ВОССТАНОВЛЕНИЕ УВЕЛИЧИВАЮЩИХ ВЯЗКОСТЬ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ТЕКУЧИХ СРЕДАХ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СДВИГОВОГО УСИЛИЯ
RECOVERY OF VISCOSITY-INCREASING SURFACTANTS IN FLUIDS FOR ACTION ON FORMATION AFTER EXPOSURE TO SHEAR FORCE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно 35 U.S.С. §119(e) согласно предварительной заявке на патент США №62/341251, поданной 25 мая 2016 г., полное содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Применение увеличивающих вязкость поверхностно-активных текучих сред в области нефтедобычи продолжает расширяться, благодаря их преимуществам перед традиционными полимерными системами. Такие преимущества включают большую проницаемость в нефтеносную зону, меньшее повреждение пласта или подземного резервуара, большее извлечение увеличителя вязкости после разрыва пласта, устранение необходимости в применении ферментов или окислителей для уменьшения вязкости, и более легкую гидратацию и более быстрый набор оптимальной вязкости.
[003] Тем не менее, применение увеличивающих вязкость поверхностно-активных веществ в низких концентрациях может привести к неприемлемо долгому времени восстановления после воздействия сдвигового усилия после работы при высоком сдвиговом усилии. Следовательно, было бы желательно обеспечить текучую среду, сохраняющую высокий уровень вязкостных характеристик при высоких температурах и восстановление после воздействия сдвигового усилия, сравнимое с восстановлением текучих сред с относительно высокими концентрациями увеличивающих вязкость поверхностно-активных веществ после воздействия сдвигового усилия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[004] Согласно настоящему изобретению предложен способ уменьшения времени восстановления системы текучей среды с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом после воздействия сдвигового усилия, включающий введение системы текучей среды с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом в подземный пласт, в котором указанная текучая среда содержит значительную долю поверхностно-активного вещества и гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер в концентрации достаточной для уменьшения времени восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия по сравнению со временем восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия, не содержащей полимера. [005] В одном из вариантов реализации поверхностно-активное вещество выбрано из соединений Формул I, II, III, IV, и комбинаций указанных соединений. В одном из вариантов реализации гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер (АП) включает по меньшей мере одну водорастворимую часть, выбранную из акриламида, метакриламида, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидометилпропансульфоновой кислоты, N-винилпирролидона, N-винилформамида и смесей указанных соединений. В других вариантах реализации АП включает по меньшей мере одну нерастворимую в воде часть, выбранную из группы, состоящей из сложных эфиров линейного или разветвленного алкилового или алкиларилового спирта и акриловой или метакриловой кислоты, амидов линейного или разветвленного алкила или алкиларила и акриламида или метакриламида, стирола, бутадиена, 1-винилнафталина и смесей указанных соединений.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[006] Предложены способы уменьшения времени восстановления систем текучих сред с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом после воздействия сдвигового усилия. В одном из вариантов реализации указанный способ включает введение системы текучей среды с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом в подземный пласт, в котором указанная текучая среда содержит значительную долю поверхностно-активного вещества и гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер (АП) в качестве агента восстановления (ABC) после воздействия сдвигового усилия в концентрации достаточной для уменьшения времени восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия по сравнению со временем восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия, не содержащей ABC.
[007] В одном из вариантов реализации увеличивающее вязкость поверхностно-активное вещество выбрано из соединений Формул I, II, III, IV, и комбинаций указанных соединений:
1
2
3
4
3
4
2
[008] В Формуле I, R выбран из алкила, алкенила, алкиларилалкилена, алкениларилалкилена, алкиламиноалкилена, алкениламиноалкилена, алкиламидоалкилена или алкениламидоалкилена, где каждая из указанных алкильных групп содержит от примерно 14 до примерно 24 атомов углерода, и может являться разветвленной или линейной, насыщенной или ненасыщенной, где каждая из указанных алкиленовых групп содержит от примерно 1 до примерно 6 атомов углерода. R, R и R являются одинаковыми или разными и представляют собой алкил или гидроксиалкил, содержащий от 1 до примерно 5 атомов углерода, или R и R или R вместе с атомом азота, к которому они присоединены, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов.
[009] В одном из вариантов реализации поверхностно-активное вещество Формулы I выбрано из олеиламидопропилдиметилбетаина:
и глицината дигидроксиэтилталлового амида:
[0010]
1
1
2
3
4
5
6
4
5
6
В Формуле II, R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может быть разветвленной или линейной, ароматической, алифатической или олефиновой, и содержит от примерно 8 до примерно 30 атомов углерода. В одном из вариантов реализации, R этоксилирован. R, R по отдельности представляют собой водород или метальную группу; R и R или R по отдельности представляют собой водород или гидроксильную группу, при условии, что по меньшей мере один из R и R или R представляет собой гидроксильную группу.
[0011] В одном из вариантов реализации поверхностно-активное вещество Формулы II выбрано из эрукамидопропилгидроксипропилсульфобетаина:
и пропансульфоната 3-(N-эрукамидопропил-N,N-диметиламмония) (EDAS):
[0012]
1
1
2
3
4
3
4
2
в Формуле III, R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может быть разветвленной или линейной, ароматической, алифатической или олефиновой, и содержит от примерно 8 до примерно 30 атомов углерода. В одном из вариантов реализации, R этоксилирован. R, R и R одинаковые или разные и представляют собой алкил или гидроксиалкил, содержащий от 1 до примерно 5 атомов углерода, или R и R или R вместе с атомом азота, к которому они присоединены, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов.
[0013] В одном из вариантов реализации поверхностно-активное вещество Формулы III выбрано их хлорида стеарилтриметиламмония:
и эрукамидопропилтриметиламмония:
[0014]
7
9
10
11
10
11
8
В Формуле IV, R представляет собой насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную алифатическую группу, содержащую от примерно 7 до примерно 30 атомов углерода, R представляет собой насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную двухвалентную алкиленовую группу, содержащую от 2 до примерно 6 атомов углерода, R и R одинаковые или разные и представляют собой алкил или гидроксиалкил, содержащий от 1 до примерно 4 атомов углерода, или R и R вместе с атомом азота, к которому они присоединены, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, и R представляет собой водород, алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до примерно 4 атомов углерода.
[0015] В одном из вариантов реализации поверхностно-активное вещество Формулы IV включает оксид талловамидопропилдиметиламина:
[0016] Агент восстановления после воздействия сдвигового усилия или усилитель реологии представляет собой гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер (АП), который растворим в воде, но содержит один или более нерастворимых в воде коротких блоков. В одном из вариантов реализации водорастворимая часть выбрана из акриламида, метакриламида, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, 2-акриламидометилпропансульфоновой кислоты, N-винилпирролидона, N-винилформамида и смесей указанных соединений. В одном из вариантов реализации нерастворимая в воде часть, обладающая гидрофобными свойствами, выбрана из сложных эфиров линейного или разветвленного алкилового или алкиларилового спирта и акриловой или метакриловой кислоты, амидов линейного или разветвленного алкила или алкиларила и акриламида или метакриламида, стирола, бутадиена, 1-винилнафталина и смесей указанных соединений.
[0017] В одном из вариантов реализации гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер представляет собой сополимер, содержащий мономеры, выбранные из анионных мономеров, катионных мономеров, неионных мономеров, гидрофобно-модифицированных мономеров и комбинаций указанных мономеров.
Неограничительные примеры анионных мономеров включают акриловую кислоту и 2-акриламидо-2-метилпропинсульфоновую кислоту. Неограничительные примеры неионных мономеров включают акриламид. Неограничительные примеры катионных мономеров включают хлорид акрилоилоксиэтилтриметиламмония (АЕТАС). В одном из вариантов реализации гидрофобно-модифицированный мономер представляет собой анионный мономер (например, акриловую кислоту), соединенный с гидрофобной частью посредством углерод-углеродной связи, сложноэфирной связи или амидной связи. Неограничительные примеры таких гидрофобных мономеров включают, без ограничения, стеарилакрилат, хлорид октадецилдиметилаллиламмония и н-лаурил-2-метилакриламид. Примером гидрофобно-модифицированного ассоциативного полимера (АП) является полиакриловая кислота)-со-(2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота) с этилгексилакрилатом в качестве гидрофобного мономера. Неограничительные иллюстративные гидрофобные мономеры представлены ниже.
[0018] В одном из вариантов реализации ассоциативный гидрофобный мономер в нерастворимой в воде части имеет структуру, выбранную из Формул (V)-(IX) и комбинаций указанных вариантов:
[0019]
1
3
2
где R выбран из Н или СН и R выбран из
2
30
(i) сложных эфиров содержащей α,β-этиленовую ненасыщенную связь, разветвленной или линейной моно- или дикарбоновой кислоты и С-С алканолов (например, н-ундецил(мет)акрилат, этилгексил(мет)акрилат);
1
30
(ii) сложных эфиров винилового или аллилового спирта и C-С монокарбоновых кислот, например, винилформиата;
(iii) первичных амидов содержащих α,β-этиленовую ненасыщенную связь моно- и дикарбоновых кислот и их N-алкил и N,N-диалкил производных, таких как N-пропил(мет)акриламид;
(iv) N-виниллактамов и их производных, таких как N-винил-5-этил-2-пирролидон;
(v) сложных эфиров содержащих α,β-этиленовую ненасыщенную связь моно- и дикарбоновых кислот и аминоспиртов, например, N,N-диметиламиноциклогексил(мет)акрилата;
(vi) амидов содержащих α,β-этиленовую ненасыщенную связь моно- и дикарбоновых кислот и диаминов, содержащих по меньшей мере одну первичную или вторичную аминогруппу, например, N-[4-(диметиламино)-бутил]-акриламида; и
2
8
(vii) моноолефинов (С-C) и неароматических углеводородов, содержащих по меньшей мере две сопряженные двойные связи, например, этилена, изобутилена и подобных соединений.
[0020]
1
2
где m, n, p и q представляют собой целые числа, где m, n, р меньше 150, q больше 0 и по меньшей мере одно целое число из m, n и p не равно 0, R содержит полимеризуемую винильную функциональную группу, R, и R одинаковые или разные и представляют собой атомы водорода или алкильные группы; R' представляет собой гидрофобную группу, содержащую по меньшей мере 6 и по большей мере 36 атомов углерода, предпочтительно, по меньшей мере 12 и по большей мере 24 атома углерода, и более предпочтительно, по меньшей мере 18 и по большей мере 22 атома углерода.
[0021]
3
1
2
p
где R представляет собой Н или СН; где R представляет собой -(СН)H алкильную цепь; где р представляет собой целое число от 1 до примерно 4; где j представляет собой целое число от 1 до примерно 50; где k представляет собой целое число от 0 до примерно 20; где h равен 1 или 2; и где X имеет следующую структуру:
где m и n независимо представляют собой целые положительные числа от 1 до 39 и m+n представляет собой целое число от 4 до 40.
[0022]
3
3
4
где R представляет собой Н или СН; R представляет собой алкильную цепь, содержащую от 1 до примерно 4 атомов углерода; М представляет собой целое число от 1 до примерно 50; и N представляет собой 0 или целое число, меньшее или равное М.
[0023]
1
3
2
где R представляет собой Н или СН; х представляет собой целое число от 5 до примерно 50, R представляет собой алкильную цепь, содержащую от 1 до примерно 32 атомов углерода, или циклоалкильное кольцо, или одиночное ароматическое 4-6-членное кольцо.
[0024] В одном из вариантов реализации АП присутствует в концентрации достаточной для уменьшения времени восстановления текучей среды после воздействия сдвигового усилия. В другом варианте реализации концентрация агента восстановления после воздействия сдвигового усилия варьируется от 0,005 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно, от 0,01 мас.% до 0,1 мас.%. В одном из вариантов реализации после воздействия условий высокого сдвигового усилия (>500/с), текучая среда восстанавливает по меньшей мере 50% своей конечной вязкости в течение 50 секунд. В другом варианте реализации текучая среда восстанавливает 50% своей конечной вязкости в диапазоне 15-30 секунд. В одном из вариантов реализации ABC выбран из гидрофобно-модифицированных ассоциативных полимеров (АП) с молекулярной массой по меньшей мере 500 г/моль или смесей указанных полимеров. В целом, было обнаружено, что введение АП с молекулярной массой более 25000 г/моль является эффективным при более высоких концентрациях текучей среды с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом.
[0025] В одном из вариантов реализации способ включает введение системы текучей среды с увеличивающим вязкость поверхностно-активным веществом в подземный пласт, в котором указанная текучая среда содержит значительную долю поверхностно-активного вещества и гидрофобно-модифицированный ассоциативный полимер (АП) в качестве агента восстановления после воздействия сдвигового усилия (ABC) в концентрации достаточной для уменьшения времени восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия по сравнению со временем восстановления системы текучей среды после воздействия сдвигового усилия, не содержащей ABC. Система текучей среды подходит для множества применений в области нефтедобычи, включая, без ограничения, операции гидроразрыва и заканчивания скважин.
[0026] В одном из вариантов реализации система текучей среды дополнительно содержит по меньшей мере один растворитель, выбранный из воды, спиртов и комбинаций указанных растворителей. В одном из вариантов реализации система текучей среды содержит спирт, выбранный из одноатомных спиртов, двухатомных спиртов, многоатомных спиртов и комбинаций указанных соединений. В другом варианте реализации система текучей среды содержит спирт, выбранный из алканолов, алкоксилатов спиртов и комбинаций указанных соединений. В другом варианте реализации система текучей среды содержит спирт, выбранный из метанола, этанола, изопропанола, бутанола, пропиленгликоля, этиленгликоля, полиэтиленгликоля и комбинаций указанных соединений.
[0027] Факультативно, система текучей среды дополнительно содержит одну или более добавок. В одном из вариантов реализации текучая среда содержит одну или более добавок, выбранных из ингибиторов коррозии, агентов для контроля содержания железа, стабилизаторов глины, ингибиторов отложения сульфата кальция, взаимных растворителей и комбинаций указанных добавок. В одном из вариантов реализации ингибитор коррозии выбран из спиртов (например, ацетиленовых); катионов (например, четвертичных аммониевых солей, имидазолинов и алкилпиридинов); и неионных соединений (например, этоксилатов спиртов).
[0028] В одном из вариантов реализации время восстановления после воздействия сдвигового усилия определяют при помощи одного или обоих из следующих двух способов (Способы А и В). Способ А представляет собой визуальное наблюдение за тем, как после воздействия сдвигового усилия жидкости с высокой скоростью она «сливается» обратно после прекращения воздействия сдвигового усилия. Указанный способ слияния включает измерение времени, которое необходимо, чтобы жидкость восстановилась после выливания из наклоненного верхнего стакана или чашки с жидкостью. В другом варианте реализации время восстановления после воздействия сдвигового усилия можно измерить на реометре путем приложения к жидкости сдвигового усилия со скоростью 935/с в течение 30 секунд с последующей регистрацией времени, необходимого для того, чтобы жидкость достигла исходного стационарного состояния. Затем определяют время восстановления после воздействия сдвигового усилия как время, необходимое для того, чтобы вязкость достигла 50% от конечного равновесного значения при 100/с (Способ В).
[0029] Хотя обсуждаются конкретные варианты реализации изобретения, настоящее описание является только иллюстративным, но не ограничительным. Множество вариантов настоящего описания будут понятны специалисту в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием.
[0030] Далее настоящее изобретение будет описано со ссылками на следующие примеры. Следующие примеры являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Если не указано иное, все процентные содержания указаны по массе от общего состава.
[0031] Пример 1
[0032] Различные составы, содержащие определенное количество активного поверхностно-активного вещества, смешивали с водой или растворами соли, с добавлением агента восстановления (ABC) после воздействия сдвигового усилия или в отсутствии указанного агента, в течение 5 минут при 7000 об./мин. Еще через 20 секунд текучую среду выливали из смесителя в стакан и определяли время «слияния», как описано в Способе А. В качестве иллюстративного примера, смесь 2,6% активного эруцил-четвертичного аммониевого соединения в 6% KCl имела время восстановления после воздействия сдвигового усилия более 180 секунд в отсутствии агента восстановления после воздействия сдвигового усилия, по сравнению с 17 и 12 секундами при добавлении 0,01 мас.% и 0,015 мас.% ABC, соответственно, согласно Способу А. В другом примере, введение 0,12 мас.% АВС-2 в 1,85% активный олеилбетаин в 6% KCl показало время восстановления после воздействия сдвигового усилия 6 секунд, по сравнению с >180 в отсутствии АВС-2, согласно Способу А.
[0033]
[0034] Предмет настоящего изобретения был описан со ссылками на конкретные детали определенных вариантов реализации. Это не предполагает, что такие детали рассматриваются как ограничение объема описанного предмета изобретения, за исключением случаев, когда и насколько они включены в прилагаемую формулу изобретения.
[0035] Следовательно, описанные примеры вариантов реализации хорошо приспособлены, чтобы достигать как вышеуказанных целей и преимуществ, так и прочих им присущих. Конкретные варианты реализации, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку описанные варианты реализации могут быть модифицированы и практически реализованы различными, но эквивалентными путями, понятными для специалиста в данной области техники, изучившего положения настоящего документа. Кроме того, отсутствуют ограничения для деталей конструкции или дизайна, показанных в настоящем описании, кроме описанных в прилагаемой формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что описанные выше конкретные иллюстративные варианты реализации можно изменять, комбинировать или модифицировать, и все указанные варианты входят в объем и сущность описанных примеров вариантов реализации. Иллюстративно описанные в настоящем документе примеры вариантов реализации можно соответствующим образом осуществлять на практике без остальных элементов, которые не описаны отдельно в настоящем документе и/или любых факультативных элементов, описанных в настоящем документе. Хотя композиции и способы описаны в терминах «состоящий», «содержащий» или «включающий» различные компоненты или стадии, композиции и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов, веществ или стадий. В настоящем описании термин «состоящий по существу из» следует рассматривать как включающий перечисленные компоненты, вещества или стадии, и такие дополнительные компоненты, вещества или стадии, которые не оказывают существенного влияния на базовые и новые свойства композиции или способа. В некоторых вариантах реализации композиции согласно вариантам реализации настоящего изобретения, «состоящие по существу из» указанных компонентов или веществ, не включают никаких дополнительных компонентов или веществ, изменяющих базовые или новые свойства композиции. При возникновении любых конфликтов в употреблении слова или термина в настоящем описании и в одном или более патенте или другом документе, которые могут быть включены в настоящее описание посредством ссылки, следует выбрать определение, не противоречащее настоящему описанию.