СПОСОБЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО МАТЕРИАЛА ВНУТРИ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА
METHODS OF EXTRACTING HYDROCARBONS FROM A SUBTERRANEAN FORMATION, AND METHODS OF TREATING A HYDROCARBON MATERIAL WITHIN A SUBTERRANEAN FORMATION

Перекрестные ссылки на родственные заявки
В настоящей заявке испрашивается приоритет в связи с заявкой US №14/088339, поданной 22 ноября 2013 г., которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Область техники
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся в основном к способам извлечения углеводородов из подземного пласта и к способам обработки углеводородного материала внутри подземного пласта. Более подробно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способам извлечения углеводородов из подземного пласта с использованием суспензии, включающей реакционно-способные частицы, и к родственным способам обработки углеводородного материала внутри подземного пласта.
Предпосылки создания настоящего изобретения
В промышленности по выпуску бурового оборудования и по заканчиванию скважин наступают периоды времени, когда возникают трудности и наблюдается возрастание стоимости работ по извлечению углеводородного материала, локализованного в подземном пласте, для дальнейшей обработки. Например, для извлечения суспендирования и отделения углеводородных материалов, включая высокомолекулярные углеводороды, такие как асфальтены (например, битум) и различные парафины, обычно требуется использование дорогостоящих и неэффективных процессов извлечения, таких как нагнетание пара в пласт. Кроме того, присутствие таких высокомолекулярных углеводородов в извлеченном углеводородном материале может потребовать дополнительные обработку и расходы, так как такие углеводороды могут иметь ограниченную коммерческую применимость и потребовать использование дорогостоящих и сложных процессов очистки (например, процессы крекинга), для превращения их в рентабельные продукты.
Следовательно, чтобы исключить одну или более указанных выше проблем, существует необходимость в разработке улучшенных способов извлечения углеводородного материала, такого как углеводородный материал, включающий высокомолекулярные углеводороды, из подземного пласта.
Краткое описание сущности настоящего изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения включают способы извлечения углеводородов из подземного пласта и способы обработки углеводородного материала внутри подземного пласта. Например, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ извлечения углеводородов из подземного пласта включает формирование суспензии, содержащей реакционно-способные частицы и флюид-носитель. Суспензию подают в подземный пласт, содержащий углеводородный материал. По крайней мере часть реакционно-способных частиц вступает в экзотермическую реакцию по крайней мере с одним другим материалом внутри подземного пласта, при этом из углеводородного материала образуется обработанный углеводородный материал. Обработанный углеводородный материал извлекают из подземного пласта.
В дополнительных вариантах осуществления настоящего изобретения способ извлечения углеводородов из подземного пласта включает формирование наночастиц, содержащих по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn и Zn. Наночастицы смешивают с флюидом-носителем, при этом получают суспензию. Суспензию закачивают в подземный пласт, содержащий углеводородный материал, прикрепленный к внутренним поверхностям пласта. Внутри подземного пласта модифицируют по крайней мере один из следующих параметров: температура, значение pH, состав материала и давление, чтобы по крайней мере часть наночастиц вступала в реакцию с водным материалом и формировалась стабилизированная эмульсия, включающая обработанный углеводородный материал. Стабилизированную эмульсию извлекают из подземного пласта.
В еще одном дополнительном варианте способ обработки углеводородного материала внутри подземного пласта включает подачу реакционно-способных частиц во межпоровые пространства подземного пласта, содержащего углеводородный материал. По крайней мере часть реакционно-способных частиц вступает в рекцию внутри подземного пласта с выделением тепла, при этом изменяется по крайней мере одно свойство углеводородного материала.
Краткое описание некоторых видов фигур
На чертеже представлена упрощенная схема способа извлечения углеводородов из подземного пласта согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание настоящего изобретения
В заявке описаны способы извлечения углеводородов из подземного пласта, а именно способы обработки углеводородного материала внутри подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ извлечения углеводородов из подземного пласта включает формирование суспензии, включающей реакционно-способные частицы и флюид-носитель. Реакционно-способные частицы можно сконструировать и формировать в форме, предназначенной для взаимодействия по селективно-контролируемому типу с одним или более материалов, которые доставляют в подземный пласт и/или они уже присутствуют в нем. Суспензию можно доставлять в подземный пласт и по крайней мере одно условие окружающей среды в подземном пласте можно использовать и/или изменить для ускорения одной или более реакций с реакционно-способными частицами. В условиях реакций реакционно-способные частицы могут подвергаться деградации с образованием тепла и одного или более продуктов реакции. В процессе доставки реакционно-способных частиц в подземный пласт и их взаимодействия в нем может происходить отделение углеводородного материала от внутренних поверхностей подземного пласта, а также может происходить химическая и/или физическая модификация углеводородного материала, чтобы способствовать более эффективному извлечению требуемых углеводородов из подземного пласта. Побочные продукты, образующиеся в результате взаимодействия реакционно-способных частиц внутри подземного пласта, также могут способствовать извлечению углеводородов. Углеводороды можно извлекать из подземного пласта в виде части стабилизированной эмульсии, их можно отделять от других материалов стабилизированной эмульсии и при необходимости можно утилизировать. Способы по настоящему изобретению могут повысить эффективность извлечения различных углеводородов из подземного пласта и снизить расходы на их извлечение по сравнению со стандартными способами извлечения, а также могут повысить качество, технологичность и ценность извлеченных углеводородов по сравнению с продуктами, полученными стандартными способами извлечения.
В этом разделе подробно описаны специфические характеристики, такие как типы материалов, композиции, толщина материалов и условия обработки, которые позволяют всесторонне описать варианты осуществления настоящего изобретения. Однако, специалисту в данной области техники представляется очевидным, что варианты осуществления можно применить на практике без использования этих специфических характеристик. В действительности, варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать на практике в комбинации со стандартными методами, используемыми в промышленности. Кроме того, в представленном ниже описании не описана полная схема извлечения углеводородов из нефтегазоносного подземного пласта. Ниже подробно описаны только операции процесса и структуры, необходимые для понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалист в данной области техники должен понимать, что некоторые компоненты процесса (например, трубопроводы, трубопроводные фильтры, вентили, детекторы температуры, проточные детекторы, детекторы давления и т.п.) по определению включены в настоящее описание, и что добавление различных стандартных компонентов и операций процесса включены в объем настоящего описания.
Использованные в настоящем изобретении термины «включающий», «составляющий», «содержащий», «характеризующийся» и их грамматические эквиваленты являются включающими или неограничивающими терминами, которые не исключают дополнительные, неперечисленные элементы или операции способов, но также включают более ограничивающие термины «состоящие из» или «в основном состоящие из» и их грамматические эквиваленты. Использованный в данном контексте термин «может» в отношении материала, структуры, признака или операции способа означает, что они рассматриваются для применения при осуществлении варианта настоящего изобретения, и что этот термин используется более предпочтительно, чем более ограничивающий термин «является», для того, чтобы исключить любое утверждение, что другие сопоставимые материалы, структуры и способы, используемые в комбинации с указанными выше, следует исключить или они должны быть исключены.
Если в настоящем контексте использован термин в единственном числе, то могут быть включены формы во множественном числе, если в контексте четко не указано иное.
Использованный в настоящем описании термин «и/или» включает любую и все комбинации одного или более перечисленных элементов.
Использованные в данном контексте термины, такие как «первый», «второй», «верхняя часть», «нижняя часть», «верхний», «нижний», «над», «под» и т.п. использованы для ясности и упрощения понимания описания изобретения и прилагаемых фигур, причем эти термины не имеют дополнительное значение или не зависят от любого специфического предпочтения, направления или порядка, за исключением случаев, когда в контексте указано иное.
Использованный в данном контексте термин «в основном» со ссылкой на данный параметр, свойство или условие, относится к незначительной степени, как очевидно для специалиста в данной области техники, с которой этот параметр, свойство или условие могут быть изменены в пределах допускаемых производственных отклонений.
Использованный в данном контексте термин «приблизительно» со ссылкой на данный параметр является включительным термином в отношении указанной величины и имеет значение в зависимости от контекста (например, он включает степень ошибки, связанной с измерением данного параметра).
На чертеже представлена упрощенная схема, иллюстрирующая способ извлечения углеводородов из подземного пласта, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Способ может включать процесс формирования суспензии 100, включающий формирование суспензии, содержащей множество реакционно-способных частиц, процесс закачивания 102, включающий доставку суспензии в подземный пласт, процесс реакции 104, включающий реакцию по крайней мере части реакционно-способных частиц в присутствии углеводородного материала, содержащегося внутри подземного пласта, при этом образуется обработанный углеводородный материал, и процесс извлечения 106, включающий удаление обработанного углеводородного материала из подземного пласта. На основании описания, представленного ниже, специалисту в данной области техники представляется очевидным, что описанный в данном контексте способ можно использовать в различных областях применения. Другими словами, способ можно использовать во всех случаях, когда требуется по крайней мере частично обрабатывать углеводородный материал, содержащийся в подземном пласте
Со ссылкой на чертеж, процесс формирования суспензии 100 включает формирование суспензии, содержащей реакционно-способные частицы и по крайней мере один флюид-носитель. Реакционно-способные частицы можно сформировать по крайней мере из одного материала или они могут включать по крайней мере один материал, который вступает в экзотермическую реакцию в присутствии водного материала, такого как водный материал, который может находиться в окружающей среде скважины в подземном пласте. Реакционно-способные частицы могут подвергаться химической деградации (например, коррозии) в присутствии различных водных материалов (например, вода, солевые растворы и т.п.), которые могут быть доставлены в подземный пласт и/или уже присутствовать в подземном пласте. Реакционно-способные частицы в составе суспензии могут быть совместимыми с другими компонентами (например, материалы, составные части и т.п.) в составе суспензии. Использованный в данном контексте термин «совместимый» означает, что материал не взаимодействует с другим материалом, не разлагается или не абсорбируется другим материалом нежелательным образом, а также материал не оказывает отрицательное действие на химические и/или механические свойства другого материала нежелательным образом. Например, каждую из реакционно-способных частиц можно сконструировать (например, сортировать, профилировать, наслаивать и т.п.) и сформировать таким образом, чтобы реакционно-способные частицы в основном не взаимодействовали с флюидом-носителем в составе суспензии в условиях (например, температура, давление, значение pH, скорость потока и т.п.), в которых суспензию доставляют в подземный пласт.
Реакционно-способные частицы конструируют и формируют таким образом, чтобы они обладали селективными и контролируемыми свойствами химической деградации (например, коррозия). Реакционно-способные частицы можно сформировать из материала и они могут включать материал, который подвергается химической деградации в результате изменения по крайней мере одного условия окружающей среды (например, температура, значение pH, воздействие материалов и т.п.), воздействию которых подвергаются реакционно-способные частицы, и/или эти частицы можно сформировать из материала и они могут включать материал, который подвергается химической деградации без изменения условий окружающей среды, действию которых подвергаются разлагаемые частицы. В неограничивающем примере по крайней мере часть каждой реакционно-способной частицы может быть сформирована по крайней мере из одного материала и включать по крайней мере один материал, который переключается с первой скорости химической деградации на вторую, более высокую скорость химической деградации в результате изменения по крайней мере одного условия окружающей среды (например, температура, значение pH, воздействие материалов и т.п.). Например, по крайней мере часть реакционно-способных частиц может характеризоваться относительно низкой скоростью химической деградации, включая нулевую скорость химической деградации, когда подвергается воздействию первого материала (например, органического материала), но может характеризоваться более высокой скоростью химической деградации при воздействии второго материала (например, водного материала). В другом примере реакционно-способные частицы могут характеризоваться относительно низкой скоростью химической деградации в водном материале при первой температуре и/или при первом значении pH, но может характеризоваться более высокой скоростью химической деградации в водном материале при второй более высокой температуре и/или при втором более низком значении pH. Селективные и контролируемые свойства химической деградации реакционно-способных частиц могут обеспечивать сохранение химических и/или механических свойств реакционно-способных частиц до тех пор, пока реакционно-способные частицы выполняют по крайней мере одну требуемую функцию, при этом по крайней мере одно условие окружающей среды может измениться для ускорения по крайней мере частичного удаления (например, в результате коррозии) реакционно-способных частиц.
Кроме того, реакционно-способные частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы удалить углеводородный материал по крайней мере с одной поверхности подземного пласта. Например, по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно сконструировать и сформировать по крайней мере частично в абразивной форме. Использованный в данном контексте термин «абразивный» означает, что структура (например, частица) способна царапать, отскабливать, счищать, обдирать, скалывать и/или сдвигать материал с поверхности. Реакционно-способные частицы можно сконструировать и сформировать таким образом, чтобы абразивным способом удалять углеводородный материал с поверхности подземного пласта при контактировании на границе раздела между углеводородным материалом и подземным пластом. В другом примере по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно сконструировать и сформулировать таким образом, чтобы они по крайней мере частично вступали в реакцию с другим материалом, доставленным в подземный пласт и/или уже присутствующим в нем, для удаления углеводородного материала от поверхности подземного пласта. Реакции между реакционно-способными частицами и по крайней мере одним другим материалом (например, водный материал) могут, например, ускорять прямую и/или косвенную химическую деградацию (например, коррозию) подземного пласта и отделять (например, высвобождать, извлекать, смещать и т.п.) углеводородный материал, прикрепленный к поверхности подземного пласта.
Более того, реакционно-способные частицы можно сконструировать таким образом, чтобы химическая деградация (например, в результате одной или более реакций коррозии) реакционно-способных частиц внутри подземного пласта ускоряла извлечение требуемых углеводородов из подземного пласта. Например, в ходе химических реакций между реакционно-способными частицами и по крайней мере одним другим материалом (например, водным материалом) внутри подземного пласта может наблюдаться выделение тепла и образование побочных продуктов, которые способствуют изменению одного или более свойств (например, физические и/или химические свойства, такие как состав материалов, плотность, вязкость, температура, давление, значение pH и т.п.) углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте.
В неограничивающем примере по крайней мере часть реакционно-способных частиц может быть сформирована из металлсодержащего материала и включать металлсодержащий материал, который подвергается контролируемой деградации (например, подвергается коррозии) в присутствии водного материала, такого как водный материал, обычно присутствующий в окружающей среде скважины (например, водный материал, включающий воду и по крайней мере один из следующих компонентов: спирт, хлорид аммония, хлорид кальция, бромид кальция, соляная кислота, сероводород, хлорид магния, борид магния, хлорид калия, формиат калия, хлорид натрия, борид натрия, формиат натрия, бромид цинка, формиат цинка и оксид цинка, различные соли и различные коррозионные материалы). Металлсодержащий материал может вступать в экзотермическую реакцию с водой. Металлсодержащий материал можно сформировать из активного металла и он может включать активный металл со стандартным окислительным потенциалом, который выше или равен потенциалу цинка (Zn). Активный металл может приобретать относительно анодные свойства в присутствии водного материала. Например, активный металл может включать магний (Mg), алюминий (Al), кальций (Са), марганец (Mn) или Zn. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения активным металлом является Mg. Кроме того, металлсодержащий материал необязательно может включать по крайней мере один дополнительный компонент. Дополнительный компонент может оказывать влияние на одно или более свойств активного металла. Например, дополнительный компонент может регулировать (например, повышать или снижать) скорость химической деградации (например, коррозии) активного металла в водном материале. Дополнительный компонент может приобретать относительно катодные свойства в присутствии водного материала. В неограничивающем примере в зависимости от активного металла дополнительный компонент может включать по крайней мере один из следующих металлов: алюминий (Al), висмут (Bi), кадмий (Cd), кальций (Са), кобальт (Со), медь (Cu), железо (Fe), галлий (Ga), индий (In), литий (Li), никель (Ni), кремний (Si), серебро (Ag), стронций (Sr), торий (Th), олово (Sn), титан (Ti), вольфрам (W), цинк (Zn) и цирконий (Zr). В некоторых вариантах дополнительный компонент включает по крайней мере один из следующих металлов: Al, Ni, W, Со, Cu и Fe. Активный металл можно легировать другими компонентами, получать из него сплавы или комбинировать его другим способом (например, наносить покрытие) с дополнительным компонентом. Неограничивающие примеры металлсодержащих материалов, которые можно включать в реакционно-способные частицы, наряду со способами формирования металлсодержащих материалов, описаны в патентных заявках US, серийные номера 13/466311 и 12/633677 (в настоящее время патент US №8327931 от 11 декабря 2012 г.), описание каждой из которых в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылок.
В некоторых вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из сплава магния или они включают сплав магния. Пригодные сплавы магния включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Mg и по крайней мере одного из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из следующих сплавов или они включают следующие сплавы: сплав Mg-Zn, сплав Mg-Al, сплав Mg-Mn, сплав Mg-Li, сплав Mg-Са, сплав Mg-X и/или сплав Mg-Al-X, где X включает по крайней мере один из следующих металлов Bi, Cd, Са, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Сплав Mg может, например, включать вплоть до приблизительно 99% Mg, например, вплоть до приблизительно 95% Mg, вплоть до приблизительно 90% Mg, вплоть до приблизительно 85% Mg, вплоть до приблизительно 80% Mg, вплоть до приблизительно 75% Mg, вплоть до приблизительно 70% Mg, или вплоть до приблизительно 65% Mg. В неограничивающем примере пригодные сплавы Mg-Al-X могут включать вплоть до приблизительно 85% Mg, вплоть до приблизительно 15% Al, и вплоть до приблизительно 5% X.
Неограничивающие примеры коммерческих сплавов Mg, которые включают различные комбинации указанных выше элементов сплавов для обеспечения различных скоростей химической деградации в водном материале, включают сплавы AJ62, AJ50x, AJ51x, AJ52x и AZ91A-E. Кроме того, сплав Mg необязательно можно легировать одним из следующих металлов и/или комбинировать его другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из чистого Mg или они могут включать чистый Mg, Mg можно легировать другими металлами или комбинировать его другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr.
В дополнительных вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из сплава Al или они включают сплав Al. Пригодные сплавы Al включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Al и по крайней мере одного из следующих металлов: Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Mg, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из перечисленных ниже сплавов и они могут включать эти сплавы: сплав Al-Mg, сплав Al-Са, сплав Al-Ga (например, 80Al-20Ga), сплав Al-In, сплав Al-Ga-Bi (например, 80Al-10Ga-10Bi), сплав Al-Ga-In (например, 80Al-10Ga-10In), сплав Al-Ga-Bi-Sn (например, Al-Ga-Bi-Sn), сплав Al-Ga-Zn (например, 80Al-10Ga-10Zn), сплав Al-Ga-Mg (например, 80Al-10Ga-10Mg), сплав Al-Ga-Zn-Mg (например, 80Al-10Ga-5Zn-5Mg), сплав Al-Ga-Zn-Cu (например, 85Al-5Ga-5Zn-5Cu), сплав Al-Ga-Bi-Sn (например, 85Al-5Ga-5Zn-5Cu), сплав Al-Zn-Bi-Sn (например, 85Al-5Zn-5Bi-5Sn), сплав Al-Ga-Zn-Si (например, 80Al-5Ga-5Zn-10Si), сплав Al-Ga-Zn-Bi-Sn (например, 80Al-5Ga-5Zn-5Bi-5Sn, 90Al-2.5Ga-2.5Zn-2.5Bi-2.5Sn), сплав Al-Ga-Zn-Sn-Mg (например, 75Al-5Ga-5Zn-5Sn-5Mg), сплав Al-Ga-Zn-Bi-Sn-Mg (например, 65Al-10Ga-10Zn-5Sn-5Bi-5Mg), сплав Al-X и/или сплав Al-Ga-X, где X включает по крайней мере один из следующих металлов Bi, Cd, Са, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. Сплав Al может, например, включать вплоть до приблизительно 99% Al, например, вплоть до приблизительно 95% Al, вплоть до приблизительно 90% Al, вплоть до приблизительно 85% Al, вплоть до приблизительно 80% Al, вплоть до приблизительно 75% Al, вплоть до приблизительно 70% Al, или вплоть до приблизительно 65% Al. Кроме того сплав Al необязательно можно легировать по крайней мере одним из следующих металлов или комбинировать его другим способом с одним из следующих металлов: Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из чистого Al, или Al легируют и/или комбинируют другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов Bi, Cd, Са, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr.
В дополнительных вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из сплава Са или они включают сплав Са. Пригодные сплавы Са включают, но не ограничиваясь только ими, сплавы Са и по крайней мере одного из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mn, Mg, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn и Zr. Например, по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из перечисленных ниже сплавов или они могут включать эти сплавы: сплав Са-Li, сплав Са-Mg, сплав Са-Al, сплав Са-Zn, сплав Са-Li-Zn, и/или сплав Са-X, где X включает по крайней мере один из следующих металлов: Al, Bi, Cd, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn и Zr. Сплав Са может включать, например, вплоть до 99% Са, например, вплоть до 95% Са, вплоть до 90% Са, вплоть до 85% Са, вплоть до 80% Са, вплоть до 75% Са, вплоть до 70% Са, или вплоть до 65% Са. Кроме того сплав Са можно легировать по крайней мере одним из следующих металлов или комбинировать его другим способом с одним из следующих металлов Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn, Y или Zr. В дополнительных вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц можно формировать из чистого Са или они включают чистый кальций, или Са легируют по крайней мере одним из следующих мтеаллов и/или комбинируют другим способом по крайней мере с одним из следующих металлов Al, Bi, Cd, Се, Со, Cu, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Zn, Y и Zr.
3
2
3
3
3
В другом неограничивающем примере по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из безводной соли металла или они включают безводную соль металла. Безводная соль металла может проявлять высокую реакционную способность с водой, например, с водой, которая обычно присутствует в окружающей среде скважины. Например, безводная соль металла может включать безводный бромид алюминия (AlBr), безводный хлорид алюминия (MgCl), безводный хлорид железа (III) (FeCl) или безводный хлорид алюминия (AlCl). В некоторых вариантах по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из безводного хлорида алюминия или они включают безводный хлорид алюминия (AlCl).
В другом неограничивающем примере по крайней мере часть реакционно-способных частиц формируют из другого материала или они включают другой материал, который вступает в реакцию с водой с выделением тепла и который включает, но не ограничиваясь только ими, по крайней мере одно из следующих соединений: щелочной металл, щелочно-земельный металл, ангидрид кислоты (например, малеиновый ангидрид), хлорангидрид, карбид (например, карбид кальция), галогенид (например, хлорид, бромид и т.п.), гидрид (например, гидрид натрия, боргидрид натрия), металлорганический материал, оксид (например, оксид кальция), органический пероксид, неорганический пероксид и фосфид (например, фосфид алюминия).
3
2
3
3
По крайней мере некоторые реакционно-способные частицы могут включать композитные частицы. Использованный в данном контексте термин «композитная частица» означает и включает частицу, состоящую по крайней мере из двух составляющих материалов, которые остаются дискретными на микрометровом уровне и при этом формируют единую частицу. Например, композитная частица может включать ядро из первого материала, по крайней мере частично инкапсулированное (например, в виде покрытия, окружения и т.п.) в оболочку из второго материала. Ядро может, например, быть сформировано из материала или включать материал, который является относительно более реакционно-способным в водном материале, а оболочка может быть сформирована из материала и может включать материал, который является относительно (например, по сравнению с ядром) менее реакционноспособным в водном материале. В неограничивающем примере ядро может быть сформировано из металлсодержащего материала и может включать металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплавы, их комбинации и т.п.), безводную соль металла (например, AlBr, MgCl, FeCl, AlCl), или другой материал, который вступает в экзотермическую реакцию с водой, а оболочку можно формировать из материала и она может содержать материал, который является относительно менее реакционно-способным в водном материале, таком как по крайней мере один из следующих материалов: менее реакционно-способный полимерный материал, менее реакционно-способный кристаллический материал, менее реакционно-способный органический материал, менее реакционно-способный неорганический материал, менее реакционно-способный металлсодержащий материал, менее реакционно-способный магнитный материал и менее реакционно-способный керамический материал.
3
В некоторых вариантах по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы формируют из ядра или они включают ядро, состоящее из сплава Mg (например, сплав Mg-Al), а оболочка включает органический материал. Органический материал может по крайней мере частично окружать ядро, и может быть сформирован по крайней мере из одного органического соединения и может включать по крайней мере одно органическое соединение. В неограничивающем примере органический материал может представлять собой полимерный материал, сформированный из полимера и включающий по крайней мере один полимер. Органический материал может быть связан с ядром по крайней мере через одну химическую связь с атомами ядра, с помощью ион-дипольных взаимодействий, π-катионных взаимодействий и π-π взаимодействий, а также с помощью поверхностной адсорбции (например, хемосорбция и/или физическая сорбция). Органический материал может, например, включать по крайней мере один материал на основе гидроксиэтилцеллюлозы, который растворяется в водном материале (например, пресная вода, морская вода, добываемая вода, солевой раствор, водные пены, смеси воды и спирта и т.п.), материал на основе полиалкиленгликоля, который растворим в другом органическом материале (например, углеводородный материал, такой как сырая нефть, дизельное топливо, минеральное масло, сложный эфир, фракция или смесь, полученная на нефтеперерабатывающей установке, альфа-олефин, флюид на синтетической основе и т.п.), а также кремнийорганический материал, который растворим в водном материале или другом органическом материале. В дополнительных вариантах по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы формируют из ядра или они содержат ядро, состоящее из сплава Mg (например, сплав Mg-Al), и оболочки, состоящей из относительно менее реакционно-способного металлсодержащего материала. Оболочка, например, может быть сформирована из следующих металлов и может включать следующие металлы: Al, Bi, Cd, Са, Со, Cu, Се, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn, Zr, их сплавы, их карбиды, их нитриды, их оксиды или их комбинации. В неограничивающем примере металлсодержащий материал может представлять собой абразивный материал, такой как оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид церия, оксид циркония, оксид германия, оксид магния, карбид кремния, нитрид металла или их комбинации. В других вариантах по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы формируют из ядра или они включают ядро, включающее безводную соль металла, и оболочку, включающую менее реакционно-способный металлсодержащий материал (например, менее реакционно-способный металлсодержащий материал, сформированный из следующих металлов и включающий следующие металлы: Al, Bi, Cd, Са, Со, Cu, Се, Fe, Ga, In, Li, Mg, Mn, Ni, Sc, Si, Ag, Sr, Th, Sn, Ti, W, Y, Zn, Zr, их карбиды, их нитриды, их оксиды или их комбинации. Например, по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы можно формировать из ядра или они могут включать ядро, состоящее из безводного AlCl, и оболочку, включающую Al-содержащий материал (например, оксид алюминия).
3
2
3
3
3
3
6
15
6
15
3
2
3
3
Оболочку на ядре или вокруг ядра, если она присутствует, можно формировать с использованием стандартных методов, которые подробно не описаны в данном контексте. Оболочку можно формировать, например, на ядре или вокруг ядра с использованием по крайней мере одного из следующих методов: термическое разложение, химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ), физическое осаждение из паровой фазы (ФОПФ) (например, распыление, испарение, ионизационное ФОПФ и т.п.), атомно-слоевое осаждение и смешанные физические методы (например, криогенное измельчение, измельчение в шаровой мельнице и т.п.). В некоторых вариантах оболочку, включающую менее реакционно-способный металлсодержащий материал (например, оксид алюминия), формируют на ядре, включающем более реакционно-способный металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации и т.п.) или более реакционно-способную безводную соль металла (например, AlBr, MgCl, FeCl, AlCl) с использованием метода термического разложения металлоорганического соединения. В неограничивающем примере, оболочку, сформированную из Al или включающую Al, можно сформировать на ядре, сформированном из сплава Mg-Al или безводного AlCl и включающую сплав Mg-Al или безводный AlCl, методом термического разложения триэтилалюминия (CHAl) в присутствии ядра. CHAl и ядро можно, например, подавать в аппарат с псевдоожиженным слоем, эксплуатируемый в условиях (например, температура, давление, скорость ожижения и т.п.), достаточных для формирования алюминий-содержащей оболочки на ядре. В дополнительных вариантах оболочку, включающую органический материал, можно сформировать на ядре, включающем более реакционно-способный металлсодержащий материал (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплавы, их комбинации и т.п.), более реакционно-способную безводную соль металла (например, AlBr, MgCl, FeCl, AlCl и т.п.) или другой более реакционно-способный материал, при взаимодействии ядра с множеством соединений-предшественников, при этом экспонированные атомы ядра образуют химическую связь по крайней мере с частью соединений-предшественников. Соединения-предшественники взаимодействуют с ядром и/или спонтанно абсорбируются на ядре, и образование органического материала может завершаться, когда экспонированные атомы ядра уже становятся недоступными (например, не взаимодействуют с соединением-предшественником или не доступны для реакции с соединением-предшественником). Соответственно, органический материал может представлять собой материал, полученный в ходе самоорганизации и самоограничения. Например, полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой кремнийорганического материала, можно сформировать на ядре, включающем сплав Mg-Al, подвергая ядра воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: хлорсиланы и алкоксисиланы. В другом примере полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой органического материала, можно получить, подвергая ядра (например, ядра с обработанной поверхностью, включающие сплав Mg-Al) воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: функциональные тиофены и функциональные тиолы. В дополнительных вариантах формирование оболочки не является самоограничивающим процессом и может продолжаться даже, если уже отсутствует по крайней мере одна экспонированная часть ядра.
По крайней мере некоторые реакционно-способные частицы можно модифицировать для ограничения и/или повышения скорости взаимодействия между реакционно-способными частицами и различными материалами, присутствующими в нефтегазоносном подземном пласте. Например, реакционно-способные частицы можно сконструировать таким образом, чтобы они проявляли сродство по крайней мере к одному доставленному в подземный пласт и/или уже присутствующему в нем материалу. Такое сродство может способствовать распределению реакционно-способных частиц во флюиде-носителе (например, водный материал, органический материал и т.п.) в составе суспензии, может по крайней мере временно защищать реакционно-способную частицу по крайней мере от одного материала, доставленного в подземный пласт и/или уже присутствующего в нем, может способствовать удалению углеводородного материала с поверхностей подземного пласта и/или может способствовать стабилизации смесей (например, эмульсии, такие как взаимодействуют с ядром и/или спонтанно абсорбируются на ядре, и образование органического материала может завершаться, когда экспонированные атомы ядра уже становятся недоступными (например, не взаимодействуют с соединением-предшественником или не доступны для реакции с соединением-предшественником). Соответственно, органический материал может представлять собой материал, полученный в ходе самоорганизации и самоограничения. Например, полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой кремнийорганического материала, можно сформировать на ядре, включающем сплав Mg-Al, подвергая ядра воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: хлорсиланы и алкоксисиланы. В другом примере полученную в ходе самоорганизации или самоограничения оболочку, включающую монослой органического материала, можно получить, подвергая ядра (например, ядра с обработанной поверхностью, включающие сплав Mg-Al) воздействию соединений-предшественников, включающих по крайней мере одно из следующих соединений: функциональные тиофены и функциональные тиолы. В дополнительных вариантах формирование оболочки не является самоограничивающим процессом и может продолжаться даже, если уже отсутствует по крайней мере одна экспонированная часть ядра.
По крайней мере некоторые из реакционно-способных частиц можно модифицировать для ограничения и/или повышения скорости взаимодействия между реакционно-способными частицами и различными материалами, присутствующими в нефтегазоносном подземном пласте. Например, реакционно-способные частицы можно сконструировать таким образом, чтобы они проявляли сродство по крайней мере к одному доставленному в подземный пласт и/или уже присутствующему в нем материалу. Такое сродство может способствовать распределению реакционно-способных частиц во флюиде-носителе (например, водный материал, органический материал и т.п.) в составе суспензии, может по крайней мере временно защищать реакционно-способную частицу по крайней мере от одного материала, доставленного в подземный пласт и/или уже присутствующего в нем, может способствовать удалению углеводородного материала с поверхностей подземного пласта и/или может способствовать стабилизации смесей (например, эмульсии, такие как  как бензильные группы, присоединенные через арильный фрагмент (например, 4-метилфенил, 4-гидроксиметилфенил или 4-(2-гидроксиэтил)фенил, и/или аралкильные группы, присоединенные через бензильный (алкильный) фрагмент, такие как фенилметильная и 4-гидроксифенилметильная группы, и/или присоединенные в 2-положении, такие как фенетильная и 4-гидроксифенетильная группы), группы лактона, имидазола и пиридина, фторированные группы, модифицированные полимерные группы, такие как акриловые цепи с карбоксильными группами, гидроксильными группами и/или аминогруппами, модифицированные олигомерные группы и/или их комбинации. Функциональные группы могут быть присоединены к реакционно-способным частицам напрямую и/или через промежуточные функциональные группы (например, карбоксильные группы, аминогруппы и т.п.) с использованием одного или более стандартных механизмов реакции (например, аминирование, нуклеофильное замещение, окисление, конденсация Стилла, конденсация Сузуки, диазоконденсация, металлоорганическая конденсация и т.п.).
В некоторых вариантах поверхности (например, содержащие алюминий поверхности, такие как поверхности алюминий содержащих оболочек) по крайней мере некоторых реакционно-способных частиц окисляют и модифицируют арильными группами. Такие реакционно-способные частицы могут, например, проявлять сродство к поверхностям подземного пласта и к асфальтеновому материалу, содержащемуся во внутрипоровых пространствах (например, поры, трещины, разрывы, каналы и т.п.) в подземном пласте. В дополнительных вариантах поверхности по крайней мере части реакционно-способных частиц окисляют и модифицируют алкильными группами. Такие реакционно-способные частицы могут, например, проявлять сродство к поверхностям подземного пласта и к парафиновому материалу, содержащемуся во внутрипоровых пространствах подземного пласта. В дополнительных вариантах по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы формируют таким образом, чтобы придать им требуемое сродство и/или отталкивание в отношении различных материалов без необходимости проводить дополнительные стадии обработки для присоединения к частицам функциональных групп. Например, одна или более частей (например, оболочки, ядра и т.п.) по крайней мере некоторых реакционно-способных частиц уже могут проявлять требуемые сродство и/или отталкивание в отношении различных материалов без необходимости проводить дополнительные стадии обработки для модификации.
Каждая из реакционно-способных частиц может включать поверхностную модификацию в основном одного типа (например, модификация оболочки, поверхности, их комбинации и т.п.), при этом поверхностная модификация по крайней мере одной реакционно-способной частицы может отличаться от поверхностной модификации по крайней мере одной другой реакционно-способной частицы или по крайней мере одна реакционно-способная частица в основном может не подвергаться никакой поверхностной модификации. В некоторых вариантах каждая из реакционно-способных частиц может подвергаться поверхностной модификации в основном одного типа. В дополнительных вариантах часть реакционно-способных частиц подвергается поверхностной модификации одного типа, а другая часть реакционно-способных частиц подвергается поверхностной модификации другого типа. В дополнительных вариантах часть реакционно-способных частиц подвергается поверхностной модификации по крайней мере одного типа, а другая часть реакционно-способных частиц в основном не подвергается никакой поверхностной модификации. В еще одном варианте каждая реакционно-способная частица в основном не подвергается никакой поверхностной модификации.
Размер и форму каждой из реакционно-способных частиц можно выбрать на основе характеристик нефтегазоносного подземного пласта. Например, реакционно-способные частицы можно сортировать по размеру и придавать им форму для соответствия внутрипоровым пространствам (например, поры, трещины, разрывы, каналы и т.п.) в подземном пласте. Кроме того, размер и форму реакционно-способных частиц можно выбрать на основе одного или более свойств (например, молекулярная масса, плотность, вязкость и т.п.) углеводородного материала, содержащегося во внутрипоровых пространствах подземного пласта. Можно выбрать частицы относительно малого размера, например, для углеводородных материалов (например, сланцы, нефтеносные пески), включая высокомолекулярные углеводороды (например, асфальтены, различные парафины и т.п.), чтобы ускорить превращение (например, в ходе реакции одного и более типов) высокомолекулярных углеводородов в относительно низкомолекулярные углеводороды, как подробно описано ниже. Частицы относительно малого размера могут также повысить стабильность эмульсии, включающей водный материал (например, вода, солевой раствор и т.п.) и углеводородный материал из подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения реакционно-способные частицы могут включать реакционно-способные наночастицы. Использованный в данном контексте термин «наночастица» означает и включает частицу со средними шириной или диаметром менее приблизительно 1 мкм (то есть 1000 нанометров (нм)). Например, средние ширина или диаметр каждой реакционно-способной частицы может независимо составлять приблизительно 500 нм или менее, например, приблизительно 100 нм или менее, приблизительно 50 нм или менее, приблизительно 10 нм или менее или приблизительно 1 нм или менее. В дополнительных вариантах средние ширина или диаметр одной или более реакционно-способных частиц может составлять приблизительно 1 мкм или более, например, находиться в интервале от приблизительно 1 мкм до приблизительно 25 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм. Более того, каждая реакционно-способная частица может независимо характеризоваться требуемой формой, такой как по крайней мере одна из следующих форм: сферическая форма, шестигранная форма, эллипсоидная форма, цилиндрическая форма, пластинчатая форма, коническая форма или неправильная форма. В некоторых вариантах каждая реакционно-способная частица имеет в основном сферическую форму.
3
Реакционно-способные частицы могут представлять собой монодисперсные частицы, причем каждая реакционно-способная частица в основном характеризуется одинаковыми размером, формой и составом материала, или могут представлять собой полидисперсные частицы, причем реакционно-способные частицы включают диапазон размеров, форм и/или составов материала. В некоторых вариантах каждая реакционно-способная частица включает наночастицы из сплава Mg-Al в основном того же размера и той же формы, что и каждая другая реакционно-способная частица. В дополнительных вариантах каждая реакционно-способная частица включает ядро из сплава Mg-Al, которое покрыто оболочкой, включающей в основном одинаковый материал (например, в основном тот же самый металлсодержащий материал, в основном тот же самый органический материал и т.п.), и имеет в основном тог же размер и ту же форму, что и каждая другая реакционно-способная частица. В других вариантах каждая реакционно-способная частица включает ядро из безводного AlBr, которое покрыто оболочкой, включающей в основном одинаковый материал (например, в основном тот же самый металлсодержащий материал, такой как в основном тот же самый содержащий алюминий материал), и имеет в основном тот же размер и ту же форму, что и каждая другие реакционно-способные частицы. В еще одном варианте по крайней мере одна из реакционно-способных частиц имеет другой размер, другую форму и/или другой состав материала по сравнению по крайней мере с одной другой реакционно-способной частицей.
Концентрацию реакционно-способных частиц в суспензии можно подбирать в соответствии с количеством и составом углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте. Суспензия может включать достаточное количество реакционно-способных частиц для ускорения удаления углеводородного материала от поверхностей подземного пласта. Кроме того, суспензия может включать достаточное количество реакционно-способных частиц для ускорения образования стабилизированной эмульсии углеводород-вода (например, стабильная эмульсия для отбора) и для превращения по крайней мере части углеводородов в составе углеводородного материала в углеводороды более высокого качества, как подробно описано ниже. В неограничивающем примере суспензия может включать от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 50 мас. % реакционно-способных частиц, например, от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 25 мас. % реакционно-способных частиц, от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 10 мас. % реакционно-способных частиц, от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 5 мас. % реакционно-способных частиц, от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 1 мас. % реакционно-способных частиц.
3
2
3
3
Флюид-носитель в составе суспензии может включать любой текучий материал (например, газообразный материал, жидкий материал, их комбинации и т.п.), совместимый с реакционно-способными частицами в составе суспензии. Флюид-носитель может, например, включать по крайней мере один водный материал и органический материал. Неограничивающие примеры пригодных водных материалов включают пресную воду, морскую воду, добываемую воду, пар, солевые растворы (например, смеси воды и по крайней мере одной соли, такие как вода и по крайней мере одна из следующих солей: хлорид аммония, хлорид кальция, бромид кальция, хлорид магния, борид магния, хлорид калия, формиат калия, хлорид натрия, борид натрия, формиат натрия, бромид цинка, формиат цинка и оксид цинка), водные пены, смеси воды и спирта или их комбинации. Неограничивающие примеры пригодных органических материалов включают нефть и неполярные жидкости, используемые при обработке скважин, такие как сырая нефть, дизельное топливо, минеральное масло, сложные эфиры, фракции или смеси, полученные на нефтеперерабатывающей установке, альфа-олефины и материалы на синтетической основе, включающие ПАВ, эмульгаторы, ингибиторы коррозии и другие химические реагенты, обычно используемые при обработке скважин (например, этилен-олефиновые олигомеры, сложные эфиры жирных кислот, сложные эфиры жирных спиртов, простые эфиры, простые полиэфиры, парафиновые углеводороды, ароматические углеводороды, алкилбензолы, терпены и т.п.). Флюид-носитель можно выбирать на основе одного или более свойств реакционно-способных частиц. Например, флюид-носитель можно выбирать для замедления, ограничения или даже предотвращения значительной химической деградации реакционно-способных частиц, уже после доставки реакционно-способных частиц в подземный пласт. В некоторых вариантах экспонированные части реакционно-способных частиц включают материал, взаимодействующий с водой (например, материал, сформированный из следующих металлов и включающий по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации и т.п.), а флюид-носитель включает органический материал. В других вариантах экспонированные части реакционно-способных частиц включают материал, взаимодействующий с водой (например, металлсодержащий материал, сформированный из следующих металлов и включающий по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации и т.п.), безводную соль металла (например, AlBr, MgCl, FeCl, AlCl и т.п.), а флюид-носитель включает водный материал. В других вариантах экспонированные части реакционно-способных частиц включают материал, взаимодействующий с водой (например, органический материал), который представляет собой менее реакционно-способный материал по сравнению с другой частью (например, внутренняя часть) реакционно-способных частиц, и флюид-ностель включает по крайней мере один водный материал и органический материал.
Кроме того, суспензия может необязательно включать по крайней мере одну добавку. В неограничивающем примере добавка может представлять собой по крайней мере один из следующих компонентов: ПАВ, эмульгатор, ингибитор коррозии, катализатор, диспергирующий агент, загуститель, ингибитор солевых отложений, растворитель отложений, противовспениватель, биоцидный агент и/или различные добавки, обычно используемые на фирмах по обслуживанию скважин. Тип и количество добавки могут по крайней мере частично зависеть от свойств реакционно-способных частиц, от свойств подземного пласта и от свойств углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте. Суспензия может быть в основном гомогенной (например, реакционно-способные частицы и добавка, если присутствует, могут равномерно диспергироваться в суспензии) или может быть гетерогенной (например, реакционно-способные частицы и добавка, если присутствует, могут неравномерно диспергироваться в суспензии).
В некоторых вариантах добавка включает по крайней мере одно ПАВ. ПАВ может, например, представлять собой материал, предназначенный для повышения стабильности эмульсии водного материала и углеводородного материала. ПАВ может служить барьером для коалесценции соседних единиц (например, капель, дискретных агломератов и т.п.) углеводородного материала до, в ходе и после извлечения углеводородного материала из подземного пласта, содержащего углеводородный материал. ПАВ может представлять собой любой анионный, неионогенный, цвиттерионный или амфифильный ПАВ, совместимый с углеводородным материалом и с другими компонентами (например, реакционно-способные частицы, флюид-носитель и т.п.) в составе суспензии. Неограничивающие примеры пригодных ПАВ включают жирные кислоты с длиной углеродной цепи вплоть до 22 атомов углерода, такие как стеариновые кислоты и их сложные эфиры, полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленоксид, полипропиленоксид, а также блоксополимеры и статические сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, и полисилоксаны, такие как кремнийорганические простые полиэфиры, содержащие как гидрофильную часть (низкомолекулярный полимер этиленоксила или пропиленоксида или оба полимера), так и гидрофобную часть (остаток метилированного силоксана).
2
В других вариантах добавка включает по крайней мере один катализатор. Катализатор может, например, включать множество частиц катализатора. Частицы катализатора можно конструировать и формировать с целью ускорить, опосредовать и/или повысить скорости одной или более реакций с реакционно-способными частицами. Например, частицы катализатора могут повышать скорости реакций между реакционно-способными частицами и по крайней мере одним из следующих материалов: флюид-носитель в составе суспензии, углеводородный материал, содержащийся в подземном пласте, другой материал (например, водный материал, такой как пресная вода, морская вода, добываемая вода, солевые растворы, водные пены и смеси воды и спирта), доставленный в подземный пласт и/или уже присутствующий в нем. В неограничивающем примере, если реакционно-способные частицы сформированы из реакционно-способного металлсодержащего материала и включают его (например, по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации), частицы катализатора могут ускорять электрохимические реакции между по крайней мере частью реакционно-способных частиц и водным материалом (например, водный флюид-носитель в составе суспензии, другой водный материал, доставленный в подземный пласт и/или уже присутствующий в нем и т.п.), чтобы генерировать тепло с образованием требуемого продукта реакции (например, Н). Частицы катализатора могут приобретать относительно катодные свойства в присутствии водного материала, в то время как реакционно-способные частицы могут приобретать относительно анодные свойства в присутствии водного материала. Таким образом, частицы катализатора могут активировать (например, повышать) электрохимическую деградацию реакционно-способных частиц в присутствии электролита. Частицы катализатора могут быть более устойчивыми к химической деградации (например, коррозия) в условиях окружающей среды (например, температура, давление, состав материалов и т.п.), характерных для подземного пласта по сравнению с реакционно-способными частицами. В неограничивающем примере, если реакционно-способные частицы сформированы из реакционно-способного металлсодержащего материала и включают его (например, материал, включающий по крайней мере один из следующих металлов: Mg, Al, Са, Mn, Zn, их сплав, их комбинации), частицы катализатора могут быть сформированы из менее реакционно-способного металлсодержащего материала и могут включать его, такого как стали различных марок, вольфрам (W), хром (Cr), Ni, Cu, Со, Fe, их сплавы или их комбинации. Каждая частица катализатора может характеризоваться в основном одинаковыми размером и формой, что размер и форма каждой реакционно-способной частицы, или по крайней мере один размер и форма по крайней мере одной частицы катализатора могут отличаться по крайней мере от одного размера формы по крайней мере одной реакционно-способной частицы. В некоторых вариантах частицы катализатора включают наночастицы. сформированные и включающие по крайней мере один из следующих металлов: W, Cr, Ni, Cu, Со и Fe. Концентрация частиц катализатора может быть достаточной низкой, чтобы оказывать минимальное, если наблюдается, действие на стабильность эмульсии, образующейся с использованием суспензии, как более подробно описано ниже.
Как показано на чертеже, способ закачивания 102 включает подачу суспензии в нефтегазоносный подземный пласт. Суспензию можно закачивать в подземный пласт стандартными способами, которые подробно не описаны в настоящем описании. Например, поток суспензии под давлением можно закачивать в нагнетательную скважину, проникающую на требуемую глубину подземного пласта, и указанная суспензия может просачиваться (например, проникать, диффундировать и т.п.) в межпоровые пространства подземного пласта. Степень, с которой суспензия просачивается в межпоровые пространства подземного пласта, по крайней мере частично зависит от свойств суспензии (например, плотность, вязкость, размер частиц, температура, давление и т.п.), от свойств подземного пласта (например, пористость, размер пор, состав материала и т.п.), а также от свойств углеводородных материалов (например, молекулярная масса, плотность, вязкость и т.п.), содержащихся в межпоровых пространствах подземного пласта. Температура закачивания суспензии может быть достаточно низкой, чтобы ограничить или даже предотвратить преждевременное взаимодействие между реакционно-способными частицами и другим материалом (например, водный материал, такой как вода, солевой раствор и т.п.), который закачивают в подземный пласт и/или который уже присутствует в подземном пласте. В некоторых вариантах суспензию подают в подземный пласт при температуре, равной температуре окружающей среды или менее внутри скважины в подземном пласте. В неограничивающем примере суспензию можно закачивать в подземный пласт при температуре менее чем или равной приблизительно 50°С, например, менее чем или равной приблизительно 40°С или менее чем или равной приблизительно 35°С.
В ходе способа закачивания 102 по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы в составе суспензии могут удалять по крайней мере часть углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте из внутренних поверхностей (например, поверхности пор, поверхности трещин, поверхности разрывов, поверхности каналов и т.п.) из подземного пласта по абразивному механизму. Кроме того, по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы могут агрегировать в замкнутой трехфазной контактирующей области порода-нефть-солевой раствор в подземном пласте, чтобы обеспечить расклинивающее давление и отделение по крайней мере части углеводородного материала, содержащегося в подземном пласте, от внутренних поверхностей подземного пласта. Более того, по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы могут накапливаться (например, образовывать агломераты) на границе раздела фаз между внутренними поверхностями подземного пласта, углеводородным материалом и водным материалом (например, вода, солевой раствор), содержащимся в подземном пласте, и флюидом-носителем в составе суспензии, прилипать к границе раздела и/или адсорбироваться на ней, при этом образуется стабилизированная эмульсия (например, эмульсия для отбора), которая в значительной степени предотвращает коалесценцию диспергированной фазы (например, углеводородный материал), и непрерывной фазы (например, вода, солевой раствор и т.п.).
Затем в ходе процесса реакции 104 по крайней мере часть реакционно-способных частиц в составе стабилизированной эмульсии в подземном пласте может по крайней мере частично вступать в реакцию по крайней мере с одним другим материалом. Одно или более свойств (например, температура, значение рН, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии в подземном
пласте можно модифицировать (например, изменить), чтобы по крайней мере часть реакционно-способных частиц в составе указанной суспензии вступала в реакцию по крайней мере с одним другим материалом, или свойства стабилизированной эмульсии в подземном пласте можно сохранять (например, поддерживать, обеспечивать, сохранять и т.п.), чтобы по крайней мере часть реакционно-способных частиц вступала в реакцию по крайней мере с одним другим материалом. В некоторых вариантах по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы вступают в реакцию в течение времени, напрямую не изменяя одно или более свойств (например, температура, значение pH, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии в подземном пласте. Например, по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы могут вступать в реакцию в течение времени без нагревания, снижения величины pH, добавления материалов к ним и/или без модификации давления стабилизированной эмульсии в подземном пласте. В дополнительных вариантах по крайней мере одно свойство окружающей среды (например, температура, величина pH, экспонированный материал, давление и т.п.), действию которого подвергаются реакционно-способные частицы в составе стабилизированной эмульсии, можно модифицировать, чтобы регулировать (например, увеличить, снизить), чтобы по крайней мере часть реакционно-способных частиц вступала в реакцию по крайней мере с одним другим материалом. Такие реакции могут способствовать извлечению углеводородов из подземного пласта и/или повысить качество извлекаемых углеводородов из подземного пласта, как более подробно описано ниже.
В неограничивающем примере температуру стабилизированной эмульсии в подземном пласте можно модифицировать для ускорения и/или повышения скорости реакций между реакционно-способными частицами и по крайней мере одним водным материалом (например, вода, пар, солевой раствор и т.п.), который уже присутствует в составе стабилизированной эмульсии и/или доставлен в нее. В некоторых вариантах температуру стабилизированной эмульсии модифицируют, подвергая стабилизированную эмульсию воздействию материала, характеризующегося более высокой температурой по сравнению со стабилизированной эмульсией. Например, в подземный пласт можно поставлять по крайней мере один жидкий материал (например, водный материал, такой как вода, солевой раствор и водная кислота, органический материал, такой как по крайней мере один из следующих материалов: дизельное топливо, минеральное масло, их комбинация и т.п.) и газообразный материал (например, пар, воздух, газообразный углеводородный материал, азот, диоксид углерода, их комбинации и т.п.), характеризующийся более высокой температурой по сравнению с температурой стабилизированной эмульсии, чтобы обеспечить реакцию с реакционно-способными частицами в подземном пласте и повысить их температуру. В некоторых вариантах стабилизированную эмульсию подвергают воздействию по крайней мере одного материала, характеризующегося температурой приблизительно 25°С или более, например, приблизительно 35°С или более, приблизительно 50°С или более, приблизительно 75°С или более, приблизительно 100°С или более, или приблизительно 200°С или более. В дополнительных вариантах для повышения температуры реакционно-способных частиц используют температуру окружающей среды скважины в подземном пласте. Например, если температура окружающей среды внутри скважины в подземном пласте выше температуры стабилизированной эмульсии, то температуру окружающей среды внутри скважины можно использовать для повышения температуры реакционно-способных частиц в течение времени. Если реакционно-способные частицы не полностью инкапсулированы в менее реакционно-способные оболочки, например, покрыты менее реакционно-способными оболочками и/или нереакционно-способными оболочками (например, когда менее реакционно-способные оболочки и/или нереакционно-способные оболочки в основном отсутствуют на реакционно-способных частицах, когда реакционно-способные частицы включают реакционно-способные ядра, частично инкапсулированные в менее реакционно-способные оболочки и/или нереакционно-способные оболочки и т.п.), повышение температуры реакционно-способных частиц может повысить скорость, с которой водный материал (например, вода, солевой раствор и т.п.), присутствующий в подземном пласте и/или поданный в подземный пласт, взаимодействует с реакционно-способными частицами или другим способом приводит к их деградации (например, в результате коррозии). И наоборот, если реакционно-способные частицы включают реакционно-способные ядра, в основном покрытые менее реакционно-способными оболочками и/или нереакционно-способными оболочками, увеличение температуры реакционно-способных частиц может ускорить термическое расширение реакционно-способных ядер с последующим повреждением (например, растрескивание, разламывание и т.п.) менее реакционно-способных оболочек и/или нереакционно-способных оболочек, что приводит к экспонированию реакционно-способных ядер по крайней мере к водному материалу (например, вода, солевой раствор и т.п.), присутствующему внутри подземного пласта и/или доставленному в него, и повышению скорости, с которой водный материал взаимодействует с реакционно-способными ядрами или другим способом приводит к их деградации.
3
2
4
3
4
2
2
2
4
2
2
4
В другом неограничивающем примере величину pH стабилизированной эмульсии в подземном пласте можно модифицировать для ускорения и/или повышения скорости реакции между реакционно-способными частицами и по крайней мере одним водным материалом (например, вода, пар, солевой раствор и т.п.), уже присутствующим в стабилизированной эмульсии и/или доставленным в стабилизированную эмульсию. В некоторых вариантах, величину pH стабилизированной эмульсии изменяют при воздействии (например, контактирование) на стабилизированную эмульсию материала с меньшей величиной pH по сравнению с pH стабилизированной эмульсии. Например, в стабилизированную эмульсию можно добавлять по крайней мере одну из следующих кислот: соляная кислота (HCl), бромистоводородная кислота (HBr), азотная кислота (HNO), серная кислота (HSO), фосфорная кислота (НРО), муравьиная кислота (СНО) и уксусная кислота (СНО). В некоторых вариантах в стабилизированную эмульсию добавляют по крайней мере одну из следующих кислот: водная HCl и водная HSO. Если реакционно-способные частицы не полностью инкапсулированы в менее реакционно-способных оболочки, например, покрыты менее реакционно-способными оболочками и/или нереакционно-способными оболочками, снижение величины pH стабилизированной эмульсии может повысить скорость, с которой происходит деградация реакционно-способных частиц (например, коррозия). Если реакционно-способные частицы включают реакционно-способные ядра, в основном покрытые менее реакционно-способными оболочками, снижение величины pH стабилизированной эмульсии может повысить скорость, с которой происходит деградация менее реакционно-способных оболочек, чтобы с большей скоростью воздействовать на реакционно-способные ядра, а также может повысить скорость, с которой происходит деградация реакционно-способных ядер в отсутствии оболочек.
2
2
В некоторых вариантах модификация одного или более свойств (например, температура, величина pH, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии в подземном пласте, чтобы частицы в составе стабилизированной эмульсии по крайней мере частично вступали в реакцию с другим материалом, могут привести к образованию Н и генерированию тепла в подземном пласте. В неограничивающем примере, если по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы сформированы из Mg или включают Mg (например, сплав Mg, такой как сплав Mg-Al), Mg может вступать в экзотермическую реакцию с водой и выделением Н и тепла по следующему уравнению:
2
2
2
2
В свою очередь образующийся Н и выделяющееся тепло могут повысить давление в подземном пласте и способствовать извлечению углеводородов из подземного пласта. Образующийся Н и выделяющееся тепло могут также ускорить конверсию одного или более углеводородов, содержащихся в подземном пласте, в относительно более низкомолекулярные углеводороды более высокого качества. Например, выделяющееся тепло можно использовать для термического крекинга высокомолекулярных углеводородов (например, углеводороды с температурой кипения приблизительно 350°С или более) в составе углеводородного материала до низкомолекулярных углеводородов. Такие низкомолекулярные углеводороды могут характеризоваться сравнительно более низкой плотностью, что способствует облегчению извлечения углеводородов, и повышенными универсальностью в применении и ценностью. Более того, выделяющийся Н можно также использовать в присутствии одного или более катализаторов для гидрирования ароматических углеводородов, таких как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), с образованием насыщенных углеводородов. Такие насыщенные углеводороды могут характеризоваться сравнительно более низкой вязкостью, а также повышенной универсальностью и ценностью. Кроме того, по крайней мере часть выделяющегося Н можно необязательно сжигать (например, при добавлении воздуха), чтобы повысить температуру и давление внутри скважины.
3
3
В дополнительных вариантах модификация одного или более свойств (например, температура, величина pH, состав материала, давление и т.п.) стабилизированной эмульсии в подземном пласте, чтобы частицы в составе стабилизированной эмульсии по крайней мере частично вступали в реакцию с другим материалом, могут привести к образованию HCl и выделению тепла внутри подземного пласта. В неограничивающем примере, если по крайней мере некоторые реакционно-способные частицы сформированы из безводного AlCl и включают его, безводный AlCl может вступать в экзотермическую реакцию с водой с интенсивным выделением HCl и тепла по следующему уравнению:
В свою очередь образующиеся HCl и тепло могут способствовать извлечению углеводородов из подземного пласта. Например, если реакционно-способные частицы проявляют сродство к углеводородному материалу (например, асфальтеновый материал, парафиновый материал и т.п.), содержащемуся в подземном пласте, и к поверхностям подземного пласта, интенсивное выделение HCl может способствовать удалению углеводородного материала с поверхностей подземного пласта. Более того, в зависимости от состава материала в подземном пласте выделяющийся HCl может ускорить химическую деградацию (например, коррозию) поверхностей подземного пласта. Например, если поверхности подземного пласта включают карбонатный материал, HCl может вступать в реакцию с карбонатным материалом и при этом происходит по крайней мере частичная деградация поверхностей подземного пласта. По крайней мере частичная деградация поверхностей подземного пласта может отделять (например, высвобождать) углеводородный материал от поверхностей подземного пласта. Деградация поверхностей подземного пласта может также повышать размеры пор подземного пласта, способствуя извлечению углеводородного материала из подземного пласта. Кроме того, выделяющееся тепло можно использовать для снижения вязкости нефти.
Затем в ходе процесса извлечения 106 углеводороды можно извлекать (например, удалять) из подземного пласта. Можно также использовать поток дополнительного материала (например, вода, солевой раствор, пар и т.п.), который можно, например, подавать в подземный пласт через нагнетательную скважину, для обеспечения потока (например, вытеснение, отведение, выкачивание и т.п.) углеводородов из подземного пласта. Углеводороды могут включать конвертированные углеводороды, полученные (например, в ходе одного или более крекинг-процессов, описанных ранее) из углеводородного материала, отделенного (например, в результате высвобождения, соскабливания, отделения и т.п.) от поверхностей подземного пласта, и/или могут включать неконвертированные углеводороды, отделенные от поверхностей подземного пласта. Углеводороды можно извлекать из подземного пласта в виде части стабилизированной эмульсии. Стабилизированная эмульсия может включать эмульсию для отбора, при этом частицы (например, по крайней мере частично не прореагировавшие реакционно-способные частицы, оставшиеся протекторные частицы, частицы материала из подземного пласта, такие как частицы глины и т.п.) могут накапливаться на границе раздела фаз между диспергированной (например, углеводород) фазой и непрерывной (например, водный материал) фазой, прилипать к границе раздела и/или адсорбироваться на ней, для предотвращения коалесценции диспергированной фазы и непрерывной фазы, в основном ограничивая ее. В дополнительных вариантах стабилизированная эмульсия может включать стабилизированную ПАВ эмульсию, в которой ПАВ присутствует на границе раздела между диспергированной (например, углеводород) фазой и непрерывной (например, водный материал) фазой для предотвращения коалесценции диспергированной фазы и непрерывной фазы, в основном ограничивая ее. Частицы (например, по крайней мере частично не прореагировавшие реакционно-способные частицы, частицы катализатора, частицы материала из подземного пласта, такие как частицы глины и т.п.) могут также присутствовать на границе раздела между диспергированной фазой и непрерывной фазой стабилизированной ПАВ эмульсии, при этом любые частицы могут способствовать стабилизации стабилизированной ПАВ эмульсии. Один или более результатов процесса реакции 104 (например, повышенное давление, повышенная температура, сниженная вязкость углеводородов и т.п.) может способствовать перекачиванию стабилизированной эмульсии из подземного пласта (например, из подземного пласта и в эксплутационную скважину) в ходе процесса извлечения 106.
После извлечения из подземного пласта стабилизированную эмульсию можно подвергать дополнительной обработке. Например, стабилизированную эмульсию можно обрабатывать с использованием одной или более реакций (фильтрационные процессы, процессы осаждения и/или процессы расслоения и т.п.) для обеспечения коалесценции диспергированной и непрерывной фаз стабилизированной эмульсии и для отделения углеводородов от других компонентов (например, вода, солевой раствор, различные дисперстные материалы и т.п.), включенные в стабилизированную эмульсию. При необходимости отделенные углеводороды можно утилизировать.
В то время как допускаются различные модификации и альтернативные формы настоящего описания, конкретные варианты осуществления настоящего изобретения показаны со ссылкой на фигуру и подробно описаны в данном контексте. Однако описание не ограничивается различными конкретными формами. Наоборот, описание включает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, включенные в объем настоящего изобретения, как определено в пунктах прилагаемой формулы изобретения и их правомерных эквивалентах.