暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂和方法与流程

背景技术：

1、炮眼球形封堵剂(perforation ball sealers)被用于石油和天然气开采工业，以暂时封堵油井或气井的炮眼，将处理液流从渗透率较高的地层区域转移到渗透率较低的区域。

2、早期的球形封堵剂是由例如尼龙、酚醛树脂和涂有橡胶的金属等永久性材料制成的，需要机械处理才能去除球形封堵剂。后来的球形封堵剂是由聚合物和乳酸酯共聚物制成的，能够缓慢溶解于酸化水中，从而无需机械清除。例如，参见erbstrosser等人的u.s.4,716,964，在此，通过引用全文，将其公开的内容纳入本文。许多其它缓慢水溶性材料也被提出用于制造球形封堵剂，其举例包括聚环氧乙烷(peo)，天然高分子材料例如胶原和壳聚糖、聚乙烯醇聚合物(pvoh)、乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)等。

3、为了防止球形封堵剂在封堵炮眼之前下沉到井底，它们的密度最好与它们所应用的处理液的密度相近，甚至更小。例如，参见gabriel等的“the design of buoyant ballsealer treatments”，spe 13085公开了所有球形封堵剂的密度都小于处理液的密度，能够在压裂和基质处理中都达到100％的封堵效率(seating efficiency)，因为它们能够避免沉到钻井柱底部。

4、不幸的是，大多数可制成球形封堵剂的缓慢水溶性聚合物，其密度都大于使用这些球形封堵剂的水处理液的密度。

5、为了解决这一问题，fracsolutions technologies在u.s.2017/0210976中建议，如果需要密度低至0.9-1.0g/cc的球形封堵剂，可以使用化学或物理发泡剂对球形封堵剂进行发泡。然而，大多数聚合物泡沫材料的抗压强度小于大多数球形封堵剂使用时通常遇到的压力，尤其是在水力压裂作业中。因此，从实用角度来看，由简单的聚合物泡沫材料制成的球形密封剂不能用于这些操作。

技术实现思路

1、根据本发明，通过形成球形封堵剂从而提供具有理想的低密度和理想的高抗压强度的炮眼球形封堵剂，所述球形封堵剂包括聚合物泡沫内核和包覆所述内核的外壳，所述外壳由固体的或基本上为固体的聚合物形成。

2、因此，本发明提供了一种用于油井或气井中暂时封堵炮眼的炮眼球形封堵剂，所述炮眼球形封堵剂包括由第一聚合物制成的聚合物泡沫内核和包覆所述内核且由固体的或基本上为固体的第二聚合物形成的外壳，其中，所述第一聚合物和所述第二聚合物均具有缓慢水溶性，并且进一步地，其中，所述球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(～69dyne/cm)或更高。

3、另外，本发明还提供了一种暂时封堵油井或气井炮眼的方法，该方法包括将含有上述球形封堵剂的水处理液引入油井或气井中。

技术特征：

1.一种用于暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂通过将缓慢水溶性聚合物的熔融体注射成型而制成，且该炮眼球形封堵剂中含有在注塑成型过程中通过物理或化学发泡剂产生的气泡，从而形成聚合物泡沫内核和包覆所述内核的固体聚合物外壳，该聚合物泡沫内核由所述缓慢水溶性聚合物和所述气泡组成，其中，所述缓慢水溶性聚合物具有使得暴露于保持在与井中的温度和ph值一致的水中时溶解35质量％的所述球形封堵剂时需要至少两个小时的溶解速率，并且进一步地，其中，所述球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(69dyne/cm)或更高。

2.根据权利要求1所述的球形封堵剂，其中，所述缓慢水溶性聚合物选自聚乙烯醇(pvoh)、聚乙醇酸(pga)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、聚乳酸(pla)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)、聚琥珀酸己二酸丁二酯(pbas)、聚醋酸乙烯酯(pva)、聚环氧乙烷(peo)、乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)、壳聚糖和胶原蛋白中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的球形封堵剂，其中，所述缓慢水溶性聚合物为包括两种或两种以上聚合物的混合物。

4.根据权利要求1所述的球形封堵剂，其中，所述球形封堵剂的密度为1.05g/cc或更低。

5.根据权利要求4所述的球形封堵剂，其中，所述球形封堵剂的密度为1.00/cc或更低。

6.根据权利要求1所述的球形封堵剂，其中，所述球形封堵剂仅由单一的缓慢水溶性聚合物或缓慢水溶性聚合物的混合物形成。

7.根据权利要求1所述的球形封堵剂，其中，所述球形封堵剂是球形，并且所述固体聚合物外壳的厚度为所述是球形的球形封堵剂的半径的26％至40％。

8.根据权利要求7所述的球形封堵剂，其中，所述固体聚合物外壳的厚度为所述是球形的球形封堵剂的半径的28％至36％。

9.根据权利要求8所述的球形封堵剂，其中，所述固体聚合物外壳的厚度为所述是球形的球形封堵剂的半径的32％。

10.一种用于暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂通过将缓慢水溶性聚合物的熔融体注射成型而制成，且该炮眼球形封堵剂中含有在注塑成型过程中通过物理或化学发泡剂产生的气泡，所述炮眼球形封堵剂中进一步含有聚合物泡沫内核和包覆所述内核的外壳，其中，所述缓慢水溶性聚合物具有使得暴露于保持在与井中的温度和ph值一致的水中时溶解35质量％的所述球形封堵剂时需要至少两个小时的溶解速率，其中，所述球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(69dyne/cm)或更高，并且进一步地，其中，在所述聚合物泡沫内核中的所有气态泡沫均通过包覆于所述缓慢水溶性聚合物的熔融体中的发泡剂形成。

11.一种暂时封堵油井或气井炮眼的方法，该方法包括将含有大量权利要求1所述的球形封堵剂的水处理液引入井中。

12.一种炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂通过将缓慢水溶性聚合物的熔融体和发泡剂注射成型而制成，从而形成含有聚合物泡沫内核和包覆所述内核的固体聚合物外壳的球形封堵剂产品，其中，所述聚合物泡沫内核中的所有气泡均由源自所述发泡剂的气体组成，其中，所述缓慢水溶性聚合物具有使得所述球形封堵剂在两小时或更长时间后有效地丧失密封其所接收的炮眼的能力的溶解速率，所述球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(69dyne/cm)或更高。

13.根据权利要求12所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述缓慢水溶性聚合物在注塑成型期间熔融，并且进一步地，通过将物理发泡剂注入到熔融的缓慢水溶性聚合物中或者通过包含在熔融的缓慢水溶性聚合物中的化学发泡剂产生所述气泡。

14.根据权利要求13所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述气泡通过化学发泡剂产生。

15.根据权利要求14所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述化学发泡剂为吸热型的化学发泡剂。

16.根据权利要求12所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述缓慢水溶性聚合物由两种或多种聚合物的混合物组成。

17.根据权利要求12所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述球形封堵剂的密度为1.05g/cc或更低。

18.一种用于暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂含有聚合物泡沫内核和包覆所述内核的外壳，其中，在所述聚合物泡沫内核中的所有气泡均由气体组成，其中，所述炮眼球形封堵剂仅由气体和至少一种缓慢水溶性聚合物形成，其中，所述缓慢水溶性聚合物具有使得所述球形封堵剂在两小时或更长时间后有效地丧失密封其所接收的炮眼的能力的溶解速率，所述球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(69dyne/cm)或更高。

19.根据权利要求18所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述炮眼球形封堵剂仅由气体和单一的缓慢水溶性聚合物或缓慢水溶性聚合物的单一混合物形成。

20.一种用于暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂中含有由缓慢水溶性聚合物组成的固体相和分散在所述固体相中的气态泡沫，其中，所有分散于所述固体相中的气态泡沫均由气体组成，其中，所述缓慢水溶性聚合物与所述气态泡沫一起形成聚合物泡沫内核，其中，所述缓慢水溶性聚合物还形成包覆所述聚合物泡沫内核的固体聚合物外壳，其中所述缓慢水溶性聚合物具有使得暴露于保持在与井中的温度和ph值一致的水中时溶解35质量％的所述球形封堵剂时需要至少两个小时的溶解速率，并且其中，所述炮眼球形封堵剂在干燥时的密度为1.1g/cc或更低，以及抗压强度为1000psi(69dyne/cm)或更高。

21.根据权利要求20所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述炮眼球形封堵剂的所述固体相由单一的缓慢水溶性聚合物或缓慢水溶性聚合物的单一混合物形成。

22.一种炮眼球形封堵剂，该炮眼球形封堵剂通过将缓慢水溶性聚合物的熔融体和发泡剂注射成型而制成，从而形成含有聚合物泡沫内核和包覆所述聚合物泡沫内核的固体聚合物外壳的球形封堵剂产品，其中，所述聚合物泡沫内核中的所有气泡均由源自所述发泡剂的气体组成，其中，所述缓慢水溶性聚合物具有使得所述球形封堵剂在两小时或更长时间后有效地丧失密封其所接收的炮眼的能力的溶解速率，其中，所述泡沫内核的体积足够大，使得所述炮眼球形封堵剂表现出1.1g/cc或更低的密度，并且进一步地，其中所述聚合物外壳的厚度足够大，使得所述炮眼球形封堵剂在干燥时表现出1000psi(69dyne/cm)或更高的抗压强度。

23.根据权利要求22所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述泡沫内核的体积足够大，使得所述炮眼球形封堵剂表现出在没有所述发泡剂的情况下制成的其它方面相同的球形封堵剂的密度的70％到90％的密度。

24.根据权利要求23所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述泡沫内核的体积足够大，使得所述炮眼球形封堵剂表现出在没有所述发泡剂的情况下制成的其它方面相同的球形封堵剂的密度的75％到88％的密度。

25.根据权利要求22所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述聚合物外壳的厚度足够大，使得所述炮眼球形封堵剂在干燥时表现出1500psi(103dyne/cm)或更高的抗压强度。

26.根据权利要求25所述的炮眼球形封堵剂，其中，所述聚合物外壳的厚度足够大，使得所述炮眼球形封堵剂在干燥时表现出2000psi(138dyne/cm)或更高的抗压强度。

技术总结一种用于暂时封堵油井或气井炮眼的炮眼球形封堵剂，包括聚合物泡沫内核和包覆所述内核且由固体或基本上是固体的第二聚合物形成的外壳。内核和外壳都是由缓慢水溶性聚合物制成。所述球形封堵剂具有相对较低的密度和相对更高的抗压强度。技术研发人员：杨华祥,A·阮,V·梅塔受保护的技术使用者：科维亚解决方案公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15