酸性更强。这会降低pH值，而这反过来又会提高水解速率。因此，这些聚合物的水解降解开始有点慢，随后会加快速率直到完成并释放所包覆的材料。另一种可能性是含有可通过水解裂解的键的聚合物可以是通过酯或酰胺键而连接嵌段的嵌段共聚物。
对温度的敏感性。使用亲水性涂层的发展为利用表面温度和地下温度间的差异，其中地下温度几乎始终高于表面温度。在运输至地下位置的过程中，载液和其中悬浮的每种物质都将通过暴露于地下温度中的井筒并将开始升温，但是如果流速相当大，流动的组合物将达到地下位置，其中该地下位置的温度远低于其的自然温度。特别地，在水力压裂的情况下，压裂液将离开井筒并进入温度远低于储层温度的压裂处。因此，一种可能性是在疏水性颗粒上涂覆亲水性材料制成的涂层，其中亲水性材料在表面温度可保持不变，但却可在地下所遇到的温度下熔化或溶解在载液中。
在地下生成气体。用于至少在一部分材料行程中延迟至附聚所需的地下位置的附聚的另一种可能的方法是化学生成附聚气体，例如，使组合物包括铝粉末并将载液配制成碱性，从而通过铝和水性碱性载液的反应生成氢气。相反地，铁或锌颗粒可被结合在pH为7以下的流体中，以生成氢气。用于在地下生成气体的另一种可能性是泵送含有悬浮的碳酸钙颗粒的中性滑溜水流体，紧接着泵送含有疏水性纤维和疏水性颗粒支撑剂的酸性滑溜水流体。然后，将在地下释放二氧化碳，以使其位于酸性滑溜水和之前被放置在地下的碳酸盐之间，并与这两者相接触。在上述用于在地下生成气体的方法中，固体材料可被包覆在材料中或涂覆材料，其中材料可在储层温度下溶解或熔化，从而可延缓化学生成气体的开始。另一种生成二氧化碳的方法是结合纳米颗粒的聚碳酸酯，其可在大约为150℃的温度下分解，从而释放出二氧化碳。
上面的讨论集中于在地下放置颗粒材料。但是，本发明还涉及清除井筒中的颗粒材料。在已将疏水性颗粒材料放置在压裂(或其他地下位置)后，可使用连续油管将气体或气体和水性液体的混合物泵送至井筒的底部而移除仍保留在井筒中的疏水性颗粒材料，其中井筒中含有水性液体。这种气体会向表面上升。如果它遇到疏水性颗粒材料，它就会使材料向轻质颗粒附聚，其中轻质颗粒会上升或被向上运送至表面。
附图简述
图1图示了密集附聚物特征；
图2同样示出了非密集附聚物特征；
图3为对于氮气和经疏水改性的砂的混合物的密度对组合物的图；
图4图示了混合颗粒的附聚物；
图5示意性地示出了将本发明用于压裂；以及
图6示出了从水平井筒进行压裂。
具体实施方式
图1图示了由密集排列的颗粒所形成的附聚物的一部分。在该图中，颗粒为大小一致的球体10。间隙体积(即颗粒间的空间12)由排列的几何形状所确定。对于由大量大小一致的密集球体所组成的附聚物而言，可计算出间隙体积相当于0.36体积分数，而球体则占有0.64体积分数。如果颗粒不是球形或大小不一致时，虽然间隙体积仍取决于几何形状，但其却表示为总体体积的不同分数。特别地，粒度的混合可得到密集排列，其中间隙体积分数小于0.36。
可以设想，如果附聚剂的量大于密集排列的间隙体积，颗粒仍可以附聚，但却不会处于完全密集的状态。相反，他们会略微间隔开，如图2所示，且接着间隙体积会更大，从而占用可用量的附聚剂。
我们已经发现，当疏水性颗粒与油附聚时，确实会发生这种情况。在附聚物中可以包括超过引起附聚所需的最小量的油。然而，我们已经发现，在附聚剂为气体时，这种情况不会发生，或不会在同样的程度上发生。
图3为密度对氮气的体积分数的图，其中氮气存在于经疏水改性的砂(比重为2.65)和作为附聚剂的氮气的假定混合物中。在井下压力和温度分别为10MPa和400°开尔文(127℃)时，氮气的比重取值为0.081。如果附聚物具有的氮气体积分数为0.64(即64份(按体积计)的氮气和36份(按体积计)的砂)，则附聚物的密度为1gm/ml，其在水中具有中性浮力。然而，我们已通过实验发现将空气或氮气作为附聚剂的稳定附聚物不包含如此高体积分数的气体，且其密度大于水，如下列实施例5中所示。
与此相反，如果根据本发明使用密度较大和密度较小的疏水性颗粒材料的混合物，则需要较小体积分数的气体以在水中实现中性浮力。在这样附聚物中的颗粒不需要具有相同的尺寸。图4图示了第一密度较大颗粒10和第二密度较小的颗粒11附聚物一部分，其中第二颗粒11小于第一颗粒10。
下表列出一些含有混合有比重为0.9的聚丙烯颗粒的经疏水改性的砂的附聚物的一些计算出的密度。同样，附聚剂为氮气。
Figure BDA00003089336700161
Figure BDA00003089336700171
很明显，如果含有聚丙烯颗粒，则可以通过使用较小体积分数的氮气实现中性浮力，即1gm/ml的密度。
对含有经疏水改性的砂和比重为0.6经疏水改性的玻璃微球的颗粒混合物也进行了类似的计算。对下列材料和比例的组合进行计算以得到具有中性浮力的附聚物(假定可以制成这样的附聚物，且附聚物是稳定的)。
甚至密度大于水的第二颗粒材料可减少达到中性浮力所需的气体量。38体积％的经疏水改性的砂和62体积％的比重为1.2的废橡胶的混合物要求0.45体积分数的氮气以实现1gm/ml的密度，而单独用砂则需要0.64体积分数的氮气。
在下面的实施例中，实施例1至4阐明了经疏水改性的材料的制备。之后的实施例5显示出根据本发明使用疏水性颗粒材料的混合物的效果。
实施例1：砂子的疏水改性
通过在环境温度下与乙醇混合、接着过滤、用去离子水洗涤并在80℃下干燥一夜而清洗粒度在20和40美国筛目(840微米和400微米)之间的砂子(即20/40砂)。
通过使用下列步骤用各种反应性有机硅烷进行处理，从而对大量的预洗砂进行疏水改性。将75gm预洗砂加入在500ml圆底烧瓶中的200ml甲苯、4ml有机硅烷和2ml三乙胺的混合物中。在氮气气氛下对混合物进行4至6小时的回流。冷却后，(在沃特曼玻璃微纤维GF-A过滤器上)滤除经疏水改性的砂(hm-砂)，然后进行清洗，先用200ml甲苯，再用200ml乙醇，接着用800ml去离子水进行清洗。接着，在80℃下干燥hm-砂一夜。
使用下列4个反应性有机硅烷的每一个进行上述步骤：
5.64gm十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷(纯度＞95％，比重＝1.41gm/ml)。
5.40gm十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷(纯度＞95％，比重＝1.35gm/ml)。
3.53gm十八烷基三甲氧基硅烷(纯度为90％，比重＝0.883gm/ml)。
5.93gm十八烷基二甲基3-三甲氧基甲硅基丙基氯化铵(60％的活性溶液在甲醇中，比重＝0.89gm/ml)。
为了方便起见，由这些材料所引入的疏水性基团在下文将被分别称为C10F17H4-甲硅烷基、C8F13H4-甲硅烷基、C18H37-甲硅烷基以及C18H37-氨丙基甲硅烷基。
需理解的是，这些数量的有机硅烷远远超过了在砂粒表面与所有羟基反应所需的化学计算量。20/40砂的比表面积为0.0092m2/gm(由激光衍射法(马尔文激光粒度仪)所确定的粒度分布而计算得出)。在二氧化硅表面的每单位面积上羟基(-OH)基团的理论最大浓度为每平方纳米4.5个羟基。从这些值我们可以计算出75gm砂在其表面上(至多)具有3.1×1018个羟基。使用阿伏伽德罗数，5.64gm(0.00924mol)的十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷含有5.56×1021个分子。因此，反应溶液中有机硅烷分子与表面羟基的比例非常高。在上述C10F17H4-甲硅烷基实施例中，所计算的数比为有机硅烷(溶液)/OH(表面)＝1792。应注意的是在过滤和清洗阶段至少要从处理砂中移除一些过量的有机硅烷。
实施例2
使用以下减量的有机硅烷进行上述步骤：
0.27gm十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷
数比有机硅烷(溶液)/OH(表面)＝85.8。
0.02gm十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷
数比有机硅烷(溶液)/OH(表面)＝6.4。
我们发现最小量的有机硅烷不足以使砂具有充分的疏水性以进行附聚。
实施例3：缩合涂层
通过在基本条件下对摩尔比为3∶1的四乙基原硅酸盐(TEOS)和十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷同时进行缩合聚合，可使按上述实施例1预洗的20/40砂具有疏水性表面涂层。
混合200gm预洗砂、12ml氨水(NH4OH，28％)、57ml无水乙醇和3ml去离子水，并剧烈搅拌(Heidolph机械搅拌器，300-400RPM)30分钟。接着，添加0.73gm(3.53mmol)的TEOS和0.6gm(1.17mmol)的十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷，并在室温下搅拌3.5小时。然后，滤除所产生的hm-砂，使用乙醇清洗，接着使用去离子水清洗，并在120℃干燥过夜。也可使用带有四乙基原硅酸盐(TEOS)和十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷混合物的预洗砂70/140进行该步骤。
实施例4玻璃微球的缩合涂层
所使用的玻璃微球的中值直径d50为40微米，且比重为0.6。混合20gm微球、12ml氨水(NH4OH，28％)、57ml无水乙醇和3ml去离子水，并剧烈搅拌(Heidolph机械搅拌器，300-400RPM)30分钟。接着，添加0.73gm(3.53mmol)的TEOS和0.6gm(1.17mmol)的十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷，并在室温下搅拌4小时。然后，滤除所产生的hm-微球，使用乙醇清洗，接着使用去离子水清洗，并在120℃干燥过夜。
实施例5hm-砂和聚丙烯的附聚
使用如实施例3所示经十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷进行疏水改性的20/40砂以及不同比例的比重为0.9的20/40聚丙烯颗粒制备样本。所使用的量均列在下表中：
样本号 C8F13H4-砂20/40 聚丙烯20/40 聚丙烯的体积分数
1 2g 无 0
2 2g 0.2g 0.23
3 2g 0.4g 0.37
4 2g 0.6g 0.47
5 2g 1.0g 0.6
每个样品均在约30ml容量的瓶子中与16ml的去离子水进行混合，从而在瓶子中留下约10-15ml的空气填充的顶部空间。封闭瓶子并剧烈摇动，从而使固体能与源自顶部空间的空气附聚。
在第一实施例的情况下，不含聚丙烯，形成带有平滑曲面的单一附聚物。这表明经疏水改性的20/40的砂可与空气附聚。然而，附聚物会沉入瓶子的底部，且进一步摇动不会发生任何改变。由于顶部空间中的空气量大于所形成的附聚物，因此，附聚物中的空气量显然会达到可保留附聚物的最大量，这表明可以保留在附聚物中的空气量的体积分数还不足以使附聚物获得中性浮力。
在实施例2和3的情况下，存在0.2g或0.4g的聚丙烯，附聚物会再次沉入瓶子的底部，但是与不含聚丙烯的附聚物相比，其沉淀不太牢固，这表明与不含聚丙烯的附聚物相比，在附聚物中的聚丙烯可降低密度。当使用0.6g或lg聚丙烯时，将进一步降低密度，且一些附聚物会浮至瓶子中水的顶部。
接下来，将氮气鼓泡通入瓶中接近每个瓶的底部的位置。在0.6g聚丙烯存在的情况下，几乎所有由样本4所形成的附聚物都会漂浮在水面上。在样本5使用1.0g的聚丙烯的情况下，所有的附聚物均漂浮在水中。
重复该实验，不同的是在将氮气鼓泡通入每个瓶子的底部前，需将五滴十二烷加入样本中。不含聚丙烯的样本再次在其沉淀处形成了单一的附聚物。由具有0.6g和lg聚丙烯的样本4和5所形成的附聚物均会漂浮。这表明占有很小体积分数的少量油可提高气体在降低附聚物密度中的功效。
实施例6
使用相同的经疏水改性的20/40砂以及更小的聚丙烯颗粒重复前面的实施例，其中20/40砂以及聚丙烯颗粒都通过了40目筛。在摇动含有一些聚丙烯的封闭瓶后，所漂浮的附聚物会比之前的实施例稍多一些。对于使用0.4g，0.6g和1.0g的聚丙烯的样本而言，在鼓泡氮气后，所有的附聚物都会漂浮在瓶中水的顶部。这表明更小的聚丙烯颗粒有助于降低所形成的附聚物的密度。
实施例7hm-砂和hm-微球的附聚
使用不同比例的如实施例3所示使用十三氟代-1，1，2，2-四氢-辛基-三乙氧基硅烷进行疏水改性的20/40砂以及在实施例4中所制备的经疏水改性的玻璃微球制备样本。其量均列在下表中：
Figure BDA00003089336700211
每个样品均在约30ml容量的瓶子中与20ml的去离子水进行混合，从而在瓶子中留下约10ml或更多的空气填充的顶部空间。封闭瓶子并剧烈振摇，从而使固体能与源自顶部空间的空气附聚。
在样本1的情况下，不含微球，形成了单一的附聚物，正如实施例5的样本1所示。对于所有带微球的样本而言，一些附聚物沉入瓶子的底部，但是与不含微球的附聚物相比，其沉淀不太牢固，且一些附聚物会漂浮至瓶中水面的顶部。
接下来，将氮气鼓泡通入瓶中接近每个瓶子底部的位置。几乎所有由使用75体积％微球的样本4所形成的附聚物都漂浮在水中。在使用1.0g聚丙烯的样本5的情况下，所有的附聚物均漂浮在水中。
重复该实验，不同的是在将氮气鼓泡通入每个瓶子的底部前，需将五滴十二烷加入样本中。不含微球的样本再次在其沉淀处形成了单一的附聚物。由具有50体积％和75体积％微球的样本3和4所形成的附聚物均可漂浮。这表明占有很小体积分数的少量油可提高气体在降低附聚物密度中的功效。
实施例8
进行与前面实施例相似的步骤，使用70/140砂代替20/40砂，其如实施例3所示由十七氟代-1，1，2，2-四氢-癸基-三乙氧基硅烷进行疏水改性。下表中则列出材料的数量：
每个样品均在约30ml容量的瓶子中与20ml的去离子水进行混合，从而在瓶子中留下约10ml或更多的空气填充的顶部空间。封闭瓶子并剧烈振摇，从而使固体能与源自顶部空间的空气附聚。如前所述，在不含玻璃微球的情况下，hm-砂会形成沉入水中的附聚物。使用25体积％的微球时，一些附聚物会漂浮(比之前实施例中20/40hm-砂的比例更大)，且使用50％微球时，几乎所有的附聚物均可漂浮。
当把氮气鼓泡通入每个瓶中时，可观察到类似的结果。重复该实验，不同的是在将氮气鼓泡通入每个瓶子的底部前，需将五滴十二烷加入样本中。不含微球的样本再次在其沉淀处形成了单一的附聚物。具有25体积％微球以及再具有50体积％微球的所有附聚物均会漂浮。这再次表明占有很小体积分数的少量油可提高气体在降低附聚物密度中的功效。
作为对照实验，0.5g的70/14hm-砂混合有0.34g未改性的玻璃微球和20g的去离子水。微球的数量等于74体积％的固体。在与空气一起摇动时，未改性的玻璃微球不会附聚且不会漂浮在水面上。hm-砂形成沉入瓶子基部的空气附聚物。
发明应用
为了说明和举例说明本发明方法的一些实施例，图5图示了进行压裂作业时的布置。向混合器14供给以箭头V、O、P1、P2和W所表示的少量的降低粘度的聚合物、少量的油、第一和第二颗粒材料以及水。混合器将这些材料的混合物传输至泵16中，该泵16用以在压力下将混合物沿井筒20的生产油管18向下泵送。在生产油管18中可沿管26驱动经压缩机24加压的源自氮气源22的氮气向下运行，且当氮气进入管18中的流中，可形成颗粒材料的附聚物。然后，水性载液和悬浮的附聚物28会通过穿孔30进入井底箭头34所示的储层32中。
在压裂作业的早期阶段，流体不含有颗粒固体也不含所添加的氮气，但其压力足够大到启动在地层32中的压裂36。随后，如上所述，随着流体的泵入，颗粒材料和氮气相混合。流体压力足以传播压裂36，且当其这样做时，其还可将悬浮的附聚物28传送至压裂36中。由于附聚物具有低密度，他们不会在压裂的入口沉淀，但却会被运送至压裂的深处。
图6示出使用油管40，其可以为连续油管且用以在水平井筒中形成压裂。如该图所示，已形成压裂42且已通过临时插头44关闭。这时，正在形成压裂46。在采用与图5所示布置大致相似的方式下，可通过油管40在压力下供给水、减摩聚合物、少量的油和混合颗粒材料。可沿小油管48供给加压的氮气。随着氮气离开油管48，形成附聚物，且载液流将把其运送至压裂46中，其中压裂46从井筒向上下两个方向延伸。

Claims (31)

1.一种井筒流体，其包括水性载液及悬浮在其中的第一和第二疏水性颗粒材料，其中所述第一疏水性颗粒材料的比重高于所述第二疏水性颗粒材料，所述流体还包括用于湿润颗粒表面并将其绑定在一起用作附聚物的气体。
2.根据权利要求1所述的流体，其中所述第一颗粒的比重至少为1.8且所述第二颗粒的比重小于1.5。
3.根据权利要求2所述的流体，其中所述第二颗粒的比重小于1.0。
4.根据权利要求1所述的流体，其中所述第一和第二疏水性颗粒按比例形成的附聚物存在于所述流体中，其包含有所述附聚物可保留的最大量的所述气体，且其具有1.1或更小的密度。
5.根据权利要求1所述的流体，其中所述第一和第二颗粒的比例位于体积比为4∶1至1∶4的范围之中。
6.根据权利要求1所述的流体，其中所述第一疏水性颗粒的抗压碎强度高于所述第二疏水性颗粒。
7.根据权利要求1所述的流体，其中所述第一颗粒材料包括具有疏水性表面涂层的固体颗粒。
8.根据权利要求1所述的流体，其中所述第二颗粒材料包括疏水性材料的固体颗粒。
9.根据权利要求1所述的流体，其中所述第二颗粒材料包括具有疏水性外表的多孔颗粒。
10.根据权利要求1所述的流体，其中所述第二颗粒材料包括具有疏水性外表的中空颗粒。
11.根据权利要求10所述的流体，其中所述第二颗粒材料包括具有疏水性表面涂层的中空玻璃颗粒。
12.根据权利要求1所述的流体，其中所述水性载液基本上不含增粘聚合增稠剂，且当在20℃并以100秒-1的剪切速率测量粘度时，其粘度小于15厘泊。
13.根据权利要求1所述的流体，其中所述水性载液为水性且包含一种或多种减阻剂，其总量不大于1％(重量)。
14.根据权利要求1所述的流体，其还包括疏水性油，且其数量不多于所述气体体积的1％。
15.根据权利要求1所述的流体，其中所述气体为空气或氮气
16.一种在地下传送颗粒材料的方法，其包括在地下供应流体组合物，所述流体组合物包括其中悬浮有至少两种疏水性颗粒材料的水性载液，其中这些材料的第一种的比重高于第二种，所述流体还包括湿润颗粒表面并将颗粒绑定在一起的气体，从而在地下通过所述气体将所述颗粒材料的附聚物结合在一起。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一颗粒材料的抗压碎强度也高于所述第二疏水性颗粒材料，
18.根据权利要求16所述的方法，包括经井筒将所述组合物传送至地下位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其为水力压裂的方法，在压力下将为压裂液的所述组合物向下泵入所述井筒以导致地层压裂，且将所述第一颗粒材料作为支撑剂以在压裂中保持打开多孔流路。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一颗粒的比重至少为1.8且所述第二颗粒的比重小于1.5。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二颗粒的比例位于体积比为4∶1至1∶4的范围之中。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一颗粒材料具有疏水性表面涂层。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二颗粒材料为固有疏水性。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二颗粒材料包括具有疏水性外表的中空颗粒。
25.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二颗粒材料包括具有疏水性表面涂层的中空玻璃颗粒。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述气体和/或颗粒材料以这样的方式经所述井筒传送：可防止在所述井筒中产生附聚，却可允许在所述地下位置发生附聚。
27.根据权利要求16所述的方法，其中所述气体沿所述井筒向下运输且与所述颗粒材料相分离，从而使其可在井下相互接触。
28.根据权利要求16所述的方法，其包括在所述地下位置生成附聚气体的步骤。
29.一种压裂井筒所贯穿的地下储层的方法，其包括经井筒将压裂液传送至所述压裂处，所述压裂液在所述压裂中提供：
其中悬浮有至少两种疏水性颗粒材料的水性载液，其中这些材料的第一种的比重高于第二种，所述流体还包括作为附聚剂湿润所述颗粒的表面并将颗粒绑定在一起的气体，从而在所述压裂中通过所述附聚剂将所述颗粒材料的附聚物结合在一起。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述储层的渗透性不超过10毫达西。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述气体为空气或氮气。
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