СМАЗЫВАЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СКВАЖИННЫХ ФЛЮИДАХ
LUBRICATING COMPOSITIONS FOR WELLBORE FLUIDS

Область техники
Настоящее изобретение относится к смазкам, применяемым в скважинных флюидах, и прежде всего, в одном из неограничивающих объем настоящего изобретения вариантов его осуществления, относится к смазкам, включающим по крайней мере стабилизатор неустойчивых глин и производное растительного масла, такое как, но не ограничиваясь только им, сульфированное растительное масло, а скважинный флюид представляет собой буровой флюид, флюид для заканчивания скважины, флюид для гидроразрыва пласта, флюид для вскрытия пласта, ремонтную жидкость и их комбинации.
Предпосылки создания настоящего изобретения
Значительная часть времени, требуемого для внутрискважинных работ, для операций при бурении, при заканчивании скважины и/или гидроразрыва пласта, затрачивается при замене изношенных металлических деталей и/или оборудования, которые используются для этих целей. Исключительно высокие скручивающие и осевые нагрузки могут вызвать исключительно чрезвычайно дорогостоящие задержки или перебои в процессе скважинных работ. Металлические поверхности также изнашиваются из-за сил трения, что приводит к снижению срока службы оборудования. Эти проблемы в основном возрастают при высоких температурах и/или высоких давлениях.
Для снижения или уменьшения трения, скручивающей и/или осевой нагрузки между двумя поверхностями в буровые растворы можно добавлять смазки или смазывающие вещества. Этот факт может иметь особенно важное значение, если одна или обе поверхности изготовлены из металла, такие как поверхности внутри и/или вблизи гибких насосно-компрессорных труб, наматываемых на катушку (гибкие НКТ), которые используют для колтюбинговых операций. Колтюбинговую технологию используют в нефтяной и газовой промышленности для внутрискважинных работ в нефтяных и газовых скважинах в виде НКТ в выработанных газовых скважинах и/или для аналогичных операций с использованием вспомогательного каната. Через гибкие НКТ можно прокачивать химические реагенты и заполнять ствол скважины вместо того, чтобы использовать силу тяжести для прокачивания реагентов в ствол. НКТ представляет собой металлическую трубу с диаметром в интервале от приблизительно 0,5 дюймов до приблизительно 5 дюймов в зависимости от колтюбинговой операции.
Скважинные флюиды могут представлять собой буровые флюиды, флюиды для заканчивания скважины, для гидроразрыва пласта и т.п. Буровые флюиды обычно классифицируют в соответствии с их базовой жидкостью. В флюидах на водной основе твердые частицы суспендированы в непрерывной фазе, которая включает воду или солевой раствор. Масло можно эмульгировать в воде, которая, представляет собой непрерывную фазу. Термин «флюид на водной основе», использованный в данном контексте, включает флюиды, содержащие водную непрерывную фазу, где водной непрерывной фазой может быть вода или солевой раствор, эмульсия типа масло-в-воде, или эмульсия масло-в-солевом растворе. Представляется очевидным, что флюидами на основе солевого раствора являются флюиды на водной основе, в которых водный компонент представляет собой солевой раствор.
Флюиды на основе масла представляют собой обратные или обращенные флюиды на водной основе. Термин «флюид на основе масла», использованный в данном контексте, включает флюиды, содержащие неводную непрерывную фазу, в которых неводная непрерывная фаза представляет собой только масло, неводную жидкость, эмульсию вода-в-масле, эмульсию вода-в неводной среде, эмульсию солевой раствор-в-масле или эмульсию солевой раствор-в-неводной среде. Во флюидах на основе масла твердые частицы суспендированы в непрерывной фазе, которая включает масло или другую неводную жидкость. Воду или солевой раствор можно эмульгировать в масле, следовательно, масло является непрерывной фазой. Во флюидах на основе масла масло может включать любые масло или несмешиваемую с водой жидкость, которая может включать, но не ограничиваясь только ими, дизельное топливо, минеральное масло, сложные эфиры, фракции и смеси из нефтеперерабатывающих установок или α-олефины.
Термин «флюиды на основе масла», использованный в данном контексте включает также флюиды или буровые глинистые растворы на синтетической основе (ФСО), которые получают синтетическим методом, а не очищают из природных материалов. Флюиды на синтетической основе часто включают, но не ограничиваясь только ими, олефиновые олигомеры этилена, сложные эфиры, полученные из растительных жирных кислот и спиртов, простые эфиры и полиэфиры, полученные из спиртов и полиспиртов, парафиновые или ароматические углеводороды, алкилбензолы, терпены и другие природные продукты и смеси этих типов.
Флюиды для заканчивания скважин должны характеризоваться рядом функций и показателей. Флюиды для заканчивания можно закачивать в скважину для ускорения конечных операций перед началом добычи. Обычно флюидами для заканчивания являются солевые растворы, такие как хлориды, бромиды, формиаты, но они могут также включать любую незагрязняющую жидкость с надлежащими плотностью и текучестью. Пригодные соли для получения солевых растворов включают, но не ограничиваясь только ими, хлорид натрия, хлорид кальция, хлорид цинка, хлорид калия, бромид калия, бромид натрия, бромид кальция, бромид цинка, формиат натрия, формиат калия, формиат аммония, формиат цезия и их смеси.
Важным фактором является химическая совместимость флюида для заканчивания с пластовым резервуаром. В данной области техники известны, химические добавки, такие как полимеры и ПАВ, которые добавляют в солевые растворы, используемые во флюидах для подземного ремонта скважин, и которые добавляют по различным причинам, включающим, но не ограничиваясь только ими, повышение вязкости и повышение плотности солевого раствора. Загущающие воду полимеры служат для повышения вязкости солевых растворов и таким образом, они замедляют миграцию солевых растворов в пласт и способствуют поднятию выбуренной породы из ствола скважины. Обычно стандартный промывочный буровой раствор является несовместимым с операциями по заканчиванию скважины в связи с содержанием в нем твердых веществ, величины pH и ионного состава.
Флюиды для заканчивания способствуют также размещению связанного с работами по заканчиванию оборудования, такого как гравийная, набивка, без повреждения подземных зон в нефтеносном пласте. Флюид для заканчивания должен быть химически совместимым с пластовым резервуаром-коллектором и его флюидами.
Флюид для гидроразрыва закачивают в скважину в качестве одной из операций по интенсификации добычи. Флюиды для гидроразрыва могут включать воду, расклинивающий агент и небольшое количество неводных флюидов, предназначенных для снижения потерь давления на трение при закачке флюида в ствол скважины. Такие флюиды обычно включают гели, понизители трения, сшиватели и/или разжижители для снижения вязкости геля, и ПАВы. Тип добавки, добавляемой в флюид для гидроразрыва, выбирают в зависимости от необходимости улучшения операции интенсификации добычи и продуктивности скважины.
Буровой флюид для вскрытия пласта можно использовать исключительно для успешного бурения через разрез коллектора в стволе скважины, который может представлять собой длинное горизонтальное ответвление скважины. Буровой раствор для вскрытия может свести к минимуму повреждения и максимально повысить добычу вскрытых участков и/или ускорить любое необходимое заканчивание скважины. Буровой раствор для вскрытия может представлять собой пресную воду или флюид на основе солевого раствора, который содержит твердые вещества с соответствующим размером частиц (кристаллы солей или карбоната кальция) и полимеры. В буровой раствор для вскрытия можно добавлять добавки для контроля фильтрации и добавки для выноса на поверхность бурового шлама.
Ремонтный флюид представляет собой жидкость для ремонта или интенсификации существующей эксплуатируемой скважины с целью восстановления, продления или повышения добычи углеводородов. Внутрискважинные работы представляют собой любую операцию, проводимую в нефтяной или газовой скважине в процессе или при завершении ее срока эксплуатации, которая изменяет состояние скважины и/или геометрию скважины и обеспечивает диагностику скважины или позволяет управлять производительностью скважины. Такие операции могут включать геофизические работы, работы по замеру, тампонированию, повторному перфорированию и/или различные внутрискважинные механические работы с целью снижения ограничений потока при попытках увеличить дополнительный объем добычи из скважины.
Существует необходимость в смазках, добавляемых в скважинные флюиды для улучшения смазывания металлических поверхностей с целью снижения трения, скручивающих и/или осевых нагрузок, когда металлическая поверхность контактирует с другой поверхностью, прежде всего когда одна или обе поверхности изготовлены из металла.
Краткое содержание настоящего изобретения
В одном объекте настоящего изобретения предлагается способ циркуляции скважинного флюида внутри скважины в подземном пласте-коллекторе, причем скважинным флюидом может являться или он может включать буровой раствор, флюид для заканчивания, флюид для разрыва, флюид для вскрытия, ремонтную жидкость и их комбинации. Смазка может включать стабилизатор неустойчивых глин и производное растительного масла, такое как, но не ограничиваясь только им, сульфированное растительное масло. Скважинный флюид может содержать эффективное количество смазки для смазывания первой поверхности.
В настоящем изобретении предлагается также альтернативный неограничивающий вариант осуществления способа, где первой поверхностью может являться или она может включать, но не ограничиваясь только ими, обсадные трубы скважины, бурильную колонну, трубопровод, пласт, буровое долото, металлическую поверхность внутри гидравлического забойного двигателя, инструменты для оценки продуктивности пласта, бурильный инструмент, гибкие НКТ и их комбинации. Если первая поверхность контактирует со второй поверхностью, которая отличает от первой, можно снизить по крайней мере одну характеристику, такую как трение, скручивающая нагрузка, осевая нагрузка, износ, рабочие температуры первой поверхности, коррозия и их комбинации.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения состав скважинного флюида может включать флюид на водной основе и смазку в количестве в интервале от приблизительно 0,2 об. % до приблизительно 10 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида. Смазка может включать стабилизатор неустойчивых глин и производное растительного масла, такое как, но не ограничиваясь только им, сульфированное растительное масло.
В альтернативном неограничивающем варианте состава скважинного флюида смазка может также включать по крайней мере один ПАВ. Флюид на водной основе может представлять собой или может включать буровой раствор, флюид для заканчивания скважины, флюид для разрыва, флюид для вскрытия, ремонтный флюид и их комбинации.
Было установлено, что смазка повышает смазывающую способность скважинного флюида, а также улучшает способность скважинного флюида стабилизировать неустойчивые глины.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлен график, иллюстрирующий предсказанные и действительные показания манометра (с индикатором веса) в процессе спускоподъемной операции (СПО, СО и ПО) с коэффициентом трения (КоТ) приблизительно 0,24, в отсутствии смазки.
На фиг. 2 представлен график, иллюстрирующий предсказанные и действительные показания манометра (с индикатором веса) в процессе спускоподъемной операции (СО и ПО) с коэффициентом КоТ приблизительно 0,13, при добавлении во флюид смазки в количестве 1%.
На фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий предсказанные и действительные показания манометра (с индикатором веса) в процессе спускоподъемной операции (СО и ПО) с коэффициентом КоТ приблизительно 0,22, в отсутствии смазки.
На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий предсказанные и действительные показания манометра (с индикатором веса) в процессе спускоподъемной операции (СО и ПО) с коэффициентом КоТ 0,13, при добавлении во флюид смазки в количестве 1%.
Подробное описание настоящего изобретения
3/8
Неожиданно было установлено, что смазку, содержащую производное растительного масла и стабилизатор неустойчивых глин, можно добавлять в скважинный флюид, предназначенный для циркуляции внутри скважины в подземном пласте-коллекторе для смазывания первой поверхности, такой как согласно неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, гибкие НКТ во время внутрискважинных работ или операции заканчивания скважины. При нанесении смазки на гибкие трубы НКТ можно снизить коэффициент трения, и в связи с этим для такой операции можно использовать НКТ с меньшим диаметром по сравнению с другими аналогичными операциями с использованием НКТ, но в отсутствии смазки. Меньший диаметр труб НКТ позволит в значительной степени снизить затраты на такую операцию. В одном неограничивающем примере для операции, в которой обычно используют трубы НКТ с диаметром 2 дюйма, можно снизить диаметр НКТ до 2 дюймов, если нанести слой смазки на трубы НКТ и/или внести смазку внутрь труб НКТ.
Неожиданно было также установлено, что если смазку добавить во флюид на водной основе, можно в значительной степени снизить потребность в добавлении хлорида калия (в базовый флюид) в качестве стабилизатора неустойчивых глин. Иными словами содержащий смазку скважинный флюид может включать сниженное количество хлорида калия по сравнению со скважинным флюидом (без смазки), в который обычно добавляют хлорид калия для стабилизации неустойчивых глин. Если в содержащие хлорид калия солевые растворы (в отсутствии части стабилизатора глин в составе смазки) добавить производное растительного масла, то солевые растворы хлорида калия будут обладать низкой смазывающей способностью. Однако смазка, содержащая оба компонента, производное растительного масла и стабилизатор глин, повышает смазывающую способность скважинного флюида, а также сохраняет свойства стабилизатора глин в отсутствии хлорида калия. Таким образом, скважинный флюид, содержащий смазку, является экономичным альтернативным вариантом и обладает повышенной смазывающей способностью по сравнению с солевым раствором хлорида калия, содержащим только производное растительного масла.
Смазка может снижать по крайней мере одну характеристику, такую как, но не ограничиваясь только ими, трение, скручивающая нагрузка, осевая нагрузка, износ, рабочие температуры первой поверхности, коррозия первой поверхности и их комбинации, когда первая поверхность контактирует со второй поверхностью, отличающейся от первой поверхности. Первая поверхность может представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, обсадные трубы скважины, бурильную колонну, трубопровод, пласт, буровое долото, металлическую поверхность внутри гидравлического забойного двигателя, инструменты для оценки продуктивности пласта, по крайней мере один бурильный инструмент, гибкую НКТ и их комбинации. Давление в окружающей первую поверхность среде может повышаться вплоть до приблизительно 10000 фунтов/кв. дюйм (приблизительно 68948 кПа), в другом варианте от приблизительно 100 фунтов/кв. дюйм (приблизительно 689 кПа) независимо приблизительно до 8000 фунтов/кв. дюйм (приблизительно 55158 кПа), или приблизительно от 200 фунтов/кв. дюйм (приблизительно 1379 кПа) независимо до приблизительно 2000 фунтов/кв. дюйм (приблизительно 13790 кПа).
Линейный коэффициент трения (КоТ) смазки при смешивании с флюидом на водной основе существенно не изменяется в течение времени, например, скважинный флюид, смешанный со смазкой 2 недели назад, характеризуется КоТ, приблизительно равным КоТ свежеприготовленной смеси скважинного флюида со смазкой. (Иными словами КоТ отличается на величину не более приблизительно 0,01). КоТ скважинного флюида практически не изменяется, даже если скважинный флюид подвергается быстрым изменением температуры. Например, интервал температуры скважинного флюида может изменяться от приблизительно 5°С до независимо приблизительно 200°С или от приблизительно 20°С до независимо приблизительно 170°С.
3
3
Смазку можно использовать в качестве неотъемлемого компонента существующих составов скважинных флюидов. Смазку можно также добавлять в скважинный флюид при проведении внутрискважинных работ, операций при бурении, при заканчивании скважины и/или гидроразрыва пласта способом, известным специалисту в данной области техники. Например, смазку можно закачивать в приемное отверстие насоса или добавлять в резервуар для бурового раствора. Смазку можно использовать в смеси со скважинными флюидами на водной основе. Термин «флюид на водной основе» или «водный» включает любой скважинный флюид, включающий воду или раствор на водной основе в качестве непрерывной фазы, такой как эмульсия типа масло-в-воде или масло-в-солевом растворе. В неограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения смазку можно использовать в солевых растворах высокой плотности, таких как солевой раствор с плотностью более приблизительно 3000 кг/м, а в другом варианте с плотностью более приблизительно 2500 кг/м.
Смазка может образовывать адгезивную смазывающую пленку по крайней мере на первой поверхности и при необходимости адгезивная пленка может образовываться на дополнительных поверхностях. По крайней мере одна поверхность может представлять собой металлическую поверхность. В результате всего лишь при добавлении смазки в скважинный флюид можно продлить срок службы гибких труб НКТ, колонны бурильных труб, обсадных труб и т.п.
В одном неограничивающем варианте количество смазки, добавляемой в скважинный флюид, можно рассчитывать с учетом средней шероховатости первой поверхности и/или второй поверхности. Например, если средняя шероховатость трубы НКТ и обсадной трубы составляют 8 мкм и 12 мкм, соответственно, то смазка может прилипнуть к поверхностям и полностью покрыть все неровности. Предполагая, что 90% смазки в составе смеси остается диспергированной во всем количестве скважинного флюида, при известных размерах скважины и труб НКТ (диаметр и длина), минимальное количество смазки можно рассчитать по следующей формуле (согласно неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения):
мин
кт
внутр
Х=4×(8 мкм × d + 12 мкм × d),
внутр
кт
2
2
10%×(d - d),
кт
внутр
где d и d означают внешний и внутренний диаметры трубы НКТ и обсадной трубы, соответственно. Например, если внешний диаметр трубы НКТ составляет 2 дюйма, внешний диаметр обсадной трубы - 5,5 дюймов, то минимальная концентрация смазки в скважинном флюиде согласно формуле будет равна приблизительно 0,5%.
Скважинный флюид может включать эффективное количество смазки, которое образует смазывающую пленку на первой поверхности. В неограничивающем примере количество смазки в скважинном флюиде может изменяться в интервале от приблизительно 0,2 об. % независимо до приблизительно 10 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида, в другом варианте от приблизительно 0,4 об. % независимо до приблизительно 7 об. %. Производное растительного масла может присутствовать в смазке в количестве в интервале от приблизительно 0,2 об. % независимо до приблизительно 7 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида, в другом варианте от приблизительно 0,3 об. % независимо до приблизительно 4 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида. Термин «независимо», указанный в связи с интервалом означает, что любое предельное значение можно использовать вместе с другим предельным значением, чтобы определить пригодный альтернативный интервал, например, в качестве пригодного альтернативного интервала можно также рассматривать интервал от приблизительно 0,2 об. % част./млн независимо до приблизительно 0,4 об. %.
Производное растительного масла может представлять собой или включать, но не ограничиваясь только им, сульфированное растительное масло. Производные сульфированного растительного масла могут представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, сульфированное (сульфатированное) касторовое масло или соли сульфированного (сульфатированного) растительного масла, такие как, но не ограничиваясь только ими, соли натрия, калия, кальция, магния, аммония и их комбинации. Неограничивающий пример сульфированного растительного масла включает масло EGOGLIDE™, выпускаемое фирмой Baker Hughes. В качестве неограничивающего механизма предполагается, что соли сульфированного производного растительного масла можно получить при взаимодействии серной кислоты с растительным маслом или его производным, по реакции сульфирования с образованием сульфонатной связи при взаимодействии серной кислоты с одной или более двойных связей. Неограничивающий пример сульфированного растительного масла включает масло EGOGLIDE™, выпускаемое фирмой Baker Hughes. Например, в случае касторового масла, три гидроксильные группы в составе триглицерида рицинолеиновой кислоты взаимодействуют с серной кислотой и образуют сульфатный эфир (C-O-S), причем небольшая часть взаимодействует с двойными связями с образованием связи C-S. Таким образом, соль, описанная в данном контексте, означает «сульфированную (сульфатированную) соль». Растительное масло и этот механизм получения растительного масла подробно описан в патенте US №8071510 «Method of increasing lubricity of brine-based drilling fluids and completion fluids».
Неограничивающий пример стабилизатора неустойчивых глин включает стабилизатор глин CLAYTREAT™ производства фирмы Baker Hughes. В другом неограничивающем варианте стабилизатор глин может присутствовать в составе смазки в количестве в интервале от приблизительно 0,2 об. % до независимо приблизительно 3 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида, или от приблизительно 0,4 об. % до независимо приблизительно 2 об. % в расчете на общее количество скважинного флюида. Количество производного растительного масла может быть равным количеству стабилизатора глин или отличаться от него. Термин «смазка», использованный в данном контексте, включает по крайней мере производное растительного масла и стабилизатор глин.
ПАВы в основном рассматриваются как необязательные, но их можно использовать для повышения растворимости и/или стабильности от помутнения смазки после добавления смазки в скважинный флюид. ПАВ можно добавлять в скважинный флюид или включать в виде составной части смазки, или ПАВ можно добавлять в скважинный флюид до или после добавления в нее смазки. Такие ПАВ могут присутствовать в скважинном флюиде в количестве в интервале от приблизительно 0,1 об. % независимо до приблизительно 5 об. %, в другом варианте от приблизительно 0,5 об. % независимо до приблизительно 3 об. %.
Неограничивающие примеры пригодных ПАВ могут включать, но не ограничиваясь только ими, неионные ПАВ, анионные ПАВ и их смеси с гидрофобно-липофильным балансом (ГЛБ) в интервале от приблизительно 1 независимо до приблизительно 20, в другом варианте в интервале от приблизительно 10 независимо до приблизительно 20. Пригодные неионные ПАВ могут включать, но не ограничиваясь только ими, простые алкиловые полиэфиры спиртов, монопальмитат полиоксиэтиленсорбита, моностеарат полиоксиэтиленсорбита, моноолеат полиоксиэтиленсорбита, алкоксилаты спиртов с прямой цепью, сульфаты алкиловых простых эфиров, диоксан, этиленгликоль, этоксилированные касторовые масла, такие как модифицированное полиэтиленгликолем касторовое масло, дипальмитоилфосфатидилхолин, сульфонаты этиленоксида, бензолсульфонаты с высокой степенью замещения и их комбинации, алкилполигликозиды, сложные эфиры сорбита, сложные эфиры метилглюкозидов, амины этоксилатов, диамины этоксилатов, сложные эфиры полиглицерина, алкилэтоксилаты и их комбинации. Алкиловые простые полиэфиры спиртов могут представлять собой в одном неограничивающем варианте полиоксиэтиленовые спирты с прямой или разветвленной цепью, такие как полиоксиэтиленовый спиртосодержащий от приблизительно 8 независимо до 30 атомов углерода, в другом варианте от приблизительно 8 независимо до приблизительно 20 атомов углерода или от приблизительно 13 независимо до приблизительно 15 атомов углерода, причем полиоксиэтиленовый спирт может содержать от приблизительно 3 независимо до приблизительно 50 молей этиленоксида, в другом варианте от приблизительно 3 независимо до приблизительно 20 молей этиленоксида или приблизительно 10 молей этиленоксида.
8
10
14
16
Пригодные анионные ПАВ могут представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, сульфонаты α-олефинов в виде солей одновалентного катиона, такого как ион щелочного металла, такого как натрий, литий или калий, иона аммония или алкилзамещенного или гидроксиалкилзамещенного аммония, в котором алкилзаместители могут содержать в каждом алкиловом заместителе от приблизительно 1 независимо до приблизительно 3 атомов углерода. α-Олефиновые фрагменты могут содержать от приблизительно 12 независимо до приблизительно 16 атомов углерода. Неограничивающие примеры сульфатов алкиловых эфиров могут представлять собой или включать соли одновалентных катионов, указанных выше, сульфат алкилового эфира может представлять собой сульфат алкилполиэфира, содержащий от приблизительно 8 независимо до приблизительно 16 атомов углерода, сульфаты алкиловых эфиров, натриевую соль сульфата лаурилового эфира (от приблизительно 2 до приблизительно 3 молей этиленоксида), соль аммония и сульфата C-С эфира (от приблизительной до приблизительно 3 молей этиленоксида), натриевую соль сульфоната С-С-α олефина и их смеси.
Скважинный флюид может представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, флюид для внутрискважинных работ, буровой флюид, флюид для заканчивания скважины, флюид для гидроразрыва пласта, флюид для вскрытия пласта, ремонтную жидкость и их комбинации. В неограничивающем варианте скважинный флюид может представлять собой флюид на водной основе, например, морскую воду. Скважинный флюид может включать полимеры, которые способны повышать вязкость скважинного флюида и/или обеспечивать контроль фильтрации для скважинного флюида, например, бурового флюида. Полимеры могут быть нетоксичными, а тип полимера может зависеть от базового флюида для скважинного флюида.
Скважинный флюид получают с использованием стандартных способов. Смазка может быть эффективной при pH в интервале от приблизительно 0 независимо до приблизительно 12. В одном неограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения значение pH скважинного флюида на водной основе, содержащего смазку (например, бурового флюида), может изменяться в интервале от приблизительно 9 независимо до приблизительно 12, согласно еще одному неограничивающему варианту, значение pH скважинного флюида (например, флюида для заканчивания скважины, флюида для внутрискважинных работ и т.п.) может составлять менее 9 или изменяться в интервале от приблизительно 6 независимо до приблизительно 9. В другом неограничивающем варианте кислотный скважинный флюид, такой как кислотный флюид для заканчивания скважины, может включать смазку, а его значение pH изменяется в интервале от приблизительно 0 независимо до приблизительно 5. Значение pH скважинного флюида можно доводить с помощью пригодного щелочного материала, включая, но не ограничиваясь только ими, гидроксиды щелочных металлов и ацетаты щелочных металлов. Ацетаты щелочных металлов могут представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, ацетат натрия и ацетат калия. Гидроксиды щелочных металлов могут представлять собой или включать, но не ограничиваясь только ими, гидроксид натрия и гидроксид калия.
В скважинных флюидах можно использовать стандартные добавки,. включая, но неограничиваясь только ими, ингибитор(ры) глинистых сланцев, добавка(ки) для контроля фильтрации, суспендирующий агент(ты), диспергирующий агент (ты), разжижитель(ли), добавка(ки) против налипания шлама, смазки другого типа, увлажнитель(ли), добавка(ки) для контроля просачивания нефти на поверхность, добавка(ки) для борьбы с поглощением бурового флюида, добавка(ки) для повышения скорости бурения, ингибитор(ры) коррозии, кислота(ты), основание(ния), буферное вещество(ва), раскислитель(ли), желирующий агент(ты), растворимые соли, биоциды, а также во флюид можно добавлять один или более закупоривающих агентов и/или утяжелителей, и их комбинации. Пригодные ингибиторы глинистых сланцев включают, но не ограничиваясь только ими, гликоли, неорганические соли и герметизирующие полимеры, такие как частично гидролизованный полиакриламид или сополимеры акриламида, в отдельности или в водных растворах, и их смеси. Пригодные неорганические соли в качестве ингибиторов глинистых сланцев включают, но не ограничиваясь только ими, соли щелочных металлов.
Настоящее изобретение далее описано со ссылкой на следующие примеры, которые не ограничивают объем изобретения, а скорее иллюстрируют различные варианты его осуществления
Примеры 1-4
Для определения коэффициента трения (КоТ) в примерах 1-4 использовали линейный фрикционный тестер. Линейный фрикционный тестер фирмы IDM модифицировали для измерений температурно-зависимой смазывающей способности с использованием реальных образцов гибких НКТ и обсадных труб. Стеклянную пластину, поставляемую с прибором, заменяли на четыре металлических поверхности: два плоских металлических листа с различной поверхностной шероховатостью (0,67 мкм и 9,85 мкм, соответственно) и две реальные трубчатые поверхности Cr13 и Р110 (11,83 мкм и 12,44 мкм, соответственно). Для скольжения по металлическим поверхностям были выбраны реальные образцы для испытаний НКТ размером 1,75 дюймов и 2 дюйма. Средняя шероховатость образцов НКТ составляла 8,54 мкм. Для температурных измерений, в прибор под металлическую пластину устанавливали нагревательную плиту и три термопары для измерения температуры в различных участках над и под металлической плитой. Для фиксации флюидов на пластине использовали двухстороннюю клейкую ленту «скотч». Тщательная фиксация клейкой ленты необходима для исключения растекания флюида. Каждое указанное ниже значение КоТ рассчитывали в виде среднего для 10 измерений, которые проводили в условиях, указанных для каждого примера. Стандартное отклонение для измерений составляло менее 4%, что указывает на высокую достоверность в повторяемости и надежности экспериментальных результатов.
В каждом примере в качестве производного растительного масла использовали продукт ECOGLIDE™ фирмы Baker Hughes, а в качестве стабилизатора неустойчивых глин - продукт CLAYTREAT™ (хлорид холина) фирмы Baker Hughes.
Пример 1
Коэффициент трения (КоТ) образцов измеряли при различных температурах. Объем каждого образца составлял 100 мл и в каждом образце содержался 1 мл производного растительного масла, при этом для каждого образца использовали различные базовые флюиды, как указано в табл. 1. «Солевой раствор стабилизатора неустойчивых глин» означает, образец, содержащий продукт CLAYTREAT™ в количестве 0,2 мл, а базовым флюидом для «солевого раствора стабилизатора неустойчивых глин» являлась морская вода. Как указано в табл. 1, солевой раствор стабилизатора неустойчивых глин характеризуется значением КоТ, сопоставимым с КоТ морской воды при всех исследованных температурах, причем оба образца, солевой раствор стабилизатора неустойчивых глин и морская вода, характеризуются самым низким КоТ. Другими словами, смазка, содержащая производное растительного масла и стабилизатор неустойчивых глин, характеризуется самым низким КоТ.
Пример 2
Влияние шероховатости поверхности на КоТ при комнатной температуре для каждого образца показано в табл. 2. Объем каждого образца составлял 100 мл. Для каждого образца в качестве базового флюида использовали морскую воду, в которую добавляли производное растительного масла в различных концентрациях. Смазка содержала стабилизатор неустойчивых глин в количестве 0,2 мл. Шероховатость контактирующей поверхности составляла 0,67 мкм для плоской поверхности 1, составляла 9,85 мкм для плоской поверхности 2, составляла 11,83 мкм для трубчатой поверхности 1 и составляла 12,44 мкм для трубчатой поверхности 2. Как указано в табл. 2, при увеличении шероховатости контактирующей поверхности смазывающая способность снижается (КоТ увеличивается).
Пример 3
2
2
Для каждого образца смазку в количестве 1,2 мл смешивали с водопроводной водой г. Калгари. Общий объем каждого образца составлял 100 мл. Для первой серии измерений клейкую ленту фиксировали таким образом, чтобы ограничить площадь на металлической пластине 13,5×12,8 см, предназначенную для смачивания флюидом и обозначенную в табл. 3, как «поверхность с большой площадью». Поверхность плоской пластины с большой площадью характеризуется шероховатостью поверхности 9,85 мкм. Для второй серии измерений клейкую ленту передвигали, чтобы площадь на металлической пластине составляла 13,5×6,4 см, предназначенную для смачивания флюидом и обозначенную в табл. 3, как «поверхность с малой площадью». Таким образом, поверхность с малой площадью равна половине поверхности с большой площадью. Поверхность плоской пластины с малой площадью характеризуется шероховатостью поверхности 9,85 мкм. Как показано в табл. 3, величина КоТ практически не изменяется для каждой концентрации производного растительного масла независимо от площади поверхности.
Пример 4
Пять образцов, включающих смазку в количестве 0 мл, 0,25 мл, 0,5 мл, 1 мл и 1,5 мл, соответственно, в базовом флюиде на основе морской воды, исследовали при различных температурах. Общий объем каждого образца составлял 100 мл и каждый образец включал также понизитель трения (анионный полимер, полученный при сополимеризации акриламида, акриловой кислоты и акриламида метилпропансульфоновой кислоты) в количестве 0, 1 мл. Контрольный образец не содержал смазку. Смазка включала также стабилизатор неустойчивых глин в количестве 0,2 мл. В табл. 4 для каждого Образца указан КоТ и температуры испытания, при этом наименьший КоТ наблюдался для образцов, содержащих смазку в концентрации 1 об. % и 1,5 об. % (образцы 3 и 4 соответственно).
Пример 5
Значения КоТ измеряли для трех серий образцов при различных температурах (20°С, 30°С, 40°С, 50°С, 60°С и 70°С). Каждый образец содержал 1 мас. % смазки следующего состава: 27,1 мас. % CLAYTREAT™ (хлорид холина - стабилизатор неустойчивых глин), 25 мас. % воды), 24 мас. % пропиленгликоля, 23,9 мас. % ECOGLIDE™ (растительное масло). Каждый базовый флюид содержал предварительно гидрированный полиакриламидный понизитель трения в солевом растворе, добавленный во флюид в количестве 0,1 мас. %. Базовый флюид для первого образца представлял собой 2% раствор KCl, базовый флюид для второго образца - промысловую воду, базовый флюид для третьего образца - морскую воду. Как показано в табл. 5, смазка характеризовалась наименьшим КоТ при 50°С для промысловой воды.
Пример 6
Операцию проводили в «J-образной» одноствольной скважине (размером 5 1/2 дюймов) в Пермском бассейне. Длина ответвления скважины составляла 3500 футов с общим углом наклона в интервале от 88° до 92°. Цель операции заключалась в кольцевой дробильной обработке с ответвлением, которое достигалось с помощью НКТ-задействованного трубного пакера. Для препарата, полученного в результате предварительно проведенного цикла в скважине без использования смазки, величина КоТ составляла 0,24, как показано на фиг. 1. При использовании НКТ вместе с задействованным пакером, новую смазку добавляли в концентрации 1% при скорости насоса 1,2 баррелей в минуту и при скорости погружения приблизительно 60 футов/мин для равномерного распределения смазки в ответвлении. Добавляли также дополнительный понизитель трения (предварительно гидрированный полиакриламидный понизитель трения) в количестве приблизительно 0,1 г/тонна. Чтобы свести к минимуму любую ошибку персонала в процессе смешивания, смазку и понизитель трения подавали в циркуляционную систему через насосы для добавок, где они циркулировали с постоянной скоростью.
Следует отметить, что как указано на фиг. 1, на глубине от приблизительно 9000 футов (приблизительно 2743 м) до приблизительно 10000 футов (приблизительно 3048 м) наблюдалось избыточное сопротивление среды в связи с обломками породы в ходе операции подъема бурильного инструмента (ПО) (различие между реальной и предсказанной массами в ходе ПО). Для обеспечения рабочих расчетов после завершения операции величин КоТ как для операции спуска (СО), так и для операции ПО, проводили дополнительный тест-подъем через каждые 500 футов (приблизительно 152 м). Значение КоТ, определенное методом согласования сил после завершения операции в ответвлении, составляло 0,13, снижение трения составляло 46% без использования смазки. Аналогичные величины КоТ (то есть 0,10-0,14) были получены в наших лабораторных исследованиях с той же концентрацией смазки при температуре приблизительно 70°С. Результаты по предсказанным и реальным данным скважины для обоих операций ПО и СО в присутствии 1% смазки показаны на фиг. 2.
Пример 7
Эту операцию также проводили в «J-образной» одноствольной скважине размером 5 1/2 дюймов (приблизительно 0,14 м) в Пермском бассейне. Длина ответвления скважины составляла приблизительно 5100 футов (приблизительно 1554 м) с общим углом наклона в интервале от 89° до 93°. Как и в примере 6, цель операции заключалась в кольцевой дробильной обработке с ответвлением, которое достигалось с помощью НКТ-задействованного трубного пакера. Для препарата, полученного в результате предварительно проведенного цикла в скважине с использованием бурильного флюидного инструмента для бурения с большим отклонением от вертикали, величина КоТ составляла приблизительно 0,22, с эффектом снижения предела прочности на разрыв на уровне приблизительно 1000. фунт-сила (приблизительно 4448 Н), как показано на фиг. 3. Незначительное снижение КоТ по сравнению с ожидаемым значением (т.е. 0,22 по сравнению с 0,24 в примере 6) связано с вибрациями бурильного флюидного инструмента. При проведении операции с помощью НКТ-задействованного трубного пакера для дробильной обработки смазку закачивали в концентрации 1% с использованием насоса со скоростью 0,75 баррелей в минуту и со скоростью погружения в скважину 45 футов/мин (приблизительно 13,7 м/мин). Такие условия обеспечивали равномерное распределение смазки в ответвлении. Закачивали также дополнительный понизитель трения (предварительно гидрированный полиакриламид) в количестве приблизительно 0,1 г/тонна. Оба компонента, смазку и понизитель трения, подавали в циркуляционную систему через насосы для добавок, где они циркулировали с постоянной скоростью, чтобы свести к минимуму любую ошибку персонала в процессе смешивания.
Для обеспечения рабочих расчетов после завершения операции величин КоТ как для операции СО, так и для операции ПО, проводили дополнительный тест-подъем через каждые 500 футов (приблизительно 152 м). И опять значение КоТ, определенное методом согласования сил после завершения операции в ответвлении, составляло 0,13, снижение трения составляло 41% без использования смазки. Аналогичные величины КоТ (то есть 0,10-0,14) были получены в наших лабораторных исследованиях с той же концентрацией смазки при температуре приблизительно 70°С. Результаты по предсказанным и реальным данным скважины для обоих операций ПО и СО в присутствии 1% смазки показаны на фиг. 4.
В вышеизложенном описании настоящее изобретение представлено со ссылкой на специфические примеры его осуществления, о также описана эффективность настоящего изобретения в обеспечении способов и композиций флюидов для циркуляции скважинных флюидов в стволе скважины в подземном пласте и для смазывания первой поверхности, где скважинный флюид включает стабилизатор неустойчивых глин и производное растительного масла, которое представляет собой сульфированное растительное масло. Однако представляется очевидным, что возможны различные модификации и изменения вариантов осуществления изобретения, не выходя за пределы его широкого объема, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно, описание следует рассматривать скорее как иллюстрацию, а не ограничение. Например, определенные скважинные флюиды, производные растительного масла, стабилизаторы неустойчивых глин, ПАВы, поверхности, температуры и давления, указанные вместе с заявленными параметрами, но подробно не определенные или не испытанные с использованием конкретной композиции флюида или конкретного способа, следует рассматривать как включенные в объем настоящего изобретения.
Настоящее изобретение может надлежащим способом включать, состоять из описанных элементов или в основном состоять из описанных элементов, и указанный способ может быть использован в отсутствии элемента, который не описан. Например, способ может состоять или в основном состоять из циркулирующего в стволе скважины скважинного флюида подземного пласта, где скважинный флюид включает смазку, которая содержит по крайней мере стабилизатор неустойчивых глин и растительное масло, и указанная смазка предназначена для смазывания первой поверхности, где растительное масло может представлять собой сульфированное растительное масло, и где скважинный флюид может представлять собой или включать буровой флюид, флюид для заканчивания скважины, флюид для гидроразрыва пласта, флюид для вскрытия пласта, ремонтную жидкость и их комбинации. Композиция флюида может включать скважинный флюид, включающий или в основном включающий флюид на водной основе и количество смазки в интервале от приблизительно 0,2 об. % до приблизительно 10 об. % в расчете на общее количество композиции скважинного флюида, где смазка содержит или включает стабилизатор неустойчивых глин и производное растительного масла, которое может представлять собой сульфированное растительное масло.
Слова «включающий» и «включает», использованные в пунктах формулы изобретения, следует интерпретировать как «включающий, но не ограничиваясь только ими» и «включает, но не ограничиваясь только ими», соответственно.