CN107922826A - 包含氨基酸的增重酸组合物 - Google Patents

Abstract

包含酸、盐水和氨基酸的增重酸组合物和相关方法。

Description

包含氨基酸的增重酸组合物

相关申请的交叉引用

本申请案主张2015年8月31日申请的美国临时申请案第62/212,305号的权利，其以引用的方式并入本文中。

背景技术

本公开大体上涉及包含氨基酸的增重酸组合物。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及包含氨基酸的增重酸组合物，其适合用于酸增产处理和相关方法。

使用酸性水溶液的酸处理通常在地下岩层中进行。可进行这些酸处理以实现许多不同目的。此类目的可能包括提高或恢复地层的渗透性，从而有助于油和气从岩层流向井并且去除滤饼。还可使用酸性水溶液以去除沿碳氢化合物流动路径的岩层损害并且产生基质内的新的流动路径。还可使用酸性水溶液以去除防滤失处理剂。这些酸性水溶液通常可在压力下被引入井筒或地下岩层中，因此酸性水溶液可流入井筒或岩层的孔隙。酸性水溶液的实例和将酸性水溶液引入地下岩层中的方法公开于美国专利案第3,954,636号、第3,998,272号、第4,107,057号、第4,371,443号、第5,238,068号、第5,366,643号、第5,916,484号、第6,192,987号和第6,719,054号中，其全文由此以引用的方式并入。

用于井下增产的酸性水溶液通常难以使用，因为它们会腐蚀金属管材、泵和其它设备。在高压井中，例如某些深水井中，腐蚀问题尤其难以解决，因为静流体的需求要求用高密度盐水增重酸性水溶液。比起酸性水溶液，使用高密度盐水甚至可能引起更高程度的腐蚀。另外，此类增重酸性水溶液难以实施，因为它们会沉淀不想要的副产物，如不可溶的甲酸钙。此外，常规酸的水溶液的反应速率可能太快以致于限制酸处理的覆盖度。酸的过早穿透可造成滤饼溶解不完全，并且酸可损失到它首先穿透的地方。

控制增重酸系统中的腐蚀的当前方法是有限的。传统的抑制剂通常是对岩层有不利影响的油性成膜化合物。这些传统的抑制剂也不螯合，因此所形成的腐蚀副产物可造成其它损害。此外，在较高温度应用(高于250℉的那些)中，13Cr冶金的常规抑制剂不起作用，需要运营商使用更昂贵和复杂的冶金。

期望发展一种使用增重酸组合物使井筒或地下岩层酸化而不受任何这些常规缺点困扰的方法。

发明内容

本公开大体上涉及包含氨基酸的增重酸组合物。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及包含氨基酸的增重酸组合物，其适合用于酸增产处理和相关方法。

在一个实施例中，本公开提供增重酸组合物，其包含：酸、盐水和氨基酸。

在另一实施例中，本发明提供一种方法，其包含：提供包含酸、盐水和氨基酸的增重酸组合物并且将增重酸组合物放入地下岩层中。

在另一实施例中，本发明提供一种方法，其包含：提供包含酸、盐水和氨基酸的增重酸组合物；将增重酸组合物放入地下岩层中，并且使增重酸组合物酸化地下岩层。

附图说明

通过参考以下结合附图做出的描述可以获得对本发明的实施例和其优点的更完整和透彻的理解。

图1为展示在各种增重酸组合物中金属试片的腐蚀速率的图表。

图2为展示在各种增重酸组合物中金属试片的腐蚀速率的图表。

本领域的技术人员将容易了解本公开的特征和优点。虽然本领域的技术人员可以作出许多改变，但是这些改变在本公开的精神内。

具体实施方式

以下描述包括实施本发明主题的技术的示例性设备、方法、技术和/或指令序列。然而，应了解，所描述的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。

本公开大体上涉及包含氨基酸的增重酸组合物。更具体地说，在某些实施例中，本公开涉及包含氨基酸的增重酸组合物，其适合用于酸增产处理和相关方法。

本文中论述的组合物和方法的一些理想属性是比起常规系统，它们对地面和井下的管子、外壳和其它设备的腐蚀性都可能低得多。已发现将氨基酸添加到增重酸组合物中降低增重酸组合物对金属的腐蚀性。本文中论述的组合物和方法的另一种理想属性是氨基酸可充当防止沉淀形成的螯合剂。本文中论述的组合物和方法的另一种理想属性是氨基酸可充当减慢增重酸组合物反应速率的延缓剂。本文中论述的组合物和方法的另一种理想属性是比起常规增重酸组合物，将氨基酸添加到增重酸组合物中可更好地去除滤饼。

不希望受限于理论，据信增重酸组合物中的酸可与氨基酸反应以形成质子化的氨基酸。虽然质子化的氨基酸仍为强酸，但它比酸的腐蚀性低。还相信氨基酸能够通过与任何所形成的沉淀的氮和羧酸基结合来螯合阳离子。

在某些实施例中，本公开提供包含酸组分、盐水组分、和氨基酸组分的增重酸组合物。

在某些实施例中，酸组分可包含含有有机酸、无机酸、磺酸、酸前体或其任何组合的酸溶液。在某些实施例中，有机酸可包含甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸、乙醇酸或其任何组合。

在某些实施例中，磺酸可包含甲磺酸、-羟基磺酸或其任何组合。在某些实施例中，磺酸可包含WO2015069681中描述的任何磺酸，所述申请案的全部内容由此以引用的方式并入。

在某些实施例中，无机酸可包含任何无机酸。无机酸的实例为盐酸、氢氟酸和磷酸。

在某些实施例中，酸前体可包含任何酸前体。合适的酸前体的实例包括WO2015069681中描述的可水解的羧酸酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乙二醇二甲酸酯和任何酸前体。

在某些实施例中，酸组分可以介于0重量％到40重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，酸组分可以介于5重量％到25重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在其它实施例中，酸组分可以介于10重量％到20重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。

在某些实施例中，盐水组分可包含用作增重剂以使流体酸化的任何常规盐水。在某些实施例中，盐水组分可包含基液和盐。在某些实施例中，基液可为水。在某些实施例中，盐可包含任何单价盐或二价盐或其任何组合。在某些实施例中，盐可包含氯化钙、氯化锌、溴化锌、溴化钙、氯化钠、溴化钠、氯化铵、溴化钾、氯化钾或其任何组合。

在某些实施例中，盐水组分可以介于1重量％到99.5重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，盐水组分可以介于5重量％到80重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，盐水组分可以介于10重量％到60重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，盐水组分可以介于20重量％到40重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，盐水组分可以任何量存在于增重酸组合物中，只要增重酸组合物的密度高于9磅/加仑。在某些实施例中，盐水组分可以任何量存在于增重酸组合物中，只要增重酸组合物的密度在9磅/加仑到16磅/加仑的范围内。在某些实施例中，盐水组分可以任何量存在于增重酸组合物中，只要增重酸组合物的密度在12磅/加仑到14磅/加仑范围内。

在某些实施例中，氨基酸组分可包含任何氨基酸或其任何组合。合适的氨基酸的实例包括丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸和其任何组合。

在某些实施例中，氨基酸组分可以介于0重量％到30重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，氨基酸组分可以介于5重量％到25重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在其它实施例中，氨基酸组分可以介于10重量％到20重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。

在某些实施例中，增重酸组合物中氨基酸与无机酸或有机酸的摩尔比可为介于0:1到2:1范围内的比率。在某些实施例中，增重酸组合物中氨基酸与无机酸或有机酸的摩尔比可为介于0.1:1到1.5:1范围内的比率。在其它实施例中，增重酸组合物中氨基酸与无机酸或有机酸的摩尔比可为介于0.5:1到1.1:1范围内的比率

在某些实施例中，增重酸组合物可进一步包含螯合组分。在某些实施例中，螯合组分可包含螯合溶液或螯合剂。在某些实施例中，螯合剂可为双齿螯合剂、三齿螯合剂或多齿螯合剂。合适的螯合剂的实例包括乙二胺四乙酸和其盐、L-谷氨酸、N,N-二乙酸、四钠盐(GLDA)和其各种盐以及乙二胺四乙酸的衍生物。在某些实施例中，螯合剂可包含含有以下中的至少一个的阴离子：乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、N-(羟乙基)-乙二胺三乙酸(HEDTA)、次氮基三乙酸(NTA)、乙二胺-N,N'-二琥珀酸(EDDS)、乙二醇-双(2-氨基乙醚)-N,N,N',N'-四乙酸、1,2-双(邻-氨基苯氧基)乙烷-Ν,Ν,Ν',Ν'-四乙酸、亚氨基二琥珀酸、L-谷氨酸、N,N-二乙酸(GLDA)、和甲基甘氨酸二乙酸(MGDA)。

在某些实施例中，螯合组分可以介于0重量％到30重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，螯合组分可以介于5重量％到25重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在其它实施例中，螯合组分可以介于10重量％到20重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在其它实施例中，螯合组分可以介于1重量％到5重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。

在某些实施例中，增重酸组合物可进一步包含一种或多种常规添加剂。常规添加剂的实例包括腐蚀抑制剂、表面活性剂和润湿剂。

在某些实施例中，增重酸组合物可进一步包含酶或氧化剂以有助于去除滤饼淀粉和聚合物。合适的氧化剂的实例包括过氧化物、过硫酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过磷酸盐、次氯酸盐、过硅酸盐和过氧化氢加合物，如尿素过氧化氢或过氧化镁。其它实例为经过涂布的氧化剂，其在活化时释放氧化剂提供延迟反应。合适的酶的实例包括可水解淀粉、黄原胶(xanthan)、纤维素、瓜尔胶(guar)、硬葡聚糖(scleroglucan)、琥珀酰聚糖(succinoglycan)或这些聚合物的衍生物的酶。

在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到4范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到2范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到0.5范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到0.25范围内。在其它实施例中，例如在增重酸组合物包含酸前体时，增重酸组合物的pH可在4到6范围内。

在某些实施例中，增重酸组合物的密度可高于9磅/加仑。在某些实施例中，增重酸组合物的密度可在10磅/加仑到16磅/加仑范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的密度可高于16磅/加仑。在某些实施例中，增重酸组合物的密度可在13磅/加仑到15磅/加仑范围内。

在某些实施例中，本公开提供包含基液、一种或多种盐、一种或多种酸和一种或多种氨基酸的增重酸组合物。

在某些实施例中，基液可包含水。在某些实施例中，基液可以介于增重酸组合物的0.01重量％到99重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，基液可以介于增重酸组合物的50重量％到99重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。在某些实施例中，基液可以介于增重酸组合物的90重量％到95重量％范围内的量存在于增重酸组合物中。

在某些实施例中，一种或多种盐可包含单一的盐或盐的组合。在某些实施例中，一种或多种盐可为上文所论述的任何盐或其任何组合。

在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的盐的浓度可为至多8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的盐的浓度可为介于2mol/L到8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的盐的浓度可为介于4mol/L到8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的盐的浓度可为介于6mol/L到8mol/L范围内的量。

在某些实施例中，一种或多种酸可包含单一的酸或酸的组合。在某些实施例中，一种或多种酸可包含上文所论述的任何有机酸、无机酸和/或酸前体。

在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的一种或多种酸的浓度可为介于0.2mol/L到8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的一种或多种酸的浓度可为介于0.4mol/L到6mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的一种或多种酸的浓度可为介于1mol/L到5mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的一种或多种酸的浓度可为介于2mol/L到4mol/L范围内的量。

在某些实施例中，一种或多种氨基酸可包含单一的氨基酸或氨基酸的组合。在某些实施例中，一种或多种氨基酸可包含上文所论述的任何氨基酸。

在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的氨基酸的浓度可为介于0.05mol/L到16mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的氨基酸的浓度可为介于1mol/L到12mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的氨基酸的浓度可为介于2mol/L到8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的氨基酸的浓度可为介于4mol/L到6mol/L范围内的量。

在某些实施例中，增重酸组合物中氨基酸与酸的摩尔比可为介于0:1到2:1范围内的比率。在某些实施例中，增重酸组合物中氨基酸与酸组分的摩尔比可为介于0.25:1到2:1范围内的比率。在其它实施例中，增重酸组合物中氨基酸与酸组分的摩尔比可为介于0.5:1到1:1范围内的比率。

在某些实施例中，增重酸组合物可进一步包含一种或多种螯合剂。在某些实施例中，一种或多种螯合剂可包含上文所论述的任何螯合剂。

在某些实施例中，增重酸组合物中的螯合剂的浓度可为介于0.05mol/L到16mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的螯合剂的浓度可为介于1mol/L到12mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的螯合剂的浓度可为介于2mol/L到8mol/L范围内的量。在某些实施例中，存在于增重酸组合物中的螯合剂的浓度可为介于4mol/L到6mol/L范围内的量。

在某些实施例中，增重酸组合物可进一步包含一种或多种常规添加剂。常规添加剂的实例包括腐蚀抑制剂、表面活性剂和润湿剂。

在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到4范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到1范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到0.5范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的pH可在0到0.25范围内。在其它实施例中，例如在增重酸组合物包含酸前体时，增重酸组合物的pH可在4到6范围内。

在某些实施例中，增重酸组合物的密度可高于9磅/加仑。在某些实施例中，增重酸组合物的密度可在9磅/加仑到16磅/加仑范围内。在某些实施例中，增重酸组合物的密度可在13磅/加仑到15磅/加仑范围内。

在某些实施例中，本发明提供一种方法，其包含：提供增重酸组合物并且将增重酸组合物放入地下岩层中。

在某些实施例中，增重酸组合物可包含上文所论述的任何增重酸组合物。在某些实施例中，地下岩层可包含井筒穿透的任何地下岩层。在某些实施例中，井筒可包含任何常规井筒。常规井筒的实例包括陆上和海上井筒。在某些实施例中，井筒可为深水井筒。

在某些实施例中，增重酸组合物可通过任何常规方式被放入地下。在某些实施例中，增重酸组合物可作为高压流体被引入井筒中。

在某些实施例中，所述方法可进一步包含使增重酸组合物酸化一部分地下岩层。在某些实施例中，所述方法可进一步包含使增重酸组合物接触存在于地下岩层中的滤饼。在某些实施例中，所述方法可进一步包含使增重酸组合物去除滤饼。在某些实施例中，所述方法可进一步包含使酸前体产生酸。在某些实施例中，所述方法可进一步包含使增重酸组合物产生质子化的氨基酸。

为便于更好地理解本发明，提供一些实施例的某些方面的以下实例。以下实例决不应被理解为限制或限定本发明的范围。

实例

实例1-甲酸和甘氨酸

测量三种不同溶液中的13Cr金属试片的腐蚀速率。溶液1包含在ZnBr2/CaBr2的17.5磅/加仑盐水中的甲酸的15重量％溶液而无甘氨酸。溶液2包含在ZnBr2/CaBr2的17.5磅/加仑盐水中的甲酸的15重量％溶液，其中甲酸与甘氨酸的摩尔比为1:0.5。溶液3包含在ZnBr2/CaBr2的17.5磅/加仑盐水中的甲酸的15重量％溶液，其中甲酸与甘氨酸的摩尔比为1:1。

将13Cr金属试片添加到这些溶液中的每一个中。将溶液加热到266℉，并且在24小时的时间段期间测量试片的腐蚀速率。图1说明这些试片中的每一个的腐蚀速率。如图1中可见，溶液2和3中的试片的腐蚀速率比溶液1中的试片的腐蚀速率要小得多。因此，已经表明，将甘氨酸减少添加到包含甲酸的盐水中导致腐蚀速率降低。

实例2-甲磺酸和甘氨酸

测量六种不同溶液中的13Cr金属试片的腐蚀速率。溶液1包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液而无甘氨酸。溶液2包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液，其中甲磺酸与甘氨酸的摩尔比为1:0.8。溶液3包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液，其中甲磺酸与甘氨酸的摩尔比为1:1。溶液4包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液，其中甲磺酸与甘氨酸的摩尔比为1:1.2。溶液5包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液，其中甲磺酸与甘氨酸的摩尔比为1:1.5。溶液6包含在ZnBr2/CaBr2的13磅/加仑盐水中的甲磺酸的18重量％溶液，其中甲磺酸与甘氨酸的摩尔比为1:2。

将13Cr金属试片添加到这些溶液中的每一个中。将溶液加热到266℉并且测量试片的腐蚀速率。图2说明这些试片中的每一个的腐蚀速率。如图2中可见，溶液2、3、4、5和6中的试片的腐蚀速率比溶液1中的试片的腐蚀速率要小得多。因此，已经表明，将甘氨酸减少添加到包含甲磺酸的盐水中导致腐蚀速率降低。

实例3-甲酸与甘氨酸增重酸处理

评估增重酸处理流体对水基钻井液滤饼的效果。最初在5psi下测量7％的KCl流过100md Berea盘的速率。在265℉下经16小时在300psid下，用碳酸钙增重的15.0lb/gal水基钻井液沉积滤饼以损害盘。将增重酸处理流体放在滤饼上并且关井浸泡。增重酸处理流体包含15重量％甲酸，其中甘氨酸与甲酸的摩尔比为1:1。使用ZnBr2/CaBr2盐水将溶液增重到14.4lb/gal的密度。7天后，再次测量7％的KCl可流过盘的速率。作为初始流的百分比的恢复流为90％。滤饼被完全去除，并且盘不含任何固体或沉淀物。

实例4-增重甲酸处理

评估增重甲酸处理流体对水基钻井液滤饼的效果。最初在5psi下测量DI水流过3μm铝砂(aloxite)盘的速率。在265℉下经16小时在300psid下，用碳酸钙增重的15.0lb/gal水基钻井液沉积滤饼以损害盘。将增重甲酸处理流体放在滤饼上并且关井浸泡。增重甲酸处理流体包含10重量％甲酸，使用ZnBr2/CaBr2盐水增重到15.2lb/gal的密度。7天后，再次测量DI水可流过盘的速率。作为初始流的百分比的恢复流为7％。滤饼被完全去除，然而在盘的表面上观测到暗色沉淀物。

实例5-增重甲酸与甘氨酸处理

评估增重甲酸与甘氨酸处理流体对水基钻井液滤饼的效果。最初在5psi下测量DI水流过3μm铝砂盘的速率。在265℉下经16小时在300psid下，用碳酸钙增重的15.0lb/gal水基钻井液沉积滤饼以损害盘。将增重甲酸处理流体放在滤饼上并且关井浸泡。增重甲酸处理流体包含10重量％甲酸，其中甘氨酸与甲酸的摩尔比为1:1，使用ZnBr2/CaBr2盐水增重到14.8lb/gal的密度。7天后，再次测量DI水可流过盘的速率。作为初始流的百分比的恢复流为45％。滤饼被完全去除，并且盘不含任何固体或沉淀物。

虽然参看实施方案和开发形式描述所述实施例，但是应理解，这些实施例是说明性的，并且本发明的主题的范围不限于此。许多变化形式、修改、添加和改进是可能的。

针对本文中描述为单个例子的组成部分、操作或结构可以提供多个例子。总的来说，在示例性配置中呈现为独立组成部分的结构和功能性可以实施为组合结构或组成部分。类似地，呈现为单个组成部分的结构和功能性可实施为独立组成部分。这些和其它变化形式、修改、添加和改进可以落入本发明主题的范围内。

Claims (10)

1.一种方法，包含：提供包含酸、盐水和氨基酸的增重酸组合物，并且将所述增重酸组合物放入地下岩层中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸包含有机酸、无机酸或酸前体。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酸包含甲酸或甲磺酸。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述增重酸组合物中的所述酸的浓度为0.2mol/L到8mol/L范围内的量。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述盐水包含氯化钙、氯化锌、溴化锌、溴化钙、氯化钠和/或溴化钠。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述增重酸组合物中的所述盐的浓度为2mol/L到8mol/L范围内的量。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述氨基酸包含甘氨酸。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述增重酸组合物中的所述氨基酸的浓度为0.05mol/L到16mol/L范围内的量。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中所述增重酸组合物的氨基酸与酸的摩尔比在0.25:1到2:1的范围内。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，进一步包含使所述增重酸组合物产生质子化的氨基酸。