ДОБАВКА К ЖИДКОСТИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА
UNDERGROUND FORMATION TREATMENT LIQUID ADDITIVE AND UNDERGROUND FORMATION TREATMENT METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к технологии обработки подземных пластов и, более конкретно, к добавкам к жидкой обрабатывающей композиции, содержащей основную смесь и разлагаемое вещество, которые позволяют существенно улучшить свойства упомянутой композиции, и к способам обработки подземного пласта с использованием упомянутой композиции с упомянутыми добавками, в частности к способам доставки жидкой обрабатывающей композиции, способной транспортировать расклинивающие наполнители с разлагаемым веществом в пласт с целью применения при пониженных температурах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Гидравлический разрыв подземных пластов с давних пор зарекомендовал себя как эффективное средство стимулирования добычи углеводородных жидкостей из скважины. При гидравлическом разрыве пласта жидкость для интенсификации притока в скважину (обычно называемую жидкостью для гидроразрыва) вводят в скважину и через нее подают к поверхности подземного пласта, пересеченного скважиной, под давлением, по меньшей мере достаточным для создания разлома в пласте. Обычно для создания разлома сначала закачивают «заполняющую жидкость», а затем жидкость для гидроразрыва, часто несущую зернистые расклинивающие наполнители, под давлением и при расходе, которые достаточны для увеличения разлома от скважины вглубь пласта. При использовании расклинивающего наполнителя задача, в общем, сводится к созданию зоны, заполненной расклинивающим наполнителем, проходящей от границы разлома к скважине. В любом случае гидравлически созданный разлом является более проницаемым, чем указанный пласт, и представляет собой путепровод или канал, по которому углеводородные жидкости в пласте поступают к скважине и затем на поверхность, где их собирают.
В качестве жидкостей для гидроразрыва используют самые разнообразные жидкости, но многие, если не большинство из них, являются жидкостями на водной основе, которые загущают или вязкость которых увеличивают путем добавления натурального или синтетического полимера (сшитого или несшитого) либо вязкоупругого поверхностно-активного вещества (VES). Жидким носителем обычно является вода или соляной раствор (например, разбавленные водные растворы хлорида натрия и/или хлорида калия).
Загущающий полимер обычно представляет собой сольватируемый (или гидратируемый) полисахарид, такой как галактоманнановая камедь, глюкоманнановая камедь или производное целлюлозы. Примеры таких полимеров включают гуар, гидроксипропилгуар, карбоксиметилгуар, карбоксиметилгидроксиэтилгуар, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, ксантан, полиакриламиды и другие синтетические полимеры. Из вышеуказанных веществ гуар, гидроксипропилгуар и карбоксиметилгидроксипропилгуар обычно являются предпочтительными благодаря их коммерческой доступности и выгодной стоимости.
Во многих случаях, если не в большинстве, полимерный загуститель представляет собой сшитый подходящим сшивающим агентом полимер. Сшитый полимер имеет еще более высокую вязкость и является более эффективным при переносе расклинивающего наполнителя в разорванный пласт. Боратный ион широко используется в качестве сшивающего агента, обычно в жидкостях с высоким значением рН, для гуара, производных гуара и других галактоманнанов. Другие сшивающие агенты включают, например, титан, хром, железо, алюминий и цирконий.
Вязкоупругие жидкие поверхностно-активные вещества обычно получают путем смешивания в жидком носителе соответствующих количеств подходящих поверхностно-активных веществ, таких как анионогенные, катионогенные, неионогенные и цвиттерионные поверхностно-активные вещества. Вязкость вязкоупругих жидких поверхностно-активных веществ объясняется трехмерной структурой, формируемой компонентами в жидкости. Когда концентрация вязкоупругих поверхностно-активных веществ существенно превышает критическую концентрацию, молекулы поверхностно-активных веществ агрегируются в мицеллы, которые могут быть очень сильно сплетены с образованием сетчатой структуры, проявляющей упругие свойства.
Растворы вязкоупругих поверхностно-активных веществ обычно получают путем добавления некоторых реагентов к концентрированным растворам поверхностно-активных веществ, зачастую состоящих из длинноцепочечных четвертичных аммониевых солей, таких как бромид цетилтриметиламмония (СТАВ). Обычные реагенты, которые инициируют возникновение вязкоупругих свойств у растворов поверхностно-активных веществ, представляют собой соли, такие как хлорид аммония, хлорид калия, салицилат натрия и изоцианат натрия, и неионные органические молекулы, такие как хлороформ. Содержание электролитов в растворах поверхностно-активных веществ также является важным фактором контроля их вязкоупругих свойств.
В процессе гидравлического разрыва пласта важным обстоятельством может быть контроль роста глубины разлома. В тех случаях, когда уровень грунтовых вод близок к зоне разрыва или когда зоны разрыва имеют низкие барьеры механических напряжений, так что рост глубины разлома может приводить к выпадению расклинивающего наполнителя из жидкости для гидроразрыва, контроль глубины разлома может быть критически важным. Обычная технология контроля глубины разлома состоит в применении жидкостей с более низкой вязкостью, таких как вязкоупругие поверхностно-активные средства (VES) или линейные гели. Однако жидкости с пониженной вязкостью неспособны к эффективному переносу в разлом крупноразмерных расклинивающих наполнителей.
Один из известных способов разрешения проблемы состоит во введении в поверхностно-активные жидкости деградируемых (разлагаемых) волокон. Разлагаемые волокна используются во многих технологических процессах, включая перенос проппантов, отклонение потоков жидкости при гидроразрыве и кислотной обработке карбонатов и, в последнее время, при потере бурового раствора при бурении. Использование деградируемых волокон в процессе гидроразрыва пласта (проппант+жидкость гидроразрыва+деградируемые волокна) позволяет в первый период времени обеспечить перенос проппанта и получение уплотненной структуры, что предотвращает смыкание трещины гидроразрыва. В дальнейшем необходимо обеспечить растворение волокон с целью повышения проницаемости проппантовой упаковки. Наиболее предпочтительным волокном для большинства из этих применений является полимолочная кислота (ПМА) из-за ее механических свойств и подходящих свойств с точки зрения разложения, а также ее легкодоступности и наибольшей эффективности с точки зрения стоимости по сравнению с другими разлагаемыми материалами. Такие применения были раскрыты в патентах US 7565929, US 7380600, US 7275596, EP 1556458.
Однако разрушение волокон и содержащего волокна вязкоупругого поверхностно-активного вещества (VES) в жидкости для гидроразрыва связано с известными проблемами. Как было показано, волокна из полимолочной кислоты (ПМК) разлагаются на растворимые вещества под действием температуры и времени. Однако при температурах ниже 82°С ПМК-волокна разлагаются слишком медленно, чтобы их можно было использовать для обработки нефтяных месторождений в низкотемпературных скважинах с температурами ниже 82°С, в частности с температурами от 10°С до 50°С. Поэтому ранее применения разлагаемых волокон были ограничены температурами выше 82°С исходя из скорости их разложения.
Некоторое время назад фирмой Schlumberger в связи с данной проблемой было предложено использовать специальную добавку к жидкости гидроразрыва, которая ускоряет растворение волокон (см. заявку RU 2010138242). Данная добавка содержит агенты контроля рН, или рН-буферные агенты (такие как, например, гидроксиды металлов, оксиды металлов, гидроксиды кальция, карбонаты металлов, бикарбонаты металлов). После завершения закачки обрабатывающей жидкости в пласт и ее нагрева до температуры пласта в жидкости за счет наличия агентов контроля рН начинает создаваться щелочная среда, которая и ускоряет растворение разлагаемых волокон.
Однако данное решение также не свободно от недостатков. Как показал опыт его применения, хотя скорость растворения разлагаемых волокон и возрастает при добавлении агентов контроля рН, при работе в области низких температур (порядка 50°С и ниже) происходит снижение скорости реакции. Одной из причин этого может быть переход ПМА из аморфной в кристалличнескую форму. Другой причиной может быть образование в рабочей жидкости нерастворимого осадка, например, сульфата кальция или карбоната кальция. Данный осадок в той или иной степени блокирует как твердые частицы агентов контроля рН, не позволяя им с достаточной скоростью поступать в рабочую жидкость и поддерживать рН на нужном уровне, так и сами деградируемые волокна, затрудняя разложение последних.
Таким образом, имеется потребность в разработке улучшенной рецептуры добавки к жидкой обрабатывающей композиции, позволяющей получить вязкоупругую жидкую поверхностно-активную композицию, которая могла бы эффективно транспортировать крупноразмерные расклинивающие наполнители и при этом с достаточной скоростью разлагаться при низкотемпературных условиях (ниже 82°С, например 40°С или 60°С), оставляя в разломе лишь немного остаточных твердых компонентов либо вообще не оставляя их.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С целью решения вышеуказанной проблемы авторами настоящего изобретения разработана добавка к жидкости для обработки пласта, содержащая в своем составе, по меньшей мере, следующие компоненты: агент для регулирования величины рН (далее называемый также «агент контроля рН»), регулирующий рН жидкости для обработки пласта и тем самым ускоряющий разложение деградируемых волокон; и агент, контролирующий выпадение осадка.
Входящий в состав добавки по настоящему изобретению агент для регулирования величины рН должен обеспечивать значение рН, равное или большее чем примерно 9. Агент контроля рН может, например, содержать по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей гидроксиды, оксиды, карбонаты и бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Другой необходимый компонент добавки - агент, контролирующий выпадение осадка, назначение которого состоит в том, чтобы предотвратить или максимально замедлить образование нерастворимых соединений в рабочей жидкости в процессе осуществления гидроразрыва и других видов обработки подземного пласта. В качестве таких агентов, согласно настоящему изобретению, могут применяться этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA) и/или ее соли, а также аминотриметиленфосфоновая кислота (АТМР) и/или ее соли.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения предлагается способ обработки подземного пласта, пересеченного скважиной, с использованием вышеописанной добавки. Такой способ включает: подготовку обрабатывающей жидкости, содержащей загущающий полимер либо вязкоупругое поверхностно-активное вещество, имеющее, по меньшей мере, одну разлагаемую связь, гидролизуемый материал, и добавку к жидкости для обработки пласта согласно настоящему изобретению; и введение подготовленной таким образом обрабатывающей жидкости в подземный пласт.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 представлен график разложения волокон ПМК при температуре 50 градусов через 36 часов.
2
На Фиг.2 представлен график остаточной проводимости проппантной пачки с Ca(OH) при 50 градусах Цельсия
2
На Фиг.3 представлен график остаточной проводимости проппантной пачки с Са(ОН) при 75 градусах Цельсия
2
4
На Фиг.4 представлен график остаточной проводимости проппантной пачки с Са(ОН) и NaEDTA при 50 градусах Цельсия
2
На Фиг.5 представлен график остаточной проводимости проппантной пачки с Са(ОН), NaOH и АМТР при 50 градусах Цельсия
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Прежде всего, необходимо отметить, что более подробно описываемые ниже предпочтительные варианты реализации изобретения и приводимые примеры представлены исключительно для иллюстрации возможностей реализации общих идей настоящего изобретения и не ограничивают изобретение только указанными вариантами. При практической реализации настоящего изобретения разработка любого конкретного варианта реализации с выбором конкретных условий и параметров потребует принятия многочисленных решений, зависящих от конкретных задач, поставленных разработчиком, таких как соответствие требованиям, связанными с техническими системами и коммерческой деятельностью, которые будут варьировать в зависимости от того или иного варианта осуществления направленных на решение. Такой выбор может осуществляться в широких интервалах условий, а упомянутые разработки могут быть сложными и трудозатратными. Тем не менее они будут являться рутинными для среднего специалиста в данной области техники с учетом настоящего описания, а полученные частные варианты реализации изобретения будут соответствовать сути изобретения и входить в его объем, который определяется только формулой изобретения, представляемой с настоящей заявкой.
При изучении данного описания следует иметь в виду, что, хотя композиции согласно настоящему изобретению могут быть описаны здесь таким образом, что они содержат определенные вещества (материалы), следует учитывать, что композиция может содержать два или более химически различных материала одного назначения. Кроме того, композиция может также содержать несколько компонентов, отличных от тех, что указывались в настоящей заявке.
Далее, везде в описании настоящего изобретения каждое численное значение один раз следует рассматривать как значение с использованием термина "примерно" (если этого явно не указано) и затем снова рассматривать как неизмененное значение, если в контексте не указано иное. Также, в кратком описании изобретения и в настоящем подробном описании, следует учитывать, что любые значения из интервала концентраций, приведенного или описанного в качестве применяемого, подходящего или т.п., в том числе конечные значения интервала, следует рассматривать в качестве заявленных. Например, следует считать, что "интервал от 1 до 10" включает каждое и любое возможное число в пределах бесконечного множества между примерно 1 и примерно 10. Таким образом, даже если указаны конкретные значения в пределах интервала или ни одно из значений не указано в пределах интервала или указано только несколько конкретных значений, следует учитывать, что авторы изобретения предполагают, что любые и все значения в пределах указанного интервала были установлены и что авторами заявлен полный интервал и все точки в пределах указанного интервала.
Также, если специально не указано иное, в настоящей заявке все процентные содержания представляют собой процентные содержания по массе.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения предлагается добавка к жидкости для обработки пласта, содержащая в своем составе, по меньшей мере, следующие компоненты: агент для регулирования величины рН, регулирующий рН и тем самым ускоряющий разложение деградируемых волокон; и агент, контролирующий выпадение осадка.
Жидкость для обработки пласта, согласно настоящему изобретению, представляет собой жидкость, в состав которой входят загущающий полимер либо вязкоупругое поверхностно-активное вещество, имеющее, по меньшей мере, одну разлагаемую связь, а также разлагаемый материал.
Загущающий полимер включает в себя природный или синтетический полимер. В одном из вариантов реализации изобретения природный или синтетический полимер включает в себя гидратируемый полисахарид, выбранный из галактоманнановой камеди, глюкоманнановой камеди и производных целлюлозы.
В одном из более предпочтительных вариантов реализации изобретения загущающий полимер представляет собой производное целлюлозы, выбранное из гуара, гидроксипропилгуара, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксиэтилгуарА, гидроксиэтилцеллюлозы, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, ксантана.
Альтернативно жидкость для обработки пласта может содержать вязкоупругое поверхностно-активное вещество, имеющее, по меньшей мере, одну разлагаемую связь.
При загущении жидкости для обработки пласта путем добавления вязкоупругих поверхностно-активных веществ предполагают, что увеличение вязкости обусловлено образованием мицелл, например червеобразных мицелл, которые сплетаются, придавая жидкости структуру, обеспечивающую увеличение вязкости. Помимо самой вязкости важным аспектом свойств жидкости является степень восстановления вязкости, или возвращение к прежнему состоянию, при воздействии на жидкость сильного сдвигового напряжения, а затем снятия сдвигового напряжения. Для вязкоупругих поверхностно-активных жидкостей сдвиг может разрушить мицеллярную структуру, после чего структура реформируется. Регулирование степени реорганизации (возвращения к прежнему состоянию) необходимо для максимизации эффективности поверхностно-активной системы при различных применениях. Например при гидравлическом разрыве пласта критическим для жидкости является восстановление вязкости, настолько быстрое, насколько возможно, после выхода из зоны высокого сдвигового напряжения в трубопроводах и при входе в среду со слабыми сдвиговыми напряжениями в гидравлической разломе. С другой стороны, при очистке скрученных труб желательно обеспечить некоторую задержку восстановления полной вязкости, чтобы более эффективно смыть сильной струей твердые компоненты со дна скважины в межтрубное пространство. Именно в межтрубном пространстве восстановившаяся вязкость обеспечивает эффективный вынос твердых компонентов на поверхность. Таким образом, необходим контроль за восстановлением вязкости и временем, требуемым для такого восстановления.
При применении согласно настоящему изобретению можно использовать различные вязкоупругие поверхностно-активные вещества (ВПАВ). Так, подходящими могут быть катионные ВПАВ, цвитерионные ВПАВ, амфотерные ВПАВ. Также являются подходящими поверхностно-активные вещества с разлагаемой связью в молекуле. Поверхностно-активные вещества с разлагаемой связью в молекуле могут гидролизоваться с отделением гидрофильной головки от гидрофобного хвоста. Не желая быть связанным какой-либо теорией, предполагают, что такое разделение будет разрушать мицеллы, образованные вязкоупругим поверхностно-активным веществом.
Согласно одному из вариантов реализации, вязкоупругое поверхностно-активное вещество имеет гидролизуемую амидную связь в концевой группе согласно схеме
Типичные катионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества включают аминные соли и четвертичные аминные соли, описанные в патентах США №5979557 и 6435277, которые имеют общего заявителя с настоящей заявкой и которые включены в настоящее описание посредством ссылки.
Примеры подходящих катионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ включают катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру:
1
2
3
4
+
-
RN(R)(R)(R)Х
1
2
3
4
1
6
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
-
+
-
в которой R содержит примерно от 14 до примерно 26 атомов углерода и может быть разветвленным или неразветвленным, ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и может содержать карбонил, амид, ретроамид, имид или амин; R, R и R каждый независимо представляет собой водород или алифатическую группу C, примерно C, которая может быть одинаковой или различной, разветвленной или неразветвленной, насыщенной или ненасыщенной, и одна или более чем одна из которых может иметь в качестве заместителя группу, которая делает группы R, R и R более гидрофильными; группы R, R и R могут быть включены в гетероциклическую пяти- или шестичленную кольцевую структуру, которая включает атом азота; группы R, R и R могут быть одинаковыми или различными; и X представляет собой анион. Также для применения в настоящем изобретении пригодны смеси таких соединений. В качестве дополнительного примера, R состоит примерно из 18 до примерно 22 атомов углерода и может содержать карбонил, амид или амин, и R, R и R являются одинаковыми между собой и содержат от 1 до 3 атомов углерода. Катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру RN(R)(R)(R)X, могут включать амины, имеющие структуру RN(R)(R). Хорошо известно, что коммерчески доступные катионные поверхностно-активные вещества на основе четвертичных аминов часто содержат соответствующие амины (в которых R, R и R в катионном поверхностно-активном веществе и в амине имеют одну и ту же структуру). При покупке, коммерчески доступные концентрированные составы вязкоупругих поверхностно-активных веществ, например катионные вязкоупругие поверхностно-активные составы, могут также содержать один или более ингредиентов из группы, состоящей из растворителей, сорастворителей, органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей и олигомеров, полимеров, сополимеров и смесей этих ингредиентов. Они могут также содержать усилители эффективности, такие как вещества, повышающие вязкость, например полисульфонаты, например, полисульфоновые кислоты, как описано в находящейся на рассмотрении опубликованной патентной заявке США №2003-0134751, которая имеет общего заявителя с настоящей заявкой и которая включена в настоящее описание посредством ссылки.
Еще одно подходящее катионное вязкоупругое поверхностно-активное вещество представляет собой хлорид эруцил-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония («ЕМНАС»), также известный как хлорид (Z)-13-докозенил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония. Обычно указанное вещество получают от производителей в виде смеси, содержащей примерно 60 массовых процентов поверхностно-активного вещества в смеси с изопропанолом, этиленгликолем и водой. В этом описании, авторы при упоминании «ЕМНАС» подразумевают указанный раствор. Прочие подходящие аминные соли и соли четвертичных аминов включают (индивидуально или в комбинации) хлорид эруцилтриметиламмония; хлорид 1H-метил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)аммония полученный из рапсового масла; хлорид олеилметилбис(гидроксиэтил)аммония; хлорид эруциламидопропилтриметиламина, бромид октадецилметилбис(гидроксиэтил)аммония; бромид октадецилтрис(гидроксиэтил)аммония; бромид октадецилдиметилгидроксиэтиламмония; бромид цетилдиметилгидроксиэтиламмония; салицилат цетилметилбис(гидроксиэтил)аммония; 3,4,-дихлорбензоат цетилметилбис(гидроксиэтил)аммония; иодид цетилтрис(гидроксиэтил)аммония; бромид козилдиметилгидроксиэтиламмония; хлорид козилметилбис(гидроксиэтил)аммония; бромид козилтрис(гидроксиэтил)аммония; бромид дикозилдиметилгидроксиэтиламмония; хлорид дикозилметилбис(гидроксиэтил)аммония; бромид дикозилтрис(гидроксиэтил)аммония; хлорид гексадецилизопропилбис(гидроксиэтил)аммония; и хлоридцетиламино, N-октадецилпиридиния.
Цвиттерионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества также пригодны для применения в настоящем изобретении. Типичные цвиттерионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества включают вещества, описанные в патенте США №6703352, который имеет общего заявителя с настоящей заявкой и который включен в настоящее описание посредством ссылки. Типичные цвиттерионные поверхностно-активные вещества имеют структуру:
1
2
3
в которой R представляет собой гидрокарбил, который может быть разветвленным или неразветвленным, ароматическим, алифатическим или олефиновым и содержит примерно от 14 до примерно 26 атомов углерода, и может включать аминогруппу; R представляет собой водород или алкильную группу, содержащую от 1 до примерно 4 атомов углерода; R представляет собой нециклическую углеводородную группу, содержащую от 1 до примерно 5 атомов углерода; и Y представляет собой электроноакцепторную группу. Более конкретно, цвиттерионное поверхностно-активное вещество может иметь бетаиновую структуру:
в которой R представляет собой гидрокарбил, который может быть разветвленным или неразветвленным, ароматическим, алифатическим или олефиновым и содержать примерно от 14 до примерно 26 атомов углерода, возможно содержащий аминогруппу; n принимает значения примерно от 2 до примерно 4; и p принимает значения примерно от 1 до примерно 5. Можно также использовать смеси указанных соединений.
17
33
22
41
Два примера подходящих бетаинов представляют собой, соответственно, ВЕТ-0-30 и ВЕТ-Е-40. Вязкоупругое поверхностно-активное вещество в ВЕТ-0-30 представляет собой олеиламидопропилбетаин. В настоящей заявке это вещество обозначают как ВЕТ-0-30 по наименованию поставщика (фирма Rhodia, Inc., Cranbury, New Jersey, U.S.A.) - Mirataine BET-0-30; указанное вещество содержит амид олеиновой кислоты (включающую СН-алкеновую концевую группу) и поставляется в виде примерно 30% активного поверхностно-активного вещества; оставшуюся часть, по существу, составляют вода, хлорид натрия, глицерин и Пропан-1,2-диол. Аналогичный подходящий материал, ВЕТ-Е-40, использовали в нижеописанных экспериментах; его химическое название - эруциламидопропилбетаин. ВЕТ-Е-40 также производится фирмой Rhodia; указанное вещество содержит группу амида эруковой кислоты (включающую CH-алкеновую концевую группу) и поставляется в виде примерно 40% активного ингредиента, при этом оставшуюся часть, по существу, составляют вода, хлорид натрия и изопропанол. ВЕТ-поверхностно-активные вещества и другие соединения, подходящие для применения в настоящем изобретении, описаны в патенте США No. 6703352.
6
16
8
16
Некоторые дополнительные поверхностно-активные вещества можно применять для повышения устойчивости к соляному раствору, для увеличения прочности геля, для сокращения времени восстановления вязкости после сдвигового напряжения и/или для снижения чувствительности к сдвигу цвиттерионных вязкоупругих жидких поверхностно-активных систем, таких как бетаиновые вязкоупругие жидкие поверхностно-активные вещества. Примером, приведенным в патенте США №6702352, является додецилбензолсульфонат натрия (SDBS). Еще один пример представляет полинафталинсульфонат. Цвиттерионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества могут быть использованы с этим типом дополнительного поверхностно-активного вещества или без него, например веществом со структурой типа SDBS, имеющей насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную С-С-цепь; другие примеры дополнительного поверхностно-активного вещества этого типа представляют собой вещества, включающие насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную C-C-цепь. Другие подходящие примеры дополнительного поверхностно-активного вещества этого типа, в особенности для ВЕТ-0-30, представляют собой некоторые хелатообразующие вещества, такие как тринатриевая соль триацетата гидроксиэтилэтилендиамина. Известны многие добавки, подходящие для улучшения эффективности желатинизированных вязкоупругих поверхностно-активных систем; в настоящем изобретении можно использовать любые из них; перед применением эти добавки должны быть исследованы на совместимость с композициями и способами согласно вариантам реализации настоящего изобретения; простые лабораторные эксперименты для такого исследования хорошо известны.
Цвиттерионные поверхностно-активные вязкоупругие системы обычно содержат один или более ингредиентов из группы, состоящей из органических кислот, солей органических кислот, неорганических солей и олигомеров, полимеров, сополимеров и смесей этих ингредиентов. Указанные ингредиенты, как правило, содержатся лишь в небольшом количестве и совсем не обязательно присутствуют. Органическая кислота обычно представляет собой сульфоновую кислоту или карбоновую кислоту и анионные противоионы солей органических кислот обычно представляют собой сульфонаты или карбоксилаты. Типичные примеры таких органических молекул включают разнообразные ароматические сульфонаты и карбоксилаты, такие как п-толуолсульфонат, нафталинсульфонат, хлорбензойная кислота, салициловая кислота, фталевая кислота и т.п., при этом указанные противоионы являются водорастворимыми. Наиболее предпочтительными являются салицилат, фталат, п-толуолсульфонат, гидроксинафталинкарбоксилаты, например 5-гидрокси-1-нафтойная кислота, 6-гидрокси-1-нафтойная кислота, 7-гидрокси-1-нафтойная кислота, 1-гидрокси-2-нафтойная кислота, предпочтительно 3-гидрокси-2-нафтойная кислота, 5-гидрокси-2-нафтойная кислота, 7-гидрокси-2-нафтойная кислота и 1,3-дигидрокси-2-нафтойная кислота и 3,4-дихлорбензоат. Органическая кислота или ее соль обычно способствует повышению вязкости, что является отличительной особенностью предпочтительных жидкостей. Органическая кислота или ее соль обычно присутствует в цвиттерионной вязкоупругой жидкости (после концентрирования вязкоупругого поверхностно-активного вещества, достаточного для загущения жидкости) с массовой долей примерно от 0,1% до примерно 10%, более предпочтительно, примерно от 0,1% до примерно 7%, и еще более предпочтительно, примерно от 0,1% до примерно 6%.
Неорганические соли, которые особенно подходят для применения в цвиттерионной вязкоупругой жидкости, включают водорастворимые калиевые, натриевые и аммониевые соли, такие как хлорид калия и хлорид аммония. Кроме того, можно также использовать хлорид кальция, бромид кальция и галогенидные соли цинка. Неорганические соли могут способствовать повышению вязкости, что является отличительной особенностью предпочтительных жидкостей. Кроме того, неорганические соли могут содействовать поддержанию стабильности геологического пласта, на который воздействует жидкость. Стабильность пласта и, в частности, стабильность глин (за счет ингибирования гидратации глин) достигается на уровне концентрации в несколько процентов по массе. Неорганическая соль обычно присутствует в цвиттерионной вязкоупругой жидкости (после концентрирования вязкоупругого поверхностно-активного вещества, достаточного для загущения жидкости) в весовой концентрации примерно от 0,1% до примерно 30%, более предпочтительно, примерно от 0,1% до примерно 10%, и еще более предпочтительно, примерно от 0,1% до примерно 8%. Органические соли, например, гидрохлорид триметиламмония и хлорид тетраметиламмония, также могут быть использованы в дополнение к неорганическим солям или в качестве их замены. Возможно формирование этих систем в концентрированных соляных растворах, в том числе соляных растворах, содержащих многовалентные катионы.
В качестве альтернативы органическим и неорганическим солям, или в качестве частичной замены солей, можно использовать средне- или длинноцепочечный спирт (предпочтительно алканол), преимущественно содержащий от пяти до десяти атомов углерода, или этоксилат спирта (преимущественно этоксилат алканола), предпочтительно содержащий от 12 до 16 атомов углерода, относящихся непосредственно к спирту, и включающий от 1 до 6, предпочтительно, 1-4, оксиэтиленовых групп.
Подходящими также являются амфотерные вязкоупругие поверхностно-активные вещества. Типичные амфотерные вязкоупругие поверхностно-активные вещества включают вещества, описанные в патенте США №6703352, например аминоксиды. Подходящее аминоксидное поверхностно-активное вещество имеет формулу:
1
2
3
где R, R и R независимо выбраны из алкила, алкенила, арилалкила или гидроксиалкила, при этом каждая из указанных алкильных групп содержит примерно от 8 до примерно 24 атомов углерода и может быть разветвленной или неразветвленной и насыщенной или ненасыщенной.
Подходящими также являются смеси цвиттерионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ. Пример, называемый в настоящей заявке ВЕТ-Е-40/АО, представляет собой смесь из примерно 13% изопропанола, примерно 5% 1-бутанола, примерно 15% монобутилового эфира этиленгликоля, примерно 4% хлорида натрия, примерно 30% воды, примерно 30% кокамидопропилбетаина и примерно 2% кокамидопропиламиноксида.
В дополнение к ВПАВ, жидкость по изобретению может содержать добавки, улучшающие реологические характеристики используемой вязкоупругой поверхностно-активной жидкой системы.
Оптимальная концентрация ВПАВ и конкретной добавки, улучшающей реологические характеристики, если последняя применяется, в конкретной вязкоупругой поверхностно-активной жидкой системе при определенных концентрации и температуре, в присутствии других компонентов (материалов), может быть определена с помощью простых экспериментов. Общая концентрация вязкоупругого поверхностно-активного вещества должна быть достаточной для формирования вязкоупругого геля в условиях, при которых поверхностно-активные вещества имеют достаточную тенденцию к агрегированию. Подходящие количества поверхностно-активного вещества и усилителя реологических характеристик представляют собой такие количества, которые необходимы для достижения требуемой вязкости и времени восстановления вязкости после сдвигового напряжения, что определяется экспериментально. В общем, количество поверхностно-активного вещества (как активного ингредиента) составляет примерно от 1 до примерно 10%. Коммерчески доступные концентраты поверхностно-активных веществ могут содержать некоторые материалы, которые, как было обнаружено авторами изобретения, можно использовать в качестве усилителей реологических характеристик, например, для понижения температуры замерзания концентрата, но обычно количество такого материала недостаточно из-за разбавления концентрата в конечной жидкости. Количество применяемого усилителя реологических характеристик, в дополнение к любому усилителю, который уже может присутствовать в поставляемом концентрате поверхностно-активного вещества, составляет примерно от 0,1 до примерно 6%, например, примерно от 0,25 до примерно 3,5%, наиболее предпочтительно, примерно от 0,25 до примерно 1,75%. Можно применять смеси поверхностно-активных веществ и/или смеси усилителей реологических характеристик.
Другой необходимый компонент обрабатывающей жидкости по настоящему изобретению представляет собой разлагаемое вещество, представленное в виде разлагаемого волокна или разлагаемой частицы. Так, в частности, могут быть применены разлагаемые волокна или частицы, выполненные из разлагаемых полимеров. Способность к разложению полимера зависит по меньшей мере частично от структуры его основной цепи. Одной из наиболее общих структурных характеристик является присутствие гидролизуемых и/или окисляемых связей в основной цепи. Соответственно, в одном из вариантов реализации изобретения разлагаемое вещество представляет собой гидролизуемый материал. Альтернативно или в дополнение, разлагаемое вещество может представлять собой окисляемый материал.
Различные молекулярные структуры разлагаемых веществ, которые подходят для применения в вариантах реализации настоящего изобретения, обеспечивают широкий ряд возможностей, касающийся регулирования скорости разложения разлагаемого вещества. Скорости разложения, например, сложных полиэфиров зависят от типа структурного звена, композиции, последовательности, длины, геометрии молекул, молекулярной массы, морфологии (например, кристалличности, размера сферолитов и ориентации), гидрофильности, площади поверхности и добавок. Также на процесс разложения полимера могут влиять окружающие условия, воздействию которых он подвергается, например температура, присутствие влаги, кислорода, микроорганизмов, ферментов, рН и т.п. Средний специалист в данной области техники, с учетом настоящего описания, будет способен определить, каким должен быть оптимальный полимер для данного варианта применения, с учетом характеристик применяемого полимера и окружающих условий, воздействию которых он будет подвергаться.
Подходящие примеры полимеров, которые могут быть использованы в качестве разлагаемого материала в соответствии с вариантами реализации изобретения, таким образом, включают, помимо прочего, гомополимеры, случайные сополимеры алифатических сложных полиэфиров, блок-сополимеры алифатических сложных полиэфиров, звездообразные сополимеры алифатических сложных полиэфиров, или гиперразветвленные сополимеры алифатических сложных полиэфиров. Такие подходящие полимеры можно получить с помощью реакций поликонденсации, полимеризаций с раскрытием цикла, свободно радикальных полимеризаций, анионных полимеризаций, карбокатионных полимеризаций, координационной полимеризации с раскрытием цикла, например, лактонов, и любых других подходящих процессов. Конкретные примеры подходящих полимеров включают полисахариды, такие как декстран или целлюлоза; хитины; хитозаны; белки; алифатические сложные полиэфиры; поли(лактиды); поли(гликолиды); поли(ε-капролактоны); поли(гидрокси эфиры алкоксикислоты); поли(гидроксибутираты); полиангидриды; поликарбонаты; поли(ортоэфиры); поли(ацетали); поли(акрилаты); поли(алкилакрилаты); поли(аминокислоты); поли(этиленоксид); полиэфиры алкоксикислоты; полиэфирамиды; полиамиды; полифосфазены; и их сополимеры или смеси. Для применения в настоящем изобретении могут также подходить другие разлагаемые полимеры, которые подвергаются гидролитическому разложению.
Из перечисленных подходящих полимеров, предпочтительными являются алифатические сложные полиэфиры. Из подходящих алифатических сложных полиэфиров, предпочтительными являются сложные полиэфиры α- или β-гидроксикислоты. Наиболее предпочтительным является поли(лактид). Поли(лактид) синтезируют из молочной кислоты посредством реакции конденсации или, более часто, посредством полимеризации с раскрытием цикла циклического мономера лактида. Мономер лактида, как правило, существует в трех различных формах: в виде двух стереоизомеров L- и D-лактид; и D,L-лактида (мезо-лактида). Хиральность лактидных звеньев обеспечивает средства для регулирования, среди прочего, скоростей разложения, а также достижение определенных физических и механических свойств после полимеризации лактида. Поли(L-лактид), например, представляет собой полукристаллический полимер с относительно низкой скоростью гидролиза. Он может быть предпочтительным для использования в применениях, при которых желательным является медленное разложение разлагаемого вещества. Поли(D,L-лактид) представляет собой аморфный полимер с гораздо более высокой скоростью гидролиза. Он может быть предпочтительным для использования в других вариантах применения. Стереоизомеры молочной кислоты могут быть использованы по отдельности или вместе для применения в композициях и способах согласно настоящим вариантам реализации изобретения. Кроме того, их можно сополимеризовать, например, с гликолидом или другими мономерами, подобно ε-капролактону, 1,5-диоксепан-2-ону, триметиленкарбонату, или с другими подходящими мономерами для получения полимеров с различными свойствами или временами разложения. Кроме того, стереоизомеры молочной кислоты можно модифицировать путем смешивания высоко- и низкомолекулярного полилактида или путем смешивания полилактида с другими алифатическими сложными полиэфирами. Например, на скорость разложения полимолочной кислоты можно влиять путем смешивания, например, высоко- и низкомолекулярных полилактидов; смесей полилактида и мономера лактида; или путем смешивания полилактида с другими алифатическими сложными полиэфирами.
Физические свойства разлагаемых полимеров могут зависеть от нескольких факторов, таких как состав структурных звеньев, упругость цепи, присутствие полярных групп, молекулярная масса, степень разветвленности, кристалличность, ориентация и т.п. Например, разветвление коротких цепей снижает степень кристалличности полимеров, тогда как разветвление длинных цепей уменьшает вязкость расплава и придает, среди прочего, объемную вязкость с увеличением жесткости при растяжении. Указанные свойства используемого вещества можно также варьировать путем его смешивания и сополимеризации с другим полимером или путем изменения макромолекулярной архитектуры (например, получая гиперразветвленные полимеры, звездообразные полимеры или дендримеры, и т.д.). Свойства любых таких подходящих разлагаемых полимеров (такие как гидрофильность, скорость биоразложения, и т.д.) можно контролировать путем введения функциональных групп по всей длине полимерных цепей. Средний специалист в данной области техники с учетом настоящего описания сможет определить соответствующие функциональные группы для введения в полимерные цепи и достижения требуемого эффекта.
Согласно одному варианту реализации, в предлагаемом способе используют разлагаемые волокна, на которые воздействуют условиями с высоким значением рН в течение определенного периода времени. Примеры таких волокон включают, без ограничений, волокна из сложных полиэфиров, полиамидов, полилактидов и т.п.
Согласно одному варианту реализации, в способе используют полимолочную кислоту, которая подвергается гидролизу с образованием жидкости при воздействии среды с высоким значением рН, как показано на следующей схеме реакции:
При выборе композиционных частиц для применения в конкретных случаях применения изобретения следует учитывать условия, при которых реализуется конкретный вариант применения изобретения. Кроме того, при выборе подходящего разлагаемого вещества необходимо учитывать то, какие продукты разложения будут образовываться. Например, при разложении некоторых веществ может образоваться кислота, тогда как присутствие кислоты может быть нежелательным. При разложении других веществ могут образоваться нерастворимые продукты разложения, которые также являются нежелательными. Кроме того, эти продукты разложения не должны оказывать вредного воздействия на другие технологические операции или компоненты.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения гидролизуемые волокна, а также применяемое вязкоупругое поверхностно-активное вещество могут образовывать нетвердые продукты при гидролизе.
Для реализации настоящего изобретения в описываемую здесь жидкость для обработки скважин вводят добавку согласно настоящему изобретению. Указанная добавка содержит, по меньшей мере, один компонент, регулирующий величину рН в жидкости (агент контроля рН), и, по меньшей мере, один компонент, замедляющий или останавливающий выпадение в жидкости осадка, оказывающего неблагоприятное влияние на процесс разложения деградируемых волокон в составе жидкости в процессе обработки скважины (агент, контролирующий выпадение осадка).
Основное назначение агента, регулирующего рН (агент контроля рН), состоит в том, чтобы обеспечить протекание гидролиза разлагаемых волокон при низкой температуре (не более 82°С, предпочтительно 10-50°С).
Подходящие агенты контроля рН будут варьировать в зависимости от конкретного выбранного разлагаемого волокна, но, в общем, могут включать те реагенты, которые являются сильнощелочными веществами и могут создавать и поддерживать среду с высоким значением рН. Предпочтительно, агенты контроля рН обеспечивают значение рН 9 или более.
2
Примеры сильнощелочных веществ включают, без ограничения нижеперечисленными, гидроксиды, оксиды, карбонаты или бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов и т.п. Более предпочтительно щелочные и щелочноземельные металлы выбраны из натрия, магния, калия, и кальция. Например, сильнощелочное вещество может представлять собой СаО, Са(ОН), МgО, NaOH и КОН.
В некоторых вариантах реализации агент контроля рН может включать, по меньшей мере, два из перечисленных компонентов.
2
3
Агент контроля рН также может содержать аминные основные добавки, такие как мочевину и ее производные, как например диметилолмочевина, 1,1-диэтилмочевина, 1,1,3,3-тетраметилмочевина, 1,3-диэтилмочевина, гидроксимочевина, 1,3-диаллилмочевина, этилмочевина, 1,1-диметилмочевина, а также нуклеофильные амины, такие как 4-диметиламинопиридин (DMAP) и 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (DBU). Согласно одному варианту реализации, рН-агент контроля рН может также содержать комбинацию аминов с карбонатом калия (KCO)
Другим необходимым компонентом добавки по настоящему изобретению является агент, контролирующий выпадение осадка. Как было указано выше, вероятное образование осадка в процессе разложения деградируемого компонента в обрабатывающей жидкости при использовании последней для обработки скважины, например при гидроразрыве, оказывает неблагоприятное воздействие, поскольку такой осадок в той или иной степени блокирует как твердые частицы агентов контроля рН, не позволяя им с достаточной скоростью поступать в рабочую жидкость и поддерживать рН на нужном уровне, так и сами деградируемые волокна, затрудняя разложение последних. Соответственно, задача, выполняемая данным агентом, состоит в том, чтобы максимально замедлить или полностью подавить вероятное образование и выпадение осадка в ходе гидролиза разлагаемых компонентов обрабатывающей жидкости, особенно при низких температурах (около 50°С), где неблагоприятное влияние выпадения осадка может проявиться особенно сильно.
Как известно специалистам в соответствующей области техники, значительная часть выпадающего осадка образована солями жесткости, в частности солями кальция, такими как, например, сульфат кальция, карбонат кальция. В целом из уровня техники известны способы торможения и подавления осаждения таких солей, в частности с использованием комплексообразующих соединений (комплексонов), таких как хелатирующие соединения.
Однако возможность и эффективность использования тех или иных хелатирующих соединений для целей настоящего изобретения не является очевидной, поскольку предполагается их использование в составе вышеуказанной добавки в комбинации с рН-буферным агентом. Прежде всего, поскольку многие применяемые хелатирующие соединения представляют собой кислоты, то их введение в состав добавки по настоящему изобретению приведет, очевидно, к снижению рН в среде обрабатывающей жидкости и, соответственно, замедлению разложения деградируемых частиц или волокон. С другой стороны, не вполне очевидно и то, что сами хелатирующие соединения будут действовать в среде с высоким рН, обеспечиваемым агентом контроля рН, достаточно эффективно. Наконец, не должно происходить значительного взаимодействия компонентов добавки согласно настоящему изобретению друг с другом начиная со смешения данных компонентов в ходе приготовления добавки и до ее введения в жидкость для обработки скважин.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что подходящими агентами для контроля выпадения осадка могут служить определенные хелатообразующие кислоты и их соли.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения агент, контролирующий выпадение осадка, представляет собой этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA):
а также ее соли. В предпочтительном варианте реализации изобретения соли этилендиаминтетрауксусной кислоты включают в себя моно-, ди-, три- и тетранатриевую соли, а также моно-, ди-, три- и тетракалиевую соли.
В другом варианте реализации настоящего изобретения агент, контролирующий выпадение осадка, представляет собой аминотриметиленфосфоновую кислоту (АТМР)
а также ее соли. В предпочтительном варианте реализации изобретения соли аминотриметиленфосфоновой кислоты включают в себя моно-, ди-, три-, тетра-, пента- и гексанатриевые соли, моно-, ди-, три-, тетра-, пента- и гексакалиевые соли, и моно-, ди-, три-, тетра-, пента- и гексакальциевые соли.
Для наиболее эффективной реализации преимуществ настоящего изобретения массовое соотношение рН-буферного агента и агента, контролирующего выпадение осадка, должно превышать 1:1. Предпочтительно, оно находится в пределах примерно от 1:1 до 200:1. Более предпочтительно, данное отношение составляет от 2:1 до 50:1.
Добавка согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте реализации является твердой добавкой.
В одном из вариантов изобретения твердая добавка изготавливается в виде гранулированной добавки. Для получения гранулированной добавки могут использоваться стандартные методы, применяемые в данной области и известные специалистам. Такие методы описаны, например, в W02006/030385.
В другом варианте реализации твердая добавка может быть выполнена в виде инкапсулированной добавки. Метод инкапсулирования веществ, в том числе твердых, пригодный для целей настоящего изобретения, а также устройство для инкапсуляции описано в US 4741401. Применение в нефтегазовой отрасли, в частности, при проведении гидроразрывов, химических компонентов в инкапсулированном виде известно из US 4506734, US 20100307744.
Применение добавки по настоящему изобретению в вышеуказанных твердых формах имеет то преимущество, что позволяет осуществить пролонгированный по времени и контролируемый выход компонентов в раствор, согласованный с проведением основного процесса (гидроразрыв, блокирование пласта и т.п.), например, за счет изготовления больших гранул и соответственно замедления скорости растворения по сравнению с порошками. Еще одним преимуществом является удобство дозировки такой добавки при ее введении в жидкость для обработки.
При смешивании с жидкостью для обработки пласта добавку согласно настоящему изобретению используют в количестве 0.1-10%, либо более предпочтительно 0.3-9% (по массе).
Описываемую в настоящей заявке жидкость для обработки пласта можно применять, в частности, при обработке нефтяного месторождения. В качестве примеров, жидкость можно применять как заполняющую жидкость и жидкость-носитель при гидравлическом разрыве, в качестве жидкости-носителя для реагентов контроля поглощения бурового раствора и в качестве жидкости-носителя при гравийной засыпке
Таким образом, еще в одном варианте реализации настоящее изобретение представляет собой способ обработки подземного пласта, пересеченного скважиной, включающий: подготовку обрабатывающей жидкости, содержащей загущающий полимер либо вязкоупругое поверхностно-активное вещество, имеющее, по меньшей мере, одну разлагаемую связь, и гидролизуемый материал, а также содержащей добавку к жидкости для обработки пласта согласно настоящему изобретению, как описано выше; и введение подготовленной обрабатывающей жидкости в подземный пласт для осуществления необходимой обработки пласта.
Добавление к жидкости для обработки пласта добавки по настоящему изобретению в одном из вариантов осуществления изобретения проводят на поверхности земли в процессе закачки обрабатывающей жидкости в обрабатываемый пласт. Добавку добавляют к жидкости с использованием автоматизированной системы подачи сухих добавок, при тщательном перемешивании, в рабочем интервале температур обрабатывающей жидкости, согласно стандартным методикам, известным специалистам в данной области. Примерами стандартных устройств которые могут использоваться при добавлении и смешении, являются блендеры для приготовления рабочих смесей для гидроразрыва пласта (например, модели SBT-625, SBT-615 компании Schlumberger,или МТ-1060 компании National Oilwell Varco).
Жидкость для обработки пласта, используемая в способе согласно настоящему изобретению, может содержать различные ВПАВ либо загущающие полимеры, а также разлагаемые материалы из числа описанных выше в настоящей заявке.
Так, в одном из вариантов реализации жидкость содержит вязкоупругое поверхностно-активное вещество, содержащее амидную связь. В предпочтительном варианте, такое вязкоупругое поверхностно-активное вещество имеет следующую формулу
В другом возможном варианте реализации жидкость содержит природный или синтетический загущающий полимер. В предпочтительном варианте такой полимер включает в себя гидратируемый полисахарид, выбранный из галактоманнановой камеди, глюкоманнановой камеди и производных целлюлозы. В более предпочтительном варианте реализации жидкость содержит природный или синтетический полимер, включающий в себя производное целлюлозы, выбранное из гуара, гидроксипропилгуара, карбоксиметилгуара, карбоксиметилгидроксиэтилгуар, гидроксиэтилцеллюлозы, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, ксантана.
При использовании в жидкости загущающего полимера жидкость может дополнительно содержать окислитель. Например, подходящими окислителями являются широко применяемые в операциях гидроразрыва персульфат аммония, бромат калия, бромат натрия и т.д. В некоторых случаях, окислители так же могут быть инкапсулированы с использованием промышленных методов инкапсуляции, описанных выше.
В одном из вариантов реализации содержащийся в жидкости гидролизуемый материал представляет собой гидролизуемое волокно. В предпочтительном варианте гидролизуемое волокно выбирают из группы, включающей сложные полиэфиры, полиамиды и полилактиды.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения гидролизуемое волокно и вязкоупругое поверхностно-активное вещество образуют при гидролизе нетвердые продукты.
Готовая жидкость для обработки пласта, в зависимости от целей обработки, может включать различные другие стандартные добавки, известные специалистам.
Так, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, в частности при проведении гидроразрыва, жидкость дополнительно включает расклинивающий наполнитель, или проппант.
В других вариантах реализации изобретения жидкость может содержать добавку, выбранную из группы, включающей ингибиторы коррозии, регуляторы водоотделения и их смеси.
Еще в одном из вариантов реализации изобретения обрабатывающая жидкость дополнительно включает газообразный компонент для формирования пены или активизированной жидкости, причем указанный газообразный компонент содержит газ, выбранный из группы, включающей азот, воздух и диоксид углерода.
Использование жидкости согласно настоящему изобретению позволяет осуществить обработку пласта таким образом, что на начальном этапе обработки применяемая жидкость имеет повышенную вязкость, что обеспечивает перенос ею крупноразмерных добавок, например проппантов. Последние, в сочетании с имеющимися в жидкости разлагаемыми материалами, обеспечивают уплотненную структуру жидкости, позволяющую, в частности, предотвратить смыкание трещины при проведении гидроразрыва.
Через определенное время разлагаемые материалы (волокна) под действием присутствующего в жидкости компонента добавки по изобретению, а именно агента контроля рН, гидролизуются, что повышает проницаемость пласта и позволяет получить из него более высокий поток добываемых углеводородов. Одновременно происходит снижение вязкости обрабатывающей жидкости, что может быть вызвано разложением молекул биополимера либо молекул ВПАВ, что также повышает проницаемость пласта и позволяет получить из него более высокий поток добываемых углеводородов
При этом указанный процесс гидролиза волокон происходит с достаточной скоростью при сравнительно низких температурах в пластах, ниже 82°С, таких как примерно 50°С и ниже. Это обеспечивается одновременным действием рН-буферного агента, поддерживающего рН в обрабатывающей жидкости на уровне, достаточном для протекания реакции с нужной скоростью, и агента, контролирующего выпадение осадка, который предотвращает или замедляет возможное образование нерастворимого осадка в системе, значительно тормозящего процесс гидролиза разлагаемых материалов, особенно при низких температурах. Таким образом, достигается нужное изменение проницаемости проппантовой упаковки с подходящей скоростью, что обеспечивает решение задач настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Для лучшего понимания настоящего изобретения оно дополнительно иллюстрируется далее с помощью нижеследующих примеров.
Во всех представляемых ниже примерах приготовление обрабатывающей жидкости вместе с разлагаемым волокном проводили следующим способом.
3
3
3
3
3
На дистиллированой воде готовили раствор гуарового полимера с концентрацией 4,2 кг/м. В дальнейшем к этому раствору добавляли раствор хлорида тетраметиламмония в концентраци 2 л/м, а также ПАВ в концентрации 1 л/м. Жидкость перемешивали в течение времени, достаточного для полной гидратации полимера. После этого в жидкость добавляли инкапсулированный персульфат аммония в концентрации 1,2 кг/м, волокна полимолочной кислоты (ПМК) в концентрации 4,8 кг/м и гранулированную добавку к жидкости в необходимой концентрации.
Гранулированную добавку (согласно настоящему изобретению или сравнительную) готовили путем смешивания составляющих компонентов и их помещения в лабораторный гранулятор. Процесс гранулирования проводили до полного завершения. Затем выделяли фракции с необходимым размером частиц. Далее полученную гранулированную добавку вводили в обрабатывающую жидкость в необходимой концентрации.
Пример 1
В данном примере проводили испытания волокон на гидролиз непосредственно в обрабатывающей жидкости.
Для проведения указанных тестов полученную смесь помещали в стеклянную бутылочку. Бутылочку помещали в водяную баню, нагретую до нужной температуры. Через определенное время образец извлекали из бани и взвешивали количество оставшихся волокон ПМК.
3
На Фиг.1 показаны результаты тестов на гидролиз ПМК-волокна (4,8 кг/м) в полимерном растворе (гидратированном раствором гуара) при температуре 50°С с различными количествами добавленного агента контроля рН и агента, контролирующего выпадение осадка. В таблице 1 приведены результаты разложения волокна при 50°С, содержащие различные концентрации добавки по изобретению, ускоряющей растворение волокна (в пересчете на составляющие компоненты).
Таблица 1
Концентрация гранулированной добавки, г/л
Концентрация химического соединения, г/л
Разложение через 36 часов, % масс.
Са(ОН)<sub>2</sub>
NaOH
ATMP
7
4,8258
0,9681
1,2061
32,05
6
4,1364
0,8298
1,0338
31,11
5
3,447
0,6915
0,8615
28,02
Как можно видеть, более высокая концентрация добавки по изобретению приводит к более быстрому разложению ПМК-волокон. При этом общая скорость разложения волокон в условиях «свободной» (не находящейся в пласте и не содержащей крупноразмерных добавок) обрабатывающей жидкости близка к скорости разложения, описываемой в наиболее близком источнике уровня техники RU2010138242. Таким образом, использование в добавках согласно настоящему изобретению дополнительно агента, контролирующего выпадение осадка, не приводит к падению эффективности разложения волокна.
Примеры 2-5
3
3
Для оценки влияния добавок согласно настоящему изобретению на протекание процессов в обрабатывающей жидкости в условиях, более близких к реальным рабочим условиям в пласте при низких температурах, проводили испытания по определению проводимости и проницаемости в проппантной пачке. Дальнейшие примеры относятся к испытаниям проводимости проппанта 16/20, проведенным при эффективном давлении на проппант 2000 фунтов на кв. дюйм [13,78 МПа], и температуре 50 градусов Цельсия, с использованием той же обрабатывающей жидкости, содержащей 4,2 кг/м гуаровой камеди и 4,8 кг/м ПМК-волокон.
Проводимость и проницаемость определялась на установке для определения проводимости проппантной упаковки (производство ЗАО Геологика) согласно внутренней процедуре, заключающейся в следующем.
Готовили смесь обрабатывающей жидкости с волокном и добавкой согласно вышеуказанной методике (рабочая жидкость). Затем готовили смесь рабочей жидкости с проппантом. Полученную смесь загружали в ячейку и моделировали утечку рабочей жидкости в пласт, одновременно ячейку нагревали до финальной температуры (50 градусов Цельсия) и прилагали эффективное давление на проппант, составляющее 2000 фунтов на квадратный дюйм.
Датчики перепада давления обнуляли, измеряли толщину проппантной упаковки и определяли проводимость прокачкой 2% раствора хлорида калия при трех расходах. Для вычисления средней проницаемости использовался закон Дарси. Тест проводили необходимое время.
3
Количества использовавшейся добавки (в расчете на 1 мобрабатывающей жидкости) и входящих в ее состав компонентов показаны в таблице 2.
Таблица 2
Пример №
Количество добавки, кг
Количество компонентов в добавке, кг
Са(ОН)<sub>2</sub>
NaOH
ATMP
EDTA
2
5,0
5,0
3
5,0
5,0
4
30,0
5,0
25,0
5
11,2
2,6
3,0
5,6
2
На Фиг.2 показана проводимость проппантной пачки в Примере 2 при добавлении 5,0 кг Са(ОН) и температуре 50 градусов Цельсия в зависимости от времени. Исходные значения проводимости находились на уровне 5200 мД*фут, через три дня проводимость достигала 6200 мД*фут. Можно наблюдать увеличение проводимости проппантной пачки с увеличением времени, однако скорость прироста проводимости замедлена. Данный пример можно рассматривать как иллюстрацию неоптимального набора и соотношения компонентов - при отсутствии реагента контроля выпадения осадка скорость растворения ПМК (и, как следствие, скорость повышения проводимости проппантной упаковки) становится слишком медленной.
3
2
На Фиг.3 показана проводимость проппантной пачки в Примере 3 (размер проппанта 12/18) при добавлении 5,0 кг/м Са(ОН) и температуре 75 градусов Цельсия в зависимости от времени. Исходные значения проводимости находились на уровне 20000 мД*фут, через четыре дня проводимость достигла 24000 мД*фут. Наблюдаемые значения проводимости связаны с увеличенной скоростью гидролиза ПМК при повышении температуры. Здесь также наблюдается рост проводимости проппантной пачки со временем.
2
3
На Фиг.4 показана проводимость проппантной пачки в Примере 4 при добавлении 5,0 кг Са(ОН) и 25 кг/м тетранатриевой соли EDTA и при температуре 50 градусов Цельсия в зависимости от времени. Исходная проводимость находилась на уровне 7089 мД*фут, а через четыре дня достигала значения 8215 мД*фут. Данный пример демонстрирует влияние неоптимального соотношения реагента контроля рН и реагента контроля образования осадков. С одной стороны, наличие реагента контроля осадков позволяет повысить исходную проводимость, с другой стороны, несмотря на наблюдаемое повышение проводимости проппантной упаковки со временем, скорость этого повышения не является оптимальной.
3
3
3
2
На Фиг.5 показана проводимость проппантной пачки в Примере 5 при добавлении 2,6 кг/м Са(ОН), 3 кг/м NaOH и 5.6 кг/м АТМР и при температуре 50 градусов Цельсия. Исходная проводимость находится на уровне 12117 мД*фут, через четыре дня проводимость достигает 20833 мД*фут. Наблюдается повышение проводимости проппантной упаковки и существенное увеличение скорости прироста проводимости за счет использования соотношения компонентов, близкого к оптимальному.
Вышеизложенное описание изобретения является иллюстративным и предназначено для его пояснения, при этом специалисту в данной области техники будет очевидно, что различные изменения размеров, формы и материалов, а также деталей показанной конструкции или комбинаций элементов, описанных в настоящей заявке, могут быть сделаны без отклонения от сущности настоящего изобретения.