МОДИФИКАЦИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКОУПРУГОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА
MODIFICATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF VISCOELASTIC SURFACE ACTIVE SUBSTANCE

Уровень техники изобретения
В этом разделе предоставлена информация об уровне техники, имеющем отношение к настоящему изобретению, и может не представлять собой прототип.
Изобретение связано с веществами, улучшающими реологические параметры вязкоупругих поверхностно-активных жидких систем (viscoelastic surfactant fluid systems, VES's). Конкретнее, оно связано с выбором и оптимизацией веществ, улучшающих реологические параметры жидких систем, используемых в широких диапазонах солесодержания и температуры. Более конкретно, оно связано с веществами, улучшающими реологические параметры, посредством сокращения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия и увеличения вязкости VES's, для применения в жидких составах для обработки приствольной зоны нефтяного месторождения.
Некоторые поверхностно-активные вещества при их нахождении в водных растворах образуют вязкоупругие жидкие среды. Такие поверхностно-активные вещества называются «вязкоупругие поверхностно-активные вещества» или "VES's". Другие компоненты, такие как дополнительные VES's, вспомогательные поверхностно-активные вещества, буферные растворы, кислоты, растворители и соли являются необязательными или необходимыми (в зависимости от используемой специфической VES жидкой системы) и выполняют такие функции, как повышение стабильности (особенно, термической стабильности) или увеличение вязкости систем путем модификации и/или стабилизации мицелл; все компоненты вместе называются вязкоупругой поверхностно-активной системой. Теоретических ограничений нет, но многие вязкоупругие поверхностно-активные системы формируют длинные палочкообразные или винтообразные мицеллы в водных растворах или везикулы. Сцепление этих мицеллиальных или везикулярных структур придает вязкость и упругость жидкой среде. Для жидкой среды, чтобы иметь хорошую вязкость и упругость в данных условиях, должны образовываться истинные мицеллы и необходимо истинное сцепление. Для этого требуется соответствие структуры поверхностно-активного вещества некоторым геометрическим необходимым условиям и наличие достаточной длины у мицелл или взаимодействий для адекватного сцепления.
Известно много химических добавок для улучшения реологических свойств (большая вязкость и/или большая стабильность, и/или большая устойчивость к солевому раствору, и/или сниженная чувствительность к сдвигающему усилию, и/или более быстрое повторное осуществление связывания, если мицеллы разрушены, например, сдвигающим усилием). Такие вещества обычно называются вспомогательными поверхностно-активными веществами, модификаторами реологических свойств или веществами, улучшающими реологические параметры, и т.п., и обычно они представляют собой спирты, органические кислоты, такие, как карбоновые кислоты, сульфоновые кислоты и сульфонаты. Такие вещества часто оказывают различные воздействия, в зависимости от их точной структуры и концентрации, что касается точной структуры поверхностно-активного вещества (например, длин углеводородных цепей групп в молекулах поверхностно-активного вещества и вспомогательного поверхностного-активного вещества) и концентрации. Например, такие вещества могут быть полезны в некоторых концентрациях и вредны (пониженная вязкость, сниженная стабильность, большая чувствительность к сдвигающему усилию, увеличение времен повторного осуществления связывания) - при других.
В частности, многие VES жидкие системы обнаруживают продолжительные времена восстановления вязкости после того, как они подвергаются продолжительному воздействию мощного сдвигающего усилия. Медленное восстановление может повлиять на уменьшение кажущейся вязкости и способность переноса расклинивающего агента в трещину при закреплении скважин. Несмотря на то, что известны добавки, которые могут сокращать времена восстановления VES после воздействия сдвигающего усилия и повышать вязкости, существует потребность в дополнительных веществах, улучшающих реологические параметры.
Сущность изобретения
Изобретение связано с использованием улучшающих реологические параметры веществ, которые улучшают восстановление вязкоупругих поверхностно-активных жидких систем (VES's) после воздействия сдвигающего усилия. В одном примере осуществления изобретения способ технологической обработки подземного пласта месторождения включает приготовление и закачку в ствол скважины жидкой среды, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество в концентрации, достаточной для снижения времени восстановления жидкой среды после воздействия сдвигающего усилия. Реологическое свойство может определяться волокном или твердой частицей как органической (например, полимерной), так и неорганической.
В другом примере осуществления изобретения способ включает приготовление и закачку в ствол скважины жидкой среды, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество, для снижения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия, причем способ представляет собой образование гидроразрывов обработкой, включающей первую стадию закачки жидкой среды и вторую стадию закачки жидкой среды. Жидкая среда, содержащая вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество, закачивается в течение первой стадии, и расклинивающий агент для закрепления скважин добавляется в жидкую среду в течение второй жидкостной стадии.
И еще в другом примере осуществления изобретения - способ образования гидроразрывов подземного пласта месторождения, способ включает предоставление первой жидкой среды, включающей в себя вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество, которое добавлено в концентрации, достаточной для обеспечения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия, равного 60 секундам или менее. Первая жидкая среда затем закачивается в ствол скважины под давлением, равным или большим, чем давление возникновения трещины в пласте месторождения. Далее вторая жидкая среда, содержащая вязкоупругое поверхностно-активное вещество и расклинивающий агент для закрепления скважин закачивается в ствол скважины под давлением, равным или большим, чем давление возникновения трещины в пласте месторождения. Необязательно, в то время как первая жидкая среда закачивается в течение первой жидкостной стадии закачки, вторая жидкая среда закачивается в течение второй жидкостной стадии закачки, третья жидкая среда, включающая в себя второе улучшающее реологические параметры вещество, может закачиваться в течение второй жидкостной стадии. В некоторых примерах в течение второй жидкостной стадии, в то время как скорость закачивания третьей жидкой среды понижается, скорость закачивания второй жидкой среды повышается.
Также изобретение связано со способами снижения времени восстановления после воздействия сдвигающих усилий на жидкие среды, базирующиеся на вязкоупругом поверхностно-активном веществе, которое включает в себя обеспечивающее образование жидкой среды вязкоупругое поверхностно-активное вещество и добавку улучшающего реологические параметры вещества в концентрации, достаточной для обеспечения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия, равного 60 секундам или менее.
Способы изобретения базируются на вязкоупругих поверхностно-активных жидких системах, в которых вязкоупругое поверхностно-активное вещество может быть катионным, амфотерным, анионным или цвитерионным вязкоупругим поверхностно-активным веществом. Включенным вместе с вязкоупругим поверхностно-активным веществом является улучшающее реологические параметры вещество, которое служит для снижения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия на жидкую среду VES и может также повышать вязкость жидкости. Улучшающее реологические параметры вещество расширяет условия, при которых VES системы могут использоваться, и снижает количество необходимого поверхностно-активного вещества, что в свою очередь сокращает вспомогательные средства и улучшает очистку скважины.
Улучшающие реологические параметры вещества могут быть твердыми частицами или волокнами. В некоторых примерах осуществления изобретения улучшающие реологические параметры вещества представляют собой полимеры, либо волокнистые, либо корпускулярные, которые могут быть линейными, разветвленными или поперечносшитыми полимерами, которые могут иметь молекулярную структурную форму в виде гребенки, ветвящегося дерева, щетки, привитого компонента, звезды или разветвленной звездочки, или могут быть олигомерными. Некоторые вещества, применяемые как улучшающие реологические параметры вещества, представляют собой твердые циклические димеры или твердые полимеры некоторых органических кислот, которые гидролизуются при известных и контролируемых условиях по температуре, времени и рН; при этом продуктами деградации являются органические кислоты. Один пример представляет собой твердый циклический димер молочной кислоты. Другие включают полимеры молочной кислоты, гликолевой кислоты и сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты. И еще другой пример представляет собой твердый циклический димер гликолевой кислоты.
Другие вещества, такие как барит, зольная пыль, порошок оксида кремния тонкого измельчения, другие кристаллические или аморфные кремнеземы, спеченный боксит, тальк, слюда, керамические материалы, стеклянные шарики, карбонаты, таконит, бензойная кислота, соли, каменная соль, крахмал, оксид магния, скорлупа грецких орехов, кокосовый орех, орех-пекан, миндаль, плод фителефаса, бразильский орех, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек из зерен плодов, таких как слива, маслина, персик, вишня, абрикос, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек других растений, таких как кукуруза; переработанные древесные материалы, такие как полученные из лесоматериалов, таких как дуб, пекан, грецкий орех, тополь, красное дерево, др., ракушки, алюминиевые гранулы и им подобные могут использоваться в качестве улучшающих реологические параметры веществ, либо в волокнистой, либо в корпускулярной форме.
В добавление к нефтепромысловым применениям улучшающее реологические параметры вещество изобретения может применяться в домашних и промышленных средствах для чистки, в сельскохозяйственных химикатах, в средствах личной гигиены, в косметических средствах, в фармацевтических препаратах, в полиграфическом производстве и в других областях.
Также некоторые примеры осуществления изобретения представляют собой восстанавливающиеся после воздействия сдвигающего усилия жидкие среды, включающие вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество, для которых время восстановления после воздействия сдвигающего усилия составляет 60 секунд или менее, и для которых улучшающее реологические параметры вещество представляет собой волокнистый материал, корпускулярный материал или комбинацию их обоих.
Подробное описание некоторых примеров осуществления изобретения
В самом начале следует отметить, что во внедрении какого-либо фактически существующего примера осуществления изобретения многочисленные способы реализации конкретные решения должны быть воплощены для достижения внедрения конкретных заданных показателей, таких как соответствие заданной системе и ограничениям, связанным с коммерческой деятельностью, которые будут изменяться от одного внедрения к другому. Кроме того, следует принять во внимание, что такая деятельность по внедрению может быть комплексной и требующей много времени, но как бы то ни было, будет рутинной задачей для того, кто является специалистом в данной области техники, располагающим эффектом от раскрытия этого изобретения.
Описание и примеры представлены лишь для иллюстративных целей некоторых вариантов осуществления изобретения и не должны истолковываться как ограничение объема притязаний и применимости изобретения. Тогда как композиции настоящего изобретения описаны в этом документе как включающие определенные вещества, следует понимать, что композиция может необязательно включать в себя два или более химически различных веществ. Кроме того, композиция также может включать в себя некоторые компоненты, другие, чем компоненты уже упомянутые. В сущности изобретения и в этом подробном описании все численные значения величины следует истолковывать только как приведенные с термином «приблизительно» (в том случае, если они приведены таким образом), и затем переистолковать эти значения как неизмененные, несмотря на то, что так указано в контексте. Также в сущности изобретения и в подробном описании следует понимать, что перечисленный диапазон концентраций или описанный в качестве применимого, пригодного или тому подобных, предполагает, что какая-либо и каждая концентрация в пределах диапазона, включая концевые точки, рассматривается как применимая, пригодная, как было заявлено. Например, "диапазон от 1 до 10" понимается как указывающий на каждое и всякое возможное число во всем диапазоне между, приблизительно, 1 и, приблизительно, 10. Таким образом, даже если есть описанные измерительные точки в пределах диапазона, или даже если в пределах диапазона нет описанных точек, которые точно определяются или относятся только к некоторым из описанных, то это понимается так, что изобретатели принимают во внимание и подразумевают, что любые и все измерительные точки в пределах диапазона рассматриваются как описанные, и что объектом владения изобретателей является весь диапазон и все точки в пределах диапазона.
Когда жидкие среды становятся более вязкими посредством добавления вязкоупругих поверхностно-активных систем, возрастание вязкости предполагается за счет образования мицелл, например винтообразных мицелл или везикул, которые сцепляются, придавая жидкой среде структуру, приводящую к большей вязкости. Кроме вязкости самой по себе, важным аспектом жидкостных свойств является степень и скорость восстановления вязкости или возвращения к исходному состоянию в том случае, когда жидкая среда подвергается воздействию сильного сдвигающего усилия и затем сдвигающее усилие понижается. Для VES жидких сред сдвигающее усилие может разрушать мицеллиальную структуру, после чего структура повторно формируется. Контролирование степени и скорости повторной сборки (повторное смыкание трещины после гидравлического разрыва) необходимо для достижения максимума эксплуатационных качеств поверхностно-активной системы для различных областей применения. Например, при гидравлическом разрыве пласта для жидкой среды является важным возвратить вязкость как можно быстрее после выхода из области воздействия сильного сдвигающего усилия в системе труб скважины и вхождения в среду воздействия низкого сдвигающего усилия при гидроразрыве пласта. С другой стороны, это благоприятно для чистки гибких насосно-компрессорных труб малого диаметра, чтобы придать небольшое замедление восстановлению полноценной вязкости в целях «выпустить струей» более эффективно твердую фазу бурового раствора с нижнего уровня ствола скважины в низкоскоростную кольцевую зону вокруг скважины. После того, как в низкоскоростной кольцевой зоне вокруг скважины обеспечивается восстановленная вязкость, эта твердая фаза бурового раствора эффективно транспортируется на поверхность.
Вязкоупругие поверхностно-активные жидкие системы, как было показано, имеют превосходные реологические свойства для применений при гидравлическом разрыве пласта; однако, время восстановления после воздействия сдвигающего усилия, не соответствующая жидкой среде вязкость часто диктуют минимум концентрации требуемого поверхностно-активного вещества. Например, жидкая среда с некоторой концентрацией поверхностно-активного вещества может иметь подходящую вязкость для разрыва пласта при заданной температуре, но минимальная применимая концентрация может быть высока, поскольку для медленного восстановления после воздействия сдвигающего усилия нужна меньшая концентрация. Примером подходящего времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия является время приблизительно 60 секунд или менее, предпочтительно, приблизительно 40 секунд или менее, более предпочтительно, приблизительно 20 секунд или менее, и еще более предпочтительно, приблизительно 15 секунд или менее. Время большее, чем 60 секунд может негативно воздействовать на уменьшение кажущейся вязкости и перенос расклинивающего агента в трещину.
Под «временем восстановления после воздействия сдвигающего усилия» подразумевается время, определенное с использованием обычного оборудования для определения времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия, где жидкость переливается туда и обратно между лабораторным стаканом и чашечкой смесителя, и восстановление жидкости характеризуется двухразовым визуальным наблюдением, относящемся как к начальному, так и к конечному временам восстановления. Начальное время восстановления жидкости представляет собой время, при котором появляется «налипание» жидкой среды (когда жидкость проявляет первые признаки упругости, на что указывает то, что жидкости требуется более продолжительное время для достижения плоской поверхности в приемном лабораторном стакане при переливании). Конечное время восстановления жидкости представляет собой время, при котором проявляется «наплыв» жидкости. Жидкостные «наплывающие выступы» при наклоне верхних лабораторного стакана или чашечки, содержащих жидкость, не приводят в результате к втеканию жидкости в нижний контейнер, но приводят, до некоторой степени, к образованию «наплывающего выступа», и перемещение контейнера обратно в вертикальную позицию перемещает обратно «наплывающий выступ». Для целей данного документа «наплыв» используется для того, чтобы установить, когда жидкость достигает своей почти равновесной упругости и, таким образом, время восстановления после воздействия сдвигающего усилия.
Сокращение времени восстановления вязкости дает возможность использовать VES жидкие системы, которые в ином случае не подойдут для многообразных областей применения. Кроме того, когда модификатор реологических свойств также повышает вязкость жидкости, тогда меньшее количество поверхностно-активного вещества требуется для обеспечения заданной вязкости. Примеры улучшающих реологические параметры веществ даны в Заявке на патент США, порядковый № 10/994664, которая направлена тем же патентовладельцем, что и у настоящего изобретения.
Изобретатели раскрывают определенные добавки, которые, будучи включенными в определенные вязкоупругие поверхностно-активные жидкие системы (такие, как катионные, амфотерные, анионные и цвитерионные вязкоупругие поверхностно-активные жидкие системы) в надлежащей концентрации, соответствующей поверхностно-активному веществу как активному ингредиенту, существенно сокращают время восстановления VES систем после воздействия сдвигающего усилия, и в то же время сохраняя или даже понижая вязкость жидкости. В некоторых случаях восстановление после воздействия сдвигающего усилия может быть почти моментальным. Добавки, названные "улучшающие реологические параметры вещества", эффективны для сокращения времени восстановления вязкости или «повторного смыкания трещины после гидравлического разрыва», для сокращения времени после сильного сдвигающего усилия, и для повышения вязкости VES систем при заданной температуре, в создании жидкостей, более применимых для многообразных целей, таких как, но не ограничиваясь только ими, применения в качестве нефтепромысловых составов для обработки приствольной зоны, в качестве специальных жидкостей для воздействия на пласт, в особенности, в качестве жидкостей гидроразрыва. Улучшающие реологические параметры вещества расширяют условия, при которых VES системы могут использоваться, и снижают количество необходимого поверхностно-активного вещества, что в свою очередь сокращает вспомогательные средства и улучшает очистку скважины.
Улучшающие реологические параметры вещества могут быть твердыми частицами или волокнами. В некоторых примерах осуществления изобретения улучшающие реологические параметры вещества представляют собой полимеры, либо волокнистые, либо корпускулярные, которые по проекции молекулярной структуры могут быть линейными, разветвленными или поперечносшитыми, которые могут иметь структурную форму в виде гребенки, ветвящегося дерева, щетки, привитого компонента, звезды или разветвленной звездочки, или могут быть олигомерными. Полимеры могут содержать повторяющиеся структурные единицы, отличные от виниловых эфиров, винилакрилатов и соответствующих гидролизованных групп. Возможные другие повторяющиеся структурные единицы представляют собой, например, полиэтиленоксид/полиэтиленгликоль или полипропиленоксид/полипропиленгликоль. Сополимеры могут быть хаотическими, чередующимися или блок-сополимерами. Эти улучшающие реологические параметры вещества могут быть растворимыми или нерастворимыми в нефтепромысловом составе для обработки приствольной зоны. В случае растворимых веществ скорость растворения улучшающих реологические параметры веществ может зависеть от температуры и концентраций других компонентов нефтепромыслового состава для обработки приствольной зоны, как например содержания воды.
Улучшающие реологические параметры вещества, используемые в соответствие с изобретением, представляют собой, главным образом, твердые частицы или волокна, которые могут основываться на полимере (как изложено выше), где полимеры представляют собой природные или синтетические полимеры. Примеры некоторых пригодных полимерных материалов включают, но не ограничиваются только ими, замещенные и незамещенные лактиды, гликолиды, полимолочная кислота, полигликолевая кислота, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимер гликолевой кислоты с другими гидрокси-, карбокси- или гидроксикарбокси-содержащими фрагментами, сополимер молочной кислоты с другими гидрокси-, карбокси- или гидроксикарбокси-содержащими фрагментами или смеси предыдущих веществ. Некоторые другие вещества, пригодные для использования, представляют собой все те полимеры гидроксиуксусной кислоты (гликолевой кислоты) с ней самой или с другими гидрокси-, карбокси- или гидроксикарбокси-содержащими фрагментами, описанными в патентах США №№ 4848467; 4957165; и 4986355. Подходящие вещества для волокон изобретения также описаны в Заявках на патент США, №№ публикации 2003/002195 и 2004/0152601, которые обе направлены тем же патентовладельцем, что и у настоящего изобретения. Другие полимеры, например те, которые разрушаются при других температурах и других значениях рН, или те, которые имеют различные химические совместимости, могут применяться, например, поливиниловый спирт, необязательно с подходящей измененной добавками жидкостью-наполнителем.
Некоторые вещества, используемые как улучшающие реологические параметры вещества изобретения, представляют собой твердые циклические димеры, или твердые полимеры некоторых органических кислот, которые гидролизуются при известных и контролируемых условиях по температуре, времени и рН; для которых продуктами разрушения являются органические кислоты. Один пример представляет собой твердый циклический димер молочной кислоты (известный как «лактид»), который имеет точку плавления при температуре от 95 до 125°C (в зависимости от оптической активности). Другой представляет собой полимер молочной кислоты (иногда называемый полимолочной кислотой (или «PLA»), или полилактат, или полилактид). Другой пример представляет собой твердый циклический димер гликолевой кислоты (известный как «гликолид»), который имеет точку плавления приблизительно 86°C. Еще другой пример представляет собой полимер гликолевой кислоты (гидроксиуксусной кислоты), также известный как полигликолевая кислота («PGA») или полигликолид. Другой пример представляет собой сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты. Эти полимеры и сополимеры представляют собой полиэфиры. Обычно циклические димеры полимеризуются с образованием конечного полимера, из которого изготавливается волокно, но при низкотемпературных технологических операциях волокно может быть изготовлено непосредственно из твердых циклических димеров. Непосредственно после получения коммерчески доступные вещества могут содержать некоторое количество свободной кислоты, например, вплоть до 5%, и некоторое количество растворителя, обычно воды.
NatureWorks LLC, Minnetonka, MN, USA, принадлежащая Cargill Inc., Minneapolis, MN, USA, производит твердый циклический димер молочной кислоты, называемый «лактид», и из него производит полимеры молочной кислоты, или полилактиды с различными молекулярными массами и степенями кристалличности, под характерным торговым названием NatureWorks™ PLA. PLA's, существующие от производителя NatureWorks, чаще всего имеют молекулярные массы от, приблизительно, 100000, хотя любой полилактид (изготовленный посредством любого процесса любым производителем) как вещество любой молекулярной массы и любой степени кристалличности может использоваться в примерах осуществления изобретения. Полимеры PLA представляют собой твердые вещества при комнатной температуре и гидролизуются водой с образованием молочной кислоты. Эти полимеры, доступные от NatureWorks, обычно имеют температуры плавления кристаллов от, приблизительно, 120 до, приблизительно, 170°C, но и другие доступны. Поли(d,l-лактид) доступен от Bio-Invigor, Beijing and Taiwan, с молекулярными массами до 500000. Bio-Invigor также поставляет полигликолевую кислоту (также известную как полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые "полиглактин" или поли(сополимер лактида с гликолидом). Скорости гидролитических реакций всех этих веществ определены, наряду с другими факторами, в соответствие с молекулярной массой, кристалличностью (соотношением кристаллического и аморфного вещества), физической формой (размер и форма твердой частицы), и в случае с полилактидом, количествами двух оптических изомеров. (Встречающиеся в природе формы 1-лактида - частично кристаллические полимеры; синтетические формы d,l-лактида - аморфные полимеры.) Аморфные участки являются более подверженными гидролизу, чем кристаллические участки. Более низкая молекулярная масса, меньшая кристалличность и большее соотношение площади поверхности к массе - все это приводит в результате к более быстрому гидролизу. Гидролиз ускоряется повышением температуры, добавлением кислоты или основания, или добавлением вещества, которое реагирует с продуктом (продуктами) гидролиза.
Гомополимеры могут быть более кристаллическими, сополимеры обычно бывают аморфными, за исключением тех случаев, когда они являются блок-сополимерами. Степень кристалличности можно проконтролировать при технологическом процессе для гомополимеров, и при технологическом процессе и учитывая соотношение и вклад лактида и гликолида для сополимеров. Полигликолид может быть изготовлен в пористой форме. Некоторые волокна растворяются в воде очень медленно до того как они подвергнутся гидролизу. В некоторых примерах осуществления изобретения улучшающие реологические параметры вещества могут исчезнуть непосредственно в месте их локализации или хранения после или в процессе обработки. Хотя обычно они в набивке из расклинивающего агента в трещине, эта локализация может также быть в составной части суспензии в стволе скважины, в перфорациях, в гравийной набивке, как компонент фильтрационной корки бурового раствора на стенках ствола скважины или трещины, или в природных трещинах или пустотах в пласте месторождения. Волокно/полимерная вязкоупругая система может применяться в месторождениях карбонатной руды, песчаника, сланца и угля, или их комбинаций. Особое преимущество этих веществ заключается в том, что волокна изобретения и получаемые в результате кислоты являются нетоксичными и поддающимися биологическому разложению.
Другие вещества, такие как барит, зольная пыль, порошок оксида кремния тонкого измельчения, другие кристаллические или аморфные кремнеземы, спеченный боксит, тальк, слюда, керамические материалы, стеклянные шарики, карбонаты, таконит, бензойная кислота, соли, каменная соль, крахмал, оксид магния, скорлупа грецких орехов, кокосовый орех, орех-пекан, миндаль, плод фителефаса, бразильский орех, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек (включая плодовые косточки) из зерен плодов, таких как слива, маслина, персик, вишня, абрикос, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек других растений, таких как кукуруза (например, сердцевина кукурузного початка или кукурузные зернышки), др.; переработанные древесные материалы, такие как полученные из лесоматериалов, таких как дуб, пекан, грецкий орех, тополь, красное дерево, др., ракушки, алюминиевые гранулы и им подобные могут использоваться в качестве улучшающих реологические параметры веществ, либо в волокнистой, либо в корпускулярной форме. Вещества могут быть встречающимися в природе и не измененными в виде их производных и/или необработанными встречающимися в природе веществами, а также веществами, основанными на встречающихся в природе веществах, которые были подвергнуты обработке и/или получению из них производных. По существу, любые вещества, которые не будут разрушительно воздействовать на эксплуатацию или обработку жидкой среды, являются подходящими для использования в качестве улучшающих реологические параметры веществ. Предпочтительно, чтобы вещества в большой степени сохраняли свой размер и форму в процессе применения.
Твердые частицы и волокна изобретения могут быть покрыты каким-либо подходящим покрытием для замедления гидролиза. Неограничивающие примеры покрывающих веществ включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, каждый из которых гидрофобный. Поликапролат сам по себе гидролизуется медленно. Создание гидрофобного слоя на поверхности веществ волокон изобретения каким бы то ни было образом замедляет гидролиз. Упомянутое это покрытие в данном документе может относится к капсулированию или просто к изменению поверхности химической реакцией или образованием, или добавлением тонкой пленки другого вещества, например масла. Разрушение не происходит до тех пор, пока вода не будет контактировать с веществами волокон.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Хотя любые удобные форма и размер могут быть включены в жидкие среды, применяемые в способах изобретения, волокна, применяемые в некоторых примерах осуществления изобретения, имеют длину, приблизительно, 2-25 мм, предпочтительно, приблизительно, 3-18 мм, более предпочтительно, приблизительно 6 мм; они имеют массовый номер волокна, приблизительно, 0,1-20 денье, предпочтительно, приблизительно, 0,15-6 денье, более предпочтительно, приблизительно, 1,4. Улучшающее реологические параметры вещество может применяться в любых удобных концентрациях в жидкой среде, в то время как в некоторых примерах осуществления изобретения улучшающее реологические параметры вещество включено в концентрации от, приблизительно, 0,0001% до, приблизительно, 5% масс., основываясь на общей массе жидкой среды, предпочтительно, от, приблизительно, 0,0001% до, приблизительно, 1% масс., основываясь на общей массе жидкой среды, и более предпочтительно, от, приблизительно, 0,0001% до, приблизительно, 0,25% масс., основываясь на общей массе жидкой среды. В некоторых примерах осуществления изобретения улучшающее реологические параметры вещество включено, основываясь на площади поверхности, предусмотренной на объем жидкой среды, например, и не обязательно ограничиваясь этим, от, приблизительно, 0,1 м до, приблизительно, 10 м на литр жидкой среды, предпочтительно, от, приблизительно 0,2 м до, приблизительно, 5 м на литр жидкой среды, и более предпочтительно, от, приблизительно, 0,5 м до, приблизительно, 5 м на литр жидкой среды. И еще в других случаях улучшающее реологические параметры вещество включено в количестве, которое обеспечивает площадь поверхности, приблизительно, 0,1 м на литр жидкой среды или более, предпочтительно, от, приблизительно, 0,2 м на литр жидкой среды или более, и более предпочтительно, от, приблизительно, 0,5 м на литр жидкой среды или более.
Улучшающие реологические параметры вещества настоящего изобретения дают желаемые результаты с катионными, амфотерными, анионными и цвитерионными вязкоупругими поверхностно-активными системами. Предпочтительные жидкие системы основываются на цвитерионных поверхностно-активных веществах. В большинстве случаев, особенно подходящие цвитерионные поверхностно-активные вещества имеют формулу:
2
a
2
2
m
2
b
3
2
2
a'
2
2
m'
2
b'
+
-
RCONH-(CH)(CHCHO)(CH)-N(CH)-(CH)(CHCHO)(CH)COO
2
2
2
2
в которой R представляет собой алкильную группу, которая содержит от, приблизительно, 17 до, приблизительно, 23 атомов углерода, которые могут быть соединены в разветвленную или прямую цепь, которая может быть насыщенной или ненасыщенной; a, b, a', и b' представляют собой, каждое, от 0 до 10, и m и m' представляют собой, каждое, от 0 до 13; a и b представляют собой, каждое, 1 или 2, если m не равно 0 и (a+b) представляют собой от 2 до 10, если m равно 0; a' и b' представляют собой, каждое, 1 или 2, когда m' не равно 0, и (a'+b') представляют собой от 1 до 5, если m равно 0; (m+m') представляют собой от 0 до 14; и CHCHO может также быть OCHCH.
17
33
21
41
Предпочтительные цвитерионные поверхностно-активные вещества включают бетаины. Два подходящих примера бетаинов представляют собой BET-O и BET-E. Поверхностно-активное вещество в BET-O-30 показано ниже; его химическое название представляет собой олеиламидопропилбетаин. Он обозначен как BET-O-30, потому что такой же, полученный от фирмы-поставщика (Rhodia, Inc. Cranbury, New Jersey, U.S.A.) называется Mirataine BET-O-30, потому что он содержит группу амида олеиновой кислоты (включая концевую группу CHалкена, как показано ниже) и содержит, приблизительно, 30% активного поверхностно-активного вещества; остальное приходится главным образом на воду, хлорид натрия и пропиленгликоль. Аналогичное вещество, BET-E-40, также доступен от Rhodia и содержит группу амида эруковой кислоты (включая концевую группу CHалкена, как показано ниже) и содержит, приблизительно, 40% активного ингредиента, с остальным содержимым, представляющим собой, главным образом, воду, хлорид натрия и изопропанол. VES системы, а именно BET-E-40, необязательно содержат, приблизительно, 1% продукта конденсации нафталинсульфоновой кислоты, например полинафталинсульфоната натрия, в качестве модификатора реологических свойств, как это описано в Заявке на патент США, № публикации 2003-0134751. Поверхностно-активное вещество в BET-E-40 также показано ниже; его химическое название представляет собой эруциламидопропилбетаин. Непосредственно полученные концентраты BET-E-40, которые использовали в экспериментах, указаны ниже, где они отнесены к "VES" и "VES-I". BET поверхностно-активные вещества, и другие VES's, которые подходят для настоящего изобретения, описаны в Патенте США № 6258859. В соответствии с этим патентом, BET поверхностно-активные вещества образуют вязкоупругие гели в присутствии некоторых органических кислот, солей органических кислот, или неорганических солей; в том патенте неорганические соли присутствовали в массовой концентрации до, приблизительно, 30%. Вспомогательные поверхностно-активные вещества могут быть полезны для расширения солевой устойчивости и для увеличения стойкости геля, и для снижения чувствительности VES-жидкой среды к сдвигающему усилию, а именно для BET-O-типа поверхностно-активных веществ. Пример, данный в Патенте США № 6258859, представляет додецилбензолсульфонат натрия (SDBS), также показанный ниже. Другие пригодные вспомогательные поверхностно-активные вещества включают, например такие, которые имеют, SDBS-подобную структуру, в которой x=5-15; предпочтительные вспомогательные поверхностно-активные вещества представляют собой такие, в которых x=7-15. Однако же другие подходящие вспомогательные поверхностно-активные вещества для BET-O-30 представляют собой некоторые хелатообразующие агенты, такие, как тринатриевая соль гидроксиэтилэтилендиаминтриацетата. Улучшающие реологические параметры вещества настоящего изобретения могут применяться с вязкоупругими поверхностно-активными жидкими системами, которые содержат такие добавки, как вспомогательные поверхностно-активные вещества, органические кислоты, соли органических кислот и/или неорганические соли.
Поверхностно-активное вещество в BET-O-30 (при n=3 и p=1)
Поверхностно-активное вещество в BET-E-40 (при n=3 и p=1)
+
SDBS (при x=11 и противоион представляет собой Na).
Некоторые примеры осуществления настоящего изобретения предусматривают использование бетаинов; наиболее предпочтительные примеры осуществления изобретения предусматривают использование BET-E-40. Несмотря на то, что эксперименты не были проведены, полагают, что смеси бетаинов, особенно BET-E-40, с другими поверхностно-активными веществами также пригодны. Такие смеси представлены в рамках примеров осуществления изобретения.
Другие бетаины, которые пригодны, включают такие, в которых алкеновая боковая цепь (концевая группа) содержит 17-23 атома углерода (не считая карбонильный атом углерода), которые могут образовывать разветвленную или прямую цепь и которая может быть насыщенной или ненасыщенной, n=2-10, и p=1-5, и смеси этих соединений. Наиболее предпочтительными бетаинами являются такие, в которых алкеновая боковая цепь содержит 17-21 атома углерода (не считая карбонильный атом углерода), которые могут образовывать разветвленную или прямую цепь и которая может быть насыщенной или ненасыщенной, n=3-5, и p=1-3, и смеси этих соединений. Эти поверхностно-активные вещества используются в концентрации, приблизительно, от 0,5 до, приблизительно, 10%, предпочтительно, от, приблизительно, 1 до, приблизительно, 5%, и наиболее предпочтительно, от, приблизительно, 1,5 до, приблизительно, 4,5%.
Типичные катионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества включают соли аминов и соли четвертичных аминов, раскрытые в Патентах США №№ 5979557, и 6435277, которые имеют общего патентовладельца, как и у настоящей заявки. Примеры подходящих катионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ включают катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру:
1
2
3
4
+
-
RN(R)(R)(R) X,
1
2
3
4
1
6
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
-
в которой R содержит от, приблизительно, 14 до, приблизительно, 26 атомов углерода, и которые могут образовывать разветвленную или прямую цепь, содержащую ароматический фрагмент, насыщенную или ненасыщенную, и которая может содержать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; R, R, и R каждый независимо представляют собой водород или алифатическую группу от C до C, которая может быть одинаковой или различной, в виде разветвленной или прямой цепи, насыщенной или ненасыщенной, и одна или несколько из которых могут быть замещены группой, которая делает R, R, и R группу более гидрофильной; R, R и R группы могут быть включены в гетероциклическую 5- или 6-членную кольцевую структуру, которая включает атом азота; R, R и R группы могут быть одинаковыми или различными; R, R, R и/или R могут содержать один или несколько этиленоксидных и/или пропиленоксидных фрагментов; и X представляет собой анион. Смеси таких соединений также пригодны. В качестве следующего примера, R имеет от, приблизительно, 18 до, приблизительно, 22 атомов углерода, и может содержать карбонил, амид или амин, и R, R и R являются одинаковыми и содержат от 1 до 3 атомов углерода.
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
+
-
Катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру RN(R)(R)(R)Xмогут необязательно содержать амины, имеющие структуру RN(R)(R). Хорошо известно, что коммерчески доступные катионные четвертичноаминные поверхностно-активные вещества часто содержат соответствующие амины (в которых R, R, и R, в катионном поверхностно-активном веществе и в амине, имеют одинаковую структуру). При получении коммерчески доступных концентрированных композиций VES поверхностно-активного вещества, например композиций VES катионного поверхностно-активного вещества, они могут также необязательно содержать один или несколько компонентов из группы, состоящей из спиртов, гликолей, органических солей, хелатообразующих агентов, растворителей, совместимых растворителей, органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей, олигомеров, полимеров, сополимеров и смесей этих компонентов. Они могут также содержать увеличивающие характеристики вещества, такие как увеличивающие вязкость вещества, например полисульфонаты, например, полисульфоновые кислоты, как описано в одновременно заявленной Заявке на патент США № 2003-0134751, которая имеет общего патентовладельца, как и у настоящей заявки.
Другая подходящая катионная VES представляет собой эруцил-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония хлорид, также известный как (Z)-13-докозенил-N-N-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония хлорид. Он обычно получается от производителей в виде смеси, содержащей, приблизительно, 60 массовых процентов поверхностно-активного вещества в смеси изопропанола, этиленгликоля и воды. Другие подходящие соли аминов и соли четвертичных аминов включают (либо только один, либо в комбинации в соответствии с изобретением), эруцилтриметиламмония хлорид; рапсовый N-метил-N,N-бис(2-гидроксиэтил) аммония хлорид; олеилметил-бис(гидроксиэтил) аммония хлорид; эруциламидопропилтриметиламина хлорид, октадецилметил-бис(гидроксиэтил)аммония бромид; октадецил-трис(гидроксиэтил)аммония бромид; октадецилдиметилгидроксиэтиламмония бромид; цетилдиметилгидроксиэтиламмония бромид; цетилметил-бис(гидроксиэтил)аммония салицилат; цетилметил-бис(гидроксиэтил)аммония 3,4,-дихлорбензоат; цетил-трис(гидроксиэтил)аммония иодид; козилдиметилгидроксиэтиламмония бромид; козилметил-бис(гидроксиэтил)аммония хлорид; козил-трис(гидроксиэтил)аммония бромид; дикозилдиметилгидроксиэтиламмония бромид; дикозилметил-бис(гидроксиэтил)аммония хлорид; дикозил-трис(гидроксиэтил)аммония бромид; гексадецилэтил-бис(гидроксиэтил)аммония хлорид; гексадецилизопропил-бис(гидроксиэтил)аммония иодид; и цетиламино, N-октадецилпиридина хлорид.
Амфотерные вязкоупругие поверхностно-активные вещества также являются подходящими. Некоторые типичные вязкоупругие поверхностно-активные системы включают такие вещества, описанные в Заявках на патент США №№ 2002/0147114, 2005/0067165, и 2005/0137095, например, амидоаминоксиды. Смеси цвитерионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ являются пригодными. Пример представляет собой смесь, приблизительно, 13% изопропанола, приблизительно, 5% 1-бутанола, приблизительно, 15% этиленгликоля монобутилового эфира, приблизительно, 4% хлорида натрия, приблизительно, 30% воды, приблизительно, 30% жирных кислот кокосового масла амидопропилбетаина, и, приблизительно, 2% жирных кислот кокосового масла амидопропиламиноксида.
Вязкоупругая поверхностно-активная система может также быть основана на каком-либо подходящем анионном поверхностно-активном веществе. В некоторых примерах осуществления изобретения анионное поверхностно-активное вещество представляет собой алкилсаркозинат. Алкилсаркозинат обычно может содержать много атомов углерода. В данном случае предпочтительные алкилсаркозинаты содержат, приблизительно, от 12 до, приблизительно, 24 атомов углерода. Алкилсаркозинат может содержать, приблизительно, от 14 до, приблизительно, 18 атомов углерода. Конкретные примеры количества атомов углерода включают 12, 14, 16, 18, 20, 22, и 24 атома углерода. Анионное поверхностно-активное вещество представлено химической формулой:
1
2
2
RCON(R)CHX,
1
2
где R представляет собой гидрофобную цепь, имеющую, приблизительно, от 12 до, приблизительно, 24 атомов углерода, R представляет собой водород, метил, этил, пропил или бутил, и X представляет собой карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепь может быть алкильной группой, алкенильной группой, алкиларилалкильной группой или алкоксиалкильной группой. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадецентильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.
Вязкоупругие поверхностно-активные жидкие среды, например, такие, которые используются в нефтепромысле, также могут содержать агенты, которые растворяют минералы и соединения, например, в пластах месторождения, отложения на стенках промыслового оборудования и осадки на фильтре. Такими агентами могут также быть, например, хлороводородная кислота, муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота, гликолевая кислота, сульфаминовая кислота, яблочная кислота, лимонная кислота, виноградная кислота, малеиновая кислота, метилсульфаминовая кислота, хлоруксусная кислота, аминополикарбоновые кислоты, 3-гидроксипропионовая кислота, полиаминополикарбоновые кислоты, например тринатриевая соль гидроксиэтилэтилендиаминтриацетата, и соли этих кислот и смеси этих кислот и/или солей. Для обработки песчаника жидкая среда обычно также содержит источник фтороводорода. Источником фтороводорода может быть HF сам по себе или он может быть выбран из фторида аммония и/или бифторида аммония, или смеси этих двух веществ; в тех случаях, когда присутствует сильная кислота, источником HF также может быть один или несколько из следующих: фторид поливиниламмония, фторид поливинилпиридина, фторид пиридина, фторид имидазола, тетрафторборат натрия, тетрафторборат аммония и соли гексафторсурьмы. В тех случаях, когда разжижающий пласт месторождения агент представляет собой сильную кислоту, предпочтительно, чтобы жидкая среда содержала ингибитор коррозии. Жидкая среда необязательно содержит хелатообразующий агент для поливалентных катионов, например, в особенности для алюминия, кальция и железа (в случае которого агенты часто называют железосеквестирующими агентами) для предотвращения их осаждения. Некоторые из разжижающих пласт месторождения агентов, только что описанных, также представляют собой такие хелатообразующие агенты. Хелатообразующие агенты добавляются в концентрации, например, приблизительно, 0,5% (активного ингредиента). В том случае, когда VES жидкие среды содержат сильные кислоты, они обычно не превращаются в гель и проявляют низкую вязкость; при возрастании рН, по мере того как кислота реагирует с минералом, система превращается в гель и вязкость возрастает. Такие жидкие среды можно назвать вязкоупругими закупоривающими кислотами. Улучшающие реологические параметры вещества настоящего изобретения могут использоваться в вязкоупругих поверхностно-активных жидких системах, содержащих кислоты и хелатообразующие агенты.
Получение и применение (смешивание, хранение, перекачивание и др.) VES жидких систем, содержащих улучшающие реологические параметры вещества, могут осуществляться с помощью какого-либо подходящего технологического оснащения, и в некоторых способах изобретения, в основном, могут быть такие же, как для обычных жидких сред без улучшающих реологические параметры веществ. Например, на порядок смешивания не обязательно влияет включение улучшающих реологические параметры веществ. Необязательно, улучшающие реологические параметры вещества могут быть включены в концентраты поверхностно-активных веществ, поэтому концентраты могут быть разбавлены водной жидкой средой с VES систем. Это поддерживает легкость эксплуатации VES систем. В условиях обычной эксплуатации в случае обычного состава жидкой среды лабораторные испытания следует выполнить для уверенности в том, что добавки не влияют на другие компоненты жидкой среды и добавки не находятся под влиянием других компонентов жидкой среды (таких, как соли, например). А именно, улучшающие реологические параметры вещества настоящего изобретения могут применяться с другими модификаторами реологических свойств. Регулирование концентраций поверхностоно-активного вещества, улучшающего реологические параметры вещества и других компонентов жидкой среды для объяснения воздействий других компонентов находится в рамках изобретения.
Оптимальная концентрация данной добавки, улучшающей реологические параметры, в способах изобретения для данной выбранной VES поверхностно-активной жидкой системы при данных концентрациях и температуре и с заданным присутствием других веществ, может быть определена простыми экспериментами. Общая концентрация вязкоупругого поверхностно-активного вещества должна быть достаточной для образования вязкоупругого геля при условиях, при которых поверхностно-активные вещества имеют достаточную склонность к агрегации. Целесообразными количествами поверхностно-активного вещества и улучшающего реологические параметры вещества являются такие, которые необходимы для достижения желаемой вязкости, времени восстановления после воздействия сдвигающего усилия, как определено экспериментально. Кроме того, допуск и оптимальные количества других добавок также могут быть определены простым экспериментом. Коммерчески доступные концентраты поверхностно-активных веществ могут содержать некоторые вещества, которые сами по себе являются улучшающими реологические параметры веществами, хотя они могут присутствовать, например, для понижения температуры замерзания концентрата, поэтому используемое количество поверхностно-активного вещества и улучшающего реологические параметры вещества определяется для конкретного применяемого концентрата. Смеси поверхностно-активных веществ и/или смеси улучшающих реологические параметры веществ (включая смеси нескольких улучшающих реологические параметры веществ изобретения и смеси одного или нескольких улучшающих реологические параметры веществ изобретения с одним или несколькими другими улучшающими реологические параметры веществами) могут использоваться. Смеси поверхностно-активных веществ могут включать поверхностно-активные вещества, которые не являются вязкоупругими поверхностно-активными веществами, когда они не представляют собой составную часть вязкоупругой поверхностно-активной системы. Все смеси испытываются и оптимизируются, например слишком большое общее содержание улучшающего реологические параметры вещества может понижать полезные эффекты.
Частицы расклинивающего агента могут использоваться в некоторых примерах осуществления изобретения, в то время как в некоторые примеры осуществления изобретения расклинивающие агенты могут не включаться. В случае включения дозировка расклинивающего агента может регулироваться, что касается ожидаемых нагрузок в трещине для предотвращения разрушения расклинивающего агента и заливки. Выбор кандидата на роль расклинивающего агента может основываться на таких факторах, как прочность породы, инжекционные давления, типы нагнетаемых жидкостей или даже план эксплуатации скважины, при условии, что он согласуется с основой и со способствующими закупорке веществами, если последние используются, с породой пласта месторождения, с жидкой средой и с желаемыми результатами воздействия на пласт. Такие расклинивающие агенты (гравий) могут быть природными или синтетическими, покрытыми оболочкой или могут содержать химические реагенты; несколько их могут использоваться последовательно или в смесях с различными размерами частиц или с различными веществами. Расклинивающие агенты и гравий в одинаковых или различных скважинах или воздействиях на пласт, могут быть одинаковым веществом и/или с одинаковым размером частиц, как один, так и другой, и термин «расклинивающий агент» подразумевает включение гравия в это обсуждение. Расклинивающий агент выбирается на основе прочности породы, инжекционных давлений, типов нагнетаемых жидкостей или даже плана закачивания скважины. Предпочтительно, вещества расклинивающего агента включают, но не ограничиваются только ими, песок, спеченный боксит, стеклянную дробь, керамические материалы, природные вещества или подобные вещества. Также могут применяться смеси расклинивающих агентов. Природные вещества могут быть не подвергнутыми изменениям и/или непереработанными природными веществами, а также веществами на основе природных веществ, которые переработаны и/или изменены. Подходящие примеры природных корпускулярных веществ для использования в качестве расклинивающих агентов включают, но не обязательно ограничиваются только ими: размолотые или дробленые скорлупки орехов, таких как грецкий орех, кокосовый орех, орех-пекан, миндаль, плод фителефаса, бразильский орех, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек (включая плодовые косточки) из зерен плодов, таких как слива, маслина, персик, вишня, абрикос, др.; размолотая или дробленая шелуха семечек других растений, таких как кукуруза (например, сердцевина кукурузного початка или кукурузные зернышки), др.; переработанные древесные материалы, такие как полученные из лесоматериалов, таких как дуб, пекан, грецкий орех, тополь, красное дерево, др., включая такие древесные материалы, которые обработаны шлифовкой, переработкой в щепу или другими формами разделения на части, переработки и др. Дополнительная информация о некоторых вышеупомянутых композициях их может быть найдена в Encyclopedia of Chemical Technology, Edited by Raymond E. Kirk and Donald F. Othmer, Third Edition, John Wiley & Sons, Volume 16, pages 248-273 (entitled "Nuts"), Copyright 1981.
3
3
3
3
В некоторых примерах осуществления изобретения используемый расклинивающий агент может быть покрыт слоем смолы (предварительно отвержденным, частично отвержденным и полностью отверждаемым) или может быть в не покрытых оболочкой вариантах: высокопрочные расклинивающие агенты (плотность 3,4-3,6 г/см) итого размеры от 40/70 до 8/12 меш; расклинивающие агенты средней прочности (плотность 3,1-3,3 г/см) итого размеры от 40/70 до 8/12 меш; однородные облегченные расклинивающие агенты (плотность 2,6-2,8 г/см) итого размеры от 40/70 до 8/12 меш; или природные песчаники (плотность 2,55-2,75 г/см) итого размеры от 40/70 до 8/12 меш.
Концентрацией расклинивающего агента может быть любая подходящая концентрация, и может быть, например, от, приблизительно, 0,1 фунта до, приблизительно, 20 фунтов на галлон жидкой среды, содержащей расклинивающий агент. Также, как описано выше, любого рода частицы расклинивающего агента могут быть дополнительно покрыты слоем смолы для потенциального улучшения прочности, способности к образованию кластеров и циркуляционных свойств расклинивающего агента.
В некоторых примерах осуществления изобретения дробление инициируется первоначальным накачиванием высоковязкой, основанной на VES водной жидкой среды, необязательно содержащей улучшающее реологические параметры вещество и обычно не содержащей расклинивающий агент, в пласт месторождения. В том случае, когда улучшающее реологические параметры вещество включается в эту первоначальную жидкую среду, оно может также служить в качестве вытеснителя в стволе скважины и пласте месторождения, предшествующего размещению расклинивающего агента. За этой предварительной жидкой средой, на которую обычно ссылаются как на «подушку», обычно следует вторая жидкая среда (жидкость для закрепления трещин или жидкость разрыва) такой же вязкости, имеющая первоначальную низкую концентрацию расклинивающего агента, или не имеющая никакой концентрации расклинивающего агента, и затем постепенно повышающуюся концентрацию расклинивающего агента вовнутрь расширенных трещин. Подушка инициирует и развивает трещину, но не нуждается в содержании расклинивающего агента. Все жидкие среды имеют тенденцию «проникать» вовнутрь пласта из созданной трещины. Обычно, к концу обработки скважины весь объем подушки проникает вовнутрь пласта месторождения. Это проникновение определяется и контролируется свойствами жидкой среды (и добавок, которые она может содержать) и свойствами породы. Точное количество проникшей жидкости больше, чем минимально возможное может требоваться, например, a) если цель заключается в том, чтобы поместить некую жидкую среду в породу для изменения свойств породы или для циркуляции вовнутрь трещины при ее закрытии, или b) если изобретение преднамеренно осуществляется таким образом, который называется «технология концевого экранирования» или "TSO", условие, при котором расклинивающий агент образует препятствие в конце трещины, останавливая удлинение трещины и в результате приводя к последующему возрастанию ширины трещины. С другой стороны избыток проникающей жидкости нежелателен, потому что он может привести к бесполезному расходу дорогостоящей жидкой среды и в результате снизить эффективность обработки скважины. Надлежащий контроль проникающей жидкости поэтому является критическим при обработке скважины. Много твердых корпускулярных добавок, таких, как оксид кремния, слюда и крахмал разработаны для контроля проникающей жидкости.
В некоторых примерах осуществления изобретения, где расклинивающий агент включен в технологическую обработку пласта, значительный объем инжектируемой для гидроразрыва пласта жидкости может содержать расклинивающий агент для того, чтобы при сбрасывании давления расклинивающий агент захватывался между поверхностями трещины и предотвращал полное закрытие трещины, оставляя поэтому свободную циркуляцию жидкости. Инжектируемая для гидроразрыва пласта жидкость является вязкоупругой. Возросшая вязкость в результате приводит к образованию более широкой трещины, поэтому к большей циркуляции жидкости. Минимальная вязкость к тому же требуется для транспортировки достаточных количеств расклинивающего агента; конкретная требуемая вязкость зависит в первую очередь от скорости течения жидкой среды и плотности расклинивающего агента.
Расклинивающий агент может быть тем же самым веществом, как улучшающее реологические параметры вещество, в то время как в некоторых других примерах осуществления изобретения расклинивающий агент и улучшающее реологические параметры вещество представляют собой разные вещества. Расклинивающий агент может также служить в качестве улучшающего реологические параметры вещества в некоторых случаях. В других примерах осуществления изобретения, где расклинивающий агент и улучшающее реологические параметры вещество представляют собой разные вещества и они включаются в жидкую среду для обработки приствольной зоны в течение стадии загрузки расклинивающего агента при технологической обработке пласта, в течение всего времени проведения стадии расклинивающий агент и улучшающее реологические параметры вещество могут быть смешаны вместе в подходящих соотношениях, добавляться по отдельности в течение стадии или в линейно возрастающем/линейно убывающем режиме в течение стадии. Например, когда расклинивающий агент и улучшающее реологические параметры вещество добавляются в линейно возрастающем/линейно убывающем режиме, в начале стадии добавляется улучшающее реологические параметры вещество (т.е. дозируется в жидкую среду), тогда как при этом небольшое количество расклинивающего агента добавляется или совсем не добавляется никакое количество расклинивающего агента, и по мере продолжения стадии скорость добавления улучшающего реологические параметры вещества постепенно уменьшается, в то время как скорость добавления расклинивающего агента возрастает. И еще в других примерах осуществления изобретения улучшающее реологические параметры вещество может быть смешано, по крайней мере, со значительной порцией или даже со всей порцией жидкости для обработки приствольной зоны в течение технологической обработки пласта.
Жидкие среды, используемые в способах изобретения, могут использоваться, например, в способах нефтепромысловых технологических обработок пласта, включая разрыв пласта, гравийную засыпку, отводку, очистку скважины и им подобные. Жидкие среды также могут использоваться в других промышленных способах, таких как получение бытовых и промышленных чистящих средств, сельскохозяйственных химикатов, продуктов для личной гигиены, косметических средств, фармацевтической продукции, полиграфической продукции и им подобных.
Некоторые примеры осуществления изобретения представляют собой восстанавливающиеся после воздействия сдвигающего усилия жидкие среды, включающие вязкоупругое поверхностно-активное вещество и улучшающее реологические параметры вещество, для которых время восстановления жидкой среды после воздействия сдвигающего усилия составляет 60 секунд или менее, предпочтительно, приблизительно, 40 секунд или менее, более предпочтительно, приблизительно, 20 секунд или менее, и еще более предпочтительно, приблизительно, 15 секунд или менее. В жидкой среде для примеров осуществления изобретения и в способе для примеров осуществления изобретения улучшающее реологические параметры вещество может быть одним или несколькими волокнистыми материалами, одним или несколькими корпускулярными материалами, или какой-либо комбинацией их обоих.
Нижеследующие примеры представлены для иллюстрирования получения и свойств активированных водных жидких сред, включающих в себя гетерополисахариды и поверхностно-активное вещество, и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, за исключением случаев, специально указанных в прилагаемой формуле изобретения.
ПРИМЕРЫ
Изобретение может быть дополнительно понято из нижеследующего примера. В примере цвитерионные поверхностно-активные вещества Zw A, Zw B, и Zw C представляют собой BET-E-40, содержащий, приблизительно, 1% полинафталинсульфоната. Концентрации, приведенные для поверхностно-активных веществ относятся к непосредственно полученным концентратам.
Нижеприведенная таблица показывает времена восстановления после воздействия сдвигающего усилия, наблюдаемые при различных количествах полилактидных волокнистых улучшающих реологические параметры веществ, доступных как Nature Works 6201D, добавленных к трем поверхностно-активным системам. В этих экспериментах приблизительно 200 мл уже смешанной VES жидкости подвергали воздействию сдвигающего усилия при не менее, чем 10 000 об/мин в течение не менее, чем 30 секунд и не более, чем 1 минута в 1 л Waring смесителе. Воздействие сдвигающего усилия прекращали и начинали измерение времени. Жидкость переливали туда и обратно между лабораторным стаканом и чашечкой смесителя, и восстановление жидкости характеризовали двумя временами, относящимися как к начальному, так и к конечному временам восстановления; оба устанавливали визуальным наблюдением. Начальное время восстановления жидкости представляло собой время, при котором появлялось «налипание» жидкой среды (когда жидкость проявляет первые признаки упругости, на что указывает то, что жидкости требуется более продолжительное время для достижения плоской поверхности в приемном лабораторном стакане при переливании). Конечное время восстановления жидкости представляло собой время, при котором проявлялся «наплыв» жидкости. Жидкостные «наплывающие выступы» при наклоне верхних лабораторного стакана или чашечки, содержащих жидкость, не приводят в результате к втеканию жидкости в нижний контейнер, но приводят, до некоторой степени, к образованию «наплывающего выступа», и перемещение контейнера обратно в вертикальную позицию перемещает обратно «наплывающий выступ». В этих примерах «наплыв» используется для того, чтобы установить, когда жидкость достигает своей почти равновесной упругости. Таблица показывает конечные времена восстановления жидкости после воздействия сдвигающего усилия для нескольких систем, и показывает, что 0,25% масс. полилактидных волокнистых улучшающих реологические параметры веществ, от общей массы жидкости, снижает времена восстановления после воздействия сдвигающего усилия для трех различных цвитерионных поверхностно-активных систем, по крайней мере, в половину от той величины, которая без улучшающих полилактидных волокон.
Поверхностно-активная система
Концентрация
Количество PLA волокнистого улучшающего реологические параметры вещества(% от общей массы жидкости)
Время восстановления после воздействия сдвигающего усилия(время наплыва)
Zw C
3,5% об.
0
120 сек
0,24% масс.
40 сек
Zw B
5% об.
0
18 сек
0,36% масс.
9 сек
Zw A
6% об.
0
12 сек
0,36% масс.
6 сек
В добавление к существенному сокращению времен восстановления после воздействия сдвигающего усилия при низких концентрациях, также возможно, что улучшающие реологические параметры вещества могут усиливать воздействие расклинивающего агента, т.е. свойства закрывать песком скважину, свойства затвердевания жидких систем для технологической обработки. Например, полилактидные волокнистые улучшающие реологические параметры вещества могут добавляться к получаемым жидкостям в количестве от, приблизительно, 1 до, приблизительно, 10% от полученного поверхностно-активного концентрата Zw A без добавления какой-либо соли. Свойства затвердевания песка для жидкой среды могут измеряться посредством простых настольных экспериментов при подходящей температуре. Для других комбинаций поверхностно-активное вещество/улучшающее реологические параметры вещество и для других концентраций оптимальная концентрация улучшающего реологические параметры вещества может отличаться от использованной для Zw A. Аналогично, если требуется оптимизация при определенной температуре, другая комбинация поверхностно-активное вещество/улучшающее реологические параметры вещество и/или другие концентрации поверхностно-активного вещества и улучшающего реологические параметры вещества могут быть оптимальными.
Конкретные примеры осуществления изобретения, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку изобретение может быть модифицировано и применено различными, но равноценными способами, очевидными для того, кто является специалистом в данной области техники, имеющим преимущество благодаря идеям данного документа. Кроме того, не предполагается никаких ограничений для особенностей конструкции или проекта, показанных в этом документе, за исключением случаев, описанных в нижеприведенной формуле изобретения. И поэтому очевидно, что конкретные примеры осуществления изобретения, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы и все такие варианты рассматриваются в рамках объема и сущности изобретения. В соответствии с этим, охрана, определяемая в данном документе такова, как изложено в нижеприведенной формуле изобретения.