РАЗБАВЛЕННЫЕ КАТИОННЫЕ ПОНИЗИТЕЛИ ТРЕНИЯ
DILUTED CATIONIC FRICTION REDUCERS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет согласно § 119(e) раздела 35 Свода законов США (U.S.C.) на основании предварительной заявки на патент США №62/210161, поданной 26 августа 2015 года, полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Понизители трения, как правило, представляют собой высокомолекулярные полимеры акриламида в эмульсии с масляной внешней фазой. Они могут быть частично гидролизованы и подвергнуты взаимодействию с другими реагентами с образованием анионных или катионных продуктов. Они функционируют для того, чтобы уменьшить давление трения во всех типах жидкостей от кислот до углеводородов. Дозировка при обычном применении на практике составляет примерно от 1 до 3 гал/тыс.гал (от 1 до 3 л/тыс.л).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В настоящем изобретении предложена эмульсия типа «вода в масле», содержащая масляную фазу (О) и водную фазу (А) в отношении О/А от примерно 1:8 до примерно 10:1; при этом указанная эмульсия типа «вода в масле» содержит масляную фазу в виде непрерывной фазы, содержащую инертную гидрофобную жидкость, и водную фазу в виде дисперсной фазы отдельных частиц в масляной фазе, содержащую воду, водорастворимый полимер и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество; при этом водорастворимый полимер содержит от примерно 1 до примерно 60 масс. % одного или более катионных мономеров, причем указанное количество приведено в расчете на общую массу водорастворимого полимера; при этом водорастворимый полимер присутствует в количестве от примерно 5 до примерно 40 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле»; при этом водный раствор, полученный путем инверсии эмульсии типа «вода в масле» при добавлении указанной эмульсии в воду, имеет нарастание вязкости по меньшей мере сопоставимое с нарастанием вязкости водного раствора, приготовленного из эмульсии типа «вода в масле» того же состава, содержащим на 15 масс. % больше водорастворимого полимера.
[0004] Также предложен способ обработки участка подземного пласта, включающий стадии: (а) обеспечения эмульсии типа «вода в масле» согласно настоящему изобретению; (b) инверсии эмульсии типа «вода в масле» путем добавления указанной эмульсии в воду в количестве от примерно 0,1 (примерно 0,4 л) до примерно 5 галлонов (примерно 19 л) эмульсии типа «вода в масле» на тысячу галлонов (примерно 3785 л) воды с получением уменьшающего трение раствора для обработки, содержащего от примерно 0,0005 масс. % до примерно 0,12 масс. % водорастворимого полимера в расчете на массу указанного раствора для обработки; и (с) введения раствора для обработки в участок подземного пласта.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Неожиданно оказалось, что предмет настоящего изобретения обеспечивает похожую или эквивалентную эффективность по сравнению с известными составами, содержащими более высокие дозировки полимеров. Предложенная технология также предоставляет дополнительные преимущества, такие как уменьшенное повреждение пласта, «зеленая» экологобезопасная химия и пониженные эксплуатационные расходы.
[0006] За исключением случаев, приведенных в рабочих примерах, или когда указано иное, все количества или выражения, относящиеся к количествам ингредиентов, условиям реакции и т.п., применяемые в описании изобретения и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях посредством термина «примерно». Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, указанные в приведенном ниже описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения, представляют собой приближенные значения, которые могут меняться в зависимости от требуемых искомых свойств, которые предполагают обеспечить посредством настоящего изобретения. По крайней мере и не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов объемом формулы изобретения, каждый числовой параметр следует по меньшей мере толковать с учетом количества приведенных значащих цифр и путем применения обычных методов округления.
[0007] Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем настоящего изобретения, представляют собой приближенные значения, числовые величины, указанные в конкретных примерах, приводятся как можно точнее. Однако любые числовые величины заведомо содержат некоторые ошибки, неизбежно возникающие в результате стандартного отклонения, имеющего место при соответствующих опытных измерениях указанных величин.
[0008] Кроме того, следует понимать, что любой числовой диапазон, указанный в настоящем документе, подразумевает включение всех поддиапазонов, содержащихся в таком диапазоне. Например, подразумевают, что диапазон «от 1 до 10» включает все поддиапазоны, расположенные между указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10 и включающие указанные минимальное и максимальное значения; то есть, содержащие минимальное значение, равное или большее 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10. Поскольку приведенные числовые диапазоны являются непрерывными, они включают каждое значение между минимальным и максимальным значениями. Если явно не указано иное, различные числовые диапазоны, указанные в настоящей заявке, представляют собой приближенные значения.
[0009] В настоящем документе подразумевают, что термины «(мет)акриловый» и «(мет)акрилат» включают как производные акриловой кислоты, так и производные метакриловой кислоты, такие как соответствующие алкиловые сложные эфиры, часто называемые акрилатами и (мет)акрилатами, что, как подразумевают, включает термин «(мет)акрилат».
[0010] В настоящем документе подразумевают, что термин «полимер» включает олигомер и включает, без ограничения, как гомополимеры, так и сополимеры.
[0011] В настоящем документе термин «сополимер» не ограничивается полимерами, содержащими два типа мономерных звеньев, но включает любую комбинацию полимеров, например, терполимеры, тетраполимеры и т.п.
[0012] В настоящем изобретении предложен способ обработки участка подземного пласта, включающий: обеспечение эмульсии типа «вода в масле», инверсию эмульсии типа «вода в масле» с получением водного состава для обработки, содержащего полимерный раствор, и введение водного состава для обработки в участок подземного пласта.
[0013] Водные текучие среды для обработки согласно настоящему изобретению обычно содержат воду и сополимер, уменьшающий трение.
[0014] Эмульсия типа «вода в масле» содержит масляную фазу, водную фазу и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество.
[0015] Масляная фаза (О) и водная фаза (А) могут присутствовать при отношении О/А в расчете на объем каждой фазы, составляющем от по меньшей мере примерно 1:8, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 1:6 и в других случаях по меньшей мере примерно 1:4, при этом указанное отношение может составлять до примерно 10:1, в некоторых случаях до примерно 8:1 и в других случаях до примерно 6:1. Когда отношение О/А является слишком высоким в отношении масла, полимер в водной фазе может быть слишком концентрированным. Когда отношение О/А является слишком высоким в отношении воды, такая эмульсия может стать нестабильной и подверженной расслоению. Отношение О/А может представлять собой любое отношение из приведенных выше отношений или диапазон между любыми из приведенных выше отношений.
[0016] В настоящей эмульсии типа «вода в масле» масляная фаза присутствует в виде непрерывной фазы и содержит инертную гидрофобную жидкость. Инертная гидрофобная жидкость может включать, в качестве неограничивающих примеров, парафиновые углеводороды, нафтеновые углеводороды, ароматические углеводороды, бензол, ксилол, толуол, минеральные масла, керосины, лигроины, вазелины, изопарафиновые растворители с разветвленной цепью, углеводороды с разветвленной цепью, насыщенные, линейные и/или разветвленные парафиновые углеводороды и их комбинации. Конкретные неограничивающие примеры включают природные, модифицированные или синтетические масла, такие как изопарафиновый растворитель с разветвленной цепью, доступный в виде ISOPAR (ИЗОПАР) М и ЕХХАТЕ (ЭКСАТЕ), которые можно приобрести в компании ExxonMobil Corporation, Ирвинг, Техас, узкую фракцию углеводорода с разветвленной цепью, доступную в виде KENSOL (КЕНЗОЛЬ) 61 в компании Witco Chemical Company, Нью Йорк, Нью Йорк, минеральное масло, которое можно приобрести в виде BLANDOL (БЛАНДОЛ) в компании Witco, CALUME™ LVP-100, который можно приобрести в компании Calumet Specialty Products, Бермен, Иллинойс, DRAKEOL (ДРАКЕОЛ) от компании Penreco Partnership, Хьюстон, Техас, MAGIESOL (МАГИЕЗОЛ) от компании Magie Bros., Ойл Сити, Пенсильвания, и растительные масла, такие как масло канолы, кокосовое масло, рапсовое масло и т.п.
[0017] Инертная гидрофобная жидкость присутствует в эмульсии типа «вода в масле» в количестве, достаточном для образования стабильной эмульсии. Согласно некоторым вариантам реализации инертная гидрофобная жидкость может присутствовать в эмульсиях типа «вода в масле» в количестве, составляющем от примерно 15% до примерно 80% по массе.
[0018] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения инертная гидрофобная жидкость присутствует в эмульсии типа «вода в масле» на уровне, составляющем по меньшей мере примерно 15 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 17,5 масс. % и в других случаях по меньшей мере примерно 20 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле», и может присутствовать на уровне, составляющем до примерно 80, в некоторых случаях до примерно 60, в других случаях до примерно 40 и в некоторых случаях до примерно 30 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Общее количество инертной гидрофобной жидкости в эмульсии типа «вода в масле» может составлять любое значение из значений, указанных выше, или может находиться в диапазоне между любыми из значений, указанных выше.
[0019] Любой подходящий эмульгатор типа «вода в масле» можно использовать в качестве одного или более поверхностно-активных веществ, применяемых для получения эмульсии типа «вода в масле», содержащей водорастворимый полимер, используемой в настоящем способе. Согласно вариантам реализации настоящего изобретения поверхностно-активные вещества включают вещества, имеющие показатель ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) от 2 до 10, в некоторых случаях от 3 до 9 и в других случаях от 3 до 7.
[0020] В настоящем документе ГЛБ рассчитывают с применением известного в данной области способа расчета показателя ГЛБ на основе химических групп, содержащихся в молекуле. В указанном способе используют следующее уравнение:  где m представляет собой количество гидрофильных групп в молекуле, Hh представляет собой показатель ГЛБ гидрофильных групп, n представляет собой количество липофильных групп в молекуле и Hl представляет собой показатель ГЛБ липофильных групп.
[0021] Неограничивающие примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают: сложные эфиры жирных кислот и моно-, ди- и полиглицеринов, например, моноолеат, диолеат, моностеарат, дистеарат и пальмитостеарат. Указанные сложные эфиры можно получить, например, путем этерификации моно-, ди- и полиглицеринов или смесей полигидроксилированных спиртов, таких как этиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,2,4-бутантриол, глицерин, триметилолпропан, сорбитол, неопентилгликоль и пентаэритритол; сложных эфиров жирных кислот сорбитана, например, сорбитан моноолеата, сорбитан диолеата, сорбитан триолеата, сорбитан моностеарата и сорбитан тристеарата; сложных эфиров жирных кислот и маннита, например, маннит монолаурата или маннит монопальмитата; сложных эфиров жирных кислот и пентаэритритола, например, пентаэритритол мономиристата, пентаэритритол монопальмитата и пентаэритритол дипальмитата; сложных эфиров жирных кислот и полиэтиленгликоль сорбитана, в частности, моноолеатов; сложных эфиров жирных кислот и полиэтиленгликоль маннита, в частности, моноолеатов и триолеатов; сложных эфиров жирных кислот и глюкозы, например, глюкоза моноолеата и глюкоза моностеарата; триметилолпропан дистеарата; продуктов реакции изопропиламида с олеиновой кислотой; сложных эфиров жирных кислот и глицерин сорбитана; этоксилированных алкиламинов; гексадецилфталата натрия; децилфталата натрия; и маслорастворимых алканоламидов.
[0022] Согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения поверхностно-активные вещества могут включать этоксилированные неионные поверхностно-активные вещества, этоксилат спирта Гербе и их смеси. Конкретные примеры включают, но не ограничиваются следующими, диэтаноламин жирной кислоты таллового масла, такой как диэтаноламины, доступные в виде AMADOL (АМАДОЛ) 511 в компании Akzo Nobel Surface Chemistry, Чикаго, Иллинойс; полиоксиэтилен (5) сорбитан моноолеат, доступный в виде TWEEN (ТВИН) 81 в компании Uniqema, Нью-Касл, Делавэр; сорбинат моноолеат, доступный в виде SPAN (СПАН) 80 в компании Uniquena, и ALKAMULS (АЛКАМУЛС) SMO от компании Rhone Poulenc, Inc., Париж, Франция.
[0023] Поверхностно-активные вещества могут присутствовать на уровне, составляющем по меньшей мере примерно 0,1 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 0,25 масс. %, в других случаях по меньшей мере примерно 0,5 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 0,75 масс. % и в других случаях по меньшей мере примерно 1 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Когда количество поверхностно-активных веществ слишком низкое, водная фаза может быть недостаточно диспергирована в масляной фазе и/или эмульсия типа «вода в масле» может проявлять склонность к расслоению на масляную и водную фазы. Кроме того, количество поверхностно-активных веществ может составлять до примерно 7 масс. %, в некоторых случаях до примерно 5 масс. % и в других случаях до примерно 2,5 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Количество поверхностно-активных веществ в эмульсии типа «вода в масле» может составлять любое значение из значений, указанных выше, или может находиться в диапазоне между любыми из значений, указанных выше.
[0024] Водная фаза представляет собой дисперсную фазу отдельных частиц в масляной фазе и содержит воду и водорастворимый полимер. Водная фаза в сумме может присутствовать в полимерной композиции настоящей эмульсии типа «вода в масле» на уровне, составляющем по меньшей мере примерно 65 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 67,5 масс. % и в других случаях по меньшей мере примерно 70 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле», и может присутствовать на уровне, составляющем до примерно 85 масс. %, в некоторых случаях до примерно 82,5 масс. %, в других случаях до примерно 80 масс. % и в некоторых случаях до примерно 77,5 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Общее количество водной фазы в эмульсии типа «вода в масле» может составлять любое значение из значений, указанных выше, или может находиться в диапазоне между любыми из значений, указанных выше.
[0025] Согласно настоящему изобретению водорастворимый полимер присутствует на уровне, составляющем по меньшей мере примерно 10 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 12,5 масс. % и в других случаях по меньшей мере примерно 15 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле», и может присутствовать на уровне, составляющем до примерно 25 масс. %, в некоторых случаях до примерно 22 масс. %, в других случаях до примерно 21 масс. % и в некоторых случаях до примерно 20 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Когда количество водорастворимого полимера является слишком низким, применение эмульсии типа «вода в масле» в настоящем способе обработки участка подземного пласта может быть нерентабельным. Когда количество водорастворимого полимера является слишком высоким, эффективность водорастворимого полимера в настоящем способе обработки участка подземного пласта может быть меньше оптимальной. Количество водорастворимого полимера в водной фазе эмульсии типа «вода в масле» может составлять любое значение из значений, указанных выше, или может находиться в диапазоне между любыми из значений, указанных выше.
[0026] Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения водорастворимый полимер может присутствовать на уровне, составляющем по меньшей мере примерно 10 масс. %, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 15 масс. % и в других случаях по меньшей мере примерно 20 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле», и может присутствовать на уровне, составляющем до примерно 35 масс. % и в некоторых случаях до примерно 30 масс. % в расчете на массу эмульсии типа «вода в масле». Согласно указанным вариантам реализации количество водорастворимого полимера в водной текучей среде для обработки обычно составляет менее примерно 0,01% в расчете на массу водной текучей среды для обработки.
[0027] Не будучи ограничены какой-либо одной теорией, полагают, что эмульсия типа «вода в масле», применяемая в настоящем способе, способна высвобождать водорастворимый полимер из эмульсии типа «вода в масле» в водную текучую среду для обработки более эффективно и более результативно, чем способы известного уровня техники. Способы известного уровня техники обычно требуют применения эмульсии типа «вода в масле», содержащей водорастворимый полимер на уровнях 30 масс. % или более. Такие водорастворимые полимеры имеют очень высокую молекулярную массу, при этом отдельные полимерные молекулы сильно запутаны и переплетены и их нелегко распутать и/или отделить друг от друга при добавлении в подпиточную воду. Указанная проблема решена в настоящем изобретении, поскольку более низкое количество водорастворимых полимеров в диспергированных частицах водной фазы настоящей эмульсии типа «вода в масле» обеспечивает меньшее запутывание и переплетение отдельных полимерных молекул и более быстрое растворение и, следовательно, нарастание вязкости во время распутывания с получением водной текучей среды для обработки. Возникающее улучшенное распутывание отдельных полимерных молекул обеспечивает получение более эффективного и действенного раствора для обработки, уменьшающего трение, за счет обеспечения более легкого диспергирования, разделения и разбухания в воде полимерных молекул, что приводит к большему нарастанию вязкости и увеличению эффекта уменьшения трения.
[0028] Эмульсию типа «вода в масле» согласно настоящему изобретению можно разделить с получением 2 масс. % водного раствора инвертной эмульсии типа «вода в масле». Объемную вязкость раствора можно измерить при 25°С, используя прибор RV Брукфильда, оборудованный подходящим шпинделем, со скоростью 10 об/мин при 25°С (Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Мидлборо, Массачусетс).
[0029] Таким образом, водорастворимые полимеры в диспергированных частицах водной фазы настоящей эмульсии типа «вода в масле» способны обеспечить больший эффект уменьшения трения за счет снижения потерь энергии, обусловленных трением, в водных текучих средах для обработки согласно настоящему изобретению. В качестве неограничивающего примера, водорастворимые полимеры согласно настоящему изобретению во время введения водной текучей среды для обработки в ствол скважины могут уменьшать потери энергии, обусловленные трением между водной текучей средой для обработки в турбулентном потоке и пластом и/или трубным изделием(ями) (например, трубой, колтюбингом и т.п.), расположенным в стволе скважины.
[0030] Эмульсию типа «вода в масле», содержащую водорастворимый полимер согласно настоящему способу, получают путем применения методов полимеризации эмульсии типа «вода в масле». Подходящие способы проведения такой полимеризации известны в данной области техники, неограничивающие примеры таких способов описаны в патентах США №3284393; 4024097; 4059552; 4419344; 4713431; 4772659; 4672090; 5292800; и 6825301, соответствующие описания которых включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0031] Как правило, полимеризацию эмульсии типа «вода в масле» осуществляют путем смешивания поверхностно-активных веществ с масляной фазой, содержащей инертную гидрофобную жидкость. Затем получают водную фазу путем объединения мономерной смеси с водой при требуемой концентрации. Кроме того, необязательно в водную фазу можно добавить хелатирующий агент, такой как натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, ЭДТУ (EDTA), и рН водной фазы можно довести до значений от 3,0 до 10,0 в зависимости от конкретного мономера(ов) в мономерной смеси. Затем к смеси масляной фазы и поверхностно-активных веществ добавляют водную фазу. Поверхностно-активные вещества обеспечивают эмульгирование водной фазы, содержащей мономерную смесь, в масляную фазу и образование в масляной фазе дискретных частиц. Затем в присутствии инициатора генерирования свободных радикалов осуществляют полимеризацию.
[0032] Можно использовать любой подходящий инициатор. Неограничивающие примеры подходящих инициаторов включают диэтил-2,2'-азобисизобутират, диметил-2,2'-азобисизобутират, 2-метил-2'-этил-азобисизобутират, пероксид бензоила, пероксид лауроила, персульфат натрия, персульфат калия, трет-бутилгидропероксид, диметан-сульфонил-пероксид, персульфат аммония, азобисизобутиронитрил, диметил-2,2'-азобис(изобутират) и их комбинации.
[0033] Количество инициатора может составлять от примерно 0,01 до 1% по массе относительно массы мономерной смеси, в некоторых случаях от 0,02% до 0,5% по массе относительно массы мономерной смеси.
[0034] Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения описанный процесс полимеризации может иметь температуру инициирования примерно 25°С и протекать практически адиабатически. Согласно другим вариантам реализации настоящего изобретения полимеризацию можно провести изотермически при температуре от примерно 37°С до примерно 50°С.
[0035] Как правило, состав водорастворимого полимера будет таким же или примерно таким же, что и состав мономерной смеси.
[0036] Согласно некоторым вариантам реализации мономерная смесь содержит от примерно 1 до примерно 60 масс. % одного или более катионных мономеров. Согласно другим вариантам реализации мономерная смесь содержит от примерно 1 до примерно 40 масс. % одного или более катионных мономеров. Согласно другим вариантам реализации мономерная смесь содержит от примерно 1 до примерно 30 масс. % одного или более катионных мономеров. Все количества приведены в расчете на общую массу мономерной смеси.
[0037] Согласно некоторым вариантам реализации катионный мономер выбирают из галогенидов (мет)акриламидопропилтриметил аммония, галогенидов (мет)акрилоилоксиэтилтриметил аммония, метилсульфата (мет)акрилоилоксиэтилтриметил аммония, галогенидов диаллил диметил аммония, диаллиламина, метилдиаллиламина, диметиламиноэтил метакрилата и диметиламинопропил метакриламида. Согласно другим вариантам реализации галогенид (мет)акриламидопропилтриметил аммония представляет собой хлорид (мет)акриламидопропилтриметил аммония («МАРТАС»). Согласно другим вариантам реализации галогенид (мет)акрилоилоксиэтилтриметил аммония представляет собой хлорид акрилоилоксиэтилтриметил аммония («АЕТАС»). Согласно другим вариантам реализации галогенид диаллил диметил аммония представляет собой хлорид диаллил диметил аммония («DADMAC»).
[0038] Водорастворимый полимер может необязательно содержать другие мономеры для придания полимеру требуемых свойств. Неограничивающие примеры других подходящих мономеров, которые могут быть включены в мономерную смесь и, в конечном счете, в образовавшийся водорастворимый полимер, включают неионные мономеры. Неограничивающие примеры неионных мономеров включают акриламиды и акрилаты. Неограничивающим примером акриламида является N-(1,1,3,3-тетраметилбутил)акриламид. Неограничивающие примеры акрилатов включают N,N-диметилакрилат и гидроксипропилметилакрилат.
[0039] Согласно некоторым вариантам реализации акриламид присутствует в количестве от примерно 10 до примерно 99 масс. % Согласно другим вариантам реализации акриламид присутствует в количестве от примерно 10 до примерно 60 масс. % Согласно другим вариантам реализации акриламид присутствует в количестве от примерно 10 до примерно 40 масс. % Согласно конкретному варианту реализации мономерная смесь содержит акриламид в количестве от примерно 40 до примерно 60 масс. % и по меньшей мере один катионный мономер в количестве от примерно 40 до примерно 60 масс. % Все количества приведены в расчете на общую массу мономерной смеси.
[0040] Согласно некоторым вариантам реализации эмульсия типа «масло в воде» может содержать соль. Среди прочего, соль может присутствовать для повышения стабильности эмульсии и/или обеспечения пониженной вязкости эмульсии. Примеры подходящих солей включают, но не ограничиваются ими, хлорид аммония, хлорид калия, хлорид натрия, сульфат аммония и их смеси. Согласно некоторым вариантам реализации соль может присутствовать в эмульсиях в количестве, составляющем от примерно 0,5% до примерно 2,5% по массе относительно массы эмульсии.
[0041] Согласно некоторым вариантам реализации эмульсии типа «масло в воде» могут содержать ингибитор. Среди прочего, ингибитор может быть включен для предотвращения преждевременной полимеризации мономеров до начала реакции полимеризации эмульсии. Как будет понятно специалистам в данной области техники, с учетом настоящего описания, водорастворимый полимер мог быть синтезирован посредством метода полимеризации эмульсии, в котором ингибитор действовал для предотвращения преждевременной полимеризации. Примеры подходящих ингибиторов включают, но не ограничиваются ими, хиноны. Пример подходящего ингибитора включает 4-метоксифенол (MEHQ). Ингибитор должен присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения желательного предотвращения преждевременной полимеризации. Согласно некоторым вариантам реализации ингибитор может присутствовать в количестве, составляющем от примерно 0,001% до примерно 0,1% по массе относительно массы эмульсии.
[0042] Водорастворимые полимеры согласно настоящему изобретению обычно имеют молекулярную массу, достаточную для обеспечения требуемого уровня уменьшения трения. Как правило, полимеры, уменьшающие трение, имеют более высокую молекулярную массу для обеспечения требуемого уровня уменьшения трения. В качестве неограничивающего примера, средневесовая молекулярная масса сополимеров, уменьшающих трение, может составлять от примерно 1000000 до примерно 20000000, как определено с применением характеристических вязкостей. Специалисты в данной области техники поймут, что сополимеры, уменьшающие трение, имеющие молекулярные массы за пределами приведенного диапазона, могут все еще обеспечивать некоторую степень уменьшения трения в водной текучей среде для обработки.
[0043] В настоящем документе характеристическую вязкость определяют с применением капиллярного вискозиметра Уббелоде и растворов водорастворимого полимера в 1М растворе NaCl при 30°С и рН 7 при концентрациях 0,05 масс. %, 0,025 масс. % и 0,01 масс. %, экстраполируя, для определения характеристической вязкости, измеренные значения до нулевой концентрации. Затем с помощью уравнения Марка-Хувинка, известно в данной области техники, определяют молекулярную массу водорастворимого полимера.
[0044] Альтернативно, пониженную вязкость водорастворимого полимера при концентрации 0,05 масс. % используют для измерения размера молекул. По существу, водорастворимый полимер имеет пониженную вязкость, измеренную в капиллярном вискозиметре Уббелоде при концентрации полимера 0,05% по массе в 1М растворе NaCl при 30°С и рН 7, составляющую от примерно 10 до примерно 40 дл/г, в некоторых случаях от 15 до примерно 35 дл/г и в других случаях от 15 до примерно 30 дл/г.
[0045] Эмульсию типа «вода в масле» добавляют в воду с получением за счет инверсии эмульсии раствора для обработки, уменьшающего трение. В настоящем документе термины «инвертировать» и/или «инверсия» относятся к воздействию на эмульсию типа «вода в масле» условий, вызывающих превращение водной фазы в непрерывную фазу. Такая инверсия приводит к высвобождению водорастворимого полимера в подпиточную воду.
[0046] Способы инверсии эмульсий типа «вода в масле», содержащих водорастворимый полимер, известны в данной области техники и описаны в качестве неограничивающего примера в патенте США №3624019.
[0047] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения для облегчения инверсии, распутывания и растворения водорастворимого полимера в эмульсию типа «вода в масле» может быть включено инвертирующее поверхностно-активное вещество. Среди прочего, инвертирующее поверхностно-активное вещество может способствовать инверсии эмульсии при добавлении к подпиточной воде и/или водным текучим средам для обработки согласно настоящему изобретению. Как будет понятно специалистам в данной области техники, с учетом настоящего описания, при добавлении к водной текучей среде для обработки эмульсия типа «вода в масле» должна инвертировать, высвобождая сополимер в водную текучую среду для обработки.
[0048] Неограничивающие примеры подходящих инвертирующих поверхностно-активных веществ включают полиоксиэтилен алкилфенол; цетиловый эфир полиоксиэтилена (10 моль); алкил-ариловый эфир полиоксиэтилена; производные четверичного аммония; олеат калия; N-цетил-N-этилморфолин этосульфат; лаурилсульфат натрия; продукты конденсации высших жирных спиртов с этиленоксидом, такие как продукт реакции олеилового спирта с 10 этиленоксидными звеньями; продукты конденсации алкилфенолов и этиленоксида, такие как продукты реакции изооктилфенола с 12 этиленоксидными звеньями; продукты конденсации аминов высших жирных кислот с пятью или более этиленоксидными звеньями; продукты конденсации этиленоксида и неполных высших жирных эфиров многоатомных спиртов и их внутренние ангидриды (например, маннит-ангидрид и сорбит-ангидрид).
[0049] Согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения инвертирующие поверхностно-активные вещества могут включать этоксилированные нонилфенолы, этоксилированные нонилфенолформальдегидные смолы, этоксилированные спирты, не ионные поверхностно-активные вещества с ГЛБ, составляющем от 12 до 14, и их смеси.
12
16
[0050] Конкретный неограничивающий пример подходящего инвертирующего поверхностно-активного вещества включает этоксилированный СС спирт. Инвертирующее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения требуемой инверсии эмульсии при контакте с водой в водной текучей среде для обработки. Согласно некоторым вариантам реализации инвертирующее поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве, составляющем от примерно 1% до примерно 5%, в некоторых случаях от примерно 1,5% до примерно 3,5% по массе относительно массы эмульсии типа «вода в масле».
[0051] Согласно многим вариантам реализации настоящего изобретения инвертирующие поверхностно-активные вещества добавляют в эмульсию типа «вода в масле» после завершения полимеризации.
[0052] Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения для распутывания эмульсии типа «вода в масле» можно использовать периодический способ. Согласно данному варианту реализации эмульсию типа «вода в масле», содержащую водорастворимый полимер, и воду подают в обычный смесительный бак. После поступления в бак раствор трясут или перемешивают в течение определенного периода времени для придания ему энергии. После перемешивания полученный раствор должен выдерживаться для обеспечения времени, достаточного для раскручивания молекул. В настоящем изобретении такой период времени значительно сокращается.
[0053] Согласно другим вариантам реализации настоящего изобретения встроенные смесители непрерывного действия, а также встроенные статические смесители можно использовать для объединения эмульсии типа «вода в масле», содержащей водорастворимый полимер, и воды. Неограничивающие примеры подходящих смесителей, используемых для смешивания и подачи, описаны в патентах США №№4522502; 4642222; 4747691; и 5470150. Неограничивающие примеры подходящих статических смесителей можно найти в патентах США №4051065 и 3067987.
[0054] После распутывания эмульсии типа «вода в масле», содержащей водорастворимый полимер, в воду, в такой раствор добавляют любые другие добавки с получением раствора для обработки, который затем вводят в участок подземного пласта.
[0055] Как правило, водорастворимый полимер согласно настоящему изобретению можно включить в любую водную текучую среду для обработки, применяемый при подземной обработке, для уменьшения трения. Такая подземная обработка включает, но не ограничивается ими, буровые работы, обработку пласта для интенсификации притока (например, гидравлический разрыв пласта, кислотную обработку, кислотный гидроразрыв) и операции заканчивания скважины. Специалисты в данной области техники, с учетом настоящего описания, способны распознать подходящий способ подземной обработки, при котором может потребоваться уменьшение трения.
[0056] Вода, применяемая в водных текучих средах для обработки согласно настоящему изобретению, может представлять собой пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую одну или более растворенных в ней солей), соляной раствор (например, добытый из подземных пластов), морскую воду, шахтную воду, прудовую воду или т.п. или их комбинации. Как правило, используемую воду можно взять из любого источника при условии, что указанный источник не содержит избытка соединений, которые могут негативно повлиять на другие компоненты в водной текучей среде для обработки или на сам пласт. Настоящее изобретение является эффективным во всех водах, применяемых для приготовления водной текучей среды для обработки.
[0057] Водорастворимые полимеры согласно настоящему изобретению должны быть включены в водные текучие среды для обработки согласно настоящему изобретению в количестве, достаточном для обеспечения требуемого уменьшения трения. Согласно некоторым вариантам реализации водорастворимый полимер согласно настоящему изобретению может присутствовать в количестве, составляющем по меньшей мере примерно 0,0025%, в некоторых случаях по меньшей мере примерно 0,003%, в других случаях по меньшей мере примерно 0,0035% и в некоторых случаях по меньшей мере примерно 0,05% по массе относительно массы воднй текучей среды для обработки, и может составлять до примерно 4%, в некоторых случаях до примерно 3%, в других случаях до примерно 2%, в некоторых случаях до примерно 1%, в других случаях до примерно 0,02%, в некоторых случаях до менее примерно 0,1%, в других случаях до примерно 0,09% и в определенных случаях до примерно 0,08% по массе относительно массы водной текучей среды для обработки. Количество водорастворимых полимеров, содержащихся в водных текучих средах для обработки, может составлять любое значение из значений, приведенных выше, или находиться в диапазоне между любыми из значений, приведенных выше.
[0058] Согласно некоторым вариантам реализации водорастворимый полимер согласно настоящему изобретению может присутствовать в водных текучих средах для обработки в количестве, составляющем от примерно 0,0025% до примерно 0,025%, в некоторых случаях в диапазоне от примерно 0,0025% до менее примерно 0,01%, в других случаях в диапазоне от примерно 0,0025% до примерно 0,009% и в некоторых случаях в диапазоне от примерно 0,0025% до примерно 0,008% по массе относительно массы водной текучей среды для обработки.
[0059] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения при применении настоящих эмульсий типа «вода в масле», количество водорастворимого полимера в водной текучей среде для обработки может быть на по меньшей мере примерно 5%, в некоторых случаях на по меньшей мере примерно 7,5%, в других случаях на по меньшей мере примерно 10%, в некоторых случаях на по меньшей мере примерно 12,5%, в других случаях на по меньшей мере примерно 15%, в некоторых случаях на по меньшей мере примерно 20% и в других случаях на по меньшей мере примерно 25% меньше, чем при применении в водной текучей среде для обработки эмульсии типа «вода в масле», содержащей полимер того же состава с концентрацией 30 масс. % или более.
[0060] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения эмульсии типа «вода в масле» согласно настоящему изобретению используют в растворе для обработки, уменьшающем трение, в количестве, составляющем по меньшей мере примерно 0,1 галлона (примерно 0,4 л) эмульсии типа «вода в масле» на тысячу галлонов (примерно 3785 л) воды водной текучей среды для обработки (гал/тыс.гал), в некоторых случаях по меньшей мере примерно 0,15 гал/тыс.гал (0,15 л/тыс.л) и в других случаях по меньшей мере примерно 0,2 гал/тыс.гал (0,2 л/тыс.л), при этом указанное количество может составлять до примерно 2 гал/тыс.гал (2 л/тыс.л), в некоторых случаях до примерно 1,75 гал/тыс.гал (1,75 л/тыс. л), в других случаях до примерно 1,5 гал/тыс.гал (1,5 л/тыс.л), в некоторых случаях до примерно 1,25 гал/тыс.гал (1,25 л/тыс.л) и в других случаях до примерно 1,1 гал/тыс.гал (1,1 л/тыс.л). Количество эмульсии типа «вода в масле», применяемой в растворе для обработки, уменьшающем трение, может составлять любое значение из значений, приведенных выше, или находиться в диапазоне между любыми из значений, приведенных выше.
[0061] Использование меньшего количества полимера при применении настоящего изобретения приводит к значительно меньшему повреждению пласта, уменьшению флокуляции при проведении наземных операций по рециркуляции жидкостей и является более экологически безопасным, поскольку используются более низкие концентрации полимера. Кроме того, более низкую дозу полимера можно доставить с помощью существующего оборудования, что обеспечивает лучшую эффективность при небольшой потребности в капитальных расходах или при отсутствии необходимости таких расходов.
[0062] В водные текучие среды для обработки согласно настоящему изобретению могут быть включены дополнительные добавки, которые специалист в данной области техники, с учетом настоящего описания, считает подходящими. Примеры таких добавок включают, но не ограничиваются ими, ингибиторы коррозии, частицы расклинивающего наполнителя, кислоты, добавки для регулирования водоотдачи и поверхностно-активные вещества. Например, в водные текучие среды для обработки можно включить кислоту, среди прочего, для матричной обработки или кислотного гидроразрыва. Согласно вариантам реализации гидроразрыва в водные текучие среды для обработки могут быть включены частицы расклинивающего наполнителя для предотвращения смыкания трещин при сбросе гидравлического давления.
[0063] Водные текучие среды для обработки согласно настоящему изобретению можно использовать при любой подземной обработке, при которой требуется уменьшение трения. Такая подземная обработка включает, но не ограничивается ими, буровые работы, обработку пласта для интенсификации притока (например, гидравлический разрыв пласта, кислотную обработку, кислотный гидроразрыв) и операции заканчивания скважины. Специалисты в данной области техники, с учетом настоящего описания, способны распознать подходящий способ подземной обработки, при котором может потребоваться уменьшение трения.
[0064] Согласно некоторым вариантам реализации в настоящем изобретении предложен способ обработки участка подземного пласта, включающий обеспечение описанного выше водной текучей среды для обработки и введение указанного водной текучей среды для обработки в участок подземного пласта. Согласно некоторым вариантам реализации водная текучая среда для обработки можно ввести в участок подземного пласта при скорости и давлении, достаточных для создания или расширения одной или более трещин на указанном участке подземного пласта. Участок подземного пласта, в который вводят водная текучая среда для обработки, будет меняться в зависимости от конкретного способа подземной обработки. Например, участок подземного пласта может представлять собой часть ствола скважины, например, при операции по очистке ствола скважины. Согласно вариантам реализации интенсификации притока указанный участок может являться частью подземного пласта, подвергаемого обработке с целью интенсификации притока.
[0065] Способы согласно настоящему изобретению могут также включать приготовление водной текучей среды для обработки. Приготовление водной текучей среды для обработки может включать обеспечение эмульсии типа «вода в масле», содержащей водорастворимый полимер, и объединение водорастворимого полимера с водой с получением водной текучей среды для обработки.
[0066] Настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на следующие примеры. Следующие примеры являются просто иллюстративными и не предназначены для ограничения. Если не указано иное, все процентные содержания приведены в расчете на массу относительно массы всей композиции.
[0067] Пример 1
[0068] Получение полимеров (25% активного компонента) в эмульсии типа «вода в масле».
4
2
4
[0069] Ингредиенты в водной мономерной фазе, масляную фазу и применяемые поверхностно-активные вещества (выраженные в виде массового процента относительно массы всей композиции эмульсии типа «вода в масле») приведены в таблице 1. Получение обычно включало объединение некоторых или всех компонентов, выбранных из деионизированной воды, акриламида (AM), хлорида метакриламидопропилтриметил аммония (МАРТАС), хлорида диаллил диметил аммония (DADMAC), хлорида акрилоилоксиэтилтриметил аммония (АЕТАС), NHCl, EDTA, HSO, и перемешивание до гомогенного состояния с получением водной фазы. Масляную фазу получали путем смешивания гидрофобной жидкости с указанными поверхностно-активными веществами и перемешивания до получения смеси. Регулировали рН водной фазы и затем указанную водную фазу добавляли к масляной фазе и перемешивали с получением дисперсии.
[0070] Дисперсию перемешивали при продувке азотом в течение 30 минут и нагревали до подходящей температуры инициирования. На этой стадии в реакционный сосуд добавляли 20 микролитров пероксида с последующим добавлением 0,075% метабисульфита натрия (SMBS) со скоростью подачи 0,1 мл/мин. После начала экзотермической реакции позволили температуре реакции достичь 50 градусов Цельсия и регулировали температуру в диапазоне от 48 до 50°С в течение оставшейся части экзотермической реакции. Затем скорость подачи SMBS увеличивали до 1 мл/мин с последующим добавлением 34,71% поглотителя SMBS при 1 мл/мин. Инвертирующее поверхностно-активное вещество смешивали с получением эмульсии и охлаждали полимер до комнатной температуры.
[0071] 10% или 18,5% активного компонента.
4
2
4
[0072] Ингредиенты в водной мономерной фазе, масляную фазу и применяемые поверхностно-активные вещества (выраженные в виде массового процента относительно массы всей композиции эмульсии типа «вода в масле») приведены в таблице 1. Получение обычно включало объединение некоторых или всех компонентов, выбранных из деионизированной воды, AM, МАРТАС, DADMAC, АЕТАС, NHCl, EDTA, HSO, и перемешивание до гомогенного состояния с получением водной фазы. Масляную фазу получали путем смешивания гидрофобной жидкости с указанными поверхностно-активными веществами и перемешивания до получения смеси. Регулировали рН водной фазы и затем указанную водную фазу добавляли к масляной фазе и перемешивали с получением дисперсии.
[0073] Дисперсию перемешивали при продувке азотом в течение 30 минут и нагревали до подходящей температуры инициирования. На этой стадии в реакционный сосуд добавляли 20 микролитров пероксида с последующим добавлением 0,075% метабисульфита натрия (SMBS) со скоростью подачи 0,1 мл/мин. После начала экзотермической реакции позволили температуре реакции достичь 50 градусов Цельсия и регулировали температуру в диапазоне от 48 до 50°С в течение оставшейся части экзотермической реакции. Затем скорость подачи SMBS увеличивали до 1 мл/мин с последующим добавлением 34,71% поглотителя SMBS при 1 мл/мин.
[0074] Разбавленную фазу получали путем смешивания масляной фазы, гидрофобной жидкости и указанных поверхностно-активных веществ с раствором NaCl и деионизированной воды. Масляную фазу перемешивали и добавляли соляной раствор и перемешивали в течение 15 минут. К основе добавляли требуемое количество разбавленной фазы, полученной выше, и перемешивали 30 минут при 30°С. В эмульсию добавляли подходящее инвертирующее поверхностно-активное вещество и затем охлаждали полимер до комнатной температуры.
[0075]
[0076] Пример 2
[0077] Испытание на трение в гидравлическом испытательном стенде замкнутого типа
[0078] Гидравлический испытательный стенд замкнутого типа для исследования трения изготавливали из труб из нержавеющей стали с внутренним диаметром 5/16 дюйма (примерно 8 мм) общей длины примерно 30 футов (примерно 9 м). Испытуемые растворы выкачивали из нижней части конического резервуара емкостью 5 галлонов (примерно 19 л). Раствор проходил через систему труб и возвращался обратно в резервуар. Такой поток обеспечивали с помощью плунжерного насоса, оборудованного приводом с регулируемой скоростью. Давление измеряли с помощью двух встроенных манометров, при этом последний манометр размещали на расстоянии приблизительно 2 фута (примерно 61 см) от места введения обратно в резервуар.
[0079] В опытном резервуаре приготавливали четыре галлона (примерно 15 л) соляного раствора (массовый процент соли указан ниже) и насос запускали и устанавливали для подачи со скоростью потока от 5 до 10 гал/мин (от примерно 19 до примерно 38 л/мин). Рециркулировали солевой раствор до установления температурного равновесия при 25°С и достижения устойчивого перепада давления. Такое давление регистрировали как «начальное давление» соляного раствора. Исследуемое количество полимера в неразбавленной эмульсии типа «вода в масле» быстро вводили с помощью шприца в опытный резервуар, содержащий соляной раствор, и запускали таймер. Дозу записывали как количество галлонов эмульсии типа «вода в масле» на тысячу галлонов (примерно 3785 л) соляного раствора (гал/тыс.гал). Давление регистрировали через 30 секунд, 1 минуту, 2 минуты и 3 минуты, соответственно. Падение давления рассчитывали через каждый временной интервал, сравнивая указанное падение давления с начальным показателем.
[0080] перепада давления соляного раствора. Уменьшение трения в процентах определяли, как описано в патенте США №7004254 от столбца 9, строка 36 до столбца 10, строка 43. Результаты приведены ниже в таблице 2. Доза представляет собой количество эмульсии типа «вода в масле», приведенное в виде количества галлонов на тысячу галлонов (примерно 3785 л) соляного раствора.
[0080]
[0081] Полученные данные демонстрируют несколько тенденций. Композиции согласно настоящему изобретению неожиданно обеспечивают аналогичную или эквивалентную эффективность относительно композиций, содержащих более высокие дозы полимеров. Например, композиция, приведенная в таблице 2 в строке №2, содержит более низкую дозу полимера, чем композиция в строке №1. Неожиданно оказалось, что композиция в строке №2 сопоставима с композицией в строке №1. Аналогичным образом, эффективность композиции в строке №5 (более низкая доза полимера) сопоставима с эффективностью композиции в строке №4 (более высокая доза полимера).
[0082] Раскрытое изобретение было описано со ссылкой на конкретные детали конкретных вариантов реализации настоящего изобретения. Не предполагается, что такие детали следует рассматривать как ограничение объема раскрытого изобретения, за исключением тех случаев, когда они включены в прилагаемую формулу изобретения, и в той степени, в которой они включены в прилагаемую формулу изобретения.
[0083] Соответственно, типичные варианты реализации, описанные в настоящем документе, хорошо адаптированы для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые присущи настоящему изобретению. Конкретные варианты реализации, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку типичные варианты реализации, описанные в настоящем документе, могут быть модифицированы и реализованы на практике разными, но эквивалентными способами, очевидными специалистам в данной области техники, извлекающими выгоду из идей, предложенных в настоящем документе. Кроме того, никакие ограничения не направлены на детали конструкции или конструктивного исполнения, приведенные в настоящем документе, кроме случаев, описанных в приведенной ниже формуле. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации, описанные выше, могут быть изменены, объединены или модифицированы, при этом все такие варианты рассматриваются в пределах объема и сущности типичных вариантов реализации, описанных в настоящем документе. Типичные варианты реализации, описанные в настоящем документе, соответствующим образом раскрытые в настоящем документе с целью иллюстрации, могут быть реализованы на практике в отсутствие любого элемента, который специально не описан в настоящем документе, и/или любого необязательного элемента, описанного в настоящем документе. Хотя композиции и способы описаны в терминах «имеющий», «содержащий» или «включающий» различные компоненты или стадии, указанные композиции и способы могут также «состоять в основном из» или «состоять из» различных компонентов, веществ и стадий. В настоящем документе подразумевают, что термин «состоять в основном из» включает перечисленные компоненты, вещества или стадии и такие дополнительные компоненты, вещества или стадии, которые по существу не влияют на основные и новые свойства предложенной композиции или способа. Согласно некоторым вариантам реализации композиция в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, «состоящая в основном из» перечисленных компонентов или веществ, не содержит каких-либо дополнительных компонентов или веществ, которые изменяют основные и новые свойства предложенной композиции. Если имеется какое-либо противоречие при применении слова или термина в настоящем описании изобретения и в одном или более патентных или других документах, которые могут быть включены в настоящий документ посредством ссылки, следует принять определения, которые согласуются с настоящим описанием изобретения.