СПОСОБ ОБРАБОТКИ СКВАЖИНЫ
WELL TREATMENT METHOD

Настоящая заявка заявляет приоритет по отношению к предварительной заявке на выдачу патента США № 62/080002 под названием «WELL TREATMENT», поданной 14 ноября 2014 года, раскрытие которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Утверждения, приведенные в данном разделе, всего лишь представляют сведения справочного характера, относящиеся к настоящему изобретению, и могут не представлять собой уровень техники, известный до даты приоритета заявленного изобретения.
Некоторые варианты реализации изобретения относятся к способам, применимым к стволу скважины, проходящему через подземный пласт.
Углеводороды (нефть, конденсат и газ), обычно добывают из скважин, пробуренных в пластах, которые их содержат. По ряду причин, таких как изначально низкая проницаемость продуктивных пластов или повреждение пласта, вызванное бурением и заканчиванием скважины, поток углеводородов в скважину является неприемлемо низким. В этом случае, скважину «стимулируют», например, с помощью гидроразрыва, химической (обычно кислотной) обработки для стимулирования притока или комбинации этих двух способов (называемой кислотным гидроразрывом или кислотной обработкой под давлением выше давления гидроразрыва).
Гидравлический и кислотный разрывы пласта горизонтальных скважин, а также многослойных пластов часто требует применения отклоняющих технологий, для создания возможности перенаправления гидроразрыва между различными зонами. Перечень этих отклоняющих технологий включает, но не ограничивается этим, использование механических изолирующих устройств, таких как пакеры и скважинные пробки, установку мостовых пробок, закачку уплотнительных шариков, закачку суспендированных чешуек бензойной кислоты и удаляемых/разлагаемых частиц. Равным образом, для других видов обработки также может требоваться использование отклоняющих технологий.
Отклонение обработкой с использованием твердых частиц обычно основано на образовании перемычки из частиц закупоривающего материала позади обсадной колонны и формировании пробки посредством аккумулирования остальных частиц на образованной перемычке. Некоторые типичные проблемы, связанные с обработками для отклонения твердыми частицами, состоят в следующем: уменьшение способности закупоривающей суспензии к формированию перемычки в процессе закачки из-за разбавления скважинным флюидом (межфазное перемешивание), необходимость использования относительно большого количества закупоривающих материалов и низкая стабильность некоторых закупоривающих веществ в процессе закачки и в течение последующих стадий обработки.
Отклонение, включающее использование разлагающихся твердых частиц, стало популярным в промышленности, так как оно дает возможность лучшего управления продуктивными трещинами и, таким образом, лучшего извлечения углеводородов. С разными степенями успеха были использованы различные материалы; тем не менее, некоторые проблемы остаются, в частности, при высокой температуре, поскольку кинетикой разложения материалов все еще трудно управлять. Способы, раскрытые в данном документе, предлагают инновационный способ для создания технологий отклонения, разобщения пластов или оборудования для достижения этих целей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В аспектах настоящего изобретения раскрыты способы обработки подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Эти способы дают возможность получать обрабатывающий флюид, содержащий неоднородные твердые частицы, которые содержат разлагаемый материал и стабилизатор.
В аспектах изобретения, обрабатывающий флюид содержит смесь, содержащую первое количество частиц, имеющих первый средний размер частиц в диапазоне от около 3 мм до 2 см, и второе количество частиц, имеющих второй средний размер частиц в диапазоне от около в 1,6 до в 20 раз меньше первого среднего размера частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до включительно в 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц; при этом обрабатывающий флюид вводят внутрь ствола скважины; и создают пробку обрабатывающим флюидом. Кроме того, в другом варианте реализации изобретения, второй средний размер частиц является приблизительно от около в 2 до в 10 раз меньшим, чем средний размер первых частиц.
В дополнительных аспектах настоящего изобретения раскрыты способы обработки подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Скважина может содержать обсадную колонну и по меньшей мере одно отверстие в обсадной колонне, при этом отверстие имеет определенный диаметр. Эти способы дают возможность получать обрабатывающий флюид, содержащий неоднородные твердые частицы, которые содержат разлагаемый материал и стабилизатор. Упомянутые твердые частицы могут быть частью смеси, которая имеет первое количество твердых частиц, имеющих первый средний размер твердых частиц, который составляет от около 50 до 100% от значения диаметра и второе количество твердых частиц, имеющих второй средний размер в диапазоне от в 1,6 до в 20 раз меньше, чем первый средний размер твердых частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до включительно в 10 раз меньше, чем первый средний размер твердых частиц; обрабатывающий флюид вводят в отверстие; создают этим обрабатывающим флюидом пробку позади обсадной колонны вблизи отверстия или в отверстии; и удаляют пробку. Кроме того, в вариантах реализации изобретения, второй средний размер находится в диапазоне от около в 2 до в 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц.
Кроме того, в дополнительных аспектах настоящего изобретения раскрыты способы гидроразрыва подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Ствол скважины содержит обсадную колонну и по меньшей мере одно отверстие в названной обсадной колонне, имеющее определенный диаметр. Эти способы дают возможность получать обрабатывающий флюид, включающий неоднородные твердые частицы, которые содержат разлагаемый материал и стабилизатор. Эти неоднородные твердые частицы могут быть частью смеси, которая имеет первое количество твердых частиц с первым средним размером твердых частиц в диапазоне от около 50 до 100% от значения диаметра и второе количество твердых частиц, имеющих второй средний размер в диапазоне от в 1,6 до в 20 раз меньше, чем первый средний размер твердых частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до включительно в 10 раз меньше, чем первый средний размер твердых частиц; отклоняющий флюид вводят в отверстие; используя указанный отклоняющий флюид, создают отклоняющую пробку позади обсадной колонны вблизи отверстия или в отверстии; производят гидроразрыв подземного пласта; и удаляют отклоняющую пробку. Кроме того, в вариантах реализации изобретения, второй средний размер твердых частиц от около в 2 до в 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 иллюстрирует скорость гидролиза разлагаемого материала в зависимости от присутствия или отсутствия стабилизатора.
Фигура 2 иллюстрирует сравнительную скорость гидролиза разлагаемого материала при различных концентрациях стабилизатора.
Фигура 3 иллюстрирует разложение термопластичного материала в отсутствие стабилизатора и при различных концентрациях стабилизаторов в течение продолжительного периода времени.
Подробное описание В изобретения
Прежде всего, следует отметить, что при разработке любых конкретных вариантов реализации изобретения, для достижения конкретных целей разработчика, таких как согласованность с системными и производственными ограничениями, которые могут отличаться от одного варианта реализации к другому, должны быть приняты многие специфические к внедрению решения. Кроме того, следует понимать, что такие опытно-конструкторские работы могут быть сложными и требовать больших затрат времени, но, тем не менее, представляют собой обычную работу для рядового специалиста в данной области, имеющего преимущество ознакомления с данным раскрытием.
Это описание и примеры представлены исключительно с целью иллюстрации некоторых вариантов реализации настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие объем и применимость настоящего изобретения. В разделе «Краткое описание сущности изобретения» и в этом разделе каждое численное значение должно восприниматься двояко, и как расширенное термином «около» (в случаях, когда оно уже не расширено так в явном виде), и как не расширенное подобным образом, в случаях, когда из контекста не следует иное. Кроме того, в разделе «Краткое описание сущности изобретения» и в данном разделе следует понимать, что какой-либо диапазон концентраций, приведенный или описанный как полезный, пригодный и тому подобное, предполагает, что все без исключения концентрации в пределах этого диапазона, включая его конечные точки, должны рассматриваться как являющиеся заявленными. Например, «диапазон от 1 до 10» следует читать как описывающий все без исключения возможные числа в непрерывном множестве чисел между приблизительно 1 и приблизительно 10. Таким образом, даже если определенные точки данных в пределах диапазона, или даже если отсутствующие точки данных в пределах диапазона однозначно идентифицированы или конкретно упомянуты только некоторые из них, следует понимать, что авторы изобретения осознают и понимают, что любые и все точки данных внутри диапазона следует рассматривать как конкретизированные, и что право владения авторов изобретения всем диапазоном и всеми точками внутри диапазона раскрыто и включает весь диапазон и все точки внутри этого диапазона.
Следующие определения приведены для того, чтобы помочь специалистам в данной области техники в понимании подробного описания сущности настоящего изобретения.
Термин «обработка» или «придание нужных свойств» относится к любым подземным операциям, в которых используется флюид с заданной функцией и/или для достижения заданной цели. Термин «обработка» или «придание нужных свойств» не подразумевает какого либо конкретного действия флюида.
Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрыва геологической формации и создания трещины, т. е., разрушения скальной породы вокруг ствола скважины, путем закачки флюида под очень высокими давлениями (давление, превышающее определенное давление смыкания трещины в пласте), для повышения отдачи углеводородов из углеводородного пласта. В других случаях, в способах гидроразрыва используются традиционные технологии, известные в данной области техники.
Термин «твердая частица» или «частица» относится к твердому трехмерному объекту с максимальным размером значительно меньше, чем 1 метр. В данном случае термин «размер объекта» относится к расстоянию между двумя произвольными параллельными плоскостями, при этом каждая плоскость касается поверхности объекта по меньшей мере в одной точке. Максимальный размер относится к наибольшему расстоянию, существующему для объекта, между любыми двумя параллельными плоскостями, а минимальный размер относится к наименьшему расстоянию, существующему для объекта, между любыми двумя параллельными плоскостями. В некоторых вариантах реализации изобретения, отношение максимального размера используемых твердых частиц к минимальному размеру (аспектное отношение частицы x/y) составляет менее 5 или даже менее 3.
Термин «чешуйка» относится к специальному типу твердых частиц в значении данного термина, приведенном выше. Чешуйка представляет собой твердый 3-мерный объект, толщина которого меньше, чем другие размеры, например, длина и ширина. Аспектные отношения чешуйки (диаметр/толщина, длина/толщина, ширина/толщина и т. п…) могут находиться в диапазоне от около 5 до около 50 или более. Для чешуйки, изобретатели определяют аспектное отношение как отношение длины или ширины к толщине. Может использоваться любое подходящее отношение длины к ширине.
Применительно к целям настоящего изобретения, частицы и чешуйки могут быть неоднородными, что в контексте настоящего описания означает, что они произведены по меньшей мере из непрерывной фазы разлагаемого материала, содержащего дискретную фазу стабилизатора. Термин «неоднородные» в настоящем описании относится также к композитным материалам, которые иногда называют компаундированным материалом. Неоднородные частицы или чешуйки могут быть добавлены во флюид, имеющий, в свою очередь, гомогенную структуру.
Термин «размер частицы», «размер твердой частицы» или «размер чешуйки» относится к диаметру (D) наименьшей воображаемой описанной сферы, которая содержит такую частицу или чешуйку.
j
Термин «средний размер» относится к среднему размеру твердых частиц в группе твердых частиц каждого типа. В каждой группе частиц или чешуек, средний размер может быть рассчитан как взвешенная величина
i
Где N- количество твердых частиц или чешуек в данной группе, , (i=1…N)- размеры отдельных твердых частиц или чешуек; m (i=1…N) -веса отдельных твердых частиц или чешуек.
Термин «отверстие» относится к двухмерному объекту любой геометрической формы, который определяется только его периметром. Термин «диаметр отверстия» или «размер отверстия» относится к наибольшей воображаемой окружности, которая вписана в такое отверстие.
Определение оптимального размера частиц в смеси может быть произведено по методике, описанной в патентной заявке США № 2012-0285692, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
В то время как варианты реализации настоящего изобретения, описанные в данном документе, относятся к обработке скважины, оно в равной степени применимы к любым скважинным операциям, в которых требуется разобщение пластов, к таким, как операции бурения, работы, связанные с капитальным ремонтом скважины и т.д.
В данном документе раскрыт способ обработки для отклонения потока или для временного разобщения пластов. В способе используется композиция, составленная из смесей твердых частиц или из смесей частиц и чешуек. В соответствии с вариантом реализации изобретения, размер крупнейших частиц или чешуек в смесях несколько меньше диаметра перфорационных отверстий в зоне, подлежащей изоляции или отклонению. В соответствии с дополнительным вариантом реализации изобретения, размер частиц или чешуек в смесях больше, чем средняя ширина пустоты, подлежащей закрытию или временной изоляции. Средняя ширина пустоты представляет собой наименьшую ширину пустоты за перфорационным отверстием или другим входом в такую пустоту, на расстоянии 10 см, 20 см, 30 см или 50 см, или 500 см (при прохождении внутрь пласта от ствола скважины). Такой пустотой может быть перфорационный канал, трещина гидроразрыва или канал-червоточина. Введение такой композиции смесей в перфорационные отверстия приводит к застреванию крупнейших частиц в пустотах поблизости от ствола скважины. После этого на образованной перемычке скапливаются другие частицы. В одном варианте реализации изобретения, соотношение между частицами и чешуйками в смесях спроектировано так, чтобы снижалась проницаемость сформированных пробок.
Согласно аспекту изобретения, композиция смесей дает возможность разобщать пласты посредством создания пробок поблизости от ствола скважины. По сравнению с традиционными методами обработки для отклонения, использование композиции смесей требует меньшего количества закупоривающего материала. Кроме того, существуют следующие преимущества: снижение риска закупоривания ствола скважины, снижение риска разрушения пласта и улучшение очистки. В примере, в котором закупоривающая смесь спроектирована для изолирования перфорационных каналов (например, обработки реагентом на водной основе), масса закупоривающего материала, необходимая при обработке для отклонения между несколькими перфорационными кластерами, может составлять всего несколько килограмм. Последующее удаление закупоривающего материала достигается либо в результате самопроизвольного разложения в скважинных условиях, либо путем введения специальных химических агентов или в результате технических мероприятий в скважине.
2
2
Композиция составляется из смесей твердых частиц или из смесей твердых частиц и чешуек. Флюид-носитель является обрабатывающим флюидом, выбранным из группы, состоящей из реагента на водной основе для снижения поверхностного натяжения, жидкости для промывки скважины, взаимного растворителя, промывочной жидкости, жидкости, растворяющей пласт, жидкости гидроразрыва, жидкости для растворения отложений, жидкости для растворения парафина, жидкости для растворения асфальтена, отклоняющего флюида, водорегулирующего агента, хелатообразующего агента, вязкоупругой отклоняющей кислотной системы, самоотклоняющей кислотной системы, кислоты и их смесей. Например, флюид-носитель может представлять собой воду: пресную воду, пластовую воду, морскую воду. Другие неограничивающие примеры флюидов-носителей включают гидратируемые гели (например, гуары, полисахариды, ксантан, гидроксиэтилцеллюлозу и т. п.), сшитый гидратируемый гель, загущенную кислоту (например, на основе геля), эмульгированную кислоту (например, нефтяная внешняя фаза), газированный флюид (например, пена на основе N или CO) и флюиды на основе нефти, содержащие желированную, вспененную или иначе загущенную нефть. Кроме того, флюид-носитель может представлять собой минерализованный раствор и/или содержать минерализованный раствор. Флюид-носитель может содержать соляную кислоту, фтористоводородную кислоту, кислый фтористый аммоний, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, аминополикарбоновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновую кислоту и/или соль любой из этих кислот. В определенных вариантах реализации изобретения, флюид-носитель содержит полиаминополикарбоновую кислоту и представляет собой тринатрийгидроксил-этил-этилендиамин триацетат, моноаммониевые соли гидроксил-этил-этилендиамин триацетата и/или мононатриевые соли гидроксил-этил-этилендиамин тетраацетата.
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены проппантом. Выбор проппанта включает много компромиссов, обусловленных экономическими и практическими соображениями. Такие проппанты могут быть природными или синтетическими (включая, но не ограничиваясь этим, стеклянные шарики, керамические шарики, песок и бокситы), могут быть с покрытием или содержать химические вещества; более одного проппанта можно использовать последовательно или в смесях различных размеров или различных материалов. Проппант может быть со смоляным покрытием (отверждаемым) или предварительно отвержденным смоляным покрытием. Проппанты и гравий в одной или разных скважинах или обработках могут быть одним и тем же материалом и/или иметь один и тот же размер, и термин проппант охватывает гравий в данном раскрытии. В некоторых вариантах реализации изобретения, могут использоваться частицы неправильной формы. В международной патентной заявке WO 2009/088317 раскрыт способ гидроразрыва суспензией проппанта, содержащей от 1 до 100% жестких частиц удлиненной формы с низкими степенями упругости и деформируемости. В патентной заявке США № 2008/0000638 раскрыт проппант, имеющий форму, в общем случае, жестких, упругих пластинчатых частиц с отношением максимального размера к минимальному больше 5, этот проппант представляет собой по меньшей мере один из проппантов, сформированных из коррозионностойкого материала, или на нем сформирован коррозионностойкий материал. Каждая из указанных заявок включена в данный документ посредством ссылки.
Как упоминалось выше, твердые частицы или смеси могут содержать неоднородные частицы, состоящие по меньшей мере из разлагаемого материала и стабилизатора.
Неограничивающие примеры разлагаемых материалов, которые могут использоваться по данному изобретению, включают определенные полимерные материалы, способные при разложении выделять кислоты. В данном документе эти полимерные материалы могут упоминаться как «предшественники полимерных кислот». При комнатной температуре эти материалы обычно находятся в твердом состоянии. Материалы-предшественники полимерных кислот включают полимеры и олигомеры, которые гидролизуются или разлагаются в определенных химических средах при известных и управляемых условиях в отношении температуры, времени и pH с выделением молекул органической кислоты, которые могут упоминаться как «мономерные органические кислоты». В данном документе принято, что выражение «мономерная органическая кислота» или «мономерная кислота» может также охватывать димерную кислоту или кислоту с небольшим количеством связанных мономерных звеньев, выполняющие те же функции, что и мономерные кислоты, состоящие только из одного мономерного звена.
Полимерные материалы могут включать сложные полиэфиры, полученные полимеризацией гидроксикарбоновых кислот, такие как алифатический полиэфир молочной кислоты, упоминаемой как полимолочная кислота; гликолевой кислоты, упоминаемой как полигликолевая кислота; 3-гидроксимасляной кислоты, упоминаемой как полигидроксибутират; 2-гидроксивалериановой кислоты, упоминаемой как полигидроксивалерат; эпсилон-капролактон, упоминаемый как полиэпсилон-капролактон или полипролактон; сложные полиэфиры, полученные этерификацией гидроксил аминокислот, таких как серин, треонин и тирозин; и сополимеры, полученные смешиванием перечисленных выше мономеров. Общая структура описанных выше гомополиэфиров представлена формулой:
x
y
z
H- { O-[C(R1,R2)]-[C(R3,R4)]-C=O }-OH
где
R1, R2, R3, R4 обозначает любой из следующих фрагментов: H, линейный алкил, такой как CH3, CH2CH3 (CH2)nCH3, разветвленный алкил, арил, алкиларил, функциональную алкильную группу (несущую группы карбоновых кислот, аминовые группы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие) или функциональную арильную группу (несущую группы карбоновых кислот, аминовые группы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие);
x обозначает целое число между 1 и 11;
y обозначает целое число между 0 и 10; и
z обозначает целое число между 2 и 50000.
При подходящих условиях (pH, температура, содержание воды), сложные полиэфиры типа описанных в данном документе могут гидролизироваться и разлагаться с выделением гидроксикарбоновой кислоты и соединений, которые относятся к этим кислотам, упоминаемым выше как «мономерные кислоты».
Один пример подходящего предшественника полимерной кислоты, как отмечалось выше, представляет собой полимер молочной кислоты, который иногда называют полимолочной кислотой, «ПМК», полилактатом или полилактидом. Молочная кислота представляет собой хиральную молекулу и имеет два оптических изомера. Они представляют собой D-молочную кислоту и L-молочную кислоту. Формы поли(L-молочная кислота) и поли(D-молочная кислота), в общем случае, являются кристаллическими по природе. Полимеризация смеси L- и D-молочных кислот в поли(DL-молочную кислоту) дает полимер, более аморфный по природе. Полимеры, описанные в данном документе, являются по существу линейными. Степень полимеризации линейной полимолочной кислоты может варьироваться от нескольких звеньев (2-10 звеньев) (олигомеры) до нескольких тысяч (например, 2000-5000). Кроме того, могут использоваться циклические структуры. Степень полимеризации этих циклических структур может быть меньше, чем у линейных полимеров. Эти циклические структуры могут включать циклические димеры.
Другой пример представляет собой полимер гликолевой кислоты (гидроксиуксусная кислота), известная также под названием полигликолевая кислота («ПГК») или полигликолид. Другие материалы, подходящие в качестве предшественников полимерных кислот, представляют собой все полимеры гликолевой кислоты с самими собой или другими фрагментами, содержащими гидроксикислоты, как описано в патентах США №№ 4848467; 4957165; и 4986355, которые включены в данный документ посредством ссылки.
Каждая из кислот, как полимолочная, так и полигликолевая, могут использоваться как гомополимеры, которые могут содержать менее, чем около 0,1% по массе других сомономеров. Применительно к полимолочной кислоте, термин «гомополимер(ы)» охватывает полимеры D-молочной кислоты, L-молочной кислоты и/или смеси или сополимеры чистой D-молочной кислоты и чистой L-молочной кислоты. Кроме того, могут использоваться статистические сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты и блок-сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты. Могут также использоваться комбинации описанных гомополимеров и/или описанных выше сополимеров.
Другими примерами сложных полиэфиров гидроксикарбоновых кислот, которые могут использоваться в качестве предшественников полимерных кислот, являются гидроксивалериановая кислота (полигидроксивалерат), гидроксимасляная кислота (полигидроксибутират) и их сополимеры с другими гидроксикарбоновыми кислотами. Сложные полиэфиры, получаемые полимеризацией с раскрытием цикла лактонов, таких как эпсилон-капролактон (полиэпсилон-капролактон) или сополимеры гидроксикислот и лактонов, тоже можно использовать в качестве предшественников полимерных кислот.
Сложные полиэфиры, получаемые этерификацией других мономеров, содержащих гидроксилсодержащие кислоты, такие как гидроксиаминокислоты, можно использовать в качестве предшественников полимерных кислот. Природные аминокислоты представляют собой L-аминокислоты. Среди 20 самых распространенных аминокислот, имеются три, содержащие гидроксильные группы это L-серин, L-треонин, и L-тирозин. Эти аминокислоты, посредством реакции их спиртовых групп и групп карбоновой кислоты при подходящей температуре и с использованием подходящих катализаторов, могут быть полимеризованы с получением сложных полиэфиров. D-аминокислоты меньше распространены в природе, но их полимеры и сополимеры тоже можно использовать в качестве предшественников полимерных кислот.
Компания NatureWorks, LLC, Minnetonka, MN, USA, производит твердый циклический димер молочной кислоты, который называется «лактид», и из него производит полимеры молочной кислоты или полилактаты с различными молекулярными массами и степенями кристалличности под общей торговой маркой NATUREWORKS™ ПМК. В настоящее время NatureWorks, LLC поставляет ПМК со среднечисленными молекулярными массами (Mn) до включительно около 100000 и среднемассовыми молекулярными массами (Mw) до включительно около 200000, хотя может использоваться любой полилактид (изготовленный по любой технологии любым производителем). ПМК, поставляемые NatureWorks, LLC, обычно имеют температуру плавления кристаллической структуры от около 120 до около 170°C, но можно получать и другие. Поли(d,l-лактид) с различными молекулярными массами поставляет также Bio-Invigor (Пекин и Тайвань). Компания Bio-Invigor поставляет также полигликолевую кислоту (также называемую полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые «полиглактин» или поли(лактид-с-гликолидом).
Степенью кристалличности можно управлять посредством способа производства для гомополимеров и посредством способа производства, отношения и распределения лактида и гликолида для сополимеров. Кроме того, на кристалличность полимера оказывает влияние также хиральность используемой молочной кислоты. Полигликолид может быть получен в пористой форме. Некоторые полимеры, прежде чем гидролизируются, очень медленно растворяются в воде.
В определенных применениях могут быть полезны аморфные полимеры. Примером имеющихся в продаже аморфных полимеров является NATUREWORKS 4060D ПМК, поставляемый компанией NatureWorks, LLC, который представляет собой поли(DL-молочную кислоту), содержит приблизительно 12% по массе D-молочной кислоты, имеет среднечисленную молекулярную массу (Mn) приблизительно 98000 г/моль и среднемассовую молекулярную массу (Mw) приблизительно 186000 г/моль.
Другие полимерные материалы, которые могут быть полезными, представляют собой сложные полиэфиры, получаемые полимеризацией производных поликарбоновой кислоты, таких как производные дикарбоновых кислот с полигидроксисодержащими соединениями, в частности, с дигидроксисодержащими соединениями. Можно использовать следующие производные поликарбоновых кислот: дикарбоновые кислоты, такие как щавелевая кислота, пропандионовая кислота, малоновая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, пентандиовая кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, аспарагиновая кислота или глутаминовая кислота; производные поликарбоновых кислот, такие как сополимеры лимонной кислоты, поли- и олиго- акриловой кислоты и метакриловой кислоты; ангидриды ликарбоновых кислот, такие как, малеиновый ангидрид, янтарный ангидрид, ангидрид пентандиовой кислоты, адипиновый ангидрид, фталевый ангидрид; галиды дикарбоновых кислот, хлориды первичных дикарбоновых кислот, такие как хлорид пропандиовой кислоты, малонил хлорид, фумароил хлорид, малеил хлорид, неполный хлорангидрид янтарной кислоты, глутароил хлорид, адопоил хлорид, фталоил хлорид. Полезными полигидроксисодержащими соединениями являются дигидрокси-соединения, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4 бутандиол, 1,5 пентандиол, 1,6 гександиол, гидрохинон, резорцин, бисфенолы, такие как бисфенол ацетон (бисфенол A) или бисфенол формальдегид (бисфенол F); полиолы, такие как глицерин. В случаях, когда используются оба соединения, и производная дикарбоновой кислоты, и дигидрокси-соединение, получается сложный линейный полиэфир. Понятно, что когда используется один тип дикарбоновой кислоты и один тип дигидрокси-соединения, получается сложный линейный гомополиэфир. При использовании многих типов поликарбоновых кислот и/или полигидроксисодержащий мономер, получаются сложные сополиэфиры. В соответствии с кинетикой Флори-Стокмайера, «функциональность» мономеров поликарбоновых кислот (число кислотных групп на молекулу мономера) и «функциональность» полигидроксисодержащих мономеров (число гидроксильных групп на молекулу мономера) и их соответствующие концентрации будут определять конфигурацию полимера (линейный, разветвленный, звездообразный, немного сшитый или полностью сшитый). Все эти конфигурации можно гидролизировать или «разлагать» до мономеров карбоновой кислоты и, следовательно, их можно считать предшественниками полимерных кислот. В качестве частного примера, без претензии на охват всех возможных структур сложных полиэфиров, которые можно вообразить, а только с целью показать общую структуру простейшего случая, с которым можно столкнуться, можно представить общую структуру сложных гомополиэфиров следующей формулой:
z
H- { O- R1-O-C=O - R2-C=O }-OH
где,
R1 и R2 обозначают группы линейный алкил, разветвленный алкил, арил, алкиларил; и
z обозначает целое число между 2 и 50000.
Другими примерами подходящих предшественников полимерных кислот являются сложные полиэфиры, полученные из производных фталевой кислоты, таких как полиэтилентерефталат (ПЭТ), полибутилентетерефталат (ПБТ), полиэтиленнафталат (ПЭН) и т.п.
В подходящих условиях (pH, температура, содержание воды), сложные полиэфиры типа описанных в данном документе, способны «гидролизироваться» и «разлагаться» с выделением поликарбоновых кислот и полигидрокси-соединений, независимо от того, был ли исходный сложный полиэфир синтезирован из любой одной из перечисленных выше производных поликарбоновых кислот. Соединения поликарбоновых кислот, которые выделяются в процессе разложения полимеров, тоже считаются мономерными кислотами.
Другими примерами полимерных материалов, которые могут быть использованы, являются материалы, полученные полимеризацией производных сульфоновой кислоты с полигидрокси-соединениями, такими как полисульфоны, или производных фосфорных кислот с полигидрокси-соединениями, такими как полифосфаты.
Под землей такой твердый материал-предшественник полимерной кислоты может быть способен подвергаться необратимому разложению в продукты основной кислоты. В данном документе принято, что термин «необратимый» означает, что в случаях, когда под землей произошло разложение твердого материала-предшественника полимерной кислоты, то этот материал не может восстановиться, пока он находится под землей, например, материал должен разлагаться в условиях пласта, но не способен восстанавливаться в условиях пласта. Термин «разложение» относится к обоим относительно крайним случаям гидролитической деструкции, которой может подвергаться твердый материал-предшественник полимерной кислоты, например, объемной эрозии и поверхностной эрозии, и к любой стадии разложения между этими двумя состояниями. Это разложение может, в частности, быть результатом химической реакции. Скорость протекания химической реакции может зависеть, в частности, от добавленных химических веществ, температуры и времени. Разложение твердых материалов-предшественников полимерных кислот может зависеть или не зависеть, по меньшей мере частично, от их структуры. Например, присутствие в основной цепи гидролизируемых и/или окисляемых связей часто обуславливает разложение материала, описанное в данном документе. Скорости разложения таких полимеров зависят, но без ограничений, от таких факторов как тип повторяющегося звена, состав, последовательность, длина, геометрия молекулы, молекулярная масса, морфология (например, кристалличность, размер сферолитов и ориентация), гидрофильность, гидрофобность и добавки. Характер разложения полимера может зависеть также от воздействия окружающей среды, например, температуры, присутствия влаги, кислорода, микроорганизмов, ферментов, значения pH и т.п.
Некоторые примеры подходящих твердых материалов-предшественников полимерной кислоты, которые могут использоваться, включают, но без ограничений, материалы, описанные в публикации Advances in Polymer Science, Vol. 157, озаглавленной «Degradable Aliphatic Polyesters», под редакцией A. C. Albertsson, стр. 1-138. Примеры сложных полиэфиров, которые могут использоваться, включают гомополимеры, статистические, блочные, привитые и звездообразные и гиперразветвленные алифатические сложные полиэфиры.
Другой класс подходящих твердых материалов-предшественников полимерной кислоты, которые могут использоваться включает полиамиды и полиимиды. Такие полимеры могут содержать гидролизируемые группы в основной цепи полимера, которые могут гидролизироваться в условиях, которые существуют в цементных суспензиях и в отвержденной цементной матрице. Такие полимеры могут также выделять побочные продукты, которые могут поглощаться цементной матрицей. Соли кальция являются неограничивающим примером таких побочных продуктов. Неограничивающие примеры подходящих полиамидов включают белки, полиаминокислоты, нейлон и поли(капролактам). Другой класс полимеров, которые могут быть подходящими для использования, охватывает полимеры, которые могут содержать гидролизируемые группы не в основной цепи полимера, а в качестве боковых групп. При гидролизе боковых групп может выделяться водорастворимый полимер и другие побочные продукты, которые могут поглощаться цементной композицией. Неограничивающий пример такого полимера включает поливинилацетат, который при гидролизе образует водорастворимые поливиниловый спирт и соли уксусной кислоты.
Композиция дополнительно содержит стабилизатор. Не желая связывать себя какой-либо теорией, считается, например, что полиэфирные полимеры содержат сложноэфирные связи, которые подвержены гидролизу в присутствии влаги и при повышенных температурах. Реакция гидролиза приводит к деструкции макромолекул в сложноэфирной связи. По мере укорачивания полимерных цепей, молекулярная масса уменьшается, так что вязкость расплава и приведенная вязкость тоже снижаются. Увеличивается также концентрация карбоксильных концевых групп. Скорость реакции гидролиза становится значительной при температурах выше 160°C (320°F). Тем не менее, в некоторых подземных пластах температура значительно превышает указанную, что делает их обработку практически невозможной.
Авторы изобретения определили, что смешивание разлагающего материала со стабилизатором может создавать возможность обработки таких подземных пластов. В вариантах реализации изобретения, стабилизатор представляет собой карбодиимид. Такой карбодиимид можно получать, например, нагреванием органического диизоцианата в присутствии катализатора карбодиимидации (1.2). Подходящими катализаторами являются циклические окиси фосфинов, такие как 3-метил-1-фенил-3-фосфорен-1-оксид.
В вариантах реализации изобретения, стабилизатор может быть выбран из групп, состоящих из моно-, поли(карбодиимида), олигомерных, ароматических, алифатических или циклических соединений карбодиимида. Подходящим стабилизатором может быть N, N- дициклогексилкарбодиимид, N- этил -N (3-диметиламино) пропил карбодиимид и его хлористоводородная соль. В вариантах реализации изобретения, стабилизатор может иметь молекулярную массу от около 300 до около 10000 г/моль, или от около 100 до 5000 г/моль, или около 3000 г/моль.
Частица(ы) или чешуйка(и) могут представлять собой материал, реагирующий с химическими агентами. Некоторыми примерами материалов, которые могут быть удалены посредством реакции с другими агентами, являются карбонаты, включающие карбонаты кальция и магния, и их смеси (способные вступать в реакцию с кислотами и хелатами); растворимый в кислоте цемент (способный вступать в реакцию с кислотами); сложные полиэфиры, включающие эфиры молочных гидроксикарбоновых кислот и из сополимеры (способны гидролизироваться кислотами и основаниями)
Неоднородные частицы, как описано выше, могут содержать от 85 до 99,9%мас., или от 90 до 95%мас. непрерывной фазы (разлагаемый материал) и от 0,1 до 15%мас., или от 5 до 10%мас. дискретной фазы (стабилизатор).
Смешанный материал может быть получен соэкструзией смеси полимолочной смолы, содержащей подходящее количество стабилизатора. Смесь соэкструдируют для формирования смешанного материала. Названный смешанный материал может представлять собой шарики, прутки, частицы, чешуйки или волокна и их смеси.
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены плавящимся материалом. Примеры плавких материалов, которые могут быть расплавлены в подземных условиях, включают углеводороды с числом атомов углерода >30; поликапролактоны; твердые парафин и воски; карбоновые кислоты, такие как бензойная кислота и ее производные; и т. д. Могут использоваться восковые частицы. Частицы находятся в твердом состоянии при температуре закачиваемого флюида, и этот флюид охлаждает пласт в достаточной мере, чтобы заходящие в него частицы оставались твердыми. Водный воск обычно используют в покрытиях дерева; обработке паркетной доски; целлюлозно-бумажном конвертинге; защитных архитектурных и промышленных покрытиях; покрытиях для бумаги; смоле и пластмассах; чернилах; текстиле; керамиках; и др. Их производят такие компании как Hercules Incorporated, Wilmington, Del., U.S.A., под торговой маркой PARACOL, Michelman, Cincinnati, Ohio, U.S. A., под торговой маркой MICHEM, и ChemCor, Chester, N.Y., U.S.A. Особенно подходящие воски включают те, которые обычно используют в шампунях для грузовых автомобилей. Дополнительно к твердым парафинам, могут использоваться также другие воски, такие как полиэтилены и полипропилены.
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены водорастворимым материалом или материалом, растворимым в углеводороде. Перечень материалов, которые можно использовать для растворения в воде, включает водорастворимые полимеры, водорастворимые эластомеры, углекислоты, галит, амины, неорганические соли). Перечень материалов, которые можно использовать для растворения в нефти, включает нефтерастворимые полимеры, нефтерастворимые смолы, нефтерастворимые эластомеры, полиэтилен, углекислоты, амины, воски).
Размер частиц(ы) и чешуйки(ек) выбирают таким образом, чтобы размер крупнейших частиц или чешуек был немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне и больше средней ширины пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). Под перфорационным отверстием мы подразумеваем любое отверстие, имеющееся в обсадной колонне. Это отверстие может быть перфорацией, промоиной, отверстием щелевого хвостовика, промывным каналом или любым отверстием в оборудовании для заканчивания, точкой выхода флюида в обсадной колонне. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, размер частиц или чешуек в смеси спроектирован так, чтобы уменьшалась проницаемость пробок в узких пустотах позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В общем случае, используемые частицы или чешуйки должны иметь средний размер частиц менее нескольких сантиметров, предпочтительно, менее, чем 2 см, и более предпочтительно, менее, чем 1 см. В одном варианте реализации изобретения, некоторые частицы или чешуйки должны иметь средний размер частиц от около 0,04 мм до около 4,76 мм (от около 325 до около 4 меш США), предпочтительно, от около 0,10 мм до около 4,76 мм (от около 140 до около 4 меш США), более предпочтительно, от около 0,15 мм до около 3,36 мм (от около 100 до около 6 меш США) или от около 2 мм до около 12 мм.
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, композиция смеси частиц или смеси частицы/чешуйки содержит частицы или чешуйки с различным гранулометрическим составом частиц/чешуек. В одном варианте реализации изобретения, композиция содержит зернистые материалы с определенным гранулометрическим составом. Пример реализации этого варианта раскрыт в патенте США № 7784541, который включен в данный документ во всей полноте посредством ссылки.
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для первой навески частиц зависит от параметров перфорационного отверстия, как описано выше: размер крупнейших частиц или чешуек немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне. В определенных других вариантах реализации изобретения, выбор размера для первой навески частиц зависит от величины пустоты позади обсадной колонны: размер частиц больше, чем средняя ширина пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В определенных других вариантах реализации изобретения, выбор размера для первой навески частиц зависит от параметров перфорации и пустоты позади обсадной колонны: размер крупнейших частиц или чешуек немного меньше, чем диаметр перфорационных отверстий в обсадной колонне, и больше, чем средняя ширина пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В определенных других вариантах реализации изобретения, выбор размера для первой навески частиц зависит от параметров желательных показателей фильтрации первой навески частиц, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже частиц типа, содержащего частицы первой навески. Первый средний размер частиц находится в диапазоне от около 100 мкм до 2 см или в диапазоне от около 100 мкм до 1 см, или в диапазоне от около 400 мкм до 1000 мкм, или в диапазоне от около 3000 мкм до 10000 мкм, или в диапазоне от около 6 мм до 10 мм, или в диапазоне от около 6 мм до 8 мм. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для частиц первого среднего размера может использоваться одна и та же химическая обработка. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц первого среднего размера может использоваться разная химическая обработка: например, среди частиц первого среднего размера половина количества представлена проппантом, а вторая половина -- проппантом со смоляным покрытием.
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для второй навески частиц зависит от параметров желательных показателей фильтрации второй навески частиц, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже частиц типа, содержащего частицы второй навески.
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески частиц зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески частиц. Доля заполненного объема или объемная доля заполнения (ОДЗ) обозначает отношение объема, содержащего твердое вещество, к общему содержанию объема. Гранулометрический состав частиц, необходимый для максимизации ОДЗ в узкой щели, может отличаться от гранулометрического состава частиц, который требуется для максимизации ОДЗ в сплошной среде. Следовательно, в определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески частиц зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески частиц в узких пустотах шириной от 2 мм до 2 см. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески частиц зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески частиц в трещине или щели шириной менее, чем 20 мм. Второй средний размер частиц от около в 1,6 до в 20 раз меньше, чем у первой навески частиц, способствует максимизации ОДЗ смеси или смеси, помещенной в пустоту для закупоривания, или смеси, помещенной в трещину или щель шириной менее, чем 20 мм, но размер в диапазоне от около в 3 до в 20 раз меньше, и, в определенных вариантах реализации изобретения, в диапазоне от около в 3 до в 15 раз меньше, и, в определенных вариантах реализации изобретения, в диапазоне от около в 3 до в 10 раз меньше будет обеспечивать достаточную ОДЗ для композиций с наибольшим сроком хранения. Далее, выбор размера второй навески частиц зависит от состава и наличия в продаже частиц типа содержащихся во второй навески частиц. В определенных вариантах реализации изобретения, частицы комбинируют для получения ОДЗ выше 0,74 или 0,75, или выше 0,80. В определенных других вариантах реализации изобретения, частицы могут иметь значительно более высокую ОДЗ, приближающуюся к 0,95. В вариантах реализации изобретения, все частицы различных размеров представляют собой смешанный полимер, содержащий слабо обожженный оксид магния (MgO). В вариантах реализации изобретения, смешанным является только один размер частиц, и остальные представляют собой регулярный полимер. В вариантах реализации изобретения, смешанными являются только крупнейшие частицы.
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для второй навески чешуек зависит от параметров желательных показателей фильтрации второй навески чешуек, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже чешуек типа, содержащего чешуйки второй навески. Размер чешуек находится в диапазоне 10-100% размера первой навески частиц, более предпочтительно, 20-80% размера первой навески частиц.
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески чешуек зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески чешуек,. Доля заполненного объема или объемная доля заполнения (ОДЗ) обозначает отношение объема, содержащего твердое вещество, к общему содержанию объема. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески чешуек, зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески чешуек в узких пустотах шириной от 3 мм до 2 см. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второй навески чешуек зависит от максимизации или оптимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески частиц в трещине или щели шириной менее, чем 20 мм. В определенных вариантах реализации изобретения, ОДЗ может не являться обязательным критерием для выбора размера чешуек.
В определенных других вариантах реализации изобретения, выбор размера для второй навески частиц/чешуек зависит от параметров пустоты позади обсадной колонны и от максимизации доли заполненного объема (ОДЗ) смеси первой навески частиц и второй навески частиц/чешуек, как рассматривалось ранее. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для частиц/чешуек второго среднего размера может использоваться одна и та же химическая обработка. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц второго среднего размера может использоваться разная химическая обработка: например, среди частиц второго среднего размера половина количества представлена ПЛК, а вторая половина ПГК.
В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция дополнительно содержит третью навеску частиц/чешуек, у которых средний размер меньше, чем средний размер частиц/чешуек второй навески. В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция может содержать четвертую или пятую навеску частиц/чешуек. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, одна и та же химия может использоваться для третьего, четвертого или пятого среднего размера частиц/чешуек. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц третьего среднего размера может использоваться разная химическая обработка: например, среди частиц третьего среднего размера половина количества представлена ПЛК, а вторая половина ПГК. В целях улучшения ОДЗ композиции, обычно не требуется более трех или четырех размеров частиц. Тем не менее, дополнительные частицы могут добавляться по другим причинам, таким как химический состав дополнительных частиц, простота переработки определенных материалов в те же самые частицы по сравнению с переработкой в отдельные частицы, наличие в продаже частиц, имеющих определенные свойства и другие причины, понятные специалистам.
В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция дополнительно содержит загуститель. Загуститель может представлять собой любые сшитые полимеры. Полимерный загуститель может представлять собой сшитый металлом полимер. Подходящие полимеры для изготовления загустителей из сшитого металлом полимера включают, например, полисахариды такие как замещенные галактоманнаны, такие как гуаровые смолы, высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров маннозы и галактозы, или производные гуара, такие как гидроксипропил гуар (ГПГ), карбоксиметилгидроксипропил гуар (КМГПГ) и карбоксиметил гуар (КМГ), гидрофобно модифицированные гуары, гуарсодержащие соединения и синтетические полимеры. Для увеличения эффективной молекулярной массы полимеров и улучшения их пригодности к использованию в высокотемпературных скважинах, обычно применяются сшивающие агенты на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия.
Другие подходящие классы полимеров, эффективные в качестве загустителей, включают поливиниловые полимеры, полиметакриламиды, простые эфиры целлюлозы, лигносульфонаты и их соли аммония, щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Более конкретными примерами других типичных водорастворимых полимеров являются сополимеры акриловая кислота-акриламид, сополимеры акриловая кислота-метакриламид, полиакриламиды, частично гидролизированные полиакриламиды, частично гидролизированные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, полиалкиленоксиды, другие галактоманнаны, гетерополисахариды, полученные брожением глюкозы, и их соли аммония и щелочных металлов.
В меньшей степени используются производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (НЭЦ) или гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КМГЭЦ) и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), с или без сшивающих агентов. Было доказано, что три биополимера, ксантан, диутан и склероглюкан, проявляют прекрасную способность в отношении «частица-суспензия», хотя они дороже, чем производные гуара, и поэтому используются реже, за исключением случаев, когда их можно использовать в более низких концентрациях.
В других вариантах реализации изобретения, загуститель изготовлен из сшиваемого, гидратируемого полимера и сшивающего агента с отсроченным действием, причем сшивающий агент содержит комплекс, включающий металл и первый лиганд, выбранный из группы, состоящей из аминокислот, фосфонокислот и их солей или производных. Кроме того, сшитый полимер может быть получен из полимера, содержащего ионные фрагменты боковой цепи, поверхностно-активного вещества (ПАВ), содержащего противоположно заряженные фрагменты, стабилизатора глин, источника бората и металлического сшивающего агента. Названные варианты реализации изобретения описаны в патентных публикациях США US2008-0280790 и US2008-0280788, соответственно, каждая из которых включена в данный документ посредством ссылки.
Загуститель может представлять собой вязкоупругий ПАВ (ВУПАВ). ВУПАВ может быть выбран из группы, состоящей из катионных, анионных, цвиттерионных, амфотерных, неионных ПАВ и их комбинаций. Некоторые неограничивающие примеры приведены в патентах США 6435277 (Qu и др.) и 6703352 (Dahayanake и др.), каждый из которых включен в данный документ посредством ссылки. Вязкоупругие ПАВ, при использовании отдельно или в комбинации, способны образовывать мицеллы, которые в водной среде формируют структуру, способствующую повышению вязкости флюида (также упоминаются как «загущающие мицеллы»). Эти флюиды обычно приготавливают смешиванием соответствующих количеств ВУПАВ, подходящих для достижения нужной вязкости. Вязкость флюидов, содержащих ВУПАВ, может быть обусловлена трехмерной структурой, образованной компонентами во флюидах. Когда концентрация ПАВ в вязкоупругом флюиде значительно превышает критическое значение и, в большинстве случаев, в присутствии электролита, молекулы ПАВ собираются в группы, такие как мицеллы, которые могут взаимодействовать с образованием сети, проявляющей вязкие и упругие свойства.
В общем случае, особенно подходящие цвиттерионные ПАВ имеют формулу:
2
a
2
2
m
2
b
3
2
2
a'
2
2
m'
2
b'
+
-
RCONH-(CH)(CHCHO)(CH)-N(CH)-(CH)(CHCHO)(CH)COO
2
2
2
2
в которой R обозначает алкильную группу, содержащую от около 11 до около 23 атомов углерода, которая может быть разветвленной или с линейной цепью, и которая может быть насыщенной или ненасыщенной; каждое из a, b, a', и b' обозначает число от 0 до 10 и каждое m и m' обозначает число от 0 до 13; каждое из a и b равно 1 или 2 в случаях, когда m не равно 0 и (a+b) равно числу от 2 до 10, в случаях, когда m равно 0; каждое из a' и b' равно 1 или 2, когда m' не равно 0 и (a'+b') равно числу от 1 до 5, в случаях, когда m равно 0; (m+m') равно числу от 0 до 14; и CHCHO может также представлять собой OCHCH. В некоторых вариантах реализации изобретения, используются цвиттерионные ПАВ из семейства бетаинов.
Типичные катионные вязкоупругие ПАВ включают аминные соли и четвертичные аминные соли, описанные в патентах США №№ 5979557 и 6435277, которые включены в данный документ посредством ссылки. Примеры подходящих катионных вязкоупругих ПАВ включают катионные ПАВ, имеющие структуру следующей формулы:
1
2
3
4
+
-
RN(R)(R)(R) X
1
2
3
4
1
6
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
-
в которой R имеет от около 14 до около 26 атомов углерода и может быть разветвленным или с линейной цепью, ароматическим, насыщенным или ненасыщенным, и может содержать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R, R и Rобозначает, независимо, водород или алифатическую группу от C до около C, которая может быть одинаковой или различной, разветвленной или с линейной цепью, насыщенной или ненасыщенной, и oдна или более чем одна из которых может быть замещенной группой, которая повышает гидрофильность групп R, R и R; группы R, R и R могут быть внедрены в гетероциклическую 5- или 6-членную кольцевую структуру, которая включает атом азота; группы R, R и R могут быть одинаковыми или различными; R, R, R и/или R может содержать одно или более этиленоксидных и/или пропиленоксидных звеньев; и X обозначает анион. Пригодны также смеси таких соединений. В качестве дополнительного примера, можно привести вариант, когда R имеет от около 18 до около 22 атомов углерода и может содержать a карбонил, амид или амин, и R, R, и Rявляются одинаковыми и содержат от 1 до около 3 атомов углерода.
Амфотерные вязкоупругие ПАВ тоже являются подходящими. Типичные амфотерные вязкоупругие системы ПАВ включают соединения, описанные в патенте США № 6703352, например аминоксиды. Другие типичные вязкоупругие ПАВ включают соединения, описанные в патентах США №№ 6239183; 6506710; 7060661;7303018; и 7510009, например, амидоаминоксиды. Эти ссылки включают данные патенты в настоящий документ во всей полноте. Смеси цвиттерионных ПАВ и амфотерных ПАВ являются подходящими. Примером является смесь около 13% изопропанола, около 5% 1-бутанола, около 15% этиленгликоля монобутилового эфира, около 4% хлорида натрия, около 30% воды, около 30% кокоамидопропил бетаина, и около 2% кокоамидопропиламин оксида.
Вязкоупругая система ПАВ может также быть основана на любом подходящем анионном ПАВ. В некоторых вариантах реализации изобретения, анионное ПАВ представляет собой алкил саркозинат. Алкил саркозинат может, в общем случае, иметь любое количество атомов углерода. Алкил саркозинаты могут иметь от около 12 до около 24 атомов углерода. Алкил саркозинаты могут иметь от около 14 до около 18 атомов углерода. Конкретные примеры количества атомов углерода включают 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24 атома углерода. Анионное ПАВ представлено химической формулой:
1
2
2
RCON(R)CHX
1
2
где Rобозначает гидрофобную цепь, имеющую от около 12 до около 24 атомов углерода, Rобозначает водород, метил, этил, пропил, или бутил, и X обозначает карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепь может представлять собой алкильную группу, алкенильную группу, алкиларилалкильную группу или алкоксиалкильную группу. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадецентильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.
В некоторых вариантах реализации изобретения, флюид-носитель может необязательно дополнительно содержать волокна. Волокна могут быть прямыми, извилистыми, изогнутыми или волнистыми. Другие неограничивающие формы могут включать полые, в общем случае, сферические, прямоугольные, многоугольные и т. п. Волокны или удлиненные частицы могут использоваться в связках. Волокна могут иметь длину от менее, чем около 1 мм до около 30 мм или больше.
В вариантах реализации изобретения, волокна могут иметь длину от 12 мм или менее и диаметр или поперечный размер около 200 мкм или менее, обычно от около 10 мкм до около 200 мкм. В случае удлиненных материалов, эти материалы могут иметь отношение между любыми двумя из трех размеров больше, чем 5 к 1. В определенных вариантах реализации изобретения, волокна или удлиненные материалы могут иметь длину больше, чем 1 мм, наиболее типично, от около 1 мм до около 30 мм, от около 2 мм до около 25 мм, от около 3 мм до около 20 мм. В определенных применениях, волокна или удлиненные материалы могут иметь длину от около 1 мм до около 10 мм (например, 6 мм). Волокна или удлиненные материалы могут иметь диаметр или поперечный размер от около 5 до 100 мкм и/или денье от около 0,1 до около 20, более конкретно, денье от около 0,15 до около 6.
Волокна могут быть сформированы из разлагаемого или неразлагаемого материала. Волокна могут быть органическими или неорганическими. Неразлагаемыми материалами считаются такие, волокна из которых сохраняют по существу твердую форму внутри скважинных флюидов. Примеры таких материалов включают стекло, керамику, базальт, углерод и соединения на основе углерода, металлы и металлические сплавы и т. п. Неразлагаемые полимеры и пластмассы тоже могут использоваться в качестве неразлагаемых волокон. К этой категории могут относиться пластмассы высокой плотности, которым свойственны кислотостойкость и нефтестойкость, и у которых степень кристалличности составляет более 10%. Другие неограничивающие примеры полимерных материалов включают нейлоны, акриловые соединения, стирольные соединения, сложные полиэфиры, полиэтилен, нефтестойкие термореактивные смолы и их комбинации.
Разлагаемые волокна могут содержать материалы, которые можно размягчать, растворять, проводить с ними реакции или иным образом организовывать их разложение внутри скважинных флюидов. Такие материалы могут быть растворимыми в водных флюидах или в углеводородных флюидах. Могут использоваться нефтеразлагаемые зернистые материалы, которые разлагаются в добываемых флюидах. Неограничивающие примеры могут включать, без ограничений, поливиниловый спирт, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтилен, растворимые соли, полисахариды, воски, бензойную кислоту, материалы на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, карбонат кальция, хлорид натрия, хлорид кальция, сульфат аммония, растворимые смолы и т.п., и их комбинации. Разлагаемые материалы могут также включать вещества, которые образованы из материалов-предшественников твердых кислот. Эти материалы могут включать полимолочную кислоту (ПМК), полигликолевую кислоту (ПГК), карбоновую кислоту, лактид, гликолид, сополимеры ПМК или ПГК и т.п., и их комбинации. Такие материалы могут также дополнительно способствовать растворению пласта при гидроразрыве с кислотной обработкой. В случаях, когда используются разлагаемые волокна, они также могут необязательно представлять собой смешанный материал, содержащий стабилизатор.
Кроме того, волокна могут представлять собой любой волокнистый материал, такой как, но не ограничиваясь этим, природные органические волокна, измельченные растительные материалы, синтетические полимерные волокна (в качестве неограничивающих примеров, можно привести сложный полиэфир, полиарамид, полиамид, новолоид или полимер новолоидного типа), фибриллированные синтетические органические волокна, керамические волокна, неорганические волокна, металлические волокна, металлические нити, углеродные волокна, стеклянные волокна, керамические волокна, волокна из природного полимера и любые их смеси. Особенно полезные волокна представляют собой волокна из сложного полиэфира с покрытием, обеспечивающим высокую гидрофильность, такие как, но не ограничиваясь этим, волокна DACRON из полиэтилентерефталата (ПЭТ), поставляемые компанией Invista Corp., Wichita, Kans., USA, 67220. Другие примеры полезных волокон включают, но без ограничений, волокна из сложного полиэфира полимолочной кислоты, волокна из сложного полиэфира полигликолевой кислоты, волокна из поливинилового спирта и т. п.
В некоторых вариантах реализации изобретения, флюид-носитель может необязательно дополнительно содержать дополнительные добавки, включая, но не ограничиваясь ими, кислоты, антипоглощающие добавки, газ, ингибиторы коррозии, ингибиторы солевых отложений, катализаторы, стабилизаторы глин, биоциды, понизители трения, их комбинации и т.п. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, может быто желательным вспенивание композиции газом, таким как воздух, азот или диоксид углерода.
Смешанный материал может дополнительно содержать пластификатор, зародышеобразующий агент, ингибитор горения, антиоксидант или влагопоглотитель.
Композиция может использоваться для проведения разнообразных подземных обработок, включая, но не ограничиваясь этим, бурильные операции, обработки гидроразрывом, отклоняющие обработки, разобщение пластов и операции заканчивания (например, гравийная набивка). В некоторых вариантах реализации изобретения, композиция может использоваться в обработке части подземного пласта. В определенных вариантах реализации изобретения, композиция может быть введена в ствол скважины, который проходит через подземный пласт, в качестве обрабатывающего флюида. Например, обрабатывающему флюиду можно на некоторый период времени создать возможность контакта с подземным пластом. В некоторых вариантах реализации изобретения, обрабатывающему флюиду можно создать возможность контакта с углеводородами, пластовыми флюидами и/или последовательно закачанными обрабатывающими флюидами. Через заданный период времени, обрабатывающий флюид может быть извлечен через ствол скважины.
Для подачи композиции на буровую площадку и в глубину скважины можно использовать те же способы, что и для известных гранулированных закупоривающих материалов. Обычно такие гранулированные материалы вводят в закачиваемый флюид и затем перемещают в перфорационные отверстия при высокой скорости закачки. Перечень закачивающего оборудования может включать различные системы для сыпучих добавок, проточные блендеры и т.п. В одном варианте реализации изобретения, смеси частиц могут быть пропущенной партией, которую затем вводят в обрабатывающий флюид в виде суспензии. Может использоваться также простое проточное оборудование для закачки. В одном варианте реализации изобретения, композиция может доставляться на глубину в ковше или в инструменте, содержащем ковш и перфоратор, как описано в патентной заявке США 2008/0196896, включенной в данный документ посредством ссылки. Может быть предусмотрен другой путь доставки композиции, например, канатным инструментом, бурильной колонной, тросовым канатом, гибкими НКТ или микроспиралью, скважинным снарядом или или любым типом других устройств, которые вводятся на глубину, и способны доставить композицию в определенное место. Микроспираль или колтюбинговая буровая установка для скважин очень малого диаметра (КБУОМД) представляет собой инструмент, способный выполнять все операции «от поверхности земли-вниз» в диапазоне фактической вертикальной глубины 0-1524 м (0-5000 футов), включая бурение и поверхность обсадной колонны, промежуточной колонны, и отбор и отверстия в хвостовике.
3
3
3
В случаях, когда объем закупоривающей смеси, необходимый для обработки для отклонения, относительно низкий, существует риск, что частицы в смеси будут разделены во время закачки через ствол скважины. Это может привести к ухудшению обработки для отклонения из-за образования пробок с более высокой, чем ожидалось, проницаемостью. Чтобы избежать возникновения этой ситуации, для минимизации риска разделения частиц в основной навеске закачанной смеси, в обрабатывающий флюид могут быть введены длинные водяные пробки с низкой концентрацией отклоняющих смесей. В еще одном варианте реализации изобретения, чтобы избежать возникновения этой ситуации, закупоривающие смеси могут закачиваться в длинных водяных пробках с низкой концентрацией, что сделает объем закупоривающей фазы сопоставимым с объемом ствола скважины. Например, для скважин с объемом ствола 200 баррелей (32 м), объемы закупоривающей фазы, которые минимизируют риск разделения частиц, могут находиться в диапазоне 20-100 баррелей (3,2-16 м). Для 5-25 кг закупоривающего материала, это соответствует диапазону концентраций 0,3-8 кг/м.
Создание пробок из предложенных закупоривающих смесей происходит в результате аккумулирования частиц в пустых пространствах позади обсадной колонны. Примерами таких пустот могут служить перфорационные каналы, трещины гидроразрыва или каналы-червоточины. Образование пробки состоит из двух этапов. На первом этапе, некоторые крупнейшие частицы закупоривающей смеси застревают в пустотах, создавая перемычку. В течение следующего этапа, другие частицы аккумулируются на сформированной перемычке, что приводит к образованию пробки.
После обработки, созданные пробки удаляют. Известно несколько способов, которые можно использовать для удаления созданных пробок. В случаях, когда композиция содержит разлагаемые материалы, будет происходить саморазрушение. В случаях, когда композиция содержит материал, вступающий в реакцию с химическими агентами, пробки удаляют реакцией с другими агентами. В случаях, когда композиция содержит плавкий материал, плавление может привести к снижению механической стабильности пробки. В случаях, когда композиция содержит водорастворимые или растворимые в углеводороде материалы. Удаления пробки можно достичь физическим растворением по меньшей мере одного из компонентов закупоривающей смеси в окружающем флюиде. Растворимость указанных компонентов может сильно зависеть от температуры. В этой ситуации, восстановление температуры в изолированной зоне после обработки может инициировать удаление перемычки. Может произойти распад по меньшей мере одного компонента композиции. Удаления пробки можно также достичь, обеспечив распад перемычки на меньшие части, которые будут смыты. Перечень возможных материалов, которые могут быть способны к распаду, включает пластмассы, такие как ПМК, полиамиды и композитные материалы, содержащие разлагаемые пластмассы и неразлагаемые мелкие твердые частицы. Следует отметить, что некоторые из разлагаемых материалов проходят стадию распада в течение процесса разложения. Примером этого служит ПМК, которая перед полным разложением превращается в хрупкий материал.
Как указано выше, для обработки высокотемпературной скважины особенно полезны неоднородные частицы. В данном контексте, термин высокая температура охватывает температуры от около 135°C (275°F) до 250°C (482°F),или от 149°C (300°F) до около 204°C (400°F).
Для лучшего понимания, приведены следующие примеры вариантов реализации изобретения. Следующие примеры никаким образом не следует воспринимать как ограничивающие или определяющие объем всего изобретения.
Примеры
Для демонстрации способов обработки, была проведена серия экспериментов.
Пример 1
TM
TM
Стереокомплекс полимолочной кислоты (ПМК), поставляемый под торговым наименованием INGEO компанией Nature Works, Llc (USA), смешали со стабилизатором. Использованный стабилизатор представлял собой полимерный карбодиимид с минимальным содержанием карбодиимида 13%мас., который поставляет под торговым наименованием Stabaxol P компания Rhein Chemie (Germany). Добавление стабилизатора к смоле ПМК производили в расплаве. Расплавленную смесь экструдировали и нарезали на прутки длиной 2-3 мм и диаметром 2 мм. Оба образца соэкструдировали одинаковым образом.
Степень разложения обоих образцов измеряли в дистиллированной воде, при концентрации 1%мас. смешанного разлагаемого материала. Образцы выдерживали при температуре 176°C (350°F), изменение массы измеряли через каждые 2 часа. Кривые разложения проиллюстрированы на Фигуре 1. Сравнительное испытание произвели с ПМК, не смешанной со стабилизатором. Термостойкость ясно видна по характеру кривых разложения.
Пример 2
В этом примере, образцы ПМК представляли собой BIOFRONT PLA, поставляемые компанией Teijin, Japan, их смешали с соединением карбодиимида, имеющим циклическую структуру. Образец, маркированный как «Biofront +добавка II», содержит более высокий процент стабилизатора, чем образец «Biofront +добавка», образец, маркированный «Biofront», не содержит стабилизатора.
Степень разложения обоих образцов измеряли в дистиллированной воде, при концентрации образца 1%мас. Образцы выдерживали при температуре исследования 176°C (350°F), изменение массы измеряли через каждые 2 часа. Кривые разложения проиллюстрированы на Фигуре 2. Видно, что повышение концентрации стабилизатора способствует задержке гидролиза образцов.
Пример 3
TM
TM
TM
TM
В этом примере, серию образцов получили с помощью настольного двухшнекового экструдера Thermo Scientific. Базовый полимер представлял собой полимолочную кислоту (ПМК), поставляемую под торговым наименованием 6060 D INGEO компанией Nature Works, Llc (USA). Использованный стабилизатор представлял собой полимерный карбодиимид с минимальным содержанием карбодиимида 13%мас., который поставляет под торговым наименованием Stabaxol P компания Rhein Chemie (Germany). Изготовили # образца, один со стабилизатором, один с 2%мас. Stabaxol P и один с 4%мас. Stabaxol P.
Степень разложения образцов измеряли в дистиллированной воде, при концентрации образца 1%мас. Образцы выдерживали при температуре исследования 60°C (140°F), изменение массы измеряли на 14, 28 и 35 день, кроме того, осуществляли мониторинг уровня рН раствора, который служил индикатором разложения полимера и образования лактидов. Более низкая температура измерения была выбрана для случая, когда следовало отсрочить гидролиз на длительный период времени. Результаты представлены на Фигуре 3. Отсрочивающее действие стабилизатора очевидно.
Представленное выше раскрытие и описание является иллюстративным и пояснительным, и специалисты в данной области могут легко понять, что любые изменения размера, формы и материалов, так же как деталей проиллюстрированной конструкции или комбинаций элементов, описанных в данном документе, могут быть сделаны без удаления от сущности раскрытия.