ПОПЕРЕЧНО-СШИТЫЙ ГЕЛЬ НА ОСНОВЕ АКРИЛАМИДНОГО ПОЛИМЕРА ИЛИ СОПОЛИМЕРА И КОМПОЗИЦИИ РАЗЖИЖИТЕЛЯ, А ТАКЖЕ СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
CROSS-LINKED GEL BASED ON ACRYLAMIDE POLYMER OR COPOLYMER AND BREAKER COMPOSITION, AS WELL AS METHODS FOR USE THEREOF

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящее изобретение испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №61/922,517, поданной 31 декабря 2013.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к композициям и жидкостям для обработки скважин для применения в системах гидроразрыва.
Предшествующий уровень техники
При бурении, заканчивании и стимуляции нефтяных и газовых скважин в отверстия стволов скважин часто закачивают жидкости для обработки приствольной зоны под высоким давлением и при высокой скорости потока, что приводит к разрыву пласта породы, окружающей ствол скважины. Тип обработки скважин, обычно используемый для стимулирования добычи углеводородов из подземной зоны, через который проходит ствол скважины, представляет собой гидравлический разрыв пласта. Гидравлический разрыв пласта, называемый также гидроразрывом (или фрэкингом), используется для инициирования производства в низкопроницаемых коллекторах и для повторной стимуляции производства в старых добывающих скважинах. При гидроразрыве в скважину закачивают композицию жидкости под давлением, которое эффективно для образования разрывов в окружающей горной породе. Гидроразрыв используют как для открытия трещин, которые уже присутствуют в формации, так и для создания новых трещин.
Проппанты, такие как песок и керамика, используют для поддержания индуцированных трещин открытыми во время и после гидроразрыва пласта. Для помещения проппантов внутри трещины частицы проппанта суспендируют в жидкости, которую закачивают в подземную формацию. Как правило, эта жидкость имеет вязкость, достаточную для поддержания суспензии частиц.
Для идеальной эффективности жидкость гидроразрыва должна быть достаточно вязкой, чтобы создать трещину достаточной ширины и иметь возможность транспортировать большое количество проппантов в трещину. Для повышения вязкости в этих жидкостях можно использовать модификаторы реологии (загустители или повышающие вязкость агенты). Вязкость жидкости можно повысить или модифицировать путем добавления синтетических и/или натуральных полимеров. Примеры жидкостей, улучшенных полимерами, включают системы «скользкой воды» («slickwater») (жидкость гидроразрыва с пониженным трением), системы линейного геля и системы сшитого геля.
Система сшитого геля является более вязким типом жидкости гидроразрыва, используемой для транспортировки проппанта. В системах сшитого геля линейный полимер или гель, например жидкость на основе гуара или модифицированного гуара, сшивают с помощью добавляемых реагентов, таких как борат, цирконат и титанат, в присутствии щелочи. Наиболее распространенный вариант сшитого геля известен в данной области техники как гуар-боратный гель. При сшивании линейного полимера в жидкость сшитого геля вязкость жидкости возрастает и можно эффективно суспендировать проппанты.
После того, как жидкость гидроразрыва доставила проппант в трещину или доставила песок в операции гравийной набивки или гидроразрыва, совмещенного с установкой гравийного фильтра, часто желательно понизить вязкость жидкости гидроразрыва таким образом, чтобы эту жидкость можно было извлечь из пласта с использованием минимальной энергии. Удаление отработанных жидкостей гидроразрыва из подземного пласта, как правило, требуется для осуществления добычи углеводородов. Это снижение вязкости жидкости гидроразрыва часто достигается с помощью разжижителя, который разрушает сшивки в сшитых гелях.
Синтетические полимеры, например полиакриламидные (РАМ) полимеры, могут образовывать постоянный гель в кислой среде с металлическими сшивающими агентами, такими как комплексы на основе алюминия, хрома, циркония и титана. Такие гели могут быть использованы, например, для контроля соответствия требованиям в приложениях повышенной нефтеотдачи пластов (EOR), где последующее разрушение для значительного снижения вязкости не является необходимым. Однако, при применении жидкостей гидроразрыва кислотность пласта при гидроразрыве, как правило, не является высокой, и разрушение сшитого геля улучшает извлечение жидкости.
Сущность изобретения
В данном описании раскрыты жидкости для обработки скважины, содержащие первую композицию, содержащую мономеры акриламидного полимера или сополимера, или водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; вторую композицию, содержащую один или более сшивающих агентов; и композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений. Также в данном описании раскрыты жидкости для обработки скважины, содержащие гелевую композицию и композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений; где гелевая композиция содержит акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов. Также предложены способы обработки ствола скважины или гидроразрыва подземного пласта с использованием жидкости для обработки скважины. Способы обработки ствола скважины или гидроразрыва подземного пласта включают введение в ствол скважины: первой композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера, или водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов; и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений. Способ обработки ствола скважины или гидроразрыва подземного пласта включает введение в ствол скважины гелевой композиции и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; где гелевая композиция содержит акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов.
Данное изобретение будет более понятным при ссылке на следующее подробное описание различных признаков изобретения и примеров, включенных в данное раскрытие.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показаны результаты анализов вязкости для иллюстративных гелей в соответствии с вариантами осуществления изобретения и гуарового геля.
На фиг. 2 и 3 показано изменение вязкости для композиций, содержащих иллюстративные гели и иллюстративные гели в комбинации с иллюстративными разжижителями.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает определенные жидкости для обработки скважины и способы обработки ствола скважины или гидроразрыва подземного пласта. Жидкости и способы, в которых используют акриламидные полимеры или сополимеры, сшитые определенными сшивающими агентами, и композиции разжижителя, содержащие одно или более железосодержащих соединений, предназначены для использования в системах гидроразрыва. В частности, такие жидкости и способы могут быть использованы для доставки проппантов в трещины и для повышения извлечения жидкости в системах гидроразрыва. Иллюстративные жидкости и способы могут быть использованы для облегчения замены сшитого гуара в системах гидроразрыва с сопоставимой или улучшенной производительностью.
Полимерные и гелевые композиции
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения композиция содержит акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов. В иллюстративных вариантах осуществления композиция представляет собой гелевую композицию. В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию получают путем объединения мономеров акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов. В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию получают путем объединения водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов. В иллюстративных вариантах осуществления мономеры акриламидного полимера или сополимера можно получить в виде композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера. В иллюстративных вариантах осуществления водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера можно получить в виде композиции, содержащей водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера. В иллюстративных вариантах осуществления водная дисперсия или эмульсия акриламидного полимера или сополимера представляет собой тонкую водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера. В иллюстративных вариантах осуществления один или более сшивающих агентов можно получить в виде композиции, содержащей один или более сшивающих агентов. В иллюстративных вариантах осуществления каждый из мономеров акриламидного полимера или сополимера, и одного или более сшивающих агентов находятся в виде водных растворов, дисперсий или эмульсий.
Используемый в данном описании термин «акриламидный полимер» относится к гомополимеру акриламида и охватывает химически модифицированные полимеры акриламида (например, гидролизованные) после полимеризации.
Используемый в данном описании термин «акриламидный сополимер» относится к полимеру, содержащему акриламидный мономер и один или более сомономеров. Сомономер может быть анионным, катионным или неионным. В некоторых вариантах осуществления сомономер является гидрофобным. Акриламидный сополимер может быть немодифицированным или химически модифицированным. Иллюстративные, но не ограничивающие сомономеры включают акриловую кислоту, винилацетат, виниловый спирт и/или другие ненасыщенные виниловые мономеры.
В одном варианте осуществления акриламидный сополимер включает анионный сомономер. В некоторых вариантах осуществления анионный мономер выбирают из группы, состоящей из (мет)акриловой кислоты, солей (мет)акриловой кислоты с щелочными, щелочноземельными металлами и аммонием, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, солей 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты с щелочными, щелочноземельными металлами и аммонием, солей малеиновой кислоты, малеиновой кислоты с щелочными, щелочноземельными металлами и аммонием, и тому подобного.
В другом варианте осуществления изобретения акриламидный сополимер включает катионный сомономер. В некоторых вариантах осуществления изобретения катионный мономер выбирают из группы, состоящей из хлорида (мет)акриламидоэтилтриметиламмония, хлорида (мет)акриламидопропилтриметиламмония и тому подобного.
В другом варианте осуществления изобретения акриламидный сополимер включает неионный сомономер. В некоторых вариантах осуществления неионный мономер выбирают из группы, включающей (мет)акриламид, малеиновый ангидрид.
В иллюстративном варианте осуществления акриламидный сополимер включает акриламидный мономер и анионный сомономер, но не включает катионный сомономер.
В одном из вариантов осуществления акриламидный полимер или сополимер характеризуется зарядом от приблизительно 0% до приблизительно 40%, от приблизительно 5% до приблизительно 35%, от приблизительно 15% до приблизительно 30%, от приблизительно 15% до приблизительно 20% или от приблизительно 20% до приблизительно 30%. В одном из вариантов осуществления заряд находится в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 35% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования. В другом варианте осуществления заряд находится в пределах от приблизительно 15% до приблизительно 20% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования.
В другом варианте осуществления акриламидный полимер или сополимер характеризуется зарядом приблизительно 10%, приблизительно 15%, приблизительно 20%, приблизительно 25%, приблизительно 30%, приблизительно 35% или приблизительно 40%. В иллюстративном варианте осуществления заряд представляет собой анионный заряд.
Диапазон заряда гелевой композиции, раскрытой в данном описании, является функцией заряда полиакриламидного сополимера, содержащего заряженные мономеры, или химически модифицированного полиакриламидного полимера или сополимера.
В конкретном варианте осуществления акриламидный сополимер содержит от приблизительно 30 до приблизительно 90, от приблизительно 40 до приблизительно 80, от приблизительно 50 до приблизительно 70 или приблизительно 60 мол. % акриламида.
В конкретном варианте осуществления изобретения массовое соотношение акриламидного мономера к одному или более сомономеров составляет приблизительно от 10:90 до 90:10.
В конкретном варианте осуществления изобретения акриламидный полимер или сополимер характеризуется степенью гидролиза от приблизительно 5 до приблизительно 10%, от приблизительно 10 до приблизительно 15%, от приблизительно 15 до приблизительно 20%, от приблизительно 20 до приблизительно 25%, от приблизительно 25 до приблизительно 30% или больше, чем приблизительно 30%. В более конкретном варианте осуществления акриламидный полимер или сополимер характеризуется степенью гидролиза приблизительно 15, приблизительно 16, приблизительно 17, приблизительно 18, приблизительно 19 или приблизительно 20%.
В одном из вариантов осуществления изобретения акриламидные полимеры или сополимеры являются диспергируемыми в воде.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения гелевую композицию, содержащую акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов, получают путем объединения мономеров акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов в водном растворе при pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, и где молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в диапазоне приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0.
В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию, содержащую акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов, получают путем объединения водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов в водном растворе при pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, и где молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в диапазоне приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0.
В иллюстративных вариантах осуществления композицию, содержащую акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов, получают путем объединения мономеров акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов в водном растворе при pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12 или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, и где молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в диапазоне приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0.
В иллюстративных вариантах осуществления композицию, содержащую акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов, получают путем объединения тонкой водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов в водном растворе при pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, и де молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в диапазоне приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0, или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0.
В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимер или сополимер имеет средневесовую молекулярную массу, которая больше или равна приблизительно 0,5 миллиона г/моль. В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимер или сополимер имеет средневесовую молекулярную массу в диапазоне от приблизительно 0,5 миллиона г/моль до приблизительно 30 миллионов г/моль.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения количество акриламидного полимера или сополимера, используемого в гелевой композиции, может изменяться в широких пределах в зависимости от конкретного используемого полимера, чистоты полимера и свойств, желательных в конечной композиции. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения количество полимера, используемого в композициях, находится в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 5, от приблизительно 0,1 до приблизительно 3, от приблизительно 0,2 до приблизительно 2, или от приблизительно 0,3 до приблизительно 1 массовых процентов в пересчете на общую массу композиции.
Используемые в данном описании термины "полимер", "полимеры", "полимерные" и аналогичные термины используются в их обычном смысле, как понятно специалисту в данной области техники, и, таким образом, могут быть использованы здесь для обозначения или описания большой молекулы (или группы таких молекул), которая содержит повторяющиеся звенья. Полимеры могут быть получены различными способами, включая полимеризацию мономеров и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев в полимере-предшественнике. Полимер может быть "гомополимером", содержащим по существу одинаковые повторяющиеся звенья, полученным, например, полимеризацией конкретного мономера. Полимер может быть также "сополимером", состоящим из двух или более различных повторяющихся звеньев, полученным, например, сополимеризацией двух или более различных мономеров, и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев полимера-предшественника. Сополимер может быть "терполимером", содержащим три или более различных повторяющихся звеньев, полученным, например, сополимеризацией трех или более различных мономеров, и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев полимера-предшественника. Сополимер может быть "тетраполимером", содержащим четыре или более различных повторяющихся звеньев, полученным, например, сополимеризацией четырех или более различных мономеров, и/или путем химической модификации одного или более повторяющихся звеньев полимера-предшественника.
В иллюстративных вариантах осуществления один или более сшивающих агентов включает неорганическое соединение, например соединение, содержащее цирконий, титан, хром, барий, кальций, марганец, цинк, никель, стронций, бор или их смеси. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения соединение представляет собой борную кислоту или борат. В иллюстративных вариантах осуществления неорганическое соединение представляет собой соединение, которое высвобождает многовалентные ионы металлов.
В иллюстративных вариантах осуществления один или более сшивающих агентов включает органическое соединение, например, глиоксаль, малоновый диальдегид, янтарный диальдегид, глутаровый альдегид, адипиновый альдегид, о-фталевый альдегид, м-фталевый альдегид, п-фталевый альдегид, любое подходящее диальдегидное соединение, полиэтиленимин, фенолоформальдегид, глиоксиловую кислоту или их смеси. В иллюстративных вариантах осуществления один или более сшивающих агентов включает диальдегид, например глиоксаль, малоновый диальдегид, янтарный диальдегид, глутаровый альдегид, адипиновый альдегид, о-фталевый альдегид, м-фталевый альдегид, п-фталевый альдегид, любое подходящее диальдегидное соединение и их смеси. В некоторых вариантах осуществления изобретения альдегид представляет собой глиоксаль.
В иллюстративных вариантах осуществления один или более сшивающих агентов используют для сшивания акриламидных звеньев полимера. В иллюстративных вариантах осуществления диальдегид используют для сшивания акриламидных звеньев полимера.
В одном варианте осуществления гелевая композиция включает акриламидный полимер или сополимер, сшитый глиоксалем. В конкретном варианте осуществления гелевая композиция содержит акриламидный полимер или сополимер, сшитый глиоксалем, где акриламидный полимер или сополимер характеризуется зарядом в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 40% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования. В одном из вариантов осуществления заряд находится в диапазоне от приблизительно 15% до приблизительно 20% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования. В конкретном варианте осуществления заряд составляет приблизительно 10%, приблизительно 15%, приблизительно 20%, приблизительно 25%, приблизительно 30%, приблизительно 35% или приблизительно 40%.
В другом варианте осуществления гелевая композиция содержит акриламидный сополимер, сшитый глиоксалем. В конкретном варианте осуществления гелевая композиция содержит акриламидный сополимер, сшитый глиоксалем, где акриламидный сополимер характеризуется зарядом в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 40% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования. В одном из вариантов осуществления заряд находится в диапазоне от приблизительно 15% до приблизительно 20% и придает особенно высокую вязкость, что обеспечивает существенную эффективность суспендирования. В конкретном варианте осуществления заряд составляет приблизительно 10%, приблизительно 15%, приблизительно 20%, приблизительно 25%, приблизительно 30%, приблизительно 35% или приблизительно 40%.
В иллюстративных вариантах осуществления молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера составляет более приблизительно 0,2, приблизительно 0,3, приблизительно 0,4, приблизительно 0,5, приблизительно 0,6, приблизительно 0,7, приблизительно 0,8, приблизительно 0,9, приблизительно 1,0, приблизительно 1,1, приблизительно 1,2, приблизительно 1,3, приблизительно 1,4, приблизительно 1,5, приблизительно 1,6, приблизительно 1,7, приблизительно 1,8, приблизительно 1,9, приблизительно 2,0. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения молярное отношение диальдегида к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в интервале приблизительно больше, чем приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0, от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,0, от приблизительно 0,7 до приблизительно 2,0, от приблизительно 0,8 до приблизительно 2,0, от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,0, от приблизительно 1,1 до приблизительно 2,0 или от приблизительно 1,0 до приблизительно 1,5. В конкретном варианте осуществления молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера составляет более приблизительно 1,0.
В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию получают путем объединения мономеров акриламидного полимера или сополимера и одного или более сшивающих агентов в водном растворе при pH более приблизительно 5,0, приблизительно 5,5, приблизительно 6,0, приблизительно 6,5, приблизительно 7,0, приблизительно 7,5, приблизительно 8,0, приблизительно 8,5, приблизительно 9,0, приблизительно 10,0, приблизительно 10,2, приблизительно 10,5, приблизительно 10,7, приблизительно 11 или приблизительно 11,5. В иллюстративных вариантах осуществления pH находится в пределах от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, от приблизительно 8,5 до приблизительно 11, от приблизительно 9,0 до приблизительно 11, от приблизительно 10 до приблизительно 11 или от приблизительно 10,2 до приблизительно 10,7. В конкретном варианте осуществления pH составляет более приблизительно 9,0. Агенты, модифицирующие pH, которые могут быть использованы для изменения pH геля или композиции, из которой образуется гель, представляют собой любые подходящие агенты, модифицирующие pH, например основные соединения, которые являются инертными по отношению к полимеру и одному или более сшивающим агентам, например неорганические соединения, такие как гидроксиды или соли щелочных и щелочноземельных металлов, включая, но не ограничиваясь карбонатом или фосфатом щелочного металла.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения образование гелевой композиции или сшивание акриламидного полимера или сополимера, и одного или более сшивающих агентов происходит в течение менее, чем приблизительно 1 ч, приблизительно 40 минут, приблизительно 30 минут, приблизительно 20 минут, приблизительно 10 минут, приблизительно 5 минут, приблизительно 2 минут или приблизительно 1 минуты.
-1
В иллюстративных вариантах осуществления композиции или гелевые композиции в соответствии с вариантами осуществления имеют комплексную вязкость, которая больше или равна приблизительно 100 сП при приблизительно 100 сек.
В иллюстративных вариантах осуществления способ получения гелевой композиции включает объединение или приведение в контакт акриламидного полимерного или сополимерного компонента со сшивающим компонентом в водной среде при pH в интервале от приблизительно 5 до приблизительно 12 или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, где молярное отношение одного или более сшивающих агентов в сшивающем компоненте к мономерам акриламидного полимера или сополимера в акриламидном полимерном или сополимерном компоненте находится в интервале приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0 или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0, при температуре и в течение периода времени, достаточного для получения гелевой композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимерный или сополимерный компонент включает в себя или находится в форме тонкой водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера. В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимерный или сополимерный компонент включает или находится в форме мономеров акриламидного полимера или сополимера в растворе, дисперсии или эмульсии. В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимерный или сополимерный компонент содержит приблизительно 0,4 масс. % акриламидного полимера или сополимера в растворе, дисперсии или эмульсии.
В иллюстративных вариантах осуществления сшивающий компонент включает в себя или находится в форме одного или более сшивающих агентов в водном растворе. В иллюстративных вариантах осуществления сшивающий компонент содержит от приблизительно 0,06 до приблизительно 0,7 масс. % одного или более сшивающих агентов в водном растворе. В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимерный или сополимерный компонент и сшивающий компонент, каждый независимо, доводят до pH в интервале от приблизительно 5 до приблизительно 12 или от приблизительно 7,5 до приблизительно 11 перед стадией объединения или приведения в контакт компонентов.
В иллюстративных вариантах осуществления водная среда включает в себя или находится в форме водного раствора, водной эмульсии, водной дисперсии или водной суспензии.
В иллюстративных вариантах осуществления способ получения гелевой композиции включает объединение или приведение в контакт мономеров акриламидного полимера или сополимера, или тонкой водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера, с одним или более сшивающих агентов в водном растворе при pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, в котором молярное отношение одного или более сшивающих агентов к мономерам акриламидного полимера или сополимера находится в интервале приблизительно больше, чем приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0 или от 0,2 до приблизительно 2,0, при температуре и в течение периода времени, достаточного для получения гелевой композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления акриламидный полимерный или сополимерный компонент получают путем фрагментирования, встряхивания или перемешивания акриламидного полимера или сополимера в водной среде до получения тонкой дисперсии или эмульсии. В иллюстративных вариантах осуществления pH тонкой водной дисперсии или эмульсии акриламидного полимера или сополимера регулируют по желанию, например, доводят pH до диапазона от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11.
В иллюстративных вариантах осуществления стадия объединения или приведения в контакт акриламидного полимерного или сополимерного компонента со сшивающим компонентом в водном растворе включает фрагментирование, встряхивание или перемешивание компонентов с образованием тщательно перемешанной смеси или гелевой композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления регистрируют конечное pH смеси или гелевой композиции и тестируют на вязкость с использованием вискозиметра (например, Grace Instrument М5600 НРНТ Viscometer или Grace М3600 Viscometer).
В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию получают при температуре выше или равной приблизительно 20°С, приблизительно 30°С, приблизительно 40°С, приблизительно 50°С, приблизительно 60°С, приблизительно 70°С, приблизительно 80°С или приблизительно 90°С. В иллюстративных вариантах осуществления гелевую композицию получают в течение периода времени от приблизительно 1 минуты до приблизительно 24 часов, от приблизительно 5 минут до приблизительно 2 часов или от приблизительно 10 минут до приблизительно 1 часа.
В иллюстративных вариантах осуществления для получения полимеров, описанных в настоящем документе, можно использовать эмульсионную полимеризацию.
Разжижители
Используемый в данном описании термин "разжижитель" относится к любому соединению или смеси соединений, которые снижают вязкость жидкости для обработки скважины. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель представляет собой железосодержащее соединение, например, соединение двухвалентного железа, соль двухвалентного железа, соединение трехвалентного железа или соль трехвалентного железа. В иллюстративных вариантах осуществления соль двухвалентного железа представляет собой, например, соль двухвалентного железа, имеющую органический анион, соль двухвалентного железа, имеющую неорганические анионы, или их смесь. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель или соль двухвалентного железа представляет собой хлорид двухвалентного железа, бромид двухвалентного железа, фторид двухвалентного железа, сульфат двухвалентного железа, сульфат аммония и двухвалентного железа и их комбинации. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель в виде соли двухвалентного железа содержит сульфат двухвалентного железа.
В иллюстративных вариантах осуществления соль трехвалентного железа представляет собой, например, соль трехвалентного железа, имеющую органический анион, соль трехвалентного железа, имеющую неорганический анион, или их смесь. В иллюстративных вариантах осуществления соль трехвалентного железа представляет собой, например, соль трехвалентного железа, имеющую органический анион, соль трехвалентного железа, имеющую неорганический анион, или их смесь. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель или соль трехвалентного железа представляет собой цитрат трехвалентного железа, хлорид трехвалентного железа, бромид трехвалентного железа, фторид трехвалентного железа, сульфат трехвалентного железа, а также их комбинации. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель в виде соли трехвалентного железа содержит цитрат трехвалентного железа.
В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель может быть использован или объединен с другими разжижителями, например, с сульфатом аммония, персульфатом аммония, с ферментами, соединениями меди, этиленгликолем, гликолевыми эфирами и их комбинациями. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель содержит цитрат двухвалентного железа в сочетании с персульфатом аммония. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель содержит сульфат двухвалентного железа в сочетании с персульфатом аммония.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения разжижитель может быть использован для облегчения разложения иллюстративной гелевой композиции или акриламидного полимера или сополимера, как описано в настоящем документе. В иллюстративных вариантах осуществления разжижитель может быть использован для уменьшения вязкости иллюстративной гелевой композиции. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения разжижитель может быть использован для облегчения разложения гелевой композиции или акриламидного полимера или сополимера на олигомерные фрагменты.
В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя может состоять по существу из одного или более железосодержащих соединений или может дополнительно содержать одно или более железосодержащих соединений, растворителей, разбавителей, других разжижителей и/или других подходящих добавок.
2
5
В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя может содержать или ее можно использовать в сочетании с одним или более соединений или агентов, которые могут усиливать или повышать эффективность композиции разжижителя, например, с соединениями-усилителями. Иллюстративные соединения-усилители могут быть использованы для повышения скорости разрушения по сравнению со скоростью разрушения соединения или композиции разжижителя в отсутствие соединений-усилителей. Например, соединения-усилители включают в себя, но не ограничиваются этим, мочевину, этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, например натриевые соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, или другие хелатирующие агенты, такие как лимонная кислота, аминотрикарбоновая кислота и ее соли, полифосфонатные и полифосфатные соединения, борная кислота и ее соли, карбонатные соли щелочных металлов, диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПА), гуминовые кислоты и лигносульфаты. Полифосфонаты включают, например, этилендиаминтетра(метиленфосфоновую кислоту); 1-гидроксиэтилиден-1, 1-дифосфоновую кислоту и аминотри(метиленфосфоновую кислоту) и их соли. Примеры полифосфатов включают аддукты, полученные путем реакции многоатомных растворителей, таких как глицерин и этиленгликоль, с PO с образованием смесей полифосфатов. В конкретном варианте осуществления соединение-усилитель представляет собой мочевину, ЭДТА или соль ЭДТА. В другом конкретном варианте осуществления соединение-усилитель представляет собой натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.
Жидкости для обработки скважин
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины содержит: первую композицию, содержащую мономеры акриламидного полимера или сополимера; вторую композицию, содержащую один или более сшивающих агентов; и композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины содержит: первую композицию, содержащую водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; вторую композицию, содержащую один или более сшивающих агентов; и композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины содержит гелевую композицию в соответствии с вариантами осуществления изобретения и композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины дополнительно содержит воду, где вода выбрана из пресной воды, соленой воды, пены на водной основе, водно-спиртовых смесей, а также их комбинаций.
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины может дополнительно содержать, или может быть добавлена в ствол скважины в сочетании с pH модификатором. В иллюстративных вариантах осуществления pH модификатором может быть любой подходящий pH модификатор и он может быть в форме водного раствора, например, водного раствора, содержащего основание, кислоту, pH-буфер или любую их комбинацию. В иллюстративных вариантах осуществления pH модификатор представляет собой смесь карбоната калия и гидроксида калия или смесь бикарбоната натрия и карбоната натрия. В иллюстративных вариантах осуществления pH модификатор используют в количестве, достаточном (или в количестве, которое вычислено, что оно является достаточным) для получения раствора в скважине с pH в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11. В иллюстративных вариантах осуществления pH модификатор присутствует в количестве, достаточном (или в количестве, которое вычислено, что оно является достаточным) для получения гелевой композиции in-situ (на месте), содержащей акриламидный полимер или сополимер.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки скважины дополнительно содержит или может быть использована в комбинации с соединениями или агентами, которые могут усиливать или повышать эффективность композиции разжижителя, т.е. с соединениями-усилителями.
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины может дополнительно включать другие загустители, другие понизители трения, боратные соли, проппанты, кислоты, хлорид натрия, эмульгаторы, карбонаты натрия и калия, биоциды, соединения против образования отложений, антикоррозионные соединения или другие подходящие добавки.
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины, возможно, содержит проппант, например природные или синтетические проппанты, включая, но не ограничиваясь этим, стеклянные бусины, керамические бусины, песок, гравий и боксит. Типичные проппанты могут быть покрыты химическими веществами или могут содержать химические вещества; можно использовать более одного последовательно или в смесях разных размеров или разных материалов. Проппант может быть покрытой смолой (отверждаемой) или предварительно отвержденной покрытой смолой. Проппант может иметь любую подходящую форму, включая по существу сферические материалы, волокнистые материалы, полигональные материалы (такие как кубические материалы), а также их комбинации. В одном из вариантов осуществления проппант представляет собой проппант с пониженной плотностью.
В иллюстративных вариантах осуществления мономеры акриламидного полимера или сополимера используют в количестве от приблизительно 0,005% до приблизительно 5%, от 0,01% до приблизительно 1% или от 0,05% до приблизительно 0,5% от объема жидкости для обработки скважины. В иллюстративных вариантах осуществления используют один или более сшивающих агентов в количестве от приблизительно 0,01% до приблизительно 1% от объема жидкости для обработки скважины. В иллюстративных вариантах осуществления используют одно или более железосодержащих соединений в количестве от 0,005% до приблизительно 0,05% или от приблизительно 0,075% до приблизительно 0,02% от объема жидкости для обработки скважины.
В иллюстративных вариантах осуществления в жидкость для обработки скважины можно добавлять понизители трения, загустители, другие разжижители, проппанты и/или другие добавки, используемые в нефтяной промышленности и известные в данной области техники. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины может дополнительно включать в себя кислоты, соляную кислоту, уксусную кислоту, хлорид натрия, этиленгликоль, соединения против образования отложений, карбонат натрия, карбонат калия, биоциды, боратные соли, ингибиторы коррозии, лимонную кислоту, неэмульгаторы, эмульгаторы, средства контроля минералов, замедляющие добавки, агенты, суспендирующие осадки, добавки от обратного выноса, изопропанол, метанол и их комбинации.
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины содержит один или более загустителей. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины содержит один или более загустителей, представляющих собой гидратируемый полимер, например галактоманнановые камеди, гуары, дериватизированные гуары, целлюлозу и производные целлюлозы, крахмал, производные крахмала, ксантан, дериватизированный ксантан и их смеси. В иллюстративных вариантах осуществления загуститель содержит гидратируемый полимер, выбранный из группы, состоящей из гуаровой камеди, производного гуаровой камеди, смолы рожкового дерева, велановой камеди, камеди карайи, ксантановой камеди, склероглюкана, диутана, целлюлозы, производных целлюлозы и их комбинаций. В иллюстративных вариантах осуществления загуститель содержит гидратируемый полимер, выбранный из группы, состоящей из гидроксипропилгуара (HPG), карбоксиметилгидроксипропилгуара (CMHPG), гидроксиэтилцеллюлозы (НЕС), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы (СМНЕС), карбоксиметилцеллюлозы (CMC), диалкилкарбоксиметилцеллюлозы и их комбинаций. В иллюстративных вариантах осуществления загуститель выбран из группы, состоящей из фосфоманнанов, склероглюканов, декстранов и их комбинаций. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины не содержит одного или более веществ из группы, состоящей из: галактоманнановых камедей, гуаров, дериватизированных гуаров, целлюлозы и производных целлюлозы, крахмала, производных крахмала, ксантана и производного ксантана.
В иллюстративных вариантах осуществления загуститель может быть в виде сухого порошка, находящегося (суспендированного) в жидкости или растворенного в жидкости.
Используемые в настоящем описании термины "жидкость для обработки скважины", "жидкость под давлением» или «жидкость гидроразрыва» относятся к жидкой композиции, которая полезна в нефтепромысловых применениях, включая, например, гидроразрыв низкого объема, гидроразрыв большого объема, гидроразрыв со «скользкой водой» и стимуляцию скважины; для нефтяных, газовых или геотермальных скважин, а также для связанной с ними очистки. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки скважины также может представлять собой водную жидкость, гель, пену или жидкость на основе «скользкой воды». В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки скважины также имеет достаточную вязкость для облегчения гидроразрыва пласта.
2
2
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки скважины используют при гидроразрыве перед, с или после других жидкостей для обработки скважины. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки ствола скважины может быть использована при любой обработке скважины, где требуется повышение вязкости, включая, но не ограничиваясь операциями стимуляции и заканчивания. Например, жидкость для обработки ствола скважины можно использовать для применения в системах гидроразрыва. В этих применениях жидкость гидроразрыва, т.е. жидкость для обработки скважины, может быть приготовлена в виде гелеобразной жидкости, вспененной жидкости, кислых жидкостей, воды с хлоридом калия и тому подобного. Жидкость вводят под давлением, эффективном для создания одной или более трещин в подземном пласте. В зависимости от типа используемой жидкости для обработки скважины в жидкость гидроразрыва можно также добавлять различные добавки для изменения физических свойств жидкости или для придания определенной полезной функции. В одном из вариантов осуществления изобретения добавляют проппант, такой как песок или другой твердый материал, для поддержания трещин открытыми после операции гидроразрыва. Кроме того, можно добавлять понизители водоотдачи для частичного закупоривания более пористых участков пласта, так что разрыв пласта происходит в менее пористых участках. Другие нефтепромысловые добавки, которые также можно добавлять в жидкость гидроразрыва, включают пеногасители, ингибиторы образования отложений, акцепторы HS и/или O, биоциды, сшивающие агенты, агенты, снижающие поверхностное натяжение, разжижители, буферы, поверхностно-активные вещества и неэмульгаторы, фтороуглеродные поверхностно-активные вещества, стабилизаторы глины, понизители водоотдачи, пенообразователи, понизители трения, стабилизаторы температуры, закупоривающие агенты, стабилизаторы сланцев и глины, ингибиторы парафинов/асфальтенов, ингибиторы коррозии.
В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины может дополнительно содержать дополнительные добавки, включая, но не ограничиваясь этим, кислоты, добавки, регулирующие водоотдачу, газ, ингибиторы коррозии, ингибиторы образования отложений, катализаторы, агенты контроля глины, биоциды, понизители трения, их комбинации и тому подобное. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть желательно вспенивать композицию длительного хранения с использованием газа, такого как воздух, азот или диоксид углерода.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки скважины можно добавлять в ствол скважины на стадии без использования проппанта или на стадии с использованием проппанта. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины можно добавлять на стадии без использования понизителя трения или на стадии с использованием понизителя трения.
Способы
В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает введение в скважину: первой композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов; и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает введение в ствол скважины: первой композиции, содержащей водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов; и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины, по существу, одновременно с введением первой композиции. В иллюстративных вариантах осуществления первую композицию и композицию разжижителя смешивают и вводят в ствол скважины. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины, по существу, одновременно с введением первой и второй композиций. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины после введения первой и второй композиций, например, после задержки. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины после введения первой и второй композиций, например, сразу же после введения первой и второй композиций или без задержки. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины перед введением первой и второй композиций. В иллюстративных вариантах осуществления сначала в ствол скважины вводят композицию разжижителя, затем вводят первую композицию после введения композиции разжижителя и затем вводят вторую композицию после введения первой композиции. В иллюстративных вариантах осуществления введение композиции, описанной в настоящем документе, осуществляют непосредственно после введения другой композиции, например, без задержки. В иллюстративных вариантах осуществления введение композиции, описанной в настоящем документе, осуществляют после введения другой композиции через приблизительно 5 минут, приблизительно 4 минуты, приблизительно 3 минуты, приблизительно 2 минуты или приблизительно через 1 минуту.
В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает введение в ствол скважины гелевой композиции в соответствии с вариантами осуществления изобретения и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений. В иллюстративных вариантах осуществления предварительно получают гелевую композицию, а затем вводят в ствол скважины. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины, по существу, одновременно с введением гелевой композиции. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины после введения гелевой композиции, например, после задержки. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя вводят в ствол скважины перед введением гелевой композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает введение в ствол скважины жидкости для обработки ствола скважины в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает: введение в ствол скважины композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера; введение в ствол скважины композиции, содержащей один или более сшивающих агентов; и введение в ствол скважины pH модификатора в количестве, достаточном (или в количестве, которое вычислено, что оно является достаточным) для получения pH раствора в скважине в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, для получения гелевой композиции in-situ, содержащей акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов; и введение в ствол скважины композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений.
В иллюстративных вариантах осуществления способ обработки ствола скважины включает: введение в ствол скважины композиции, содержащей водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; введение в ствол скважины композиции, содержащей один или более сшивающих агентов; и введение в ствол скважины pH модификатора в количестве, достаточном (или в количестве, которое вычислено, что оно является достаточным) для получения pH раствора в скважине в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 12, от приблизительно 7,5 до приблизительно 11, для получения гелевой композиции in-situ, содержащей акриламидный полимер или сополимер, сшитый одним или более сшивающих агентов; и введение в ствол скважины композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений.
В иллюстративных вариантах осуществления композицию, содержащую мономеры акриламидного полимера или сополимера, композицию, содержащую один или более сшивающих агентов, композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений, и pH модификаторы или агенты вводят в ствол скважины по отдельности, одновременно или любой их комбинации. В иллюстративных вариантах осуществления композицию, содержащую водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера, композицию, содержащую один или более сшивающих агентов, композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений и pH модификаторы или агенты, вводят в ствол скважины по отдельности, одновременно или в любой их комбинации.
В иллюстративных вариантах осуществления гель, композицию разжижителя, содержащую одно или более железосодержащих соединений, pH модификаторы или агенты вводят в скважину по отдельности, одновременно, или в любой их комбинации.
В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая мономеры акриламидного полимера или сополимера, включает pH модификаторы. В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера, включает pH модификаторы. В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая один или более сшивающих агентов, или сшивающий компонент, включает pH модификаторы. В иллюстративных вариантах осуществления гелевая композиция включает pH модификаторы. В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая мономеры акриламидного полимера или сополимера, и композиция, содержащая один или более сшивающих агентов, могут быть объединены, а затем введены в ствол скважины до или после введения pH модификаторов. В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера, и композиция, содержащая один или более сшивающих агентов, могут быть объединены, а затем введены в ствол скважины до или после введения pH модификаторов.
В иллюстративных вариантах осуществления pH модификаторы включают в себя один или более типов pH модификаторов и могут быть в виде водного раствора, например, водного раствора, содержащего основание, кислоту, pH-буфер или любую их комбинацию. В иллюстративных вариантах осуществления pH модификатор представляет собой смесь карбоната калия и гидроксида калия или смесь бикарбоната натрия и карбоната натрия.
В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая мономеры, или водная дисперсия или эмульсия акриламидного полимера или сополимера может содержать от приблизительно 0,05 до приблизительно 5% или от приблизительно 0,2 до приблизительно 5% по массе мономеров или полимера, в расчете на общую массу композиции. В иллюстративных вариантах осуществления композиция, содержащая один или более сшивающих агентов, может содержать достаточное количество одного или более сшивающих агентов, чтобы обеспечить отношение сшивающего агента к мономерам от приблизительно 0,1 до приблизительно 2,0 или от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0. Соответственно, достаточные количества могут быть определены на основании расчетов, которые включают предположения о скважинных условиях. Наличие геля в скважине может быть определено на основании показателей, отличных от реологических измерений.
В иллюстративных вариантах осуществления способы, композиции и жидкости для обработки скважины, описанные здесь, могут быть использованы для проведения различных подземных обработок, включая, но не ограничиваясь этим, операции бурения, гидроразрыва и операции заканчивания (например, засыпку гравием). В иллюстративных вариантах осуществления способы, композиции и жидкости для обработки скважины можно использовать для обработки части подземного пласта. В иллюстративных вариантах осуществления способы, композиции и жидкости для обработки скважины можно вводить в ствол скважины, который проходит через подземную формацию. В иллюстративных вариантах осуществления способы, композиции и жидкости для обработки скважины можно использовать для гидроразрыва.
Способы, композиции и жидкости для обработки ствола скважины в соответствии с описанными вариантами осуществления изобретения могут быть использованы в любой подземной обработке по желанию. Такие подземные обработки включают, но не ограничиваются этим, операции бурения, стимуляции и операции заканчивания. Обычные специалисты в данной области техники с использованием данного описания смогут распознать подходящую подземную обработку, где может быть желательно снижение трения.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки ствола скважины, композиции и способы можно использовать в пресной воде, соленой воде или солевых растворах, либо их можно вводить в пресную воду, соленую воду или солевые растворы.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения жидкость для обработки ствола скважины, композиции и способы можно использовать в интервале температур от приблизительно 20°С до приблизительно 205°С, от приблизительно 50°С до приблизительно 200°С или от приблизительно 70°С до приблизительно 200°С.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение жидкости для обработки ствола скважины в соответствии с вариантами осуществления изобретения и помещение жидкости для обработки ствола скважины в подземный пласт таким образом, чтобы создать или увеличить трещину в подземном пласте.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение первой композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; и помещение этих композиций в подземный пласт таким образом, чтобы создать или увеличить трещину в подземном пласте.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение первой композиции, содержащей водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; и помещение этих композиций в подземный пласт таким образом, чтобы создать или увеличить трещину в подземном пласте.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение гелевой композиции, описанной здесь, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; и помещение этих композиций в подземный пласт таким образом, чтобы создать или увеличить трещину в подземном пласте.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение жидкости для обработки ствола скважины в соответствии с вариантами осуществления изобретения, закачивание жидкости для обработки ствола скважины или гелевой композиции, таким образом, чтобы создать или увеличить трещину в подземном пласте и оставить в трещине жидкость для обработки ствола скважины или гелевую композицию.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение первой композиции, содержащей мономеры акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; закачивание этих композиций, таким образом, чтобы сформировать или расширить трещину в подземном пласте и оставить в трещине эти композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение первой композиции, содержащей водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера; второй композиции, содержащей один или более сшивающих агентов, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; закачивание этих композиций, таким образом, чтобы сформировать или расширить трещину в подземном пласте и оставить в трещине эти композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает: получение гелевой композиции, описанной здесь, и композиции разжижителя, содержащей одно или более железосодержащих соединений; закачивание этих композиций, таким образом, чтобы сформировать или расширить трещину в подземном пласте и оставить в трещине эти композиции.
В иллюстративных вариантах осуществления способ дополнительно включает в себя стадию, на которой позволяют жидкости для обработки скважины, гелевой композиции или гелю, образованному из этих композиций, разрушиться в трещине. В иллюстративных вариантах осуществления способ дополнительно включает добавление одного или более других разжижающих агентов или разжижителей, например, персульфатов аммония, натрия и калия, пербората натрия, перекиси водорода, органических пероксидов, перкарбонатов, перфосфатов, органических кислот, перфосфатных сложных эфиров, амидов, сульфата аммония, ферментов, соединений меди, этиленгликоля, гликолевых эфиров и их комбинаций. В иллюстративных вариантах осуществления можно использовать один или более разжижителей в жидкостях или композициях в виде твердого вещества, жидкого вещества, раствора, сухого порошка или суспензии.
В иллюстративных вариантах осуществления можно использовать один или более разжижителей в композициях или жидкостях в капсулированной форме, например, в форме, которая задерживает высвобождение одного или более разжижителей в композицию или гелевую композицию. В иллюстративных вариантах осуществления один или более разжижителей можно использовать для облегчения разложения иллюстративной композиции или жидкости, описанной в данном описании, например, чтобы облегчить разложение сшитого акриламидного полимера или сополимера на фрагменты.
В иллюстративных вариантах осуществления один или более разжижителей снижает вязкость иллюстративной жидкости для обработки скважины или композиции в течение некоторого периода времени. В иллюстративных вариантах осуществления один или более разжижителей уменьшает молекулярную массу или генерирует фрагменты сшитого акриламидного полимера или сополимера. В иллюстративных вариантах осуществления добавление одного или более разжижителей приводит к снижению вязкости иллюстративной жидкости для обработки скважины или композиций.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает помещение композиции разжижителя в подземном пласте одновременно или последовательно с жидкостью для обработки ствола скважины или с другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя помещают в подземный пласт одновременно с жидкостью для обработки ствола скважины или с другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя помещают в подземный пласт перед жидкостью для обработки ствола скважины или другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя помещают в подземный пласт одновременно после жидкости для обработки ствола скважины или других композиций.
В иллюстративных вариантах осуществления способ гидроразрыва подземного пласта включает закачивание композиции разжижителя в подземный пласт одновременно или последовательно с жидкостью для обработки ствола скважины или с другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя закачивают в подземный пласт одновременно с жидкостью для обработки ствола скважины или с другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя закачивают в подземный пласт перед жидкостью для обработки ствола скважины или другими композициями. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя закачивают в подземный пласт одновременно после жидкости для обработки ствола скважины или других композиций.
В иллюстративных вариантах осуществления способы включают введение в ствол скважины жидкостей для обработки ствола скважины или композиций под давлением и со скоростью потока, которые достаточны для разрыва подземного пласта. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины дополнительно содержит проппант. В иллюстративных вариантах осуществления гелевая композиция дополнительно содержит проппант. В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя дополнительно содержит проппант. В иллюстративных вариантах осуществления первая композиция, содержащая мономеры акриламидного полимера или сополимера, или водную дисперсию или эмульсию акриламидного полимера или сополимера, дополнительно содержит проппант. В иллюстративных вариантах осуществления вторая композиция, содержащая один или более сшивающих агентов, дополнительно содержит проппант.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя снижает вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций до менее, чем приблизительно 10 сП при скорости сдвига 100 с, приблизительно 5 сП при скорости сдвига 100 с, приблизительно 2 сП при скорости сдвига 100 с, приблизительно 20 сП при скорости сдвига 100 с, приблизительно 10 сП при скорости сдвига 100 с или приблизительно 3 сП при скорости сдвига 100 с.
В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя инициирует разрушение при температуре окружающей среды. В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя инициирует разрушение при нагревании.
В иллюстративных вариантах осуществления способы могут быть использованы для повышения биоразложения жидкости для обработки скважины или других композиций соответствии с вариантами осуществления изобретения.
В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя обеспечивает образование олигомерных фрагментов акриламидного полимера в жидкости для обработки скважины или в других композициях. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения олигомерные фрагменты акриламидного полимера, образующиеся с помощью композиции разжижителя, являются биоразлагаемыми. В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя обеспечивает образование олигомерных фрагментов акриламидного полимера, имеющих молекулярную массу менее чем приблизительно 400000, 300000 или 200000 г/моль.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения уменьшение вязкости жидкости для обработки скважины или других композиций позволяет упростить извлечение жидкости для обработки скважины или других композиций. В иллюстративных вариантах осуществления вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций, достигаемая с помощью композиции разжижителя, меньше, чем вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций без композиции разжижителя. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения иллюстративная композиция разжижителя снижает вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций, быстрее, чем обычные разжижители. В иллюстративных вариантах осуществления изобретения иллюстративная композиция разжижителя снижает вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций, более быстро, чем персульфат аммония. В иллюстративных вариантах осуществления композиция разжижителя, действуя на жидкость для обработки скважины или на другие композиции, увеличивает проводимость трещины внутри пласта.
В любом из вышеуказанных способов композиция разжижителя может содержать или может быть использована в сочетании с соединениями или агентами, которые могут усиливать или повышать эффективность композиции разжижителя, т.е. с соединениями-усилителями.
Для специалистов в данной области техники будут очевидны соответствующие корректировки в соотношениях компонентов, которые будут влиять на условия, в которых вязкость жидкости для обработки скважины или других композиций уменьшается, или в которых акриламидный полимер разрушается.
В иллюстративных вариантах осуществления изобретения обращаться с жидкостью для обработки скважины или с другими композициями или их обрабатывать можно каким-либо образом, как это необходимо или желательно. В иллюстративных вариантах осуществления с жидкостью для обработки скважины или с другими композициями следует обращаться в соответствии с государственными нормативами. В иллюстративных вариантах осуществления жидкость для обработки скважины или другие композиции можно утилизировать, обрабатывать для восстановления окружающей среды или перерабатывать. В иллюстративных вариантах осуществления композицию разжижителя можно использовать при утилизации, восстановлении окружающей среды или переработке жидкости для обработки скважины или других композиций. В иллюстративных вариантах осуществления переработанную жидкость для обработки скважины или другие композиции можно использовать в любом месте, где используется жидкость для обработки скважин или другие композиции.
Термин "обработка" или "обрабатывать" относится к любой подземной операции, где используют жидкость в сочетании с желаемой функцией и/или для достижения желаемой цели. Термин "обработка" или "обрабатывать" не означает какого-либо конкретного действия, создаваемого этой жидкостью.
Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрушения геологической формации, т.е. пласта породы, и создания трещины вокруг ствола скважины путем закачивания жидкости под очень высоким давлением (давление выше определенного закрывающего давления пласта) для повышения темпов добычи из углеводородного пласта или для повышения скорости закачки в углеводородный пласт .Способы гидроразрыва пласта в противном случае используют обычные методики, известные в данной области техники.
Следующие примеры представлены только для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1. Получение и анализ вязкости иллюстративных полимерных гелей, сшитых глиоксалем
Иллюстративные гели получали в соответствии со следующим протоколом. Приблизительно 0,4 масс. % активного акриламидного полимера в воде перемешивали в течение от приблизительно 10 минут до приблизительно 20 минут при комнатной температуре. После тщательного перемешивания раствора измеряли pH раствора и доводили с помощью буфера до от приблизительно 9,8 до приблизительно 10,3. Раствор разделяли и к растворам добавляли глиоксаль в трех концентрациях: 0,33, 0,49 или 0,65 масс. % глиоксаля. Смесь перемешивали до хорошего включения глиоксаля. Вязкость каждого из полученных гелей измеряли вискозиметром Grace Instrument М5600 НРНТ при 180°F (~82,2°С).
Вискозиметр Grace Instrument М5600 НРНТ является истинным вискозиметром Куэтта с коаксиальным цилиндром вращения, работающим при высоком давлении и температуре. Прибор полностью автоматизирован, и весь сбор данных происходит под управлением компьютера. Температуру образца поддерживали на масляной бане. Гель также подвергали воздействию давления газообразного азота для предотвращения выкипания растворителя. После 20 минут кондиционирования сдвига гель подвергали циклу сдвиговых усилий, который можно запрограммировать программным обеспечением, которое поставляется с вискозиметром. Данные, полученные от компьютера, обрабатывали и наносили на график по желанию.
На фиг. 1 показаны анализы вязкости трех иллюстративных гелей и гуарового геля для сравнения.
Пример 2. Анализ заряд-вязкость иллюстративных гелей, сшитых глиоксалем, из сухого полимера и эмульсии полимера
-1
В этом примере композиции получали путем добавления 200 мл 2% KCl в блендер Waring. Добавляли приблизительно 0,3% активного сополимера акриламида и акриловой кислоты вместе с pH-буфером и перемешивали в течение нескольких минут. Добавляли приблизительно 0,33% глиоксаля (чтобы обеспечить молярное отношение глиоксаля к мономерам приблизительно 1,35) и перемешивали в течение нескольких секунд. Полученный сшитый гель оценивали на реометре Anton Paar Physica с концентрической геометрией цилиндра. Гель подвергали сдвиговым усилиям при постоянной скорости сдвига 100 с и при температуре 180°F. Вязкость, приведенная в таблице, является средним значением, измеренным в течение 30 минут.
Анализ заряд-вязкость оценивали для ряда гелей из сухого полиакридамидного (РАМ) полимера (DPAM), частично гидролизованного РАМ и эмульсии РАМ. Серии были организованы в три группы с увеличением зарядов для каждой группы.
Условия: 0,3% активного полимера, сшитого 0,33% глиоксаля, в растворе KCl.
Как показано в Таблице 1, имеется влияние заряда на вязкость геля и эффективность.
Пример 3. Анализ вязкости разжижителей на иллюстративных полимерных гелях, сшитых глиоксалем
В этом примере исследовали снижение вязкости жидкости с помощью обработки иллюстративными и коммерчески доступными (сравнительными) композициями разжижителя. Композиции готовили путем добавления 200 г 2% KCl в блендер Waring. Добавляли приблизительно 0,3% гидролизированного полиакриламида (HYPAM) в композиции вместе с pH-буфером и перемешивали в течение нескольких минут. В образцы добавляли приблизительно 0,33% глиоксаля и перемешивали в течение нескольких секунд для получения образцов сшитого геля.
4
2
4
2
2
2
К образцам добавляли композиции разжижителя в указанных количествах. Композиция разжижителя №1 содержала FeSO⋅7HO. Композиция разжижителя №2 содержала FeSO⋅7HO и Na(ЭДТА)⋅2HO (43:57 по массе). Композиции разжижителя готовили путем растворения композиции разжижителя в воде с образованием 10%-го раствора. Затем композиции разжижителя смешивали с иллюстративными образцами геля.
Измеряли и записывали величину pH каждой композиции образца, как показано на фиг. 2. Каждую композицию образца нагревали при 180°F в течение приблизительно 3 часов и измеряли вязкость в течение периода нагревания с помощью вискозиметра Grace 3600 (см. фиг. 2 и 3). Вискозиметр Grace 3600 является истинным ротационным вискозиметром Куэтта с коаксиальным цилиндром. Прибор управляется с помощью компьютерной программы. Температуру образца поддерживали с помощью чашки нагревателя, которой снабжен прибор. Данные, полученные в течение времени, обрабатывали и наносили на график по желанию.
-1
Добавляли дополнительный буфер в некоторые образцы для повышения pH. Объем добавленного буфера определял изменения pH в образцах, как показано на фиг. 3. На фиг. 3 показаны результаты, полученные с использованием вискозиметра Grace 3600 для измерения вязкости образцов, при скорости сдвига 100 с и температуре 180°F.
В предшествующем описании были описаны различные иллюстративные варианты осуществления изобретения. Однако очевидно, что в нем могут быть сделаны различные модификации и изменения, а также могут быть реализованы дополнительные варианты осуществления изобретения без отхода от более широкого объема иллюстративных вариантов осуществления, как указано в формуле изобретения, которая следует ниже. Описание и графические материалы, соответственно, следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле.