本发明的一个实施方案是通过形成包含碱溶性固体物质(solid base-soluble material)的滤饼，并在注入存在于携带液中的支撑剂的浆液的同 时，用碱溶性固体物质降解剂降解所述碱溶性固体物质，在地层增产处理中 导致脱砂的方法，其中在高于压裂压力的条件下将存在于粘弹性表面活性剂 基携带液中的支撑剂的浆液注入，以产生一个或多个裂缝。在一个实施方案 中，所述碱溶性固体物质降解剂是碱，优选碱金属醇盐、碱金属碳酸盐、碱 金属碳酸氢盐、碱金属氢氧化物、氢氧化铵或一种或多种上述物质的混合物。 在另一个实施方案中，携带液含有缓冲剂。在另一个实施方案中，携带液含 有防滤失剂。
在又一个实施方案中，所述碱溶性固体物质是丙交酯、乙交酯、聚乳酸、 聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、乙醇酸与其他含有羟基-、羧酸-或羟 基羧酸的部分的共聚物、乳酸与其他含有羟基-、羧酸-或羟基羧酸的部分的共 聚物及其混合物中的一种或多种。所述碱溶性固体物质优选为聚乙醇酸。在 另一个实施方案中，所述碱溶性固体物质与固体酸反应性物质混合。所述固 体酸反应性物质优选地选自氢氧化镁、碳酸镁、碳酸镁钙、碳酸钙、氢氧化 铝、草酸钙、磷酸钙、偏磷酸铝、多磷酸钠锌钾玻璃或多磷酸钠钙镁玻璃。 所述碱溶性固体物质和固体酸反应性物质可存在于不同的颗粒或存在于相同 的颗粒中；所述碱溶性固体物质可包含所述固体酸反应性物质。无论如何， 可用延迟水解的物质(hydrolysis-delaying material)包覆所述碱溶性固体物质。
在其他实施方案中，可将所述碱溶性固体物质和碱溶性固体物质降解剂 中的任一种或两种都加入前置液中，加入早期的携带支撑剂的层(stage)中， 或加入后期的携带支撑剂的层中。在另一个实施方案中，处理的任何或所有 阶段(stage)中可包括促进桥接的物质(bridging-promoting material)。在另一个 实施方案中，不同于或除所述碱溶性固体物质以外，在任何阶段中可包括防 滤失剂。
又一个实施方案是砾石充填地层的方法，所述方法包括注入存在于粘弹 性表面活性剂基携带液中的砾石的浆液，所述携带液含有形成滤饼的碱溶性 固体物质，和在注入存在于携带液中的砾石的浆液的同时，用滤饼降解剂降 解滤饼。碱溶性固体物质、碱、任选的固体酸反应性物质、任选的碱溶性物 质降解剂，和任选的促进桥接的物质与用于压裂的物质相同。可用或不用防 沙筛网进行砾石充填。又一个实施方案是粘弹性表面活性剂基的井处理(well treatment)组合物，其含有水和碱溶性固体物质。
附图说明
图1显示随pH的增加通过本发明的滤饼的流动速率的变化。
发明详述
为了有助于理解通过水力压裂和组合的压裂/砾石充填操作中的作业设 计促进的有意的尖端脱砂，参见M.Economides和K.Nolte，eds.，Reservoir Stimulation，第3版，John Wiley & Sons，Ltd，New York(2000)pp 10-21至10-24； 和F.L.Monus，F.W.Broussard，J.A.Ayoub和W.D.Norman，″Fracturing Unconsolidated Sand Formations Offshore Gulf of Mexico，″SPE 24844，(1992)。 现在已发现有意地并以控制方式，通过使用特殊选择的物质作为至少一部分 的防滤失剂，然后在注入的流体的组合物中进行单一的简单变化从而在裂缝 中造成脱砂的简单且可靠的方法。当筛分失败是由于裂缝对于支撑剂体积而 言太大而造成时，本方法是特别有效的。本方法将形成滤饼，该滤饼包括或 全部由特殊的防滤失剂物质组成，所述防滤失剂物质是碱溶性固体物质，然 后在适当的时间通过将碱加入携带液中来减少滤饼的量，或增加其渗透性。 (对于″碱″和″碱溶性的″更广泛的定义见下面。)形成滤饼的物质称为″防滤失 剂″或″FLA″。所述FLA可全部为碱溶性固体物质，或可含有一种或多种其他 组分。一般地，碱溶性固体物质是″防滤失剂或组分″。使用术语滤饼降解以 涵盖通过溶解至少一部分滤饼来减少滤饼的量或增加其渗透性。(当″一部分″ 滤饼溶解而且碱溶性固体物质只是防滤失剂的组分时，所有的碱溶性固体物 质可溶解或不溶解。)这是通过快速地且在作业过程中预期的点通过将碱在 适当的时间加入流体中来溶解至少一部分特殊配制的滤饼而进行的。通常将 在作业设计的过程中确定操作者开始将碱加入流体中的时间，但可在数据压 裂分析的过程中或如果需要甚至在处理的过程中确定(或最终确定)这个时间， 因为只有单个添加剂将被改变。
如果脱砂失败部分地是由于裂缝宽度太大以至于不能允许支撑剂有效桥 接造成的，那么可将纤维或其他材料(称为促进桥接的物质)加入支撑剂，连同 上述用碱溶解滤饼的方法以帮助桥接。可同时或连续地组合这些涉及溶解滤 饼和加入纤维的技术。
本发明的方法也适用于在砾石充填中形成然后破坏滤饼。本发明的方法 也可用于故意形成较宽的裂缝(其具有较大的裂缝导流能力)。也可使用本发明 的方法作为转换(diversion)形式；也就是说，操作者可故意停止一个裂缝的增 长然后开始新的裂缝而不需油层隔离(zonal isolation)。本发明的方法可用于遍 及整个裂缝或只在其一部分中破坏FLA。操作者通过使漏泄加速，和任选地 也通过帮助支撑剂桥接(如下将被讨论)，可决定并控制何时及何地发生脱砂 (并避免脱砂失败、非常平缓而无效的脱砂，或在地层之上的井眼中脱砂的不 希望的结果)。
基本的和统一的构思是在处理的早期敷设滤饼，然后注入支撑剂或砾石 浆液，然后在继续支撑剂或砾石浆液注入的同时，通过溶解化学破坏至少一 部分滤饼以使漏泄增加。如果处理涉及压裂，包括组合的压裂和砾石充填， 那么裂缝中支撑剂的浓度增加，而且支撑剂脱砂。虽然本发明的方法可用于 除压裂之外的处理并用于除诱导脱砂之外的目的，但如下讨论将主要针对在 压裂中诱导脱砂。
适合在本发明中使用的碱溶性固体物质，其为防滤失剂，或防滤失剂组 分，包括特定有机酸的固体环状二聚物，或固体聚合物，所述有机酸在碱的 存在下容易水解为可溶性产物。合适的固体酸-前体(precursor)的一个实例是 乳酸的固体环状二聚物(即″丙交酯″)，其具有95至125℃的熔点，(依赖于旋 光性)。另一个是乳酸聚合物，(有时称为聚乳酸(或″PLA″)，或聚乳酸酯 (polylactate)，或聚交酯(polylactide))。另一个实例是乙醇酸的固体环状二聚物 (称为″乙交酯″)，其具有大约86℃的熔点。再一个实例是乙醇酸(羟基乙酸) 的聚合物，也称为聚乙醇酸(″PGA″)，或聚乙交酯(polyglycolide)。另一个实例 是乳酸和乙醇酸的共聚物。这些聚合物和共聚物是聚酯。
Cargill Dow，Minnetonka，MN，USA生产了称为″丙交酯″的固体环状乳酸 二聚物，并由它生产乳酸聚合物，或聚乳酸酯，其具有变化的分子量和结晶 度，其具有通用商标名NATUREWORKSTM PLA。目前可从Cargill Dow得到 的PLA具有至多大约100,000的分子量，但是任何聚交酯(由任何制造者通过 任何方法制造的)和具有任何结晶度的任何分子量的物质都可用于本发明的实 施方案中。所述PLA聚合物在室温下是固体并被水水解以形成乳酸。可从 Cargill Dow得到的那些通常具有大约120至大约170℃的结晶熔化温度 (crystalline melt temperature)，但其他是可获得的。聚(d，l-丙交酯) (Poly(d，l-lactide))可从Bio-Invigor，Beijing和Taiwan得到，其具有至多500,000 的分子量。Bio-Invigor也提供聚乙醇酸(也称为聚乙交酯)和乳酸和乙醇酸的多 种共聚物，其常常称为″丙交酯乙交酯共聚酯(polyglactin)″或聚(丙交酯-co-乙 交酯)(poly(lactide-co-glycolide))。所有这些物质的水解反应速率受分子量、结晶 度(crystallinity)(结晶与无定形物质的比例)、外形(固体的大小和形状)的控制， 而且对于聚丙交酯，受到两种光学异构体的量的控制。(天然存在的l-丙交酯 部分地形成结晶聚合物；合成的dl-丙交酯形成无定形聚合物。)无定形区 (amorphous region)比结晶区(crystalline region)更容易被水解。较低的分子量、 较小的结晶度和较大的表面质量比(surface-to-mass ratio)都导致较快的水解。 通过升高温度，通过添加酸或碱，或通过添加与水解产物反应的物质来加速 水解。
均聚物可为更多的结晶体；共聚物倾向于为无定形的，除非它们是嵌段 共聚物。可通过均聚物的制备方法和通过共聚物的制备方法及丙交酯和乙交 酯的比例和分布来控制结晶的程度。聚乙交酯可制成多孔的形式。一些聚合 物在它们水解之前在水中非常缓慢地溶解。
合适作为固体酸-前体的其他物质都是在美国专利4,848,467；4,957,165； 和4,986,355中描述的羟基乙酸(乙醇酸)与其自身或其他含羟基-、羧酸-或有 羟基羧酸部分的那些聚合物。这些专利描述了这些物质作为防滤失剂的用途。 美国专利No.4,986,355描述了以最适合用于防滤失的细粒度(fine particle size) 制备这些物质的方法。
在压裂过程中，更多的滤饼被敷设在最靠近井眼的一部分裂缝中，因为 已将最靠近井眼的裂缝表面以最高的压力最长时间地暴露于形成滤饼的流 体。此外，那种滤饼比离裂缝尖端更远的滤饼更难以通过用碱溶解而去除。 一个原因是注入的流体冷却了地层，而且最靠近井眼的地层是最冷的；碱溶 性固体物质的水解和溶解在较低温度下进行得较慢。而且，在压裂处理的过 程中，由于更长时间和更高压力，更多的流体通过最靠近地层的裂缝面漏泄 到地层中。处理后期，地层中的此裂缝流体和较厚的(thicker)滤饼阻碍了穿过 滤饼的额外流动。由于通过碱的水解和溶解需要碱流入和流出滤饼，最靠近 井眼是最难的。因此，即使碱首先并最长时间地接触最靠近井眼的滤饼，接 近尖端的滤饼更有效地降解。用预备的TSO在高渗透性地层中的压裂处理通 常是相当短的处理。通常的时间为30至45分钟；处理可偶尔进行短至大约 15分钟或长至至大约1.5小时。在计算的时间开始加入碱以使滤饼的充分破 坏发生在需要脱砂的时间。在许多作业中，碱加入的开始大约与支撑剂的开 始一致；在较长的作业中，碱可显著地在支撑剂之后开始。在非常短的作业 中，和在砾石充填中，从作业一开始碱可包含在前置液中。
在高温或长时间的处理中，其中通过将碱加入注入的流体中引起滤饼快 速溶解，但其中可能有滤饼也许太易溶解的一些担忧，调整作业设计以便只 在作业的早期加入碱溶性固体物质而且靠近井眼的滤饼不由碱溶性固体物质 组成或不包括碱溶性固体物质。在碱溶性固体物质难以获得或比其他防滤失 剂更昂贵的情况下使用此策略也是有优势的。
滤饼在给定位置的溶解速率和程度主要依赖于选择的固体酸溶性物质的 组成、粒度和表面积，滤饼的厚度，温度和碱的强度。可能重要的其他作业 设计参数是作业的持续时间，裂缝的设计尺寸，和支撑剂粒度。例如，必须 将前置液泵送足够长和/或前置液必须含有足够的FLA以确保敷设需要的滤 饼。而且，滤饼降解决不能如此缓慢以致于脱砂不发生或发生得太晚。支撑 剂的加入通常分阶段(in stages)完成。在每个阶段中用一定的时间注入一定的 支撑剂浓度。连续的阶段通常具有连续增加的支撑剂浓度。也可使支撑剂浓 度平滑地斜线增加(ramp)，即在装满支撑剂的阶段中连续增加。为了有助于 说明，通常的作业将被分解为前置液和考虑周到的(discreet)支撑剂浆液阶段。 在前置液中，引发裂缝并敷设滤饼。在后续的支撑剂浆液阶段中，裂缝扩大。 在最后的支撑剂浆液阶段中，发生脱砂并用支撑剂填充裂缝。如果因为该作 业设计的其他方面前置液必须少量，可在所有支撑剂浆液阶段中或在早期支 撑剂浆液阶段中继续敷设滤饼。可在任何或所有的前置液和阶段中加入桥接 促进剂(bridging-promoting agent)。地层增产领域的技术人员可在本发明的范 围和精神之内以多种不同的方式设计处理，该处理产生具有具体的最终参数 (如尺寸和导流能力)的裂缝，所述设计依赖于如下因素，例如，化学品和材料 的可得性；可加入化学品和材料的设备的可得性和性能(capability)；和成本。
优选通过首先考虑关于井、地层、可获得的流体和具有尖端脱砂的成功 裂缝增产的标准的信息，然后准备最佳的计划用于根据所述的数据和标准使 增产的井的性能最大化来实施本发明。这样的设计将包括注入适量选择的前 置液(pad fluid)，所述流体含有选择的FLA，然后是注入一个或多个含有选定 类型和浓度的裂缝流体、支撑剂、FLA(如果存在)和碱(如果存在)的级(stage)。 这通常通过使用压裂设计和评估软件分析井来完成，其中压力梯度(pressure gradient)与裂缝长度和高度进化算法(evolution algorithm)、完整的漏泄信息和 多种流体注入和它们温度变化的影响相结合。
所述作业设计将通常包括待注入作业的每个阶段中的流体和固体的速率 和体积，包括所需的流体漏泄速率，和需要TSO的时间。将预测作业过程中 特殊而暂时的温度分布。那时操作者具有几个可以调节的设计参数以确保适 量的碱溶性固体物质已在适当的时间溶解。使此情况发生的主要的可调节设 计参数是碱溶性固体物质的性质(化学组成、粒度和形状)，与碱溶性固体物质 一起加入的其他组分(将在下文描述的延迟剂或加速剂)，和流体的pH以及在 作业过程中任选变化pH的方式。尤其需要的溶解模式是缓慢的或可忽略的 溶解直至某个程度，然后是快速或广泛的溶解。简单的实验室实验用于确定 给定的碱溶性物质将在给定的条件下在给定的化学环境中溶解的速率。
已经详述了一个重要变量对于碱溶性固体物质的溶解速率的影响(化学 组成、粒度和形状)。在成本和可获得性范围内，选择不同的碱溶性固体物质 组成和物理性质。(必须根据考虑到的所需的滤失量(fluid loss)和滤饼性质选择 形状和粒度，如在别处所讨论的。)另一个重要变量是温度。(通常通过注入 流体自然地降低地层的温度，而且有时能通过故意注入比设计结果更多的流 体，例如较大量的前置液，来进一步降低温度。任何方法，温度将是已知的， 而空间和时间的温度分布在此将被简单的称为″温度″。)第三个重要的变量是 流体的pH，当所述流体被注入时且当其在滤饼中时，碱溶性固体物质将与流 体接触。使用实验室实验确定给定物质在给出的温度和pH的溶解速率。
更高的pH和更高的温度使溶解加速。应理解用于本发明的固体″碱溶性″ 物质将实际上最终水解和溶解于任何温度任何pH的水性流体(aqueous fluid)。 然而，在低pH和/或低温下，此溶解可能历时数年，然而对于本发明的目的， 溶解应发生在至少几分钟到至多几小时之内的时间间隔(time span)。因此，在 高温(例如超过大约115℃)时，可能需要使用措施以减慢水解和溶解，而在低 温(低于，例如大约65℃)时，可能需要设法加速水解和溶解。减慢水解的方 法包括，借助非限制性的实例，降低pH或在较低pH下缓冲流体。另一种方 法是包覆碱溶性固体物质。合适的包覆层(coating)包括polycaprolate(乙交酯 和ε-己内酯(epsilon-caprolactone)的共聚物)，和硬脂酸钙，它们都是疏水的。 polycaprolate本身缓慢水解。通过任何方式在碱溶性固体物质的表面上产生 疏水层都会延迟水解。注意此处的包覆层可指包衣(encapsulation)或简单指通 过化学反应或通过形成或添加另一种物质的薄膜改变表面。延迟碱溶性固体 物质的水解的另一种合适的方法是将碱溶性固体物质，任选地具有疏水包覆 层，悬浮于油中或乳液的油相中。直到水接触碱溶性固体物质才发生水解 和溶解。增加水解的方法包括，借助非限制性的实例，升高pH或在较高的 pH缓冲流体。加速水解和溶解的另一个方法是将与水解产生的酸反应的试剂 与碱溶性固体物质(存在于相同或不同的颗粒中，通常存在于相同颗粒中，任 选地包覆碱溶性固体物质或被碱溶性固体物质包覆)混合非限制性的实例是 氧化镁和碳酸钙。这在别处详细讨论。注意到虽然依赖于环境，通过控制pH 来控制水解和溶解速率可包括增加、减少或缓冲流体，正如为了简便在整个 讨论中使用术语″碱溶性物质″，通常用碱的加入来描述pH的改变。
对于给定的处理方法，常常有几种可以使用的策略。例如，可选择化学 品和作业设计的组合以使碱溶性固体物质在整个处理中缓慢地水解和溶解， 而且滤饼的破坏在预期的时间达到漏泄导致脱砂的程度。在一些作业中，这 可以完成而不需在作业过程中改变流体组成。另一方面，可选择化学品和作 业设计的组合以使直到操作者突然变化注入流体的组成(例如加入强碱)时， 碱溶性固体物质才以明显的速率水解和溶解，以使滤饼一接触流体就快速溶 解。此策略在处理过程中可给予操作者更大的支配权(greater control)。也可将 化学品和设备的可用性在处理设计的选择中作为输入(input)。
对于水力压裂或砾石充填或这两者的组合而言，对用于前置液或用 于形成浆液的水性流体进行增粘。通常使用聚合物(通常为与硼、锆或钛 化合物交联的多糖)作为增粘剂。所述聚合物的一部分也通常终止而作为 主要的(或单独的)滤饼成分。然而，这些聚合物或交联聚合物流体的粘度 常常被强碱影响，而多糖聚合物不容易被碱破坏，所以它们不在本发明 中使用。另一方面，特定的表面活性剂，尤其是粘弹性表面活性剂(″VES″) 形成适当大小和形状的胶束(micelle)，其使水性流体增粘。这些胶束和表 面活性剂不受碱影响，而且所述表面活性剂不形成滤饼，所以，表面活 性剂在本发明的方法中是优选的增粘剂(viscosifier)。可使用少量的聚合 物以增加粘度或用于除增粘之外的目的，例如作为摩阻减低剂(friction reducer)；这对于本发明的方法将是无害的。任何表面活性剂增粘的裂缝 或砾石充填流体都可用于本发明，只要它与本发明的特殊物质(所述的 FLA和碱)相容，并与所述地层、支撑剂和处理的预期结果相容。在前置 液中或前置液之后可使用任何VES基的流体，其与地层、地层流体和任 何添加剂，尤其是碱相容。特别有效的VES基的流体是那些在美国专利 5,551,516；5,964,295；5,979,555；5,979,557和6,258,859；和美国专利申 请10/250,416(转让给与本申请相同的受让人)和10/250,417(转让给与本 申请相同的受让人)，据此全部并入作为参考。一些所述的VES流体通常在多 至12.5或更高的pH下使用，在此情况中它们将优选用于本发明的短时间处理 (short treatment)并且不用额外的碱。破胶剂(breaker)也可用于VES，只要它们 不是强碱(除非预期的作业将是非常短暂的)而且只要它们与强碱相适应。
通常，从处理方法的设计的开始已知TSO是希望得到的，而且将本发明 的方法并入原始的作业设计。然而，在本发明的范围内可以设计作业而不需 设计TSO，或具有任选的TSO，然后在作业施工过程中可以决定TSO是需要 的(或可如所设计地不发生)并因此迅速地改变所述作业。(注意在此说明书中， 常常将裂缝中的任何脱砂称为尖端脱砂(TSO)，但就TSO来说，这里包括发 生在裂缝中而且不需要发生在最远离井眼的裂缝的最末端的脱砂；重要的是 筛分的确发生了，其发生在需要的时间，而且它发生在裂缝中而不是在井眼 中。
这里可使用术语″常规压裂″来指水力压裂，其中尖端筛分既不是预期的 也不是需要的。在常规压裂中，避免可能诱导尖端脱砂的操作模式。如果在 整个设计的处理被泵送之前，在常规压裂操作中遇到尖端筛分或尖端筛分看 来即将来临，如由泵送压力升高所推断的，可迅速地在作业参数中进行一些 变化，例如泵速率或支撑剂浓度，以试图使趋于尖端筛分的趋势最小化。然 而，经常地停止处理并将其认为是失败。
本发明的前置液包含携带液和VES。它可另外含有通常用于所述流体的 其他添加剂，只要前置液的所有组分对于地层或对于裂缝流体无害。在本发 明中用作前置液的流体通常可包含诸如腐蚀抑制剂、摩阻减低剂、粘土稳定 剂(clay stabilizer)、结垢抑制剂(scale inhibitor)、杀虫剂(biocide)等物质。
所述携带液提供了用于将其他组分运输到地层中的介质。优选地，携带 液是水或盐水。可包括选择的有机或无机盐或混合物，只要它们与前置液、 裂缝流体、地层和地层流体中的所有组分相适应。常常将含有大约1至大约 7重量％氯化钾(KCl)或氯化铵的溶液用作压裂流体和前置液中的基液(base liquid)以稳定粘土并防止粘土膨胀。有时使用其他盐水或海水。有机的阳离子 盐，如，具体为，氯化四甲基铵(tetra methyl ammonium chloride)，是有效的 盐，尤其是但不限于大约0.2至大约0.5重量％。
FLA也可包括额外的固体，诸如但不限于氧化镁(magnesia)、氢氧化铝、 碳酸钙(方解石(calcite))、草酸钙、磷酸钙、偏磷酸铝、多磷酸钠锌钾玻璃 (sodium zinc potassium polyphosphate glass)、多磷酸钠钙镁玻璃(sodium calcium magnesium polyphosphate glass)、石棉(asbestos)、颗粒淀粉(granular starch)、微粒云母(particulate mica)、塑料粒子、固体蜡(solid wax)或蜡-聚合物 粒子(wax-polymer particle)、油溶性固体树脂粒子(solid oil-soluble resin particles)、不溶性盐、可缓慢溶解的盐(如氯化钠如果携带液和地层水具有高 离子强度)，及其混合物。这些物质中的一些将在碱中快速溶解；一些则不是。 一些将最终随着时间溶解或降解；一些则不是。不需要溶解全部的滤饼，或 甚至溶解滤饼中的所有碱溶性固体物质。只需要溶解足够的滤饼，以致滤失 量增加至筛分发生的程度。
一种或多种碱溶性固体物质和一种或多种其他FLA组分的混合物可为单 独组分的单独粒子的纯的物理状态混合物(physical mixture)。也可制备所述 混合物以使一种或多种碱溶性固体物质和一种或其他FLA组分存在于每个 粒子中。这可以借助非限制性的实例，通过用碱溶性固体物质包覆其他FLA 组分，或通过加热物理状态混合物直到碱溶性固体物质熔化，充分混合、冷 却和粉碎来完成。例如，工业中的一般惯例是将聚合物与矿物填料物质 (mineral filler material)如滑石或碳酸盐共挤出(co-extrude)，以使它们具有改 变的光学、热和/或机械性质。聚合物和固体的上述混合物通常被称为″填充 聚合物(filled polymer)″。当其他FLA组分完全包含在碱溶性固体物质中时， 所述的其他FLA组分可为水溶性的，例如硼酸或硼砂。在任何情况下优选 组分在混合物中的分布尽可能均匀。可根据情况调节组分的相对量以控制碱 溶性固体物质的反应速率。最重要的因素将是进行处理的温度，混合物将接 触的水性流体的pH，和溶解混合物所需的时间。
可以将碱溶性固体物质或碱溶性固体物质和其他FLA组分的混合物制成 不同的固体形状，所述形状包括，但不限于纤维、珠、膜、带(ribbon)和薄片 (platelet)。本发明的方法的优势在于，对于给定的油田处理(oilfield treatment)， 可容易地从具有不同的水解和溶解速率的多种可用的物质中选择合适的碱溶 性固体物质。通过在处理条件下将碱溶性固体物质暴露于一种或多种流体的 简单实验室实验容易地确定特定的碱溶性固体物质在特定温度并与具有特定 pH的一种或多种流体接触的溶解速率。自然地，选择碱溶性固体物质，其a) 以所需的速率溶解和b)与流体的其他组分相适应但不干扰流体的其他组分的 功能。
混合物的各组分的粒度可相同或不同。粒度主要依赖于其上将沉积滤饼 的岩石的孔径分布(pore size distribution)和发生滤饼破坏的条件。选择防滤失 剂和滤饼组分的最佳粒度或粒度分布的标准和方法是已知的。可通过实验测 定给定组成和大小的粒子在给定的碱性流体中在给定温度下溶解的速率。可 选择粒度或大小分布作为对于防滤失或滤饼形成来说最佳的那些和对于随后 的以预期的时间和速率的溶解来说最佳的那些之间的折衷物(compromise)。
对于防滤失而言，可通过选择所需的漏泄参数并用预期流体和地层或与 所述地层类似的岩石的样品测定漏泄来确定最佳的大小或大小分布和浓度。 漏泄定义为″瞬时滤失(spurt)″，其为滤饼障碍物(barrier)在裂缝表面上(或实验 室样品表面)形成之前，流体的初始快速漏泄，并定义为甚至发生在滤饼形成 之后并受流体和其组分的粘度和造壁倾向(wall-building propensity)控制的随 后的漏泄。通常以体积或质量每单位面积每单位时间的单位测量漏泄；对于 实验室中确定的几何形状(geometry)，可通过作为时间的函数的质量或体积来 简单测量。漏泄的测量，和通过用防滤失剂形成滤饼来控制漏泄，对于井增 产和防沙技术领域中的普通技术人员来说是熟悉的。
这些物质的特殊优势在于碱溶性固体物质和产生的产物是无毒的并且是 可生物降解的。本发明的许多碱溶性固体物质常常用作自溶解的缝合线。
通过测定，有时首先通过实验并通常最终通过计算机模拟和建模，FLA 和其中应包括FLA的层的最佳量以形成合适的滤饼来实施本发明。地下井和 地层增产领域的技术人员可根据所涉及的地层和条件(尤其是时间和温度)的 知识容易地实施本发明。可例如通过调节作业泵送设计，其重复地包括，通 常通过建模直到预测出想要的结果来完成设计过程。FLA将总是存在于前置 液中。如果已经形成满意的滤饼，FLA不必存在于所有含支撑剂的层中或任 何含支撑剂的层中。FLA的类型或浓度在前置液和各个支撑剂层中可以是不 同的。
在压裂作业的过程中使用碱溶解滤饼的用途与通常在常规压裂中的用途 相反，其中在作业过程中滤饼的去除是不需要的。
通常希望滤饼在增产应用(stimulation application)后降解以减少裂缝表面 ″皮肤″损害并提供流体从基质到裂缝并最终到井眼中的最大流动。类似地， 希望砾石充填中形成的滤饼降解。此降解通常自然地发生，虽然缓慢进行， 通过热采过程(thermal process)，或通过在常规的浆液流体中溶解滤饼，或通 过在携带液中引入破胶剂，或通过物理过程，尤其是由于回流引起的(在处理 过程中，流体流出裂缝并进入地层，而在生产开始之后，流体流出地层并进 入裂缝)。因为通过本发明的方法故意降解滤饼可造成更快而更完全的降解， 所以可在作业后立即开始产生流体并可以具有比用降解滤饼的其他方法得到 的更高的速率。
如果也将纤维的用途设计为帮助诱导TSO，那么所述纤维通常至少处于 第一个支撑剂层而且浓度是选定的以致于当滤饼的降解已进行到压裂液效率 (fluid efficiency)、于例如大约20％的程度时，所述的纤维/支撑剂浆液结块 (pack off)(不再是流动的)并导致TSO。注意在本发明的方法中导致TSO所需 的纤维量可小于在压裂中通常使用的纤维量以防止支撑剂回流而不导致 TSO，因为在本发明的方法中，所起的另一种作用是降解滤饼并由此增加裂 缝中纤维/支撑剂浆液的浓度。换句话说，通过故意增强漏泄促进桥接。另一 方面，使用的纤维量也可大于为了防止支撑剂回流通常使用的量。
以通常的方式使用通常的设备、化学品和人员进行所述的处理，但使用 改进的设备以提供添加纤维或其他促进桥接的物质的能力，如果不存在所述 能力并且如果待使用的实施方案中的一个涉及纤维的加入。加入纤维的方法 在美国专利No.5,501,275；和5,782,300中描述。加入纤维的优选的而不是限 制性的方法是在加入的支撑剂同时将其加入流体中。虽然已使用术语″纤维″， 但也可使用其他物质作为促进桥接的物质，如针(needle)、原纤化纤维 (fibrillated fiber)、薄片和带，尤其是长径比(aspect ratio)大于大约3的物质。 随着流体/支撑剂浆液脱水将使其流动性降低的任何有机的或无机的，天然的 或合成的物质是合适的。当与支撑剂混合时，长径比大于大约3的纤维将更 有效，因为它们将倾向于使支撑剂充填物(pack)具有更高的渗透性。
可以以足够高的浓度加入纤维，或其他促进跨接的物质以诱导尖端脱砂， 如在2002年8月8日提交的美国专利申请No.10/214,817中所述，其因此并 入作为参考，其具有与本申请共同的受让人。然而，当使用促进跨接的物质 时，不需要以在本发明中足够导致尖端筛分的量加入它们。纤维、支撑剂和 流体的密度各自能变化，所以足够高以单独或和滤饼降解剂一起诱导尖端脱 砂的纤维的量依赖于对纤维、支撑剂和流体的具体选择。下述讨论将针对本 发明的水成液(aqueous liquid)和优选的纤维，其为具有大约1至大约1.5克/ 立方厘米的相对低密度的合成有机聚合物纤维。然而，也可使用密度更大的 纤维，如那些由无机物质如玻璃或陶瓷制成的纤维；所述的纤维将具有高达 合成有机聚合物纤维的两倍或更多倍的密度。当与包含碱溶性固体物质的滤 饼一起使用并随后注入碱时，在液体/纤维/支撑剂浆液中的诱导尖端脱砂所需 的纤维量与每体积的纤维/支撑剂混合物的纤维体积最紧密地相关。因而对于 所涉及的具体组分的密度应调节下面表示的纤维量。纤维的密度越高，需要 的重量浓度越高。而且，纤维的相对于支撑剂直径的长径比、长度和直径将 影响液体/纤维/支撑剂浆液中诱导尖端脱砂所需的纤维的量(以浆液中液体的 重量百分数表示)。随着纤维直径减小或纤维长度或长径比增加，较低的纤维 的重量百分数(以浆液中液体的重量百分数表示)将是必需的。这些调节完全在 本领域的那些技术人员的能力之内。特别适合的但非限制性的纤维和其他物 质在美国专利No.5,330,005；5,439,055；5,501,275和5,782,300中有描述， 其由此并入作为参考。
所称的″纤维″可为任何含纤维的物质，诸如天然有机纤维、合成有机纤 维(借助非限制性的实例，聚芳纶(polyaramide)或聚酰胺(polyamide)或酚醛 (novoloid)或酚醛类聚合物)、原纤化合成有机纤维(fibrillated synthetic organic fiber)、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、无机纤维、金属丝或其混合物。所述 纤维物质优选具有大约2至大约30纳米的长度和大约10至大约100微米的 直径，最优选具有大约2至大约30纳米的长度和大约10至大约100微米的 长度。纤维横截面不需要为圆形的(circular)而且纤维不需要是直的。如果使 用原纤化纤维，单个原纤维的直径可比上述的纤维直径小得多。然而，随着 裂缝流体/纤维/支撑剂混合物进入地层，所述支撑剂和纤维将由于流体漏泄而 浓缩。在较高浓度下，纤维大大增加了浆液的跨接倾向。当纤维浓度通过漏 泄增加到大约4至大约5重量％时，浆液具有湿浆(wet pulp)的外观。已在实 验室中并在工场测试中显示液体中大约4至大约5％的合成有机聚合物纤维 能堵塞6至12毫米宽的缝(slot)。因此，随着纤维和支撑剂在裂缝中由于流体 漏泄而浓缩，对于支撑剂/纤维混合物而言，浆液将具有强烈的跨接并导致脱 砂的倾向。
优选在大约0.5至大约2重量％的范围内调节合成有机聚合物纤维的量 以引起压裂液效率的变化。通常，0.5重量％的合成有机聚合物纤维将不被认 为是高的并将不导致脱砂。然而，本发明的一个目的在于使用将导致脱砂的 纤维浓度。在一些情况下，例如如果流体漏泄系数(coefficient)相对高，而且 压裂液效率低，则可将初始纤维浓度降至大约那个量。此时浓度可能在用于″ 正常″处理的″正常″范围，但其对于所述处理而言将是高的。另一方面，如果 压裂液效率异乎寻常地高，那么初始纤维浓度应增加超过通常的2％以诱导尖 端脱砂。因此本发明的合成有机聚合物纤维浓度的范围是液体的大约O.5重 量％至大约3重量％，优选大约1重量％至大约2重量％。在此上下文中，″ 高浓度″是指在特定的液体/纤维/支撑剂组合中特定纤维的浓度足够高以在处 理的条件下非常显著地增加脱砂的可能性。
虽然在常规水力压裂中通常通过使用的支撑剂的量确定使用的纤维量， 以便当支撑剂的量在不同层中变化时改变纤维量，在本发明的方法中，更通 常地通过使用的液体量确定使用的纤维量，更通常地使用按液体重量计算的 恒定的纤维量。
随着纤维刚度(stiffness)或刚性(rigidity)的增加，引起跨接和脱砂的倾向也 增加。然而，流体的处理(fluid handling)将随着刚度增加变得更困难。刚度或 刚性变化的纤维容易在商业上获得。此外，泵送过程中的摩擦压力常常由于 纤维的加入而减少。这是附加的益处，尤其是在组合的压裂/砾石充填操作中， 其中流体常常通过小口(small port)和通道(passage)泵送。本领域的普通技术人 员通过考虑不同纤维的各种优点和缺点，如考虑成本、可用性、需要的浓度、 处理的简易性、对摩擦压力的影响和其他因素，可容易地选择纤维。
虽然已经描述了加入纤维以帮助诱导TSO的用途，但将纤维应用于减少 或防止粒子产生的更常规的目的属于本发明的范围。虽然砾石充填，或压裂 之后砾石充填，更通常地在适当的位置(in place)借助筛网进行，但将流体和 方法施用于不使用筛网完成的处理属于本发明的范围。虽然已针对碳氢化合 物的产生描述了本发明，但是将流体和方法用于预期用于产生其他流体，如 水或盐水的井中和用于注射井、生产井或贮存井中属于本发明的范围。虽然 已针对可以使用不发泡(unfoamed)流体、发泡流体或赋能(energized)(例如用 氮气、二氧化碳或其混合物增能的)流体来描述本发明；但可由于流体性质中 任何必然的变化对所有流体组分(包括纤维和支撑剂)的浓度进行调节。也可以 理解本发明的流体和方法可用于在多重裂缝(multiple fracture)、自然裂缝或由 酸的处理产生的酸蚀孔洞(wormhole)等中导致尖端脱砂。可用盘管(coiled tubing)实施任何本发明的方法。
可使用任何支撑剂(砾石)，只要它与碱和促进跨接的物质相容，如果使用 促进桥接的物质，则还要与地层、流体和处理的预期结果相适应。上述支撑 剂(砾石)可为天然的或合成的，包覆的，或含有化学品；可顺序地或以不同大 小或不同物质的混合物的形式使用多于一种上述支撑剂(砾石)。在相同或不同 的井或处理中的支撑剂和砾石可为彼此相同的物质和/或彼此相同的大小，而 术语″支撑剂″意图包括本讨论中的砾石。通常，使用的支撑剂将具有大约0.15 mm至大约2.5mm的平均粒度，更具体地，但不限于大约0.25-0.43mm、 0.43-0.85mm、0.85-1.18mm、1.18-1.70mm和1.70-2.36mm的通常的大小范 围。通常，支撑剂将以每L携带液中加入大约0.12kg支撑剂至每L携带液 中加入大约3kg支撑剂的浓度，优选以每L携带液中加入大约0.12kg支撑 剂至每L携带液中加入大约1.5kg支撑剂的浓度存在于浆液中。
可包括上述处理中通常使用的任何添加剂，同样只要它们与其他组分和 处理的预期结果相适应。所述添加剂可包括，但不限于抗氧化剂、腐蚀抑制 剂、杀虫剂、缓冲剂等。处理的井眼可为垂直的、偏离的或水平的。它们可 以通过套管(casing)和穿孔(perforation)或裸眼井(open hole)来完成。
本发明的方法的又一个优势在于操作者不需要设计将脱砂的作业。因此 在操作者不希望减少前置液体积，减慢泵送，减少支撑剂载量，或进行其他 设计改变的情况下，当他选择加入碱时仍可以进行脱砂。因此，虽然设计处 理以使脱砂甚至可能在不加入碱时也发生，然后加入碱以确保脱砂是一种选 择，但设计不加入碱将很可能不脱砂的处理，然后加入碱同样属于本发明的 范围。设计并开始泵送处理，在所述处理的过程中的任何点未设计或预期脱 砂，然后在处理的过程中决定使该处理进行脱砂，而因此在该点加入碱并导 致脱砂的情况也属于本发明的范围。
应当指出虽然不希望脱砂在井眼中，在筛网(如果存在)和井眼表面之间的 环状空间中，或在孔洞(perforation)中发生，但希望在作业的结尾将这些区域 完全装填。即，想要的结果是在裂缝中筛出(screen off)(脱砂初始发生在裂缝 中)然后用支撑剂/砾石填充(或″装填″)上述区域。
应该理解破胶剂和破胶剂助剂(breaker aid)也可包含在作业设计中用于降 解携带液中的表面活性剂的增粘剂。增粘剂的降解必须发生在滤饼降解之后； 即，携带液必须能够运输支撑剂直到已经完成处理。破胶剂和破胶剂助剂的 选择和它们的加入时机(timing)和浓度必须与碱的加入一致以破坏滤饼。优选 地，任何破胶剂和破胶剂助剂(和系统中的其他任何添加剂)应该对于碱不敏感 并与碱相容。例如，不依赖于碱的加入，可在作业过程中的任何点加入缓慢 作用的(slow acting)破胶剂，其在作业过程中的活性不足以降解滤饼，但其活 性足以在泵送停止后在可接受的时间内降解增粘剂。
考虑到任何可发生的冷却(cool-down)，可在任何地层温度下实施本发明， 在所述温度下前置液和裂缝流体和它们的组分，尤其是前置液和裂缝流体中 的VES和胶束，具有需要的性质，尤其是稳定性。
实施例1  为了说明本发明的实施方案，用200mD渗透性的伯里亚砂岩 核心(Berea sandstone core)建立了静态的防滤失单元(static fiuid loss cell)。通过 如下方法制备含有PGA的粘弹性流体：将0.5重量％PGA分散在水中，加入 0.2％碳酸氢三钠(sodium sesquicarbonate)缓冲液以将pH保持在大约10，然后 加入6重量％的浓缩物(concentrate)，其含有大约40重量％的芥酰氨基丙基 二甲基甜菜碱(erucic amidopropyl dimethyl betaine)，大约5重量％氯化钠，大 约22重量％异丙醇(isopropanol)，大约1重量％聚萘磺酸盐(polynaphthalene sulfonate)，和大约5重量％水。在韦林氏搅拌器(Waring blender)中以″中等″ 速度制备此流体。使用的PGA为Dupont TLF 6267，其被供应商描述为结晶 物质(crystalline material)，其具有大约49℃的玻璃化转变温度，大约200至 210℃的熔点，大约600的分子量，和大约8至15微米的平均粒度。通过核 心(core)以大约3.45MPa的压差(differential pressure)泵送此流体20分钟。在 天平(balance)上记录通过核心的质量，而且将重量记录为时间的函数，如图1 所示。在20分钟的终点，已将通过核心的流量减小到小于0.2ml/min的速率。 20分钟后，所述单元中的流体被类似的粘弹性流体所取代，但不需任何防滤 失剂。已将苛性碱(Caustic)(NaOH)加入此第二流体中以将pH升高到大约13。 在此第二层中，水解由第一层产生的滤饼。当在大约3.45MPa的压差下通过 核心的流量恢复时，滤失快速地增加到比在第一层中观察到的更快的速率。 进入第二层4分钟之后，滤失速率为大于每分钟0.4ml。
在此实验中，测试的第一层对应于实际处理的初始前置液层，并显示聚 乙醇酸粒子通过产生滤饼提供防滤失。第二层显示高pH流体的注入通过溶 解至少大部分的滤饼并允许滤失以增加的速率恢复来破坏控制。此第二层对 应于其中包含碱的实际处理中的层，例如支撑剂层。
实施例2  通过将PGA的样品悬浮于调节至不同pH的水中来确定水解和 溶解Dupont PGA TLF 6267的简便性。使用0.2重量％碳酸氢三钠以在pH 10 缓冲。对于pH 12通过加入KOH和NaOH中的任一种调节流体而具有同样 的结果。将所述悬浮液加热到所需的温度，不需搅拌在该温度保持指示的时 间，并记录结果。当溶液中用肉眼(unaided eye)看不到PGA时就认为PGA溶 解了。结果在表1中给出，并显示可使用多么简单的实验来确定pH，在该 pH下给定的碱溶性固体物质将在给定的温度下在给定的时间中溶解。   pH   温度℃   溶解时间   10   66   ～10小时   12   66   ＜1小时   10   116   ＜1小时
前面对于本发明的具体实施方案的描述并不是本发明的每个可能的实施 方案的完全列举。此领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内对于本 文描述的具体实施方案进行修改。