КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ  ОРТОЭФИРОВ И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ РАБОТ
COMPOSITIONS ON BASIS OF ORTHOETHERS AND METHODS OF USAGE AT IMPLEMENTATION OF UNDERGROUND WORKS

Настоящее изобретение относится к способам и композициям для обработки подземных пластов, а, говоря более конкретно, - к улучшенным способам и композициям, приводящим к образованию кислот, предназначенных для использования в скважине, например для того, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное разложение растворимых в кислоте частей глинистой корки, образующей отложения в подземных пластах.
Глинистая корка, например, остаток, образующий отложения на проницаемых средах во время введения рабочей жидкости в контакт с данными средами под давлением, образуется при проведении различных операций в ходе подземных работ, таких как бурение, проведение гидравлического разрыва и заполнение гравием. Глинистая корка зачастую является желательной, по меньшей мере, временно, поскольку она может предотвратить перетекание рабочей жидкости из желательного местоположения в окружающий подземный пласт. Кроме того, наличие глинистой корки может увеличивать прочность и стойкость поверхностей пласта, на которых образуется глинистая корка.
Глинистая корка может образовываться во многих подземных технологических процессах. Например, глинистую корку может образовывать рабочая жидкость в необсаженной скважине. Такая глинистая корка в общем случае содержит растворимую в кислоте часть и полимерную часть. Глинистая корка также может образовываться во время проведения операции гидравлического разрыва. Когда гидравлический разрыв будет произведен, часть рабочей жидкости, содержащейся в вязкой жидкости для гидравлического разрыва пласта, может образовывать глинистую корку, содержащую, помимо прочего, загуститель и/или понизители водоотдачи, образовавшие отложения на стенках гидравлического разрыва и/или пласта.
Вне зависимости от того, по какому способу образуется глинистая корка, глинистая корка в общем случае играет роль физического барьера для движения жидкости, который может обеспечить понижение водоотдачи рабочей жидкости в продуктивную зону. Глинистая корка также образует барьер для движения жидкости из зоны; таким образом, в определенный момент перед введением скважины в эксплуатацию глинистую корку в общем случае удаляют, так чтобы из пласта можно было бы начать добычу.
Несмотря на то что глинистая корка может оказывать благоприятное воздействие, в общем случае глинистую корку из продуктивных зон необходимо удалить, как только скважина будет введена в эксплуатацию. Например, для разложения растворимой в кислоте части глинистой корки, образуемой рабочей жидкостью, обычно может быть использована общепринятая система с замедленным высвобождением кислоты. Обычный тип системы с замедленным высвобождением кислоты включает сложные эфиры, которые медленно гидролизуются с образованием кислот, которые, в конечном счете, могут разлагать растворимую в кислоте часть глинистой корки. Однако данные системы с замедленным высвобождением кислоты могут оказаться проблематичными, если они будут разлагать растворимый в кислоте компонент глинистой корки чрезмерно медленно или чрезмерно быстро. Удаление только от 1% до 2% связывающих твердых отложений в глинистой корке может в результате привести к значительному уходу рабочей жидкости в окружающий пласт. Если система с замедленным высвобождением кислоты разрабатывается не для растворения более чем 1% или 2% растворимой в кислоте части глинистой корки в течение выбранного периода времени (например, в течение периода, продолжительностью 12 часов), то тогда полное удаление может продолжаться в течение дней, если не недель. Это нежелательно. С другой стороны, если система с замедленным высвобождением кислоты разрабатывается для полного разложения растворимой в кислоте части в течение приемлемого «времени полной очистки» (например, продолжительностью от 24 до 48 часов), то тогда вероятным является возникновение неустойчивости буровой скважины и потенциальных проблем с водоотдачей в ходе размещения гравийной набивки. При регулировании таких быстродействующих систем с замедленным высвобождением кислоты, обеспечивающих получение замедленного взаимодействия между кислотой и растворимой в кислоте частью глинистой корки в течение желательного периода времени, могут рассматриваться буферы (которые являются смесями слабых кислот и их сопряженных оснований). Однако такие обычные буферные системы позволили добиться незначительного успеха при использовании совместно с данными системами с замедленным высвобождением кислоты, помимо прочего, по той причине, что сложные эфиры могут подвергаться катализируемому кислотой или основанием гидролизу при значениях рН, намного меньших или больших 7. Кроме того, обычно используемые буферы могут подвергаться неблагоприятному воздействию при действии на них в глинистой корке таких компонентов, как карбонат кальция, и в результате кислотный компонент буфера может быстро израсходоваться.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам и композициям для обработки подземных пластов, а, говоря более конкретно, к улучшенным способам и композициям, приводящим к образованию кислот, предназначенных для использования в скважине, например, для того, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное разложение растворимых в кислоте частей глинистой корки, образующей отложения в подземных пластах.
В одном варианте реализации настоящее изобретение предлагает способ разложения растворимой в кислоте части глинистой корки, включающий введение растворимой в кислоте части глинистой корки в контакте с кислотой, образованной из ортоэфира.
В другом варианте реализации настоящее изобретение предлагает способ образования кислоты в подземном пласте, включающий стадии получения композиции на основе ортоэфира, которая включает ортоэфир; подачу композиции на основе ортоэфира в пласт; и создания условий для образования в пласте кислоты из ортоэфира.
В еще одном варианте реализации настоящее изобретение предлагает способ разложения в подземном пласте растворимого в кислоте компонента, включающий стадии: получения композиции на основе ортоэфира, которая включает ортоэфир; подачу композиции на основе ортоэфира в пласт; создания условий для образования из ортоэфира генерируемой кислоты; и создания условий, по меньшей мере, для частичного разложения растворимого в кислоте компонента генерируемой кислотой.
В еще одном варианте реализации настоящее изобретение предлагает способ разложения глинистой корки в подземном пласте, включающий стадии получения частиц, покрытых или пропитанных композицией на основе ортоэфира, которая включает ортоэфир;
размещения частиц в подземном пласте таким образом, чтобы они по существу примыкали бы к глинистой корке; создания условий для образования из ортоэфира генерируемой кислоты; и создания условий, по меньшей мере, для частичного разложения растворимой в кислоте части глинистой корки генерируемой кислотой.
В еще одном варианте реализации настоящее изобретение предлагает композицию, в подземном пласте способную разложить растворимый в кислоте компонент, включающую ортоэфир, который будет образовывать кислоту, которая способна привести к разложению, по меньшей мере, части растворимого в кислоте компонента.
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут легко понятными специалистам в соответствующей области после прочтения описания предпочтительных вариантов реализации, которое следует далее.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Настоящее изобретение относится к способам и композициям для обработки подземных пластов, а, говоря более конкретно, к улучшенным способам и композициям, приводящим к образованию кислот, предназначенных для использования в скважине, например, для того чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное разложение растворимых в кислоте частей глинистой корки, образующей отложения в подземных пластах. Один из желательных признаков композиций и способов настоящего изобретения заключается в том, что они обеспечивают замедленное высвобождение кислоты. Композиции и способы настоящего изобретения являются подходящими для любой сферы применения, где будет желательным образование кислоты в скважине, которая может оказаться полезной. Еще один пример, в котором данные композиции и способы могут оказаться полезными, заключается в уменьшении вязкости загущенного состава для обработки приствольной зоны.
В определенных вариантах реализации, в которых композиции и способы настоящего изобретения используют для разложения глинистой корки, одно из многих преимуществ, предлагаемых настоящим изобретением, включает тот факт, что для того, чтобы получить возможность введения скважины в эксплуатацию, скважину не требуется останавливать на продолжительные периоды времени для достижения существенного выгодного разложения глинистой корки. При использовании композиций и способов настоящего изобретения желательного разложения глинистой корки можно добиться в течение в высшей степени желательного периода времени.
Композиции на основе ортоэфиров настоящего изобретения включают ортоэфиры. Данные ортоэфиры приводят к образованию кислот, которые будут разлагать растворимую в кислоте часть глинистой корки. Примеры подходящих ортоэфиров обладают структурой, определенной формулой: RC(OR′)(OR″)(OR″′), где R′, R″ и R″′ не являются водородом, и R′, R″ и R″′ могут являться, а могут и не являться одной и той же группой. R′, R″ или R″′ могут содержать гетероатом, который может оказывать воздействие на растворимость выбранного ортоэфира в заданной сфере применения. Подходящие гетероатомы могут включать азот или кислород. Примеры подходящих ортоэфиров и полиортоэфиров включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: ортоацетаты, такие как триметилортоацетат, триэтилортоацетат, трипропилортоацетат, триизопропилортоацетат и полиортоацетаты; ортоформиаты, такие как триметилортоформиат, триэтилортоформиат, трипропилортоформиат,  триизопропилортоформиат  и полиортоформиаты; и ортопропионаты, такие как триметилортопропионат, триэтилортопропионат, трипропилортопропионат, триизопропилортопропионат и полиортопропионаты. Подходящие ортоэфиры также могут представлять собой ортоэфиры полифункциональных спиртов, таких как глицерин и/или этиленгликоль. Специалисты в соответствующей области при использовании данного описания смогут определить подходящие ортоэфиры, которые можно использовать в желательной сфере применения. При выборе ортоэфира необходимо помнить о том, что некоторые ортоэфиры характеризуются низкими температурами вспышки. Поэтому при выборе того, какой конкретный ортоэфир необходимо будет использовать, следует руководствоваться такими соображениями, как факторы окружающей среды. Ортоэфир может составлять количество, меньшее величины в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 100% от композиции на основе ортоэфира.
Для того чтобы дать возможность ортоэфиру гидролизоваться до получения кислоты, требуется наличие источника воды. Вода должна присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 2 моль воды при расчете приблизительно на каждый 1 моль ортоэфира до избытка воды, который может помочь добиться растворимости продукта реакции, возникающего в реакции между генерируемой кислотой и растворимым в кислоте компонентом, например растворимости растворимой в кислоте части глинистой корки. Специалисты в соответствующей области при использовании данного описания смогут определить, присутствует ли в композиции на основе ортоэфира или в буровой скважине количество воды, подходящее для желательной сферы применения.
Композиции на основе ортоэфиров настоящего изобретения также могут включать ингибитор, который может замедлить образование кислоты из ортоэфира в композиции на основе ортоэфира, а также может нейтрализовать генерируемую кислоту во время периода задержки. Подходящие ингибиторы включают основания. Примеры некоторых предпочтительных ингибиторов могут включать гидроксид натрия, гидроксид калия, амины, такие как гексаметилентетраамин, карбонат натрия и их комбинации. В определенных вариантах реализации для обеспечения замедленного образования кислоты и нейтрализации генерируемой кислоты в течение желательного периода задержки предпочтительным является небольшое количество сильного основания в противоположность большому количеству относительно слабого основания.
Композиции на основе ортоэфиров настоящего изобретения могут иметь любую подходящую форму. Например, данные композиции можно использовать в форме раствора, в форме геля или в форме эмульсии. В определенных сферах применения может оказаться подходящей форма раствора, например, если будут желательными более быстрое разрушение состава для обработки приствольной зоны или более быстрое разложение глинистой корки; в других сферах применения, например, если будут желательными более медленные разрушение или разложение, можно воспользоваться формой геля или эмульсии. В случае формы раствора подходящие примеры растворителей включают пропиленгликоль, простой пропиленгликольмонометиловый эфир, простой дипропиленгликольмонометиловый эфир и простой этиленгликольмонобутиловый эфир. В некоторых вариантах реализации могут оказаться выгодными смеси растворителей и воды, например, для сохранения солюбилизации ортоэфира. В случае формы геля для композиции на основе ортоэфира гелеобразование можно обеспечить при использовании подходящих полимеров и/или поверхностно-активных веществ. В случае формы эмульсии подходящие эмульгаторы включают эмульгаторы, подобные ″WS-44″, которые коммерчески доступны от компании Halliburton Energy Services, Данкан, Оклахома.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, в которых композицию на основе ортоэфира настоящего изобретения используют для разложения глинистой корки, в сочетании с композицией на основе ортоэфира настоящего изобретения, при желании можно использовать химические компоненты, которые могут обеспечить разложение полимерной части глинистой корки. Подходящие примеры включают совместимые окислители и/или ферменты, которые способны обеспечить разложение полимерных компонентов глинистой корки. Данные окислители или ферменты могут иметь любую подходящую форму, например форму инкапсулирования или форму с наложением других пространственных ограничений, обеспечивающую создание благоприятного высвобождения окислителя или фермента.
В альтернативных вариантах реализации способов настоящего изобретения композицию на основе ортоэфира настоящего изобретения можно наносить в виде покрытия или пропитывать частицы, которые будут размещены в буровой скважине при проведении подземной обработки, такой как проведение гидравлического разрыва или заполнение гравием. Если, в конечном счете, ортоэфир будет гидролизоваться и образовывать кислоту, то тогда кислота сможет разложить растворимую в кислоте часть глинистой корки, например, по меньшей мере, ту часть, которая по существу находится по соседству с частицами с нанесенным покрытием. Генерируемая кислота также может выступать в роли разжижителя загущенного состава для обработки приствольной зоны, такого как жидкость для гидравлического разрыва или рабочая жидкость для гравийной набивки.
В данных вариантах реализации способов настоящего изобретения подходящими для использования в качестве частиц являются любые частицы, подходящие для использования в связи со сферами применения при проведении подземных работ. Например, подходящими являются все варианты, выбираемые из природного песка, кварцевого песка, частиц граната, стекла, размолотой скорлупы грецкого ореха, полимерных гранул, боксита, керамики и тому подобного. Подходящие размеры находятся в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 100 меш, в определенных предпочтительных вариантах реализации размеры могут находиться в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 70 меш.
Композиции на основе ортоэфиров настоящего изобретения можно наносить на материал частиц в виде покрытия по любому способу, известному на современном уровне техники. Например, в одном варианте реализации покрытие из композиции на основе ортоэфира можно наносить на частицы в процессе закачки. Термин «в процессе закачки» используется в настоящем документе для обозначения варианта, в котором один текущий поток непрерывно вводят в другой текущий поток таким образом, что потоки объединяются и перемешиваются при одновременном продолжении движения в виде единого потока в качестве части непрерывной обработки. Такое перемешивание также можно описать как перемешивание «в режиме реального времени». Подходящими также могут являться и периодические или частично периодические способы перемешивания. Описанные в настоящем документе частицы с нанесенным покрытием можно использовать в качестве частиц гравия в ходе проведения операций по борьбе с пескопроявлением, в качестве частиц расклинивающего наполнителя в ходе проведения операций по гидравлическому разрыву или в качестве любых других частиц, используемых при проведении операций в ходе подземных работ, которые можно расположить по существу по соседству с глинистой коркой, содержащей растворимый в кислоте компонент.
Тогда, когда композиция на основе ортоэфира при температурах окружающей среды будет представлять собой относительно твердый материал, выгодным может оказаться перемешивание композиции на основе ортоэфира с растворителем, что облегчит нанесение на частицы покрытия из композиции на основе ортоэфира. Подходящим может оказаться широкий ассортимент растворителей, известных на современном уровне техники. Некоторые такие растворители включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: ацетон, пропиленкарбонат, простой дипропиленгликольметиловый эфир, метиленхлорид, изопропиловый спирт или их комбинации.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения на частицы наносят покрытие из расчета от приблизительно 0,1% до приблизительно 20% композиции на основе ортоэфира, приходящихся на массу частиц, более предпочтительно от приблизительно 0,5% до приблизительно 10% композиции на основе ортоэфира, приходящихся на массу частиц, а наиболее предпочтительно от приблизительно 1% до приблизительно 8% композиции на основе ортоэфира, приходящихся на массу материала частиц.
В некоторых вариантах реализации покрытие из композиции на основе ортоэфира настоящего изобретения наносят на 100% частиц; в других вариантах реализации покрытие можно наносить только на часть частиц. Если покрытие из композиции на основе ортоэфира настоящего изобретения будут наносить менее чем на 100% частиц, то тогда в отношении данной части частиц, на которые наносят покрытие, может оказаться желательным использование более высокой концентрации композиции на основе ортоэфира. Специалисты в соответствующей области при использовании данного описания смогут определить количество композиции на основе ортоэфира, которое окажется необходимым для обеспечения достаточного разложения глинистой корки и для нанесения на часть частиц покрытия из композиции на основе ортоэфира в количестве, достаточном для достижения данной цели.
Если частицы с нанесенным покрытием используют в операции по борьбе с пескопроявлением, такой как заполнение гравием, то тогда гравийную набивку можно получить при использовании любой методики, известной на современном уровне техники. В одной методике частицы гравия (по меньшей мере, на часть которых частично нанесено покрытие из композиции на основе ортоэфира настоящего изобретения) суспендируют в составе для обработки приствольной зоны и закачивают в буровую скважину, в которой имеются отложения глинистой корки по существу по соседству с зоной подземного пласта, и которая оснащена фильтром с гравийной набивкой. В альтернативных вариантах реализации при желании можно и не пользоваться фильтром. Частицы гравия отделяются от суспензии по мере того, как подаваемую жидкость прокачивают в буровую скважину через фильтр, если фильтр используют. Частицы гравия не могут проходить через сетку фильтра и остаются за ней, образуя гравийную набивку. После этого кислота, образуемая композицией на основе ортоэфира на частицах, обеспечивает разложение растворимой в кислоте части расположенной по соседству глинистой корки.
Если частицы с нанесенным покрытием используют в операции по гидравлическому разрыву, набивку из расклинивающего наполнителя, образуемую в гидравлическом разрыве, по меньшей мере, из некоторых частиц с нанесенным покрытием настоящего изобретения, можно формировать при использовании любой методики, известной на современном уровне техники. В одной методике частицы расклинивающего наполнителя, включающие, по меньшей мере, некоторые частицы с нанесенным покрытием настоящего изобретения, суспендируют в жидкости для гидравлического разрыва и закачивают в подземный пласт под давлением, достаточным для создания или увеличения гидравлического разрыва в пласте. По меньшей мере, часть данных частиц после этого размещают в гидравлическом разрыве, и она образует набивку из расклинивающего наполнителя, расположенную по существу по соседству со стенками гидравлического разрыва. Жидкость для гидравлического разрыва также образует глинистую корку на поверхностях гидравлического разрыва. Как только набивка из расклинивающего наполнителя по существу будет сформирована, композиция на основе ортоэфира будет приводить к получению кислоты, которая будет приводить, по меньшей мере, к частичному разложению глинистой корки на поверхностях гидравлического разрыва.
Несмотря на то что данное изобретение было описано на примерах определенных конкретных вариантов использования композиций на основе ортоэфиров настоящего изобретения, композиции на основе ортоэфиров можно использовать и в других сферах применения, например, для разложения других растворимых в кислоте компонентов в подземном пласте, подобных самому пласту, карбонату кальция, растворимым в кислоте компонентам оборудования для заканчивания скважины, таким как пробки, или смолам (например, термоотверждающимся смолам).
Для облегчения большего понимания настоящего изобретения приводятся следующие далее примеры предпочтительных вариантов реализации. Следующие далее примеры никоим образом не должны восприниматься в качестве ограничения объема изобретения.
ПРИМЕРЫ
2
Для иллюстрирования кислоты, образованной композициями на основе ортоэфиров, и ее реакции с карбонатом кальция, получили шесть образцов. Данные шесть образцов продемонстрированы в таблице 1, и их получали по следующей далее методике. В подходящую колбу добавляли определенное количество воды. После этого в колбу добавляли определенное количество эмульгатора ″WS-44″. Затем добавляли композицию на основе ортоэфира. После этого в течение 5 минут проводили перемешивание для образования эмульсии. При продолжении перемешивания добавляли карбонат кальция. Добавляли раствор гидроксида натрия. Смесь нагревали до температуры 135°F. После этого наблюдали образование газообразного CO в порядке отслеживания степени растворения карбоната кальция с течением времени. Таблицы от 2 до 7 иллюстрируют данные результаты для каждого образца.
Таблица 1
Состав образцов
Компонент
Образец1
Образец2
Образец3
Образец4
Образец5
Образец6
Вода (мл)
39
37
36
35
34
33
Эмульгатор(мл)
1
1
1
1
1
1
Триэтил-орто-формиат(мл)
20
20
20
20
20
20
Карбонаткальция(г)
2
2
2
2
2
2
0,2 М NaOH(мл)
0
2
3
4
5
6
Таблица 2
Результаты для образца 1
Время(ч)
Объем СO<sub>2</sub>(мл)
0
0
1
17
2
46
4
53
5
55,8
6
58
7
60
Таблица 3
Результаты для образца 2
Время (ч)
Объем СО<sub>2</sub> (мл)
0
0
1
0
2
0
3
0,4
4
1
5
1
6
1,2
7
2
8
22,6
9
50
10
58,5
23
94,5
Таблица 4
Результаты для образца 3
Время (ч)
Объем СO<sub>2</sub> (мл)
0
0
1
0,4
14
0,4
15
33
16
43
17
53,4
18
58
19
61
21
68,8
22
72
Таблица 5
Результаты для образца 4
Время(ч)
Объем СО<sub>2</sub> (мл)
0
0
1
1,2
2
1,2
3
1,8
5
1,8
6
1,8
7
1,8
8
1,8
23,5
1,8
24
46
25
53,8
26
58,5
27
62
29
68
30
71,6
31
75
32
79
Таблица 6
Результаты для образца 5
Время (ч)
Объем СО<sub>2</sub> (мл)
0
0
1
1
2
1
3
1
5
1
6
1
7
1
21
1,2
22
1,2
23
1,2
24
1,2
25
1,2
27
1,2
28
1,2
29
1,2
30
1,2
34
3
34,5
22,2
Таблица 7
Результаты для образца 6
Время (ч)
Объем СO<sub>2</sub> (мл)
0
0
1
0,4
2
0,6
3
0,8
5
1
6
1,6
7
1,6
8
1,6
24
1,6
25
1,6
26
1,6
27
1,6
29
1,6
30
1,6
31
1,6
48
82
49
85,2
50
88,2
52
94
53
97
Таким образом, настоящее изобретение хорошо приспособлено для реализации намерений и достижения целей и преимуществ как упомянутых, так и тех, которые характерны для настоящего изобретения. Несмотря на то что специалисты в соответствующей области могут реализовать множество модификаций, такие модификации включаются в объем и сущность данного изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.