ТВЕРДЫЕ ИНГИБИТОРЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВЫСВОБОЖДЕНИЕМ
SOLID INHIBITORS OF FORMATION OF DEPOSITS WITH CONTROLLED RELEASE

Область техники
[0001] Данное изобретение относится к ингибиторам образования отложений с контролируемым высвобождением и к их получению и применению в операциях гидроразрыва пласта в нефтяных и газовых скважинах. Более конкретно, к полифосфатным стеклам, имеющим предварительно определенную скорость растворения, и к их получению и применению для контролируемого высвобождения твердых ингибиторов образования отложений в операциях гидроразрыва нефтяных в нефтяных и газовых скважинах и в промышленных водопроводных системах.
Уровень техники
[0002] В промышленных работах по гидроразрыву пласта обычно используют воду или водные смеси при извлечении продукта. Такие жидкости используют в различных путях движения флюидов системы гидроразрыва, которые включают каналы устьевого оборудования и различные эксплуатационные трубы, а также каналы стволов скважины пласта или месторождения, включая удаленные трещины и разломы в горной породе пласта или месторождения. Распространенной проблемой является образование отложений на внутренних поверхностях таких каналов. Вода или водные смеси могут содержать различные катионы щелочноземельных металлов, таких как кальций, барий и стронций, а также различные анионы, такие как бикарбонат, карбонат, сульфат, фосфат и силикат. Если указанные ионы присутствуют в достаточных концентрациях, они могут объединяться с образованием осадков. Отложения, образованные в результате осаждения любых из нескольких типов таких осадков, могут покрывать поверхности, контактирующие с водой или водными смесями. Нарастание таких отложений на внутренних поверхностях каналов может, среди прочего, закупоривать движение потока флюида. Распространенные отложения включают кальцит, барит, целестит, ангидрит, гипс, сульфид железа, галит и различные «экзотичные» отложения, такие как плавиковый шпат, сульфид цинка и сульфид свинца, иногда встречающиеся, например, в высокотемпературных/высоконапорных (HT/HP) скважинах.
[0003] Технология нефтяной промышленности, известная как гидравлический разрыв или, менее официально, «гидроразрыв» и «разрыв», представляет собой широко используемый и эффективный способ увеличения добычи нефти и природного газа из пластов или месторождений, которые с экономической точки зрения трудно или невозможно разрабатывать. Гидроразрыв используют в комбинации с вертикальным и горизонтальным бурением.
[0004] Гидроразрыв включает закачивание смеси воды, песка или измельченных частиц песка, а также химических добавок в подземное нефтяное месторождение при высоком давлении. Давление закачивания создает небольшие взаимосвязанные трещины в горной породе и удерживает небольшие трещины в раскрытом состоянии с шириной в одну или две песчинки в непосредственной близости от ствола скважины. Указанные трещины служат как каналы движения флюида в пласте, облегчая движение флюидов пласта в ствол скважины.
[0005] Ингибиторы образования отложений используют в таких эксплуатационных скважинах для предотвращения образования отложений в пласте и/или в добычных линиях в забое и на поверхности. Накопление отложений снижает проницаемость пласта, уменьшает производительность скважины и сокращает срок службы производственного оборудования. Для очистки скважины и оборудования от отложений необходимо остановить добычу, что требует временных и экономических затрат.
[0006] Современные ингибиторы образования отложений и способы применения таких ингибиторов образования отложений характеризуются недостатком, заключающимся в трудности высвобождения ингибитора в ствол скважины в течение продолжительного периода времени. В результате необходимо периодически повторять обработку для поддержания постоянной требуемой концентрации ингибитора в скважине. Такие обработки приводят к снижению производственной прибыли вследствие простоя.
[0007] Предотвращение образования отложений является важным для обеспечения непрерывной добычи из существующих месторождений. Таким образом, необходимы ингибиторы образования отложений и способы обработки нефтяных и/или газовых скважины, которые обеспечивают химические средства для ингибирования образования отложений, которые могут высвобождаться в течение продолжительного периода времени. Желательно, чтобы такие способы не требовали непрерывного внимания операторов в течение продолжительных периодов времени.
[0008] Проведен большой объем работ по поиску химических добавок и способов, ограничивающих скорость растворения ингибирующих химических средств, для достижения оптимальной экономически целесообразной добычи нефти или газа. Такие попытки продолжаются, указывая на очевидную потребность в ингибиторах образования отложений и в способах применения таких ингибиторов, которые демонстрируют более медленное, устойчивое высвобождение в высокотемпературных условиях нефтяных и газовых скважинах, подвергнутых гидроразрыву.
Краткая сущность изобретения
[0009] Предложена композиция ингибитора образования отложений для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин или в промышленных водопроводных системах. Композиция содержит компонент полифосфатного стекла, который содержит продукт реакции смеси компонентов, содержащей фосфорсодержащее соединение и одну или более добавок с контролируемым высвобождением. Добавки с контролируемым высвобождением включают одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением, одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением или их комбинацию. Одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением включают одно или более алюмосодержащих соединений. Одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением включают одно или более кремнийсодержащих соединений или одно или более цинксодержащих соединений, или их комбинацию. Добавка с контролируемым высвобождением необязательно включает одно или более титансодержащих соединений или одно или более цирконийсодержащих соединений в качестве одного или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением или одного или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением.
[0010] Предложен также способ получения композиции ингибитора образования отложений для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин или в промышленных водопроводных системах. Ингибитор образования отложений содержит полифосфатное стекло. Указанный способ включает: смешивание компонентов предварительного нагрева с получением суспензии, причем компоненты предварительного нагрева содержат фосфорсодержащее соединение, включающее фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, фосфат, фосфатный сложный эфир, фосфонат или их комбинацию; щелочное химическое соединение с высоким рН, включающее карбонат натрия, гидроксид натрия или их комбинацию; и 1-20% мас. одной или более добавок с контролируемым высвобождением, в результате чего компоненты предварительного нагрева подвергаются первому взаимодействию; нагревание суспензии до температуры по меньшей мере 600 °С с получением стекловидного расплава, в результате чего компоненты нагретой суспензии подвергаются второму взаимодействию; и охлаждение стекловидного расплава с получением полифосфатного стекла в форме по существу аморфного стекла. Полифосфатное стекло представляет собой либо: полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, причем одна или более добавок с контролируемым высвобождением содержат одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением, состоящих из одного или более алюмосодержащих соединений, состоящих из оксида алюминия, гидроксида алюминия, оксида-гидроксида алюминия, природного минерала, содержащего оксид алюминия, или его полиморфа, синтетического минерала, содержащего оксид алюминия, или его полиморфа, алюминатной соли или ее полиморфа, алюминийорганического соединения или их комбинации; либо полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, причем одна или более добавок с контролируемым высвобождением содержат одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением, состоящих из диоксида кремния, циклического силоксана, силикатной соли, оксида цинка, цинковой соли или их комбинации.
[0011] Предложен также способ ингибирования образования отложений в подземном пласте. Указанный способ включает закачивание под давлением композиции ингибитора образования отложений, описанной в данном документе, в гидравлически созданные трещины ствола скважины.
[0012] Предложен также способ ингибирования образования отложений в промышленной водопроводной системе. Указанный способ включает добавление композиции ингибитора образования отложений, описанной в данном документе, в жидкость на водной основе в указанной системе для ингибирования образования отложений на поверхности системы, приведенной в контакт с указанной жидкостью.
[0013] Изложенная выше сущность различных аспектов данного изобретения не предназначена для описания каждого представленного аспекта или каждого варианта реализации данного изобретения. Хотя раскрыты многие варианты реализации данного изобретения, специалистам в данной области техники из следующего подробного описания, в котором приведены и описаны иллюстративные варианты реализации данного изобретения, станут понятны другие возможные признаки, варианты реализации и преимущества данного изобретения. Соответственно, подробное описание следует рассматривать как иллюстративное по своей сути, а не как ограничивающее.
Краткое описание графических материалов
[0014] Подробное описание данного изобретения представлено далее с конкретной ссылкой на графические материалы, среди которых:
[0015] На Фиг. 1-4 представлены диаграммы, демонстрирующие сравнительный обзор скорости растворения образцов твердого ингибитора образования отложений при различных температурах.
[0016] На Фиг. 5-8 представлены диаграммы, демонстрирующие сравнительный обзор скорости растворения образцов твердого ингибитора образования отложений.
[0017] Для целей данного описания, подобные позиционные обозначения на чертежах относятся к подобным элементам, если не указано иное. Представленные чертежи лишь иллюстрируют принципы данного изобретения и не предназначены для ограничения изобретения до конкретных изображенных вариантов реализации.
Подробное описание изобретения
[0018] Предложены композиции ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением, содержащие полифосфатное стекло, и способы получения и применения таких композиций. Ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением может быть адаптирован для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин. Ингибитор образования отложений, при его введении, демонстрирует контролируемое высвобождение ингибирующих химических соединений в течение предварительно определенного периода времени, в соответствии с одной или более добавками с контролируемым высвобождением, включенными в полифосфатное стекло. Полифосфатное стекло может быть модифицировано в виде полифосфатного стекла с замедленным высвобождением, или полифосфатное стекло может быть модифицировано в виде полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением. Композиции ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением могут содержать смеси полифосфатного стекла с замедленным высвобождением и полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением.
[0019] Ингибиторы могут представлять собой полифосфатные стекла, содержащие кальцийсодержащие и магнийсодержащие соединения и одну или более добавок с контролируемым высвобождением. При получении полифосфатного стекла комбинация одной или более добавок с контролируемым высвобождением, кальцийсодержащих соединений и магнийсодержащих соединений обеспечивает более химически прочное стекло, по сравнению со стеклом, полученным с применением комбинации кальцийсодержащих и магнийсодержащих соединений без одной или более добавок с контролируемым высвобождением. При их применении, указанные ингибиторы образования отложений снижают или повышают скорость растворения, сохраняют параметры ингибирования образования отложений и минимизируют необходимость изменения технологического процесса производственной площадки.
[0020] Если в данном документе не указано иное, все технические и научные термины, использованные в данном контексте, имеют такое же значение, которое обычно понимается специалистами в данной области техники. В случае противоречия следует руководствоваться настоящим документом, включая определения. Следующие определения приведены для выбора толкования терминов, использованных в настоящей заявке. Организация определений представлена лишь для удобства, и ее не следует толковать как ограничение каких-либо определений до конкретной категории.
2
3
[0021] «Оксид алюминия» в данном контексте относится к оксиду алюминия и представляет собой химическое соединение алюминия и кислорода с химической формулой AlO. Он также относится к оксиду алюминия (III), алоксиду, алокситу и алунду.
[0022] «Состоит по существу из» означает, что указанная комбинация содержит указанные ингредиенты, а также дополнительные неуказанные ингредиенты, при условии, что неуказанные ингредиенты не оказывают существенного влияния на основные и новые характеристики композиции. Более конкретно, неуказанные ингредиенты не могут содержать такое количество любого ингредиента, которое будет оказывать неблагоприятное влияние на скорость растворения композиции ингибитора образования отложений, по сравнению с такой же композицией, полученной из комбинации, которая не содержит указанный ингредиент в указанной комбинации при ее получении при тех же условиях.
[0023] «Нефтяной промысел» в данном контексте относится к площади поверхности над нефтяным месторождением или месторождениями, а также к месторождению(-иям), скважине(-ам) и к технологическому оборудованию, связанному с ними.
[0024] «Трубопровод» в данном контексте относится к трубе или системе труб, используемой для транспортировки сырой нефти и природного газа из месторождения, или к системе сбора для подачи на перерабатывающий завод.
[0025] При описании продукта реакции, описанного в данном документе, термины «смесь компонентов» и «компоненты предварительного нагрева» использованы взаимозаменяемо.
[0026] Термины «полифосфатное стекло» и «модифицированное полифосфатное стекло» в данном контексте использованы взаимозаменяемо.
[0027] «Добыча» относится к фазе нефтяной промышленности, на которой скважинные флюиды или газ выносят на поверхность и осуществляют их разделение и хранение, измерение и иную подготовку продукта к отгрузке; а также может относиться к количеству нефти или газа, добытого за данный период.
[0028] «Эксплуатационная НКТ» в данном контексте относится к скважинным трубам, используемым для добычи пластовых флюидов. Эксплуатационную НКТ компонуют с другими компонентами оборудования с получением эксплуатационной колонны. Эксплуатационная НКТ, выбранная для заканчивания, должна быть совместима с геометрией ствола скважины, характеристиками разработки пласта и флюидами пласта.
[0029] «Расклинивающий агент» в данном контексте относится к твердому материалу, обычно песку, обработанному песку или искусственным керамическим материалам, предназначенным для поддержания образованных гидравлических трещин в раскрытом состоянии во время или после гидроразрыва. Его добавляют к жидкости для гидроразрыва, состав которой может варьироваться в зависимости от типа используемого гидроразрыва, и может представлять собой гель, пену или реагент на водной основе.
[0030] «Оксид» в данном контексте относится к химическому соединению, которое в своей химической формуле содержит по меньшей мере один атом кислорода и один другой элемент.
[0031] «По существу аморфное стекло» означает стекло, которое содержит менее 50% мас. кристаллического материала, предпочтительно 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 или 5% мас. кристаллического материала.
[0032] «Трубы» или «трубные элементы» в данном контексте относятся к любому типу нефтепромысловой трубы или нефтепромысловых трубных изделий, такому как бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, короткие патрубки, обсадные трубы, эксплуатационные НКТ/линия и трубопровод или линейные трубы. Указанный термин включает стандартные и линейные трубы, используемые в нефтяной и газовой, трубопроводной, строительной, перерабатывающей, химической и нефтехимической отраслях промышленности для добычи и транспортировки сырой нефти, природного газа и нефтепродуктов, а также для транспортировки воды и шлама по трубам.
[0033] «Клапан» или «клапанный компонент» относится к любому устройству для остановки или регулирования потока жидкости, газа или другого материала через канал, трубу, входное отверстие, выходное отверстие и т.д.
[0034] «Ствол скважины» относится к буровой скважине; к отверстию, пробуренному долотом. В стволе скважины может быть обсадная колонна, или ствол скважины может быть открытым (необсаженным); или часть его может быть обсаженной, а другая часть может быть открытой; также называют скважиной, буровой скважиной или стволом.
[0035] «В устье скважины» относится к оборудованию, установленному на поверхности ствола скважины. Оборудование в устье скважины включает такое оборудование, как головка обсадной колонны и головка НКТ.
[0036] В случае если вышеуказанные определения или описание, приведенное в ином месте настоящей заявки, не соответствуют общепринятому значению (явному или подразумеваемому), указанному в словаре или в источнике, включенном в настоящую заявку посредством ссылки, термины в настоящей заявке и, в частности, в формуле изобретения следует толковать в соответствии с определением или описанием, приведенным в настоящей заявке, а не в соответствии с обычным определением, словарным определением или определением, включенным посредством ссылки. В свете вышесказанного, в случае если значение термина приведено только в словаре, если термин определен в публикации Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5ое издание, (2005) (опубликовано издательством Wiley, John & Sons, Inc.), его значением следует руководствоваться для определения смысла данного термина в формуле изобретения. Все изображенные химические структуры также включают все возможные стереоизомерные варианты.
[0037] Несмотря на то, что данное изобретение может быть реализовано во многих различных формах, в данном описании приведены варианты реализации данного изобретения с пониманием того, что представленное описание следует толковать как иллюстрацию принципов данного изобретения, и не следует понимать как ограничение широких аспектов данного изобретения до представленных вариантов реализации.
[0038] Предложен ингибитор образования отложений для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин, содержащий компонент полифосфатного стекла. Компонент полифосфатного стекла может содержать кальцийсодержащее соединение, магнийсодержащее соединение и одну или более добавок с контролируемым высвобождением. Ингибитор образования отложений, при его введении в ствол скважины, демонстрирует контролируемое высвобождение ингибирующих химических соединений в течение предварительно определенного периода времени, в соответствии с одной или более добавками с контролируемым высвобождением, включенными в полифосфатное стекло.
[0039] Предложена композиция ингибитора образования отложений для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин или в промышленных водопроводных системах. Указанная композиция содержит компонент полифосфатного стекла. Компонент полифосфатного стекла содержит продукт реакции смеси компонентов, содержащей фосфорсодержащее соединение, одну или более добавок с контролируемым высвобождением, необязательное кальцийсодержащее соединение и необязательное магнийсодержащее соединение. Добавки с контролируемым высвобождением включают одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением, одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением или их комбинацию. Одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением включают одно или более алюмосодержащих соединений. Одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением включают одно или более кремнийсодержащих соединений или одно или более цинксодержащих соединений, или их комбинацию. Добавка с контролируемым высвобождением необязательно включает одно или более титансодержащих соединений или одно или более цирконийсодержащих соединений в качестве одного или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением или одного или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением.
[0040] Полифосфатное стекло может представлять собой продукт реакции смешивания и плавления компонентов предварительного нагрева. Компоненты предварительного нагрева могут содержать 1-20% мас. одной или более добавок с контролируемым высвобождением и необязательно кальцийсодержащее соединение и/или магнийсодержащее соединение. Продукт реакции может быть дополнительно нагрет для протекания второй реакции и получения стекловидного расплава, причем стекловидный расплав охлаждают с получением по существу аморфного стекла.
[0041] Например, предложен ингибитор образования отложений, содержащий полифосфатное стекло, причем полифосфатное стекло содержит одно или более алюмосодержащих соединений. Полифосфатное стекло может представлять собой продукт реакции смешивания и плавления комбинации компонентов предварительного нагрева. Компоненты предварительного нагрева включают 1-20% мас. оксида алюминия, гидроксида алюминия или их смесей; 65-75% фосфорной кислоты (80%), полифосфорной кислоты (80%) или их смесей; 5-10% мас. карбоната натрия, гидроксида натрия или их смесей; 6-12% мас. гидроксида кальция, оксида кальция, карбоната кальция, хлорида кальция или их смесей; и 5-10% мас. гидроксида магния, оксида магния, карбоната магния, хлорида магния или их смесей. Ингибитор образования отложений может быть в форме частиц по существу аморфного стекла, измельченных так, что они могут помещаться в гидравлически созданных трещинах. Компоненты предварительного нагрева могут включать 2-10% мас. оксида алюминия и предпочтительно 3-6% мас. оксида алюминия. Ингибитор образования отложений подходит, например, для скважин, подвергнутых гидроразрыву, и демонстрирует сниженный профиль скорости растворения по сравнению с равным количеством того же ингибитора образования отложений без одного или более алюмосодержащих соединений.
[0042] Композиция ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может содержать полифосфатное стекло(-а), модифицированное одной или более добавками с контролируемым высвобождением для различных, заранее определенных скоростей растворения. Если полифосфатное стекло модифицировано как полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, то одна или более добавок с контролируемым высвобождением представляют собой одну или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением. Если полифосфатное стекло модифицировано как полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, то одна или более добавок с контролируемым высвобождением представляют собой одну или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением. Композиция ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может содержать смесь полифосфатного стекла, модифицированную для обеспечения сложной скорости растворения и содержащую множество добавок с контролируемым высвобождением.
[0043] Полифосфатное стекло в композиции ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может быть модифицировано как полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, содержащее одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением. Полифосфатное стекло с замедленным высвобождением может представлять собой продукт реакции смеси компонентов, например, полученный смешиванием и плавлением компонентов предварительного нагрева. Компоненты предварительного нагрева включают одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением; фосфорсодержащее соединение; щелочное соединение с высоким рН; соединение, содержащее кальций и кислород; соединение, содержащее магний и кислород; и воду. Компоненты предварительного нагрева подвергаются первой реакции при смешивании и второй реакции при нагревании и плавлении, с получением стекловидного расплава. Стекловидный расплав охлаждают с получением полифосфатного стекла и дробят на частицы.
2
3
[0044] Одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением могут представлять собой одно или более алюмосодержащих соединений. Одно или более алюмосодержащих соединений могут составлять 1-20% мас., 2-10% мас. или 3-6% мас. компонентов предварительного нагрева. Предпочтительно, одно или более алюмосодержащих соединений содержат оксид алюминия. Примеры других подходящих алюмосодержащих соединений включают гидроксид алюминия, 1% основной оксид алюминия (AlO), оксид-гидроксид алюминия, природные или синтетические минералы, содержащие оксид алюминия (примеры которых включают корунд, рубин, сапфир, боксит, гиббсит, бемит и диаспор, а также их полиморфы), алюминатные соли и их полиморфы (примеры которых включают галогениды, нитраты, фосфаты/метафосфаты алюминия), алюминийорганические соединения (примеры которых включают соединения триалкилалюминия) или их комбинации. Например, полифосфатное стекло может представлять собой полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, причем алюмосодержащее соединение включает оксид алюминия или гидроксид алюминия, а компоненты предварительного нагрева могут содержать 2-10% мас. оксида алюминия или гидроксида алюминия и предпочтительно 3-6% мас. оксида алюминия или гидроксида алюминия.
[0045] Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией или замыслом данного изобретения, или объемом, предполагаемым формулой изобретения, полагают, что алюмосодержащее соединение(-ия) упрочняет связи в полифосфатной сетчатой структуре, что приводит к снижению скорости растворения.
[0046] Композиции ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением, содержащие полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, которое содержит одно или более алюмосодержащих соединений, могут демонстрировать сниженные и устойчивые профили скорости растворения по сравнению с обычными продуктами. Для сравнения, полифосфатное стекло с замедленным высвобождением согласно данному изобретению растворяется со скоростью снижения исходной общей массы менее 60%, около 10-60% или около 40-55% в течение 28 дней при нагревании до 300 °F (148,9 °С) в деионизированной воде в концентрации 5 г полифосфатного стекла с замедленным высвобождением на 300 мл деионизированной воды.
[0047] Фосфорсодержащее соединение может составлять 65-75% мас. или 65-70% мас. компонентов предварительного нагрева. Фосфорсодержащее соединение может включать, но не ограничивается ими, фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, фосфат (например, неорганический фосфат, такой как фосфат натрия, гексаметафосфат натрия или метафосфат алюминия, или органофосфат), олигофосфат, фосфатный сложный эфир, фосфонат или их комбинацию. Предпочтительно, фосфорсодержащее соединение включает фосфорную кислоту (80%), полифосфорную кислоту (80%) или их комбинацию. Примеры других подходящих фосфорсодержащих соединений включают фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, фосфаты (соли или сложные эфиры), олигофосфаты и фосфонаты.
[0048] Щелочное соединение с высоким рН может составлять 5-10% мас. или около 6-7% мас. компонентов предварительного нагрева. Щелочное соединение с высоким рН может включать, но не ограничивается ими, карбонат натрия, гидроксид натрия или их комбинацию. Предпочтительно, щелочное соединение с высоким рН включает плотный карбонат натрия.
[0049] Одно или более кальцийсодержащих соединений могут составлять 6-12% мас. или около 7-10% мас. компонентов предварительного нагрева. Предпочтительно, кальцийсодержащие соединения включают гидроксид кальция, оксид кальция, карбонат кальция, хлорид кальция или их смеси. Более предпочтительно, кальцийсодержащее соединение представляет собой соединение, содержащее кальций и кислород, включая гидроксид кальция, оксид кальция, карбонат кальция или их комбинации. Наиболее предпочтительно, соединения, содержащие кальций и кислород, включают гидроксид кальция (гидратированный).
[0050] Одно или более магнийсодержащих соединений могут составлять 5-10% мас. или около 6-7% мас. компонентов предварительного нагрева. Предпочтительно, магнийсодержащие соединения включают гидроксид магния, оксид магния, карбонат магния, хлорид магния или их комбинацию. Предпочтительно, магнийсодержащие соединения представляют собой соединения, содержащие магний и кислород, включая гидроксид магния, оксид магния, карбонат магния или их комбинацию. Наиболее предпочтительно, соединения, содержащие магний и кислород, включают гидроксид магния (технической марки).
[0051] Компоненты предварительного нагрева могут быть смешаны в воде. Вода может представлять собой мягкую воду или деионизированную воду и может присутствовать в различных количествах, включая, но не ограничиваясь этим, 1-10% мас. и 4-5% мас.. Содержание воды при необходимости можно изменять для получения суспензии с требуемыми реологическими и технологическими свойствами.
[0052] Компоненты предварительного нагрева могут включать 2-10% мас. оксида алюминия; 65-75% мас. фосфорной кислоты (80%); 5-10% мас. плотного карбоната натрия; 6-12% мас. гидроксида кальция (гидратированного); и 5-10% мас. гидроксида магния (технической марки). Компоненты предварительного нагрева можно подвергать первой реакции при смешивании и второй реакции при нагревании и плавлении, с получением стекловидного расплава. Стекловидный расплав охлаждают с получением полифосфатного стекла и дробят на частицы.
[0053] Композиция ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может содержать полифосфатное стекло, модифицированное как полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением. Полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением может включать компоненты и составы, описанные выше в отношении полифосфатного стекла с замедленным высвобождением, при этом одно или более дополнительных соединений с замедленным высвобождением заменяют на одно или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением.
[0054] Одно или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением могут составлять 1-20% мас., 2-10% мас. или 3-6% мас. компонентов предварительного нагрева. Одно или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением могут включать одно или более кремнийсодержащих или цинксодержащих соединений. Примеры подходящих кремний- или цинксодержащих соединений включают диоксид кремния, циклические силоксаны, силикатные соли (орто- и мета-варианты), оксиды цинка, цинковые соли и их комбинации. Предпочтительно, кремний- или цинксодержащие соединения включают оксид кремния. Например, полифосфатное стекло может представлять собой полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, причем одно или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением включают диоксид кремния, а компоненты предварительного нагрева могут содержать 2-10% мас. диоксида кремния и предпочтительно 3-6% мас. диоксида кремния.
2
2
[0055] Например, компоненты предварительного нагрева могут дополнительно содержать SiO (1% SiO), циклический силоксан (1% циклического силоксана), основной карбонат цинка (например, 1%, 5% или 10% основного карбоната цинка), метасиликат натрия (например, 1%, 5% или 10% метасиликата натрия), оксид цинка (1%, 5% или 10% оксида цинка), ортосиликат натрия (1% ортосиликата натрия) или их комбинацию в качестве дополнительных соединений с ускоренным высвобождением.
[0056] Ингибиторы образования отложений с ускоренным высвобождением могут быть использованы на нефтяных месторождениях, где температуры являются низкими или умеренными, и другие обычные доступные ингибиторы высвобождаются слишком медленно.
[0057] Композиции ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением, содержащие полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, которое содержит одно или более кремний- или цинксодержащих соединений, могут демонстрировать более высокие профили скорости растворения по сравнению с обычными продуктами. Для сравнения, полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением согласно данному изобретению может растворяться со скоростью снижения исходной общей массы более 20%, около 50-100% или около 85-100% в течение 28 дней при нагревании до 150 °F (65,6 °С) в деионизированной воде в концентрации 5 г полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением на 300 мл деионизированной воды.
[0058] Добавка с контролируемым высвобождением может содержать одно или более титансодержащих соединений в качестве одного или более дополнительных соединений с замедленным высвобождением или одного или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением. Подходящие титансодержащие соединения включают оксид титана (например, диоксид титана, оксид титана (II), оксид титана (III)), титановую кислоту (например, мета, орто или пероксо), алкоксид титана (например, этоксид титана, изопропоксид титана, бутоксид титана), карбид титана, дисилицид титана, силикат титана, галогенид титана (например, хлорид титана (II), хлорид титана (III), тетрахлорид титана, фторид титана (III), бромид титана (II), бромид титана (III), тетрабромид титана) природный титансодержащий минерал или его полиморф, синтетический титансодержащий минерал или его полиморф, титансодержащую соль или ее полиморф, титанорганическое соединение или их комбинацию.
[0059] Добавка с контролируемым высвобождением может содержать одно или более цирконийсодержащих соединений в качестве одного или более дополнительных соединений с замедленным высвобождением или одного или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением. Подходящие цирконийсодержащие соединения включают оксид циркония (например, диоксид циркония), гидроксид циркония (например, гидроксид циркония (IV)), алкоксид циркония (например, этоксид циркония, изопропоксид циркония, бутоксид циркония), карбид циркония, дисилицид циркония, силикат циркония, галогенид циркония (например, хлорид циркония (II), хлорид циркония (III), тетрахлорид циркония, тетрафторид циркония, тетрабромид циркония, тетрайодид циркония), природные цирконийсодержащий минерал или его полиморф, синтетический цирконийсодержащий минерал или его полиморф, цирконийсодержащую соль или ее полиморф, цирконийорганическое соединение или их комбинацию.
[0060] Ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением может быть адаптирован для обеспечения регулируемой сложной скорости растворения.
[0061] Ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением может содержать смесь различных количеств двух или более полифосфатных стекол. Указанная смесь демонстрирует двойственную или множественную скорость растворения, которые суммируются, обеспечивая суммарную сложную скорость растворения, которая включает несколько скоростных сегментов, которые различаются в соответствии с композицией смеси.
[0062] Например, смесь полифосфатных стекол может содержать некоторое количество полифосфатного стекла с замедленным высвобождением и некоторое количество полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением. Полученная смесь демонстрирует первоначальный скоростной сегмент, отражающий скорость растворения, которая является относительно высокой, а затем снижается до следующего скоростного сегмента, отражающий скорость растворения, которая является относительно низкой. Сложную скорость растворения можно регулировать посредством подбора количества, числа и состава полифосфатных стекол, включенных в смесь.
[0063] Суммарная сложная скорость растворения, обеспечиваемая смесью или комбинацией различных полифосфатных стекол, определяется общим снижением массы ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением с течением времени. Поскольку указанная смесь содержит некоторое количество полифосфатного стекла с замедленным высвобождением, которое растворяется медленнее, и некоторое количество полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением, которое растворяется быстрее, то суммарная сложная скорость растворения графически отражается как комбинация нескольких скоростных сегментов, иллюстрирующих, главным образом, различные полифосфатные стекла, входящие в состав смеси.
[0064] Смесь полифосфатных стекол с контролируемым высвобождением может содержать некоторое количество полифосфатного стекла с замедленным высвобождением и некоторое количество полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением. Графическое представление суммарной сложной скорости растворения используемой смеси отображает первоначальный скоростной сегмент, имеющий относительно большой отрицательный уклон, приходящийся на первоначальное высвобождение ингибитора образования отложений, связанное с компонентом полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением. В то же время компонент полифосфатного стекла с замедленным высвобождением растворяется на втором плане с меньшей скоростью и не оказывает существенного влияния на первоначальный скоростной сегмент. После полного растворения полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением концентрация соединения в смеси полифосфатного стекла с контролируемым высвобождением определяется скоростью растворения полифосфатного стекла с замедленным высвобождением. Это отражается следующим скоростным сегментом, имеющим относительно низкий отрицательный уклон, приходящийся на более медленное, устойчивое высвобождение ингибитора образования отложений, связанное с компонентом полифосфатного стекла с замедленным высвобождением.
[0065] Смесь полифосфатного стекла с контролируемым высвобождением может содержать два или более модифицированных и/или не модифицированных полифосфатных стекол. Смесь полифосфатного стекла с контролируемым высвобождением может содержать полифосфатное стекло с замедленным высвобождением в количестве 1-99% и полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением в количестве 1-99% или 25-75%. Соотношение полифосфатных стекол с быстрым и замедленным высвобождением может составлять около 1:1. Например, иллюстративная смесь может содержать полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, содержащее диоксид кремния, и полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, содержащее соединение алюминия.
[0066] Смесь полифосфатного стекла с контролируемым высвобождением может дополнительно содержать не модифицированное полифосфатное стекло. Примеры не модифицированного полифосфатного стекла включают промышленный продукт, имеющийся в продаже у компании Nalco Champion, Ecolab Company, Фресно, штат Техас, под названием ASP529. Указанная смесь полифосфатного стекла с контролируемым высвобождением содержит полифосфатное стекло с замедленным высвобождением в количестве 1-99%, полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением в количестве 1-99% и не модифицированное полифосфатное стекло в количестве 1-99%. Предпочтительно, количество каждого модифицированного стекла составляет 1-98%, и количество не модифицированного полифосфатного стекла составляет 1-5%. Соотношение полифосфатных стекол с быстрым и замедленным высвобождением и не модифицированного полифосфатного стекла в указанной смеси составляет около 1:1:1. Например, иллюстративная смесь может содержать полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, содержащее диоксид кремния, полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, содержащее соединение алюминия, и ASP529.
[0067] В любом из полифосфатных стекол, описанных в данном документе, полифосфатное стекло может состоять по существу из кальцийсодержащего соединения, магнийсодержащего соединения, фосфорсодержащего соединения, щелочного химического соединения с высоким рН и одной или более добавок с контролируемым высвобождением.
[0068] Ингибитор образования отложений, описанный в данном документе, может быть в форме частиц по существу аморфного стекла, измельченных так, что они могут помещаться в гидравлически созданных трещинах вместе с обычными расклинивающими агентами. Например, частицы по существу аморфного стекла могут иметь средний размер от около 150 мкм до около 2000000 мкм.
[0069] Ингибитор образования отложений подходит для скважин, подвергнутых гидроразрыву, и демонстрирует сниженный профиль скорости растворения по сравнению с равным количеством того же ингибитора образования отложений без одного или более алюмосодержащих соединений.
[0070] Композиция ингибитора образования отложений может содержать или может быть комбинирована с одним или более дополнительными компонентами или ингредиентами, примеры которых включают воду, растворители, вспомогательные вещества, разбавители и добавки, такие как биоциды, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, ингибиторы коррозии, ингибиторы образования отложений и противопенные агенты. Другие компоненты или ингредиенты могут дополнительно включать те, которые обычно используют в составах для промышленных водопроводных систем, как описано в публикации патента США 20120080641, полное содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
[0071] Дополнительно предложены способы получения ингибитора образования отложений, описанного в данном документе, для ингибирования образования отложений в искусственно образованных гидравлических трещинах при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин. Ингибитор образования отложений содержит компонент полифосфатного стекла, содержащий полифосфатное стекло и в некоторых случаях два или более полифосфатных стекол.
[0072] Предложен также способ получения композиции ингибитора образования отложений. Ингибитор образования отложений содержит полифосфатное стекло. Указанный способ включает: смешивание компонентов предварительного нагрева с получением суспензии, причем компоненты предварительного нагрева содержат фосфорсодержащее соединение, включающее фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, фосфат, фосфатный сложный эфир, фосфонат или их комбинацию; щелочное химическое соединение с высоким рН, включающее карбонат натрия, гидроксид натрия или их комбинацию; и 1-20% мас. одной или более добавок с контролируемым высвобождением, в результате чего компоненты предварительного нагрева подвергаются первому взаимодействию; нагревание суспензии до температуры по меньшей мере 600 °С с получением стекловидного расплава, в результате чего компоненты нагретой суспензии подвергаются второму взаимодействию; и охлаждение стекловидного расплава с получением полифосфатного стекла в форме по существу аморфного стекла. Полифосфатное стекло представляет собой либо: полифосфатное стекло с замедленным высвобождением, причем одна или более добавок с контролируемым высвобождением содержат одно или более вспомогательных соединений с замедленным высвобождением, состоящих из одного или более алюмосодержащих соединений, состоящих из оксида алюминия, гидроксида алюминия, оксида-гидроксида алюминия, природного минерала, содержащего оксид алюминия, или его полиморфа, синтетического минерала, содержащего оксид алюминия, или его полиморфа, алюминатной соли или ее полиморфа, алюминийорганического соединения или их комбинации; либо полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением, причем одна или более добавок с контролируемым высвобождением содержат одно или более вспомогательных соединений с ускоренным высвобождением, состоящих из диоксида кремния, циклического силоксана, силикатной соли, оксида цинка, цинковой соли или их комбинации; или полифосфатное стекло содержит одно или более титансодержащих соединений, или одно или более цирконийсодержащих соединений в качестве одного или более дополнительных соединений с замедленным высвобождением или одного или более дополнительных соединений с ускоренным высвобождением.
[0073] Дополнительно предложены способы получения ингибитора образования отложений, описанного в данном документе. Указанный способ включает смешивание компонентов предварительного нагрева с получением суспензии, в результате чего компоненты предварительного нагрева подвергаются первой реакции. Указанные компонента также могут быть смешаны с образованием однородной суспензии. Суспензия может быть отфильтрована для удаления твердых частиц. Затем суспензию нагревают до высокой температуры с получением стекловидного расплава. Предпочтительно, суспензию нагревают до температуры по меньшей мере 600 °С. Суспензия может быть нагрета в температурных диапазонах от 600 до 2500 °С, предпочтительно от 1100 до 2500 °С или от 1500 до 2500 °С. При нагревании компоненты суспензии подвергаются второй реакции. Затем стекловидный расплав охлаждают с получением по существу аморфного стекла. Предпочтительно, стекловидный расплав охлаждают со скоростью по меньшей мере 150 °С/мин.
[0074] Указанный способ может дополнительно включать измельчение по существу аморфного стекла до такого среднего размера частиц, что полученные частицы могут помещаться в гидравлически образованные трещины, в некоторых случаях вместе с различными расклинивающими агентами.
[0075] Полифосфатное стекло может быть в форме по частиц по существу аморфного стекла, которые имеют такой размер, что помещаются в трещины скважин, подвергнутых гидроразрыву. Частицы по существу аморфного стекла могут быть измельчены до размера по меньшей мере 100 меш. Частицы по существу аморфного стекла могут быть измельчены до размера по меньшей мере 30 меш. Частицы по существу аморфного стекла могут иметь средний размер от около 150 мкм до около 2000000 мкм.
[0076] Указанный способ может включать получение полифосфатного стекла посредством смешивания компонентов предварительного нагрева с получением суспензии. Компоненты предварительного нагрева могут включать соединение фосфора; щелочное химическое соединение с высоким рН; и 1-20% мас. одной или более добавок с контролируемым высвобождением. Смешивание предварительно нагретых компонентов приводит к первой реакции. Затем суспензию предварительно нагретых компонентов нагревают для инициации второй реакции и получения стекловидного расплава. Затем стекловидный расплав охлаждают с получением по существу аморфного стекла.
[0077] Способы получения ингибитора образования отложений, описанного в данном документе, могут включать смешивание компонентов предварительного нагрева с получением однородной суспензии, в результате чего компоненты предварительного нагрева подвергаются первой реакции. Например, если компоненты предварительного нагрева включают фосфорную кислоту, гидроксид кальция, гидроксид магния и кальцинированную соду, то первая реакция может представлять собой простую нейтрализацию фосфорной кислоты другими включенными компонентами (гидроксидом кальция, гидроксидом магния и кальцинированной содой). Такая первая реакция представляет собой экзотермическую нейтрализацию, в результате которой образуются различные фосфатные соли и вода. Вместо нейтрализации фосфорной кислоты соответствующими основаниями могут быть обеспечены соли одного или более компонентов предварительного нагрева.
[0078] Компоненты предварительного нагрева могут быть смешаны в воде. Вода может представлять собой мягкую воду и может присутствовать в различных количествах, включая, но не ограничиваясь этим, 1-10% мас. и 4-5% мас.. Содержание воды при необходимости можно изменять для получения суспензии с требуемой вязкостью. Растворимость можно изменять посредством изменения содержания щелочного соединения с высоким рН, соединений, содержащих кальций и кислород, и/или соединений, содержащих магний и кислород. Более высокие концентрации натрия улучшают растворимость, а более высокие концентрации кальция и/или магния снижают растворимость.
[0079] Могут быть добавлены дополнительные компоненты или химические соединения, включая поверхностно-активные вещества для предотвращения образования пены во время получения суспензии или модификаторы реологических свойств для регулирования реологических свойств суспензии. Дополнительные химические соединения могут дополнительно включать окрашивающие агенты для получения требуемого конечного цвета.
[0080] Затем суспензию нагревают до высокой температуры с получением стекловидного расплава. Суспензию закачивают в высокотемпературную печь и нагревают до температуры по меньшей мере 600 °С. Например, суспензия может быть нагрета в температурном диапазоне от 600 до 2500 °С, предпочтительно от 1100 до 2500 °С или от 1500 до 2500 °С. Нагревание и плавление можно осуществлять любым стандартным способом, используемым при получении стекол, включая нагревание в печи, электрической плавильной печи, горшковой печи или печи для обжига.
[0081] Расплавленное стекло можно гомогенизировать, а пузырьки можно удалять перемешиванием смеси до однородной густоты.
[0082] Во время нагревания компоненты суспензии подвергаются второй реакции с образованием стекловидного расплава. Стекловидный расплав охлаждают или отжигают с получением по существу аморфного стекла. Скорость охлаждения стекловидного расплава может варьироваться. Стекловидный расплав можно охлаждать со скоростью по меньшей мере 150 °С, или можно охлаждать настолько быстро, насколько это практически осуществимо для предотвращения кристаллизации и/или разделения фаз.
[0083] Нагретая и охлажденная композиция образует продукт полифосфатного стекла. Продукт может быть аморфным, стекловидным продуктом со сложной химической и физической структурой. Полифосфатный стеклянный продукт может быть в форме листа.
[0084] Далее в указанных способах полученный полифосфатный, по существу аморфный стеклянный продукт может быть переработан посредством дробления и измельчения, и просеивания с получением стеклянных частиц требуемого размера. Стеклянные частицы готового продукта имеют такой средний размер, что они могут помещаться в гидравлически образованные трещины. Включены различные расклинивающие агенты. Полифосфатное, по существу аморфное стекло может быть раздробленном/измельчено и просеяно до однородных крупинок с применением, например, измельчителей и/или дробилок. Размер полученных крупинок/частиц может составлять по меньшей мере 100 меш, например, 10-70 меш, 10-30 меш или 40-70 меш. Диапазон размера зависит от используемых способов измельчения и просеивания, и может быть подобран для соответствия требуемому применению.
[0085] Стеклянные частицы образуют материал с медленным высвобождением, который обладает свойствами ингибирования образования отложений и демонстрирует сниженный профиль скорости растворения по сравнению с равным количеством по существу такого же материала без одного или более алюмосодержащих соединений. Скорость растворения по существу аморфных стеклянных частиц сохраняется при повышенных, умеренных или низких температурах. Повышенные температуры включают по меньшей мере 200 °F (93,3 °С); умеренные температуры включают 150-200 °F (65,6-93,3 °С); и низкие температуры включают температуры менее 150 °F (65,6 °С). По существу аморфные стеклянные частицы ингибитора образования отложений можно использовать с предполагаемым эффектом контролируемого высвобождения в условиях с температурой до 450 °F (232,2 °С), и он может сохранять свою скорость растворения.
[0086] В зависимости от предполагаемого конечного применения, в данном документе предусмотрено, что по существу аморфный стеклянный продукт не измельчен или не размолот, и сохраняется в форме гораздо более крупных частиц. Такие частицы могут быть размещены в любом месте скважины, отличном от гидравлически образованных трещин, которое гораздо крупнее. Неограничивающие примеры таких мест включают любое положение в обсадной колонне скважины или шурфе. Такой по существу аморфный стеклянный продукт представлен в форме частиц размером 1 см или более, 10 см или более, или 100 см или более.
[0087] Используемое полифосфатное стекло ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может быть получено в виде сухого продукта в различных формах, например, в форме зерен, гранул или частиц. Указанный продукт имеет преимущество, которое заключается в том, что его можно закачивать и транспортировать в виде твердого вещества при операциях гидроразрыва, а также можно упаковывать.
[0088] Для получения смеси ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением можно предварительно смешивать одинаковые или различные количества двух или более полифосфатных стекол, имеющих различные композиции. Такая смесь стекол, как описано выше, обеспечивает суммарный эффект, который имеет гораздо более широкий профиль растворения. Смеси ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением могут быть запрограммированы или составлены так, чтобы обеспечивать различные требуемые профили растворения для различных предполагаемых применений. Например, при применении смеси ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением, содержащей смесь полифосфатных гранул, содержащих диоксид кремния, и полифосфатных гранул, содержащих оксид алюминия, полифосфат, содержащий диоксид кремния, будет растворяться относительно быстро и обеспечивать краткосрочную защиту скважины от образования отложений. После того как указанный продукт будет по существу растворен, станет преобладать полифосфат, содержащий оксид алюминия, который будет обеспечивать более долгосрочную защиту. Смешивание следует осуществлять с целью достижения кратко-, средне- и долгосрочной защиты с применением различных композиций или смесей.
[0089] Компонент полифосфатного стекла может содержать смесь из множества полифосфатных стекол. Множество полифосфатных стекол может содержать по меньшей мере одно полифосфатное стекло с замедленным высвобождением и по меньшей мере одно полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением. Смесь множества полифосфатных стекол может быть адаптирована для обеспечения сложной скорости растворения.
[0090] Данное изобретение включает промышленную упаковку, содержащую композицию, которая содержит полифосфатное стекло, причем полифосфатное стекло содержит модификатор скорости растворения, и печатный материал. Печатный материал указывает, что данная композиция представляет собой ингибитор образования отложений. Модификатор растворения представляет собой одно или более алюмосодержащих соединений, а ингибитор образования отложений имеет сниженный профиль скорости растворения по сравнению с равным количеством по существу такого же ингибитора образования отложений без одного или более алюмосодержащих соединений. Указанная композиция представляет собой полифосфатное стекло, описанное в данном документе. Печатный материал содержит инструкции по смешиванию для получения расклинивающего агента.
[0091] Полифосфатное стекло может представлять собой продукт реакции смешивания и плавления компонентов предварительного нагрева, включающих 1-20% мас. алюмосодержащего соединения, кальцийсодержащие соединения и магнийсодержащее соединение. Алюмосодержащие соединения включают оксид алюминия, гидроксид алюминия, оксид-гидроксид алюминия, природные или синтетические алюмосодержащие минералы и их полиморфы, алюминатные соли и их полиморфы, а также алюминийорганические соединения. Печатный материал содержит описание применения данной композиции в качестве ингибитора образования отложений в процессе гидроразрыва нефтяной и/или газовой скважины. Печатный материал может дополнительно обеспечивать или предоставлять пользователю инструкции по применению композиции. Инструкции могут описывать один или более способов применения композиции полифосфатного стекла, которые могут включать один или более способов ингибирования образования отложений в процессе гидроразрыва для добычи нефти и/или газа на промышленной площадке, как описано в данном документе.
[0092] Данное изобретение также относится к способу сбыта композиции полифосфатного стекла, включающему упаковку композиции полифосфатного стекла вместе с этикеткой, на которой указана пригодность данной композиции полифосфатного стекла в качестве ингибитора образования отложений в процессе гидроразрыва при добыче нефти и/или газа.
[0093] Используемое полифосфатное стекло ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением может быть получено в виде сухого продукта в различных формах, например, в форме зерен, гранул или частиц. Указанный продукт имеет преимущество, которое заключается в том, что его можно закачивать и транспортировать в виде твердого вещества при операциях гидроразрыва, а также можно упаковывать.
[0094] Ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением, содержащий полифосфатное стекло или смесь полифосфатных стекол в твердом состоянии, может быть предварительно смешан с обычным расклинивающим агентом с получением смеси расклинивающего агента. Смесь расклинивающего агента может быть упакована с идентифицирующей этикеткой. В соответствии с обычными рецептурами смешивания, принятыми на промышленной площадке, могут быть получены и упакованы различные смеси расклинивающих агентов, готовые к применению.
[0095] Указанный ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением (иногда упоминаемый как модифицированное полифосфатное стекло или полифосфатное стекло) содержит смесь полифосфатных стекол, как описано выше.
[0096] Полифосфатное стекло может состоять по существу из кальцийсодержащего соединения, магнийсодержащего соединения, фосфорсодержащего соединения, щелочного химического соединения с высоким рН и одной или более добавок с контролируемым высвобождением.
[0097] Данное изобретение относится к способам получения и применения композиций ингибитора образования отложений, адаптированных для контролируемого высвобождения химических ингибиторов для ингибирования отложения твердых веществ при гидроразрыве нефтяных и/или газовых скважин. Определенное количество ингибитора образования отложений с контролируемым высвобождением вводят в гидравлически образованные трещины нефтяных и/или газовых скважин, подвергнутых гидроразрыву. Ингибитор образования отложений с контролируемым высвобождением может содержать одно или более полифосфатных стекол. Полифосфатное стекло может быть модифицировано в виде полифосфатного стекла с замедленным высвобождением, или полифосфатное стекло может быть модифицировано в виде полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением. Полифосфатное стекло может быть модифицировано для обеспечения определенной сложной скорости растворения.
[0098] В данном документе дополнительно описаны способы обработки ствола скважины, подвергнутого гидроразрыву, с применением по существу аморфных стеклянных частиц ингибитора образования отложений, описанного в данном документе. Указанный способ может включать смешивание по существу аморфных стеклянных частиц с одним или более расклинивающими агентами с образованием смеси. Указанная смесь может содержать воду, песок или измельченные частицы песка и различные другие химические добавки. Ингибитор или смесь может быть введена в эксплуатационную скважину. При использовании гидроразрыва при вертикальной и горизонтальном бурении, смесь под давлением закачивают в подвергнутые гидроразрыву трещины ствола скважины. Смесь можно под давлением закачивать в гидравлические образованные трещины ствола скважины для ингибирования образования отложений.
[0099] Предложен также способ ингибирования образования отложений в подземном пласте. Указанный способ включает закачивание под давлением композиции ингибитора образования отложений, описанной в данном документе, в гидравлически созданные трещины ствола скважины.
[00100] Ингибитор согласно данному изобретению можно закачивать в пласт под действием гидравлического давления, обеспечиваемого с поверхности, которое нагнетает ингибитор в требуемую зону. Такую обработку можно проводить при забойном давлении нагнетания ниже давления гидроразрыва пласта. Альтернативно, способ доставки может включать внесение твердого ингибитора в продуктивный пласт в сочетании с операцией гидроразрыва. Такой способ обеспечивает приведение ингибитора в контакт с флюидами, содержащимися в пласте, до того, как указанные флюиды попадут в ствол скважины, где обычно происходит образование отложений.
[00101] В случаях с использованием гидроразрыва, применение включает закачивание смеси в подземное нефтяное месторождение при высоком давлении. Давление закачивания создает небольшие взаимосвязанные трещины в горной породе и удерживает небольшие трещины в раскрытом состоянии с шириной в одну или две песчинки в непосредственной близости от ствола скважины. Указанные трещины служат как каналы движения флюида в пласте, облегчая движение флюидов пласта в ствол скважины.
[00102] После его внесения, ингибитор высвобождается в течение продолжительного периода времени, обеспечивая пролонгированную защиту. В результате необходимы более редкие остановки и дополнительные обработки, чем в случае обычных способов, для обеспечения постоянного присутствия в скважине требуемого содержания ингибитора. Это снижает потери производственной прибыли вследствие простоя. Постоянное значение концентрации твердого ингибитора образования отложений вследствие замедленного высвобождения является таким, что ингибитор образования отложений высвобождается также в обратный поток для обработки отложений в продавочной жидкости гидроразрыва на водной основе.
[00103] Хотя ингибитор согласно данному изобретению можно применять при непрерывной подаче, которую можно периодически останавливать для удаления существующих отложений и для внесения новой дозы/аликвоты ингибитора, медленное, устойчивое высвобождение, демонстрируемое ингибитором согласно данному изобретению, обеспечивает более высокую общую эффективность, чем непрерывное закачивание химических препаратов и/или частые остановки, необходимые в случае обычных способов и композиций.
[00104] Применяемое количество может варьироваться от случая к случаю, и при необходимости его можно подбирать в соответствии с предполагаемыми результатами. Например, концентрация полифосфата в общем количестве расклинивающего агента, внесенного в трещину, составляет от 0,001% до 50% по массе, от 0,1 до 20% по массе или от 1 до 10% по массе.
[00105] Ингибитор образования отложений согласно данному изобретению может по существу не содержать растворителей или поверхностно-активных веществ. Это является преимуществом по сравнению с жидкими ингибиторами образования отложений в тех применениях, в которых образуется очень малое количество пластовой воды.
[00106] При применении скорость растворения по существу аморфных стеклянных частиц ингибитора образования отложений может сохраняться при температурах по меньшей мере 200 °F (93,3 °С), а также при умеренных или низких температурах. Повышенные температуры включают по меньшей мере 200 °F (93,3 °С); умеренные температуры включают 150-200 °F (65,6-93,3 °С); и низкие температуры включают температуры менее 150 °F (65,6 °С). По существу аморфные стеклянные частицы ингибитора образования отложений можно использовать с предполагаемым эффектом контролируемого высвобождения в условиях с температурой до 450 °F (232,2 °С), и он может сохранять свою скорость растворения.
[00107] Ингибитор образования отложений может обеспечивать пролонгированную защиту от ряда обычных нефтепромысловых отложений, поскольку указанные полифосфаты растворяются медленно. Распространенные нефтепромысловые отложения могут включать кальцит, барит, целестит, ангидрит, гипс, сульфид железа, галит и различные «экзотичные» отложения, такие как плавиковый шпат, сульфид цинка и сульфид свинца, иногда встречающиеся, например, в высокотемпературных/высоконапорных (HT/HP) скважинах.
[00108] Композиции и способы согласно данному изобретению обеспечивают преимущества по сравнению с современными технологиями, по меньшей мере в том отношении, что скорость растворения ингибитора образования отложений снижена, при этом характеристики ингибирования образования отложений сохранены. Такие способы и композиции улучшают эффективность и снижают затраты при минимальном изменении технологического процесса производственной площадки.
[00109] Образование отложений (в частности, кальцита и барита) представляет собой повсеместную проблему в любой области, где в процессе участвует вода/солевые растворы. Процессы, которые предполагают изменение температуры или давления воды (например, теплообменники, градирни и т.д.) или смешивание воды с разным содержанием солей, особенно склонны к образованию отложений. Композиции ингибиторов и способы согласно данному изобретению могут быть использованы в таких применениях. Другие применения включают промышленные водопроводные системы, транспортные трубопроводы, умягчители воды и оборудование для очистки сточных вод.
[00110] Предложен также способ ингибирования образования отложений в промышленной водопроводной системе. Указанный способ включает добавление композиции ингибитора образования отложений, описанной в данном документе, в жидкость на водной основе в указанной системе для ингибирования образования отложений на поверхности системы, приведенной в контакт с указанной жидкостью.
[00111] Примеры промышленных водопроводных систем включают, но не ограничиваются ими, градирни, бумажные фабрики, смазочно-охлаждающие жидкости, системы для добычи металлов и/или минералов, теплообменники, возвратную воду, такую как пластовая вода, добываемая вместе с нефтью, нагнетаемая вода, используемая при вторичной нефтедобыче, геотермальные системы, охладители жидкостей, гидроиспытания трубопроводов, установки и оборудование для обработки или очистки воды, включая мембраны обратного осмоса, ультрафильтрацию и ионный обмен.
[00112] Ниже перечислены различные патенты и публикации. Способы, термины, приспособления, материалы и указания, описанные в перечисленных патентах и публикациях, а также в любых других источниках, упомянутых ниже или в ином месте данного описания, включены в настоящий документ лишь до той степени, до которой они дополняют или расширяют смысл и границы объема вариантов реализации и формулы данного изобретения и не противоречат или не являются несовместимыми с указанным смыслом и объемом изобретения. Упомянутые патенты и публикации включают: патенты США № 8822390, 6077440, 5399270, 5141655, 5112496, 4234511, 4187245, 4080375, 4051110, 3720505, 3432428, 3338670; и публикации патентов США № 20140042075, 20110162841, 20110073802, 20060124301 и 20060124302. Область техники, описанная в данном документе, не является признанием того, что любой патент, публикация или иная информация, упомянутая в данном документе, является «известным уровнем техники» в отношении данного изобретения, если она специально не указана таковой.
Примеры
[00113] Вышеизложенное описание станет лучше понятно со ссылкой на следующие примеры, которые приведены для иллюстрации и не предназначены для ограничения объема данного изобретения. В частности, в указанных примерах представлены иллюстративные примеры принципов, присущих данному изобретению, и указанные принципы не имеют строгого ограничения до конкретных условий, указанных в данных примерах. Таким образом, следует понимать, что данное изобретение включает различные изменения и модификации примеров, описанных в данном документе, и что такие изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от сущности и объема данного изобретения, а также без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагается, что такие изменения и модификации предусмотрены прилагаемой формулой изобретения.
[00114] Для иллюстрации, но не ограничения объема данного изобретения, проводили следующее исследование для демонстрации снижения скорости растворения, обеспечиваемого композициями согласно данному изобретению, по сравнению с равными количествами по существу такого же ингибитора образования отложений без одного или более алюмосодержащих соединений.
Пример 1
Профили скорости растворения строили по двух образцам. Образец 1A, как показано на Фиг. 1-4, представляет собой образец промышленного продукта, доступного в продаже у компании Nalco Champion, Ecolab Company, Фресно, штат Техас, под названием ASP529, который не содержит алюмосодержащее соединение. Образец 1B, как показано на Фиг. 1-4, представляет собой образец равного количества ингибитора на основе полифосфатного стекла, модифицированного в качестве полифосфатного стекла с замедленным высвобождением, которое получали в соответствии с настоящим изобретением и состав которого представлен в таблице 1. В таблице 1 представлены компоненты предварительного нагрева ингибитора на основе полифосфатного стекла, образца 1B.
ТАБЛИЦА 1
Компонент предварительного нагрева
% мас.
Фосфорная кислота, 80%
68,34
Плотная каустическая сода
6,54
Гидроксид кальция, гидратированный
8,92
Гидрокси магния, техническая марка
6,64
Основной оксид алюминия (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
5,0
Мягкая вода
4,58*
*Содержание воды при необходимости можно изменять для получения суспензии с требуемыми реологическими и технологическими свойствами.
[00115] Компоненты 1B перерабатывали в соответствии со способами данного изобретения. Перемешанную суспензию компонентов нагревали до температуры более 1100 °С в печи с получением стекловидного расплава полифосфата. Расплав охлаждали с получением аморфного стекловидного продукта. Стекловидный продукт перерабатывали измельчением и просеиванием с получением частиц с размером 10-30 меш, что по существу соответствует определенному размеру частиц образца 1A.
[00116] Скорости растворения полифосфата для указанных образцов испытывали при 150 °F, 200 °F, 250 °F и 300 °F (65,6 °С, 93,3 °С, 121,1 °С и 148,9 °С). Полученные данные представлены на Фиг. 1-4. Диаграммы на Фиг. 1-4 иллюстрируют данные, полученные в результате испытаний при различных температурах, 150 °F, 200 °F, 250 °F и 300 °F (65,6 °С, 93,3 °С, 121,1 °С и 148,9 °С), соответственно. Можно видеть, что в каждом случае образец 1B постоянно демонстрировал более низкую скорость снижения массы, чем образец 1A. Это демонстрирует, что композиции согласно данному изобретению обеспечивают более медленное высвобождение полифосфатов и, следовательно, более продолжительное ингибирование образования отложений.
Пример 2
[00117] В следующих исследованиях профили скорости растворения строили по двух образцам. Образец 2A, как показано на Фиг. 5, представляет собой образец того же промышленного продукта, как образец 1A, описанный выше (ASP529). Образец 2B, как показано на Фиг. 5, представляет собой образец равного количества ингибитора на основе полифосфатного стекла, модифицированного в качестве полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением, которое получали в соответствии с настоящим изобретением. Состав образца 2B представлен в таблице 2A. В таблице 2A представлены компоненты предварительного нагрева ингибитора на основе полифосфатного стекла, образца 2B.
Таблица 2A
Компонент предварительного нагрева
% мас.
Фосфорная кислота, 80%
68,34
Плотная каустическая сода
6,54
Гидроксид кальция, гидратированный
8,92
Гидрокси магния, техническая марка
6,64
Диоксид кремния (SiO<sub>2</sub>)
5,0
Мягкая вода
4,58*
*Содержание воды при необходимости можно изменять для получения суспензии с требуемыми реологическими и технологическими свойствами.
[00118] Компоненты образца 2B перерабатывали в соответствии со способом данного изобретения. Перемешанную суспензию компонентов нагревали до температуры более 1100 °С в печи с получением стекловидного расплава полифосфата. Расплав охлаждали с получением аморфного стекловидного продукта. Стекловидный продукт перерабатывали измельчением и просеиванием с получением частиц с размером 10-30 меш, что по существу соответствует определенному размеру частиц образца 2A.
[00119] Скорости растворения полифосфата в указанных образцах испытывали при 150 °F (65,6 °С). Массу образцов измеряли в определенные дни (показанные в таблице 2B) в течение периода испытания. Полученные данные представлены ниже в таблице 2B и на Фиг. 5.
Таблица 2B
Образец
Истекшее время (д)
Масса образца (г)
Масса упакованного пакета (г)
Процентное изменение (%)
Масса упаковки (г)
2A
0
3,02
3,26
0,00%
0,24
2A
7
-
2,95
-10,26%
-
2A
14
-
2,93
-10,93%
-
2A
21
-
2,91
-11,59%
-
2A
28
-
2,88
-12,58%
-
2B
0
3,01
3,34
0,00%
0,33
2B
7
-
0,35
-99,34%
-
2B
14
-
0,34
-99,67%
-
2B
21
-
0,34
-99,67%
-
2B
28
-
0,36
-99,00%
-
[00120] Можно видеть, что образец 2B демонстрировал скорость изменения массы, которая была заметно выше аналогичного параметра для образца 2A. Это демонстрирует, что композиции согласно данному изобретению обеспечивают полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением для более быстрого высвобождения химических соединений, ингибирующих образование отложений.
Пример 3
[00121] В следующих исследованиях профили скорости растворения строили по дополнительной серии образцов. Образец ASP529, как показано на Фиг. 6, представляет собой образец того же промышленного продукта, как образец 1A и 2A, описанный выше. Другие образцы, как показано на Фиг. 6-8, представляют собой образцы равного количества ингибитора на основе полифосфатного стекла, модифицированного в качестве полифосфатного стекла с ускоренным высвобождением, которое получали в соответствии с настоящим изобретением. Композиция каждого образца является такой же, как показано в таблице 2A, за исключением того, добавка с контролируемым высвобождением использована вместо 5% мас. диоксида кремния, а относительные соотношения других компонентов изменены для получения 100% мас. композиции.
[00122] Компоненты каждого образца перерабатывали в соответствии со способом данного изобретения. Перемешанную суспензию компонентов нагревали до температуры более 1100 °С в печи с получением стекловидного расплава полифосфата. Расплав охлаждали с получением аморфного стекловидного продукта. Стекловидный продукт перерабатывали измельчением и просеиванием с получением частиц с размером 10-30 меш, что по существу соответствует определенному размеру частиц образца ASP529.
[00123] Скорости растворения полифосфата в указанных образцах испытывали при 150 °F (65,6 °С). Массу образцов измеряли в определенные дни в течение периода испытания. Полученные данные представлены на Фиг. 6-8.
[00124] На Фиг. 6 образец, содержащий 5% основного оксида алюминия, демонстрировал скорость изменения массы, которая была заметно меньше, чем для образца ASP529. Образец, содержащий 1% основного оксида алюминия, имел примерно такую же скорость изменения массы, как образец ASP529. Образцы, содержащие 1% силоксана, 10% оксида алюминия, 1% диоксида кремния, 5% силоксана и 5 или 10% оксида алюминия, демонстрировали скорость изменения массы больше и заметно больше, соответственно, чем образец ASP529. Это свидетельствует о том, что композиции согласно данному изобретению обеспечивают полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением для более быстрого высвобождения химических соединений, ингибирующих образование отложений, или полифосфатное стекло с медленным высвобождением для более медленного высвобождения химических соединений, ингибирующих образование отложений.
[00125] На Фиг. 7 образцы, содержащие 1% оксида цинка, 1% основного карбоната цинка, 1% метасиликата натрия, 5% оксида цинка, 5% карбоната цинка, 10% оксида цинка, 10% карбоната цинка и 5% метасиликата натрия, демонстрировали скорость изменения массы, которая была от немного до заметно выше, соответственно, чем для образца ASP529. Это демонстрирует, что композиции согласно данному изобретению обеспечивают полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением для более быстрого высвобождения химических соединений, ингибирующих образование отложений.
[00126] На Фиг. 8 образец, содержащий 10% гидроксида алюминия, имел примерно такую же скорость изменения массы, как образец ASP529. Образцы, содержащие 1% или 5% гидроксида алюминия, 1% лапонита или 1% ортосиликата натрия, демонстрировали такую же скорость изменения массы, как образец ASP529. Образцы, содержащие 5% лапонита, 5% ортосиликата натрия, полифосфорную кислоту, 10% лапонита и 10% ортосиликата натрия, демонстрировали скорость изменения массы больше и заметно больше, соответственно, чем образец ASP529. Это демонстрирует, что композиции согласно данному изобретению обеспечивают полифосфатное стекло с ускоренным высвобождением для более быстрого высвобождения химических соединений, ингибирующих образование отложений.
[00127] Представленное выше описание иллюстрирует различные варианты реализации данного изобретения, которое относится к ингибиторам образования отложений на основе полифосфатного стекла, имеющим предварительно определенные скорости растворения, для обеспечения медленного и быстрого растворения.
[00128] Несмотря на то, что данное изобретение может быть реализовано во многих различных формах, на чертежах изображены и подробно описаны в данном документе некоторые конкретные варианты реализации данного изобретения. Настоящее описание является иллюстрацией сущности и принципов данного изобретения и не предназначено для ограничения изобретения до конкретных представленных вариантов реализации. Все патенты, патентные заявки, научные статьи и другие ссылочные материалы, упомянутые где-либо в данном контексте, включены посредством ссылки в полном объеме для всех целей, включая обеспечение материалов, композиций, способов составления композиций и способы получения, осуществления и применения в отношении способов и композиций согласно данному изобретению. Кроме того, данное изобретение включает все возможные комбинации некоторых или всех из различных вариантов реализации, описанных в данном документе и включенных в настоящий документ.
[00129] Изложенное выше описание предназначено для иллюстрации и не является исчерпывающим. Представленное описание предлагает специалистам в данной области техники многочисленные вариации и альтернативные варианты. Все такие альтернативные варианты и вариации считаются входящими в объем формулы изобретения, в которой термин «содержит» означает «включая, но не ограничиваясь этим». Специалистам в данной области техники могут быть понятны другие эквиваленты конкретных вариантов реализации, описанных в данном документе, и такие эквиваленты также считаются входящими в формулу изобретения.
[00130] Ссылки на «вариант(-ы) реализации», «описание», «настоящее описание», «вариант(-ы) реализации данного изобретения», «описанный вариант(-ы) реализации)» и т.п., содержащиеся в данном контексте, относятся к описанию (тексту, включая формулу изобретения и фигуры) данной патентной заявки, которое не является признанным известным уровнем техники.
[00131] Все диапазоны и параметры, описанные в данном документе, следует понимать как включающие любые и все поддиапазоны, входящие в них, а также любое число между конечными точками. Например, указанный диапазон от «1 до 10» следует понимать как включающий любые и все поддиапазоны между (и включая их) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или более (например, от 1 до 6,1) и заканчивающиеся максимальным значением 10 или менее (например, от 2,3 до 9,4, от 3 до 8, от 4 до 7), и, наконец, каждое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, входящее в данный диапазон.
[00132] Описаны различные варианты реализации данного изобретения. Тем не менее, следует понимать, что могут быть сделаны различные модификации без отступления от общей идеи и границ объема данного изобретения. Специалистам в данной области техники могут быть понятны другие эквиваленты конкретных вариантов реализации, описанных в данном документе, и такие эквиваленты также считаются входящими в прилагаемую формулу изобретения.