АКТИВАТОРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕВОДНЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД
ACTIVATORS FOR VISCOSIFICATION OF NON-AQUEOUS FLUIDS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке США № 61/719753, поданной 29 октября 2012 года, описание которой включается в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к повышению вязкости неводных текучих сред, содержащих органофильные глины, а более конкретно к повышению вязкости скважинных жидкостей. В частности, настоящее изобретение относится к активатору для использования в эксфолиантных органофильных глинах, используемых в различных применениях, например, в скважинных жидкостях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Органофильные глины широко используются в качестве агентов для контроля реологии в разнообразных системах растворителей. В частности, органофильные глины находят широкое применение в скважинных жидкостях, применение в операциях, связанных с обустройством, заканчиванием и добычей в природных углеводородных резервуарах. Типичные примеры таких операций включают бурение, гидроразрыв подземных формаций, модификацию проницаемости подземных формаций, операции каротажа, борьбу с песком, пакерные жидкости, и тому подобное.
В частности, при бурении глубоких скважин, использование органофильных глин в буровых растворах на основе нефти имеет определенные преимущества, несмотря на их значительно более высокую начальную стоимость. Преимущества текучих сред на основе нефти являются очевидными в водо-чувствительных формациях, например в набухающих сланцах, формациях нерастворимых солей и при высоких температурах. Эти текучие среды также используют для смазки бурильной колонны, в частности при бурении искривленных или наклонных скважин, для защиты от коррозии, и они имеют дополнительные преимущества, будучи пригодными для многократного использования.
Одна из главных функций органофильных глин в скважинных жидкостях на основе нефти, а также в препаратах на водной основе, заключается в их действии в качестве загустителей. Однако хорошо известно, что органофильные глины, предназначенные для набухания или повышения вязкости неводной скважинной жидкости, должны сначала расщепляться. Это обычно осуществляется с помощью малых количеств полярных молекул вводимых в качестве активаторов. Типичные активаторы для использования вместе с тиксотропными агентами для повышения вязкости, типа глин, такие как органофильные глины, включают воду, этанол, метанол, гликоли, силикат натрия, фторид натрия, магний силикофторид, карбонат кальция, полярные апротонные соединения, и тому подобное. Особенно предпочтительный и широко используемый активатор представляет собой пропиленкарбонат.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из аспектов, настоящее изобретение предлагает активатор для использования вместе с органофильными глинами в неводных текучих средах, в частности, в неводных скважинных жидкостях.
В другом аспекте, настоящее изобретение предлагает блок для повышения вязкости, для использования в неводных текучих средах.
В другом аспекте, настоящее изобретение предлагает скважинную жидкость, состоящую из неводной текучей среды, например текучей среды на основе углеводородов, органофильной глины и алкоксилированного спирта.
Еще в одном аспекте, настоящее изобретение предлагает способ обработки ствола скважины.
Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего далее подробного описания, в котором делаются ссылки на фигуры в прилагаемых чертежах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Термин "скважинная жидкость" или сходные термины относятся к любой текучей среде, которую используют в любой фазе разведки, бурения или добычи нефти и/или газа из подземных формаций.
Активаторы по настоящему изобретению представляют собой алкоксилированные спирты или смеси алкоксилированных спиртов, имеющих общую формулу:
X-O-(C<sub>n</sub>H<sub>2n</sub>O)<sub>y</sub>-(C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>O)<sub>z</sub>-H
I
где X представляет собой органильную группу, имеющую от 3 до 40 атомов углерода,
n равен 2, 3 или 4,
y равен 0-6,
и
z равен 3–20.
2
Органильная группа определяется как любой органический заместитель, который представляет собой остаток спирта и может иметь другие группы заместители, например -OH, NH-, Cl, и тому подобное.
В предпочтительном варианте осуществления, активаторы по настоящему изобретению представляют собой алкоксилированные спирты или смеси алкоксилированных спиртов, имеющих общую формулу:
CH<sub>3</sub>(C<sub>x</sub>H<sub>2x</sub>)-O-(C<sub>n</sub>H<sub>2n</sub>O)<sub>y</sub>-(C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>O)<sub>z</sub>-H
II
где x равен от 3 до 31,
n равен 2, 3 или 4,
y равен 0-6,
и
z равен 3-20.
Алкоксилированные спирты могут быть получены с помощью любого способа, хорошо известного специалистам в данной области. Следующие патенты США раскрывают такие способы: патент США № 8329609, патент США № 5627121, патент США № 5220077 и патент США № 4775653, все они включаются в настоящий документ посредством ссылок для всех целей.
В качестве общего правила, эффективность алкоксилатов спиртов, пригодных для использования в настоящем изобретении, может оцениваться с помощью значения гидрофильно-липофильного баланса (HLB) конкретного алкоксилата. Как хорошо известно, HLB алкоксилированных спиртов может оцениваться как процент массовый алкоксилированной части молекулы, деленный на 5, как рассматривается Rosen, Milton, J. and Kunjappu, Joy T., "Surfactants and Interfacial Phenomena" John Wiley & Sons, Fourth Edition 2012, page 357. Соответственно, для этоксилата, имеющего общую формулу:
3
2
x
2
2
n
CH(CH)-O-(CHCHO)-H
HLB может быть грубо вычислено следующим образом:
HLB = 100,44n/(5-(32+14x+44n))
Вообще говоря, HLB алкоксилатов спиртов, пригодных для использования в настоящем изобретении, будет составлять примерно от 8 примерно до 16, при этом HLB примерно от 12 примерно до 15 является предпочтительным.
Спирты или смеси спиртов, пригодных для использования в алкоксилатах спиртов по настоящему изобретению, включают, без ограничения, C6 спирт, C8 спирт, C8-C10 линейный спирт, C10-C12 линейный спирт, C12-C13 оксоспирт, изотридециловый спирт, 2-этилгексанол, 2-пропилгептанол, 2-бутилоктанол, 2-гексилдеканол, 2-октилдодеканол, 2-децилтетрадеканол, 2-додецилгексадеканол, линейные первичные спирты, и как линейные, так и/или разветвленные вторичные спирты. Особенно предпочтительными являются разветвленные спирты, имеющие от 4 до 32 атомов углерода.
Основные масла или текучие среды, которые можно использовать в композициях по настоящему изобретению, включают, но, не ограничиваясь этим, маслянистые жидкости. Как используется в настоящем документе, термин "маслянистая жидкость" означает углеводород или масло, которое является жидким при 25°C и является по существу несмешиваемым в водой. Маслянистые жидкости, пригодные для использования в настоящем документе, как правило, включают такие вещества, как дизельное масло, минеральное масло (включая минеральные масла с пониженным содержанием ароматических соединений), синтетические масла, такие как углеводороды, полученные по методу Фишера-Тропша (FT), полиолефины или изомеризованные полиолефины, сложноэфирные масла, глицериды жирных кислот, сложные алифатические эфиры, простые алифатические эфиры, алифатические ацетилы или другие такие углеводороды, и сочетания этих текучих сред. Особенно предпочтительными являются углеводородные жидкости, которые являются в основном линейными, в частности, такие углеводородные жидкости, полученные от способа, включающего реакцию FT, например, способа от газа до жидкости (GTL). Как правило, является предпочтительным, чтобы основное масло по настоящему изобретению имело относительно низкое содержание ароматических соединений, например, меньше примерно чем 2% масс ароматических соединений. Таблица 1 показывает различные основные масла, которые можно использовать.
Таблица 1
Получен-ный из нефти
Синтети-ческий
Линей-ный парафин
Изомер-ный парафин
Олефин
Сложный эфир
Описание
el
X
Внедорожное дизельное топливо №2
Оil
X
X
Гидрированный рафинат керосина, точка вспышки, например, 140°F (55°С)
70
X
X
Гидрированный рафинат керосина, точка вспышки, например, 170°F(70°С)
14-
X
X
Линейный парафин
00
X
X
X
Технологический поток из LPA-170 с побочными продуктами олефинов и сложных эфиров
-170
X
X
X
дистиллированное дизельное топливо Фишера-Тропша
18
X
X
16-18 внутренний олефин (Chevron-Phillips)
586
XX
X
XX
XX
X
Сложный эфир (Emerys Oleochemical)Shell ChemicalsExxon Mobile
110
Органофильная глина может представлять собой любой доступный тиксотропный агент для повышения вязкости органических жидкостей. Пригодные для использования органофильные глины включают продукты реакции типа смектита, гекторитные глины или другие глины и органические катионы, то есть, катионы четвертичного аммония (иногда упоминаемые как гелеобразователи для органофильных глин); смектитные глины; каолиновые глины; и тому подобное. Предпочтительные органофильные глины, используемые в качестве тиксотропного агента для повышения вязкости, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения представляют собой глину типа смектита, которая выбирается из группы, состоящей из бентонита, гекторита, монтмориллонита, нонтронита, бейделлита, сапонита, стивенсита и их смеси, наиболее предпочтительно, это бентонит или гекторит. Предпочтительные катионы четвертичного аммония, в случае, когда используемая глина представляет собой продукт реакции глины и соединения четвертичного аммония, выбирают из группы, состоящей из метилтригидрированного таллового аммония, диметилдегидрированного таллового аммония, диметилбензилгидрированного таллового аммония, метилбензилдегидрированного таллового аммония и их смесей. Иллюстративные органические глины и гелеобразователи для глин, пригодные для использования вместе с композициями, описанными в настоящем документе, приведены в следующих патентах США, все они включаются в настоящий документ в качестве ссылок в той части, которая имеет к нему отношение: патент США № 2531427; патент США № 2966506; патент США № 4105578 и патент США № 4208218. Иллюстративные коммерчески доступные органофильные глины, пригодные для использования вместе с композициями, описанными в настоящем документе, представляют собой CLAYTONE.RTM. IMG 400 Claytone ER, Claytone EM, и Claytone II, доступные от Southern Clay Products, Inc., Gonzalez, Tex., U.S.A., или Bentone 34, Bentone 150 и BENTONE.RTM. 38 Organoclay (коммерческий продукт на основе гекторита, доступный от ряда поставщиков).
Таблицы 2 и 3, ниже, показывают воздействие HLB типичных этоксилатов спиртов в композициях, содержащих неводную основную текучую среду ODC FT-140 (дизельное топливо GTL) и органофильную глину, поставляемую на рынок Southern Clay Products как Claytone II.
Таблица 2
Гидрофобный агент
моли EO
HLB
Статическое состаривание в течение 16 часов при комнатной температуре
Пиковая вязкость<sup>1</sup> (сП)
NOVEL23<sup>2</sup>
2
6,3
разделение
0
NOVEL23
4
9,5
разделение
0
NOVEL23
7
12,3
гомогенный
Не измерено
NOVEL23
9
13,4
гомогенный
18,579
NOVEL23
12
14,6
разделение
5,379
NOVEL23
40
18,0
Полное разделение
0
<sup>1</sup> Измерено с помощью вискозиметра Brookfield LVDV II+ Pro
<sup>2</sup> Этоксилат C<sub>12</sub>-C<sub>13</sub> спирта, поставляемый на рынок Sasol North America, Inc.
Таблица 3
Гидро-фобный агент
Моли EO
HLB
Статическое состаривание в течение 16 часов при комнатной температуре
Пиковая вязкость<sup>2</sup> (сП)
NOVEL 6<sup>3</sup>
2
9,3
гомогенный
14,597
NOVEL 6
4
12,7
гомогенный
18,896
NOVEL 6
6
14,4
Густой и гомогенный
26,994
NOVEL 6
9,5
16,1
разделение
0
NOVEL 6
12
16,8
разделение
0
NOVEL 6
12*
16,8
Полное разделение
0
<sup>3</sup> Этоксилат C6 спирта, поставляемый на рынок Sasol North America, Inc.
Таблицы 2 и 3 демонстрируют, что, по меньшей мере, для этоксилатов спиртов показано, что в этой конкретной системе основной текучей среды, типа органофильной глины и температуры, предпочтительным является HLB примерно от 12 примерно до 15.
Блок для повышения вязкости по настоящему изобретению содержит активирующий агент и органофильную глину, оба - как описано выше. Вообще говоря, активаторы по настоящему изобретению будут присутствовать в блоке для повышения вязкости в количестве примерно от 30% масс примерно до 50% масс в расчете на органофильную глину, органофильная глина присутствует в количестве от 50% масс до 70% масс. Когда блок для повышения вязкости присутствует в скважинной жидкости, он будет присутствовать в количестве примерно от 0,2 примерно до 4,0% масс от скважинной жидкости.
Таблица 4 ниже показывает воздействие различных этоксилатов спиртов в композициях, содержащих неводную основную текучую среду LPA-170, поставляемую на рынок Sasol North America, Inc., и органофильную глину, поставляемую на рынок Southern Clay Products как Claytone II.
Таблица 4
Cпирт
Моли EO
Пиковая вязкость (сП)
NOVEL 6
2
0
NOVEL 6
4
11747,636
NOVEL 6
6
0
NOVEL 6
12
29369,09
NOVEL 23
5
0
NOVEL 23
9
17621,454
NOVEL 23
15
5873,818
NOVEL TDA<sup>4</sup>
12
35242,908
N810<sup>5</sup>
2
0
N810
4,5
0
N1012<sup>6</sup>
9
0
ISALCHEM 123<sup>7</sup>
9
0
ALFONIC TDA<sup>8</sup>
9
35242,908
PPC/NOVEL 6 (80/20)<sup>9</sup>
12
29369,09
PPC/NOVEL 6 (50/50)
12
35242,908
PPCT/NOVEL 6 (80/20)
12
64,612
ISOFOL 12<sup>10</sup>
9
29369,09
LIAL 123<sup>11</sup>
12
11747,636
<sup>4 </sup>Этоксилат C<sub>13</sub> изотридецилового спирта - катализатор NOVEL, продается Sasol North America, Inc.
<sup>5 </sup>Этоксилат C<sub>8</sub>-C<sub>10</sub> линейного спирта Циглера, продается Sasol North America, Inc.
<sup>6 </sup>Этоксилат C<sub>10</sub>-C<sub>12</sub> линейного спирта Циглера, продается Sasol North America, Inc.
<sup>7 </sup>Этоксилат C<sub>l2</sub>-C<sub>13</sub> оксоспирта разветвление >90%, продается Sasol North America, Inc.
<sup>8 </sup>Этоксилат C<sub>13</sub> изотридецилового спирта - катализатор ALFONIC, продается Sasol North America, Inc.
<sup>9 </sup>Смесь полипропиленкарбоната и этоксилата C6 спирта
<sup>10 </sup>Этоксилат C<sub>12 </sub>спирта Гербе, продается Sasol North America, Inc.
<sup>11 </sup>Этоксилат C<sub>12</sub>-C<sub>13</sub> оксоспирт, разветвление примерно 50%, продается Sasol North America, Inc.
Таблица 4 показывает, что различные активаторы имеют различную эффективность в различных растворителях. Таким образом, активатор должен подбираться для соответствия рассматриваемому растворителю. Следующие далее неограничивающие примеры дополнительно демонстрируют настоящее изобретение.
Пример 1
12
В Примере 1, 1,5 мл активатора NOVEL 8-6 смешивают в 100 мл растворителя при низкой скорости. Четыре исследуемых растворителя представляют собой низкотемпературный дистиллят Фишера-Тропша (LTFT) ODC-140, дистиллят LTFT SA-140, дистиллят LTFT SA-170 смесь и HF-1000. После смешивания добавляют 3,0 грамма органофильной глины Claytone II. Реостат миксера поднимают до 100, и смесь перемешивают в течение 20 минут. Глину хранят в стеклянной банке в течение ночи. После статического состаривания при условиях окружающей среды в течение 16 часов, никакого разделения или оседания не наблюдают, и смесь повторно гомогенизируют в течение 30 секунд. Затем измеряют вязкость при низкой скорости сдвига с использованием соответствующего шпинделя при 0,3 об/мин в течение 3 минут. Результаты показаны на Фиг.1. Как показано, NOVEL 8-6 достигает самой высокой вязкости с помощью SA 170.
Пример 2
13
Повторяют эксперимент Примера 1, но используемый активатор представляет собой NOVEL 1012-9. Результаты показаны на Фиг.2, и они показывают, что самая высокая вязкость достигается с помощью образца ODC-140.
Пример 3
14
Повторяют эксперимент Примера 1, но используемый активатор представляет собой NOVEL23-9. Результаты показаны на Фиг.3, и они показывают, что самая высокая вязкость достигается с помощью SA-140.
12
8
Этоксилат C спирта, имеющий 6 моль этоксилата, продается Sasol North America, Inc.
13
10
12
Этоксилат C-C линейного спирта Циглера продается Sasol North America, Inc.
14
12
13
Этоксилат C–C спирта, поставляемый на рынок Sasol North America, Inc.)
В экспериментах указанных выше, все три активатора достигают повышения вязкости органофильной глины, но каждый из них лучше всего соответствует конкретному растворителю. Таким образом, выбор активатора по настоящему изобретению может подбираться для оптимальных рабочих характеристик с растворителем.
Хотя выше упоминается основная композиция по настоящему изобретению как являющаяся неводной, необходимо понять, что в определенных случаях, добавление малого количества воды в качестве дополнительного активатора может дополнительно улучшать характеристики суспендирования получаемой в результате среды суспендирования для органофильной глины. Когда она используется, вода будет, как правило, присутствовать в композиции в количестве примерно от 30% масс примерно до 50% масс в расчете на органофильную глину.
Хотя в описании, выше, упоминается использование активаторов по настоящему изобретению в сочетании с органофильными глинами, используемыми в скважинных жидкостях, будет понятно, что настоящее изобретение этим не ограничивается. Как хорошо известно специалистам в данной области, активированные органофильные глины хорошо известны в связи с их способностью к гелеобразованию и повышению вязкости в органических жидкостях многих типов. Таким образом, в дополнение к скважинным жидкостям, например, буровым жидкостям, они могут найти широкое применение в красках, смазках и смолах для стекловолокна. Они могут также использоваться в косметике, красках для печати и в препаратах для отделки.
Будет очевидно, при использовании в качестве скважинной жидкости, композиция по настоящему изобретению может содержать определенные ингредиенты или добавки, подобранные для конкретного использования в скважинной жидкости. Таким образом, например, если скважинная жидкость представляет собой герметизирующую композицию для герметизации подземных зон, могут также использоваться водорастворимые глины, агенты для поперечной сшивки, диспергирующие агенты, цементы, наполнители, и тому подобное. В случае композиций текучих сред для обработки скважин с изменением вязкости, пригодных для использования при бурении под управляемым давлением (MPD), композиция может также содержать эмульгаторы, смачивающие агенты, добавки для контроля потерь текучих сред и утяжеляющие материалы. Кроме того, как хорошо известно, текучие среды для заканчивания, как правило, состоят из прозрачных солевых растворов, содержащих такой материал как хлорид аммония, хлорид натрия, бромид натрия, и тому подобное. Композиции по настоящему изобретению могли бы использоваться для улучшения диспергирования добавок, полученных в результате текучих сред для заканчивания, так что суспендированные частицы остаются суспендированными в течение более продолжительных периодов времени или при более высоких температурах перед введением в текучие среды для заканчивания. Текучие среды для гидроразрыва в соответствии с настоящим изобретением, в дополнение к блоку для повышения вязкости, могут содержать пропанты, определенные полимерные материалы и другие ингредиенты. Способы использования различных скважинных жидкостей для определенных целей хорошо известны специалистам в данной области и также рассматриваются настоящим изобретением. Как правило, скважинные жидкости по настоящему изобретению могут содержать добавку, выбранную из группы, состоящей из эмульгаторов, смачивающих агентов, загустителей, утяжеляющих агентов, агентов для контроля потери текучих сред, пропантов и агентов в виде частиц для формирования гравийных набивок.
Хотя в настоящем документе описываются конкретные варианты осуществления настоящего изобретения в некоторых деталях, это делается исключительно для целей пояснения различных аспектов настоящего изобретения, и как предполагается, не ограничивает рамки настоящего изобретения, как определяется в следующей далее формуле изобретения. Специалисты в данной области поймут, что показанный и описанный вариант осуществления является иллюстративным, и различные другие замены, изменения и модификации, включая, но, не ограничиваясь этим, изменения конструкций, конкретно описанных в настоящем документе, могут осуществляться при осуществлении настоящего изобретения без отклонения от его рамок.