ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИЕ ТЕКУЧИЕ СРЕДЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
GEL-FORMING FLUIDS AND METHODS OF THEIR USE

[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с 35 U.S.С. § 119(e), согласно предварительной заявке на патент США №62/241,250, поданной 14 октября 2015 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Существует несколько видов обработки пласта для интенсификации притока с целью увеличения нефтеотдачи, таких как гидроразрыв и матричное подкисление. Гидроразрыв включает закачивание в пласт специально разработанных текучих сред под высоким давлением для создания трещин, которые после окончания обработки удерживаются в раскрытом состоянии благодаря проппантам, содержащимся в текучей среде.
[003] Напротив, матричное подкисление применяют для пластов с низкой проницаемостью. Сложившейся практикой является подкисление подземных пластов для увеличения их проницаемости. Например, в нефтедобывающей промышленности для подкисления традиционно закачивают в скважину обрабатывающую текучую среду с целью увеличения проницаемости окружающих нефтеносный пласт пород, что способствует притоку углеводородов в скважину из пласта. Такие методики кислотной обработки в общем известны как матричное подкисление.
[004] При матричном подкислении обрабатывающую текучую среду подают в пласт через скважину под давлением ниже давления, при котором в подземном пласте образуются трещины. В этом случае увеличение проницаемости происходит в первую очередь посредством химической реакции кислоты внутри пласта, при этом отсутствует или почти отсутствует увеличение проницаемости, обусловленное механическими повреждениями внутри пласта, такими как трещины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[005] В настоящей заявке описаны способы подкисления подземного пласта, через который проходит ствол скважины, включающие следующие стадии: (а) закачку в ствол скважины под давлением ниже давления, при котором в подземном пласте образуются трещины, обрабатывающей текучей среды, имеющей первую вязкость и содержащей водный раствор кислоты и гелеобразующий агент Формулы II:
(II)
1
x
y
5
3
6
2
2
2
2
3
4
3
[006] где R представляет собой (CH), причем x составляет от 17 до 21 и y=2x+1 или 2x-1; R представляет собой водород или -СН; R представляет собой -СН-СН-СН-; и R, R, и R каждый представляют собой -СН; (b) создания в указанном подземном пласте по меньшей мере одной полости под действием обрабатывающей текучей среды; и (с) выдержку до достижения второй вязкости обрабатывающей текучей среды, большей(например, более вязкой) чем первая вязкость. В некоторых вариантах реализации гелеобразующий агент присутствует в количестве от примерно 0,1% масс, до примерно 15% масс, относительно общей массы текучей среды на стадии (а).
[007] В некоторых вариантах реализации способ дополнительно включает создание в подземном пласте по меньшей мере одной полости при помощи обрабатывающей текучей среды после того, как указанная текучая среда достигнет второй вязкости.
[008] В некоторых вариантах реализации способ дополнительно включает снижение вязкости обрабатывающей текучей среды до вязкости, меньшей (например, менее вязкой) чем вторая вязкость.
[009] В некоторых вариантах реализации способ дополнительно включает извлечение по меньшей мере части обрабатывающей текучей среды.
[0010] В некоторых вариантах реализации водный раствор кислоты выбран из соляной кислоты, плавиковой кислоты, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, сульфаминовой кислоты и комбинаций указанных кислот.
[0011] В некоторых вариантах реализации обрабатывающая текучая среда дополнительно содержит спирт, выбранный из алканолов, алкоксилатов спиртов и их комбинаций.
[0012] В некоторых способах обрабатывающая текучая среда дополнительно содержит одну или более добавок, выбранных из ингибиторов коррозии, агентов для контроля содержания железа, стабилизаторов неустойчивых глин, ингибиторов образования отложений, взаимных растворителей, неэмульгирующих добавок, агентов, препятствующих образованию пробок, и комбинаций указанных добавок.
[0013] В некоторых способах подземный пласт включат пласт песчаника. В некоторых способах подземный пласт включает карбонатный пласт.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] ФИГ. 1 представляет собой график зависимости кажущейся вязкости от температуры для 6% гелеобразующего агента с кислотными добавками и без кислотных добавок;
[0015] ФИГ. 2 представляет собой график, показывающий падение давления вдоль кернов во время заводнения кернов при 150°F;
[0016] ФИГ. 3 представляет собой КТ-визуализацию кернов после двойного заводнения керна при 150°F: (а) керн с высокой проницаемостью, и (b) керн с низкой проницаемостью;
[0017] ФИГ. 4 представляет собой график, показывающий падение давления вдоль кернов во время заводнения кернов при 250°F; и
[0018] ФИГ. 5 представляет собой КТ-визуализацию кернов после двойного заводнения керна при 250°F: (а) керн с высокой проницаемостью, и (b) керн с низкой проницаемостью.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3
3
2
2
3
[0019] Настоящее изобретение относится к гелеобразующим текучим средам (например, обрабатывающим текучим средам) и к способам их применения для подкисления подземного пласта. В настоящем описании термин «подземный пласт» включает области ниже поверхности земли, а также области ниже поверхности земли, покрытой водой, такой как морская или океанская вода. В некоторых вариантах реализации подземный пласт включает карбонатный пласт. В карбонатных пластах целью обычно является кислотное растворение карбонатной породы для создания каналов в породе пласта, хорошо проводящих поток текучей среды. При подкислении карбонатного пласта карбонаты кальция и магния, содержащиеся в породе, могут растворяться в кислоте. Взаимодействие между кислотой и минералами кальцитом (СаСО) или доломитом (CaMg(CO)) может улучшать фильтрационно-емкостные свойства породы в отношении текучей среды. В некоторых вариантах реализации подземный пласт включает пласт песчаника. Большинство пластов песчаника состоят из более 50-70% частиц кварцевого песка, т.е. диоксида кремния (SiO), связанных между собой различными количествами цементирующего материала, включая карбонат (кальцит или СаСО) и силикаты.
[0020] В одном из вариантов реализации гелеобразующая текучая среда содержит гелеобразующий агент Формулы I или II:
1
1
2
3
4
3
4
2
[0021] В Формуле I, R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может быть разветвленной или линейной, ароматической, алифатической или олефиновой, и содержит от примерно 8 до примерно 30 атомов углерода. В одном из вариантов реализации, R является этоксилированным. R, R и R являются одинаковыми или разными, и представляют собой алкил или гидроксиалкил, содержащий от 1 до примерно 5 атомов углерода, или R и R или R, вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 атомов в кольце.
1
5
6
2
3
4
3
4
2
1
x
y
5
3
6
2
2
2
2
3
4
3
[0022] В Формуле II, R представляет собой насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или линейную, алифатическую или ароматическую группу, содержащую от примерно 8 до примерно 30 атомов углерода, R представляет собой водород, или алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до примерно 5 атомов углерода, R представляет собой насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от 2 до примерно 6 атомов углерода, R, R и R являются одинаковыми или разными, и представляют собой алкил или гидроксиалкил, содержащий от 1 до примерно 5 атомов углерода, или R и R или R, вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 атомов в кольце. В одном из вариантов реализации, R представляет собой (CH), где x составляет от 17 до 21 и y=2x+1 или 2x-1; R представляет собой водород или -СН; R представляет собой -СН-СН-СН-; и R, R, и R каждый представляют собой -СН.
[0023] В одном из вариантов реализации гелеобразующий агент Формулы I представляет собой хлорид стеарилтриметиламмония:
[0024] В одном из вариантов реализации гелеобразующий агент Формулы II представляет собой эруциламидопропилтриметиламмоний:
[0025] Гелеобразующий агент присутствует в количестве, подходящем для применения в способе подкисления. В одном из вариантов реализации гелеобразующий агент присутствует в количестве от примерно 0,1% масс, до примерно 15% масс, относительно общей массы текучей среды. В другом варианте реализации гелеобразующий агент присутствует в количестве от примерно 2,5% масс, до примерно 10% масс, относительно общей массы текучей среды.
[0026] В одном из вариантов реализации гелеобразующая текучая среда дополнительно содержит по меньшей мере один растворитель, выбранный из воды, спиртов и комбинаций указанных растворителей. В одном из вариантов реализации гелеобразующая текучая среда содержит спирт, выбранный из одноатомных спиртов, двухатомных спиртов, многоатомных спиртов и комбинаций указанных соединений. В другом варианте реализации гелеобразующая текучая среда содержит спирт, выбранный из алканолов, алкоксилатов спиртов, и комбинаций указанных соединений. В другом варианте реализации гелеобразующая текучая среда содержит спирт, выбранный из метанола, этанола, изопропанола, бутанола, пропиленгликоля, этиленгликоля, полиэтиленгликоля и комбинаций указанных соединений.
[0027] Каждый отдельный растворитель присутствует в гелеобразующей текучей среде в количестве, подходящем для применения в способе подкисления. В одном из вариантов реализации количество каждого отдельного растворителя в гелеобразующей текучей среде составляет от 0% масс, до примерно 30% масс, относительно общей массы текучей среды, причем общее количество растворителя в составе составляет от примерно 10% масс, до примерно 70% масс, относительно общей массы текучей среды. В одном из вариантов реализации гелеобразующая текучая среда содержит гелеобразующий агент Формулы I в количестве 45% масс; изопропанол в количестве 19% масс; пропиленгликоль в количестве 16% масс, и воду в количестве 20% масс, где количества указаны относительно общей массы текучей среды.
[0028] Факультативно, гелеобразующая текучая среда дополнительно содержит одну или более добавок. В одном из вариантов реализации текучая среда содержит одну или более добавок, выбранных из ингибиторов коррозии, агентов для контроля содержания железа, стабилизаторов неустойчивых глин, ингибиторов образования сульфата кальция, ингибиторов отложений, взаимных растворителей, неэмульгирующих добавок, агентов, препятствующих образованию пробок, и комбинаций указанных добавок. В одном из вариантов реализации ингибитор коррозии выбран из спиртов (например, ацетиленовых); катионных ингибиторов (например, солей четвертичного аммония, имидазолинов и алкилпиридинов); и неионных ингибиторов (например, этоксилатов спиртов).
[0029] В одном из вариантов реализации обрабатывающая текучая среда, подходящая для применения в способе подкисления, содержит гелеобразующую текучую среду и водный раствор кислоты. Подходящие водные растворы кислот включают кислоты, совместимые с гелеобразующими агентами Формулы I или II для применения в способе подкисления. В одном из вариантов реализации водный раствор кислоты выбран из соляной кислоты, плавиковой кислоты, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, сульфаминовой кислоты и их комбинаций. В одном из вариантов реализации обрабатывающая текучая среда содержит кислоту в количестве до 30% масс, относительно общей массы текучей среды.
[0030] Также предложен способ подкисления пласта, через который проходит ствол скважины, включающий стадии закачки в ствол скважины, под давлением ниже давления, при котором в подземном пласте образуются трещины, обрабатывающей текучей среды, содержащей гелеобразующую текучую среду и водный раствор кислоты, и подкисление обрабатывающей текучей средой пласта и/или ее самопроизвольное перенаправление внутрь пласта. В настоящем описании термин «самопроизвольное перенаправление» относится к композиции, которая увеличивает свою вязкость при воздействии на пласт, и благодаря этому, любая оставшаяся кислота перенаправляется в зоны более низкой проницаемости в пласте.
[0031] В одном из вариантов реализации способ подкисления подземного пласта, через который проходит ствол скважины, включает следующие стадии (а) закачку в ствол скважины, под давлением ниже давления, при котором в подземном пласте образуются трещины, обрабатывающей текучей среды, имеющей первую вязкость и содержащей водный раствор кислоты и гелеобразующий агент Формулы II:
1
x
y
5
3
6
2
2
2
2
3
4
3
где R представляет собой (CH), причем x составляет от 17 до 21 и y=2x+1 или 2x-1; R представляет собой водород или -СН; R представляет собой -СН-СН-СН-; и R, R, и R каждый представляют собой -СН; (b) создания в подземном пласте по меньшей мере одной полости при помощи обрабатывающей текучей среды; и (с) выдержку до достижения второй вязкости обрабатывающей текучей среды, большей, чем первая вязкость. В настоящем описании термин «полость (полости)» охватывает разломы, трещины, каналы (например, сильно разветвленные проточные каналы) и подобные элементы. В другом варианте реализации способ дополнительно включает образование в подземном пласте по меньшей мере одной полости при помощи обрабатывающей текучей среды после того, как указанная текучая среда достигнет второй вязкости. В другом варианте реализации способ дополнительно включает снижение вязкости обрабатывающей текучей среды до вязкости, меньшей, чем вторая вязкость. В другом варианте реализации способ дополнительно включает извлечение по меньшей мере части обрабатывающей текучей среды.
[0032] Способы и композиции согласно настоящему изобретению можно применять в подземных пластах с различными условиями работы. Например, способы и композиции согласно настоящему изобретению можно применять при различных температурах. В одном из вариантов реализации стадия создания в подземном пласте по меньшей мере одной полости протекает в диапазоне температур до примерно 300°F (149°С). Помимо широкого температурного диапазона, также можно варьировать время контакта, в течение которого применяют композиции. В одном из вариантов реализации стадия создания в подземном пласте по меньшей мере одной полости под действием обрабатывающей текучей среды может протекать в течение времени контакта в диапазоне от примерно одного часа до нескольких часов; или альтернативно, от примерно одного часа до примерно восьми часов. Другие условия способа, которые можно варьировать, будут понятны специалисту в данной области техники с учетом объема настоящего изобретения.
[0033] Далее настоящее изобретение будет описано подробнее со ссылками на следующие примеры. Следующие примеры являются исключительно иллюстративными и не должны являться ограничительными.
ПРИМЕРЫ
[0034] Пример 1 - Обрабатывающая текучая среда
[0035] Готовили обрабатывающую текучую среду, содержащую гелеобразующий агент Формулы II в 20% HCl, образовавший однородный раствор низкой вязкости. В целом, при закачивании в подземный пласт, кислота взаимодействовала с карбонатным пластом, как показывает следующая реакция:
3
2
2
2
2 HCl+СаСО → CaCl+HO+СО (газ)
2
Вязкость обрабатывающей текучей среды возрастала за счет присутствия CaCl и концентрации кислоты (снижению рН).
3
3
3
2
[0036] Обрабатывающая текучая среда взаимодействовала с СаСО. В Таблице 1 показано, что вязкость обрабатывающей текучей среды возрастала по мере расходования кислоты. Процент израсходованной кислоты показывал, сколько от 20% HCl прореагировало с СаСО. Например, снижение на 25% означало, что 5% HCl из 20% HCl прореагировало с СаСО, приведя к образованию примерно 7,5% масс. CaCl. Увеличенная вязкость из-за расхода кислоты означает, что вязкость обрабатывающей текучей среды может увеличиваться без введения дополнительных продуктов или химических воздействий.
[0038] Пример 2 - Обрабатывающая текучая среда с добавками
2
2
-1
[0039] Исследовали совместимость гелеобразующего агента, применявшегося в Примере 1 при изучении расхода кислоты, с другими добавками. Обрабатывающую текучую среду готовили путем смешивания гелеобразующего агента из Примера 1, кислотных добавок (при необходимости) и раствора CaCl при высоких скоростях сдвига (7000-10000 об./мин). Полученную смесь центрифугировали для удаления пузырьков. Полученную текучую среду испытывали под давлением с постоянной скоростью сдвига 100 с с использованием реометра для высокого давления и высокой температуры, в диапазоне от комнатной температуры до 250°F. На ФИГ. 1 показана совместимость 6% гелеобразующего агента в растворе 22,8% масс. CaCl, что соответствует 15% израсходованной HCl относительно общего количества. Сплошная линия соответствует текучей среде для обработки без добавок; точечная и пунктирная линии соответствуют текучей среде для обработки с коррозионной добавкой А и коррозионной добавкой В, соответственно, в присутствии неэмульгирующего агента и хелатирующего агента.
[0040] Пример 3 - Исследование коррозии
[0041] При подкислении сильными кислотами, такими как соляная кислота, коррозия является главной проблемой, требующей контроля, особенно при повышенных температурах. Скорость коррозии для 15% HCl, содержащей 6% об. гелеобразующего агента из Примера 1 определяли в присутствии 10 г/т трех ингибиторов коррозии. Скорость коррозии определяли весовым методом с использованием образцов стали марки L-80 при 250°F через 6 часов. В Таблице 2 показан весьма приемлемый уровень защиты от коррозии под действием кислоты во всех трех случаях, и показана превосходная совместимость обрабатывающей текучей среды согласно настоящему изобретению со всеми тремя указанными ингибиторами коррозии.
*50 pptg KI добавлено в качестве усилителя коррозии
[0043] Пример 4 - Эксперимент по заводнению керна
[0044] Двойной (параллельный) эксперимент по заводнению керна проводили при 150°F для оценки способности гелеобразующего агента согласно настоящему изобретению перенаправлять обрабатывающую текучую среду в ходе подкисления. Двойной эксперимент по заводнению керна начинали с закачки обрабатывающей (например, стимулирующей) текучей среды в пласт, резко различающийся по проницаемости в продуктивных зонах. В данном случае требовалось перенаправление кислоты, чтобы обеспечить протекание кислоты через все зоны, и, следовательно, стимуляцию всех зон.
[0045] Использовали два керна известняка из штата Индиана (диаметр 1,5 дюйма, длина 6 дюймов), содержащих слои с высокой и низкой проницаемостью. Свойства каждого керна показаны в Таблице 3. Состав стимулирующей текучей среды показан в Таблице 4. В ходе эксперимента регистрировали падение давления вдоль обоих кернов в зависимости от закачанного объема пор. После эксперимента оба керна визуализировали при помощи методики КТ-сканирования для визуализации распространения и структуры образованных полостей (например, червоточин) в каждом керне.
[0046] Таблица 3. Начальные свойства двух кернов, использованных в эксперименте по заводнению керна при 150°F.
[0048] В данном конкретном примере полученные данные показали общее увеличение падения давления с 9,5 psi до 44 psi в ходе закачки кислоты, что указывает на существенное увеличение вязкости текучей среды. Профиль падения давления также показал последовательные интервалы увеличения и уменьшения, что является типичной реакцией на образование геля внутри керна. По мере того, как кислота вступала в реакцию и расходовалась, изменялась величина рН и образовывалось достаточно ионов кальция, это запускало организацию гелеобразующего агента в стержневидные мицеллы и увеличение вязкости. Это сопровождалось увеличением падения давления. Продолжение закачки кислоты вызывало изменение пути реакции кислоты и открывало новые полости/каналы (червоточины) для потока. Это сопровождалось снижением падения давления. По мере расхода кислоты в новом канале и образования достаточного количества ионов кальция, увеличивалась вязкость гелеобразующего агента и снова возрастало падение давления. В указанном цикле общее увеличение падения давления в высокопроницаемом керне способствовало большему потоку в низкопроницаемый керн, и наблюдалось перенаправление. Профиль падения давления показан на ФИГ. 2.
[0049] Визуализация методом КТ-сканирования кернов после обработки показана на ФИГ. 3 и демонстрирует, что закачка кислоты приводит к полной стимуляции (прорыву) в керне с низкой проницаемостью и 84% стимуляции (соответствует червоточине 5,04 дюйма) в керне с высокой проницаемостью. Полученные результаты показали, что на большей части начальной стадии закачки кислоты, которая протекала в керн с высокой проницаемостью, происходило успешное перенаправление кислоты в керн с низкой проницаемостью, благодаря чему в последнем образовался прорыв на всю длину керна (6 дюймов). На ФИГ. 3 также показана значительна степень искривленности в керне с высокой проницаемостью, что указывает на успешное гелеобразование, которое вынуждает кислоту изменять путь реакции и в большей степени протекать в керн с низкой проницаемостью.
[0050] Пример 5 - Эксперимент по заводнению керна
[0051] Второй двойной эксперимент по заводнению керна проводили при 250°F. Кислотная композиция, на основе ингибитора коррозии С, показана в Таблице 5. Использовали два керна из эдвардского известняка с начальными свойствами, показанными в Таблице 6.
[0052] Таблица 5. Кислотная композиция, применяемая для двойного заводнения керна при 250°F.
[0054] Профиль падения давления показан на ФИГ. 4, визуализация методом КТ-сканирования после обработки показана на ФИГ. 5. Полученные данные показали, что падение давления возрастало с 19 до 130 psi, указывая на увеличение вязкости и образования геля. Кислота на основе VES успешно осуществляла перенаправление стимулирующей текучей среды с 90% стимуляции в керне с низкой проницаемостью и прорывом в керне с высокой проницаемостью. Как указано выше, прорыв в данном типе экспериментов обусловлен заданной длиной кернов. Результаты показывают применимость нового VES в качестве эффективного перенаправляющего агента для подкисления при умеренных и повышенных температурах.
[0055] Предмет настоящего изобретения был описан со ссылками на конкретные подробности вариантов реализации настоящего изобретения. Указанные подробности не должны рассматриваться как ограничивающие объем указанного предмета изобретения, за исключением случаев, когда и в какой степени они включены в прилагаемую формулу изобретения.
[0056] Следовательно, примеры вариантов реализации настоящего изобретения, описанные в настоящей заявке, хорошо приспособлены для достижения целей и преимуществ, описанных в настоящей заявке, а также неотъемлемо присущих указанным вариантам реализации. Вышеописанные конкретные варианты реализации являются исключительно иллюстративными, при этом описанные в настоящей заявке примеры вариантов реализации можно модифицировать и практически осуществлять различными, но эквивалентными способами, которые очевидны специалистам в данной области техники, ознакомившимся с идеями настоящей заявки. Кроме того, отсутствуют ограничения, связанные с особенностями конструкции или дизайна, показанными в настоящей заявке, за исключением описанных в формуле изобретения ниже. Следовательно, очевидно, что вышеописанные конкретные иллюстративные варианты реализации можно менять, комбинировать или модифицировать, и все такие вариации считают входящими в объем и сущность типичных вариантов реализации, описанных в настоящей заявке. Типичные варианты реализации, описанные в качестве иллюстраций в настоящей заявке, можно соответствующим образом практически осуществлять в отсутствии любого элемента, который не описан особо в настоящей заявке и/или любого необязательного элемента, описанного в настоящей заявке. Когда композиции и способы описывают в терминах «состоящий», «содержащий» или «включающий» различные компоненты или стадии, указанные композиции и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов, веществ и стадий. В настоящем описании термин «состоящий по существу из» следует рассматривать как подразумевающий включение указанных компонентов, веществ или стадий, и таких дополнительных компонентов, веществ или стадий, которые не оказывают значимого влияния на базовые и новые свойства композиции или способа. В некоторых вариантах реализации композиция согласно вариантам реализации настоящего изобретения, «состоящая по существу из» указанных компонентов или веществ, не содержит никаких дополнительных компонентов или веществ, которые изменяют базовые и новые свойства композиции. При наличии какого-либо противоречия между использованием слова или термина в настоящем описании и одно или более патентов или иных документов, которые могут быть включены посредством ссылки, должны быть приняты определения, согласующиеся с настоящим описанием.