ИНКАПСУЛИРОВАННЫЙ АГЕНТ И ФЛЮИД С ПЕРЕМЕННОЙ ВЯЗКОСТЬЮ
ENCAPSULATED AGENT AND VARIABLE VISCOSITY FLUID

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к инкапсулированному агенту, снижающему вязкость флюида, и к флюиду с переменной вязкостью, в котором используют данный инкапсулированный агент.
Предшествующий уровень техники
В связи с проблемами, связанными с поставками энергоресурсов, сланцевый газ привлек к себе внимание в качестве нового источника энергии (например, смотри NPTL 1). Сланцевый газ представляет собой природный газ, содержащийся в сланцевом пласте. Однако сланцевый газ является природным газом нетрадиционного происхождения, что затрудняет добычу сланцевого газа из земли.
Соответственно, в вопросе метода добычи сланцевого газа из земли, внимание обращено на технологию гидравлического разрыва пласта (например, смотри NPTL 2). Гидравлический разрыв пласта представляет собой способ искусственного разрыва породы-коллектора рядом со скважиной за счет приложения давления к флюиду разрыва, которым заполнено внутреннее пространство скважины. В процессе разрыва породы-коллектора возникают трещины (разрывы), что дает возможность добывать из разрывов сланцевый газ.
Флюид разрыва содержит большое количество веществ в виде твердых частиц (проппантов) для предотвращения смыкания трещин после разрыва породы-коллектора. Большинство твердых частиц представляет собой частицы песка и т.д.
При возникновении трещин флюид разрыва, нагнетаемый под давлением, проникает в трещины и, соответственно, в трещины также попадает большой объем твердых частиц, содержащихся во флюиде разрыва. В результате, трещины остаются в исходном состоянии даже после прекращения нагнетания давления во флюид разрыва.
Кроме того, флюид разрыва содержит агент для снижения вязкости, дающий возможность собирать флюид разрыва после разрыва породы-коллектора.
Для того чтобы гарантировать легкое попадание большого количества твердых частиц в трещины, желательно, чтобы вязкость флюида разрыва перед разрывом породы-коллектора была высокой. Между тем, после попадания большого количества твердых частиц в трещины, желательно, чтобы вязкость флюида разрыва после разрыва породы-коллектора была низкой, чтобы облегчить сбор флюида разрыва, заполняющей внутреннее пространство скважины. Для этого используют агент, снижающий вязкость (брейкер), функция которого заключается в снижении вязкости флюида разрыва (функция снижения вязкости).
В отношении конфигурации агента, снижающего вязкость, уже высказывались определенные предложения. Например, для снижения вязкости в середине применения флюида разрыва, используют агент, снижающий вязкость (инкапсулированный агент), имеющий структуру капсулы (например, смотри PTL 1). В таком инкапсулированном агенте на вещество, обладающее способностью снижать вязкость, наносят пленочное покрытие, которое разлагается в результате реакции гидролиза. В качестве вещества, разлагающегося в процессе реакции гидролиза, данное пленочное покрытие включает поли(2-алкилцианоакрилат) и т.д.
Список процитированной литературы
Непатентная литература
NPTL 1: Ken Ihara, "The Impact of the Shale Gas", Analysis, 2010.5, Vol. 44, No. 3, pp. 15-38, Internet URL: http://oilgas-info.jogmec.go.jp/pdf/3/3574/201005#015a.pdf
NPTL 2: Ken Ihara, "The History and Impact of the Hydrofracturing Technique", Analysis, 2011.5, Vol. 45, No. 3, pp. 17-30, Internet URL: http://oilgas-info.jogmec.go.jp/pdf/4/4370/201105#017a.pdf
Патентная литература
PTL 1: International Publication No. WO 99/061747
Краткое описание сущности изобретения
Использование инкапсулированного агента в качестве агента, снижающего вязкость, без ограничения области его применения только процессом гидроразрыва, чрезвычайно эффективно для регулирования вязкости флюидов. Однако в случае использования инкапсулированного агента, желательно значительно снизить вязкость флюида за короткое время в установленные сроки и, следовательно, в отношении способности инкапсулированного агента снижать вязкость все еще остается простор для совершенствования.
Таким образом, желательно получить инкапсулированный агент и флюид с переменной вязкостью, способные снижать вязкость более выгодным образом.
В результате изучения, направленного на осуществление описанной выше цели, авторами изобретения было обнаружено, что в случае использования инкапсулированного агента, включающего в себя центральную часть, содержащую агент, снижающий вязкость, и внешнюю часть, описанную выше проблему можно решить за счет того, что внешняя часть содержит соединение определенного полимера.
Цель настоящего изобретения достигается на основе описанных выше полученных данных. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения инкапсулированный агент состоит из центральной части, состоящей из агента, снижающего вязкость флюида, используемого в процессе гидроразрыва, и внешней части. Внешняя часть (1) представляет собой покрытие для центральной части, (2) обеспечивает постепенное высвобождение центральной части во флюид, и (3) содержит сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого равна -20 градусов Цельсия или больше и 80 градусов Цельсия или меньше.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, флюид с переменной вязкостью содержит основную фазу флюида и один или не менее двух инкапсулированных агентов. Один или не менее двух инкапсулированных агентов включают в себя центральную часть, содержащую агент, снижающий вязкость, и внешнюю часть. Внешняя часть (1) представляет собой покрытие для центральной части, (2) обеспечивает постепенное высвобождение центральной части во флюид, и (3) содержит сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого равна -20 градусов Цельсия или больше и 80 градусов Цельсия или меньше.
В настоящем изобретении «инкапсулированный агент» используется в состоянии, когда он находится во флюиде (или флюиде с переменной вязкостью). Соответственно, «агент, снижающий вязкость», содержащийся в центральной части, означает материал, обладающий способностью снижать вязкость флюида, содержащего инкапсулированный агент. Кроме того, выражение «обеспечивать постепенное высвобождение центральной части во флюид» означает возможность постепенного высвобождения центральной части (агента, снижающего вязкость) во флюид за счет использования некоторого явления в данном флюиде. Причина для постепенного высвобождения центральной части, осуществляемого внешней частью, заключается в осуществлении описанной выше функции снижения вязкости за счет раскрытия центральной части по прошествии некоторого периода времени после начала использования инкапсулированного агента, а не с начального момента времени использования инкапсулированного агента. Следует отметить, что тип явления, используемого для постепенного высвобождения центральной части, никак специально не ограничен. Например, может использоваться один тип или не менее двух типов явлений, включая любое из перечисленного: термическое расширение, плавление, растрескивание, деформация, расщепление, набухание, растворение и диспергирование во флюиде и т.д., происходящие под действием тепла, трения, давления и контакта с флюидом, и т.д.
Вид «сополимера стирола-бутадиена» никак специально не ограничен, при условии, что его температура стеклования находится в указанном выше диапазоне. Иными словами, количество типов сополимера стирола-бутадиена может составлять один или не менее двух. Кроме того, сополимер стирола-бутадиена может быть не модифицирован или модифицирован функциональными группами одного или не менее чем двух видов.
Согласно инкапсулированному агенту в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, поверхность центральной части, содержащей агент, снижающий вязкость, имеет покрытие из внешней части, включающей в себя сополимер стирола-бутадиена, который удовлетворяет описанному выше условию в отношении температуры стеклования. Это дает возможность снижать вязкость более эффективно.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, касающемуся флюида переменной вязкости, флюид содержит один или не меньше двух инкапсулированных агентов. В подобном инкапсулированном агенте поверхность центральной части, содержащей агент, снижающий вязкость, имеет покрытие из внешней части, содержащей сополимер стирола-бутадиена, который удовлетворяет описанному выше условию в отношении температуры стеклования. Это дает возможность более эффективно снижать вязкость, что позволяет добиться более выгодного изменения вязкости.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой поперечное сечение конфигурации инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение другой конфигурации инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой диаграмму, на которой показана конфигурация флюида с переменной вязкостью согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет собой диаграмму, на которой показана другая конфигурация флюида с переменной вязкостью согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Методы осуществления изобретения
Далее подробно будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Порядок описаний представлен далее. Однако детали, относящиеся к изобретению, не ограничены описанными ниже вариантами осуществления, и могут быть изменены в случае необходимости.
1. Инкапсулированный агент
1-1. Конфигурация
1-2. Действие
1-3. Способ получения
1-4. Функционирование и эффекты
2. Применение инкапсулированного агента (флюида с переменной вязкостью)
2-1. Конфигурация
2-2. Действие
2-3. Функционирование и эффекты
1. Инкапсулированный агент
Представлено описание инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Описанный здесь инкапсулированный агент представляет собой агент, снижающий вязкость, обеспечивающий функцию понижения вязкости в середине процесса применения флюида, т.е. функцию снижения вязкости флюида, при его использовании в составе данного флюида. Например, инкапсулированный агент диспергирован во флюиде.
Применение инкапсулированного агента никак специально не ограничено, при условии, что его применение подразумевает необходимость снижения вязкости флюида в середине процесса ее применения по той или иной причине. Применение инкапсулированного агента определяется, главным образом, предполагаемым применением описанного выше флюида.
Более конкретно, инкапсулированный агент используется, например, в процессе гидроразрыва пласта. Флюид, используемый в процессе гидроразрыва, представляет собой так называемый флюид разрыва.
1-1. Конфигурация
Прежде всего, представлено описание конфигурации инкапсулированного агента.
Фиг. 1 представляет собой поперечное сечение конфигурации инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Инкапсулированный агент содержит центральную часть и внешнюю часть. Иными словами, инкапсулированный агент имеет структуру (структуру капсулы), в которой основная часть (центральная часть 1), фактически осуществляющая функцию снижения вязкости, находится внутри полой структуры (внешняя часть 2).
Форма инкапсулированного агента никак специально не ограничена, и данный инкапсулированный агент может принимать, например, сферическую форму, пластинчатую форму, форму массива и т.д. На фиг. 1 представлен случай, когда инкапсулированный агент принимает, например, сферическую форму.
Размеры инкапсулированного агента никак специально не ограничены. Например, в случае, когда инкапсулированный агент имеет сферическую форму, средний размер частиц (среднеобъемный размер частиц) составляет примерно от 100 мкм примерно до 2000 мкм.
Центральная часть
Центральная часть 1 представляет собой, так называемое, ядро инкапсулированного агента, и содержит один или не менее двух видов любых агентов, снижающих вязкость.
Как описано выше, «агент, снижающий вязкость» представляет собой материал, обладающий способностью снижать вязкость, а более конкретно, представляет собой материал, способный осуществлять функцию снижения вязкости флюида, содержащего данный инкапсулированный агент. В процессе использования инкапсулированного агента, как описано далее, внешняя часть 2 постепенно высвобождает центральную часть 1, и центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость), таким образом, поступает во флюид. В результате, агент, снижающий вязкость, выполняет функцию снижения вязкости.
Принцип (технологическая основа) снижения вязкости флюида под действием агента, снижающего вязкость, никак специально не ограничены. Иными словами, агент, снижающий вязкость, может представлять собой материал, снижающий вязкость химическим образом (агент, снижающий вязкость химическим образом), может представлять собой материал, снижающий вязкость нехимическим образом (агент, снижающий вязкость нехимическим образом), или может представлять собой оба таких материала.
«Снижение вязкости флюида химическим образом» означает, что агент, снижающий вязкость, осуществляет функцию снижения вязкости за счет некоторой химической реакции между агентом, снижающим вязкость, и флюидом. «Химическая реакция» включает в себя один или не менее двух видов реакций, приводящих к образованию химически нового соединения, реакций, приводящих к химическому разложению существующего вещества и т.п.
Следует отметить, что вещество, взаимодействующее с материалом, снижающим вязкость химическим образом, никак специально не ограничено, при условии, что оно включает один или не менее двух видов любых компонентов, содержащихся в данном флюиде. Детали, относящиеся к агенту, снижающему вязкость, описаны далее.
В то же время, «понижение вязкости флюида нехимическим образом» означает, что агента, снижающий вязкость, осуществляет функцию снижения вязкости без протекания описанной выше химической реакции. Примеры нехимического снижения вязкости включают в себя один или не менее двух видов любого растворителя для разбавления и т.п.
В случае, когда флюид представляет собой жидкость, а агент, понижающий вязкость, представляет собой растворитель для разбавления, флюид и растворитель смешивают и, таким образом, растворитель разбавляет флюид. В результате снижается концентрация твердой фазы во флюиде, что приводит к снижению вязкости флюида. В этом случае вязкость флюида снижается без протекания химической реакции и, как следствие, растворитель для разбавления представляет собой пример агента, снижающего вязкость нехимическим образом.
В частности, агент, снижающий вязкость, предпочтительно снижает вязкость химическим образом. Это связано с тем, что агенты, снижающие вязкость химическим образом, значительно более эффективно снижают вязкость флюида по сравнению с агентами, снижающими вязкость нехимическим образом. Это позволяет существенно снизить вязкость флюида за короткий период времени.
Соответственно, в том случае, когда флюид в виде жидкости содержит загуститель, агент, снижающий вязкость, предпочтительно представляет собой один или не менее двух видов веществ, разлагающих этот загуститель. Это обусловлено тем, что во флюиде, содержащем агент, снижающий вязкость, вязкость флюида возрастает при использовании загустителя, и поэтому вязкость флюида снижают путем проведения химической реакции (реакции разложения загустителя) за счет разложения части или всего загустителя под действием агента, снижающего вязкость.
Далее подробно описывается агент, снижающий вязкость химическим образом. Ряд описанных здесь агентов, снижающих вязкость химическим образом, соответствует описанным выше веществам, разлагающим загуститель.
Конкретные примеры агентов, снижающих вязкость химическим образом, включают в себя соль металла, оксид металла, оксид неметалла, неорганический оксид, неорганическую кислоту, соль неорганической кислоты, органическую перекись, органическую кислоту, галогенид металла, сульфид металла, фермент, ониевую соль и т.д.
Следует отметить, что тип металлов, содержащихся в качестве элемента металла в описанных выше конкретных примерах (соль металла и т.д.) агентов, снижающих вязкость химическим образом, никак специально не ограничен, при условии, что подобные элементы представляют собой один или не менее двух типов любых металлов.
В частности, элемент металла предпочтительно представляет собой любой щелочной металл или щелочноземельный металл. Это обусловлено тем, что такой агент, снижающий вязкость химическим образом, легко доступен, и такой агент, снижающий вязкость химическим образом, легко снижает вязкость флюида.
Тип щелочного металла никак специально не ограничен, и его примеры включают в себя литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и т.д. Тип щелочноземельного металла никак специально не ограничен, и его примеры включают в себя бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и т.д.
Кроме того, тип ониевого иона, содержащегося в качестве составляющего элемента в описанных выше примерах (ониевая соль) агента, снижающего вязкость химическим образом, никак специально не ограничен, при условии, что он включает в себя один или не менее двух типов любых ониевых ионов. Примеры ониевого иона включают в себя ион аммония, ион фосфония, ион сульфония и т.д.
В частности, ониевый ион предпочтительно представляет собой ион аммония. Это обусловлено тем, что данный агент, снижающий вязкость химическим образом, легкодоступен, и такой агент, снижающий вязкость химическим образом, легко снижает вязкость флюида.
Соль металла представляет собой соль, содержащую металл в качестве составляющего элемента. Соль металла может представлять собой реагент (соль) любой кислоты и любого основного соединения металла, или может представлять собой реагент (соль) любого основания и любого кислого соединения металла.
В частности, как описано выше, металл предпочтительно представляет собой любой щелочной металл или щелочноземельный металл и, следовательно, соль металла предпочтительно представляет собой любую соль щелочного металла или соль щелочноземельного металла.
Конкретные примеры соли металла включают в себя перекисную соль металла, персульфат металла, перборат металла, гипохлорит металла, гипобромит металла, хлорит металла, хлорат металла, перхлорат металла, бромат металла, йодат металла, сульфат металла, перкарбонат металла, карбонат металла, ацетат металла, перацетат металла, гидроксид металла, перманганат металла, молибдат металла, тиосульфат металла, сульфит металла, ионную соль переходного металла и т.д.
Перекись металла представляет собой, например, перекись натрия, перекись кальция, перекись магния и т.д. Персульфат металла представляет собой, например, персульфат натрия, персульфат калия и т.д. Перборат металла представляет собой, например, перборат натрия и т.д. Гипохлорит металла представляет собой, например, гипохлорит натрия, гипохлорит калия и т.д. Гипобромит металла представляет собой, например, гипобромит натрия и т.д. Хлорит металла представляет собой, например, хлорит натрия, хлорит калия и т.д. Хлорат металла представляет собой, например, хлорат натрия, хлорат калия и т.д. Перхлорат металла представляет собой, например, перхлорат натрия, перхлорат калия и т.д. Бромат металла представляет собой, например, бромат натрия, бромат калия и т.д. Йодат металла представляет собой, например, йодат натрия, йодат калия, йодат магния и т.д. Сульфат металла представляет собой, например, сульфат кальция и т.д. Перкарбонат металла представляет собой, например, перкарбонат натрия, перкарбонат калия и т.д. Карбонат металла представляет собой, например, гидрокарбонат натрия, гидрокарбонат калия и т.д. Ацетат металла представляет собой, например, ацетат натрия, ацетат калия и т.д. Перацетат металла представляет собой, например, перацетат натрия, перацетат калия и т.д. Гидроксид металла представляет собой, например, гидроксид натрия, гидроксид калия и т.д. Перманганат металла представляет собой, например, перманганат натрия, перманганат калия и т.д. Молибдат металла представляет собой, например, молибдат натрия, молибдат лития, молибдат калия и т.д. Тиосульфат металла представляет собой, например, тиосульфат натрия и тиосульфат калия. Сульфит металла представляет собой, например, сульфит натрия, сульфит калия и т.д. Ионная соль переходного металла представляет собой, например, первый сульфат железа(III), второй сульфат железа(III), соль циркония и т.д.
В частности, как описано выше, соль металла предпочтительно представляет собой любую соль щелочного металла или соль щелочноземельного металла и, следовательно, предпочтительна любая соль из числа персульфата натрия, персульфата калия и т.д.
Оксид металла представляет собой оксид, содержащий металл в качестве составляющего элемента. В частности, как описано выше, металл предпочтительно представляет собой любой металл из числа щелочных и щелочноземельных и, следовательно, оксид металла предпочтительно представляет собой, например, любой оксид щелочного металла и оксид щелочноземельного металла. Конкретные примеры оксида металла включают в себя оксид кальция, оксид бария, оксид титана, оксид кремния, оксид алюминия и т.д.
Оксид неметалла представляет собой оксид, не содержащий металла в качестве составляющего элемента, и представляет собой, например, двуокись хлора и т.д.
Неорганический оксид представляет собой оксид неорганического типа, не содержащий металла в качестве составляющего элемента, и представляет собой, например, перекись водорода и т.д.
Неорганическая кислота представляет собой кислоту неорганического типа, не содержащую металла в качестве составляющего элемента, и представляет собой, например, хлористоводородную кислоту, серную кислоты, фосфорную кислоту, борную кислоту и т.д.
Соль неорганической кислоты представляет собой реагент (соль) любой неорганической кислоты, не содержащей металла в качестве составляющего элемента, и соединение неблагородного металла. Конкретные примеры соли неорганической кислоты включают в себя цеолит, фосфат натрия, фосфат калия, борат натрия, борат калия, гидросульфат натрия, гидросульфат калия и т.д.
Органическая перекись представляет собой перекись органического типа, не содержащую металла в качестве составляющего элемента. Конкретные примеры органической перекиси включают в себя перекись мочевины, перекись карбамата, гидроперекись ацетила, пербензойную кислоту и т.д.
Органическая кислота представляет собой кислоту органического типа, не содержащую металла в качестве составляющего элемента. Конкретные примеры органической кислоты включают в себя уксусную кислоту, пропионовую кислоту, лимонную кислоту, муравьиную кислоту, молочную кислоту, масляную кислоту, аскорбиновую кислоту, эриторбиновую кислоту, щавелевую кислоту, яблочную кислоту, фумаровую кислоту, бензойную кислоту, гидрохинон и т.д.
Галогенид металла представляет собой галогенид, содержащий металл в качестве составляющего элемента. Тип галогена никак специально не ограничен, однако примеры галогена включают в себя один или не менее двух типов из числа фтора (F), хлора (Cl), брома (Br), йода (I) и т.д. Конкретные примеры галогенида металла включают в себя фторид натрия, фторид калия, фторид кальция и т.д.
Сульфид металла представляет собой сульфид, содержащий металл в качестве составляющего элемента. Конкретные примеры сульфида металла включают в себя сульфид цинка, сульфид молибдена, сульфид циркония и т.д.
Фермент представляет собой молекулу белка, в котором связаны примерно от 150 до 500 аминокислот, и его конкретные примеры включают в себя протеиназы, пептидазы и т.д.
Ониевая соль представляет собой соль, содержащую ониевый ион в качестве катиона (положительно заряженный ион), а более конкретно, продукт взаимодействия (соль) любой кислоты и любого основного ониевого соединения. В частности, как описано выше, ониевый ион предпочтительно представляет собой ион аммония и, следовательно, ониевая соль предпочтительно представляет собой соль аммония.
Конкретные примеры ониевой соли включают в себя персульфат аммония, сульфат аммония, гидрокарбонат аммония, ацетат аммония, молибдат аммония, фторид аммония, и т.д. В частности, как описано выше, ониевая соль предпочтительно представляет собой соль аммония и, следовательно, предпочтительными являются персульфат аммония и т.д.
Внешняя часть
Внешняя часть 2 представляет собой так называемую оболочку инкапсулированного агента, и покрывает поверхность центральной части 1. Внешняя часть 2 может иметь однослойную или многослойную конфигурацию.
Средняя толщина внешней части 2 никак специально не ограничена, однако она, например, может составлять от примерно 40 мкм до примерно 100 мкм. Средняя толщина внешней части 2 может влиять, например, на скорость постепенного высвобождения и т.д., осуществляемого внешней частью 2 и описанного далее.
Как описано выше, для того, чтобы центральная часть находилась внутри полой структуры внешней части 2, внешняя часть 2 предпочтительно покрывает всю поверхность центральной части 1. Иными словами, центральная часть 1 предпочтительно закрыта. Это обусловлено тем, что центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость) высвобождается во флюид по истечении определенного периода времени (периода, необходимого для постепенного высвобождения центральной части 1, осуществляемого внешней частью 2) после начала использования инкапсулированного агента, что позволяет целенаправленно и существенно отсрочить момент времени, начиная с которого агент, снижающий вязкость, будет в значительной степени снижать вязкость. Причины для этого приведены ниже.
Следует отметить, что далее, для простоты объяснения, промежуток времени до истечения определенного периода времени после начала применения флюида называется «первым периодом применения», а период времени после истечения определенного периода времени называется «последующим периодом применения».
«Первый период применения» представляет собой, в основном, промежуток времени, в течение которого агент, снижающий вязкость, фактически не снижает вязкость, поскольку на центральной части 1 (агент, снижающий вязкость) имеется покрытие из внешней части 1, и центральная часть закрыта. Между тем, «последующий период применения» представляет собой, в основном, промежуток времени, в течение которого агент, снижающий вязкость, существенным образом осуществляет функцию снижения вязкости, поскольку центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость,), имеющая покрытие из внешней части 2, высвобождается во флюид благодаря постепенному высвобождению центральной части 1, осуществляемому внешней частью 2.
Как описано далее, при использовании флюида, содержащего инкапсулированный агент, желательно, чтобы вязкость снижалась не сразу после начала использования флюида (первый период применения), а чтобы вязкость флюида начинала снижаться по истечении определенного периода времени (последующий период применения) после начала использования флюида. Это обусловлено, например, тем, что при использовании в процессе гидроразрыва флюида, содержащего инкапсулированный агент (флюид разрыва), вязкость флюида необходимо поддерживать практически в первоначальном состоянии во время первого периода применения, и значительно снижать ее во время последующего периода применения, как описано выше. В результате, в процессе применения общего (т.е. одного вида) флюида во время каждого из первого и последующего периодов применения, можно добиться преимуществ, основанных на относительно низкой вязкости флюида во время последующего периода применения.
Если внешняя часть 2 покрывает не всю поверхность центральной части 1, часть центральной части 1 открыта с момента начала использования флюида. В этом случае центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость) уже высвобождается во флюид в первом периоде применения и, следовательно, агент, снижающий вязкость, непреднамеренно снижает вязкость в течение первого периода применения. Это приводит к снижению вязкости флюида, начиная с первого периода применения, что затрудняет использование преимуществ, связанных с высокой вязкостью флюида, в течение первого периода применения.
Напротив, в случае, когда вся поверхность центральной части 1 покрыта внешней частью 2, в начале использования флюида центральная часть закрыта. При этом, высвобождение центральной части 1 (агента, снижающего вязкость) во флюид в течение первого периода применения маловероятно и, следовательно, маловероятно снижение вязкости за счет агента, снижающего вязкость, во время первого периода применения. В результате, вязкость флюида поддерживается практически в первоначальном состоянии в течение первого периода применения, что облегчает использование преимуществ, связанных с высокой вязкостью флюида в течение первого периода применения.
Кроме того, внешняя часть 2 постепенно высвобождает центральную часть в зависимости от определенного условия и, соответственно, центральная часть высвобождается во флюид. «Определенное условие» относится к одному или не менее чем двум типам условий, включая температуру, время и т.п. Основание (принцип), в соответствие с которым внешняя часть 2 постепенно высвобождает центральную часть 1, описано далее. При этом, поскольку центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость,) высвобождается во флюид по истечении периода времени, необходимого для постепенного высвобождения центральной части 1, осуществляемого внешней частью 2 (первый период применения), агент, снижающий вязкость, снижает вязкость по истечении периода времени, необходимого для постепенного высвобождения центральной части 1, осуществляемого внешней частью 2 (последующий период применения). Это приводит к существенному снижению вязкости флюида во время последующего периода применения, что облегчает достижение преимуществ, связанных с низкой вязкостью флюида в течение последующего периода применения.
Соответственно, когда вся поверхность центральной части 1 покрыта внешней частью 2, непрерывное использование одного вида флюида, содержащего инкапсулированный агент, позволяет использовать два вида преимуществ, основанных на взаимно противоположных свойствах вязкости флюида во время первого периода применения и последующего периода применения.
Соответственно, желательно, чтобы внешняя часть 2 обладала, в основном, четырьмя свойствами, описанными далее.
Во-первых, даже в том случае, когда инкапсулированный агент содержится во флюиде, желательно, чтобы внешняя часть 2 продолжала защищать центральную часть 1 во время первого периода применения. Это связано с тем, что защита центральной части 1 за счет использования внешней части 2 в течение первого периода применения препятствует непреднамеренному снижению вязкости за счет агента, снижающего вязкость. Тип флюида специально не ограничивается, и флюид содержит один или не менее двух типов жидкостей, например, включающих в себя, например, воду, органический растворитель и т.д.
Во-вторых, желательно, чтобы внешняя часть 2 постепенно высвобождала центральную часть 1 быстро и в достаточном объеме по истечении заранее определенного периода времени после начала использования флюида, содержащего инкапсулированный агент. Это связано с тем, что во время последующего периода применения центральная часть 1 намеренно открывается, и, в результате, агент, снижающий вязкость, приводит к снижению вязкости.
В-третьих, желательно, чтобы скорость постепенного высвобождения и т.п., осуществляемого, например, внешней частью 2, можно было легко регулировать в зависимости от одного или не менее двух типов условий, включая температуру и т.п. Это связано с тем, что скорость постепенного высвобождения, осуществляемого, например, внешней частью 2, сильно зависит от температуры, времени и т.п. Кроме того, это связано также с тем, что наступление момента времени для снижения вязкости, то есть наступление момента времени для уменьшения вязкости флюида, легко регулировать. Следует отметить, что на скорость постепенного высвобождения и т.п., осуществляемого внешней частью 2, в некоторых случаях может также влиять конфигурация самой внешней части 2, представленная, например, материалом, из которого она состоит, средней толщиной и т.д.
В-четвертых, желательно, чтобы внешняя часть 2 не могла влиять на функцию снижения вязкости агента, снижающего вязкость, после постепенного высвобождения центральной части 1. Это связано с тем, что вязкость флюида вряд ли будет уменьшаться в достаточной степени во время последующего периода применения, если внешняя часть 2 препятствует снижению вязкости за счет агента, снижающего вязкость, после его постепенного высвобождения.
Чтобы обеспечить четыре данных свойства, внешняя часть 2 содержит полимерное соединение, позволяющее постепенно высвобождать центральную часть 1 во флюид, содержащий инкапсулированный агент.
Утверждение, описывающее, что «внешняя часть 2 может постепенно высвобождать центральную часть 1 во флюид» означает, что можно постепенно высвобождать центральную часть 1 во флюид, используя определенное явление в данном флюиде, как описано выше. Цель постепенного высвобождения центральной части 1, осуществляемого внешней частью 2, состоит в осуществлении, в некоторой степени, описанной выше функции агента, снижающего вязкость, за счет раскрытия центральной части 1 спустя определенный период времени после начала использования инкапсулированного агента, а не с начала использования инкапсулированного агента.
Следует отметить, что вид явления, используемого для постепенного высвобождения центральной части 1 удерживающим материалом, никак специально не ограничен. Однако оно может включать в себя, например, один или не менее двух видов изменений любого состояния вследствие любых внешних воздействий. «Любые внешние воздействия» относятся, например, к теплоте, трению, давлению, контакту с флюидом (например, водой или любым другим флюидом) и т.д. «Изменения любого состояния» относятся к термическому расширению, плавлению, растрескиванию, деформации, расщеплению, набуханию, растворению, диспергировании во флюиде и т.д.
Более конкретно, внешняя часть 2 содержит сополимер стирола-бутадиена, представляющий собой полимерное соединение эмульсии водного типа, в качестве полимерного соединения, позволяющего постепенно высвобождать центральную часть 1 во флюид. Температура стеклования сополимера стирола-бутадиена составляет от -20 градусов Цельсия до 80 градусов Цельсия, предпочтительно от -20 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия, а более предпочтительно, от -20 градусов Цельсия до 30 градусов Цельсия. Для определения температуры стеклования сополимера стирола-бутадиена можно провести анализ инкапсулированного агента (внешней части 2), например методом дифференциального термического анализа (ДТА: дифференциальный термический анализ). Это связано с тем, что сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в описанном выше диапазоне, имеет оптимальную температуру стеклования в отношении четырех описанных выше свойств и, следовательно, он более эффективен. Следует отметить, что «сополимер стирола-бутадиена» относится к сополимеру стирола и 1,3-бутадиена, то есть представляет собой так называемый стирол-бутадиеновый каучук.
Тип сополимера стирола-бутадиена специально не ограничивается, при условии, что его температура стеклования находится в пределах описанных выше диапазонов. Более конкретно, количества типов сополимера стирола-бутадиена может составлять один или не менее двух, при условии, что температура стеклования сополимера стирола-бутадиена находится в пределах описанных выше диапазонов. В частности, предпочтительно использовать не менее двух типов сополимеров стирола-бутадиена, отличающихся друг от друга температурой стеклования. Это связано с тем, что сополимер стирола-бутадиена обладает дополнительными превосходящими свойствами в отношении описанных выше четырех свойств, что позволяет добиться улучшенных эффектов.
Кроме того, сополимер стирола-бутадиена может быть не модифицированным или модифицированным функциональными группами одного или не менее чем двух типов. Однако, в частности, сополимер стирола-бутадиена предпочтительно является модифицированным. Это связано с тем, что сополимер стирола-бутадиена обладает дополнительными выгодными свойствами относительно описанных выше четырех свойств, что позволяет добиться улучшенных эффектов. Следует отметить, что в случае модифицированного сополимера стирола-бутадиена, тип подобной модификации специально не ограничивается, однако предпочтительно он представляет собой функционализацию карбоксигруппой. Благодаря этому, достигаются дополнительные улучшенные эффекты.
В частности, сополимер стирола-бутадиена обладает чрезвычайно высокой водостойкостью. Поэтому, например, в случае использования инкапсулированного агента в процессе гидроразрыва (флюид разрыва) и т.п., даже в состоянии, когда инкапсулированный агент находится в воде, внешняя часть 2 проявляет большую эффективность в отношении описанного выше первого свойства. Иными словами, внешняя часть 2 может эффективно защищать центральную часть 1 даже в воде.
Содержание (мас.%) внешней части 2 в инкапсулированном агенте (центральная часть 1 и внешняя часть 2) специально не ограничено, однако оно может составлять, например, от примерно 3 мас.% до примерно 50 мас.%. Это связано с тем, что, когда содержание внешней части 2 меньше 3 мас.%, масса внешней части 2 чересчур мала относительно массы центральной части 1 и, следовательно, существует вероятность того, что эффективность покрытия центральной части 1, достигаемая внешней частью 2, будет недостаточной. В то же время, если содержание внешней части 2 превышает 50 мас.%, масса внешней части 2 будет слишком велика относительно массы центральной части 1 и, следовательно, существует вероятность того, что эффективность постепенного высвобождения центральной части й внешней частью 2 будет недостаточной.
Другие материалы
Следует отметить, что внешняя часть 2 может дополнительно содержать другие вещества одного типа или не менее чем двух типов.
На фиг. 2 представлена другая конфигурация поперечного сечения инкапсулированного агента, и она соответствует фиг. 1. Другие материалы включают в себя, например, один или не менее двух видов из множества дисперсных веществ 3. Это связано с тем, что при получении инкапсулированного агента (образование внешней части 2) гранулирующий эффект улучшается, и агрегация частиц друг с другом в ходе процесса грануляции подавляется. В случае, когда внешняя часть 2 содержит множество дисперсных веществ 3, это множество дисперсных веществ 3 диспергировано в описанном выше сополимере стирола-бутадиена, и в сополимере стирола-бутадиена множество дисперсных веществ 3 остается в дисперсном состоянии. Следует отметить, что в случае, когда внешняя часть 2 содержит другое полимерное соединение и т.д., описанное далее, дисперсное состояние множества дисперсных веществ 3 сохраняется также и в другом полимерном соединении и т.д.
Множество дисперсных веществ 3 представляют собой, так называемые, наполнители и включает в себя, например, один или не менее двух видов неорганических веществ. Примеры неорганических веществ включают в себя оксид титана, оксид кремния, тальк, слюду, глину, бентонит, оксид алюминия, цеолит и т.д. В частности, предпочтительными являются оксид кремния, тальк и бентонит, а более предпочтительным является тальк. Это связано с тем, что инкапсулированные агенты вряд ли будут агрегироваться между собой. Множество дисперсных веществ 3 предпочтительно диспергировано, например, во внешней части 2.
Форма большого количества дисперсных веществ 3 специально не ограничена, однако она включает в себя один или не менее двух видов из числа сферической, пластинчатой, монолитной, игольчатой, волокнистой, неопределенной форм и т.д. На фиг. 2 представлен случай, когда множество дисперсных веществ 3 принимает, например, сферическую форму.
Средний размер частиц (объемный средний размер частиц) множества дисперсных веществ 3 специально не ограничивается, однако предпочтительно он меньше толщины внешней части 2 с учетом гранулирующего эффекта. В частности, например, в том случае, когда средняя толщина внешней части 2 составляет от примерно 40 мкм до примерно 100 мкм, объемный средний размер частиц множества дисперсных веществ 3 предпочтительно ориентировочно составляет от примерно 0,1 мкм до примерно 20 мкм.
Содержание множества дисперсных веществ 3 во внешней части 2 специально не ограничено, однако предпочтительно оно не слишком велико. Более конкретно, содержание множества дисперсных веществ 3 во внешней части 2, например, составляет от примерно 10 мас.% до примерно 40 мас.%, a предпочтительно составляет от примерно 15 мас.% до примерно 30 мас.%. Это связано с тем, что, если содержание множества дисперсных веществ 3 слишком велико, это может неблагоприятным образом повлиять на скорость постепенного высвобождения и т.д., осуществляемого внешней частью 2.
Кроме того, другие вещества включают в себя, например, один или не менее двух видов других полимерных соединений (за исключением описанного выше сополимера стирола-бутадиена). Примеры других полимерных соединений включают в себя полиуретан, сложный полиэфир, полиакрилат, поливиниловый спирт, полистирол, полибутадиен, целлюлозу, желатин, аддукт изоцианата и полиола, сополимер винилиденхлорида-метилакрилата и т.д. Помимо перечисленного выше, другие вещества могут также представлять собой, например, воск, обезвоженную нефть и т.д.
Кроме того, другие вещества могут представлять собой, например, различные добавки. Подобная добавка может представлять собой, например, пленкообразующее вспомогательное вещество, способствующее образованию смоляной пленки. В альтернативном варианте, добавка представляет собой вещество, препятствующее слипанию, которое подавляет агрегацию инкапсулированных агентов друг с другом (функция против слипания).
1-2. Действие
При использовании в составе флюида, инкапсулированный агент действует следующим образом.
В течение первого периода применения, центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость) покрыта внешней частью 2. При этом, поскольку агент, снижающий вязкость, не высвобождается во флюид, агент, снижающий вязкость, еще не может выполнять функцию снижения вязкости. В результате, вязкость флюида сохраняется практически на первоначальном уровне (состояние на момент начала использования флюида).
Во время последующего периода применения, когда внешняя часть 2 осуществляет постепенное высвобождение центральной части 1, центральная часть 1 (агент, снижающий вязкость) высвобождается во флюид. В результате, агент, снижающий вязкость, осуществляет функцию понижения вязкости, что приводит к снижению вязкости флюида.
Следует отметить, что продолжительный период времени в течение первого периода применения, то есть период времени, в течение которого вязкость флюида сохраняется практически на первоначальном уровне, определяется, например, в зависимости от одного или не менее двух видов условий, включающих в себя продолжительность использования флюида, температуру и т.п., как описано выше. Это связано с тем, что данные условия влияют на скорость постепенного высвобождения и т.д. во флюид, осуществляемого внешней частью 2.
Например, в случае, когда внешняя часть 2 со временем растворяется во флюиде, возникает сложность, связанная с недостаточным растворением внешней части 2 при небольшой продолжительности использования флюида, но при большой продолжительности использования флюида внешняя часть 2 легко растворяется в достаточном объеме. Кроме того, например, если растворимость внешней части 2 изменятся в зависимости от температуры флюида, например, возникает сложность, связанная с недостаточным растворением внешней части 2 при низкой температуре флюида, но при высокой температуре флюида внешняя часть 2 легко растворяется в достаточном объеме.
1-3. Способ получения
Описанный выше инкапсулированный агент получают, например, следующими способами.
Следует отметить, что структура инкапсулированного агента (вещества, составляющие ряд составляющих частей) уже была подробно описана, поэтому соответствующие подробности далее опускаются, где это уместно.
Прежде всего, получают центральную часть 1, содержащую агент, снижающий вязкость, и раствор для покрытия, который будут использовать для получения внешней части 2.
При получении раствора для покрытия, например, смешивают стирол-бутадиеновый латекс и растворитель, и после этого перемешивают данную смесь. При этом, сополимер стирола-бутадиена растворяется в растворителе, в результате получают раствор для покрытия. Тип растворителя специально не ограничен, однако он включает в себя один или не мене двух видов растворителя, например, таких как вода, спирт и т.д. Следует отметить, что можно установить любое содержание сополимера стирола-бутадиена в растворе для покрытия.
После этого раствор для покрытия наносят на поверхность центральной части 1, после чего раствор для покрытия высушивают. В результате образуется внешняя часть 2, содержащая сополимер стирола-бутадиена, так что внешняя часть 2 покрывает поверхность центральной части 1. В данном случае процесс формирования внешней части 2 можно повторить два или более раз. Следует отметить, что при формировании внешней части 2, содержащей множество дисперсных веществ 3, например, множество дисперсных веществ 3 можно ввести в раствор для покрытия в ходе подачи раствора для покрытия. В этом случае множество дисперсных веществ 3 можно ввести за один раз, или же множество дисперсных веществ 3 можно вводить несколько раз по отдельности.
Подобный способ получения внешней части 2 специально не ограничивается. В частности, способ подачи раствора для покрытия включает в себя, например, один или не менее двух типов способа нанесения покрытия, например, процесс распыления и т.п.
Кроме того, оборудование, используемое для получения внешней части 2, специально не ограничено. В частности, данное оборудование включает в себя, например, один или не менее двух типов высокоскоростной мешалки, оборудования для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое с использованием сухого распыления, и т.д. В частности, оборудование для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое предпочтительно представляет собой оборудование для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое при вращательном движении слоя, оборудование для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое при колебательном движении слоя, оборудование для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое методом Вюрстера и т.д. Например, оборудование для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое при вращательном движении слоя представляет собой оборудование, с помощью которого раствор для покрытия наносят на поверхность центральной части 1 при помощи форсунки, в то время как центральную часть подвергают псевдоожижению, нанося на нее покрытие по спирали на вращающейся плите внутри цилиндрического псевдоожиженного слоя при вращательном движении слоя. В этом случае воздушный поток идет от нижней части к верхней части внутри псевдоожиженного слоя, приводимого во вращательное движение, и центральная часть в результате перемещается наверх, что придает центральной части 1 продольную составляющую движения. Помимо этого, центральная часть 1 вращается за счет вращения вращающейся плиты, что придает центральной части 1 горизонтальную составляющую движения. В результате этого, центральная часть 1 подвергается псевдоожижению при перемещении по спирали.
При использовании принципа нанесении покрытия при помощи оборудования для нанесения покрытия гранулированием в псевдоожиженном слое достигаются следующие преимущества. Во-первых, покрытие на поверхность центральной части 1 наносится равномерно, что гарантирует формирование внешней части 2, имеющей однородную толщину. Во-вторых, количество покрытия легко и точно регулируется, и поэтому толщина внешней части 2 строго контролируется. В-третьих, соответственно строгому контролю толщины внешней части 2, также строго контролируются размеры (средний размер частиц и т.д.) инкапсулированного агента.
Таким образом, агент, снижающий вязкость, (центральная часть 1) представлен внутри полой структуры (внешняя часть 2), что приводит к завершению получения инкапсулированного агента.
1-4. Функционирование и эффекты
В предлагаемом инкапсулированном агенте согласно варианту осуществления настоящего изобретения поверхность центральной части 1, содержащей агент, снижающий вязкость, покрыта внешней частью 2, содержащей сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в определенном диапазоне, указанном выше.
В этом случае, как описано выше, при использовании флюида, содержащего инкапсулированный агент, центральную часть 1 покрывают внешней частью 2 во время первого периода применения и, следовательно, агент, снижающий вязкость, пока не может осуществлять функцию снижения вязкости. В результате, вязкость флюида остается в первоначальном состоянии, что приводит к использованию преимуществ, основанных на высокой вязкости флюида. Между тем, во время последующего периода применения, поскольку агент, снижающий вязкость, выделяется во флюид, благодаря постепенному высвобождению центральной части 1, осуществляемому внешней частью 2, агент, снижающий вязкость, осуществляет функцию снижения вязкости. В результате, вязкость флюида уменьшается, что позволяет использовать преимущества, основанные на малой вязкости флюида.
Кроме того, поскольку температура стеклования сополимера стирола-бутадиена, содержащегося во внешней части 2, подобрана соответственно описанным выше четырем свойствам, предъявляемым к внешней части 2, сополимер стирола-бутадиена обладает выгодными характеристиками по сравнению с другими полимерными соединениями. Примером подобных «других полимерных соединений» является сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого не находится в подходящем диапазоне, описанном выше. Кроме того, «другие полимерные соединения» являются полимерными соединениями, отличающимися от сополимера стирола-бутадиена, и представляют собой, например, полистирол, полибутадиен и т.д. Соответственно, промежуток времени, в течение которого вязкость флюида сохраняет свое значение (первый период времени), достаточно определен, и этот промежуток времени легко контролировать. Помимо этого, в течение промежутка времени по истечении описанного выше промежутка времени (последующий период применения флюида), вязкость флюида уменьшается в достаточной степени за короткое время.
Таким образом, при использовании флюида, содержащего инкапсулированный агент, вязкость флюида уменьшается в достаточной степени за короткое время в течение желаемых временных рамок при использовании флюида одного типа. Соответственно, можно более эффективно снижать вязкость флюида, используемого в применении, при котором требуется снижение вязкости в середине процесса использования.
В частности, когда в инкапсулированном агенте согласно варианту осуществления сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в пределах описанного выше диапазона, модифицирован карбоксигруппой, данный сополимер стирола-бутадиена обладает превосходящими характеристиками в отношении описанных выше четырех свойств, что позволяет добиться улучшенных эффектов.
Кроме того, в случае, когда флюид используется в методе гидроразрыва, и данный флюид содержит агент, снижающий вязкость, в котором центральная часть содержит вещество, разлагающее агент, снижающий вязкость, агент, снижающий вязкость, разлагается в середине срока использования данного флюида, приводя к уменьшению вязкости флюида. Следовательно, аналогично описанному выше случаю, в котором центральная часть 1 включает в себя агент, снижающий вязкость, можно осуществить функцию снижения вязкости.
Если внешняя часть 2 содержит множество дисперсных веществ 3, гранулирующий эффект улучшается, а агрегация частиц между собой в процессе грануляции подавляется во время получения инкапсулированного агента (образование внешней части 2), повышая дисперсность инкапсулированного агента во флюиде. Это позволяет добиться улучшенных эффектов.
2. Применение инкапсулированного агента (флюид с переменной вязкостью)
Далее представлено описание применения описанного выше инкапсулированного агента.
Как описано выше, применение инкапсулированного агента специально не ограничено до тех пор, пока в подобном применении требуется уменьшить вязкость флюида, содержащего инкапсулированный агент, в середине срока использования данного флюида.
В настоящем документе флюид, вязкость которого уменьшают за счет использования инкапсулированного агента, называют «флюидом с переменной вязкостью». «Флюид с переменной вязкостью» представляет собой флюид, вязкость которого можно существенно снизить в середине его использования для достижения определенной цели.
Выражение «существенно снизить вязкость» означает, что вязкость позволяет использовать преимущества, основанные на сравнительно высокой вязкости флюида (преимущества, обусловленные высокой вязкостью), в течение первого периода применения (до уменьшения вязкости флюида), и снижается до такой степени, которая позволяет использовать преимущества, основанные на сравнительно малой вязкости флюида (преимущества, обусловленные малой вязкостью), в течение последующего периода применения (после уменьшения вязкости флюида). В результате, в течение первого периода применения до последующего периода применения, это дает возможность использовать два вида преимуществ, основанных на взаимно противоположных свойствах флюида, то есть преимуществ, обусловленных высокой вязкостью, и преимуществ, обусловленных низкой вязкостью, в процессе непрерывного использования общего (т.е. одного и того же типа) флюида.
2-1. Структура
На фиг. 3 представлена структура флюида с переменной вязкостью согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Флюид с переменной вязкостью включает в себя основную фазу 11 флюида и один или не менее двух инкапсулированных агентов 12.
Основная фаза флюида
Основная фаза 11 флюида представляет собой основной компонент флюида с переменной вязкостью, а инкапсулированный агент 12 и другие вещества, описанные далее, диспергированы или растворены в основной фазе 11 флюида. Пример основной фазы 11 флюида включает в себя жидкость. Это связано с тем, что инкапсулированный агент 12 легко диспергируется в основной фазе 11 флюида, и дисперсное состояние инкапсулированного агента 12 легко поддерживать. Жидкость включает в себя, например, один или не менее двух видов растворителей из числа воды, органического растворителя и т.д. Следует отметить, что, например, в случае использования флюида с переменной вязкостью в методе гидроразрыва (флюид разрыва), описанная выше жидкость содержит воду.
Инкапсулированный агент
Структура инкапсулированного агента 12 похожа на структуру описанного выше инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Другими словами, инкапсулированный агент 12 состоит из центральной части, содержащей агент, снижающий вязкость, и внешней части, содержащей сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в соответствующем диапазоне, как показано на фиг. 1.
Например, в случае использования флюида с переменной вязкостью в методе гидроразрыва (флюид разрыва), инкапсулированный агент 12, служащий агентом, снижающим вязкость, называется брейкером. Следует отметить, что агент, снижающий вязкость, осуществляющий функцию снижения вязкости преимущественно в инкапсулированном агенте 12, может в некоторых случаях назваться брейкером.
Предпочтительно инкапсулированный агент 12 диспергирован в основной фазе 11 флюида. Это обусловлено тем, что вязкость флюида с переменной вязкостью легко уменьшить равномерно. Следует отметить, что содержание инкапсулированного агента 12 в основной фазе 11 флюида специально не ограничено. Можно установить любое содержание инкапсулированного агента 12 в зависимости от условий, например таких, как вязкость флюида с переменной вязкостью во время последующего периода применения.
Прочие вещества
Следует отметить, что флюид с переменной вязкостью может содержать один или не менее двух видов других веществ. На фиг. 4 показана другая конфигурация флюида с переменной вязкостью, и она соответствует фиг. 3.
Множество дисперсных веществ
Прочие вещества представляют собой, например, один или не менее двух видов любых веществ из множества дисперсных веществ 13 (множество вторых дисперсных веществ). Множество дисперсных веществ 13, которое будет описано в настоящем описании, основано на концепции, которая отличается от концепции, предусмотренной для множества дисперсных веществ 3 (множество первых дисперсных веществ), описанных выше. Иными словами, например, как описано далее, множество дисперсных веществ 13 служит в качестве проппантов, в отличие от множества дисперсных веществ 3, служащих наполнителями. Более конкретно, множество дисперсных веществ 3 удерживается сополимером стирола-бутадиена во внешней части 2. Напротив, множество дисперсных веществ 13 не удерживается сополимером стирола-бутадиена во внешней части 2, но диспергировано в основной фазе 11 флюида.
Множество дисперсных веществ 13 включает в себя, например, один или не менее двух видов, выбранных из песка и т.д., и песок и т.д. может иметь покрытие из одного или не менее двух видов полимерных соединений. Тип песка специально не ограничен, при условии, что он представляет собой обломки горной породы, обломки минерала и т.д. Тип полимерного соединения специально не ограничен, при условии, что он может в достаточной степени покрывать поверхность песка и т.д. Количество типов полимерного соединения может составлять только один или не менее двух.
Предпочтительно множество дисперсных частиц 13 диспергировано в основной фазе 11 флюида. Это связано с тем, что множество дисперсных частиц 13 выполняют свою основную функцию легче, чем в случае, когда множество дисперсных частиц 13 остается в состоянии агрегации и седиментации и т.д.
Следует отметить, что содержание множества дисперсных частиц 13 в основной фазе 11 флюида специально не ограничено, однако оно определяется, например, в зависимости от роли (функции), применения, цели и т.д. флюида с переменной вязкостью. Кроме того, роль множества дисперсных частиц 13 специально не ограничена, однако, она определяется, например, в зависимости от применения, цели и т.д. флюида с переменной вязкостью, как и в случае содержания, описанного выше.
Например, при использовании флюида с переменной вязкостью в методе гидроразрыва (флюид разрыва) множество дисперсных частиц 13 выполняют роль так называемых проппантов. Как описано выше, проппант используется для предотвращения смыкания трещин, образующихся при разрушении резервуара. В этом случае предпочтительно, чтобы множество дисперсных частиц 13 было диспергировано в основной фазе 11 флюида, и чтобы поддерживалось дисперсное состояние множества дисперсных частиц 13. Это связано с тем, что транспортные свойства множества дисперсных частиц 13 улучшаются в процессе использования флюида с переменной вязкостью. В результате, при попадании флюида с переменной вязкостью в трещины, больше вероятность попадания в трещины множества дисперсных частиц 13 вместе с жидкой фазой 11. Кроме того, меньше вероятность изменения количества множества дисперсных частиц 13, попадающих в каждую из трещин.
Следует отметить, что множество дисперсных частиц 13 не ограничено проппантом. В случае использования флюида с переменной вязкостью для любого применения, отличающегося от метода гидроразрыва (флюид разрыва), множество дисперсных частиц 13 можно использовать в целях, отличающихся от целей применения проппанта.
Загуститель
Кроме того, прочие вещества представляют собой, например, один или не менее двух видов загустителя 14. Загуститель 14 служит для повышения вязкости флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения, и содержит, например, один или не менее двух видов гелеобразующего агента, сшивающего агента и т.д. Гелеобразующий агент включает в себя, например, один или не менее двух видов гуаровой смолы, карбоксиметилцеллюлозы и т.д. Сшивающий агент включает в себя, например, один или не менее двух видов агента из числа борной кислоты, комплекса циркония и т.д. В случае, когда флюид с переменной вязкостью содержит гелеобразующий агент, например, флюид с переменной вязкостью превращается в гель. Следует отметить, что содержание загустителя 14 в основной фазе 11 флюида специально не ограничено. Можно установить содержание загустителя 14 на любом уровне в зависимости от условий, например, таких, как вязкость флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения. Загуститель можно либо растворить, либо диспергировать в основной фазе 11 флюида, или и растворить, и диспергировать в основной фазе 11 флюида.
В том случае, когда флюид с переменной вязкостью не содержит загустителя 14, вязкость флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения определяется, по существу, вязкостью самой основной фазы 11 флюида. В этом случае предпочтительно, чтобы вязкость флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения была достаточно высокой, чтобы сохранить инкапсулированный агент 12 и т.д. в дисперсном состоянии в основной фазе 11 флюида. Поэтому в случае, когда вязкость флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения недостаточно высока, вязкость флюида с переменной вязкостью во время первого периода применения предпочтительно повышают за счет использования загустителя 14. Это связано с тем, что в основной фазе 11 флюида менее вероятна агрегация, осаждение и т.д. инкапсулированного агента 12, и, таким образом, в основной фазе 11 флюида с большей вероятностью будет сохраняться дисперсное состояние инкапсулированного агента 12 и т.д.
Добавка
Кроме того, прочие вещества представляют собой один или не менее двух видов из разных добавок. Примеры добавок включают себя агент, снижающий трение, поверхностно-активное вещество, регулятор рН, ингибитор коррозии, биоцид, стабилизатор железа и т.д.
Агент, снижающий трение, регулирует, главным образом, текучесть дисперсных веществ 13 во флюиде с переменной вязкостью. Агент, снижающий трение, включает в себя, например, один или не менее двух видов полиакриламида и т.д.
Поверхностно-активное вещество регулирует, главным образом, дисперсность, текучесть и т.д. агента, снижающего вязкость. Поверхностно-активное вещество включает в себя, например, один или не менее двух видов активного агента на основе спирта, и т.д.
Регулятор рН регулирует, главным образом, рН флюида с переменной вязкостью. Регулятор рН включает в себя, например, один или не менее двух видов из числа карбоната калия и т.д.
Ингибитор коррозии, главным образом, предотвращает коррозию устройства, прибора и т.д., приводимых в контакт с флюидом с переменной вязкостью во время использования флюида с переменной вязкостью. Ингибитор коррозии включает в себя, например, один или не менее двух видов ингибитора из числа формальдегида, изопропилового спирта и т.д. Следует отметить, что устройство, прибор и т.д., контактирующие с флюидом с переменной вязкостью, представляют собой, например, трубу и т.д., предназначенную для транспортировки флюида с переменной вязкостью.
Биоцид, главным образом, подавляет рост микроорганизмов, находящихся во флюиде с переменной вязкостью. Биоцид включает в себя, например, один или не менее двух видов биоцида из числа глутаральдегида, водной перекиси водорода и т.д.
Стабилизатор железа предотвращает осаждение оксида металла, который можно приписать железу. Стабилизатор железа включает в себя, например, один или не менее двух видов стабилизатора из числа уксусной кислоты, лимонной кислоты, аскорбиновой кислоты, этиленгликоля и т.д.
2-2. Действие
Флюид с переменной вязкостью включает в себя инкапсулированный агент 12, конфигурация которого сходна с конфигурацией описанного выше инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Поэтому в ходе использования флюида с переменной вязкостью, вязкость флюида с переменной вязкостью снижается за счет использования инкапсулированного агента 13.
В частности, во время первого периода применения агент, снижающий вязкость, еще не может снижать вязкость и, таким образом, вязкость флюида с переменной вязкостью сохраняется в первоначальном состоянии. Между тем, во время последующего периода применения, агент, снижающий вязкость, осуществляет функцию снижения вязкости, приводя к уменьшению вязкости флюида с переменной вязкостью.
2-3. Применения и эффекты
Согласно флюиду с переменной вязкостью по варианту осуществления настоящего изобретения, флюид с переменной вязкостью содержит один или не менее двух инкапсулированных агентов 12, и конфигурация инкапсулированного агента 12 сходна с конфигурацией описанного выше инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В этом случае, как описано выше, инкапсулированный агент 12 более эффективно снижает вязкость в процессе использования флюида с переменной вязкостью, несмотря на использование одного вида флюида с переменной вязкостью, поэтому вязкость флюида с переменной вязкостью значительно снижается за короткое время. Это позволяет добиться более высоких характеристик изменения вязкости за счет снижения вязкости под действием инкапсулированного агента 12.
Поскольку флюид с переменной вязкостью используется, в частности, в методе гидроразрыва пласта (флюид разрыва), следующие эффекты получают в том случае, когда флюид с переменной вязкостью содержит множество дисперсных веществ 13.
Во-первых, во время первого периода применения вязкость флюида с переменной вязкостью остается на первоначальном уровне и, таким образом, во флюиде с переменной вязкостью множество дисперсных веществ 13 остается в дисперсном состоянии. Поэтому, прикладывая давление к флюиду с переменной вязкостью, можно ввести множество дисперсных веществ 13 в трещины в достаточном объеме, что приведет к разрушению резервуара, за счет использования сравнительно высокой вязкости флюида с переменной вязкостью.
Во-вторых, во время последующего периода применения, вязкость флюида с переменной вязкостью значительно уменьшается, приводя к улучшенной текучести флюида с переменной вязкостью. Следовательно, пользуясь сравнительно малой вязкостью флюида с переменной вязкостью, можно собрать использованный флюид с переменной вязкостью за короткое время путем отсасывания и т.д. флюида с переменной вязкостью.
В-третьих, для попадания множества дисперсных веществ 13 в трещины в достаточной степени во время первого периода применения и для сбора использованного флюида с переменной вязкостью за короткое время во время последующего периода применения, как описано выше, необходимо использовать только общий (одного вида) флюид с переменной вязкостью. Это дает возможность просто и стабильно использовать два вида преимуществ, основанных на взаимно противоположных свойствах вязкости данного флюида.
Любые другие применения и эффекты, относящиеся к флюиду с переменной вязкостью, сходны с применениями и эффектами инкапсулированного агента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Рабочие примеры
Далее приведено описание рабочих примеров настоящего изобретения. Порядок описания приведен ниже. Однако варианты осуществления изобретения не ограничены описанными здесь вариантами осуществления.
1. Получение инкапсулированного агента
2. Оценка инкапсулированного агента
2-1. Оценка получения
2-2. Оценка производительности
1. Получение инкапсулированного агента
Экспериментальные примеры 1-18
Сначала получали инкапсулированный агент следующими методами.
Прежде всего, получали водный эмульсионный раствор, содержащий ряд следующих полимерных соединений. В данном случае водный эмульсионный раствор (концентрация твердой фазы: 8%) получали, разбавляя водный эмульсионный раствор этанолом.
Экспериментальные примеры 1-3: сополимер стирола-бутадиена, модифицированный карбокси-группами, NALSTAR SR-100 (Tg: 27 градусов Цельсия), доступный у NIPPON A&L INC.
Экспериментальные примеры 4-7 и 11-13: сополимер стирола-бутадиена, модифицированный карбокси-группами, NALSTAR SR-107 (Tg: -15 градусов Цельсия), доступный у NIPPON A&L INC.
Экспериментальный пример 8: немодифицированный сополимер стирола-бутадиена NALSTAR SR-130 (Tg: -1 градусов Цельсия), доступный у NIPPON A&L INC.
Экспериментальный пример 9: сополимер стирола-бутадиена, модифицированный карбокси-группами, NALSTAR SR-115 (Tg: 37 градусов Цельсия), доступный у NIPPON A&L INC.
Экспериментальный пример 10: сополимер стирола-бутадиена, модифицированный карбокси-группами, NALSTAR XG-4087 (Tg: 45 градусов Цельсия), доступный у NIPPON A&L INC.
Экспериментальный пример 14: смесь сополимера стирола-бутадиена, модифицированного карбокси-группами, NALSTAR SR-107 (Tg: -15 градусов Цельсия), доступного у NIPPON A&L INC, и сополимера стирола-бутадиена, модифицированного карбокси-группами, NALSTAR SR-100 (Tg: 27 градусов Цельсия), доступного у NIPPON A&L INC. (массовое соотношение: 1:1)
Экспериментальные примеры 15 и 16: смесь сополимера стирола-бутадиена, модифицированного карбокси-группами, NALSTAR SR-107 (Tg: -15 градусов Цельсия), доступного у NIPPON A&L INC и сополимера стирола-бутадиена, модифицированного карбокси-группами, NALSTAR SR-115 (Tg: 37 градусов Цельсия), доступного у NIPPON A&L INC. (массовое соотношение: 1:1)
Экспериментальный пример 17: акриловая смола Mowinyl 727 (Tg: 5 градусов Цельсия), доступная у Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.
Экспериментальный пример 18: стирол-акриловый сополимер Mowinyl 749E (Tg: 25 градусов Цельсия), доступный у Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.
После этого получали внешнюю часть 2, нанося на центральную часть 1 покрытие водным эмульсионным раствором с использованием оборудования для нанесения покрытия в псевдоожиженном слое при вращательном движении слоя (типа LABO от Freund Corporation), а затем осуществляя осушку водного эмульсионного раствора. Что касается центральной части 1, использовали перекись калия, взятую в качестве соли металла (средний объемный размер частиц: 330 мкм) и персульфат аммония, взятый в качестве ониевой соли (средний объемный размер частиц: 430 мкм).
При получении внешней части 2 применяли водный эмульсионный раствор (концентрация твердой фазы: 8 мас.%), в котором не было диспергировано множество дисперсных веществ 3, пока количество (мас.%) внешней части 2 в целом (центральная часть 1 и внешняя часть 2) не достигало уровня, эквивалентного 80% от определенного заранее количества, приведенного в таблице 1. После этого наносили водный эмульсионный раствор (концентрация твердой фазы: 8 мас.%, а концентрация дисперсии множества дисперсных веществ 3: 2 мас.%), с диспергированным в нем множеством дисперсных веществ 3, пока количество (мас.%) внешней части 2 в целом не достигало количества, эквивалентного 20% от определенного заранее количества, приведенного в таблице 1.
Что касается множества дисперсных веществ 3, использовали тальк (средний объемный размер частиц: 4 мкм), бентонит (средний объемный размер частиц: 550 мкм), оксид титана (средний объемный размер частиц: 5 мкм), и оксид кремния (средний объемный размер частиц: 10 мкм).
Наконец, центральную часть 1, полученную с покрытием из внешней части 2, подвергали сортировке при помощи сита с размером ячеек 1 мм. В результате, получали внешнюю часть 2, содержащую полимерное соединение и множество дисперсных веществ 3, где поверхность центральной части 1 была покрыта внешней частью 2, завершая получение инкапсулированного агента. Конфигурация полученного в настоящем изобретении инкапсулированного агента представлена в таблице 1.
2. Оценка инкапсулированного агента
Как описано далее, оценку инкапсулированного агента проводили с точки зрения получения и эффективности.
2-1. Оценка получения
Исследовали свойства покрытия и водостойкость инкапсулированного агента для оценки инкапсулированного агента с точки зрения эффективности, и получали результаты, представленные в таблице 1.
При исследовании покрывающего свойства, состояние инкапсулированного агента оценивали путем исследования, надлежащим ли образом инкапсулирован инкапсулированный агент, то есть в достаточной ли степени центральная часть покрыта внешней частью 2, при помощи цифрового микроскопа (DIGITAL MICROSCOPE KH-1300 от HIROX Co., Ltd.). При этом случай, в котором центральная часть 1 не была открыта, поскольку внешняя часть 2 полностью покрывала центральную часть 1, определяли как «достигнуто». Напротив, случай, в котором часть центральной части 1 была открыта, поскольку внешняя часть 2 не полностью покрывала центральную часть 1, определяли как «не достигнуто».
3
При исследовании водостойкости инкапсулированный агент, прежде всего, помещали в теплую воду объемом 200 см (= 200 мл, температура: 60 градусов Цельсия), перемешивая данную теплую воду с низкой скоростью. При этом введенное количество инкапсулированного агента регулировали так, чтобы гарантировать массу центральной части 1, эквивалентную двум граммам. Затем теплую воду, содержащую инкапсулированный агент, перемешивали (продолжительность перемешивания: один час), а после этого измеряли электропроводность теплой воды при помощи измерителя электропроводности (ECTester 11+, приобретенный у Eutech Instruments). Затем определяли элюированное количество агента, снижающего вязкость, исходя из определенной величины электропроводности при помощи калибровочной кривой, устанавливающей корреляцию элюированным количеством центральной части 1 (в качестве агента, снижающего вязкость, использовали персульфат калия и персульфат аммония) и электропроводность теплой воды. Наконец, проводили оценку состояния инкапсулированного агента, исходя из элюированного количества агента, снижающего вязкость. При этом случай, в котором элюированное количество агента, снижающего вязкость, составляло менее 10%, определяли как «хороший». Напротив, случай, в котором элюированное количество агента, снижающего вязкость, составляло 10% или больше, определяли как «плохой».
Как видно из таблицы 1, покрывающее свойство и водостойкость сильно различались в зависимости от конфигурации инкапсулированного агента.
Более конкретно, если в качестве материалов, составляющих внешнюю часть 2 (полимерные соединения), использовали соединения, отличающиеся от сополимера стирола-бутадиена (экспериментальные примеры 17 и 18), то поверхность центральной части 1 оказывалась покрыта внешней частью 2 не полностью, затрудняя полное формирование структуры капсулы.
Напротив, в том случае, когда в качестве материалов, составляющих внешнюю часть 2, использовали сополимер стирола-бутадиена (экспериментальные примеры с 1 по 16), свойства покрытия и водостойкости сильно различались в зависимости от температуры стеклования сополимера стирола-бутадиена.
В частности, если температура стеклования находилась в соответствующем диапазоне (от -20 градусов Цельсия до +80 градусов Цельсия) (экспериментальные примеры 1-16), поверхность центральной части 1 была полностью покрыта внешней частью 2, что позволяло получить структуру капсулы. Кроме того, внешняя часть 2 не растворялась в течение длительного времени, что давало возможность в достаточной степени защитить центральную часть 1 при помощи внешней части 2.
2-2. Оценка эффективности
Функцию снижения вязкости (эффект снижения вязкости) инкапсулированного агента изучали для того, чтобы оценить инкапсулированный агент с точки зрения эффективности, и получали результаты, представленные в таблице 1. В настоящем описании для упрощенной оценки эффекта снижения вязкости исследовали изменения в вязкости раствора гуаровой смолы, содержащий инкапсулированный агент.
При исследовании изменений в вязкости раствора гуаровой смолы, сначала растворяли порошок гуаровой смолы (приобретенный у SIGMA) в 1300 грамм воды, прошедшей обработку методом ионообмена, находящейся в лабораторном стакане, путем добавления 12,56 грамм порошка гуаровой смолы в виде небольших порций, перемешивая воду, прошедшую обработку методом ионообмена, при помощи мешалки типа «three-one motor». Поскольку порошок гуаровой смолы растворялся плохо, в том случае, когда в воде, прошедшей обработку методом ионообмена, присутствовало большое количество нерастворенного порошка гуаровой смолы, это количество порошка гуаровой смолы растворяли, измельчая порошок гуаровой смолы шпателем. Таким образом, порошок гуаровой смолы растворяли и, в результате получали раствор гуаровой смолы. После этого к раствору гуаровой смолы добавляли 0,985 грамма сшивающего агента (борной кислоты), а затем перемешивали раствор гуаровой смолы (продолжительность перемешивания; четыре часа или дольше). Потом 160 грамм раствора гуаровой смолы собирали в полиэтиленовую бутылку.
Затем раствор гуаровой смолы предварительно нагревали (температура нагревания: 80 градусов Цельсия и продолжительность нагревания: 30 минут), а потом раствор гуаровой смолы оставляли в полученном виде (продолжительность стояния: 30 минут). Затем измеряли вязкость (мПа·с) раствора гуаровой смолы при помощи измерителя вязкости (вискозиметр с системой «конус-плита» TVE-22H, приобретенный у Toki Sangyo Co., Ltd.). При этом диапазон измерения составлял Н, скорость вращения составляла 2,5 об./мин, а температура составляла 25 градусов Цельсия. После этого инкапсулированный агент помещали в раствор гуаровой смолы, после чего раствор гуаровой смолы перемешивали. Затем регулировали введенное количество инкапсулированного агента, чтобы гарантировать, что масса центральной части 1 эквивалентна 0,05 грамм.
После этого измеряли вязкость раствора гуаровой смолы (мПа·с), отбирая часть раствора гуаровой смолы каждые 30 минут после выдерживания раствора гуаровой смолы в термостате (печь mini-jet MO-921, приобретенная у TOYAMA SANGYO CO., LTD., температура: 80 градусов Цельсия или 100 градусов Цельсия). При этом измерение вязкости повторяли, пока время выдерживания раствора гуаровой смолы не достигало 360 часов.
Наконец, проводили оценку эффекта снижения вязкости инкапсулированного агента по результатам измерения вязкости раствора гуаровой смолы. При этом случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения (вязкость в начале выдерживания раствора гуаровой смолы) составляла 10% или меньше даже спустя четыре часа от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «А». Случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения достигала 10% или меньше спустя два часа и до истечения четырех часов от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «В». Случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения достигала 10% до истечения двух часов от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «С».
Как показано в таблице 1, в случае, когда в качестве составляющего материала (полимерного соединения) внешней части 2 использовали сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в пределах соответствующего диапазона, (экспериментальные примеры 1-16), эффект снижения вязкости за счет инкапсулированного агента осуществлялся спустя достаточный период времени после начала выдерживания раствора гуаровой смолы.
Однако промежуток времени до осуществления снижения вязкости (первый период применения) и скорость снижения и т.д. вязкости раствора гуаровой смолы в промежутке времени, в течение которого осуществлялся эффект снижения вязкости (последующий период применения), немного менялись в зависимости от конфигурации инкапсулированного агента.
На основании данных результатов, инкапсулированный агент, в котором поверхность центральной части 1, содержащей агент, снижающий вязкость, была покрыта внешней частью 2, содержащей сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находилась в соответствующем диапазоне (от -20 градусов Цельсия до +80 градусов Цельсия), эффективно осуществлял снижение вязкости.
До настоящего момента изобретение описывалось со ссылкой на варианты осуществления и рабочие примеры, однако настоящее изобретение не ограничено аспектами, описанными в вариантах осуществления и рабочих примерах. Так или иначе, можно осуществлять различные изменения и модификации.
Более конкретно, применение инкапсулированного агента и флюида с переменной вязкостью не ограничено методом гидроразрыва (флюид разрыва), и их можно использовать для любой области применения, отличающейся от применения для гидроразрыва. Кроме того, в этом случае вязкость значительно снижается за короткое время в ходе применения флюида с переменой вязкостью, содержащего инкапсулированный агент, что позволяет добиться целого ряда эффектов в зависимости от области применения.
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет на основании японской патентной заявки № 2015-152589, поданной 31 июля 2015 года в Японское Патентное Ведомство, полное содержание которой включено в настоящую заявку в виде ссылки.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что в зависимости от конструктивных требований и других факторов могут возникнуть различные модификации, комбинации, подкомбинации и изменения, в той мере, насколько они попадают в рамки прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.
APS: персульфат аммония, KPS: персульфат калия, SBR: стирол-бутадиеновый каучук, AC: акриловая смола, STAC: стирол-акриловый сополимер
2. Оценка инкапсулированного агента
Как описано далее, оценку инкапсулированного агента проводили с точки зрения получения и эффективности.
2-1. Оценка получения
Исследовали свойства покрытия и водостойкость инкапсулированного агента для оценки инкапсулированного агента с точки зрения эффективности, и получали результаты, представленные в таблице 1.
При исследовании покрывающего свойства, состояние инкапсулированного агента оценивали путем исследования, надлежащим ли образом инкапсулирован инкапсулированный агент, то есть в достаточной ли степени центральная часть покрыта внешней частью 2, при помощи цифрового микроскопа (DIGITAL MICROSCOPE KH-1300 от HIROX Co., Ltd.). При этом случай, в котором центральная часть 1 не была открыта, поскольку внешняя часть 2 полностью покрывала центральную часть 1, определяли как «достигнуто». Напротив, случай, в котором часть центральной части 1 была открыта, поскольку внешняя часть 2 не полностью покрывала центральную часть 1, определяли как «не достигнуто».
3
При исследовании водостойкости инкапсулированный агент, прежде всего, помещали в теплую воду объемом 200 см (= 200 мл, температура: 60 градусов Цельсия), перемешивая данную теплую воду с низкой скоростью. При этом введенное количество инкапсулированного агента регулировали так, чтобы гарантировать массу центральной части 1, эквивалентную двум граммам. Затем теплую воду, содержащую инкапсулированный агент, перемешивали (продолжительность перемешивания: один час), а после этого измеряли электропроводность теплой воды при помощи измерителя электропроводности (ECTester 11+, приобретенный у Eutech Instruments). Затем определяли элюированное количество агента, снижающего вязкость, исходя из определенной величины электропроводности при помощи калибровочной кривой, устанавливающей корреляцию элюированным количеством центральной части 1 (в качестве агента, снижающего вязкость, использовали персульфат калия и персульфат аммония) и электропроводность теплой воды. Наконец, проводили оценку состояния инкапсулированного агента, исходя из элюированного количества агента, снижающего вязкость. При этом случай, в котором элюированное количество агента, снижающего вязкость, составляло менее 10%, определяли как «хороший». Напротив, случай, в котором элюированное количество агента, снижающего вязкость, составляло 10% или больше, определяли как «плохой».
Как видно из таблицы 1, покрывающее свойство и водостойкость сильно различались в зависимости от конфигурации инкапсулированного агента.
Более конкретно, если в качестве материалов, составляющих внешнюю часть 2 (полимерные соединения), использовали соединения, отличающиеся от сополимера стирола-бутадиена (экспериментальные примеры 17 и 18), то поверхность центральной части 1 оказывалась покрыта внешней частью 2 не полностью, затрудняя полное формирование структуры капсулы.
Напротив, в том случае, когда в качестве материалов, составляющих внешнюю часть 2, использовали сополимер стирола-бутадиена (экспериментальные примеры с 1 по 16), свойства покрытия и водостойкости сильно различались в зависимости от температуры стеклования сополимера стирола-бутадиена.
В частности, если температура стеклования находилась в соответствующем диапазоне (от -20 градусов Цельсия до +80 градусов Цельсия) (экспериментальные примеры 1-16), поверхность центральной части 1 была полностью покрыта внешней частью 2, что позволяло получить структуру капсулы. Кроме того, внешняя часть 2 не растворялась в течение длительного времени, что давало возможность в достаточной степени защитить центральную часть 1 при помощи внешней части 2.
2-2. Оценка эффективности
Функцию снижения вязкости (эффект снижения вязкости) инкапсулированного агента изучали для того, чтобы оценить инкапсулированный агент с точки зрения эффективности, и получали результаты, представленные в таблице 1. В настоящем описании для упрощенной оценки эффекта снижения вязкости исследовали изменения в вязкости раствора гуаровой смолы, содержащий инкапсулированный агент.
При исследовании изменений в вязкости раствора гуаровой смолы, сначала растворяли порошок гуаровой смолы (приобретенный у SIGMA) в 1300 грамм воды, прошедшей обработку методом ионообмена, находящейся в лабораторном стакане, путем добавления 12,56 грамм порошка гуаровой смолы в виде небольших порций, перемешивая воду, прошедшую обработку методом ионообмена, при помощи мешалки типа «three-one motor». Поскольку порошок гуаровой смолы растворялся плохо, в том случае, когда в воде, прошедшей обработку методом ионообмена, присутствовало большое количество нерастворенного порошка гуаровой смолы, это количество порошка гуаровой смолы растворяли, измельчая порошок гуаровой смолы шпателем. Таким образом, порошок гуаровой смолы растворяли и, в результате получали раствор гуаровой смолы. После этого к раствору гуаровой смолы добавляли 0,985 грамма сшивающего агента (борной кислоты), а затем перемешивали раствор гуаровой смолы (продолжительность перемешивания; четыре часа или дольше). Потом 160 грамм раствора гуаровой смолы собирали в полиэтиленовую бутылку.
Затем раствор гуаровой смолы предварительно нагревали (температура нагревания: 80 градусов Цельсия и продолжительность нагревания: 30 минут), а потом раствор гуаровой смолы оставляли в полученном виде (продолжительность стояния: 30 минут). Затем измеряли вязкость (мПа·с) раствора гуаровой смолы при помощи измерителя вязкости (вискозиметр с системой «конус-плита» TVE-22H, приобретенный у Toki Sangyo Co., Ltd.). При этом диапазон измерения составлял Н, скорость вращения составляла 2,5 об./мин, а температура составляла 25 градусов Цельсия. После этого инкапсулированный агент помещали в раствор гуаровой смолы, после чего раствор гуаровой смолы перемешивали. Затем регулировали введенное количество инкапсулированного агента, чтобы гарантировать, что масса центральной части 1 эквивалентна 0,05 грамм.
После этого измеряли вязкость раствора гуаровой смолы (мПа·с), отбирая часть раствора гуаровой смолы каждые 30 минут после выдерживания раствора гуаровой смолы в термостате (печь mini-jet MO-921, приобретенная у TOYAMA SANGYO CO., LTD., температура: 80 градусов Цельсия или 100 градусов Цельсия). При этом измерение вязкости повторяли, пока время выдерживания раствора гуаровой смолы не достигало 360 часов.
Наконец, проводили оценку эффекта снижения вязкости инкапсулированного агента по результатам измерения вязкости раствора гуаровой смолы. При этом случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения (вязкость в начале выдерживания раствора гуаровой смолы) составляла 10% или меньше даже спустя четыре часа от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «А». Случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения достигала 10% или меньше спустя два часа и до истечения четырех часов от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «В». Случай, в котором скорость снижения вязкости относительно первоначального значения достигала 10% до истечения двух часов от начала хранения раствора гуаровой смолы, определяли как «С».
Как показано в таблице 1, в случае, когда в качестве составляющего материала (полимерного соединения) внешней части 2 использовали сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находится в пределах соответствующего диапазона, (экспериментальные примеры 1-16), эффект снижения вязкости за счет инкапсулированного агента осуществлялся спустя достаточный период времени после начала выдерживания раствора гуаровой смолы.
Однако промежуток времени до осуществления снижения вязкости (первый период применения) и скорость снижения и т.д. вязкости раствора гуаровой смолы в промежутке времени, в течение которого осуществлялся эффект снижения вязкости (последующий период применения), немного менялись в зависимости от конфигурации инкапсулированного агента.
На основании данных результатов, инкапсулированный агент, в котором поверхность центральной части 1, содержащей агент, снижающий вязкость, была покрыта внешней частью 2, содержащей сополимер стирола-бутадиена, температура стеклования которого находилась в соответствующем диапазоне (от -20 градусов Цельсия до +80 градусов Цельсия), эффективно осуществлял снижение вязкости.
До настоящего момента изобретение описывалось со ссылкой на варианты осуществления и рабочие примеры, однако настоящее изобретение не ограничено аспектами, описанными в вариантах осуществления и рабочих примерах. Так или иначе, можно осуществлять различные изменения и модификации.
Более конкретно, применение инкапсулированного агента и флюида с переменной вязкостью не ограничено методом гидроразрыва (флюид разрыва), и их можно использовать для любой области применения, отличающейся от применения для гидроразрыва. Кроме того, в этом случае вязкость значительно снижается за короткое время в ходе применения флюида с переменой вязкостью, содержащего инкапсулированный агент, что позволяет добиться целого ряда эффектов в зависимости от области применения.
Для настоящего изобретения испрашивается приоритет на основании японской патентной заявки № 2015-152589, поданной 31 июля 2015 года в Японское Патентное Ведомство, полное содержание которой включено в настоящую заявку в виде ссылки.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что в зависимости от конструктивных требований и других факторов могут возникнуть различные модификации, комбинации, подкомбинации и изменения, в той мере, насколько они попадают в рамки прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.