СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ГУАРОВОЙ СМОЛЫ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ НЕОШЕЛУШЕННЫЙ ГУАР, И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГУАРОВОЙ СМОЛЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА
METHOD OF PRODUCING GUAR GUM CONTAINING UNHULLED GUAR, AND METHODS OF USING GUAR GUM DURING UNDERGROUND LAYER PROCESSING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к способам получения гуаровой смолы и способам использования гуаровой смолы при обработке подземного пласта.
Уровень техники настоящего изобретения
Гуаровая смола широко используется в нефтяной и газовой промышленности в различных процессах обработки скважин для увеличения добычи нефти и газа из скважин. Основной целью, конечно, является получение нефти и газа как ценного продукта. Нефть и газ используют в производстве продуктов, таких как очищенные топлива и светлые нефтепродукты, а также используют в качестве сырья для различных типов пластмасс и химикатов.
Обычно нефть и газ обнаруживают аккумулированными и заключенными в различных подземных пластах. Данные пласты считаются подземными, независимо от того, располагаются они под землей или под водой. Например, нефтегазоносный подземный пласт может находиться на некотором расстоянии от берега под морским дном. Чтобы достичь нефтегазоносного подземного пласта, почти всегда необходимо бурить скважину на много тысяч футов в земле.
Бурение скважины для достижения одного или более нефтегазоносных подземных пластов является только одной из многих проблем доставки нефти и газа на поверхность. Другой проблемой является извлечение нефти и газа из подземного пласта. Например, нефть и газ могут быть уловлены в очень маленькие поры в породе подземного пласта, и связи между порами могут быть столь незначительными или плохо взаимосвязанными, что нефти и газу трудно протекать через породу в скважину. Иногда пласт повреждается водой, введенной в пласт всего лишь бурением скважины в пласте, или водой, присутствующей в буровом растворе, используемом для бурения ствола скважины. Иногда пласт повреждается за счет перемещения определенных типов углеводородов, таких как воски. Иногда пласт повреждается за счет движения маленьких частиц, называемых «мелочь», которые забивают связи между порами в породе. Таким образом, проницаемость подземного пласта для жидкого течения нефти и газа часто является очень низкой. Это представляет другую проблему увеличения потока нефти и газа через породу подземного пласта и в скважину. В нефтяной и газовой промышленности обработки, проводимые для восстановления или усиления производительности пласта, называют «возбуждением».
Среди различных методов возбуждения одним из наиболее общих и широко распространенных является гидравлический разрыв. В общем, гидравлический разрыв включает впрыскивание жидкости для гидроразрыва через ствол скважины и в нефтегазоносный подземный пласт при достаточно высокой скорости потока жидкости и достаточно высоком давлении для инициации и расширения одной или более трещин в пласте. Чтобы провести гидравлическое давление через ствол скважины, жидкость для гидроразрыва должна быть по существу несжимаемой. Кроме того, из-за огромного количества требующейся жидкости для гидроразрыва жидкость для гидроразрыва предпочтительно основывается на легкодоступной и обильной жидкости. Таким образом, типичная жидкость для гидроразрыва основывается на воде.
Жидкость для гидроразрыва впрыскивают через ствол скважины при такой высокой скорости потока и таком высоком давлении, что порода подземного пласта, который подвергается гидравлической обработке, трескается на части или ломается под напряжением. Когда пласт трескается, давление ослабляют, поскольку жидкость для гидроразрыва начинает двигаться быстро через трещину и за ее пределы в пласт. Теоретической целью образования такой трещины в породе пласта является создание большой площади поверхности граней трещины. Большая площадь поверхности позволяет нефти и газу течь из породы подземного пласта в трещину, что обеспечивает легкий путь для втекания нефти и газа в скважину.
Однако, как только высокое давление внезапно ослабляется путем утекания жидкости для гидроразрыва через образованную трещину и дальше в подземный пласт, трещина имеет тенденцию сжиматься, запертая естественным давлением на породу внутри глубокого подземного пласта. Для поддержания трещины открытой некоторые виды материалов должны помещаться в трещину, чтобы удерживать от смыкания поверхности трещины.
Желательный материал для целей расклинивания трещины должен удовлетворять нескольким критериям. Например, данный материал должен иметь достаточную прочность, чтобы не полностью разрушаться природными силами, стремящимися вынудить трещину закрыться. Данный материал должен быть способен превращаться в текучий, с тем, чтобы он мог течь или немедленно следовать за жидкостью для гидроразрыва. Кроме того, данный материал также должен сам по себе не блокировать или склеивать трещину. Таким образом, типичным материалом, используемым для целей расклинивания отверстия трещины, является песок. Песок, в совокупности, имеет достаточно высокую механическую прочность для расклинивания отверстия трещины в подземном пласте на типичных глубинах и при естественных подземных давлениях; он может вести себя как жидкость в том, что он может литься и течь; и его частицы, даже будучи плотно компактными, имеют между собой каркас свободного объема пор, что может обеспечить высокую пористость для течения жидкости.
Несмотря на то, что песок является наиболее часто используемым материалом для цели расклинивания отверстия трещины, можно использовать много других материалов с подходящим диапазоном размеров и механической прочностью. В нефтяной и газовой промышленности любой подходящий сыпучий материал, который используется с целью расклинивания отверстия трещины, полученной гидравлическим разрывом, называют «расклинивающим наполнителем».
Чтобы быть способным нести и поместить расклинивающий наполнитель во вновь созданную трещину, жидкость должна иметь существенную вязкость для суспендирования и несения расклинивающего наполнителя. В жидкости с низкой вязкостью, например, расклинивающий наполнитель будет иметь тенденцию просто оседать под действием силы тяжести на дно скважины, вместо вынесения с жидкостью для гидроразрыва во вновь созданную трещину. Чтобы жидкость была способна нести расклинивающий наполнитель и расклинивающий наполнитель не высаживался из жидкости, жидкости для гидроразрыва необходимо придать более высокую вязкость, чем вязкость воды. Предпочтительно, чтобы жидкость для гидроразрыва представляла собой гель, который имеет очень высокую вязкость и огромную емкость для несения расклинивающего наполнителя, суспендированного в данной жидкости.
Использование растворимой в воде смолы является одним из путей наращивания вязкости в водных системах. Такую смолу можно смешивать с водной жидкостью для использования в скважине для увеличения вязкости жидкости. Существенная концентрация смолы в водной системе может образовать линейный гель. Более того, смола может быть сшита другими соединениями, такими как бораты или различные металлы, чтобы создать высоко вязкоэластичную жидкость, которая является весьма выгодной для транспортирования расклинивающего наполнителя в процессе гидравлического разрыва.
В нефтяной и газовой промышленности смола традиционно поставляется в форме порошка. Порошок может также быть просто суспендирован в неводной жидкости, такой как дизельное топливо, поскольку смола не будет растворяться или набухать в неводной жидкости, и, будучи суспендированным в неводной жидкости, позволяет обращаться с порошком смолы как с жидкостью.
Нефтяная и газовая промышленность в настоящий момент используют миллионы фунтов смолы в год, помогая увеличивать вязкость в водных системах, включая использование в процессах возбуждения скважины, таких как гидравлический разрыв. Движущим фактором в выборе источника смолы для использования в нефтяной и газовой промышленности является стоимость.
Смола находится в определенных семенах Leguminosae, таких как семена гуарового растения, дерева цератония, дерева гледичия сладкая и огненного дерева. Среди доступных сельскохозяйственных источников смолы семя гуара является одним из наиболее экономичных.
Растение гуара является устойчивым к засухе. Растение гуара можно выращивать экономично в полузасушливых регионах мира, таких как Индия и Пакистан, где мало других типов культур являются жизнеспособными. Растение гуара вырастает примерно от трех до шести футов высотой и плодоносит множеством бобовидных стручков, каждый из которых содержит от шести до девяти небольших округлых семян гуара. Помимо зимостойкости, типичные разновидности семени гуара имеют относительно высокую концентрацию смолы в сравнении с дающими смолу семенами других Leguminosae.
Семя гуара состоит из зародыша (или эмбриона), пары частей эндосперма и шелухи. Зародыш является хрупким и относительно малым в сравнении с частями эндосперма. Зародыш расположен между парой частей эндосперма, но легко отделяется от частей эндосперма. Части эндосперма содержат наиболее водорастворимую смолу (т.е. полисахарид галактоманан) и незначительные количества белкового материала, неорганических солей, нерастворимой в воде смолы и клеточных мембран. Части эндосперма являются жесткими и нехрупкими. Части эндосперма заключены в шелуху, которая также часто называется стручком. Шелуха является очень жесткой и очень плотно связанной с частями эндосперма. Типичные разновидности семени гуара имеют примерно 40%-46% по массе зародыша, примерно 38%-45% по массе частей эндосперма (содержащего смолу) и примерно 14%-20% шелухи. Если не заявлено иначе, все проценты являются массовыми, и, если контекст не требует иного, на сухой основе.
Однако переработка семени гуара в смолу является механической проблемой. В частности, трудно селективно отделить содержащие смолу части эндосперма от шелухи.
Традиционный способ выделения смолы из семени гуара включает расщепление семени, каковую стадию расщепления часто называют «переработка семян». При расщеплении семени получают зародыш и неошелушенные фрагменты гуара. Неошелушенные фрагменты гуара представляют собой части эндосперма с все еще оставшейся на них шелухой. Неошелушенные фрагменты гуара являются предельно жесткими. Как часть стадии расщепления, хрупкий, относительно небольшой зародыш легко и большей частью отделяется от относительно больших неошелушенных фрагментов гуара путем отсеивания частиц по размерам.
Затем неошелушенные фрагменты гуара перерабатывают обычно в попытке отделить части эндосперма и шелуху. Это обычно делают пропусканием неошелушенных фрагментов гуара через экструдер, имеющий удлиненный цилиндрический барабан, снабженный входным отверстием, отверстием матрицы на выходном конце барабана и вращающимся винтом внутри барабана для транспортировки и переработки неошелушенных фрагментов гуара. Данную стадию иногда называют «шелушением» или «лущением» неошелушенных фрагментов гуара. Данная стадия производит продукт, называемый «неошелушенные фрагменты гуара» и «шелуха». Как часть стадии шелушения, неошелушенные фрагменты гуара и шелуху разделяют путем отсеивания частиц по размерам.
«Неошелушенные фрагменты гуара», полученные от обычного шелушения неошелушенных фрагментов гуара, являются относительно большими, по большей части в форме и виде частей эндосперма, но все еще имеющие присоединенные к ним кусочки шелухи. Таким образом, «неошелушенные фрагменты гуара» являются действительно не полностью ошелушенными. Типично неошелушенные фрагменты гуара включают примерно 90% частей эндосперма (м/м сухой основы), где шелуха в основном не полностью удалена. Типично неошелушенные фрагменты гуара все еще содержат примерно 10% материала шелухи.
«Шелуха», полученная в качестве побочного продукта от традиционного шелушения неошелушенных фрагментов гуара, представляет собой относительно малые кусочки и части материала шелухи различных размеров и форм. Однако на стадии шелушения некоторую часть материала эндосперма также удаляют с шелухой, и куски материала эндосперма выбиваются из частей эндосперма. Таким образом, «шелуха» представляет собой не только материал шелухи, но также включает кусочки и куски частей эндосперма. Типично «шелуха» включает примерно 25-40% эндосперма (содержащего ценную смолу), обычно в форме выбитых кусков из частей эндосперма.
Например, начиная с заданного количества типичного семени гуара, в стадии расщепления примерно 30% по массе удаляется в качестве зародыша. Затем в стадии шелушения вплоть до дополнительных 37% по массе от исходного количества семени гуара удаляется в виде «шелухи». Шелуха от семени гуара, однако, включает существенные количества эндосперма. Типично шелуха включает в диапазоне примерно от 25% до 40% по массе смолы и наиболее типично примерно 30-35% по массе смолы. Таким образом, стадия шелушения удаляет примерно от 10% до 30% (типично 25%) по массе смолы в исходном количестве типичного семени гуара. Тем не менее из-за трудности разделения и относительно низкой общей концентрации материала эндосперма (т.е. смолы), содержащейся в удаленной шелухе (т.е. примерно менее 30%), шелуха, полученная традиционной переработкой семени гуара, имеет низкую экономическую стоимость, и обычно считается побочным продуктом отходов, типично продаваясь для питания животных.
Неошелушенные фрагменты гуара затем вальцуют и размалывают в порошок. Неошелушенные фрагменты обычно замачивают в воде от 30 минут до нескольких часов при концентрациях в диапазоне от 80% до 120% по массе фрагментов относительно количества воды, предпочтительно от 100% до 110%. Затем осуществляют вальцевание, пропуская влажные неошелушенные фрагменты гуара между двумя вращающимися во встречном направлении валками, причем один валок двигается существенно быстрее, чем другой, таким образом создавая высокие уровни сдвига, заставляющие влажные фрагменты распадаться на влажные волокна или хлопья. Обычно данный процесс придает столь значительную механическую энергию, что часть влаги испаряется, и волокна/хлопья нагреваются на несколько градусов. Данные хлопья затем проходят через измельчение горячим воздухом или бильную мельницу для превращения хлопьев в порошок. Горячий воздух используют для транспортировки хлопьев в мельницу, также как и для «быстрой сушки с охлаждением» частиц в процессе измельчения. Температура, влажность и соотношение в смеси воздуха и хлопьев являются такими, чтобы испарительное охлаждение в процессе измельчения компенсировало тепло, генерированное от измельчения, с тем, чтобы не допустить превышение некоторой заданной максимальной температуры для хлопьев и последующего размолотого порошка. Средний размер частиц данного порошка находится в диапазоне примерно от 10 микрон до 100 микрон. Данный порошок имеет типично менее 10% воды по массе и имеет очень высокую стабильность и длительный срок хранения. Как отмечалось ранее, порошок гуаровой смолы иногда суспендируют в неводной жидкости, такой как дизельное топливо или экологически приемлемые углеводороды, для хранения и удобства обращения.
При желании использования данный порошок диспергируют в воде и ему дают возможность гидратироваться. Вязкость данного раствора частично зависит от концентрации смолы, обычно в диапазоне примерно от 0,05% до 5% по массе воды, где диапазон от 0,1% до 0,5% по массе воды является предпочтительным.
Несмотря на проблемы переработки смолы из семени гуара и отходы, гуаровая смола все еще является одним из наиболее общих средств, которыми наращивают вязкость в водных системах, особенно для жидкостей для гидроразрыва (смотри, например, патенты США №2891050 и 3455899). В общем, было бы коммерчески ценным суметь использовать больше гуаровой смолы из семян гуара, чем позволяет традиционная обработка, в том числе для применений вне нефтяной и газовой промышленности.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ получения порошка гуаровой смолы, причем данный способ включает стадии: (а) вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и (b) измельчения хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара для получения порошка гуаровой смолы.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ обработки подземного пласта, пробуренного стволом скважины, причем данный способ включает стадии: (а) образования обрабатывающей жидкости, где обрабатывающая жидкость включает (i) водную жидкость и (ii) порошок гуаровой смолы, содержащий, по меньшей мере, 70% по массе материала смолы и, по меньшей мере, 15% по массе материала шелухи; (b) введения обрабатывающей жидкости внутрь подземного пласта через ствол скважины.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения продукт способа получения порошка гуаровой смолы используется в способе обработки подземного пласта.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники при прочтении следующего ниже подробного описания. Несмотря на то, что настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты его осуществления будут описаны детально и показаны в виде примера. Следует понимать, однако, что нет намерения ограничить настоящее изобретение описанными особыми формами, но, наоборот, настоящее изобретение должно охватывать все модификации и альтернативы, попадающие в пределы сущности и объема настоящего изобретения, выраженные в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи включены и образуют часть спецификации для иллюстрации примеров предшествующего уровня техники и настоящего изобретения. Данные чертежи вместе с описаниями служат для объяснения принципов настоящего изобретения и предназначены только для иллюстрирования предшествующего уровня техники и предпочтительного и альтернативного примеров того, как настоящее изобретение может быть сделано и использовано, и не должны быть истолкованы в качестве ограничения настоящего изобретения иллюстрированными и описанными примерами. Различные преимущества и особенности настоящего изобретения будут понятны из рассмотрения чертежей.
Фиг.1 очерчивает предшествующий уровень техники для традиционной переработки семени гуара;
Фиг.2 очерчивает способ в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения для производства порошка гуаровой смолы, включающим стадии вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и измельчения хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара;
Фиг.3 очерчивает способ в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию гидратирования ошелушенных фрагментов гуара перед вальцеванием и сушкой хлопьевидных дегидратированных фрагментов гуара перед измельчением;
Фиг.4 очерчивает способ в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию гранулометрической сортировки порошка гуаровой смолы, полученного от вальцевания и измельчения неошелушенных фрагментов гуара;
Фиг.5 очерчивает способ в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию отделения, по меньшей мере, некоторой части материала шелухи от, по меньшей мере, одного из сортированных порошков гуаровой смолы, полученных от вальцевания и измельчения неошелушенных фрагментов гуара, и
Фиг.6 очерчивает способ в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения для производства порошка гуаровой смолы, включающим стадии вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и отделения, по меньшей мере, некоторых кусков шелухи или остатка от хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Фиг.1 очерчивает традиционную переработку семян гуара. Традиционная переработка включает расщепление семени гуара, где зародыш отделяют от семян гуара. Относительно малый, хрупкий зародыш легко отделяется от относительно больших неошелушенных фрагментов гуара путем отсеивания. Когда удалили зародыш, то, что осталось, представляет собой неошелушенные фрагменты гуара.
Неошелушенные фрагменты гуара пытаются ошелушить нагреванием и процессом истирания или химическими обработками. Процесс нагревательного истирания осуществляют пропусканием лишенных зародышей фрагментов через нагретый вращающийся барабан, в котором пар или прямое пламя прикладываются к внешним поверхностям барабана. По мере прохождения неошелушенных фрагментов через вращающийся барабан они нагреваются и становятся «подобны пластику», в то время как тонкий слой околоплодника (кожица шелухи) сохнет и сжимается, таким образом разрывая (или частично разрывая) его связь с смоляными семядолями. Эти горячие «частично ошелушенные фрагменты» перемещаются в ошелушивающие цилиндры, где вращаются тонкие зубчатые лезвия с тщательно контролируемыми зазорами от стенок цилиндра. По мере прохождения фрагментов через данные зазоры шелуха удаляется вместе с фрагментами семядолей, таким образом становясь побочным продуктом шелухи, который содержит от 25 до 40% смолы.
Значительное количество частей эндосперма, содержащих желаемую смолу, теряется в стадии шелушения. Когда неошелушенные фрагменты гуара проходят через стадию шелушения для удаления шелухи из фрагментов гуара, куски частей эндосперма также удаляются с шелухой. Данные куски фрагментов гуара, которые удаляются с шелухой, являются причиной значительных потерь гуаровой смолы при обработке семени гуара, часто от 25 до 35% всей смолы.
Например, исходя из исходного количества семени гуара, типично примерно 30% по массе удаляется в виде зародыша и примерно 37% по массе удаляется в виде шелухи, что включает существенное количество присоединенного эндосперма (материал смолы), чтобы получить только 29% по массе в виде ошелушенных фрагментов гуара для последующей переработки в порошок гуаровой смолы. Таким образом, в традиционном способе переработки семени гуара примерно 37% по массе выбрасывается, поскольку ранее считалось, что материал шелухи является нежелательным в обрабатывающей жидкости для использования в возбуждении скважины. Предшествующие попытки заключались в удалении как можно большего материала шелухи, чтобы получить относительно чистые ошелушенные фрагменты гуара для последующей переработки в порошок гуаровой смолы, чтобы использовать для загущения обрабатывающих жидкостей для скважин.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается способ получения порошка гуаровой смолы, причем данный способ включает стадии: (а) вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и (b) измельчения горячим воздухом хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара, чтобы получить порошок гуаровой смолы. Фиг.2 очерчивает способ в соответствии с данным аспектом настоящего изобретения для получения порошка гуаровой смолы, включающий стадии вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и измельчения хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара. Неошелушенные фрагменты гуара вальцуют и измельчают с образованием порошка гуаровой смолы, что составляет приблизительно 50-65% смолы. Предпочтительно хлопьевидные ошелушенные фрагменты гуара измельчают в мелкодисперсный порошок, имеющий средний размер частиц обычно в диапазоне от 10 до 100 микрон.
Таким образом, способ в соответствии с данным аспектом настоящего изобретения преимущественно улавливает материал смолы, который обычно теряется в процессе шелушения неошелушенных фрагментов гуара. Например, пропуская стадию шелушения, типично дополнительно от 25 до 30% смолы из семени гуара могут быть использованы для получения порошков гуаровой смолы в соответствии с данным способом настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение может сократить закупку и стоимость сырья смолы путем пропускания стадии шелушения, в связи с этим беря обратно смолу, которая была бы традиционно отбракована в побочном продукте шелухи, таким образом обеспечивая более высокий выход смолы. При желании порошок смолы, полученный с использованием способа по настоящему изобретению, может быть смешан с традиционно производимым «чистым» порошком гуаровой смолы без существенных количеств остаточного материала шелухи, чтобы получить порошки гуаровой смолы различных промежуточных сортов.
Способы по настоящему изобретению могут дополнительно включать стадию расщепления семени гуара для получения неошелушенных фрагментов гуара и зародыша. Стадия расщепления семени гуара дополнительно включает стадию разделения неошелушенных фрагментов гуара и зародыша перед стадией вальцевания.
Способ по настоящему изобретению также предпочтительно включает стадию промывки неошелушенных фрагментов гуара. Цель промывки заключается в удалении, по меньшей мере, некоторого тонко измельченного материала из неошелушенных фрагментов гуара. Эти частицы пыли малого размера препятствуют захвату более крупных фрагментированных кусков вальцующими валками и приданию высокого сдвига, которое требуется для изменения функциональной вязкости при гидратировании. Стадия промывки проводится моющим раствором, который может быть любой подходящей моющей жидкостью. Предпочтительно, чтобы моющая жидкость была водным раствором. Как принято здесь, водный означает воду или раствор, содержащий больше чем незначительное количество воды.
Мелкодисперсные частицы имеют тенденцию плавать или суспендироваться в водном растворе и могут быть вымыты из неошелушенных фрагментов гуара путем декантации избытка промывающего раствора. Мелкодисперсные частицы, суспендированные в промывающем растворе, также могут быть удалены отсеиванием промывающего раствора от частиц большего размера, например, использованием сита с размером ячейки меньше чем 25/+30. К тому же перемешивание в процессе стадии промывки может быть полезным для удаления, по меньшей мере, некоторых мелкодисперсных частиц из неошелушенных фрагментов гуара.
Считается, за счет вымывания тонкоизмельченного материала из неошелушенных фрагментов гуара, неошелушенные фрагменты гуара перерабатываются более эффективно. Не ограничиваясь теорией, считают, что за счет удаления мелкодисперсных частиц из неошелушенных фрагментов гуара, неошелушенные фрагменты гуара имеют большую энергию трения с вальцующими валками в процессе стадии вальцевания, где энергия трения используется для разрыва размоченных и мягких неошелушенных фрагментов гуара в лоскуты волокнистого мокрого материала, при очень высоких скоростях сдвига. Если мелкодисперсные частицы не удаляются из неошелушенных фрагментов гуара, считается, что мелкодисперсные частицы уменьшают энергию трения между кусками и вальцующими валками, служа в качестве смазок. По аналогии считается, что мелкодисперсные частицы действуют подобно микрошарикам, переносясь между поверхностями вальцующих валков и неошелушенных фрагментов гуара.
Материалы семени гуара могут быть гидратированы в любой момент в процессе перед вальцеванием, чтобы обеспечить желаемое содержание влаги. Например, один такой способ включает наливание воды на неошелушенные фрагменты гуара или добавление неошелушенных фрагментов гуара непосредственно в воду и затем непрерывное перемешивание фрагментов гуара. Другой способ включает распыление и перемешивание неошелушенных фрагментов гуара с тонким туманом, используя распылитель с регулируемым давлением воздуха.
В соответствии с наиболее предпочтительным сейчас вариантом осуществления настоящего изобретения данный способ включает стадию: перед вальцеванием неошелушенных фрагментов гуара гидратирование неошелушенных фрагментов гуара. Стадия гидратирования неошелушенных фрагментов гуара предпочтительно дополнительно включает гидратирование до содержания влаги (влажная основа) примерно от 35% до 55% по массе. Стадия гидратирования неошелушенных фрагментов гуара предпочтительно проводится при температуре примерно от 20°С до 80°С в течение периода времени в диапазоне примерно от 0,5 часа до 2 часов. Стадия гидратирования неошелушенных фрагментов гуара предпочтительно дополнительно включает перемешивание неошелушенных фрагментов гуара в процессе стадии гидратирования.
Стадия гидратирования включает стадию вымачивания неошелушенных фрагментов гуара. Стадию вымачивания проводят в водном вымачивающем растворе после промывки неошелушенных фрагментов гуара. Как принято здесь, водный означает воду или раствор, содержащий больше чем незначительное количество воды. Считается, что вымачивание в присутствии воды гидратирует или увеличивает содержание влаги в неошелушенных фрагментах гуара, что, как полагают, облегчает их вальцевание в следующей стадии. Предпочтительно, чтобы стадия вымачивания включала вымачивание неошелушенных фрагментов гуара в условиях, достаточных для гидратирования частей гуара до содержания влаги (влажная основа) примерно от 35 до 55% по массе.
Предпочтительно, чтобы вымачивающий раствор приближался к каустику. Например, в наиболее предпочтительном варианте осуществления вымачивающий раствор включает гидроксид натрия, хлористый водород и соли.
Стадия вымачивания может быть облегчена механическим перемешиванием неошелушенных фрагментов гуара в вымачивающем растворе, чтобы помочь смешению неошелушенных фрагментов гуара и вымачивающего раствора. Механическое перемешивание, например, может происходить в течение периода от 30 минут до нескольких часов. Механическое перемешивание может выполняться любыми средствами, такими как мешалка с ленточной винтовой лопастью.
Если неошелушенные фрагменты гуара гидратируют перед вальцеванием, данный способ предпочтительно дополнительно включает стадию: перед стадией измельчения стадию сушки хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара. Предпочтительно стадия сушки включает сушку хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара до содержания влаги менее чем 20% по массе. Стадию сушки предпочтительно проводят в сушилке в течение примерно от 10 до 15 минут, примерно при 80°С-125°С. Фиг.3 очерчивает способ в соответствии с этим дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию гидратирования ошелушенных фрагментов гуара перед вальцеванием и сушкой хлопьевидных дегидратированных фрагментов гуара перед измельчением.
Неошелушенные фрагменты гуара могут быть превращены в мелкодисперсный порошок обычно стадиями, очерченными на Фиг.3 и 6, включая стадии вальцевания и измельчения, которые применяют, чтобы получить сухой стабильный порошок, который может быть использован в подземных пластах.
В соответствии с наиболее предпочтительным в настоящий момент вариантом осуществления настоящего изобретения стадия вальцевания дополнительно включает вальцевание с высоким сдвигом. Данный тип стадии вальцевания обычно осуществляют прохождением неошелушенных фрагментов гуара через высокоскоростные сплющивающие валки, где энергия трения используется для разрыва неошелушенных фрагментов гуара в лоскуты или нити влажного материала, при объемной средней скорости сдвига, превышающей 5000 1/сек.
Согласно наиболее предпочтительному в настоящий момент варианту осуществления настоящего изобретения стадия измельчения включает измельчение горячим воздухом. Данный тип стадии измельчения обычно осуществляется использованием бильной мельницы с горячим воздухом или штифтовой дробилки. Измельчаются предпочтительно хлопьевидные неошелушенные фрагменты гуара в мелкодисперсный порошок, предпочтительно имеющий средний размер частиц в диапазоне примерно от 10 до 100 микрон. Порошок смолы является относительно сухим и стабильным для длительного срока хранения.
В операции измельчения горячим воздухом предпочтительно не иметь полностью высушенные хлопьевидные неошелушенные фрагменты гуара перед измельчением, поскольку считается, что воздействие некоторого количества влаги на хлопьевидные неошелушенные фрагменты гуара помогает сохранить хлопьевидный материал холодным, для того чтобы по мере измельчения контролировать максимальную температуру вещества гуара. В операции измельчения горячим воздухом содержание влаги из предшествующего вымачивания помогает контролировать максимальную температуру гуаровой смолы, что уменьшает риск разрушения гуаровой смолы под действием тепла. Это достигается испарительным охлаждением частиц, поскольку избыток влаги «мгновенно превращается» в пар в процессе измельчения. Стадия измельчения превращает хлопьевидные неошелушенные фрагменты гуара в мелкодисперсный порошок обычно со средним размером частиц в диапазоне от 10 до 100 микрон. Неошелушенные фрагменты гуара измельчают в горячем воздухе с образованием порошка гуара, который является сухим и стабильным для длительного срока хранения. При желании после измельчения порошок гуара может быть дополнительно высушен, чтобы способствовать увеличению срока хранения данного продукта.
Для дальнейшей обработки порошка гуаровой смолы могут быть необязательно использованы дополнительные стадии, такие как стадия гранулометрической сортировки, также известная как воздушная сортировка или операция отсеивания. Гранулометрическая сортировка может быть проведена любым инструментом для сортировки частиц по размерам. Стадия гранулометрической сортировки используется, по меньшей мере, для частичного отделения частиц целлюлозы от частиц смолы, используя удельную массу и/или размер и/или форму в качестве первичных параметров разделения. Альтернативно частицы целлюлозы не отделяют от частиц смолы.
Способы по настоящему изобретению предпочтительно дополнительно включают стадию гранулометрической сортировки порошка гуаровой смолы для получения сортированных порошков гуаровой смолы. Фиг.4 очерчивает способ в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию гранулометрической сортировки порошка гуаровой смолы, полученного от вальцевания и измельчения неошелушенных фрагментов гуара.
Дополнительно, когда стадия гранулометрической сортировки включена в способ по настоящему изобретению, способы предпочтительно дополнительно включают стадию отделения, по меньшей мере, некоторого материала шелухи от, по меньшей мере, одного из сортированных порошков гуаровой смолы. Фиг.5 очерчивает способ в соответствии с дальнейшим вариантом осуществления настоящего изобретения, который включает стадию отделения, по меньшей мере, некоторого количества материала шелухи, по меньшей мере, от одного из сортированных порошков гуаровой смолы, полученных после вальцевания и измельчения неошелушенных фрагментов гуара.
При желании порошок смолы, полученный в способах по настоящему изобретению, может быть суспендирован в неводном растворе, таком как дизельное топливо или «экологически приемлемый углеводород», чтобы поставлять порошок гуаровой смолы в качестве наиболее легко обращаемой жидкости.
Для дальнейшей переработки хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара могут быть использованы дополнительные стадии, такие как «воздушная сортировка» и/или стадия гранулометрической сортировки (также известная как стадия операции отсеивания) для отделения, по меньшей мере, некоторых кусков целлюлозы (шелухи) или частиц от частиц смолы. Альтернативно частицы целлюлозы не отделяют от частиц смолы перед измельчением.
Таким образом, в соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения, после стадии вальцевания и перед стадией измельчения горячим воздухом, данные способы могут включать стадию отделения, по меньшей мере, некоторого материала шелухи от хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара. Фиг.6 очерчивает способ в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения для получения порошка гуаровой смолы, включающий стадии вальцевания неошелушенных фрагментов гуара и отделения, по меньшей мере, некоторых кусков шелухи или остатка от хлопьевидных неошелушенных фрагментов гуара.
Следует также понимать, конечно, что в данном аспекте настоящего изобретения, как в целом проиллюстрировано на Фиг.6, данный способ может дополнительно включать стадию гранулометрической сортировки порошка гуаровой смолы для получения сортированных порошков гуаровой смолы. Дополнительно в соответствии с данным аспектом настоящего изобретения данный способ может дополнительно включать стадию отделения, по меньшей мере, некоторого количества материала шелухи от, по меньшей мере, одного из сортированных порошков гуаровой смолы.
Хлопьевидные неошелушенные фрагменты гуара для использования в способах обработки в соответствии с настоящим изобретением будут типично и предпочтительно включать, по меньшей мере, 30% по массе шелухи.
Способы по настоящему изобретению необязательно могут включать стадию сельскохозяйственного производства семян гуара. В одном предпочтительном варианте осуществления данный способ включает стадию производства семян гуара из семян гуара Matador. Matador представляет собой специфическую разновидность растения, защищенного законом США об охране сорта растений номер 200400235, опубликованным 23 марта 2005 г. Техасским техническим университетом и энергетическими службами Халлибартона, Inc. Растение сорта Matador обеспечивает более высокий выход гуаровой смолы в сравнении с семенами гуара, производимыми типичными сортами растений гуара.
Данные способы могут необязательно включать расщепление семян гуара, как только семена гуара получены. Обычно стадию расщепления выполняют для существенного отделения неошелушенных фрагментов гуара от зародыша семян гуара, как предварительно объяснялось.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения данное изобретение включает продукт по любому из способов в соответствии с настоящим изобретением.
Способ по настоящему изобретению может включать дальнейшую стадию получения жидкости для обработки скважин, в которой жидкость для обработки скважин включает водную жидкость и порошкообразную гуаровую смолу. Водной жидкостью, например, может быть пресная вода, природные рассолы и/или искусственные рассолы. Искусственные рассолы, например, могут быть выбраны из группы, состоящей из растворов хлорида калия и растворов хлорида натрия. В зависимости от использования жидкость для обработки скважин может включать разнообразие материалов. Например, жидкость для обработки скважин может включать расклинивающий наполнитель, сшивающий агент, разжижитель геля и т.д. Жидкость для обработки скважин может также включать гелевый антикоагулятор, замедлитель и т.д.
Данный способ может включать дальнейшую стадию введения жидкости для обработки скважин внутрь подземного пласта через ствол скважины. В применении для гидроразрыва жидкость для обработки скважин может вводиться при давлении, достаточном для создания, по меньшей мере, одной трещины в пласте. Данный способ дополнительно может включать стадию добычи углеводорода из ствола скважины.
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается способ обработки подземного пласта, пробуренного стволом скважины. Данный способ обработки подземного пласта включает стадии: (а) образования обрабатывающей жидкости, в которой обрабатывающая жидкость включает (i) водную жидкость и (ii) порошок гуаровой смолы, включающий, по меньшей мере, 70% по массе материала смолы и, по меньшей мере, 15% по массе материала шелухи, и (b) введения обрабатывающей жидкости в подземный пласт через ствол скважины.
Вода в водной жидкости служит для гидратирования порошка гуаровой смолы. Водной жидкостью, например, может быть пресная вода, природные рассолы и/или искусственные рассолы. Искусственные рассолы, например, могут быть выбраны из группы, состоящей из растворов хлорида калия и растворов хлорида натрия.
В обрабатывающей жидкости порошок гуаровой смолы предпочтительно содержится в диапазоне примерно от 0,05% до 3% по массе обрабатывающей жидкости.
В зависимости от использования обрабатывающая жидкость может также включать разнообразие материалов. Например, обрабатывающая жидкость может включать расклинивающий наполнитель, отвердитель, разжижитель геля и т.д. Обрабатывающая жидкость может также включать гелевый антикоагулятор, замедлитель и т.д.
В соответствии со способом обработки подземного пласта стадия введения обрабатывающей жидкости дополнительно включает введение обрабатывающей жидкости при давлении, достаточном для создания, по меньшей мере, одной трещины в пласте.
Дополнительно в соответствии со способом обработки подземного пласта данный способ предпочтительно дополнительно включает получение углеводорода из ствола скважины.
Таким образом, данный способ обеспечивает совместное использование как смолы, так и тонко измельченной целлюлозы, такой, чтобы данный материал мог быть использован при обработке подземного пласта в нефтяных и газовых скважинах. Не ограничиваясь какими-либо теоретическими объяснениями, считают, что наличие тонко измельченных частиц шелухи в порошке гуаровой смолы, таком как порошок гуаровой смолы, полученный способом по настоящему изобретению, помогает блокировать поток жидкости и, таким образом, помогает контролировать потерю жидкости. Следовательно, использование материала шелухи гуара в порошке гуаровой смолы, который в прошлом считался недостатком обрабатывающих жидкостей, может действительно успешно воздействовать на подземный пласт в определенных применениях, работая на уменьшение потери жидкости.
Возможные применения, которые могут приносить пользу от способов по настоящему изобретению для получения порошка гуаровой смолы, содержащего в себе материал шелухи, включают не только применения по обработке подземных пластов, но также широкий диапазон промышленных применений. Такие промышленности включают, не ограничиваясь ими, пищевую, текстильную, взрывчатые вещества и процедуры возбуждения скважины в нефтяной и газовой промышленности, косметическую, пищевую/фармацевтическую, бумажную, взрывчатые вещества, очистку сточных вод, разработку нефти и краски.
Дополнительные необязательные и желательные стадии, которые можно включить в данный способ получения желаемых продуктов гуаровой смолы и других побочных продуктов способов по настоящему изобретению, могут иметь повышенную коммерческую цену.
В данной области техники может быть высоко оценено, что можно осуществить ряд вариаций в стадиях промывки, гидратирования, вальцевания, сушки, измельчения и сортировки в соответствии со способом, описанным выше, без существенного отступления от объема и сущности настоящего изобретения. Таким образом, способ по настоящему изобретению может включать дополнительные стадии, которые не проиллюстрированы на Фиг.2, 3, 4, 5 и 6. Такие вариации будут очевидны специалистам в данной области техники и должны быть включены в объем настоящего изобретения. Например, специалистам в данной области техники следует понимать, что данный способ также может включать стадию гидратирования любого целого семени или его части, включая фрагменты гуара, шелуху или неошелушенные фрагменты гуара в любой момент данного способа для обеспечения желаемого содержания влаги.
После тщательного рассмотрения конкретных и иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных здесь, специалист в данной области техники оценит, что определенные модификации, замены и другие изменения могут быть сделаны без существенного отклонения от принципов настоящего изобретения. Подробное описание является иллюстративным, объем и сущность настоящего изобретения ограничивается только приложенной формулой изобретения.