ЖИДКОСТЬ ГИДРОРАЗРЫВА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ПЛАСТА
FRACTURE FLUID AND METHOD FOR TREATING HYDROCARBON RESERVOIRS

ПЕРЕКРЁСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[1] В настоящей заявке заявлен приоритет предварительной заявки на патент США №62/140105, поданной 30 марта 2015 г., которая включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Изобретение относится к жидкостям гидроразрыва и способам обработки углеводородных пластов, в частности, к жидкостям гидроразрыва, содержащим сверхвпитывающие полимеры, и их использованию в областях применения гидроразрыва пласта.
[3] Гидроразрыв представляет собой процесс стимулирования для создания высокопроводящего взаимодействия с большой площадью подземного пласта. Данный процесс увеличивает эффективную площадь ствола скважины внутри пласта таким образом, что темп добычи уловленной нефти или газа может быть ускорен. Эффективность процесса часто измеряют итоговой суммой площади контактной поверхности, которая является результатом обработки пласта для интенсификации притока.
[4] В процессе гидроразрыва жидкость гидроразрыва закачивают под давлением, превышающим давление гидроразрыва целевой породы-резервуара, чтобы создать или увеличить трещины в подземном пласте, через который проходит ствол скважины. После начала гидроразрыва при последующих стадиях в созданную трещину закачивают флюид, содержащий химические агенты, а также проппанты. В процессе закачки трещина, как правило, продолжает расти и проппанты остаются в трещине в виде проницаемой набивки, которая служит для удержания трещины открытой. После завершения обработки трещину закрывают на проппант. Проппанты удерживают созданную трещину открытой, обеспечивая высокопроводящий путь для протекания углеводородов и/или других пластовых флюидов в ствол скважины.
[5] Перед добычей жидкости гидроразрыва можно разрушить до минимальной вязкости и позволить им обратное протекание. Срок разрушения может быть важен для практических задач. Едва уловимое равновесие часто должно быть достигнуто между начальной вязкостью и конечной вязкостью после разрушения. В случае, когда жидкости гидроразрыва разрушаются слишком рано, проппант может отделиться от жидкости гидроразрыва и осесть в нижней части трещины до завершения гидравлического разрыва пласта. В этой ситуации геометрия трещины и производительность скважины могут быть нарушены.
[6] Несмотря на все достижения в данной области техники, по-прежнему существует необходимость в альтернативных композициях и способах гидроразрыва углеводородных пластов. Было бы хорошо, если бы такие композиции и способы обладали улучшенной способностью переноса проппанта. Дополнительным преимуществом было бы, если композиции и способы могли бы обеспечивать управление сроком разрушения жидкости гидроразрыва.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
[7]  В одном варианте реализации изобретения способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включает: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; и компонент сверхвпитывающего полимера, содержащий один или более из следующих: первый композит из проппанта и первого сверхвпитывающего полимера в негидратированной форме, причём первый сверхвпитывающий полимер по меньшей мере частично внедрен в свободное пространство проппанта; покрытый сверхвпитывающий полимер; сверхвпитывающий материал, имеющий трёхмерную сетку; или второй композит из второго сверхвпитывающего полимера и медленно высвобождающегося деструктора; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
[8] В другом варианте реализации изобретения способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включает: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; проппант; от около 10 фунтов (4,536 кг) до около 100 фунтов (45,359 кг) сверхвпитывающего полимера на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва; и от около 1 фунта (0,454 кг) до около 30 фунтов (13,608 кг) или от 4 (1,814 кг) до 20 фунтов (9,072 кг) модификатора вязкости на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва, причём модификатор вязкости содержит один или более из следующих: диутан; гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила; сульфированный полистирол; поливиниловый спирт; поливинилпирролидон; или полиакрилонитрил; и  закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
[9] Еще в другом варианте реализации изобретения способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включает : получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; проппант; от около 30 фунтов (13,608 кг) до около 80 фунтов (36,287 кг) полимера, содержащего один или более из следующих: глюкоманнан конжака; гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила; карбоксиметилцеллюлозу; перекрёстно-сшитые полиакрилаты; сульфированный полистирол; гидролизованный полиакриламид; поливиниловый спирт; поливинилацетат; полиэтиленоксид; поливинилпирролидон; или полиакрилонитрил.
[10] В ещё одном варианте реализации изобретения способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины включает получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель, линейный гуар, сверхвпитывающий полимер, присутствующий в количестве, эффективном для снижения фильтрации флюида в процессе операции гидроразрыва, необязательно, сшивающий агент для линейного гуара; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
o
o
o
o
[11] Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель, проппант, сверхвпитывающий полимер, деструктор, эффективный для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре более чем около 250F (121С) в отсутствие каких-либо активаторов, инкапсулированный активатор, содержащий активатор, инкапсулированный в герметик, причём активатор эффективен для активирования деструктора таким образом, что деструктор или его производное разрушает суперабсорбент при температуре менее чем около 200F (93С); закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины; позволение активатору  диффундировать из герметика; и разрушение сверхвпитывающего полимера .
o
o
[12] Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: закачивание в подземный пласт первой композиции гидроразрыва, содержащую первый флюид-носитель, проппант, сверхвпитывающий полимер и один из: деструктор или активатор деструктора; закачивание в подземный пласт второй композиции гидроразрыва, причём вторая композиция гидроразрыва содержит второй флюид-носитель и деструктор или активатор, не содержащийся в первой композиции гидроразрыва; и разрушение сверхвпитывающего полимера  после закачки второй композиции гидроразрыва при температуре менее чем около 200F (93С).
o
o
[13] Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: закачивание в подземный пласт первой композиции гидроразрыва, содержащую первый флюид-носитель, проппант и сверхвпитывающий полимер, причём первая композиция гидроразрыва не содержит деструкторы сверхвпитывающего полимера; закачивание в подземный пласт второй композиции гидроразрыва, причём вторая композиция гидроразрыва содержит второй флюид-носитель и деструктор, эффективный для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре менее чем около 200F (93С); и разрушение сверхвпитывающего полимера  после закачки второй композиции гидроразрыва.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[14] В настоящее время около одной трети жидкостей гидроразрыва, используемых в данной области техники, выполнены на основе линейного гуара. Эти флюиды на основе линейного гуара, как правило, содержат от 10 до 40 ppt (фунтов  на тысячу галлонов) стандартного гуарового полимера. Вязкость объединенной из этих флюидов жидкости находится в диапазоне от 5 до 30 сП. Было обнаружено, что композицию, содержащую сверхвпитывающий полимер, можно использовать для замены флюида на основе линейного гуара в областях применениях гидроразрыва. Сверхвпитывающий полимер позволяет получать жидкость гидроразрыва с равной или большей вязкостью при использовании только части обычных полимерных наполнителей. Флюиды на основе линейного гуара являются относительно разрушительными для пласта вследствие их низкой восстановительной проводимости после разрушения. Напротив, сверхвпитывающий полимер показал высокую восстановленную проводимость после разрушения.
[15] Как описано в данном документе, сверхвпитывающий полимер представляет собой полимер, способный впитывать большие количества водных растворов, например, воду, соляной раствор, кислоту или основание посредством набухания и образования геля или вязкого материала, и удерживать поглощенный флюид при определенном давлении или температуре. Сверхвпитывающие полимеры могут быть использованы в композициях гидроразрыва для переноса частиц проппанта к трещинам. Изобретатели нашли различные способы улучшения эффективности переноса проппанта сверхвпитывающими полимерами.
[16] В одном варианте реализации изобретения было обнаружено, что сверхвпитывающие полимеры в негидратированной форме можно поместить внутрь проппанта или по меньшей мере частично внедрить в свободное пространство проппанта. Расположение сверхвпитывающего полимера в проппанте делает возможным набухание полимера, таким образом, в сочетании с проппантом уменьшается эффективная плотность получаемой частицы внутри жидкости гидроразрыва. Кроме того, частицы полимера при набухании работали бы для переноса, посредством протаскивания, проппанта в том же направлении по мере того, как сверхвпитывающий полимер проникает глубже в трещину. Далее может быть рассмотрена возможность влияния на скорость оседания проппантов.
TM
[17] Композит может содержать любой из сверхвпитывающих полимеров, описанных в данном документе, причём сверхвпитывающий полимер   находится в негидратированной форме. Проппант, используемый для изготовления композита, имеет пустые полости или поры. Пористый проппант содержит любой состоящий из пористых керамических частиц материал естественного происхождения или изготовленный, или разработанный, который имеет природную и/или искусственную пористость. К типам проппантов, которые могут быть использованы, относятся проппанты с полыми стержнями, а также те, у которых обнаружена пустая полость, или с намеренно созданными на поверхности проппанта полостями. Проппанты со свободными пространствами включают  проппанты из серии материалов LiteProp , поставляемых компанией Baker Hughes Inc.
[18] Для определения внутренней пористости частиц могут использоваться коммерчески доступный инструмент ACCUPYC 1330 автоматический газовый пикнометр (Micromeritics, Norcross, Ga.), который использует гелий в качестве инертного газа, и рекомендованная производителем процедура. Внутренняя пористость проппанта, используемого для изготовления композита, как правило, составляет от около 5 до около 40 объёмных процентов или от около 10 до около 35 объёмных процентов или от около 15 до около 25 объёмных процентов. В одном варианте реализации изобретения проппант в композите имеет предполагаемый удельный вес менее чем около 2,4.
[19] Примеры искусственных состоящих из частиц пористых материалов для использования в композите включают, но не ограничиваются только ими: пористые керамические частицы, например, частицы, имеющиеся в продаже у Carbo Ceramics Inc., такие как ECONOPROP, и частицы обожженного каолинита, которые описаны в патенте США № 5188175. Как описано в данном патенте, такие частицы могут содержать твердые сферические гранулы или частицы из сырьевых материалов (например, каолиновой глины), имеющих содержание оксида алюминия в интервале между около 25% до 40% и содержание диоксида кремния в интервале между около 50% до 65%. Могут использовать крахмальное связующее. Такие частицы могут быть охарактеризованы как имеющие соотношение содержания диоксида кремния к содержанию оксида алюминия от около 1,39 до около 2,41 и удельный вес (ASG - Apparent Specific Gravity) в интервале между около 2,20 и около 2,60 или в интервале между около 2,20 и около 2,70.
o
o
o
o
[20] Следует также понимать, что пористые керамические частицы могут быть выборочно изготовлены из сырьевых материалов, как например те, что описаны в патенте США № 5188175; патенте США № 4427068; и в патенте США № 4522731, например, посредством включения выбранных стадий процесса в исходный процесс изготовления материала для получения материала, который обладает желательными характеристиками пористости, проницаемости, объёмной плотности или удельного веса (ASG) и их комбинацией. Например, такие исходные материалы можно обжигать при относительно низкой температуре около 1235F (668,3С) или около 1300F (704,4С) для достижения желательной кристаллической структуры и более пористой и более легкой структуры. В одном типовом варианте реализации таких частиц для использования в композите может быть выбран пористый материал из частиц обожженного каолинита с размером пор 20/40 меш от Carbo Ceramics Inc. Эти частицы имеют следующие внутренние характеристики: насыпная объёмная плотность около 1,16, внутренняя пористость около 59,3%.
[21] В контексте настоящего изобретения термин «внедренный» следует далее относить к частично или полностью пропитанному сверхвпитывающему полимеру, например, посредством вакуумной пропитки и/или пропитки под давлением. Например, пористые проппанты могут быть погружены в сверхвпитывающий полимер в негидратированной форме и затем подвергнуты давлению и/или вакууму, чтобы по меньшей мере частично сверхвпитывающий полимер проник внутрь или пропитал проппант. Степень проникновения сверхвпитывающего полимера в пористый проппант составляет от менее чем около 1% проникновения по объему до менее чем около 25% проникновения по объему.
[22] Композит может быть изготовлен посредством обработки пористого проппанта сверхвпитывающими полимерами с использованием любого подходящего мокрого или сухого процесса. Характеристики пористости пористых проппантов позволяют частично и полностью втягивать негидратированный сверхвпитывающий полимер по меньшей мере частично в пористую матрицу пористых проппантов посредством силы капиллярности. Например, один или несколько сверхвпитывающих полимеров могут быть втянуты по меньшей мере частично в пористую матрицу состоящего из пористых частиц материала с использованием вакуума и/или могут быть вдавлены по меньшей мере частично в пористую матрицу под давлением. В другом варианте реализации изобретения лист сверхвпитывающего полимера перемешивают и вжимают в частицы проппанта таким образом, что сверхвпитывающий полимер по меньшей мере частично проникает в пустые полости частиц проппанта, таким образом частицы проппанта сцепляют с листом сверхвпитывающего полимера.
[23] Относительные количества сверхвпитывающего полимера и проппанта в композите, а также относительное количество композита в композициях гидроразрыва выбраны таким образом, чтобы проппант присутствовал в массовой концентрации от 0,10 фунтов на галлон (фунтов/галлон) (0,012 кг/л) до 20 фунтов/галлон (2,397 кг/л), конкретно от 0,25 фунтов/галлон (0,030 кг/л) до 16 фунтов/галлон (1,917 кг/л) и более конкретно от 0,25 фунтов/галлон (0,030 кг/л) до 12 фунтов/галлон (1,438 кг/л) в расчете на общий объем композиции, а сверхвпитывающий полимер чтобы присутствовал в массовой концентрации от 10 фунтов (4,536 кг) SAP (сверхвпитывающего полимера) на одну тысячу галлонов (3785 л) флюида (ppt) до 200 ppt, конкретно от 20 ppt до 100 ppt и более конкретно от 30 ppt до 80 ppt в расчете на общий объем композиции. В одном варианте реализации изобретения композит из сверхвпитывающего полимера и проппанта присутствует в количестве от около 10 фунтов (4,536 кг) до около 200 фунтов, от около 20 фунтов (9,072 кг) до около 100 фунтов (45,359 кг) или от около 30 фунтов (13,608 кг) до около 80 фунтов (36,287 кг) композита на одну тысячу галлонов (3785 л) композиций гидроразрыва.
[24] В другом варианте реализации изобретения было также обнаружено, что способность композиции гидроразрыва суспензировать проппант может быть улучшена посредством включения в неё сверхвпитывающего материала, имеющего трёхмерную сетку. В контексте настоящего изобретения термин «трёхмерная сетка» относится к сетке, содержащей сверхвпитывающий полимер, имеющий отрицательные заряды, и катионный или неионный полимер, связанный с сверхвпитывающим полимером, имеющим отрицательные заряды. Без привлечения теории отметим, считается, что трёхмерную сетку создают силы, например, силы Ван-дер-Ваальса, между отрицательно заряженными сверхвпитывающими полимерами и катионными или неионными полимерами. Далее без привлечения теории отметим, считается, что как только гранулы сверхвпитывающего полимера (слабо) соединяются посредством полимерных цепей слабодозированного катионного или неионного полимера в трёхмерную сетку, значительно улучшается возможность суспендирования и поддерживания проппанта. Типовые сверхвпитывающие полимеры, имеющие отрицательные заряды, содержат анионные полимеры, раскрытые в контексте настоящего изобретения. Конкретно упоминается сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия с поперечными связями, полученный из диакрилата полиэтиленгликоля. Типовые катионные полимеры содержат катионные акриламидные сополимеры. Типовые неионные полимеры содержат поливиниловый спирт, поливинилацетат или комбинацию, содержащую по меньшей мере один из указанных выше. Количество катионных или неионных полимеров в сверхвпитывающем материале, имеющем трёхмерную сетку, может составлять от около 0,1 % мас. до около 30 % мас. или от 0,5 % мас. до 20 % мас. в расчете на общую массу сверхвпитывающего материала, имеющего трёхмерную сетку.
[25] В другом варианте реализации изобретения было обнаружено, что покрытые сверхвпитывающие полимеры могут быть использованы для замедления скорости гидратации и уменьшения сдвигового повреждения содержащих сверхвпитывающий полимер флюидов, таким образом увеличивая способность сверхвпитывающих полимеров поддерживать проппант.
[26] Покрытие для покрытых сверхвпитывающих полимеров содержит органическое соединение, термореактивный или термопластичный полимер или воск. Органическое соединение содержит эпоксидные, фенольные, полиуретановые, поликарбодиимидные, полиамидные, полиамидимидные, фурановые смолы или их комбинацию. Фенольный полимер представляет собой, например, фенолформальдегидную смолу, полученную в результате реакции фенола, бисфенола или их производных с параформальдегидом. Типовые термопластики содержат полиэтилен, акрилонитрил-бутадиенстирол, полистирол, поливинилхлорид, фторопласты, полисульфид, полипропилен, стирол-акрилонитрил, нейлон и фениленоксид. Типовые термореактопласты содержат эпоксидную смолу, феноловую смолу (истинный термоотверждающийся полимер, например, резол или термопластичная смола, которая подвергается термореактивной обработке отверждающим агентом), полиэфирную смолу, полиуретаны, эпокси-модифицированные фенольные полимеры и их производные. Конкретно упоминается воск.
[27] Необязательно, покрытие может быть отверждено в зависимости от конкретного используемого материала покрытия. Подходящим отверждающим агентом для покрытия являются азотсодержащие соединения, например, амины и их производные; кислородсодержащие соединения, например, полиэфиры с концевыми карбоксильными группами, ангидриды, фенолформальдегидные смолы, амино-формальдегидные смолы, фенол, бисфенол А и крезоловые новолаки, эпоксидные смолы с фенольными концевыми группами; серосодержащие соединения, например, полисульфиды, полимеракаптаны; и каталитические отверждающие агенты, например, третичные амины, кислоты Льюиса, основания Льюиса; или их комбинация. Для покрытия твердых частиц или волокон могут быть использованы любые способы, известные в данной области техники.
[28] Для дальнейшего улучшения способности суспендировать проппант, композиция гидроразрыва может также содержать слабодозированные модификаторы вязкости, т.е. полимеры с большой вязкостью при низких скоростях сдвига, например, ксантан, диутан. К тому же, добавление гелеобразующих агентов вязкоупругих поверхностно-активных веществ (ВПАВ) также улучшает суспендирование проппанта. Другие полимеры содержат гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила, карбоксиметилцеллюлозу, перекрёстно-сшитый полиакрилат, сульфированный полистирол, гидролизованный полиакриламид, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид, поливинилпирролидон, полиакрилонитрил или комбинацию, содержащую по меньшей мере один из указанных выше. Конкретно упоминаются диутан, гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила, сульфированный полистирол, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон и полиакрилонитрил. В некоторых вариантах реализации изобретения модификаторы вязкости не являются перекрёстно-сшитыми. В случае, когда их применяют, модификаторы вязкости могут присутствовать в количестве от около 1 (0,454 кг) до 30 фунтов (13,608 кг) или от около 4 (1,814 кг) до около 20 фунтов (9,072 кг) на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
[29] Вязкоупругие поверхностно-активные вещества, подходящие для использования в настоящем изобретении, содержат, но не обязательно ограничиваются только ими: неионные, катионные, амфотерные и цвиттерионные поверхностно-активные вещества. Эти поверхностно-активные вещества могут использоваться отдельно, либо в комбинации с неорганическими солями или другими поверхностно-активными веществами для создания упорядоченных структур, что приводит к увеличению вязкости флюидов на водной основе. Конкретные примеры цвиттерионных/ амфотерных поверхностно-активных веществ включают, но не обязательно ограничиваются только ими: дигидроксил алкилглицинат, алкил амфоацетат или пропионат, алкилбетаин, алкиламидопропилбетаин и алкиламино моно- или ди- пропионаты, полученные из некоторых восков, жиров и масел. Поверхностно-активные вещества четвертичного амина, как правило, являются катионными, а бетаины, как правило, являются цвиттерионными. В случае, если поверхностно-активное вещество является катионным, то оно связано с отрицательным противоионом, который может быть неорганическим анионом, например, сульфатом, нитратом, перхлоратом или галогенидом, например, Cl, Br или с ароматическим органическим анионом, например, салицилатом, нафталинсульфонатом, p- и m-хлорбензоатами, 3,5 и 3,4 и 2,4-дихлорбензоатами, t-бутил и этилфенатом, 2,6 и 2,5-дихлорфенатами, 2,4,5-трихлорфенатами, 2,3,5,6-тетрахлорфенатом, p-метилфенатом, m-хлорфенатом, 3,5,6-трихлорпиколинатом, 4-амино-3,5,6-трихлорпиколинатом, 2,4-дихлорфеноксиацетатом. В случае, если поверхностно-активное вещество является анионным, то оно связано с положительным противоионом, например, Na+ или K+. В случае, если поверхностно-активное вещество является цвиттерионным, то оно связано как с отрицательными, так и с положительными противоионами, например, Cl и Na+ или K+. Другое вязкоупругое поверхностно-активное вещество было описано в патентах США № 7081439 и № 7279446. Вязкоупругие поверхностно-активные вещества могут быть использованы в сочетании с неорганической водорастворимой солью или органической добавкой, например, фталевой кислотой, салициловой кислотой или их солями.
+
-
2
[30] Также могут быть использованы аминоксидные вязкоупругие поверхностно-активные вещества. Аминоксидные гелеобразующие агенты RN(R')O могут иметь следующую структуру:
где R - алкильная или алкиламидная группа с усредненным количеством атомов углерода от около 8 до 24, а R ' - независимые алкильные группы с усредненным количеством атомов углерода от около 1 до 6. В одном не ограничивающем варианте реализации изобретения, R представляет собой алкильную или алкиламидную группу с усредненным количеством атомов углерода от около 8 до 16, а R 'представляют собой независимые алкильные группы с усредненным количеством атомов углерода от около 2 до 3. В альтернативном не ограничивающем варианте реализации изобретения аминоксидный гелирующий агент представляет собой аминопропиламиновый оксид таллового жира (TAPAO), который следует принимать за оксид дипропиламина, поскольку обе группы R ' являются пропилом.
[31] Сверхвпитывающие полимеры полимеризуют из неионных, анионных, катионных мономеров или комбинации, содержащей по меньшей мере один из указанных выше. Полимеризация может проводиться посредством свободнорадикальной полимеризации, полимеризации в растворе, полимеризации в геле, эмульсионной полимеризации, дисперсионной полимеризации или суспензионной полимеризации. Кроме того, полимеризацию можно проводить в водной фазе, в обратной эмульсии или в обратной суспензии.
1-8
1-8
1-8
1-8
1-8
1-8
1-8
[32] Примеры неионных мономеров для получения предварительно подготовленных синтетических полимеров включают (мет)акриламид, алкилзамещенные (мет)акриламиды, аминоалкилзамещенные (мет)акриламиды, алкиламиноалкилзамещенные (мет)акриламиды, виниловый спирт, винилацетат, аллиловый спирт, Cалкил (мет)акрилаты, гидрокси C алкил (мет)акрилаты, например, гидроксиэтил (мет)акрилат, N-винилформамид, N-винилацетамид и (мет)акрилонитрил. В контексте настоящего изобретения термин «поли((мет)акриламиды)» включает полимер, содержащий звенья, полученные из (мет)акриламида, алкилзамещенных (мет)акриламидов, например, N-C алкил (мет)акриламидов и N,N-ди (C алкил)(мет)акриламидов, аминоалкилзамещенных (мет)акриламидов, например, N,N-ди амино(C алкил)замещенных(мет)акриламидов и (N,N-диалкиламино)алкилзамещенных (мет)акриламидов, например, (N,N-ди (C алкил)амино)(C алкил)(мет)акриламидов. Конкретные примеры вышеуказанных мономеров включают метакриламид, N-метилакриламид, N-метилметакриламид, N,N-диметилакриламид, N-этилакриламид, N,N-диэтилакриламид, N-циклогексилакриламид, N-бензилакриламид, N,N-диметиламинопропилакриламид, N,N-диметиламиноэтилакриламид, N-трет-бутилакриламид или комбинацию, содержащую по меньшей мере одно из вышеперечисленных соединений. В одном варианте реализации изобретения поли((мет)акриламид) является coполимером метакриламида с малеиновым ангидридом, винилацетатом, этиленоксидом, этиленгликолем или акрилонитрилом, или комбинацией, содержащей по меньшей мере один из указанных выше.
[33] Примеры анионных мономеров включают этиленовоненасыщенные анионные мономеры с кислотными группами или их солями, например карбоксильной группой, сульфоновой группой, фосфоновой группой, их солью, соответствующим ангидридом или ацилгалогенидом или комбинацией, содержащей по меньшей мере одну из указанных выше кислотных групп. Например, анионный мономер может представлять собой (мет)акриловую кислоту, этилакриловую кислоту, малеиновую кислоту, малеиновый ангидрид, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, α-хлоракриловую кислоту, β-цианоакриловую кислоту, β-метилакриловую кислоту, α-фенилакриловую кислоту, β-акрилоилоксипропионовую кислоту, сорбиновую кислоту, α-хлорсорбиновую кислоту, 2'-метилизокротоновую кислоту, коричную кислоту, p-хлоркоричную кислоту, β-стеариновую кислоту, цитраконовую кислоту, мезаконовую кислоту, глутаконовую кислоту, аконитовую кислоту, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту, аллилсульфоновую кислоту, винилсульфоновую кислоту, аллилфосфоновую кислоту, винилфосфоновую кислоту, их соль или комбинацию, содержащую по меньшей мере одно из указанных выше.
1-8
1-8
1-8
1-8
[34] Примеры катионных мономеров включают (N,N-ди(Cалкил)амино)(Cалкил) (мет)акрилаты (например, N,N-диметиламиноэтилакрилат и N,N-диметиламиноэтилметакрилат), (причём аминогруппа кватернизирована до, например, четвертичной формы метилхлорида), диаллилдиметиламмонийхлорид или любой из указанных выше алкилзамещенных (мет)акриламидов и диалкиламиноалкилзамещенных (мет)акриламидов, например, (N,N-ди(C алкил)амино)C алкилакриламид и его четвертичные формы, например, хлорид акриламидопропилтриметиламмония.
[35] Сверхвпитывающий полимер может содержать как катионные заместители, так и анионные заместители. Катионные заместители и анионные заместители присутствуют в различных стехиометрических соотношениях, например, в соотношении около 1:1, или один мономер может присутствовать в большем стехиометрическом количестве, чем другой мономер. К типичным амфотерным полимерам относятся терполимеры неионных мономеров, анионные мономеры и катионные мономеры.
[36] В одном варианте реализации изобретения сверхвпитывающий полимер содержит повторяющееся звено, полученное из акрилата, акриловой кислоты или ее соли, акриламида, винилпирролидона, винилового эфира (например, винилацетата), винилового спирта, 2-акриламид-2-метилпропансульфоновой кислоты, её производного или их комбинации.
[37] Сверхвпитывающий полимер содержит множество перекрёстных связей среди полимерных цепей сверхвпитывающего полимера. В соответствии с одним вариантом реализации изобретения перекрёстные связи являются ковалентными и полученными в результате перекрёстного сшивания внутри сверхвпитывающего полимера. В одном варианте реализации изобретения сшивающий агент представляет собой этиленненасыщенный мономер, который содержит, например, две области этиленовой ненасыщенности (т.е. две этиленненасыщенные двойные связи), этиленненасыщенную двойную связь и функциональную группу, которая является реакционноспособной по отношению к функциональной группе (например, амидной группе) полимерных цепей сверхвпитывающего полимера, или несколько функциональных групп, реакционноспособных по отношению к функциональным группам полимерных цепей сверхвпитывающего полимера. В одном варианте реализации изобретения степень перекрёстного сшивания в сверхвпитывающем полимере в контексте настоящего изобретения выбирают для управления величиной набухания (т.е. флюидной абсорбцией или объемным расширением) сверхвпитывающего полимера.
1-8
[38] Типовые сшивающие агенты содержат ди(мет)акриламид диамина, например, диакриламид пиперазина, C алкилен-бис-акриламид, например, метилен-бис-акриламид и этилен-бис-акриламид, N-метилол соединения ненасыщенного амида, например, N-метилолметакриламид или N-метилолакриламид, сложные эфиры (мет)акрилата ди-, три- или тетрагидрокси соединений, например, диакрилат этиленгликоля, поли(этиленгликоль)ди(мет)акрилат, три-метилопропан три(мет)акрилат, этоксилированного триметилола три(мет)акрилат, три(мет)акрилат глицерина, этоксилированный три(мет)акрилат глицерина, пентаэритрит тетра(мет)акрилат, этоксилированного пентаэритрита тетра(мет)акрилат, бутандиола ди(мет)акрилат, дивиниловое или диаллиловое соединение, например, аллил(мет)акрилат, алкоксилированный аллил(мет)акрилат, диаллиламид 2,2'-азобис(изомасляной кислоты), триаллилцианурат, триаллилизоцианурат, диаллиловый эфир малеиновой кислоты, полиаллиловые эфиры, тетрааллилоксиэтан, триаллиламин и тетрааллилэтилендиамин, диоловый полиол, гидроксиаллиловые или акрилатные соединения и аллиловые эфиры фосфорной кислоты или фосфористой кислоты. Конкретно упоминаются водорастворимые диакрилаты, например, поли(этиленгликоль)диакрилат (например, диакрилат PEG 200 или диакрилат PEG 400). Можно также использовать комбинацию, содержащую любой из вышеописанных сшивающих агентов. Дополнительно перекрёстные связи описаны в патентах США U.S. 2014/0332213, U.S. 2014/0332214 и U.S. 2015/0096751.
[39] В одном варианте реализации изобретения SAP является частицей (или волокном или имеет другой вид), которая содержит поверхностные перекрёстные связи, возникающие снаружи к внутренней части SAP. Поверхностные перекрёстные связи, например, возникают в результате добавления поверхностного сшивающего агента к частицам SAP и термообработки. Поверхностные перекрёстные связи увеличивают плотность перекрёстного сшивания SAP вблизи его поверхности по отношению к плотности перекрёстного сшивания внутренней части SAP. Некоторые поверхностные сшивающие агенты имеют функциональную группу, которая является реакционноспособной по отношению к группе полимерных цепей SAP, например, кислотной или амидной группе. Поверхностный сшивающий агент является одним из ранее упомянутых сшивающих агентов и содержит функциональную группу, например, спиртовую, аминовую, альдегидную или карбоксилатную группу. В одном варианте реализации изобретения поверхностные сшивающие агенты имеют множество различных функциональных групп, например, полиолы, полиамины, полиаминоспирты и алкиленкарбонаты. Поверхностные сшивающие агенты также обеспечивают SAP химическим свойством, которое полимерные цепи SAP не имеют перед сшиванием поверхности, а также контролируют химические свойства SAP, например, гидрофобность, гидрофильность или адгезивность SAP к другим материалам, например, минералам (например, силикатам) или другим химическим веществам, например, нефтяным соединениям (например, углеводородам, асфальтенам и им подобным). Предпочтительно, чтобы внутренние и внешние перекрёстные связи были образованы до того, как SAP будет объединен с водным носителем и частицами проппанта. Соответственно, жидкость гидроразрыва может не содержать сшивающих агентов. В одном варианте реализации изобретения SAP имеет только внутренние перекрёстные связи и не содержит никаких внешних перекрёстных связей.
1-8
[40] Неограничивающими примерами таких сверхвпитывающих полимеров являются поли(гидрокси Cалкил(мет)акрилаты), например, (2-гидроксиэтилакрилат), поли(мет)акриламид, поли(винилпирролидин), поли(винилацетат), крахмал-акрилонитрил привитый сополимер полиакрилонитрила, карбоксиметилцеллюлоза, перекрёстно-сшитые полиакрилаты, сульфированный полистирол, гидролизованный полиакриламид, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид, поливинилпирролидон, полиакрилонитрил, полиакриловая кислота, соль полиакриловой кислоты и т.п. Перечисленные выше содержат сополимеры, например, сополимеры (мет)акриламида с малеиновым ангидридом, винилацетатом, этиленоксидом, этиленгликолем или акрилонитрилом или комбинацией, содержащей по меньшей мере один из указанных выше. Можно использовать комбинацию различных полимеров. В качестве конкретного примера, сверхвпитывающим полимером является полиакриламид, имеющий перекрёстные связи, которые являются диакрилатом полиэтиленгликоля. В качестве другого конкретного примера, сверхвпитывающим полимером является сополимер акриламида, например, с малеиновым ангидридом, винилацетатом, этиленоксидом, этиленгликолем, акрилонитрилом или их комбинацией. Другим конкретным примером сверхвпитывающего полимера является полиакриламид, имеющий перекрёстные связи, которые являются диакрилатом полиэтиленгликоля. В некоторых вариантах реализации изобретения сверхвпитывающим полимером является гомополимер полиакриловой кислоты или сополимер, при этом перекрёстные связи представляют собой олигомер винилового эфира. В одном варианте реализации изобретения сверхвпитывающим полимером является coполимер акриловой кислоты и акрилата натрия с перекрёстными связями, полученными из диакрилата полиэтиленгликоля.
[41] Размер неразбухшего сверхвпитывающего полимера может иметь средний наибольший диаметр от 10 мкм до 100000 мкм, конкретно от 50 мкм до 10000 мкм и более конкретно от 150 мкм до 1000 мкм. В контексте настоящего изобретения термин "размер" относится к самой большой линейной величине, например, диаметру сферической частицы. Сверхвпитывающие полимеры могут быть множества видов, в том числе в виде частиц (например, порошка), волокна, нити, оплетки и т.п. или их комбинации. Частицы SAP имеют любую форму, включая сферическую, угловую и многогранную.
[42] Сверхвпитывающие полимеры, включая покрытые сверхвпитывающие полимеры, сверхвпитывающие материалы, имеющие трёхмерную сетку, или их комбинация присутствуют в массовой концентрации от 10 фунтов (0,045 кг) сверхвпитывающего полимера на одну тысячу галлонов (3785 л) жидкости гидроразрыва (ppt) до 200 ppt, конкретно от 20 ppt до 100 ppt и более конкретно от 30 ppt до 80 ppt.
[43] В дополнение к компоненту сверхвпитывающего полимера, композиция гидроразрыва дополнительно содержит флюид-носитель, например, водный носитель. Водным флюидом-носителем может быть пресная вода, соляной раствор (включая морскую воду), разбавленная водой кислота (например, минеральная кислота или органическая кислота), разбавленное водой основание или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше. Следует понимать, что в флюиде-носителе могут быть использованы другие полярные жидкости, например, спирты и гликоли, отдельно или вместе с водой.
2
2
2
2
2
2
2
2
4
[44] Соляным раствором может быть, например, морская вода, пластовая вода, соляной раствор заканчивания скважин или комбинация, содержащая по меньшей мере один из указанных выше. Свойства соляного раствора могут зависеть от особенностей и компонентов соляного раствора. Например, морская вода может содержать многочисленные компоненты, включая сульфат, бром и следы металлов, если не считать типовых галогенидсодержащих солей. Пластовая вода может быть извлечена из производственного месторождения (например, углеводородного месторождения) или добыта из грунта. Пластовая вода может также называться соляным раствором месторождения и содержать компоненты, включая барий, стронций и тяжелые металлы. В дополнение к природным соляным растворам (например, морской воде и пластовой воде) соляной раствор заканчивания скважин может быть синтезирован из пресной воды посредством добавления различных солей, например, KCl, NaCl, ZnCl, MgCl или CaCl для увеличения плотности соляного раствора, например, от около 1 (0,454 кг) до 0,6 фунтов (0,272 кг) на галлон (3,785 л) соляного раствора CaCl. Соляные растворы заканчивания скважин, как правило, обеспечивают гидростатическое давление, оптимизированное для противодействия пластовому давлению в скважине. Вышеуказанные соляные растворы можно модифицировать так, чтобы они содержали одну или несколько дополнительных солей. Дополнительными солями, содержащимися в соляном растворе, могут быть NaCl, KCl, NaBr, MgCl, CaCl, CaBr, ZnBr, NHCl, формиат натрия, формиат цезия и комбинации, содержащие по меньшей мере одну из указанных выше. Соль может присутствовать в соляном растворе в количестве от около 0,5 до около 50 массовых процентов (% масс.), конкретно от около 1 до около 40 % масс., и более конкретно от около 1 до около 25 % масс. в расчете на массу флюида.
1-20
3-20
1-20
1-20
[45] Водным флюидом-носителем может быть водная минеральная кислота, которая содержит соляную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, борную кислоту, фтористоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, перхлоратную кислоту или комбинацию, содержащую по меньшей мере одну из указанных выше. Флюидом может быть водная органическая кислота, которая содержит карбоновую кислоту, сульфоновую кислоту или комбинацию, содержащую по меньшей мере одну из указанных выше. К типовым карбоновым кислотам относятся муравьиная кислота, уксусная кислота, хлоруксусная кислота, дихлоруксусная кислота, трихлоруксусная кислота, трифторуксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, щавелевая кислота, бензойная кислота, фталевая кислота (включая орто-, мета- и пара- изомеры) и т.п. К типовым сульфоновым кислотам относятся алкильная сульфоновая кислота C, в которой алкильная группа может быть разветвленной или неразветвленной и может быть замещенной или незамещенной, или арилсульфоновая кислота C, в которой арильная группа может быть моноциклической или полициклической и, необязательно, содержит от 1 до 3 гетероатомов (например, N, S или P). Алкил-сульфоновые кислоты могут содержать, например, метан-сульфоновую кислоту. Арил-сульфоновые кислоты могут содержать, например, бензол-сульфоновую кислоту или толуол-сульфоновую кислоту. В некоторых вариантах реализации изобретения арильная группа может быть C алкилзамещенной, т.е. алкилариленовой группой или присоединена к остатку сульфокислоты через Cалкиленовую группу (т.е. арилалкиленовую группу), при этом алкил или алкилен могут быть замещенными или незамещенными.
2
2
[46] Композиция гидроразрыва дополнительно содержит частицы проппанта. Частицы проппанта содержат керамику, песок, минералы, ореховую скорлупу, гравий, стекло, смолистые частицы, полимерные частицы или их комбинацию. В одном варианте реализации изобретения частицы проппанта выбирают в зависимости от конкретного применения композиции гидроразрыва. Примеры керамики включают оксидную керамику, нитридную керамику, карбидную керамику, боридную керамику, силицидную керамику или их комбинацию. В одном варианте реализации изобретения оксидной керамикой является кремнезем (SiO), диоксид титана (TiO), оксид алюминия, оксид бора, оксид калия, оксид циркония, оксид магния, оксид кальция, оксид лития, оксид фосфора и/или оксид титана или их комбинация. Оксидная керамика, нитридная керамика, карбидная керамика, боридная керамика или силицидная керамика содержит неметалл (например, кислород, азот, бор, углерод или кремний и т.п.), металл (например, алюминий, свинец, висмут и т.п.), переходный металл (например, ниобий, вольфрам, титан, цирконий, гафний, иттрий и т.п.), щелочной металл (например, литий, калий и т.п.), щелочноземельный металл (например, кальций, магний, стронций и т.п.), редкоземельный элемент (например, лантан, церий и т.п. ) или галоген (например, фтор, хлор и т.п.). Примеры керамики включают диоксид циркония, стабилизированный диоксид циркония, муллит, оксид алюминия упрочненный диоксидом циркония, шпинель, алюмосиликаты (например, муллит, кордиерит), перовскит, карбид кремния, нитрид кремния, карбид титана, нитрид титана, карбид алюминия, нитрид алюминия, карбид циркония, нитрид циркония, карбид железа, оксинитрид алюминия, кремнийорганический оксинитрид алюминия, титанат алюминия, карбид вольфрама, нитрид вольфрама, стеатит и т.п. или их комбинацию.
[47] Примеры подходящих песков для частиц проппанта включают, но не ограничиваются только ими: песок Аризоны, песок Висконсин, песок Небраски, песок Баджера, песок Брейди и песок Оттавы. В одном варианте реализации изобретения частицы проппанта, изготавливаемые из минерала, например, боксита, спекают для получения жесткого материала. В одном варианте реализации изобретения боксит или спечённый боксит имеет относительно высокую проницаемость, например, как бокситовый материал, описанный в патенте США №4713203, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
TM
[48] К частицам проппанта природного происхождения относятся скорлупы орехов, например, грецкого ореха, кокоса, пекана, миндаля, ореха фителефаса, бразильского ореха и т.п.; оболочки семян плодов, например, слив, оливок, персиков, вишен, абрикос и т.п.; оболочки семян других растений, например, кукурузы (например, стержни кукурузных початков или сердцевины кукурузных початков); материалы, полученные из древисины, например, дуба, гикори, грецкого ореха, тополя, красного дерева и т.п. Такие материалы представляют собой частицы, образованные посредством измельчения, толчения, резки, рубки и т.п. Эти частицы проппанта являются относительно легкими и/или по-существу с нейтральной плавучестью макрочастицами проппанта, которые были описаны в патенте США U.S. 6364018. Термин «относительно легкие» означает, что частицы имеют плотность, которая существенно меньше, чем у обычного материала частиц проппанта, используемого в операциях гидравлического разрыва, например, песка или имеющего плотность, аналогичную этим материалам. Под термином «по существу нейтральная плавучесть» подразумевается, что частицы имеют плотность, достаточно близкую к плотности выбранного незагущенного или слабозагущенного флюида-носителя (например, незагущенного или слабозагущенного соляного раствора заканчивания скважины, другого флюида на водной основе или другого подходящего флюида) для обеспечения прокачки и удовлетворительного размещения частиц проппанта с использованием выбранного незагущенного или слабозагущенного флюида-носителя. Относительно легкие и по-существу с нейтральной плавучестью частицы проппанта являются коммерчески доступными как LiteProp от Baker Hughes Inc.
[49] В одном варианте реализации изобретения частицы проппанта являются покрытыми, например, смолой. То есть отдельные частицы проппанта имеют нанесенное на них покрытие. Таким образом, в случае, когда частицы проппанта сжимаются в процессе или после, например, гидроразрыва при давлении, достаточно большом, чтобы получать из них мелкие частицы, мелкие частицы остаются уплотненными внутри покрытия, поэтому они не выбрасываются в пласт. Предполагается, что мелкие частицы уменьшают проводимость углеводородов (или другого флюида) через трещины или поры в трещинах и этого удается избежать посредством нанесения покрытия на частицы проппанта. Покрытия для частиц проппанта содержат отвержденные, частично отвержденные или неотвержденные покрытия, например, термореактивную или термопластичную смолу. Отверждение покрытия на частицах проппанта происходит, например, до или после размещения частиц проппанта в SAP или до или после размещения композиции гидроразрыва в скважине.
[50] В одном варианте реализации изобретения покрытие представляет собой органическое соединение, которое содержит эпоксидные, фенольные, полиуретановые, поликарбодиимидные, полиамидные, полиамидимидные, фурановые смолы или их комбинацию. Фенольная смола представляет собой, например, фенолформальдегидную смолу, полученную в результате реакции фенола, бисфенола или их производных с параформальдегидом. Типовые термопластики содержат полиэтилен, акрилонитрил-бутадиенстирол, полистирол, поливинилхлорид, фторопласты, полисульфид, полипропилен, стирол-акрилонитрил, нейлон и фениленоксид. Типовые термореактопласты содержат эпоксидную смолу, фенольную смолу (истинная термоотверждающаяся смола, например, резол или термопластичная смола, которая подвергается термореактивной обработке отверждающим агентом), полиэфирную смолу, полиуретаны, эпокси-модифицированную фенольную смолу и их производные.
[51] В одном варианте реализации изобретения отверждающим агентом для покрытия являются азотсодержащие соединения, например, амины и их производные; кислородсодержащие соединения, например, полиэфиры с концевыми карбоксильными группами, ангидриды, фенолформальдегидные смолы, амино-формальдегидные смолы, фенол, бисфенол А и крезоловые новолаки, эпоксидные смолы с фенольными концевыми группами; серосодержащие соединения, например, полисульфиды, полимеракаптаны; и каталитические отверждающие агенты, например, третичные амины, кислоты Льюиса, основания Льюиса; или их комбинация.
[52] В одном варианте реализации изобретения частицы проппанта содержат перекрёстно сшитое покрытие. Перекрёстно сшитое покрытие, как правило, обеспечивает устойчивость к дроблению или сопротивление частиц проппанта и предотвращает агломерацию частиц проппанта даже в условиях высокого давления и температуры. В некоторых вариантах реализации изобретения частицы проппанта имеют отверждаемое покрытие, которое отверждается под поверхностью, например, в скважине или в трещине. Отверждаемое покрытие отверждается в условиях высокого давления и температуры в подземном месторождении. Таким образом, частицы проппанта, имеющие отверждаемое покрытие, используются в условиях высокого давления и высокой температуры.
[53] Согласно одному варианту реализации изобретения покрытие наносят на частицы проппанта посредством смешивания в емкости, например, в реакторе. Отдельные компоненты, например, частицы проппанта и материалы смолы (например, реакционноспособные мономеры, используемые для образования, например, эпоксидного или полиамидного покрытия) объединяют в емкости для образования реакционной смеси и размешивают для смешивания компонентов. Затем реакционную смесь нагревают при температуре или при давлении, соизмеримом с образованием покрытия. В другом варианте реализации изобретения покрытие наносят на частицу через напыление, например, посредством контактирования частиц проппанта с распыленным материалом покрытия. Покрытые частицы проппанта нагревают, чтобы вызвать поперечное сшивание покрытия.
[54] Частицы проппанта имеют размер от 1 мкм до 2000 мкм, конкретно от 10 мкм до 1000 мкм и более конкретно от 10 мкм до 500 мкм. Кроме того, частицы проппанта имеют любую форму, в том числе сферическую, угловую и многогранную, и являются монодисперсными или полидисперсными со средним распределением частиц по размеру, которое является унимодальным или мультимодальным, например, бимодальным.
[55] В композиции гидроразрыва частицы проппанта присутствуют в количестве, эффективном для удерживающего от смыкания открытия трещины без изменения геометрии трещины в процессе оседания пласта, когда проппант высвобождается из сверхвпитывающего полимера. В конкретном варианте реализации изобретения частицы проппанта присутствуют в массовой концентрации от 0,1 фунтов на галлон (фунтов/галлон) (0,012 кг/л) до 20 фунтов/галлон (2,397 кг/л), конкретно от 0,25 фунтов/галлон (0,030 кг/л) до 16 фунтов/галлон (1,917 кг/л) и более конкретно от 0,25 фунтов/галлон (0,030 кг/л) до 12 фунтов/галлон (1,438 кг/л) в расчете на общий объем композиции. В композиции гидроразрыва любое соотношение или количество частиц проппанта к количеству SAP применимо до тех пор, пока частицы проппанта суспендированы в геле, образованном посредством сверхвпитывающего полимера.
[56] Композиция гидроразрыва дополнительно может содержать деструктор в некоторых вариантах реализации изобретения. Деструктор контактирует со сверхвпитывающим полимером для разрушения сверхвпитывающего полимера. В одном варианте реализации изобретения деструктор контактирует со сверхвпитывающим полимером и разрывает связь в главной из полимерных цепей сверхвпитывающего полимера, связь в сшивающем агенте, связь между сшивающим агентом и полимерной цепью сверхвпитывающего полимера или их комбинацию. То есть разрушение сверхвпитывающего полимера включает дезинтеграцию, разложение или диссоциацию сверхвпитывающего полимера, например, разрыв связей в основной цепи сверхвпитывающего полимера, разрыв перекрёстных связей среди цепей сверхвпитывающего полимера, изменение геометрической конформации сверхвпитывающего полимера или их комбинацию. Таким образом, вязкость композиции гидроразрыва уменьшается. В некоторых вариантах реализации изобретения деструктор разрушает сверхвпитывающий полимер для образования разложенного полимера, например, на множество фрагментов, которые имеют более низкий молекулярный вес, чем сверхвпитывающий полимер.
[57] Деструктор содержит окислитель, например, пероксид, персульфат, перфосфат, перборат, перкарбонат, персиликат, оксикислоту галогена, оксианион галогена, перкислоту, их производное или их комбинацию.
[58] Деструктор, необязательно, является инкапсулированным в инкапсулирующий материал, чтобы предотвратить контактирование деструктора со сверхвпитывающим полимером. Инкапсулирующий материал выполнен с возможностью высвобождения деструктора в ответ на разрушающее условие. Деструктор является твердым или жидким. В твердом виде деструктор представляет собой, например, кристаллический или гранулированный материал. В одном варианте реализации изобретения твердый деструктор инкапсулирован или обеспечен покрытием для задержки его высвобождения или контактирования с SAP. Инкапсулирующие материалы являются аналогичными или отличающимися от упомянутого выше материала покрытия в отношении частиц проппанта. Способы размещения инкапсулирующего материала на деструкторе аналогичны или отличающиеся от способов размещения покрытия на частицах проппанта. В одном варианте реализации изобретения жидкий деструктор растворяется в водном растворе или в другом подходящем растворителе.
[59] Для того, чтобы максимально использовать преимущество композиций гидроразрыва или флюидов, перед добычей флюиды должны быть разрушены до минимальной вязкости и иметь возможность обратного протекания. Предпочтительными являются «латентный» деструктор или более позднее введение деструктора, потому что флюиды могут функционировать так, словно деструктор не присутствует при переносе проппантов в скважину. После завершения обработки трещины разрушение сверхвпитывающих полимеров может быть инициировано таким образом, чтобы флюид мог протекать обратно к поверхности с минимальным повреждением пласта.
[60] В одном варианте реализации изобретения композицию гидроразрыва модифицировали посредством включения медленно высвобождающейся кислоты внутри или снаружи частиц или волокон сверхвпитывающего полимера для снижения уровня рН и ускорения разрушения на более поздней стадии. После создания трещины композиция гидроразрыва переносит частицы проппанта в трещину. Соответственно, сверхвпитывающий полимер выполнен с возможностью разрушения после размещения проппанта. Вязкость жидкости гидроразрыва будет снижаться в случае, когда уровень pH уменьшается. Медленно высвобождающаяся кислота будет снижать уровень рН после размещения частиц проппанта в трещине, таким образом позволяя композиции гидроразрыва разрежаться и протекать обратно к поверхности. Кислота может быть глиоксалем, твердой кислотой, инкапсулированной кислотой или их комбинацией. Глиоксаль является альдегидом, который может медленно высвобождать кислоты посредством реакции самодиспропорционирования (реакции Канниццаро). Медленному высвобождению кислот может противостоять буферный агент, если присутствует, и приводить к постепенному уменьшению рН жидкости до тех пор, пока не будет достигнуто выбранное значение рН, подходящее для разрушения сверхвпитывающего полимера.
[61] В одном варианте реализации изобретения предлагается композит из сверхвпитывающего полимера и медленно высвобождающегося разрушающего агента. Могут быть использованы любые сверхвпитывающие полимеры, описанные в данном документе. Медленно высвобождающийся деструктор содержит медленно высвобождающуюся кислоту, описанную в данном документе. Способы образования композитов особым образом не ограничены. В одном варианте реализации изобретения медленно высвобождающийся деструктор соединяется со сверхвпитывающим полимером, затем экструдируется, образуя гранулы или частицы, содержащие медленно высвобождающийся деструктор внутри отдельных гранул или частиц композита. Композиция гидроразрыва может содержать комбинацию различных компонентов сверхвпитывающего полимера. Например, композит сверхвпитывающего полимера на основе поливинилового спирта (PVA) и медленно высвобождающейся кислоты можно использовать вместе со сверхвпитывающим полимером, не загруженным какими-либо частицами деструктора внутри SAP.
[62] Деструктор может присутствовать в композиции гидроразрыва в массовой концентрации от 0,1 ppt до 20 ppt, конкретно от 0,2 ppt до 15 ppt, и более конкретно, от 0,25 ppt до 10 ppt в расчете на общий объем флюида.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
[63] Также было обнаружено, что время разрушения сверхвпитывающих полимеров в низкотемпературной скважине, то есть, скважине, имеющей температуру менее чем около 200F (93С), можно контролировать посредством использования высокотемпературного деструктора. В контексте настоящего изобретения высокотемпературный деструктор относится к соединению, которое эффективно для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре более чем около 250F (121С) в отсутствие какого-либо активатора. Конкретным примером такого высокотемпературного деструктора является бромат натрия. Предпочтительно, в присутствии активатора, например, сорбиновой кислоты; соли двухвалентного железа; соли меди (I); или эриторбиновой кислоты или ее соли, например, эриторбата натрия; или комбинации, содержащей по меньшей мере одну из указанных выше, высокотемпературный деструктор может быть активирован и является эффективным для разрушения сверхвпитывающих полимеров при температуре менее чем около200F (93С), например, от около 170F (76,7С) до около 180F (82,2С).
o
o
o
o
[64] В одном варианте реализации изобретения высокотемпературный деструктор и инкапсулированный активатор, оба содержатся в композиции гидроразрыва и доставляются в подземный пласт одновременно. При температуре внутри скважины менее чем 200F (93С) высокотемпературный деструктор не разрушает сверхвпитывающий полимер. После размещения проппанта в трещине активатор высвобождается из герметика и активирует высокотемпературный деструктор таким образом, что высокотемпературный деструктор или его производное разрушает суперабсорбент при температуре менее чем около 200F (93С).  Герметик может быть аналогичным упомянутому выше материалу покрытия в отношении частиц проппанта. Композиция гидроразрыва содержит от около 1 фунта (0,454 кг) до около 10 фунтов (4,536 кг) деструктора и от около 1 фунта (0,454 кг) до около 4 фунтов (1,814 кг) инкапсулированного активатора на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
[65] В альтернативном варианте высокотемпературный деструктор могут закачивать вместе с жидкостью гидроразрыва, содержащей сверхвпитывающие полимеры. Затем вводят второй флюид, загруженый активатором высокотемпературного деструктора для активирования высокотемпературного деструктора. Разумеется, активатор могут водить с жидкостью гидроразрыва, содержащей сверхвпитывающие полимеры, а второй флюид, содержащий высокотемпературный деструктор для разрушения сверхвпитывающих полимеров, могут вводить позже. Высокотемпературный деструктор может присутствовать в количестве от около 1 фунта (0,454 кг) до около 10 фунтов (4,536 кг) на одну тысячу галлонов (3785 л) содержащей деструктор композиции, и активатор может присутствовать в количестве от около 1 фунта (0,454 кг) до около 4 фунтов (1,814 кг) на одну тысячу галлонов (3785 л) содержащей активатор композиции.
o
o
o
o
[66] В других вариантах реализации изобретения подземный пласт обрабатывают композицией гидроразрыва, которая не содержит деструкторов, затем могут ввести флюид, содержащий носитель и низкотемпературный деструктор для разрушения сверхвпитывающего полимера в условиях скважины, имеющих температуру менее чем около 200F (93С). В контексте настоящего изобретения низкотемпературный деструктор относится к деструктору, который эффективен для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре менее чем около 200F (93С) без использования какого-либо активатора. Низкотемпературные деструкторы могут быть одним или несколькими из следующих: пероксидом; персульфатом; перфосфатом; перборатом; перкарбонатом; персиликатом; оксикислотой галогена; оксианионом галогена; перкислотой; или их производным. Типовые низкотемпературные деструкторы содержат персульфат натрия; персульфат аммония и персульфат калия.
[67] Композиции гидроразрыва дополнительно могут содержать другие компоненты, известные для использования в композициях гидроразрыва, например, загуститель, сшиватель загустителя, агент регулирования рН, поверхностно-активное вещество, деструктор, смазывающее вещество, агент для снижения фильтрации флюида, стабилизатор глины, биоцид, кислоту, ингибитор коррозии, поглотитель кислорода или комбинацию, содержащую по меньшей мере один из указанных выше. Эти дополнительные компоненты подобраны таким образом, чтобы избежать придания неблагоприятных свойств композиции гидроразрыва, чтобы избежать повреждения оборудования, находящегося в контакте с композицией гидроразрыва и чтобы избежать повреждения ствола скважины или подземного пласта. Добавки, а также количества добавок известны и описаны, например, в U.S. 2014/03322123 и U.S. 2014/0332214.
[68] Композиция гидроразрыва может быть жидкостью или пеной. Флюид-носитель может быть вспенен посредством жидкого углеводорода или газа или сжиженного газа, например, азота, углекислого газа, природного газа, воздуха или комбинацией, содержащей по меньшей мере один из указанных выше. Флюид может быть дополнительно вспенен посредством добавления негазового вспенивающего агента. Негазовый вспенивающий агент может быть амфотерным, катионным или анионным. Подходящие амфотерные вспенивающие агенты содержат алкилбетаины, алкилсултаины и алкилкарбоксилаты. Подходящие анионные вспенивающие агенты могут содержать алкилэфирсульфаты, этоксилированные эфирные сульфаты, фосфатные эфиры, фосфаты алкилового эфира, этоксилированные эфиры фосфата спирта, алкилсульфаты и альфа-олефинсульфонаты. Подходящие катионные вспенивающие агенты могут содержать соли алкил четвертичного аммония, соли алкилбензил четвертичного аммония и соли четвертичного аммония алкиламидоаминов. Система пенообразования используется главным образом при гидроразрыве при низком давлении или чувствительных к воде пластов.
2
[69] В другом варианте реализации изобретения сверхвпитывающие полимеры используются как добавка для снижения фильтрации флюида в процессах гидроразрыва обычного типа. Добавление добавки для снижения фильтрации флюида используют для улучшения эффективности жидкости гидроразрыва в процессе гидроразрыва пласта, чтобы уменьшить количество просачивающегося в пласт флюида и при этом сохранить созданную ширину трещины, которую создают, чтобы разместить желательное количество проппанта в пласте. Сверхвпитывающие полимеры могут использоваться в независимой области применении для обработки жидкости гидроразрыва как на водной основе, так и не на водной основе. Могут осуществлять добавление жидкостей гидроразрыва, например, воды, нефти (углеводорода), метанола, глицерина, CO, природного газа и т.п. при обработке гидратированных или частично гидратированных сверхвпитывающих полимеров, суспендированных в растворе-носителе. Это особенно выгодно использовать для флюидов на углеводородной основе, где недостаток воды часто требует использования намного менее эффективных для фильтрации флюида альтернатив, таких как введение в скважину флюида кремнезема, которые являются проблематичными из-за разрушающих свойств материала. Следовательно, описан способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель, линейный гуар, сверхвпитывающий полимер, присутствующий в количестве, эффективном для снижения фильтрации флюида в процессе операции гидроразрыва, и, необязательно, сшивающий агент для гуара; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины. Количество сверхвпитывающего полимера составляет от около 5 фунтов (2,268 кг) до около 100 фунтов (45,35 кг), конкретно от около 10 фунтов (4,536 кг) до около 70 фунтов (31,751 кг) на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
[70] Ниже приводятся различные варианты реализации изобретения по данному раскрытию изобретения.
[71] Вариант реализации изобретения 1. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; и компонент сверхвпитывающего полимера, содержащий один или более из следующих: первый композит из проппанта и первого сверхвпитывающего полимера в негидратированной форме, причём первый сверхвпитывающий полимер по меньшей мере частично внедрен в свободное пространство проппанта; покрытый сверхвпитывающий полимер; сверхвпитывающий материал, имеющий трёхмерную сетку; или второй композит из второго сверхвпитывающего полимера и медленно высвобождающегося деструктора; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
[72] Вариант реализации изобретения 2. Способ по варианту реализации изобретения 1, отличающийся тем, что композиция гидроразрыва содержит от около 30 фунтов (13,608 кг) до около 80 фунтов (36,287 кг) первого композита на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
[73] Вариант реализации изобретения 3. Способ по варианту реализации изобретения 1 или варианту реализации изобретения 2, отличающийся тем, что предполагаемый удельный вес проппанта в первом композите составляет менее чем около 2,4.
[74] Вариант реализации изобретения 4. Способ по варианту реализации изобретения 1, отличающийся тем, что медленно высвобождающийся деструктор во втором композите содержит один или более из следующих: глиоксаль или инкапсулированную кислоту.
[75] Вариант реализации изобретения 5. Способ по варианту реализации изобретения 1 или варианту реализации изобретения 4, отличающийся тем, что второй композит содержит медленно высвобождающийся деструктор и перекрёстно-сшитый сверхвпитывающий полимер на основе поливинила.
[76] Вариант реализации изобретения 6. Способ по варианту реализации изобретения 1, отличающийся тем, что сверхвпитывающий материал, имеющий трёхмерную сетку, содержит сверхвпитывающий полимер, имеющий отрицательные заряды, связанные с катионным или неионным полимером или их комбинацией.
[77] Вариант реализации изобретения 7. Способ по варианту реализации изобретения 6, отличающийся тем, что сверхвпитывающий полимер, имеющий отрицательные заряды, является перекрёстно-сшитым сополимером акриловой кислоты и акрилата.
[78] Вариант реализации изобретения 8. Способ по варианту реализации изобретения 6 или варианту реализации изобретения 7, отличающийся тем, что катионный полимер является катионным акриламидным сополимером; и неионный полимер содержит поливиниловый спирт, поливинилацетат или их комбинацию.
[79] Вариант реализации изобретения 9. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; проппант; от около 10 фунтов (4,536 кг) до около 100 фунтов (45,359 кг) сверхвпитывающего полимера на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва; и от около 1 фунта (0,454 кг) до около 30 фунтов (13,608 кг) модификатора вязкости на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва, причём модификатор вязкости содержит один или более из следующих: диутан; гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила; сульфированный полистирол; поливиниловый спирт; поливинилпирролидон; или полиакрилонитрил; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
[80] Вариант реализации изобретения 10. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель; проппант; от около 30 фунтов (13,608 кг) до около 80 фунтов (36,287 кг) полимера, содержащего один или более из следующих: глюкоманнан конжака; гидролизат привитого полимера крахмал-акрилонитрила; карбоксиметилцеллюлозу; перекрёстно-сшитые полиакрилаты; сульфированный полистирол; гидролизованный полиакриламид; поливиниловый спирт; поливинилацетат; полиэтиленоксид; поливинилпирролидон; или полиакрилонитрил.
[81] Вариант реализации изобретения 11. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель, линейный гуар, сверхвпитывающий полимер присутствующий в количестве, эффективном для снижения фильтрации флюида в процессе операции гидроразрыва, необязательно, сшивающий агент для линейного гуара; и закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
[82] Вариант реализации изобретения 12. Способ по варианту реализации изобретения 11, отличающийся тем, что флюид-носитель является носителем на нефтяной основе, а сверхвпитывающий полимер находится в гидратированной или частично гидратированной форме.
[83] Вариант реализации изобретения 13. Способ по варианту реализации изобретения 11, отличающийся тем, что флюид-носитель представляет собой пену, содержащую жидкий углеводород, газ, сжиженный газ или комбинацию, содержащую по меньшей мере один из указанных выше.
[84] Вариант реализации изобретения 14. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 11-13, отличающийся тем, что жидкость гидроразрыва содержит от около 30 фунтов (13,608 кг) до около 80 фунтов (36,287 кг) сверхвпитывающего полимера на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
o
o
o
o
[85] Вариант реализации изобретения 15. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель, проппант, сверхвпитывающий полимер, деструктор, эффективный для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре более чем около 250F (121С) в отсутствие каких-либо активаторов, инкапсулированный активатор, содержащий активатор, инкапсулированный в герметик, причём активатор является эффективным для активации деструктора таким образом, что деструктор или его производное разрушает суперабсорбент при температуре менее чем около 200F (93С); закачивание композиции гидроразрыва в подземный пласт для создания или увеличения трещины; предоставление возможности активатору  диффундировать из герметика; и разрушение сверхвпитывающего полимера .
o
o
[86] Вариант реализации 16. Способ по варианту реализации изобретения 15, отличающийся тем, что подземный пласт имеет окружающую температуру менее чем около 200F (93С).
[87] Вариант реализации изобретения 17. Способ по варианту реализации изобретения 15 или варианту реализации изобретения 16, отличающийся тем, что деструктором является бромат натрия.
[88] Вариант реализации изобретения 18. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 15-17, отличающийся тем, что композиция гидроразрыва содержит от около 1 фунта (0,454 кг) до около 10 фунтов (4,536 кг) деструктора на одну тысячу галлонов (3785 л) композиции гидроразрыва.
[89] Вариант реализации изобретения 19. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 15-18, отличающийся тем, что активатор содержит один или более из следующих: сорбиновую кислоту; соль двухвалентного железа; соль меди (I); или эриторбиновую кислоту или ее соль.
[90] Вариант реализации изобретения 20. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 15-19, отличающийся тем, что композиция гидроразрыва содержит от около 1 фунта (0,454 кг) до около 4 фунтов (1,814 кг) инкапсулированного активатора на одну тысячу галлонов (3785 л) жидкости гидроразрыва.
[91] Вариант реализации изобретения 21. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 15-19, отличающийся тем, что композиция гидроразрыва содержит композит из сверхвпитывающего полимера и проппанта.
o
o
[92] Вариант реализации изобретения 22. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: закачивание в подземный пласт первой композиции гидроразрыва, содержащую первый флюид-носитель, проппант, сверхвпитывающий полимер, и один из: деструктора или активатора деструктора; закачивание в подземный пласт второй композиции гидроразрыва, причём вторая композиция гидроразрыва содержит второй флюид-носитель и деструктор или активатор, не содержащийся в первой композиции гидроразрыва; и разрушение сверхвпитывающего полимера  после закачки второй композиции гидроразрыва при температуре менее чем около 200F (93С).
[93] Вариант реализации изобретения 23. Способ по варианту реализации изобретения 22, отличающийся тем, что деструктором является бромат натрия.
[94] Вариант реализации изобретения 24. Способ по варианту реализации изобретения 22 или варианту реализации изобретения 23, отличающийся тем, что первая или вторая композиция гидроразрыва содержит от около 1 фунта (0,454 кг) до около 10 фунтов (4,536 кг) деструктора на одну тысячу галлонов (3785 л) первой или второй композиции гидроразрыва.
[95] Вариант реализации изобретения 25. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 22-24, отличающийся тем, что активатор содержит один или более из следующих: сорбиновую кислоту; соль двухвалентного железа; соль меди (I); или эриторбиновую кислоту или ее соль.
[96] Вариант реализации изобретения 26. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 22-25, отличающийся тем, что первая или вторая композиция гидроразрыва содержит от около 1 фунта (0,454 кг) до около 4 фунтов (1,814 кг) активатора на одну тысячу галлонов (3785 л) первой или второй жидкости гидроразрыва.
[97] Вариант реализации изобретения 27. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 22-26, отличающийся тем, что первая композиция гидроразрыва содержит композит из сверхвпитывающего полимера и проппанта.
o
o
[98] Вариант реализации изобретения 28. Способ гидравлического разрыва подземного пласта с проходящим через него стволом скважины, включающий: закачивание в подземный пласт первой композиции гидроразрыва, содержащую первый флюид-носитель, проппант и сверхвпитывающий полимер, причём первая композиция гидроразрыва не содержит деструкторы сверхвпитывающего полимера; закачивание в подземный пласт второй композиции гидроразрыва, причём вторая композиция гидроразрыва содержит второй флюид-носитель и деструктор, эффективный для разрушения сверхвпитывающего полимера при температуре менее чем около 200F (93С); и разрушение сверхвпитывающего полимера  после закачки второй композиции гидроразрыва.
[99] Вариант реализации изобретения 29. Способ по варианту реализации изобретения 28, отличающийся тем, что деструктором является один или более из следующих: пероксид; персульфат; перфосфат; перборат; перкарбонат; персиликат; оксикислота галогена; оксианион галогена; перкислота; или их производное.
[100] Вариант реализации изобретения 30. Способ по варианту реализации изобретения 28 или варианту реализации изобретения 29, отличающийся тем, что деструктором является один или более из следующих: персульфат натрия; персульфат аммония; или персульфат калия.
[101] Вариант реализации изобретения 31. Способ по любому одному из вариантов реализации изобретения 28-30, отличающийся тем, что первая композиция гидроразрыва содержит композит из сверхвпитывающего полимера и проппанта.
[102] Все диапазоны, описанные в данном документе, включают в себя конечные точки, и конечные точки раздельно можно комбинировать друг с другом. «Или» означает «и/или». В контексте настоящего изобретения термин «комбинация» включает композиции, смеси, сплавы, продукты реакции и тому подобное. Все справочные источники включены в данный документ посредством ссылки.
[103] Термин, относящийся к единственному числу, и аналогичные термины, используемые в контексте описанного изобретения (особенно в контексте формулы изобретения), должен толковаться как охватывающий как единственное, так и множественное число, если в настоящем документе не указано иное, или это явно противоречит контексту. Кроме того, следует дополнительно отметить, что термины «первый», «второй» и тому подобные в данном документе не обозначают никакого порядка, количества или важности, а скорее используются для того, чтобы отличать один элемент от другого. Определение «около», используемое в связи с количеством, включает указанное значение и имеет смысл, предписанный контекстом (например, оно включает в себя степень погрешности, связанную с измерением конкретного количества).
[104] Хотя типовые варианты реализации изобретения были изложены с целью иллюстрации, вышеизложенные описания не следует рассматривать как ограничение в отношении объема настоящего изобретения. Соответственно, для специалиста в данной области техники возможны различные модификации, адаптации и альтернативы без отступления от объёма настоящего изобретения.