ОБРАБОТКА СКВАЖИНЫ
WELL TREATMENT

Уровень техники
[0001]
Положения, приведенные в данном разделе, представляют только справочную информацию, относящуюся к данному изобретению, и могут не отражать существующий уровень техники.
[0002]
Некоторые варианты реализации изобретения относятся к способам, применимым к стволу скважины, проходящему через подземный пласт.
[0003]
Углеводороды (нефть, конденсат и газ) обычно добывают из скважин, пробуренных в пластах, которые их содержат. По ряду причин, таких как низкая проницаемость продуктивных пластов или повреждение пласта, вызванное бурением и заканчиванием скважины, поток углеводородов в скважину является неприемлемо низким. В этом случае, скважину ʺстимулируютʺ, например, с помощью гидроразрыва, химической (обычно кислотной) стимуляции или комбинации этих двух способов (называемой кислотным гидроразрывом или кислотной обработкой под давлением выше давления гидроразрыва).
[0004]
Гидравлический или кислотный гидроразрыв горизонтальных скважин, так же как многослойных пластов, часто требует применения отклоняющих технологий, для создания возможности перенаправления гидроразрыва между различными зонами. Перечень этих отклоняющих технологий включает, но не ограничивается этим, использование механических изолирующих устройств, таких как пакеры и скважинные пробки, установку мостовых пробок, закачку уплотнительных шариков, закачку суспендированных чешуек бензойной кислоты и удаляемых/разлагаемых частиц. Равным образом, для других видов обработки также может требоваться использование отклоняющих технологий.
[0005]
Обработка, обеспечивающая отклонение частицами, обычно основана на образовании перемычки из частиц отклоняющего материала позади обсадной колонны и формировании пробки посредством скопления остальных частиц на образованной перемычке. Некоторые типичные проблемы, связанные с обработками отклонением посредством твердых частиц, состоят в следующем: снижение способности образования перемычек в отклоняющей суспензии в процессе закачки из-за разбавления скважинным флюидом (межфазное перемешивание), необходимость использования относительно большого количества отклоняющих материалов и низкая стабильность некоторых закупоривающих агентов в течение закачки и в течение последующих стадий обработки.
[0006]
Отклонение, вовлекающее разлагаемые частицы, стало популярным в промышленности, поскольку оно дает возможность лучше управлять продуктивными трещинами и, следовательно, повышать извлечение углеводородов. В отрасли существует постоянная проблема уменьшения осаждения во флюиде-носителе для обеспечения гомогенности флюида в глубине скважины. Для решения этой проблемы иногда используются волокна; тем не менее, они представляют другие проблемы, такие как закупорка оборудования или даже блокировка зон, подлежащих стимуляции. Очевидно, что улучшения в этой сфере определенно будут приветствоваться.
Сущность изобретения
[0007]
В аспектах изобретения, раскрыты способы обработки подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Эти способы дают возможность получать обрабатывающий флюид, содержащий частицы и не образующие перемычек волокна.
[0008]
В аспектах изобретения, обрабатывающий флюид содержит смесь, содержащую не образующие перемычек волокна, первое количество частиц, имеющих первый средний размер частиц в диапазоне между около 3 мм и 2 см, и второе количество частиц, имеющих второй средний размер частиц между около 1,6 и 20 раз меньше первого среднего размера частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц; при этом обрабатывающий флюид вводят внутрь ствола скважины; и создают пробку обрабатывающим флюидом. Кроме того, в другом варианте реализации изобретения, второй средний размер между около 2 и 10 раз меньше, чем средний размер первых частиц.
[0009]
В дополнительных аспектах, раскрыты способы обработки подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Ствол скважины может содержать обсадную колонну и по меньшей мере одно отверстие в обсадной колонне, причем отверстие имеет диаметр. Способы обеспечивают обрабатывающий флюид, содержащий не образующие перемычек волокна и частицы, содержащие разлагаемый материал. Указанные частицы могут быть частью смеси, которая содержит не образующие перемычек волокна, первое количество частиц, имеющих первый средний размер частиц в диапазоне между около 50 до 100% диаметра, и второе количество частиц, имеющих второй средний размер частиц между около 1,6 до 20 раз меньше первого среднего размера частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц; обрабатывающий флюид вводят в отверстие; создают этим обрабатывающим флюидом пробку позади обсадной колонны вблизи отверстия или в отверстии; и удаляют пробку. Кроме того, в вариантах реализации изобретения, второй средний размер находится в диапазоне от около 2 до 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц.
[00010]
В других аспектах изобретения раскрыты способы гидроразрыва подземного пласта, через который проходит ствол скважины. Ствол скважины содержит обсадную колонну и по меньшей мере одно отверстие в названной обсадной колонне, имеющее диаметр. Способы обеспечивают отклоняющий флюид, содержащий не образующие перемычек волокна и частицы, содержащие разлагаемый материал. Неоднородные частицы могут быть частью смеси, имеющей первое количество частиц, с первым средним размером в диапазоне от около 50 до 100% указанного диаметра, и второе количество частиц, имеющих второй средний размер от около 1,6 до в 20 раз меньше первого среднего размера частиц, или второе количество чешуек, имеющих второй средний размер до 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц; отклоняющий флюид вводят в отверстие; используя указанный отклоняющий флюид создают отклоняющую пробку позади обсадной колонны вблизи отверстия или в этом отверстии; производят гидроразрыв подземного пласта; и удаляют отклоняющую пробку. Кроме того, в вариантах реализации изобретения, второй средний размер частиц от около 2 до 10 раз меньше, чем первый средний размер частиц.
Краткое описание графических материалов
[00011]
Фиг. 1A схематически иллюстрирует устройство для тестирования блокировки в соответствии с вариантами реализации изобретения.
[00012]
Фиг. 1B схематически иллюстрирует увеличенную деталь конструкции паза на Фиг. 1A.
Подробное описание изобретения
[00013]
Прежде всего, следует отметить, что при разработке любых конкретных вариантов реализации изобретения, для достижения конкретных целей разработчика, таких как согласованность с системными и производственными ограничениями, должны быть приняты многие специфические к внедрению решения, которые могут изменяться от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что такие опытно-конструкторские работы могут быть сложными и требовать больших затрат времени, но представили бы собой обычную работу для рядового специалиста в данной области, обладающего преимуществом обладания данным раскрытием.
[00014]
Описание и примеры приведены только для иллюстрации некоторых вариантов реализации изобретения и не должны рассматриваться как ограничение объема и применимости. В Сущности изобретения и в этом Подробном описании, каждое численное значение должно восприниматься двояко, и как измененное термином "около" (если только оно уже не изменено так в явном виде), и как не измененное подобным образом, в случаях, когда из контекста не следует иное. Кроме того, следует понимать, что в Сущности изобретения и в этом Подробном описании, диапазон концентраций, указанный или описанный как полезный, подходящий или т. п., предназначен для того, чтобы любая и каждая концентрация внутри диапазона, включая конечные точки, рассматривалась как указанная. Например, ʺдиапазон от 1 до 10ʺ следует понимать как идентифицирующий каждое и любое число в континууме между около 1 и около 10. Следовательно, даже в случаях, когда определенные точки данных внутри диапазона, или даже в случаях, когда отсутствующие точки данных внутри диапазона, полностью идентифицированы или относятся только к некоторым определенным, следует понимать, что изобретатели сознают и понимают, что любые и все точки данных внутри диапазона следует рассматривать как указанные, и что изобретатели заявили права на весь диапазон и все точки внутри описанного диапазона, и охватили весь диапазон и все точки внутри диапазона.
[00015]
следующие определения представлены, чтобы помочь специалистам в данной области техники в понимании Подробного описания,.
[00016]
Термин ʺобработкаʺ или ʺпридание нужных свойствʺ относится к любым подземным операциям, в которых используется флюид с заданной функцией и/или для достижения заданной цели. Термин ʺобработкаʺ или ʺпридание нужных свойствʺ не подразумевает какого либо конкретного действия флюида.
[00017]
Термин ʺгидроразрывʺ относится к процессу и способам разрыва геологической формации, т. е., скальной породы вокруг ствола скважины, и создания трещины, путем закачки флюида под очень высокими давлениями (давление, превышающее определенное давление смыкания трещины в пласте), для повышения нефтеотдачи из углеводородного пласта. В других случаях, в способах гидроразрыв используются традиционные технологии, известные в данной области.
[00018]
Термин ʺтвердая частицаʺ или ʺчастицаʺ относится к твердому 3-мерному объекту, максимальный размер которого значительно меньше 1 метра. Здесь ʺразмерʺ объекта относится к расстоянию между двумя произвольными параллельными плоскостями, причем каждая плоскость соприкасается с поверхностью объекта по меньшей мере в одной точке. Максимальный размер относится к наибольшему расстоянию, существующему для объекта, между любыми двумя параллельными плоскостями, а минимальный размер относится к наименьшему расстоянию, существующему для объекта, между любыми двумя параллельными плоскостями. В некоторых вариантах реализации изобретения, отношение максимального размера используемых твердых частиц к минимальному размеру (аспектное отношение частицы x/y) составляет менее 5 или или даже менее 3.
[00019]
Термин ʺчешуйкаʺ относится к специальному типу твердых частиц, как определено выше. Чешуйка представляет собой твердый 3-мерный объект, толщина которого меньше, чем другие размеры, например, длина и ширина. Аспектные отношения чешуйки (диаметр/толщина, длина/толщина, ширина/толщина и т. п…) могут находиться в диапазоне от около 5 до около 50 или более. Для чешуек, изобретатели определяют аспектное отношение как отношение длины или ширины к толщине. Может использоваться любое подходящее отношение длины к ширине.
[00020]
В контексте изобретения, частицы и чешуйки могут быть неоднородными, что в контексте настоящего описания означает, что они произведены по меньшей мере из непрерывной фазы разлагаемого материала, содержащего дискретную фазу. Термин неоднородные в настоящем описании охватывает также композитные материалы, которые иногда называют компаундированным материалом. Неоднородные частицы или чешуйки могут быть добавлены в флюид, имеющий, в свою очередь, гомогенную структуру.
[00021]
Термин ʺразмер частицʺ, ʺразмер твердых частицʺ или ʺразмер чешуекʺ относится к диаметру (D) наименьшей воображаемой описанной сферы, которая содержит такую частицу или чешуйку.
[00022]
j
Термин ʺсредний размерʺ относится к среднему размеру твердых частиц в группе твердых частиц каждого типа. В каждой группе частиц или чешуек, средний размер может быть рассчитан как взвешенная величина
i
Где N- число частиц или чешуек в группе, , (i=1…N)- размеры индивидуальных частиц или чешуек; m(i=1…N) -массы индивидуальных частиц или чешуек.
[00023]
Термин ʺотверстиеʺ относится к 2-мерному объекту любой геометрии, определенному только его периметром. Термин ʺдиаметр отверстияʺ или ʺразмер отверстияʺ относится к наибольшей воображаемой окружности, которая вписана в такое отверстие.
[00024]
Определение оптимального размера частиц в смеси может быть произведено по методике, описанной в патентной заявке США №2012-0285692, которая введена в данный документ во всей ее полноте посредством ссылки.
[00025]
Хотя варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, относятся к обработке скважины, они в равной мере применимы к любым скважинным операциям, в которых требуется разобщение интервалов, таким как бурение, капитальный ремонт скважины и т. п.
[00026]
Раскрыт способ обработки для отклонения или для временной изоляции зон. В способе используется композиция, составленная из смесей не образующих перемычек волокон и частиц или смесей частиц и чешуек. В соответствии с вариантом реализации изобретения, размер крупнейших частиц или чешуек в смесях несколько меньше диаметра перфорационных отверстий в зоне, подлежащей изоляции или отклонению. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, размер частиц или чешуек больше, чем средняя ширина пустоты, подлежащей закрытию или временной изоляции. Средняя ширина пустоты представляет собой наименьшую ширину пустоты за перфорационным отверстием или другим входом в такую пустоту, на расстоянии 10 см, 20 см, 30 см или 50 см, или 500 см (при прохождении внутрь пласта от ствола скважины). Такой пустотой может быть перфорационный канал, трещина гидроразрыва или канал-червоточина. Введение такой композиции смесей в перфорационные отверстия приводит к застраиванию крупнейших частиц в пустотах поблизости от ствола скважины. После этого на образованной перемычке скапливаются другие частицы. В одном варианте реализации изобретения, соотношение между частицами и чешуйками в смесях спроектировано так, чтобы снижалась проницаемость сформированных пробок.
[00027]
В соответствии с аспектом, композиция смесей дает возможность изолировать зоны посредством создания пробок вблизи ствола скважины. По сравнению с традиционными методами обработки для отклонения, использование композиции смесей требует меньшего количества закупоривающего материала. Имеются также следующие преимущества: снижение риска закупоривания ствола скважины, снижение риска разрушения пласта и улучшение очистки. В примере, в котором закупоривающая смесь спроектирована для изолирования перфорационных каналов (например, обработки реагентом на водной основе), количество закупоривающего материала, необходимое для обработки для отклонения между несколькими перфорационными кластерами, может составлять всего несколько килограмм. Дальнейшее удаление закупоривающего материала достигается либо в результате самопроизвольного разложения в скважинных условиях, либо путем введения специальных химических агентов или в результате технических мероприятий в скважине.
[00028]
2
2
Композиция составлена из не образующих перемычек волокон и смесей частиц или смесей частиц и чешуек в флюиде-носителе. Флюид-носитель может представлять собой воду: пресную воду, пластовую воду, морскую воду. Другие неограничивающие примеры флюидов-носителей включают гидратируемые гели (например, гуары, полисахариды, ксантан, гидроксиэтилцеллюлозу и т. п.), сшитый гидратируемый гель, загущенную кислоту (например, на основе геля), эмульгированную кислоту (например, нефтяная внешняя фаза), газированный флюид (например, пена на основе N или CO) и флюиды на основе нефти, содержащие желированную, вспененную или иначе загущенную нефть. Кроме того, флюид-носитель может представлять собой минерализованный раствор и/или содержать минерализованный раствор. Флюид-носитель может содержать соляную кислоту, фтористоводородную кислоту, кислый фтористый аммоний, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, малеиновую кислоту, винную кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, аминополикарбоновую кислоту, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновую кислоту и/или соль любой из этих кислот. В определенных вариантах реализации изобретения, флюид-носитель содержит полиаминополикарбоновую кислоту и представляет собой тринатрийгидроксил-этил-этилендиамин триацетат, моноаммониевые соли гидроксил-этил-этилендиамин триацетата и/или мононатриевые соли гидроксил-этил-этилендиамин тетраацетата.
[00029]
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены проппантом. Выбор проппанта включает много компромиссов, обусловленных экономическими и практическими соображениями. Такие проппанты могут быть природными или синтетическими (включая, но не ограничиваясь этим, стеклянные шарики, керамические шарики, песок и бокситы), с покрытием или содержать химические вещества; более одного проппанта можно использовать последовательно или в смесях различных размеров или различных материалов. Проппант может быть со смоляным покрытием (отверждаемым) или предварительно отвержденным смоляным покрытием. Проппанты и гравий в одной или разных скважинах или обработках могут быть одним и тем же материалом и/или иметь один и тот же размер, и термин проппант охватывает гравий в данном раскрытии. В некоторых вариантах реализации изобретения, могут использоваться частицы неправильной формы. В международной патентной заявке WO 2009/088317 раскрыт способ гидроразрыва суспензией проппанта, содержащей от 1 до 100% жестких частиц удлиненной формы с низкими упругостью и деформируемостью. В патентной заявке США 2008/0000638 раскрыт проппант, имеющий форму, в общем случае, жестких, упругих пластинчатых частиц с отношением максимального размера к минимальному больше 5, этот проппант представляет собой по меньшей мере один из проппантов, сформированных из коррозионно стойкого материала или на нем сформирован коррозионно стойкий материал. Каждый из вышеуказанных проппантов введен в данный документ посредством ссылки.
[00030]
Как упоминалось выше, твердые частицы или смеси могут содержать неоднородные частицы, состоящие по меньшей мере из разлагаемого материала и дополнительного материала.
[00031]
Неограничивающие примеры разлагаемых материалов, которые могут использоваться по данному изобретению, включают определенные полимерные материалы, способные при разложении выделять кислоты. В данном документе эти полимерные материалы могут упоминаться как ʺпредшественники полимерных кислотʺ. При комнатной температуре эти материалы обычно находятся в твердом состоянии. Материалы-предшественники полимерных кислот включают полимеры и олигомеры, которые гидролизуются или разлагаются в определенных химических средах при известных и управляемых условиях в отношении температуры, времени и pH с выделением молекул органической кислоты, которые могут упоминаться как ʺмономерные органические кислотыʺ. В данном документе принято, что выражение ʺмономерная органическая кислотаʺ или ʺмономерная кислотаʺ может также охватывать димерную кислоту или кислоту с небольшим количеством связанных мономерных звеньев, выполняющие те же функции, что и мономерные кислоты, состоящие только из одного мономерного звена.
[00032]
Полимерные материалы могут включать сложные полиэфиры, полученные полимеризацией гидроксикарбоновых кислот, такие как алифатический полиэфир молочной кислоты, упоминаемой как полимолочная кислота; гликолевой кислоты, упоминаемой как полигликолевая кислота; 3-гидроксимасляной кислоты, упоминаемой как полигидроксибутират; 2-гидроксивалериановой кислоты, упоминаемой как полигидроксивалерат; эпсилон-капролактон, упоминаемый как полиэпсилон-капролактон или полипролактон; сложные полиэфиры, полученные этерификацией гидроксил аминокислот, таких как серин, треонин и тирозин; и сополимеры, полученные смешиванием перечисленных выше мономеров. Общая структура описанных выше гомополиэфиров представлена формулой:
x
y
z
H- { O-[C(R1,R2)]-[C(R3,R4)]-C=O }-OH
где,
3
2
3
2
n
3
R1, R2, R3, R4 обозначает любой из следующих фрагментов: H, линейный алкил, такой как CH, CHCH (CH)CH, разветвленный алкил, арил, алкиларил, функциональную алкильную группу (несущую группы карбоновых кислот, аминовые группы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие) или функциональную арильную группу (несущую группы карбоновых кислот, аминовые группы, гидроксильные группы, тиольные группы или другие);
x обозначает целое число между 1 и 11;
y обозначает целое число между 0 и 10; и
z обозначает целое число между 2 и 50000.
[00033]
При подходящих условиях (pH, температура, содержание воды), сложные полиэфиры типа описанных в данном документе могут гидролизироваться и разлагаться с выделением гидроксикарбоновой кислоты и соединений, которые относятся к этим кислотам, упоминаемым выше как ʺмономерные кислотыʺ.
[00034]
Один пример подходящего предшественника полимерной кислоты, как отмечалось выше, представляет собой полимер молочной кислоты, который иногда называют полимолочной кислотой, ʺPLAʺ, полилактатом или полилактидом. Молочная кислота представляет собой хиральную молекулу и имеет два оптических изомера. Ими являются D-молочная кислота и L-молочная кислота. Формы поли(L-молочная кислота) и поли(D-молочная кислота), в общем случае, являются кристаллическими по природе. Полимеризация смеси L- и D-молочных кислот в поли(DL-молочную кислоту) дает полимер, более аморфный по природе. Полимеры, описанные в данном документе, являются по существу линейными. Степень полимеризации линейной полимолочной кислоты может варьироваться от нескольких звеньев (2-10 звеньев) (олигомеры) до нескольких тысяч (например, 2000-5000). Могут использоваться также циклические структуры. Степень полимеризации этих циклических структур может быть меньше, чем у линейных полимеров. Эти циклические структуры могут включать циклические димеры.
[00035]
Другой пример представляет собой полимер гликолевой кислоты (гидроксиуксусная кислота), известная также под названием полигликолевая кислота (ʺPGAʺ) или полигликолид. Другие материалы, подходящие в качестве предшественников полимерных кислот, представляют собой все полимеры гликолевой кислоты с самими собой или другими фрагментами, содержащими гидроксикислоты, как описано в патентах США №№ 4848467; 4957165; и 4986355, которые включены в данный документ посредством ссылки.
[00036]
Каждая из кислот, как полимолочная, так и полигликолевая, могут использоваться как гомополимеры, которые могут содержать менее, чем около 0,1% по массе других сомономеров. Применительно к полимолочной кислоте, термин ʺгомополимер(ы)ʺ охватывает полимеры D-молочной кислоты, L-молочной кислоты и/или смеси или сополимеры чистой D-молочной кислоты и чистой L-молочной кислоты. Кроме того, могут использоваться статистические сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты и блок-сополимеры полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты. Могут также использоваться комбинации описанных гомополимеров и/или описанных выше сополимеров.
[00037]
Другими примерами сложных полиэфиров гидроксикарбоновых кислот, которые могут использоваться в качестве предшественников полимерных кислот, являются гидроксивалериановая кислота (полигидроксивалерат), гидроксимасляная кислота (полигидроксибутират) и их сополимеры с другими гидроксикарбоновыми кислотами. Сложные полиэфиры, получаемые полимеризацией с раскрытием цикла лактонов, таких как эпсилон-капролактон (эпсилон-капролактон) или сополимеры гидроксикислот и лактонов, тоже можно использовать в качестве предшественников полимерных кислот.
[00038]
Сложные полиэфиры, получаемые этерификацией других мономеров, содержащих гидроксилсодержащие кислоты, таких как гидроксиаминокислоты, можно использовать в качестве предшественников полимерных кислот. Природные аминокислоты представляют собой L-аминокислоты. Среди 20 самых распространенных аминокислот, имеются три, содержащие гидроксильные группы - это L-серин, L-треонин, и L-тирозин. Эти аминокислоты, посредством реакции их спиртовых групп и групп карбоновой кислоты при подходящей температуре и с использованием подходящих катализаторов, могут быть полимеризованы с получением сложных полиэфиров. D-аминокислоты меньше распространены в природе, но их полимеры и сополимеры тоже можно использовать в качестве предшественников полимерныхкислот.
[00039]
Компания NatureWorks, LLC, Minnetonka, MN, USA, производит твердый циклический димер молочной кислоты, который называется ʺлактидʺ, и из него производит полимеры молочной кислоты или полилактаты с различными молекулярными массами и степенями кристалличности под общей торговой маркой NATUREWORKS™ PLA. В настоящее время NatureWorks, LLC поставляет PLA со среднечисленными молекулярными массами (Mn) до включительно около 100000 и среднемассовыми молекулярными массами (Mw) до включительно около 200000, хотя может использоваться любой полилактид (изготовленный по любой технологии любым производителем). PLA, поставляемые NatureWorks, LLC, обычно имеют температуру плавления кристаллической структуры от около 120 до около 170 °C, но можно получать и другие. Поли(d,l-лактид) с различными молекулярными массами поставляет также Bio-Invigor, Beijing and Taiwan. Bio-Invigor поставляет также полигликолевую кислоту (также называемую полигликолид) и различные сополимеры молочной кислоты и гликолевой кислоты, часто называемые ʺполиглактинʺ или поли(лактид-с-гликолидом).
[00040]
Степенью кристалличности можно управлять посредством способа производства для гомополимеров и посредством способа производства, отношения и распределения лактида и гликолида для сополимеров. Кроме того, на кристалличность полимера оказывает влияние также хиральность используемой молочной кислоты. Полигликолид может быть получен в пористой форме. Некоторые полимеры, прежде чем гидролизируются, очень медленно растворяются в воде.
[00041]
В определенных применениях, могут быть полезны аморфные полимеры. Примером имеющихся в продаже аморфных полимеров является NATUREWORKS 4060D PLA, поставляемый NatureWorks, LLC, который представляет собой поли(DL-молочную кислоту), содержит приблизительно 12% по массе D-молочной кислоты, имеет среднечисленную молекулярную массу (Mn) приблизительно 98000 г/моль и среднемассовую молекулярную массу (Mw) приблизительно 186000 г/моль.
[00042]
Другие полимерные материалы, которые могут быть полезными, представляют собой сложные полиэфиры, получаемые полимеризацией производных поликарбоновой кислоты, таких как производные дикарбоновых кислот с полигидроксисодержащими соединениями, в частности, с дигидроксисодержащими соединениями. Можно использовать следующие производные поликарбоновых кислот: дикарбоновые кислоты, такие как щавелевая кислота, пропандионовая кислота, малоновая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, пентандиовая кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, аспарагиновая кислота или глутаминовая кислота; производные поликарбоновых кислот, такие как сополимеры лимонной кислоты, поли- и олиго- акриловой кислоты и метакриловой кислоты; ангидриды ликарбоновых кислот, такие как, малеиновый ангидрид, янтарный ангидрид, ангидрид пентандиовой кислоты, адипиновый ангидрид, фталевый ангидрид; галиды дикарбоновых кислот, хлориды первичных дикарбоновых кислот, такие как хлорид пропандиовой кислоты, малонил хлорид, фумароил хлорид, малеил хлорид, неполный хлорангидрид янтарной кислоты, глутароил хлорид, адопоил хлорид, фталоил хлорид. Полезными полигидроксисодержащими соединениями являются дигидрокси соединения, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4 бутандиол, 1,5 пентандиол, 1,6 гександиол, гидрохинон, резорцин, бисфенолы, такие как бисфенол ацетон (бисфенол A) или бисфенол формальдегид (бисфенол F); полиолы, такие как глицерин. В случаях, когда используются оба соединения, и производная дикарбоновой кислоты, и дигидрокси-соединение, получается сложный линейный полиэфир. Понятно, что когда используется один тип дикарбоновой кислоты и один тип дигидрокси-соединения, получается сложный линейный гомополиэфир. При использовании многих типов поликарбоновых кислот и/или полигидроксисодержащий мономер, получаются сложные сополиэфиры. В соответствии с кинетикой Флори-Стокмайера, ʺфункциональностьʺ мономеров поликарбоновых кислот (число кислотных групп на молекулу мономера) и ʺфункциональностьʺ полигидроксисодержащих мономеров (число гидроксильных групп на молекулу мономера) и их соответствующие концентрации будут определять конфигурацию полимера (линейный, разветвленный, звездообразный, немного сшитый или полностью сшитый). Все эти конфигурации можно гидролизировать или ʺразлагатьʺ до мономеров карбоновой кислоты и, следовательно, их можно считать предшественниками полимерных кислот. В качестве частного примера, без претензии на охват всех возможных структур сложных полиэфиров, которые можно вообразить, а только с целью показать общую структуру простейшего случая, с которым можно столкнуться, можно представить общую структуру сложных гомополиэфиров следующей формулой:
z
H- { O- R1-O-C=O - R2-C=O }-OH
где,
R1 и R2 обозначают группы линейный алкил, разветвленный алкил, арил, алкиларил; и
z обозначает целое число между 2 и 50000.
[00043]
Другими примерами подходящих предшественников полимерных кислот являются сложные полиэфиры, полученные из производных фталевой кислоты, таких как полиэтилентерефталат (PET), полибутилентетерефталат (PBT), полиэтиленнафталат (PEN) и т. п.
[00044]
В подходящих условиях (pH, температура, содержание воды), сложные полиэфиры типа описанных в данном документе, способны ʺгидролизироватьсяʺ и ʺразлагатьсяʺ с выделением поликарбоновых кислот и полигидрокси-соединений, независимо от того, был ли исходный сложный полиэфир синтезирован из любой одной из перечисленных выше производных поликарбоновых кислот. Соединения поликарбоновых кислот, которые выделяются в процессе разложения полимеров, тоже считаются мономерными кислотами.
[00045]
Другими примерами полимерных материалов, которые могут быть использованы, являются материалы, полученные полимеризацией производных сульфоновой кислоты с полигидрокси-соединениями, такими как полисульфоны, или производных фосфорных кислот с полигидрокси-соединениями, такими как полифосфаты.
[00046]
Под землей такой твердый материал-предшественник полимерной кислоты может быть способен подвергаться необратимому разложению в продукты основной кислоты. В данном документе принято, что термин ʺнеобратимыйʺ означает, что в случаях, когда под землей произошло разложение твердого материала-предшественника полимерной кислоты, то этот материал не может восстановиться, пока он находится под землей, например, материал должен разлагаться в условиях пласта, но не способен восстанавливаться в условиях пласта. Термин ʺразложениеʺ относится к обоим относительно крайним случаям гидролитической деструкции, которой может подвергаться твердый материал-предшественник полимерной кислоты, например, объемной эрозии и поверхностной эрозии, и к любой стадии разложения между этими двумя состояниями. Это разложение может, в частности, быть результатом химической реакции. Скорость протекания химической реакции может зависеть, в частности, от добавленных химических веществ, температуры и времени. Разложение твердых материалов-предшественников полимерных кислот может зависеть или не зависеть, по меньшей мере частично, от их структуры. Например, присутствие в основной цепи гидролизируемых и/или окисляемых связей часто обуславливает разложение материала, описанное в данном документе. Скорости разложения таких полимеров зависят, но без ограничений, от таких факторов как тип повторяющегося звена, состав, последовательность, длина, геометрия молекулы, молекулярная масса, морфология (например, кристалличность, размер сферолитов и ориентация), гидрофильность, гидрофобность и добавки. Характер разложения полимера может зависеть также от воздействия окружающей среды, например, температуры, присутствия влаги, кислорода, микроорганизмов, ферментов, значения pH и т. п.
[00047]
Некоторые примеры подходящих твердых материалов-предшественников полимерной кислоты, которые могут использоваться, включают, но без ограничений, материалы, описанные в публикации в Advances in Polymer Science, Vol. 157, озаглавленной ʺDegradable Aliphatic Polyestersʺ, под редакцией A. C. Albertsson, стр. 1-138. Примеры сложных полиэфиров, которые могут использоваться, включают гомополимеры, статистические, блочные, привитые и звездообразные и гиперразветвленные алифатические сложные полиэфиры.
[00048]
Другой класс подходящих твердых материалов-предшественников полимерной кислоты, которые могут использоваться, включает полиамиды и полиимиды. Такие полимеры могут содержать гидролизируемые группы в основной цепи полимера, которые могут гидролизироваться в условиях, которые существуют в цементных суспензиях и в отвержденной цементной матрице. Такие полимеры могут также выделять побочные продукты, которые могут поглощаться цементной матрицей. Соли кальция являются неограничивающим примером таких побочных продуктов. Неограничивающие примеры подходящих полиамидов включают белки, полиаминокислоты, нейлон и поли(капролактам). Другой класс полимеров, которые могут быть подходящими для использования, охватывает полимеры, которые могут содержать гидролизируемые группы не в каркасе полимера, а в качестве боковых групп. При гидролизе боковых групп может выделяться водорастворимый полимер и другие побочные продукты, которые могут поглощаться цементной композицией. Неограничивающий пример такого полимера включает поливинилацетат, который при гидролизе образует водорастворимые поливиниловый спирт и соли уксусной кислоты.
[00049]
В вариантах реализации изобретения, композиции содержат неоднородные частицы; в этой конфигутации, разлагаемый материал может быть смешан с по меньшей мере вторым материалом. Указанный второй материал может представлять собой, например, стабилизатор. Без намерения привязываться к какой-либо теории, можно считать, например, что полимеры сложного полиэфира содержат сложноэфирные связи, которые подвержены гидролизу при повышенных температурах в присутствии влаги. Реакция гидролиза приводит к деструкции макромолекул в сложноэфирной связи. По мере укорачивания полимерных цепей, молекулярная масса уменьшается, так что вязкость расплава и приведенная вязкость тоже снижаются. Увеличивается также концентрация карбоксильных концевых групп. Скорость реакции гидролиза становится значительной при температурах выше 160°C (320°F). Тем не менее, в некоторых подземных пластах температура значительно превышает указанную, что делает их обработку практически невозможной.
[00050]
Авторы изобретения определили, что смешивание разлагающего материала со стабилизатором может создавать возможность обработки таких подземных пластов. В вариантах реализации изобретения, стабилизатор представляет собой карбодиимид. Такой карбодиимид можно получать, например, нагреванием органического диизоцианата в присутствии катализатора карбодиимидации (1.2). Подходящими катализаторами являются циклические окиси фосфинов, такие как 3-метил-1-фенил-3-фосфорен-1-оксид.
[00051]
В вариантах реализации изобретения, стабилизатор может быть выбран из групп, состоящих из моно-, поли(карбодиимида), олигомерных, ароматических, алифатических или циклических соединений карбодиимида. Подходящим стабилизатором может быть N, N- дициклогексилкарбодиимид, N- этил -N (3-диметиламино) пропил карбодиимид и его хлористоводородная соль. В вариантах реализации изобретения, стабилизатор может иметь молекулярную массу от около 300 до около 10000 г/моль, или от около 100 до 5000 г/моль, или около 3000 г/моль.
[00052]
Частица(ы) или чешуйка(и) могут представлять собой материал, вступающий в реакцию с химическими агентами. Некоторыми примерами материалов, которые могут быть удалены посредством реакции с другими агентами, являются карбонаты, включающие карбонаты кальция и магния, и их смеси (способные вступать в реакцию с кислотами и хелатами); растворимый в кислоте цемент (способный вступать в реакцию с кислотами); сложные полиэфиры, включающие эфиры молочных гидроксикарбоновых кислот и из сополимеры (способны гидролизироваться кислотами и основаниями)
[00053]
Неоднородные частицы, как описано выше, могут содержать от 85 до 99,9% мас., или от 90 до 95% мас. непрерывной фазы (разлагаемый материал) и от 0,1 до 15% мас., или от 5 до 10% мас. дискретной фазы (стабилизатор).
[00054]
Неоднородные частицы, содержащие стабилизатор, особенно применимы для обработки высокотемпературных скважин. В данном контексте, термин высокая температура охватывает температуры от около 135°C (275°F) до 250°C (482°F),или от 149°C (300°F) до около 204°C (400°F).
[00055]
В вариантах реализации изобретения, композиции содержат неоднородные смешанные частицы, в которых разлагаемый материал может быть объединен с катализатором гидролиза.
[00056]
Катализатор гидролиза может представлять собой слабо обожженный оксид магния. Неоднородные частицы, содержащие катализатор гидролиза, создают возможность управления временем разложения даже при низких температурах, что иногда требуется в подземных применениях. Действительно, обычные разлагаемые материалы для обработки, которые применяются в отрасли, предназначены для подземных температур около 80°C. При более низких температурах, скорость разложения известных разлагаемых материалов, таких как полимолочная кислота, делает их экономически неприемлемыми, поскольку исчезновение частиц занимает слишком много времени, чтобы дать возможность оператору возобновить работу. Используется комбинация разрушаемого материала с оксидами металлов; тем не менее, как показано в примерах настоящей заявки, обычные оксиды металлов не обеспечивают достаточно высокой скорости разложения при низкой температуре. Авторы изобретения обнаружили, что имеет место синергический эффект между разрушаемым материалом и катализатором гидролиза, таким как слабо обожженные оксиды магния.
[00057]
Три основные типа или категории "обожженного" оксида магния могут быть получены кальцинированием с различиями между каждой категорией, относящимися к степени реакционной способности, остающейся после воздействия в диапазоне крайне высоких температур. Исходная или "родительская" частица гидроксида магния обычно представляет собой крупную и слабо связанную частицу. Воздействие термическим разложением приводит к тому, что эта частица изменяет свою структуру таким образом, что поверхностные поры медленно заполняются, в то время как края частицы становятся более скругленными. Термическое изменение сильно влияет на реакционную способность оксида магния, поскольку для реакции с другими соединениями оказывается доступна меньшая площадь поверхности и пор. Следует отметить, что хотя процесс кальцинирования влияет на площадь поверхности MgO, в действительности можно получать MgO с аналогичным размером частиц, но с разной площадью поверхности при разных процессах кальцинирования. В отрасли доступны следующие основные категории:
• Пережженный оксид магния. Температуры, применяемые при кальцинировании для производства огнеупорного оксида магния, должны находиться в диапазоне 1500°C - 2000°C, и этот оксид магния упоминается как "пережженный".
• Сильно обожженный оксид магния: Второй тип оксида магния, полученный кальцинированием при температурах, находящихся в диапазоне 1000°C - 1500°C, называют "сильно обожженныйʺ.
• Слабо обожженный оксид магния/Каустический оксид магния: Третью категорию MgO производят кальцинированием при температурах, находящихся в диапазоне 700°C - 1000°C, в некоторых случаях, даже 500-700 и называют "слабо обожженный", слабый оксид магния или "каустический" оксид магния.
[00058]
2
2
2
2
В вариантах реализации изобретения, катализатор гидролиза, в соответствии с настоящим раскрытием, представляет собой слабо обожженный оксид магния, у которого площадь поверхности (BET) составляет от около 100 до около 210 м/г или от 100 до 160 м/г, или от 100 до 140 м/г. Можно отметить, что слабо отожженный оксид магния, имеющий высокую BET (т. е., выше 160 м/г), может создавать эксплуатационную проблему в течение смешивания; его высокая активность может обуславливать начало разложения. Соответственно, при использовании оксида магния с высокой BET, может быть желательно пассивировать его каталитическую активность с помощью, например, покрытия или смешивания частиц со стабилизатором или замедляющим агентом. Такой стабилизатор может представлять собой карбодиимид.
[00059]
Неоднородные частицы, как описано выше, могут содержать от 70 до 99% мас., или от 80 до 95% мас. непрерывной фазы (разлагаемый материал) и от 1 до 30% мас., или от 5 до 20% мас. дискретной фазы (катализатор гидролиза).
[00060]
Неоднородные частицы, содержащие катализатор гидролиза, особенно полезны для обработки низкотемпературных скважин. В данном контексте, термин высокая температура охватывает температуры от около 21°C (70°F) до около 93°C (200°F), или от 37°C (100°F) до около 71°C (160°F), или от около 37°C (100°F) до около 60°C (140°F).
[00061]
Во всех вариантах реализации изобретения, смешанный неоднородный материал может быть получен соэкструзией смеси полимолочной смолы, содержащей подходящее количество дискретной фазы. Смесь соэкструдируют для формирования смешанного материала. Названный смешанный материал может представлять собой шарики, прутки, частицы, чешуйки или волокна и их смеси.
[00062]
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены плавящимся материалом. Примеры плавких материалов, которые могут быть расплавлены в подземных условиях, включают углеводороды с числом атомов углерода >30; поликапролактоны; твердые парафин и воски; карбоновые кислоты, такие как бензойная кислота и ее производные; и т. д. Могут использоваться восковые частицы. Частицы находятся в твердом состоянии при температуре закачиваемого флюида, и этот флюид охлаждает пласт в достаточной мере, чтобы заходящие в него частицы оставались твердыми. Водный воск обычно используют для покрытий дерева; при обработке паркетной доски; целлюлозно-бумажном конвертинге; защитных архитектурных и промышленных покрытиях; покрытиях для бумаги; смоле и пластмассах; чернилах; текстиле; керамиках; и др. Их производят такие компании, как Hercules Incorporated, Wilmington, Del., U.S.A., под торговой маркой PARACOL, Michelman, Cincinnati, Ohio, U.S. A., под торговой маркой MICHEM, и ChemCor, Chester, N.Y., U.S.A. Особенно подходящие воски включают те, которые обычно используют в шампунях для коммерческих автомоек. Дополнительно к твердым парафинам, могут использоваться также другие воски, такие как полиэтилены и полипропилены.
[00063]
Частица(ы) или чешуйка(и) могут быть представлены водорастворимым материалом или материалом, растворимым в углеводороде. Перечень материалов, которые можно использовать для растворения в воде, включает водорастворимые полимеры, водорастворимые эластомеры, углекислоты, галит, амины, неорганические соли). Перечень материалов, которые можно использовать для растворения в нефти, включает нефтерастворимые полимеры, нефтерастворимые смолы, нефтерастворимые эластомеры, полиэтилен, углекислоты, амины, воски).
[00064]
Размер частиц(ы) и чешуйки(ек) выбирают таким образом, чтобы размер крупнейших частиц или чешуек был немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне и больше средней ширины пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). Под перфорационным отверстием мы подразумеваем любое отверстие, имеющееся в обсадной колонне. Это отверстие может быть перфорацией, промоиной, отверстием щелевого хвостовика, промывным каналом или любым отверстием в оборудовании для заканчивания, точкой выхода флюида в обсадной колонне. В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, размер частиц или чешуек в смеси спроектирован так, чтобы уменьшалась проницаемость пробок в узких пустотах позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В общем случае, используемые частицы или чешуйки должны иметь средний размер частиц менее нескольких сантиметров, предпочтительно, менее, чем 2 см, и более предпочтительно, менее, чем 1 см. В одном варианте реализации изобретения, некоторые частицы или чешуйки должны иметь средний размер частиц от около 0,04 мм до около 4,76 мм (от около 325 до около 4 меш США), предпочтительно, от около 0,10 мм до около 4,76 мм (от около 140 до около 4 меш США), более предпочтительно, от около 0,15 мм до около 3,36 мм (от около 100 до около 6 меш США) или от около 2 мм до около 12 мм.
[00065]
В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, композиция смеси частиц или смеси частицы/чешуйки содержит частицы или чешуйки с различным гранулометрическим составом частиц/чешуек. В одном варианте реализации изобретения, композиция содержит зернистые материалы с определенным гранулометрическим составом. Пример реализации этого варианта раскрыт в патенте США 7784541, который введен в данный документ во всей полноте посредством ссылки.
[00066]
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для первого количества частиц зависит от параметров перфорационного отверстия, как описано выше: размер крупнейших частиц или чешуек немного меньше диаметра перфорационных отверстий в обсадной колонне. В некоторых дополнительных вариантах реализации изобретения, выбор размера для первого количества частиц зависит от пустоты позади обсадной колонны: размер частиц больше, чем средняя ширина пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В некоторых дополнительных вариантах реализации изобретения, выбор размера для первого количества частиц зависит от параметров перфорации и пустоты позади обсадной колонны: размер крупнейших частиц или чешуек немного меньше, чем диаметр перфорационных отверстий в обсадной колонне, и больше, чем средняя ширина пустот позади обсадной колонны (перфорационные каналы, трещины или каналы-червоточины). В некоторых дополнительных вариантах реализации изобретения, выбор размера для первого количества частиц зависит от параметров желательных показателей фильтрации первого количества частиц, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже частиц типа, содержащего частицы первого количества. Первый средний размер частиц находится в диапазоне от около 100 мкм до 2см или в диапазоне от около 100 мкм до 1 см, или в диапазоне от около 400 мкм до 1000 мкм, или в диапазоне от около 3000 мкм до 10000 мкм, или в диапазоне от около 6 мм до 10 мм, или в диапазоне от около 6 мм до 8 мм. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для частиц первого среднего размера может использоваться один и тот же химический состав. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц первого среднего размера может использоваться разный химический состав: например, среди частиц первого среднего размера половина количества представлена проппантом, а вторая половина - проппантом со смоляным покрытием.
[00067]
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для второго количества частиц зависит от параметров желательных показателей фильтрации второго количества частиц, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже частиц типа, содержащего частицы второго количества.
[00068]
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества частиц зависит от максимизации или оптимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества частиц. Объемная доля уплотненной фракции или объемная доля упакованной фракции (PVF) обозначает отношение объема, содержащего твердое вещество, к общему объему. Гранулометрический состав частиц, необходимый для максимизации PVF в узкой щели, может отличаться от гранулометрического состава частиц, который требуется для максимизации PVF в сплошной среде. Следовательно, в определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества частиц зависит от максимизации или оптимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества частиц в узких пустотах от 2 мм до 2 см. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества частиц зависит от максимизации или оптимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества частиц в трещине или щели шириной менее, чем 20 мм. Второй средний размер частиц от около 1,6 до 20 раз меньше, чем у первого количества частиц, способствует максимизации PVF смеси или смеси, помещенной в пустоту для закупоривания, или смеси, помещенной в трещину или щель шириной менее, чем 20 мм, но размер в диапазоне от около в 3 до в 20 раз меньше, и, в определенных вариантах реализации изобретения, в диапазоне от около 3 до 15 раз меньше, и, в определенных вариантах реализации изобретения, в диапазоне от около 3 до 10 раз меньше, будет обеспечивать достаточную PVF для композиций с наибольшим сроком хранения. Далее, выбор размера второго количества частиц зависит от состава и наличия в продаже частиц типа содержащихся во втором количестве частиц. В определенных вариантах реализации изобретения, частицы комбинируют для получения PVF выше 0,74 или 0,75, или выше 0,80. В определенных других вариантах реализации изобретения, частицы могут иметь значительно более высокую PVF, приближающуюся к 0,95. В вариантах реализации изобретения, все частицы различных размеров представляют собой смешанный полимер, содержащий слабо обожженный MgO. В вариантах реализации изобретения, смешанным является только один размер, и остальные представляют собой регулярный полимер. В вариантах реализации изобретения, смешанными являются только крупнейшие частицы.
[00069]
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера для второго количества чешуек зависит от параметров желательных показателей фильтрации второго количества чешуек, используемых в качестве антипоглощающей добавки, размера пор в пласте и/или размеров имеющихся в продаже чешуек типа, содержащего чешуйки второго количества. Размер чешуек находится в диапазоне 10-100% размера первого количества частиц, более предпочтительно, 20-80% размера первого количества частиц.
[00070]
В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества чешуек зависит от максимизации или оптимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества чешуек. Объемная доля уплотненной фракции или объемная доля упакованной фракции (PVF) обозначает отношение объема, содержащего твердое вещество, к общему содержимому объема. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества чешуек, зависит от максимизации или оптимизации объемной доли заполненного объема (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества чешуек в узких пустотах шириной от 3 мм до 2 см. В определенных вариантах реализации изобретения, выбор размера второго количества чешуек зависит от максимизации или оптимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества частиц в трещине или щели шириной менее, чем 20 мм. В определенных вариантах реализации изобретения, PVF может не являться обязательным критерием для выбора размера чешуек.
[00071]
В определенных других вариантах реализации изобретения, выбор размера для второго количества частиц/чешуек зависит от параметров пустоты позади обсадной колонны и от максимизации объемной доли уплотненной фракции (PVF) смеси первого количества частиц и второго количества частиц/чешуек, как обсуждалось выше. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для частиц/чешуек второго среднего размера может использоваться один и тот же химический состав. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц второго среднего размера может использоваться разный химический состав: например, среди частиц второго среднего размера половина количества представлена PLA, а вторая половина - PGA.
[00072]
В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция дополнительно содержит третье количество частиц/чешуек, у которых средний размер меньше, чем средний размер частиц/чешуек второго количества. В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция может содержать четвертое или пятое количество частиц/чешуек. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, один и тот же химический состав может использоваться для третьего, четвертого или пятого среднего размера частиц/чешуек. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения, для одних и тех же частиц третьего среднего размера может использоваться разный химический состав: например, среди частиц третьего среднего размера половина количества представлена PLA, а вторая половина - PGA. В целях улучшения PVF композиции, обычно не требуется более трех или четырех размеров частиц. Тем не менее, дополнительные частицы могут добавляться по другим причинам, таким как химический состав дополнительных частиц, простота переработки определенных материалов в те же самые частицы по сравнению с переработкой в другие частицы, наличие в продаже частиц, имеющих определенные свойства и другие причины, понятные специалистам.
[00073]
В определенных других вариантах реализации изобретения, композиция дополнительно содержит загущающий агент. Загущающий агент может представлять собой любые сшитые полимеры. Полимерный загуститель может представлять собой сшитый металлом полимер. Подходящие полимеры для изготовления загустителей из сшитого металлом полимера включают, например, полисахариды такие как замещенные галактоманнаны, такие как гуаровые смолы, высокомолекулярные полисахариды, состоящие из сахаров маннозы и галактозы, или производные гуара, такие как гидроксипропил гуар (HPG), карбоксиметилгидроксипропил гуар (CMHPG) и карбоксиметил гуар (CMG), гидрофобно модифицированные гуары, гуарсодержащие соединения и синтетические полимеры. Для увеличения эффективной молекулярной массы полимеров и улучшения их пригодности к использованию в высокотемпературных скважинах, обычно применяются сшивающие агенты на основе комплексов бора, титана, циркония или алюминия.
[00074]
Другие подходящие классы полимеров, эффективные в качестве загущающих агентов, включают поливиниловые полимеры, полиметакриламиды, простые эфиры целлюлозы, лигносульфонаты и соли аммония, щелочных металлов и щелочноземельных металлов соответственно. Более конкретными примерами других типичных водорастворимых полимеров являются сополимеры акриловая кислота-акриламид, сополимеры акриловая кислота-метакриламид, полиакриламиды, частично гидролизированные полиакриламиды, частично гидролизированные полиметакриламиды, поливиниловый спирт, полиалкиленоксиды, другие галактоманнаны, гетерополисахариды, полученные брожением глюкозы, и соли аммония и щелочных металлов соответственно.
[00075]
В меньшей степени используются производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза (HEC) или гидроксипропилцеллюлоза (HPC), карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (CMHEC) и карбоксиметилцеллюлоза (CMC), с или без сшивающих агентов. Было доказано, что три биополимера, ксантан, диутан и склероглюкан, проявляют прекрасную способность перехода частица-суспензия, хотя они дороже, чем производные гуара, и поэтому используются реже, за исключением случаев, когда их можно использовать в более низких концентрациях.
[00076]
В других вариантах реализации изобретения, загущающий агент изготовлен из сшиваемого, гидратируемого полимера и сшивающего агента с отсроченным действием, причем сшивающий агент содержит комплекс, включающий металл и первый лиганд, выбранный из группы, состоящей из аминокислот, фосфонокислот и солей или производных соответственно. Кроме того, сшитый полимер может быть получен из полимера, содержащего боковой цепи макромолекул ионных фрагменты, поверхностно-активного вещества (ПАВ), содержащего противоположно заряженные фрагменты, стабилизатора глин, источника бората и металлического сшивающего агента. Названные варианты реализации изобретения описаны в патентных публикациях США US2008-0280790 и US2008-0280788, соответственно, каждая из которых включена в данный документ посредством ссылки.
[00077]
Загущающий агент может представлять собой вязкоупругое ПАВ (VES). VES может быть выбрано из группы, состоящей из катионных, анионных, цвиттерионных, амфотерных, неионных ПАВ и их комбинаций. Некоторые неограничивающие примеры приведены в патентах США 6435277 (Qu et al.) и 6703352 (Dahayanake et al.), каждый из которых включен в данный документ посредством ссылки. Вязкоупругие ПАВ, при использовании отдельно или в комбинации, способны образовывать мицеллы, которые в водной среде формируют структуру, способствующую повышению вязкости флюида (также упоминаются как ʺзагущающие мицеллыʺ). Эти флюиды обычно приготавливают смешиванием соответствующих количеств VES, подходящих для достижения нужной вязкости. Вязкость флюидов, содержащих VES, может быть обусловлена трехмерной структурой, образованной компонентами в флюидах. Когда концентрация ПАВ в вязкоупругом флюиде значительно превышает критическое значение и, в большинстве случаев в присутствии электролита, молекулы ПАВ собираются в группы, такие как мицеллы, которые могут взаимодействовать с образованием сети, проявляющей вязкие и упругие свойства.
[00078]
В общем случае, особенно подходящие цвиттерионные ПАВ имеют формулу:
RCONH-(CH
)
(CH
CH
O)
(CH
)
-N
(CH
)
-(CH
)
(CH
CH
O)
(CH
)
COO
2
a
2
2
m
2
b
3
2
2
a
'
2
2
m
'
2
b
'
+
-
2
2
2
2
в которой R обозначает алкильную группу, содержащую от около 11 до около 23 атомов углерода, которая может быть разветвленной или с линейной цепью, и которая может быть насыщенной или ненасыщенной; каждое из a, b, a', и b' обозначает число от 0 до 10 и каждое m и m' обозначает число от 0 до 13; каждое из a и b равно 1 или 2 в случаях, когда m не равно 0 и (a+b) равно числу от 2 до 10, в случаях, когда m равно 0; каждое из a' и b' равно 1 или 2, когда m' не равно 0 и (a'+b') равно числу от 1 до 5, в случаях, когда m равно 0; (m+m') равно числу от 0 до 14; и CHCHO может также представлять собой OCHCH. В некоторых вариантах реализации изобретения, используются цвиттерионные ПАВ из семейства бетаинов.
[00079]
Типичные катионные вязкоупругие ПАВ включают аминные соли и четвертичные аминные соли, описанные в патентах США №№ 5979557 и 6435277, которые введены в данный документ посредством ссылки. Примеры подходящих катионных вязкоупругих ПАВ включают катионные ПАВ, имеющие структуру следующей формулы:
1
2
3
4
+
-
RN(R)(R)(R) X
[0001]
1
2
3
4
1
6
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
-
в которой R имеет от около 14 до около 26 атомов углерода и может быть разветвленным или с линейной цепью, ароматическим, насыщенным или ненасыщенным, и может содержать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R, R и Rобозначает, независимо, водород или алифатическую группу от C до около C, которая может быть одинаковой или различной, разветвленной или с линейной цепью, насыщенной или ненасыщенной, и oдна или более чем одна из которых может быть замещенной группой, которая повышает гидрофильность групп R, R и R; группы R, R и R могут быть внедрены в гетероциклическую 5- или 6-членную кольцевую структуру, которая включает атом азота; группы R, R и R могут быть одинаковыми или различными; R, R, R и/или R может содержать одно или более этиленоксидных и/или пропиленоксидных звеньев; и X обозначает анион. Пригодны также смеси таких соединений. В качестве дополнительного примера, можно привести вариант, когда R имеет от около 18 до около 22 атомов углерода и может содержать карбонил, амид или амин, и R, R, и Rявляются одинаковыми и содержат от 1 до около 3 атомов углерода.
[00080]
Амфотерные вязкоупругие ПАВ тоже являются подходящими. Типичные амфотерные вязкоупругие системы ПАВ включают соединения, описанные в патенте США № 6703352, например аминоксиды. Другие типичные вязкоупругие системы ПАВ включают соединения, описанные в патентах США №№ 6239183; 6506710; 7060661;7303018; и 7510009, например, амидоаминоксиды. Эти ссылки вводят данные патенты в настоящий документ во всей полноте. Смеси цвиттерионных ПАВ и амфотерных ПАВ являются подходящими. Примером является смесь около 13% изопропанола, около 5% 1-бутанола, около 15% этиленгликоля монобутилового эфира, около 4% хлорида натрия, около 30% воды, около 30% cocoамидопропил бетаина и около 2% кокоамидопропиламин оксида.
[00081]
Вязкоупругая система ПАВ может также быть основана на любом подходящем анионном ПАВ. В некоторых вариантах реализации изобретения, анионное ПАВ представляет собой алкил саркозинат. Алкил саркозинат может, в общем случае, иметь любое количество атомов углерода. Алкил саркозинаты могут иметь от около 12 до около 24 атомов углерода. Алкил саркозинаты могут иметь от около 14 до около 18 атомов углерода. Конкретные примеры количества атомов углерода включают 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24 атома углерода. Анионное ПАВ представлено химической формулой:
1
2
2
RCON(R)CHX
1
2
где Rобозначает гидрофобную цепь, имеющую от около 12 до около 24 атомов углерода, Rобозначает водород, метил, этил, пропил, или бутил, и X обозначает карбоксил или сульфонил. Гидрофобная цепь может представлять собой алкильную группу, алкенильную группу, алкиларилалкильную группу или алкоксиалкильную группу. Конкретные примеры гидрофобной цепи включают тетрадецильную группу, гексадецильную группу, октадецентильную группу, октадецильную группу и докозеновую группу.
[00082]
Раскрытые композиции содержат волокна. Волокна могут быть прямыми, извилистыми, изогнутыми или волнистыми. Другие неограничивающие формы могут включать полые, обычно сферические, прямоугольные, многоугольные и т. п. Волокна или удлиненные частицы могут использоваться в связках. Волокна могут иметь длину от менее, чем около 1 мм до около 30 мм или больше.
[00083]
В вариантах реализации изобретения, волокна могут иметь длину от 12 мм или менее и диаметр или поперечный размер около 200 мкм или менее, обычно от около 10 мкм до около 200 мкм. В случае удлиненных материалов, эти материалы могут иметь отношение между любыми двумя из трех размеров больше, чем 5 к 1. В определенных вариантах реализации изобретения, волокна или удлиненные материалы могут иметь длину больше, чем 1 мм, наиболее типично от около 1 мм до около 30 мм, от около 2 мм до около 25 мм, от около 3 мм до около 20 мм. В определенных применениях, волокна или удлиненные материалы могут иметь длину от около 1 мм до около 10 мм (например, 6 мм). Волокна или удлиненные материалы могут иметь диаметр или поперечный размер от около 5 до 100 мкм и/или денье от около 0,1 до около 20, более конкретно, денье от около 0,15 до около 6.
[00084]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокно диспергировано в флюиде-носителе в количестве, достаточном для ингибирования осаждения проппанта. Осаждение проппанта может быть подтверждено, в некоторых вариантах реализации изобретения, например, в тесте на осаждение проппанта в статических условиях при 25°C в течение 90 минут. Тест на осаждение проппанта, в некоторых вариантах реализации изобретения, включает помещение флюида в контейнер, такой как градуированный цилиндр, и регистрацию верхнего уровня диспергированного проппанта в флюиде. Верхний уровень диспергированного проппанта регистрируют периодически через определенные интервалы времени, при сохранении условий осаждения. Доля осевшего проппанта рассчитывается по следующей формуле:
Осаждение проппанта=[исходный уровень проппанта (t=0)] -[верхний уровень проппанта в момент времени n]
[исходный уровень проппанта (t=0)] -[конечный уровень проппанта (t=∞)]
[00085]
Волокно ингибирует осаждение проппанта в случаях, когда доля осевшего проппанта для флюида, содержащего проппант и волокно, меньше, чем для того же флюида, содержащего только проппант без волокна. В некоторых вариантах реализации изобретения, доля осевшего проппанта в обрабатывающем флюиде в тесте на осаждение проппанта в статических условиях через 90 минут составляет менее, чем 50%, например, менее, чем 40%.
[00086]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокно диспергировано в флюиде-носителе в количестве, недостаточном для закупоривания, например, как определено испытанием в узкой прорези, которое включает пропускание обрабатывающего флюида, содержащего флюид-носитель и волокно без проппанта при 25°C через устройство для тестирования блокировки, такое как проиллюстрировано на Фиг. 1A и 1B, содержащее прорезь 1,0 -2,0 мм, шириной 15-16 мм и длиной 65 мм при скорости потока, равной 15 см/сек или при скорости потока, равной 10 см/сек.
[00087]
В некоторых вариантах реализации изобретения применяли два варианта диспергирования волокна в флюиде-носителе в количестве, достаточном для ингибирования осаждения проппанта, и в количестве, недостаточном для закупоривания, причем осаждение и закупоривание определяли сравнением скопления проппанта при испытании потока в узкой трещине, включающем прокачивание обрабатывающего флюида при 25°C через измерительную прорезь 1-2 мм, длиной 3 м, шириной 0,5, в течение 60 секунд при скорости потока 30 см/сек, или при скорости потока 15 см/сек относительно эталонного флюида, содержащего только флюид-носитель и проппант, без волокна. В испытании потока в узкой трещине, прорезь может быть образована ячейками потока с прозрачными окошками для наблюдения осаждения проппанта на дно ячеек. Осаждение проппанта ингибируется в случаях, когда испытание флюида с проппантом и волокном приводит к измеримо меньшему осаждению проппанта, чем в случае тех же флюида и проппантной смеси без волокна при тех же условиях испытания. Аналогично, образование перемычек наблюдается в испытании потока в узкой трещине как зонах, в которых проявляется уменьшение потока флюида, приводящее также к скоплению проппанта в ячейках потока.
[00088]
В некоторых вариантах реализации изобретения, обрабатывающий флюид содержит от 1,2 до 12 г/л волокон относительно общего объема флюида-носителя (от 10 до 100 ppt, фунтов на тысячу галлонов флюида-носителя), например, менее, чем 4,8 г/л волокон относительно общего объема флюида-носителя (менее, чем 40 ppt), или от 1,2 или 2,4 до 4,8 г/л волокон относительно общего объема флюида-носителя (от 10 или 20 до 40 ppt).
[00089]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокна представляют собой извитые штапельные волокна. В некоторых вариантах реализации изобретения, извитые штапельные волокна содержат от 1 до 10 извитков/см длины, угол изгиба составляет от 45 до 160 градусов, средняя длина волокна в растянутом состоянии составляет от 4 до 15 мм и/или средний диаметр составляет от 8 до 40 мкм, или 8 до 12, или 8 до 10, или используется комбинация этих параметров. В некоторых вариантах реализации изобретения, волокна имеют низкое число извитков, которое равно или меньше 5 извитков/см длины волокна, например, 1-5 извитков/см.
[00090]
В зависимости от температуры, с которой обрабатывающий флюид может столкнуться, особенно в подземных условиях, волокна можно выбирать в зависимости от их устойчивости или способности к разложению при предполагаемой температуре. В настоящем раскрытии, термины ʺнизкотемпературные волокнаʺ, ʺсреднетемпературные волокнаʺ и ʺвысокотемпературные волокнаʺ могут быть использованы для указания температур, при которых волокна можно использовать для отсроченного разложения, например, гидролизом, в подземных условиях.
[00091]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокна содержат сложный полиэфир. В некоторых вариантах реализации изобретения, сложный полиэфир подвергается гидролизу при низкой температуре, менее, чем около 93°C, что было определено медленным нагреванием 10 г волокон в 1 л деионизированной воды, до тех пор, пока pH воды не становился меньше 3, и, в некоторых вариантах реализации изобретения, сложный полиэфир подвергался гидролизу при умеренной температуре в диапазоне от около 93°C до 149°C, что было определено медленным нагреванием 10 г волокон в 1 л деионизированной воды, до тех пор, пока pH воды не становился меньше 3, и, в некоторых вариантах реализации изобретения, сложный полиэфир подвергался гидролизу при высокой температуре, выше 149°C, например, в диапазоне от около 149,5°C до 204°C. В некоторых вариантах реализации изобретения, сложный полиэфир выбирают из группы, состоящей из полимолочной кислоты, полигликолевой кислоты, сополимеров молочной и гликолевой кислоты и их комбинаций.
[00092]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокно выбирают из группы, состоящей из полимолочной кислоты (PLA), полигликолевой кислоты (PGA), полиэтилентерефталата (PET), сложного полиэфира, полиамида, поликапролактами и полилактона, поли(бутилен)сукцината, полидиоксанона, нейлона, стекла, керамики, углерода (включая соединения на основе углерода), элементов в металлическом состоянии, металлических сплавов, шерсти, базальта, акрилового волокна, полиэтилена, полипропилена, новолоидной смолы, полифениленсульфида, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиуретана, поливинилового спирта, полибензимидазола, полигидрохинон-диимидазопиридина, поли(p-фенилен-2,6-бензобисоксазола), вискозы, хлопка, целлюлозы и других натуральных волокон, каучука и их комбинаций.
[00093]
Может использоваться любой тип PLA. В вариантах реализации изобретения, в случаях, когда используется PLA, упомянутый PLA может представлять собой поли-D, поли-L или поли-D,L молочную кислоту или стереокомплекс полимолочной кислоты (sc-PLA) и их смеси. В варианте реализации изобретения, PLA могут иметь молекулярную массу (Mw) от около 750 г/моль до около 5000000 г/моль или от 5000 г/моль до 1000000 г/моль, или от 10000 г/моль до 500000 г/моль, или от 30000 г/моль до 500000 г/моль. Полидисперсность этих полимеров может находиться в диапазоне от 1,5 до 5.
[00094]
Характеристическая вязкость PLA, которые могут использоваться, измеренная в гексафтор-2-пропаноле при 30°C с концентрацией полимера 0,1%, может составлять от около 1,0 дл/г до около 2,6 дл/г, или от 1,3 дл/г до 2,3 дл/г.
[00095]
В вариантах реализации изобретения, PLA могут иметь температуру стеклования (Tg) выше, чем около 20°C, или выше 25°C, или выше 30°C, или от 35°C до 55°C.В вариантах реализации изобретения, PLA могут иметь температуру плавления (Tm) ниже, чем около 140°C, или около 160°C, или около 180°C или от около 220°C до около 230°C.
[00096]
В некоторых вариантах реализации изобретения, волокна содержат силикон. Без привязки к какой-либо теории, считается, что волокна, содержащие от 0,1 до 20% мас., или от 0,1 до 5% силикона, проявляют более высокую диспергируемость, при этом они также имеют более высокую способность к сопротивлению блокировке.
[00097]
В вариантах реализации изобретения, волокно, содержащее сложный полиэфир и силикон, может быть в форме двойного компонента, с оболочкой и сердечником. В этой конфигурации, по меньшей мере оболочка или сердечник содержит сложный полиэфир, и один из компонентов или оба содержат от 0,1 до 20% мас. силиконов. Эти два компонента могут иметь разную скорость разложения, в зависимости от условий.
[00098]
Силикон может присутствовать в волокне в количестве от 0,1 до 20% мас., или 0,1 до 5% мас., или 0,1 до 3% мас., или 0,5 до 3% мас. Выражение "волокно, содержащее силиконы", в данном контексте относится к полимерным волокнам, таким как сложный полиэфир, содержащим силиконы в виде диспергированной фазы. Этот тип волокон можно получить, например, смешиванием расплавленных силиконов с расплавленными полимерами и последующим экструдированием смеси, так что распределение силиконов может быть относительно однородным. В вариантах реализации изобретения, волокна могут быть получены экструзией из гранул термопластичного материала, содержащего силиконы и PLA.
[00099]
В данном контексте, силиконы следует понимать в широком смысле. В данном раскрытии считается, что силиконы при комнатной температуре (25°C) находятся в твердом состоянии. Как отмечалось ранее, перед плавление полимерная часть и силиконовая часть обычно могут быть смешаны в виде твердых веществ при комнатной температуре, так что может быть получено однородное распределение по полимерному волокну. В вариантах реализации изобретения, силикон получен из силиката, например, из диоксида кремния или высокодисперсного диоксида кремния; в случаях, когда используется высокодисперсный диоксид кремния, он может иметь удельную площадь поверхности (BET) выше, чем около 30 м2/г, или выше 50 м2/г. В вариантах реализации изобретения, применяемый силикон изготовлен из полимера, содержащего силоксан и органические радикалы.
[000100]
Силиконовые полимеры могут представлять собой циклические полисилоксаны, линейные полисилоксаны, разветвленные полисилоксаны, сшитые полисилоксаны и их смеси.
[000101]
Линейные полисилоксаны, которые могут использоваться, имеют следующую формулу:
Где R может обозначать углеводородный радикал C1-C10 или алкил, арил и т. п.
[000102]
В вариантах реализации изобретения, могут использоваться циклические полисилоксаны следующей формулы:
Где R может обозначать углеводородный радикал C1-C10 или алкил, арил и т. п.
n может обозначать целое число, равное по меньшей мере 4, 5 или 6.
[000103]
В вариантах реализации изобретения, может использоваться разветвленный полисилоксан следующей формулы:
Где R может обозначать углеводородный радикал C1-C10 или алкил, арил и т. п.
n может быть тем же или другим также и для чисел от 10 до 10,000.
[000104]
В вариантах реализации изобретения, могут использоваться сшитые полисилоксаны следующей формулы:
Где R может обозначать углеводородный радикал C1-C10 или алкил, арил и т. п.
[000105]
3
3
3
В вариантах реализации изобретения, используемый силикон представляет собой линейный силикон. В варианте реализации изобретения, такой линейный силикон имеет молекулярную массу (Mw) по меньшей мере около 100000 г/моль, или по меньшей мере 150000 г/моль, или по меньшей мере 200000 г/моль и до включительно около 900000 г/моль, или до включительно 700,000 г/моль, или до включительно 650,000 г/моль, или до включительно 600,000 г/моль. В вариантах реализации изобретения, высокомолекулярные несшитые линейные силиконовые полимеры при 25°C могут иметь плотность в диапазоне от 0,76 до 1,07 г/см или от 0,9 до 1,07 г/см, или от 0,95 до 1,07 г/см.
[000106]
Волокна, содержащие силикон, обеспечивают лучший перенос частиц и уменьшенное осаждение, при сниженных требованиях в отношении воды (более высокая загрузка частиц), сниженные требования в отношении частиц (лучшее размещение частиц) и уменьшенные потребности в энергии (более низкая вязкость флюида и меньшее падение давления). Волокна могут увеличивать перенос частиц в флюиде с низкой вязкостью. Волокна могут быть способны разлагаться после помещения в пласт. Кроме того, волокна могут быть неоднородными, например, изготовленными из композита разлагаемого материала со стабилизатором или разлагаемого материала с катализатором гидролиза, или с обоими.
[000107]
Волокна дают возможность удерживать отклоняющие частицы от разброса, так что частицы достигают подземной целевой зоны в однородной концентрации, чего крайне трудно достичь в отсутствие волокон, особенно при высокой загрузке, например, около 0,0024 кг/л (20 фунт/1000 галл.). Волокна можно вводить в буферную жидкость перед добавлением частиц в поток, в процессе добавления частиц или в течение промывки после частиц. Буфер, загуститель и промывочная жидкость могут быть изготовлены из линейного геля с загущающим агентом, таким как гуар.
[000108]
В линейных гелях такого типа, волокна имеют тенденцию к блокировке отверстий и подземных признаков (таких как трещина). Эта тенденция особенно выражена в пласте с очень узкими трещинами, где волокна склонны соединять стенки трещины. Это создает потенциал отрицательного воздействия на цель и/или качество отклоняющей обработки. В случаях, когда часть волокон перед закупоривающими частицами перекрывает трещину, принимающую флюид, остальная часть отклоняющего загустителя, включающая частицы, будет отклонена в другую зону ствола скважины. В некоторых случаях, упомянутая другая зона может даже быть зоной, которая подлежит дальнейшей стимуляции. Затем закупоривающие частицы преждевременно заблокируют зону и предотвратят стимуляцию этой зоны следующим далее флюидом.
[000109]
Следующая проблема, с которой можно столкнуться, возникает, когда часть волокон, следующих за закупоривающими частицами, блокирует открытую трещину. Действительно, это тоже окажет эффект перенаправления следующего далее флюида в другое место целевой зоны.
[000110]
Далее, настоящее раскрытие описывает эффективный способ определения эффективных концентраций частиц; Тем не менее, трудно определить количество волокон, необходимых для блокировки подземного признака. Действительно, блокировка волокном зависит, помимо прочего, от загрузки волокна, реологии флюида, скорости флюида, апертуры неоднородности и шероховатости стенок неоднородности, подлежащей блокировке и закупориванию. На практике, определить эти факторы трудно, если не невозможно. Следовательно, не образующее перемычек волокно должно давать возможность достигать двойного эффекта, должного переноса частиц и устранения рисков, связанных с блокировкой.
[000111]
В некоторых вариантах реализации изобретения, флюид-носитель может при необходимости дополнительно содержать дополнительные добавки, включая, но не ограничиваясь ими, кислоты, антипоглощающие добавки, газ, ингибиторы коррозии, ингибиторы солевых отложений, катализаторы, стабилизаторы глин, биоциды, понизители трения, их комбинации и т. п. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, может быто желательным вспенивание композиции газом, таким как воздух, азот или диоксид углерода.
[000112]
Смешанный материал может дополнительно содержать пластификатор, зародышеобразующий агент, ингибитор горения, антиоксидант или влагопоглотитель.
[000113]
Композиция может использоваться для проведения разнообразных подземных обработок, включая, но не ограничиваясь этим, бурильные операции, обработки гидроразрывом, отклоняющие обработки, разобщение интервалов и операции заканчивания (например, гравийная набивка). В некоторых вариантах реализации изобретения, композиция может использоваться в обработке части подземного пласта. В определенных вариантах реализации изобретения, композиция может быть введена в ствол скважины, который проходит через подземный пласт, в качестве обрабатывающего флюида. Например, обрабатывающему флюиду можно на некоторый период времени создать возможность контакта с подземным пластом. В некоторых вариантах реализации изобретения, обрабатывающему флюиду можно создать возможность контакта с углеводородами, пластовыми флюидами и/или последовательно закачанными обрабатывающими флюидами. Через заданный период времени, обрабатывающий флюид может быть извлечен через ствол скважины.
[000114]
Для доставки композиции на буровую площадку и в глубину скважины можно использовать те же способы, что и для известных гранулированных закупоривающих материалов. Обычно такие гранулированные материалы вводят в закачиваемый флюид и затем перемещают в перфорационные отверстия при высокой скорости закачки. Перечень закачивающего оборудования может включать различные системы для сыпучих добавок, проточные блендеры и т. п. В одном варианте реализации изобретения, смеси частиц могут быть периодически пропущенными, которые затем вводят в обрабатывающий флюид в виде суспензии. Может использоваться также простое проточное оборудование для закачки. В одном варианте реализации изобретения, композиция может доставляться на глубину в ковше или в инструменте, содержащем ковш и перфоратор, как описано в патентной заявке США 2008/0196896, введенной в данный документ посредством ссылки. Может быть предусмотрен другой путь доставки композиции, например, канатным инструментом, бурильной колонной, тросовым канатом, гибкими НКТ или микроспиралью, скважинным снарядом или или любым типом других устройств, которые вводятся на глубину, и способны доставить композицию в определенное место. Микроспираль или Колтюбинговая буровая установка для скважин очень малого диаметра (MCTR) представляет собой инструмент, способный выполнять все операции "от поверхности земли-вниз" в диапазоне фактической вертикальной глубины 0-1524 м (0-5000 футов), включая бурение и обработку поверхности обсадной колонны, промежуточной колонны, и добычу и облицовку отверстий.
[000115]
3 (
3 (
3
В случаях, когда объем отклоняющей смеси, необходимый для обработки отклонением, относительно низкий, существует риск, что частицы в смеси будут разделены в течение закачки через ствол скважины. Это может привести к ухудшению обработки отклонением из-за образования пробок с более высокой, чем ожидалось, проницаемостью. Чтобы избежать возникновения этой ситуации, для минимизации риска разделения частиц в основной навеске закачанной смеси, в обрабатывающий флюид могут быть введены длинные водяные пробки с низкой концентрацией отклоняющих смесей. В еще одном варианте реализации изобретения, чтобы избежать возникновения этой ситуации, закупоривающие смеси могут закачиваться в длинных водяных пробках с низкой концентрацией, что сделает объем закупоривающей фазы сопоставимым с объемом ствола скважины. Например, для скважин с объемом ствола 32 м200 баррелей), объемы закупоривающей фазы, которые минимизируют риск разделения частиц, могут находиться в диапазоне 3,2-16 м20-100 баррелей). Для 5-25 кг закупоривающего материала, это соответствует диапазону концентраций 0,3-8 кг/м.
[000116]
Создание пробок из предложенных отклоняющих смесей происходит в результате скопления частиц в пустых пространствах позади обсадной колонны. Примерами таких пустот могут служить перфорационные каналы, трещины гидроразрыва или каналы-червоточины. Образование пробки состоит из двух этапов. На первом этапе, некоторые крупнейшие частицы отклоняющей смеси застревают в пустотах, создавая перемычку. В течение следующего этапа, другие частицы скапливаются на сформированной перемычке, что приводит к образованию пробки.
[000117]
После обработки, созданные пробки удаляют. Известно несколько способов, которые можно использовать для удаления созданных пробок. В случаях, когда композиция содержит разлагаемые материалы, будет происходить саморазрушение. В случаях, когда композиция содержит материал, вступающий в реакцию с химическими агентами, пробки удаляют реакцией с другими агентами. В случаях, когда композиция содержит плавкий материал, плавление может привести к снижению механической стабильности пробки. В случаях, когда композиция содержит водорастворимые или растворимые в углеводороде материалы. Удаления пробки можно достичь физическим растворением по меньшей мере одного из компонентов закупоривающей смеси в окружающем флюиде. Растворимость указанных компонентов может сильно зависеть от температуры. В этой ситуации, восстановление температуры в изолированной зоне после обработки может инициировать удаление перемычки. Может произойти распад по меньшей мере одного компонента композиции. Удаления пробки можно также достичь, обеспечив распад перемычки на меньшие части, которые будут смыты. Перечень возможных материалов, которые могут быть способны к распаду, включает пластмассы, такие как PLA, полиамиды и композитные материалы, содержащие разлагаемые пластмассы и неразлагаемые мелкие твердые частицы. Следует отметить, что некоторые из разлагаемых материалов проходят стадию распада в течение процесса разложения. Примером этого служит PLA, которая перед полным разложением превращается в хрупкий материал.
[000118]
Для лучшего понимания, приведены следующие примеры вариантов реализации изобретения. Следующие примеры никаким образом не следует воспринимать как ограничивающие или определяющие объем всего изобретения.
Примеры
[000119]
Использованное устройство для тестирования блокировки показано на Фиг. 1A и 1B. Испытываемый флюид прокачивали через устройство со скоростью потока 10-500 мл/мин в течение периода по меньшей мере 1 минуты (в конце периода времени общий объем прокачанного флюида составил 500 мл). На образование в прорези (1-2 мм) пробки из волокна указывало повышение давления. Тесты на блокировку с использованием устройства для тестирования, проиллюстрированного на Фиг. 1A-1B, проводили без проппанта, если не указано иное. Флюид отмечали как отрицательный в отношении формирования перемычки, если не происходило формирование пробки.
[000120]
Для углубленного анализа, использовали также устройство для тестирования потока в узкой трещине. Для визуализации флюида и проппанта при скорости потока до включительно 50 л/мин, в устройстве для тестирования потока в узкой трещине использовали параллельные стеклянные панели длиной 3 м, высотой 0,5 м и шириной 2 мм. Тесты потока в узкой трещине были проведены с L-, T- и X-образной ориентациями прорези.
[000121]
Пример 1: Блокировка волокном в гуаровом флюиде с низкой вязкостью. В этом примере, приготовили обрабатывающий флюид, содержащий флюид линейного гуара, 2,4 г/л (20 частей на тысячу) гуара, при 4,8 г/л (40 частей на тысячу) волокон NF1, CF10 и CF14, без частиц.
[000122]
Параметры волокон были следующими:
• Прямые: Волокна полимолочной кислоты, не извитые, диаметром 13 мкм и длиной 6 мм.
• Извитые: Полимолочная кислота, извитые, диаметром 10 мкм и длиной 6 мм.
[000123]
Результаты теста на блокировку представлены в Таблице 1.
<b>Таблица 1: Тестирование на блокировку.</b>
Скорость потока, мл/мин
Линейная скорость, см/сек
прямые
извитые
150
8,59
Заблокировано
Не заблокировано
200
11,4
Заблокировано
Не заблокировано
250
14,3
Заблокировано
Не заблокировано
300
17,2
Заблокировано
Не заблокировано
[000124]
Приведенные выше данные показывают, что извитые волокна имеют более высокую способность к сопротивлению блокировке, чем прямые волокна.
[000125]
Пример 2: Блокировка волокном в гуаровом флюиде с низкой вязкостью. В этом примере использовали обрабатывающий флюид, содержащий флюид линейного гуара, 2,4 г/л (20 частей на тысячу) гуара, при 4,8 г/л (40 частей на тысячу) волокон без частиц. Сопоставляли волокно из немодифицированной PLA и волокон, содержащих силиконы (OPS).
[000126]
Результаты теста на закупоривание в прорези 1 мм представлены в Таблице 2.
Таблица 2: Тестирование на блокировку.
Скорость потока, мл/мин
Линейная скорость, см/сек
Волокно12,4 мкмБез OPS
Волокно12,4 мкм0,9% мас. OPS
Волокно9,1 мкм0,9% мас. OPS
100
11,1
Заблокировано
Заблокировано
Заблокировано
200
22,2
Заблокировано
Заблокировано
Не заблокировано
300
33,3
Заблокировано
Заблокировано
Не заблокировано
400
44,4
Заблокировано
Не заблокировано
Не заблокировано
500
55,6
Заблокировано
Не заблокировано
Не заблокировано
600
66,7
Заблокировано
Не заблокировано
Не заблокировано
700
77,8
Не заблокировано
Не заблокировано
Не заблокировано
800
88,9
Не заблокировано
Не заблокировано
Не заблокировано
[000127]
Приведенные выше данные показывают, что модифицированные силиконом волокна улучшили показатель сопротивления блокировке. Кроме того, можно видеть, что диаметр тоже можно использовать для дальнейшей оптимизации эффективности сопротивления блокировке.
[000128]
Представленное выше раскрытие и описание является иллюстративным и пояснительным, и специалисты в данной области могут легко понять, что любые изменения размера, формы и материалов, так же как деталей проиллюстрированной конструкции или комбинаций элементов, описанных в данном документе, могут быть сделаны без удаления от сущности раскрытия.