САМООЧИЩАЮЩАЯСЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИНОЙ
SELF-CLEANING LIQUID FOR CONTROL OF WELL

Уровень техники изобретения
Изобретение относится к освоенным скважинам, пробуренным в подземных пластах. Более конкретно, оно относится к способам заглушения скважины, которые предотвращают протекание жидкости из пласта в ствол скважины в течение заканчивания или ремонта. Наиболее конкретно, оно относится к заглушению скважины без ее повреждения, то есть без того, чтобы уменьшить последующую добычу, особенно после гидравлического разрыва пласта, в то время как скважина подготавливается к добыче.
Имеется множество операций в стволе скважины, в которых необходимо, чтобы скважина имела возможность быть в сообщении через жидкости с пластом, через который он проходит, на период времени в условиях, в которых жидкость может протекать между пластом и скважиной, если не будут приняты меры, чтобы предотвратить это. Например, после того, как гидравлический разрыв пласта, кислотная обработка материнской породы или кислотный разрыв пласта, набивка разрыва пласта или гравийная набивка заканчиваются, может пройти несколько дней перед тем, как соответствующая аппаратура будет установлена на следующей стадии заканчивания (например, электрический погружной насос). Способ, который далее будут называть «управление скважиной», должен использоваться, чтобы предотвратить поток жидкости в скважину в течение этого времени. Типично, скважина, по меньшей мере частично, заполняется «заглушающей жидкостью» или «заглушающей гранулой». Эта жидкость обычно имеет достаточную плотность для того, чтобы столб жидкости обеспечивал гидростатическое давление, большее, чем давление жидкостей в пласте. Жидкость для управления скважиной также обычно загущается, чтобы уменьшить поток, и может содержать твердые частицы, например добавки, снижающие водоотдачу, которые предназначены, чтобы блокировать пути потока жидкости. Один из серьезных недостатков загущения заглушающей жидкости или включения добавок, снижающих потерю жидкости, заключается в том, что одна или обе из этих характеристик могут повредить скважину, трещину или пласт. Это может сделать необходимой дополнительную стадию, на которой делается попытка очистить повреждение. Может быть трудно или невозможно удалить всю жидкость или все твердые частицы, особенно, если некоторая часть жидкости и/или некоторая часть твердых частиц вторгается в трещину или пласт. Также, после некоторых способов заканчивания забоя скважины (например, после установки ESP), ремонтные работы невозможны.
Твердые частицы, используемые в жидкостях для управления скважиной, обычно представляют собой по существу нерастворимые или умеренно или медленно растворимые материалы (типично те, которые обычно используются как добавки, снижающие потерю жидкости, и/или компоненты фильтрационной корки). Удаление твердых частиц типично выполняется либо механическими средствами (очистка, промывка скважины или тому подобное), либо последующим добавлением жидкости, содержащей агент (например, кислоту, основание, окислитель или фермент), который растворяет по меньшей мере часть твердых частиц. Эти способы удаления обычно требуют инструмента или добавления другой жидкости (например, чтобы изменить pH или добавить химическое вещество). Иногда оператор может полагаться на поток добываемых жидкостей, но этот способ требует потока жидкости и часто приводит в результате к медленному или неполному удалению твердых частиц. Иногда разрушитель может быть включен в жидкость для управления скважиной, но это должно обычно быть задержано (например, посредством эстерификации или инкапсулирования), и они часто дороги и/или их трудно разместить и/или трудно инициировать цепную реакцию.
Сущность изобретения
Первый вариант осуществления представляет собой способ обработки скважины, проходящей через подземный пласт, включающий введение суспензии, содержащей загущенную вязкоупругую поверхностно-активную жидкость и разлагаемое первое твердое вещество, причем первое твердое вещество способно уменьшать поток жидкости из скважины в пласт или из пласта в скважину, давая возможность суспензии предотвратить поток жидкости на выбранный период времени и затем давая возможность первому твердому веществу разлагаться и вязкоупругой поверхностно-активной жидкости разрушаться. В скважине может быть давление ниже атмосферного. В одном варианте осуществления загущенная вязкоупругая поверхностно-активная жидкость разрушается после выбранного периода времени. Загущенная вязкоупругая поверхностно-активная жидкость может разрушаться при помощи продукта разложения первого твердого вещества. Разлагаемое первое твердое вещество может разлагаться после выбранного периода времени.
В другом варианте осуществления загущенная вязкоупругая поверхностно-активная жидкость также содержит агент для регулирования pH. Первое твердое вещество разлагается с образованием кислоты, и загущенная вязкоупругая поверхностно-активная жидкость может разрушаться посредством кислоты, и агент, регулирующий pH, присутствует в количестве, достаточном, чтобы нейтрализовать образовавшуюся кислоту до конца выбранного периода времени, и/или агент, регулирующий pH, присутствует в количестве, достаточном, чтобы поддержать pH, при котором загущенная вязкоупругая поверхностно-активная жидкость не разрушается до конца выбранного периода времени, и/или агент, регулирующий pH, задерживает скорость разложения разлагаемого первого твердого вещества.
Агент, регулирующий pH, выбирают из аминов и солей щелочноземельных металлов, аммония и щелочных металлов из сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов, бикарбонатов и органических карбоксилатов.
В другом варианте осуществления суспензия также содержит растворимое второе твердое вещество, которое способствует ускорению разложения разлагаемого первого твердого вещества. Растворимое второе твердое вещество может быть агентом, регулирующим pH, и/или добавкой, снижающей потерю жидкости.
В еще одном варианте осуществления разлагаемое первое твердое вещество выбирают из замещенного и незамещенного лактида, гликолида, полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, сополимеров полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимеров гликолевой кислоты с другими гидрокси-, карбоновую кислоту- или оксикарбоновую кислотусодержащими остатками, сополимеров молочной кислоты с другими гидрокси-, карбоновую кислоту- или оксикарбоновую кислотусодержащими остатками, и смесей этих веществ. Предпочтительное разлагаемое первое твердое вещество представляет собой полимер молочной кислоты. Разлагаемое первое твердое вещество может также быть выбрано из полимеров акриловой кислоты, арамидов, акрилонитрила, полиамидов, винилидена, олефинов, диолефинов, сложного полиэфира, полиуретана, винилового спирта и винилхлорида. В таком случае предпочтительное разлагаемое первое твердое вещество представляет собой полиэтилентерефталат.
В дальнейшем варианте осуществления разлагаемое первое твердое вещество находится в форме, выбранной из группы, состоящей из волокон, шариков, стружки, пленок, лент и пластинок. Предпочтительно, разлагаемое первое твердое вещество находится в форме волокон.
-1
-1
В еще одном варианте осуществления разлагаемое первое твердое вещество разлагается при температуре пласта во время между приблизительно 4 часами и 100 днями. Агент, регулирующий pH, присутствует в количестве, достаточном, чтобы нейтрализовать любую кислоту, присутствующую в разлагаемом первом твердом веществе перед введением, и чтобы нейтрализовать любую кислоту, выработанную посредством разлагаемого первого твердого вещества перед концом выбранного периода времени. Кислота нейтрализуется до степени, достаточной для поддержания вязкости жидкости в присутствии разлагаемого первого твердого вещества выше приблизительно 50 сП при скорости сдвига 100 с и температуре пласта до тех пор, пока не образуется пробка из разлагаемого первого твердого вещества. Предпочтительно, вязкость поддерживается выше приблизительно 10 cП при скорости сдвига 100 с при температуре пласта, до тех пор, пока не образуется пробка из разлагаемого первого твердого вещества.
В другом варианте осуществления агент, регулирующий pH, выбирают из группы, состоящей из аминов и солей щелочноземельных металлов, аммония и щелочных металлов из сесквикарбонатов, карбонатов, оксалатов, гидрооксидов, оксидов, бикарбонатов, органических карбоксилатов и сесквикарбонатов натрия. Агент, регулирующий pH, может также быть выбран из триэтаноламина и тетраэтиленпентамина.
В еще одном варианте осуществления вязкоупругое поверхностно-активное вещество выбирают из группы, состоящей из бетаина и оксида амидоамина. Предпочтительно, бетаин представляет собой эруковый амидопропилдиметилбетаин или олеиламидопропилдиметилбетаин.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает вязкость при различных скоростях сдвига суспензии, содержащей вязкоупругую поверхностно-активную систему в воде, поддерживаемую при 93°C вплоть до одного дня.
Фиг.2 показывает эксперимент, подобный эксперименту на фиг.1, за исключением того, что было добавлено 3,6 г/л разлагаемого твердого вещества по изобретению в форме волокон.
Фиг.3 показывает pH как функцию времени для той же самой вязкоупругой поверхностно-активной жидкостной системы, содержащей изменяемые количества того же самого волокна.
Фиг.4 показывает содержание твердого карбоната натрия, остающееся, когда жидкость, содержащая вязкоупругую жидкостную систему, KCl, разлагаемое твердое вещество по изобретению в форме волокон и твердый карбонат натрия, была подвергнута мониторингу в течение 10 дней.
Фиг.5 показывает стабильность волокна в днях в подобной жидкости, когда добавлялись изменяемые количества твердого карбоната натрия.
Подробное описание изобретения
Было обнаружено, что суспензия разлагаемого первого твердого материала в водной жидкости, загущенной посредством вязкоупругой поверхностно-активной системы (VES) производит превосходную жидкость для управления скважиной. Управление скважиной происходит посредством разлагаемого первого твердого материала, например, в форме волокон, закупоривающего то место, где трещина соединяется со скважиной (при, вблизи, и/или в перфорациях, если скважина имеет обсадную трубу), а также посредством вязкости VES жидкостной системы. Однако основная функция загущенной VES жидкостной системы заключается в переносе разлагаемого первого твердого вещества (например, волокон) в забой скважины. Например, волокнистые разлагаемые первые твердые частицы образуют пробку из материала в местоположениях, в которых иначе происходила бы утечка жидкости, и, в первую очередь, эта пробка обеспечивает управление скважиной. Обработка должна быть спроектирована так, чтобы пробка сохранялась, пока необходимо управление скважиной. После того, как пробка образовалась, вязкость VES жидкостной системы становится менее важной. В общем имеется некоторый поток жидкости из гранулы для управления скважиной в пласт, когда помещается суспензия жидкости для управления скважиной; это приводит в результате к наращиванию пробки или набивки из разлагаемого первого твердого вещества в местоположении, где происходит утечка. Предпочтительно, разлагаемый первый твердый материал и VES разлагаются без необходимости в инициаторе цепной реакции, и, возможно, один или большее число продуктов распада действует как разрушитель для VES. Скорость разложения разлагаемого первого твердого вещества и VES, например, управляются посредством температуры, выбора площади поверхности разлагаемого первого твердого вещества и химии других компонентов жидкости. Второй твердый материал может быть включен первоначально для того, чтобы способствовать откупориванию и/или позже катализу разложения разлагаемого первого твердого вещества.
Подходящие вещества для разлагаемого первого твердого компонента по изобретению включают замещенные и незамещенные лактид, гликолид, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты, сополимер гликолевой кислоты с другими гидрокси-, карбоновую кислоту- или оксикарбоновую кислотусодержащими остатками, сополимер молочной кислоты с другими гидрокси-, карбоновую кислоту- или оксикарбоновую кислотусодержащими остатками или смеси предшествующих веществ. Другие вещества, подходящие для использования, представляют собой те полимеры оксиуксусной кислоты (гликолевой кислоты) с нею же или другими гидрокси-, карбоновую кислоту- или оксикарбоновую кислотусодержащими остатками, описанные в патентах США №№ 4848467, 4957165 и 4986355. Подходящие материалы для разлагаемого первого твердого вещества по изобретению также описаны в опубликованных заявках на патент США №№ 2003/002195 и 2004/0152601, право на обе из которых переуступлено правопреемнику по настоящей заявке.
Другие полимеры, например те, которые разлагаются при других температурах или других pH, или те, которые имеют различные химические совместимости, могут быть использованы, например поливиниловый спирт, возможно, при подходящем регулировании жидкости-носителя. Большее число примеров полимеров, которые могут использоваться, как разлагаемое первое твердое вещество по изобретению, представляют собой те, которые описаны (как волокна) в патенте США № 6599863, право на который переуступлено правопреемнику по настоящей заявке. Примеры этих полимеров по патенту представляют собой акриловую кислоту, арамиды, акрилонитрил, полиамиды, винилиден, олефины, диолефины, сложный полиэфир, полиуретан, виниловый спирт и винилхлорид. Особенно подходящим примером является полиэтилентерефталат (РЕТ).
Превосходными материалами для разлагаемого первого твердого вещества по изобретению являются твердые циклические димеры, или твердые полимеры, некоторые органические кислоты, которые гидролизуются в известных и управляемых режимах температуры, времени и pH; продуктами разложения являются органические кислоты. Один пример подходящего материала представляет собой твердый циклический димер молочной кислоты (известный как «лактид»), который имеет точку плавления от 95 до 125°C (в зависимости от оптической активности). Другой представляет собой полимер молочной кислоты (иногда называемый полимером молочной кислоты (или «PLA»), или полилактатом, или полилактидом). Другой пример представляет собой твердый циклический димер гликолевой кислоты (известный как «гликолид»), который имеет точку плавления приблизительно 86°C. Еще другой пример представляет собой полимер гликолевой кислоты (оксиуксусной кислоты), также известной как полигликолевая кислота («PGA»), или полигликолид. Другой пример представляет собой сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты. Эти полимеры и сополимеры представляют собой сложные полиэфиры. В общем, циклические димеры полимеризуются, чтобы образовать конечный полимер, из которого получают разлагаемое первое твердое вещество, но для работы при низкой температуре разлагаемое первое твердое вещество может быть приготовлено непосредственно из твердых циклических димеров. Имеющиеся в продаже материалы в состоянии после поставки могут содержать некоторую свободную кислоту (например, вплоть до приблизительно 5%) и некоторый растворитель, типично воду.
Компания NatureWorks LLC, Minnetonka, MN, США, принадлежащая Cargill Inc., Minneapolis, MN, США, производит твердый циклический димер молочной кислоты, называемый «лактидом», и из него производит полимеры молочной кислоты, или полилактаты, с изменяющимися молекулярными весами и степенями кристалличности, под общей торговой маркой NatureWorks™ PLA. PLA, доступная в настоящее время от NatureWorks, наиболее обычно имеет молекулярные веса вплоть до приблизительно 100000, хотя любой полилактид (полученный посредством любого процесса любым изготовителем) и материал с любым молекулярным весом любой степени кристалличности может быть использован в вариантах осуществления изобретения. Полимеры PLA представляют собой твердые частицы при комнатной температуре и гидролизуются посредством воды, чтобы образовать молочную кислоту. Те, которые доступны от NatureWorks, обычно имеют температуры плавления кристаллов от приблизительно 120 до приблизительно 170°C, но доступны и другие. Поли(d,l-лактид) доступен от фирмы Bio-Invigor, Пекин и Tайвань, с молекулярными весами вплоть до 500000. Bio-Invigor также поставляет полигликолевую кислоту (также известную как полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые «полиглактин» или поли(лактид-со-гликолид). Скорости реакций гидролиза всех этих материалов управляются, среди других факторов, посредством молекулярного веса, кристалличности (отношения кристаллического к аморфному материалу), физической формы (размера и формы твердого вещества), и, в случае полилактида, количества этих двух оптических изомеров (встречающиеся в природе формы l-лактида образуют частично кристаллические полимеры; синтетический dl-лактид образует аморфные полимеры). Аморфные участки более восприимчивы к гидролизу, чем кристаллические участки. Более низкий молекулярный вес, меньшая кристалличность и большее отношение поверхности к массе - все приводит к более быстрому гидролизу. Гидролиз ускоряется посредством увеличения температуры, посредством добавления кислоты или основания, или посредством добавления материала, который взаимодействует с продуктом гидролиза (который является одной возможной функцией произвольного второго твердого вещества по изобретению).
Гомополимеры могут быть более кристаллическими; сополимеры имеют тенденцию быть аморфными, если они не являются блоксополимерами. Степень кристалличности может управляться посредством способа приготовления гомополимеров и посредством способа приготовления и отношения и распределения лактида и гликолида для сополимеров. Полигликолид может быть приготовлен в пористой форме. Некоторые из разлагаемых первых твердых частиц растворяются очень медленно в воде перед гидролизом.
Эти разлагаемые первые твердые частицы типично содержат сложноэфирные или амидные связи; они типично наиболее стабильны при промежуточном pH и гидролизуются типично более быстро, когда pH поднимается или понижается. Стабильности, как функция pH, хорошо известны. Некоторые материалы, полезные как разлагаемые первые твердые частицы, разлагаются (например, гидролизуются) более быстро при низком pH, чем при высоком, и некоторые разлагаются (например, гидролизуются) более быстро при высоком pH, чем при низком. Хотя было бы желательно использовать полигликолевую кислоту и подобные материалы, как разлагаемое первое твердое вещество для VES жидкостных систем, это создает проблему, потому что эти материалы часто содержат небольшие количества кислоты, как полученной в промышленных масштабах, и, кроме того, эти материалы типично начинают гидролизоваться с образованием кислоты, когда они используются. Кислота, содержащаяся в материале или произведенная посредством него, уменьшает pH VES жидкостной системы; это типично уменьшает вязкость, потому что вязкость многих VES жидкостных систем весьма чувствительна к pH. Поэтому простое добавление PGA или подобного материала к VES жидкостной системе не будет приемлемым решением проблемы. Присутствующие в природе мономерные кислоты или раннее растворение некоторых из PGA или подобного материала будет вредно воздействовать на вязкость системы. В этом случае вещество для управления pH, например второе твердое вещество, становится необходимым.
Подобным образом многие из подходящих VES поверхностно-активных веществ также содержат гидролизуемые функциональности, например сложные эфиры и амиды, и они также разлагаются более быстро при высоком или низком pH, чем при промежуточном pH. Наиболее обычно они разлагаются более быстро при низком pH, чем при высоком. По этим причинам часто желательно поддержать суспензию по изобретению при умеренно высоком pH посредством вещества для регулирования pH, до тех пор, пока управление скважиной больше не будет необходимым, и затем дать возможность pH понизиться.
Разлагаемое первое твердое вещество по изобретению может быть покрытым, чтобы замедлить разложение (например, гидролиз). Подходящие покрытия включают поликапролат (сополимер гликолида и эпсилон-капролактона) и стеарат кальция, оба из которых являются гидрофобными. Сам поликапролат гидролизуется медленно. Создание гидрофобного слоя на поверхности материалов для разлагаемых первых твердых частиц по изобретению любыми средствами задерживает гидролиз. Следует отметить, что покрытие здесь может относиться к инкапсулированию или просто к изменению поверхности посредством химической реакции или посредством образования или добавления тонкой пленки из другого материала, например масла. Разложение не происходит до тех пор, пока вода не войдет в контакт с разлагаемыми первыми твердыми частицами.
Разлагаемое первое твердое вещество саморазлагается на месте, которое находится в стволе скважины, в перфорациях (если скважина была снабжена обсадной трубой) как компонент фильтрационной корки бурового раствора на стенках ствола скважины, в трещине или в природных трещинах или впадинах в пласте. Конкретное преимущество этих материалов состоит в том, что наиболее разлагаемые первые твердые частицы по изобретению и продукты разложения, например органические кислоты с низким молекулярным весом, являются нетоксичными и разлагаются под действием бактерий.
Разлагаемое первое твердое вещество (например, твердая кислота) может быть изготовлено и использовано в различных твердых формах, включая, но не ограничиваясь этим, волокна, шарики, пленки, стружки, ленты и пластинки; наиболее обычно используемой формой являются волокна. Если разлагаемое первое твердое вещество находится в форме волокон, тогда наиболее обычно используются прямые волокна, хотя изогнутые, искривленные, спиралеобразные и другие трехмерные конфигурации волокон являются полезными. Также волокна могут быть связаны вместе, или сцеплены на одном или обоих концах. Если разлагаемое первое твердое вещество используется в форме волокон, тогда типично длина волокон составляет по меньшей мере приблизительно 2 миллиметра, и диаметр волокон находится в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 200 микрон. Оказывается, что нет верхнего предела длины используемых волокон с точки зрения полезности. Оборудование для обработки, смешения и нагнетания диктует практический верхний предел для длины волокон. Если разлагаемое первое твердое вещество используется в форме пленок, стружек, лент или пластинок, тогда типично самый большой размер частиц может находиться в широком диапазоне размеров, например от наночастиц (для разрушения VES, когда нет необходимости в физической помощи в управлении скважиной) до размера расклинивающих агентов. Выбор разлагаемого первого твердого вещества производится на основании, в первую очередь, желаемых скоростей гидролиза и растворения в жидкости для управления скважиной, которая используется для использования при температуре, при которой она будет использоваться. На эти выборы может также сильно повлиять желаемое время перед задерживаемым разрушением. Подобно этому концентрация вещества для управления pH, если оно присутствует, основана на многих факторах, которые будут ясными для специалиста в этой области техники, включая концентрации и природу VES, разлагаемого первого вещества и любых других добавок, температуру и желаемое время для разрушения. Соответствующий выбор и концентрация всех компонентов могут быть определены посредством простых лабораторных испытаний, например смешения всех компонентов, нагревания до рабочей температуре и мониторинга вязкости. Система может использоваться в любой водной жидкости от пресной воды до тяжелых рассолов; требованием является совместимость воды с VES системой. Обычно жидкости для управления скважиной имеют высокие плотности, обеспечиваемые посредством высоких концентраций рассолов. Жидкость для управления скважиной может быть перемешана периодически или перемешана непрерывно.
-1
Разлагаемое первое твердое вещество, например, в форме волокон, присутствует при концентрации от приблизительно 1,2 до приблизительно 25 г/л (от приблизительно 10 до приблизительно 200 фунтов на тысячу галлонов жидкости (ppt)). Предпочтительная концентрация разлагаемого первого твердого вещества, например, в форме волокон, составляет от 6 до 18 г/л (от 50 до 150 фунтов на тысячу галлонов жидкости (ppt)). Наиболее предпочтительная концентрация разлагаемого первого твердого вещества, например, в форме волокон, составляет от 12 до 18 г/л (от 100 до 150 фунтов на тысячу галлонов жидкости (ppt)). Способ работает при такой высокой концентрации разлагаемого первого твердого вещества, которая может нагнетаться посредством доступного оборудования, но более низкие концентрации требуют больших количеств жидкостей, которые должны нагнетаться, так что более высокие концентрации имеют тенденцию быть предпочтительными. Практически, разлагаемое первое твердое вещество, например, в форме волокон, как предполагается, образует пробку, разложение которой, как предполагается, будет независимым от концентрации первоначального разлагаемого первого твердого вещества, например в форме волокон. Диапазон вязкости вязкоупругой жидкости, необходимой для переноса волокна в надлежащее местоположение в скважине, которой нужно управлять (измеренный без волокна) составляет от приблизительно 10 до приблизительно 50 сП при 100 сек, хотя более высокие вязкости могут быть использованы для улучшенного управления скважиной.
Сочетание вещества для управления pH и подходящего разлагаемого первого твердого вещества (например, твердой кислоты) как способ поддержания стабильности VES системы (а также как поддержание стабильности разлагаемого первого твердого вещества) и затем разрушения ее, может быть использовано с любой VES системой, которая является более стабильной при более высоком pH, чем при pH, которые являются результатом гидролиза твердой кислоты, при условии, что вся жидкость для управления скважиной совместима с пластом, жидкостями пласта, и любыми другими жидкостями, с которыми она может войти в контакт, например жидкостью разрыва и ее компонентами и добавками. Эти VES включают катионные, анионные, неионные, цвиттерионные, амфотерные и смешанные поверхностно-активные жидкостные системы, особенно бетаиновые цвитерионные вязкоупругие поверхностно-активные жидкостные системы или амидоаминоксидные поверхностно-активные жидкостные системы. Примеры подходящих VES систем включают те, которые описаны в патентах США 5551516, 5964295, 5979555, 5979557, 6140277, 6258859 и 6509301. Некоторые VES системы, например некоторые катионные системы, не очень чувствительны к pH, и некоторые VES системы, например некоторые анионные системы, типично амортизируются при pH выше 12 при нормальном использовании, и сочетание твердой кислоты/агента, регулирующего pH, по этому изобретению не всегда может быть выгодным с такими системами. VES часто используются с дополнительными материалами (например, но не ограничиваясь этим, солями, вторичными поверхностно-активными веществами, усилителями реологии, стабилизаторами и усилителями восстановления сдвига), которые улучшают или модифицируют их характеристику.
Было обнаружено, что несколько типов цвиттерионных поверхностно-активных веществ особенно полезны, когда они используются для образования VES жидкостной системы по изобретению. В общем, подходящие цвиттерионные поверхностно-активные вещества 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 представляет собой алкильную группу, которая содержит от приблизительно 17 до приблизительно 23 атомов углерода, которые могут образовать разветвленную или неразветвленную цепь, и которая может быть насыщенной или ненасыщенной; a, b, a' и b' представляют собой, каждый, от 0 до 10, и m и m' представляют собой, каждый, от 0 до 13; a и b представляют собой, каждый, 1 или 2, если m не представляет собой 0, и (a + b) представляют собой от 2 до приблизительно 10, если m представляет собой 0; a' и b' представляют собой, каждый, 1 или 2, если m' не представляет собой 0, и (a' + b') представляет собой от 1 до приблизительно 5, если m представляет собой 0; (m + m') представляет собой от 0 до приблизительно 14; и CHCHO может также быть ориентирован, как OCHCH. Предпочтительные поверхностно-активные вещества представляют собой бетаины.
17
33
Два примера имеющихся в продаже концентратов бетаина представляют собой соответственно BET-O-30 и BET-E-40. VES поверхностно-активное вещество в BET-O-30 представляет собой олеиламидопропилбетаин. Оно обозначено BET-O-30, потому что получено от поставщика (Rhodia, Inc. Cranbury, New Jersey, США) под названием Mirataine BET-O-30; оно содержит олеиловую кислотную амидную группу (включая CH алкеновую хвостовую группу) и снабжено приблизительно 30% активным поверхностно-активным веществом; остальное представляет собой по существу воду, хлорид натрия, глицерин и пропан-1,2-диол. Аналогичный подходящий материал, BET-E-40, был использован в экспериментах, описанных выше; одним химическим названием является эруциламидопропилбетаин. ВЕТ поверхностно-активные вещества и другие, которые являются подходящими, описаны в патенте США № 6258859.
6
16
8
16
Определенные вторичные поверхностно-активные вещества могут быть полезными при увеличении устойчивости к рассолам, чтобы увеличить прочность геля и уменьшить чувствительность к сдвигу VES жидкостей, конкретно для поверхностно-активных веществ типа BET-O. Пример, приведенный в патенте США № 6258859, представляет собой додецилбензолсульфонат натрия (SDBS). VES могут быть использованы с этим типом со-поверхностно-активного вещества (со-ПАВ) или без него, например, с теми, которые имеют структуру типа SDBS, которая имеет насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную цепь от С до С; дальнейшие примеры этого типа со-ПАВ представляют собой те, которые имеют насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную цепь от C до C. Другие подходящие примеры этого типа со-ПАВ, особенно для BET-O-30, представляют собой такие определенные хелатообразователи, как, например, тринатрийгидроксиэтилендиаминтриацетат.
Хотя изобретение было описано везде с использованием термина «VES», или «вязкоупругое поверхностно-активное вещество», чтобы описать неполимерную загущенную водную жидкость во второй ступени, любой неполимерный материал может быть использован для загущения водной жидкости при условии, что требования, описанные здесь для такой жидкости, удовлетворяются, например, по требуемой вязкости, стабильности, совместимости и отсутствию повреждения ствола скважины, пласта или поверхности трещины. Примеры, без отношения к тому, образуют ли они пузырьки, или описаны, как образующие их, или вязкоупругие жидкости, включают, но не ограничиваются этим, те загустители, которые описаны в патентах США №№ 6035936 и 6509301.
Мицеллы VES жидкости обычно разрушаются посредством притока природных углеводородов и воды или рассола, но разрушители, например определенные соли, кислоты (особенно органические кислоты), или спирты, иногда также используются. Кислоты, как известно, повреждают или разрушают либо структуры мицелла/пузырек, образованные посредством вязкоупругих поверхностно-активных веществ, либо, в некоторых случаях, сами поверхностно-активные вещества, либо и то, и другое. Такие разрушающие добавки, как, например, активаторы, замедляющие агенты или стабилизаторы, могут также быть использованы, в особенности в сочетании с разрушителями.
2
3
3
Было обнаружено, что, когда ряд разлагаемых первых твердых материалов (например, твердые димеры, олигомеры или полимеры простых кислот, или сополимеры этих материалов друг с другом, примерами которых являются PGA (полигликолевая кислота) и PLA (полимолочная кислота), используются с VES, для которой продукты их разложения являются разрушителями, они должны быть использованы в сочетании с подходящим агентом, регулирующим pH, который дает возможность VES жидкостной системе поддерживать ее вязкость достаточно долго для того, чтобы образовалась пробка из разлагаемого первого твердого вещества, если часть твердой кислоты гидролизуется. Агент, регулирующий pH, может быть растворен в первой жидкости (например, NaOH или NaСО), или он может быть вторым твердым веществом (например, CaCO). Когда второе твердое вещество не является необходимым физически для управления скважиной, оно может все еще быть использовано, как стабилизатор, и затем, как задерживаемый разрушитель для VES жидкостной системы. Агент, регулирующий pH, предотвращает вредные воздействия небольшого количества свободной кислоты, которая типично находится в твердых кислотах в состоянии после поставки или других материалах, которые могут быть использованы, как разлагаемое первое твердое вещество, и также нейтрализует любую кислоту, которая может быть выработана посредством гидролиза разлагаемого первого твердого вещества в течение обработки, перед тем, как будет желательно разрушение. Когда присутствует агент, регулирующий pH, жидкость не становится достаточно кислотной, чтобы разрушить вязкость системы до тех пор, пока агент, регулирующий pH, не будет обедненным. Затем добавляемая кислота, все еще образующаяся, как твердая кислота (если она используется, как разлагаемое первое твердое вещество) продолжает гидролизоваться и растворяться, разрушает жидкостную систему. С другой стороны, агент, регулирующий pH, может передавать движение pH жидкости, что ускоряет гидролиз некоторого разлагаемого первого твердого вещества, что может быть необходимо принять в расчет при проектировании обработки, если скорость гидролиза является важной. Также очень важно то, что агент, регулирующий pH, должен поддерживать pH, при котором разлагаемое первое твердое вещество является стабильным, или разлагается только медленно, на тот период времени, который требует управление скважиной. Как только выбор VES поверхностно-активной системы и разлагаемого первого твердого вещества был сделан, все эти факторы могут легко быть сбалансированы специалистом в этой области техники, чтобы гарантировать, что режим в забое скважины VES поверхностно-активной системы сохраняется достаточно долго, чтобы поместить пробку из разлагаемого первого твердого вещества, и что пробка из разлагаемого первого твердого вещества сохраняется достаточно долго, чтобы поддержать управление скважиной на желаемый период времени (наоборот, конечно, времена и режим могут быть использованы для выбора VES поверхностно-активной системы и разлагаемого первого твердого вещества).
Подходящие агенты, регулирующие pH, включают, но не ограничиваются этим, сесквикарбонаты натрия, калия и аммония, оксалаты, карбонаты, гидроксиды, бикарбонаты и органические карбоксилаты, например ацетаты и полиацетаты. Примерами являются сесквикарбонат натрия, карбонат натрия и гидроксид натрия. Растворимые оксиды, включая медленно растворимые оксиды, например MgO, могут также быть использованы. Амины и олигомеры аминов, например алкиламины, гидроксиалкиламины, анилины, пиридины, пиримидины, хинолины и пирролидины, например триэтаноламин и тетраэтиленпентамин, могут также быть использованы.
Выбор вещества для управления pH зависит частично от используемой VES системы. Например, MgO в общем осаждает анионные VES, но он является подходящим для катионных и цвиттерионных VES. Некоторые вещества для управления pH типа соли на неорганической основе, например карбонаты, могут вредно воздействовать на реологию некоторых VES, которые являются чувствительными к концентрации электролита, так что в этих случаях агенты, регулирующие pH, на органической основе, например амины, будут лучшим выбором.
Агенты, регулирующие pH, могут быть добавлены, как твердые частицы или как растворы, типично концентрированные для облегчения транспортировки. Порядок добавления разлагаемого первого твердого вещества (например, твердой кислоты), вещества для управления pH, VES, и других компонентов (например, солей) не является критическим. Соответствующая концентрация вещества для управления pH зависит от концентрации твердой кислоты, температуры обработки, и прежде всего от желаемой задержки перед началом разрушения. Фактор, который нужно иметь в виду, заключается в том, что избыточные количества некоторых веществ для управления pH могут стимулировать гидролиз некоторых разлагаемых первых твердых частиц (например, твердых кислот), а также гидролиз VES.
Скорость разложения конкретного разлагаемого первого твердого вещества (например, твердой кислоты), имеющего конкретную химическую и физическую структуру, включая покрытие, если оно присутствует, при конкретной температуре и в контакте с жидкостью или жидкостями конкретного состава (например, pH и концентрации и природы других компонентов, в особенности электролитов и, возможно, агентов, регулирующих pH) и, возможно, в контакте со вторым твердым материалом легко определяется посредством простого эксперимента: подвергая разлагаемое первое твердое вещество (например, твердую кислоту) воздействию жидкости или жидкостей в режиме обработки и проводя мониторинг высвобождения кислоты.
Важной характеристикой состава и способа по изобретению является то, что обработка является неразрушающей и не требует вмешательства, чтобы очистить от остатка. Это происходит потому, что вязкоупругая жидкостная система, разлагаемое первое твердое вещество и второе твердое вещество - все спонтанно разлагаются на небольшие неразрушающиеся продукты), которые типично растворимы в воде и не оставляют остатка.
Суспензия и способ по изобретению используются при любых операциях в стволе скважины (как при заканчивании, так и при ремонте), в которых необходимо создать для скважины возможность быть в сообщении через жидкость с пластом, через который она проходит, на период времени в режиме, где жидкость может протекать между пластом и скважиной, если не будут приняты меры, чтобы предотвратить это. Например, после того, как гидравлический или кислотный разрыв пласта, кислотная обработка материнской породы, набивка разрыва пласта или гравийная набивка заканчиваются, может пройти несколько дней перед тем, как соответствующая аппаратура будет установлена на следующей стадии заканчивания (например, электрический погружной насос). Состав и способ по изобретению используются, чтобы предотвратить поток жидкости в скважину в течение этого времени, посредством по меньшей мере частичного заполнения скважины составом. Обычно для того, чтобы понизить затраты и не заполнять всю скважину составом, оператор вводит достаточно суспензии по изобретению, чтобы обеспечить достаточную набивку или пробку из разлагаемого первого твердого вещества, чтобы заглушить скважину. За этим введением затем следует буферная жидкость или жидкость после промывки, используемые для того, чтобы заткнуть утечку жидкости и создать набивку или пробку. Как суспензия, так и буферная жидкость или жидкость после промывки, если они используются, могут быть утяжелены, чтобы обеспечить достаточный вес столба жидкости, чтобы уравновешивать давление пласта. Когда скважины находятся под давлением ниже атмосферного, утяжеленные жидкости не будут необходимыми, хотя рассолы могут быть добавлены, чтобы управлять разбуханием глины в нефтеносных песчаниках. Любая буферная жидкость или материал после промывки, которые могут входить в контакт с суспензией по изобретению, должны содержать достаточное количество агента, регулирующего pH, чтобы задержать разложение, если желательно.
Любые добавки, обычно используемые в таких обработках, могут быть включены при условии, что они совместимы с другими компонентами и желаемыми результатами обработки. Такие добавки могут включать, но не ограничиваются этим, антиокислители, ингибиторы коррозии, биоциды и т.д. Обрабатываемые стволы скважины могут быть вертикальными, отклоняющимися или горизонтальными. Они могут заканчиваться обсадной трубой и перфорациями или скважиной, не закрепленной обсадными трубами. Состав и способ по изобретению используются в любом типе пласта, например в пласте с высокой или низкой проницаемостью, песчанистом или карбонатном. Другие формы жидкостей, иногда используемых как жидкости-носители или жидкости разрыва, могут также быть использованы в связи с суспензией по изобретению. Например, жидкость-носитель может быть эмульсией, или может быть вспененной или активированной.
Настоящее изобретение может быть понято дополнительно из следующих примеров.
Пример 1
Эксперименты были проведены с использованием вязкоупругого поверхностно-активного концентрата, содержащего приблизительно 38% по весу эрукового амидопропилдиметилбетаина, приблизительно 23% изопропанола, приблизительно 5% хлорида натрия, приблизительно 1% нафталинсульфоната натрия и остаток - воду. В качестве примера разлагаемого первого твердого вещества были использованы волокна полимолочной кислоты. Волокна содержали 12% воды и 1% пропитки. Они имели денье приблизительно 1,4 и были длиной приблизительно 6 мм.
-1
Фиг.1 показывает вязкость при различных скоростях сдвига жидкости, приготовленной посредством добавления 8% по весу этого поверхностно-активного концентрата к воде, и затем поддержания жидкости при 93°C вплоть до одного дня. Фиг.2 показывает подобный эксперимент, за исключением того, что 3,6 г/л волокна были добавлены. Можно увидеть, что в этих экспериментах волокно имело очень небольшое воздействие на вязкость при скоростях сдвига от 17 до 511 с и времени от 1 до 24 часов. Эта система могла быть стабильной для управления скважиной при этой температуре по меньшей мере на один день. Волокно было видно в системе до конца эксперимента.
Пример 2
Дополнительные эксперименты были проведены при 1,2 г/л волокна и 2,4 г/л волокна. Фиг.3 показывает pH как функцию времени при 93°C для четырех опытов. pH устойчиво уменьшался со временем, когда волокно присутствовало, и чем больше было волокна, тем больше было уменьшение. Это показывает, что полимер молочной кислоты очень медленно разлагался, и если бы эксперименты были продолжены, гели были бы разрушены, потому что известно, что эти гели разрушаются (и гидролиз поверхностно-активных веществ ускоряется) посредством сильной кислоты или посредством добавления достаточного количества органической кислоты.
Пример 3
Жидкость была приготовлена путем добавления 4% того же самого поверхностно-активного концентрата, используемого выше, 7% KCl, изменяемых количеств твердого карбоната натрия, 1,1 г (3,6 г/л) того же самого волокна, что использовалось выше, и 2,5 см (1 дюйм) пробки из длинного твердого волокна (изготовленной из того же самого волокна) к 300 мл воды. Физические проявления пробки из твердого волокна и жидкости были тогда подвергнуты мониторингу в течение времени. Фиг.4 показывает дни до 100% исчезновения пробки из твердого волокна при различных первоначальных содержаниях твердого карбоната натрия. Может быть обнаружено, что разложение разлагаемого первого твердого вещества (материал из твердых волокон в форме пробки в этом случае) может управляться этим способом в диапазоне от 1 до 10 дней. Фиг.5 показывает те же самые данные, что и фиг.4, но выраженные в днях долговечности пробки в зависимости от первоначального количества присутствующего твердого карбоната натрия. Окончательный pH в этих жидкостях находился в диапазоне от приблизительно 9,8 (при высоком первоначальном твердом карбонате натрия) до приблизительно 8,7 (при низком первоначальном твердом карбонате натрия).