Жидкость для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде, способ её приготовления и способ обработки пласта с её использованием
HYDRAULIC FRACTURING FLUID BASED ON HIGHLY MINERALIZED WATER, METHOD FOR ITS PREPARATION AND METHOD FOR PROCESSING THE FORMATION WITH ITS USE

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, в частности к технологическим составам, используемым для повышения проницаемости продуктивных пластов посредством осуществления гидроразрыва пласта (ГРП), и может быть использовано для приготовления жидкости гидроразрыва пласта с использованием альтернативных источников воды, таких как минерализованные подтоварные воды, смеси подтоварных и пресных вод, пластовых и иных вод.
Гидравлический разрыв пласта является одной из наиболее эффективных технологий интенсификации работы добывающих и нагнетательных скважин. Метод гидроразрыва пласта имеет множество технологических решений, обусловленных особенностями конкретного объекта. Важнейшим фактором успешности процедуры гидроразрыва пласта является качество жидкости разрыва. Жидкости ГРП должны обладать достаточной динамической вязкостью для создания трещин высокой проводимости, иметь низкие фильтрационные утечки в пласт, обеспечивать минимальное снижение проницаемости обрабатываемого пласта, обеспечивать низкие потери давления на трение в трубах, иметь достаточную термостабильность и высокую сдвиговую стабильность в течение времени проведения ГРП, легко выноситься из пласта после обработки (в том числе в результате деструкции), быть технологичными в приготовлении и хранении в промысловых условиях, иметь низкую коррозионную активность, быть экологически чистыми и безопасными в применении и иметь относительно низкую стоимость.
Использование качественной жидкости является одним из ключевых элементов для успешного проведения операции по гидроразрыву пласта (ГРП). Для эффективной гидратации природного полимера температура воды должна быть не менее 25-30°С, поэтому используемую воду предварительно подогревают, что увеличивает затраты на проведение операций по гидроразрыву пласта. В большинстве случаев жидкостью затворения является пресная вода. В связи с общей тенденцией снижения расходов, в настоящее время в мире ведется поиск возможностей применения минерализованных вод для жидкостей ГРП, которые приведут к снижению себестоимости добываемых углеводородов за счет минимизации затрат на подготовку, доставку и хранение воды.
Пластовые воды, например, Сеноманских водоносных пластов, а также подтоварные воды после отделения от углеводородного сырья имеют температуру 30-50°С и являются потенциальным источником для приготовления жидкостей гидроразрыва. Использование пластовой и подтоварной воды позволяет значительно сократить время проведения операций гидроразрыва и снизить затраты на добычу углеводородов, в связи с отсутствием необходимости нагрева воды и дополнительной подготовки, транспортировки и хранения.
Однако, пластовые и подтоварные воды содержат большое количество ионов железа, хлора, бора, магния, кальция, карбонатов, других элементов и соединений, нефтепродукты, взвешенные частицы, которые отрицательно влияют на рабочие характеристики стандартных жидкостей для гидроразрыва пласта, приводя к отсутствию или неполной гидратации полимера, преждевременной сшивке линейного геля, слабой сшивке, вплоть до ее отсутствия, а иногда к эффекту пересшивки (синерезиса), плохому восстановлению и недостаточной температурной стабильности.
Физико-химические свойства пластовых и подтоварных вод зависят от множества различных факторов, таких как геологическое строение залежи, минералогический состав, химические процессы, происходившие в ходе осадконакопления, тип углеводородов, жизнедеятельность и виды микроорганизмов, пластовая температура и давление. Попутно добываемая вода содержит взвешенные частицы и различные водорастворимые соединения, представляющие собой смесь органических и неорганических соединений. Некоторые соединения присутствуют в пластовой воде, другие появляются в процессе разработки и реализации различных геолого-технических мероприятий, однако источники воды характеризуются высокой минерализацией. Минерализация пластовых и подтоварных вод может меняться в диапазоне от нескольких миллиграммов до десятков и сотен граммов на литр, при этом основное влияние на минерализацию оказывают ионы натрия и хлора и чуть меньшее калия, кальция и магния.
Сеноманская вода Западной Сибири по большей части используется в нефтедобыче в системах поддержания пластового давления, т.к. подходит для этого лучше, чем речная вода данного региона, вследствие более высоких эксплуатационных характеристик и родственного химического состава. Такая вода имеет общую минерализацию до 20 г/л, в основном за счёт хлористых солей.
Используемые в настоящее время составы жидкостей на гуаровой основе очень чувствительны к качеству применяемой воды, а именно к содержанию в ней ионов железа, кальция и магния, бора и др. из-за чего невозможно применение подтоварной и пластовой вод без предварительной и затратной подготовки. Для сохранения стабильности образующегося полимера при использовании минерализованной воды увеличивают содержание гелеобразующего агента в составе жидкости. Другой путь, позволяющий использовать минерализованные воды в составе жидкости ГРП - применение специализирующих добавок (стабилизаторов, буферов и вспомогательных компонентов), позволяющих нивелировать негативное влияние присутствующих в воде ионов и загрязняющих веществ.
Известно [Магадова Л.А. Разработка жидкостей разрыва на водной и углеводородной основах и технологий их применения для совершенствования процесса гидравлического разрыва пласта. автореферат диссертации д.т.н. 2007], что введение в состав жидкости на гуаровой основе с боратным сшивателем водорастворимых аминоспиртов, позволяет получать высокоструктурированные гели при использовании минерализованной воды, содержащей одновалентные и многовалентные катионы. Однако в данном источнике не указываются соотношения, при которых будет обеспечиваться сохранение вязкости необходимое время и последующее разрушение жидкости для удаления её из пласта.
Известно решение (патент CN 104877658, опубл.02.09.2015, МПК: C09K 8/68), в котором используют 6-компонентную композицию жидкости ГРП на основе ГПГ (гидроксипропилгуара) при загрузке от 0,2 до 0,4 масс. %, работоспособной при общей минерализации воды 10-100 г/л. Общими признаками известных и заявляемых жидкости для ГРП и способа её приготовления являются - использование гелеобразующего агента (модифицированного гуара), деэмульгатора, бактерицида, сшивателя. Однако, отсутствие деструктора и представленные в известном техническом решении содержания компонентов не обеспечивают получение жидкости, сохраняющей требуемую вязкость необходимое время и с последующим разрушением для удаления из пласта. Также стабильность и эффективность известной жидкости обеспечивается только при использовании модифицированного гуара.
Известно использование в качестве гелеобразующих агентов модифицированных гуаровых полимеров, которое описано в патенте (патент СN 103215024, опубл. 20.01.2016, МПК: C09K 8/68). Общими признаками известных и заявляемых жидкости для гидроразрыва пласта и способа её приготовления являются использование в составе загустителя (гелеобразующего агента), сшивателя и деэмульгатора. Однако, отсутствие деструктора, биоцида, с указанным количеством сшивателя не обеспечивает получение стабильной жидкости для ГРП одновременно с требуемой вязкостью и последующим распадом в течение необходимого времени и регулируемым временем разложения для успешного вывода из пласта, а также регулирования времени стабильности.
Также стоит отметить, что представленные в патентах CN 104877658 и СN 103215024 жидкости для ГРП разработаны на основе только модифицированных природных полимеров, а именно ГПГ и карбоксиметилгидроксипропил гуара. Такие полимеры более устойчивы для использования с минерализованными водами, но имеют повышенную стоимость по сравнению с немодифицированной гуаровой камедью ввиду усложненной и более затратной технологии производства.
Для возможности использования высокоминерализованных вод также известны технические решения по разработке новых составов сшивателей (патент CN 103497753, опубл.  08.01.2014, МПК: C09K 8/68, C07F 7/00; патент CN 103497754, опубл. 02.03.2016, МПК: C09K 8/68), например, на основе цирконийсодержащих и борсодержащих компонентов и связующих, которые применимы для сшивания полисахаридных линейных гелей, приготовленных на водах с высокой минерализацией (около 20 г/л). Общими признаками с заявляемыми жидкостью для ГРП и способом её приготовления является использование гелеобразующего агента, сшивателя. Однако, в качестве гелеобразующих агентов используется модифицированная гуаровая камедь, что в комплексе с нетрадиционным сшивателем приводит к высокой стоимости системы и синтезу специализированных сшивателей. При этом не указывается возможность обеспечения одновременно стабильности жидкости ГРП и её распада в течение конкретного времени.
Сведения о применении буферной композиции на основе аминоспирта в составе жидкости ГРП на гуаровом гелеобразователе на сеноманской воде месторождений Западной Сибири известны из источника [SPE 131729. Проведение эффективного гидроразрыва пласта с использованием пластовой воды Западной Сибири. А. Федоров, Д-К Фу, К. Муллен и др. 2010.], в котором помимо буфера, применяется сухой боратный сшиватель и стабилизатор-комплексообразователь, в качестве которого применяется натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Особенностью этой системы является применение органического сшивателя боратной природы. Однако, известная система обладает невысокой температурной стабильностью (до 70°С) и высокой стоимостью некоторых компонентов, что может сделать их применение экономически невыгодным, а также не указывается возможность обеспечения одновременно стабильности жидкости ГРП и её распад в течение конкретного времени.
3
Известен способ (патент CN 103740355, опубл. 23.04.2014, МПК: C09K 8/68), в котором предложено использовать систему рH-буферов для улучшения параметров сшивки в жидкостях ГРП на боратно-сшиваемых природных полимерах с использованием подтоварной воды. В представленных примерах к изобретению гидратация гуарового полимера составляет 60 минут, что является длительным периодом для достижения приемлемой вязкости. Также для стабилизации сшивки предпочтительно предложено использовать диэтилентриамин (ДЭТА) при дозировках 3-5 л/м что удорожает предлагаемую систему. Общими признаками известного и заявленного изобретения является использование в составе жидкости для ГРП и способе её приготовления гелеобразующего агента и сшивателя. Однако, в связи с тем, что в состав жидкости не входит деструктор, это приводит к невозможности регулирования времени разрушения сшитого геля и обеспечения распада жидкости для вывода её из пласта в пределах требуемого времени.
Известен состав полисахаридного геля для ГРП (патент RU 2173772, опубл. 20.09.2001, МПК: E21B 43/26), который содержит пресную или минерализованную воду, полисахаридный загуститель, борный сшиватель, диэтаноламин и окисляющий компонент, взятый из группы, состоящей из персульфата аммония, персульфатов, перкарбонатов и перборатов щелочных металлов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит четвертичное аммониевое соединение катамин АБ или гидрофобизатор нефтенол ГФ. В качестве полисахаридного загустителя предложено использовать гуар, модифицированный гуар или смесь гуаров, а именно стандартного гуара и модифицированного - гидроксипропилгуара (ГПГ), который является более стойким полимером для минерализованных вод. Эффективная работа системы показана в том числе и на пластовой воде при общем содержании двухвалентных ионов кальция и магния до 1000 мг/л. Общими признаками является использование в составе жидкости и при её приготовлении гелеобразующего агента (гуара или модифицированного гуара), сшивателя (например, боратного типа), деструктора (персульфат). Однако известные состав и способ приготовления не во всех случаях обеспечивают необходимую вязкость жидкости, а минимальное время разрушения составляет 6 часов.
Деструктор в составах жидкостей для ГРП на высокоминерализованных водах используется редко в связи с тем, что присутствующие в водах ионы снижают вязкость полимера. Такое снижение вязкости является неконтролируемым и не обеспечивает полное разрушение полимера для его успешного удаления из пласта после проведения ГРП. В целях разрушения жидкости для ГРП и её удаления из пласта требуется применение деструктора, однако использование деструктора даже в низких концентрациях, как указывается также в патенте RU 2173772, при температурах выше 60℃ носит лавинообразный характер и не позволяет обеспечить контролируемое время стабильности жидкости ГРП.  При этом, в связи с тем, что операции по проведению ГРП проводятся при повышенных температурах, жидкости для ГРП должны обладать одновременно стабильностью при высоких температурах без потери вязкости в течение времени достаточного для проведения операций по ГРП и при этом разрушаться со значительным снижением вязкости для удаления из пласта. Таким образом определение состава жидкости для ГРП, которая отвечает всем указанным требованиям является нетривиальной задачей.
Ближайшим аналогом (прототипом) жидкости для ГРП и способа её приготовления является техническое решение (патент CN 102757778, опубл. 04.06.2014, МПК: МПК: C09K 8/68), в котором жидкость для гидроразрыва на высокоминерализованной воде включает загуститель, сшиватель, деструктор, стабилизатор, деэмульгатор, бактерицид. Общими признаками известных и заявляемых жидкости и способа её приготовления являются использование компонентов: загуститель (гелеобразующий агент), сшиватель, деструктор, деэмульгатор, бактерицид. При этом известные диапазоны содержания сшивателя, загустителя входят в заявляемые диапазоны.
Однако в известном решении используются содержание деструктора, биоцида и деэмульгатора, которое в результате не обеспечивает соотношения компонентов, при которых жидкость ГРП будет одновременно сохранять стабильность (вязкость не менее 400 сП) при температуре 90℃ и полностью распадаться в течение необходимого времени, а также не обеспечивается возможность регулирования времени стабильности жидкости.
Известен способ обработки пласта (патент RU 2377403, опубл. 10.09.2008, МПК: E21B 43/26, E21B 43/267, C09K 8/68, C09K 8/80), который включает получение загущенного флюида для обработки пласта, содержащий водный раствор одной соли и сшитый загуститель, осуществление контакта части подземного пласта с загущенным флюидом для обработки пласта для создания или увеличения одного или нескольких разломов в нем. Общими признаками известного и заявленного способов обработки пласта является проведение гидроразрыва пласта с использованием жидкости, которая включает сшитый загуститель и воду, содержащую соли. Однако, в известном способе водный раствор - раствор одной соли, а содержание и соотношения компонентов не обеспечивают одновременное сохранение вязкости жидкости и её полного распада в течение необходимого времени, что приводит к сложности и снижению эффективности способа обработки пласта за счет сложного удаления жидкости после проведения ГРП.
Ближайшим аналогом (прототипом) способа обработки пласта является один из способов обработки скважины гидроразрывом пласта (RU 2689940, опубл. 29.05.2019, МПК: E21B 43/267, C09K 8/68), который включает формирование флюида для обработки скважины при смешивании ингредиентов, включающих водный флюид, загуститель, сшиватель и другие компоненты (для различных вариантов способа), обработку скважины полученными флюидами, при этом используется диальдегид, который в результате преобразования в дикислоту обеспечивает деструкцию загустителя. Общими признаками заявленного и известных способов являются обработка скважины с проведением ГРП с использованием жидкости, которая содержит загуститель, сшиватель, агент, обеспечивающий деструкцию загустителя (деструктор), а также добываемую воду для одного из вариантов известного способа. Однако, в известном способе не указаны соотношения, при которых будет обеспечиваться полный распад жидкости ГРП через необходимое время для выведения из пласта, при этом преобразование диальдегида в дикислоту может быть осложнено содержанием различных ионов в составе воды, что не позволит обеспечить точные соотношения сшивателя, гелеобразующего агента и агента, обеспечивающего деструкцию загустителя, для обеспечения необходимого времени стабильности жидкости ГРП и времени её полного распада, а также их регулирования. В результате не обеспечивается повышение эффективности, контролируемости способа обработки пласта (проведения ГРП) и сокращения времени на проведение ГРП.
Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении технологичности и экологической безопасности процессов нефтедобычи путем использования минерализованных вод, таких как подтоварные, смеси подтоварных и пресных вод, пластовых вод, в том числе сеноманских и других вод, с получением жидкости ГРП, обладающей требуемыми функциональными характеристиками, такими как температурная стабильность системы, устойчивость к динамическим нагрузкам, отсутствие устойчивых эмульсий при взаимодействии с пластовым флюидом, достаточной несущей способностью и других, без проведения дополнительных операций подготовки, нагрева и транспортировки воды.
Технический результат для жидкости ГРП и способа её приготовления заключается в получении жидкости для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде с составом, при котором обеспечивается одновременно сохранение оптимальной для проведения операций ГРП вязкости (не менее 400 сП) в течение необходимого для проведения ГРП времени (от 60 до 150 минут, предпочтительно от 100 до 120 минут) при температуре до 90℃ включительно и с последующим полным распадом жидкости ГРП (потеря вязкости ниже 10 сП) через 600 минут или менее, предпочтительно через 200 минут, что обеспечивает повышение эффективности удаления жидкости ГРП. Для способа приготовления жидкости для ГРП техническим результатом также является - обеспечение возможности регулирования времени стабильности жидкости за счет изменения количества компонентов в заявленных диапазонах соотношений без потери свойств.
Техническим результатом для способа обработки пласта с использованием заявленной жидкости является обеспечение возможности регулирования времени проведения операций ГРП, а также упрощение и повышение эффективности и экологичности способа обработки пласта за счет использования высокоминерализованной воды, т.к. исключается необходимость дополнительной подготовки (нагрева), транспортировки и хранения воды, обеспечивается возможность регулирования времени стабильности жидкости ГРП, а также её полный распад после завершения ГРП, в результате чего остатки жидкости легко удаляются из пласта.
Технический результат достигается за счет того, что жидкость для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде включает гелеобразующий агент, сшиватель, стабилизатор сшивки, деструктор, деэмульгатор, биоцид, при этом содержание компонентов составляет, % масс.: гелеобразующий агент от 0,2 до 0,5, сшиватель от 0,2 до 0,4, стабилизатор сшивки от 0,04 до 0,3, деструктор от 0,02 до 0,14, деэмульгатор от 0,01 до 0,2, биоцид от 0,001 до 0,005, высокоминерализованная вода - остальное, при этом соотношение сшивателя к гелеобразующему агенту составляет от 0,6:1 до 1,0:1, к стабилизатору сшивки от 1,3:1 до 5,6:1, к деструктору от 3,5:1 до 13,0:1.
Ввиду специфики состава минерализованных вод, к которым относятся подтоварные и пластовые воды, а именно высокому содержанию ионов кальция, магния и других элементов, сшивка классическими, в частности боратными, сшивателями может быть затруднена или отсутствовать совсем. Стабилизатор сшивки используется для образования высокоструктурированных сшитых гелей, обладающих повышенной температурной стабильностью, а также выполняет в т.ч. роль pH-буфера, т.к. для эффективного прохождения операции сшивки линейного геля значение pH системы следует поддерживать в диапазоне 8-10. Введение в состав жидкости ГРП деструктора в заявленном диапазоне необходимо для обеспечения распада жидкости (т.е. уменьшение вязкости до 10 сП или ниже) после завершения операции по ГРП и для успешного удаления её из пласта.
-1
В рамках заявленного изобретения используется пониженное содержание стабилизатора сшивки относительно сшивателя по сравнению с известным из уровня техники. Снижение количества стабилизатора сшивки относительно сшивателя (т.е. увеличение соотношения концентрации сшивателя к стабилизатору сшивки) должно приводить к снижению температурной стабильности получаемой жидкости и снижению эффективности сшивки линейного геля. При этом заявленное изобретение, наоборот, обеспечивает большую температурную стабильность полученного геля (сохранение вязкости выше 400 сП при скорости сдвига 100 с в течение не менее 60 минут при температуре 90℃). Это подтверждает, что при использовании заявленных соотношений компонентов происходит образование структуры, при которой сшитый гель обладает высокой вязкостью, но при этом не достигает степени набухания, при которой обеспечивается возможность теплового движения и разрыв связей между молекулами. При этом из уровня техники (например, патент CN 102757778) известно, что использование даже низких значений концентрации деструктора в составе жидкости ГРП (0,0017%) приводит к нестабильности геля при температуре 70℃ уже через 60 мин. Можно было бы ожидать, что увеличение концентрации деструктора в заявленном изобретении и увеличение температуры до 90℃ приведёт к существенному сокращению времени стабильности и вязкости. Однако в результате образования структуры сшитого геля, полученного при использовании заявляемых в изобретении соотношений, происходит равномерное взаимодействие с деструктором, которое обеспечивает сохранение вязкости даже при высоких температурах (90℃) от 60 до 150 минут и последующее разрушение сшитого геля со снижением вязкости до 10 сП или ниже.
Уменьшение концентрации деструктора ниже заявленного значения, а также увеличение концентрации стабилизатора сшивки выше заявленного значения с учетом специфики использования высокоминерализованной воды будет приводить к неполному распаду жидкости ГРП. Увеличение концентрации деструктора выше заявленного значения и уменьшения стабилизатора сшивки ниже заявленного значения будет приводить к снижению стабильности жидкости ГРП.
Таким образом соотношение сшивателя к стабилизатору сшивки и к деструктору в заявленных диапазонах обеспечивает одновременно стабильность жидкости (сохранение её вязкости, термостабильность) и её последующий распад в течение необходимого времени. Время стабильности жидкости ГРП должно составлять от 60 до 150 мин, предпочтительно от 100 до 140 мин, при этом время распада не должно превышать 600 минут, предпочтительно должно составлять около 200 минут.
Содержание гелеобразующего агента в заявленных диапазонах известно из уровня техники как оптимальное для обеспечения вязкости жидкости для ГРП, которая обеспечивает успешность операций гидроразрыва пласта. Модифицированные полимеры, использующиеся в качестве гелеобразующего агента, как более устойчивые к наличию ионов в используемой воде, предпочтительно использовать в диапазонах от 0,2 до 0,4 масс.%, для немодифицированных полимеров предпочтительно использовать повышенное содержание - от 0,3 до 0,5 масс.%. Повышение содержания гелеобразующего агента выше заявленных диапазонов будет приводить к излишнему загрязнению пласта снижению проницаемости, что нецелесообразно с практической и экономической точки зрения.
Уменьшение количества сшивателя будет приводить к снижению вязкости, повышение - к синерезису и снижению стабильности жидкости. Заявленные соотношения сшивателя к гелеобразующему агенту обеспечивают образование сшитого геля необходимой вязкости (не менее 400 сП) в широком диапазоне минерализации воды.
Добавление биоцида является обязательным, т.к. в водах затворения в большинстве случаев присутствуют микроорганизмы, которые могут питаться природными полимерами, что отрицательно влияет на параметры гидратации - снижается вязкость водного раствора и скорость набора вязкости полимера. Количество биоцида является оптимальным количеством для заявленных пределов гелеобразующего агента, при котором обеспечивается сохранение структуры полимера при различном содержании бактерий в используемой воде и которое не влияет на свойства жидкости ГРП. Снижение количества биоцида не будет обеспечивать сохранение структуры полимера под влиянием содержащихся бактерий, увеличение количества биоцида может оказывать влияние на свойства жидкости ГРП в зависимости от состава вещества, используемого в качестве биоцида.
Деэмульгатор позволяет избежать образования устойчивых эмульсий жидкости ГРП при взаимодействии с пластовым флюидом в процессе проведения ГРП, а также после распада. Введение деэмульгатора в заявленных диапазонах не влияет на свойства жидкости ГРП. Снижение количества деэмульгатора будет приводить к образованию эмульсий, увеличение содержания деэмульгатора может влиять на свойства жидкости ГРП в зависимости от состава используемого деэмульгатора.
В рамках заявленного изобретения под высокоминерализованной водой понимается подтоварная, пластовая либо смесь подтоварной и пресной воды с минерализацией от 3 г/л до 20 г/л.
Гелеобразующий агент может быть выбран из группы, которая включает гуаровую камедь, модифицированную гуаровую камедь, ксантановую камедь, смесь вышеперечисленных компонентов, иной полимер природного происхождения функционально подходящий для получения линейного геля с достаточной начальной вязкостью и сшиваемый известными типами сшивателей на боратной и иных основах. Товарная форма полимера может быть сухой или жидкой, например, в форме суспензии в углеводородных растворителях.
В качестве сшивателя предпочтительно использовать боратный сшиватель, в том числе в форме суспензии. Применимо использование сшивателей иной природы, и в альтернативных формах, способных связывать линейный полимер в сшитую форму.
Стабилизатор сшивки может быть выбран из группы спиртов и аминоспиртов, предпочтительно метилового спирта, глицерина, этиленгликоля, моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина, диэтанолтриамина или их смесей.
Деструктор может представлять собой деструктор окислительного типа на основе персульфата аммония, органических перекисей либо другой известный деструктор для применения в жидкостях для ГРП.
Деэмульгатор представляет собой смесь ПАВ на основе оксиэтилированных жирных спиртов, биоцид представляет собой сорбат калия.
При содержании гидрокарбонат-ионов в воде более 500 мг/л жидкость для ГРП дополнительно может содержать продукты взаимодействия стабилизатора линейного геля и гидрокарбонат-ионов. Концентрация продуктов взаимодействия стабилизатора линейного геля и гидрокарбонат-ионов может составлять не более 0,3 масс.%.
Стабилизатор линейного геля может быть выбран из группы растворимых в воде органических и неорганических солей и кислот, предпочтительно лимонной кислоты, уксусной кислоты, муравьиной кислоты и их солей, оксиэтилендифосфоновой кислоты, нитрилотриметилфосфоновой кислоты, глюконата натрия, лигносульфоната натрия, натриевые соли этилендиаминтетрауксусной кислоты или их смесей.
Жидкость для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде дополнительно может содержать хелатирующий агент (добавку) в концентрации не более 0,2 масс.%. Хелатирующий агент может быть выбран из группы растворимых в воде органических и неорганических солей, (но не ограничиваясь) натриевой соли оксиэтилендифосфоновой кислоты, тринатриевой соли нитрилотриуксусной кислоты, N,N-бис (карбоксиметил)-L-глутамат тетранатрия, соли диэтилентриаминпентауксусной кислоты, глюконата натрия, или их смесей. Добавление хелатирующего агента может быть проведено вместе или взамен стабилизатора линейного геля либо в иной момент процесса приготовления жидкости ГРП, но предпочтительно до момента сшивки. Форма добавки может быть сухой или жидкой, возможен вариант совмещения с иной добавкой жидкости ГРП. Применение указанной добавки в составе жидкости ГРП, приготовленной на минерализованной воде обусловлено высоким содержанием многовалентных катионов металлов в воде (до 1000 мг/л), которые негативно влияют на качество сшитого геля, при взаимодействии с которыми хелатирующий агент связывает соответствующий металл в неактивную форму.
В состав жидкости дополнительно может быть введен стабилизатор глин в концентрации не более 0,2 масс.%, например, в случае работ на коллекторах с высоким содержанием глинистых минералов. Специальных требований, предъявляемым к указанным компонентам в рамках данного изобретения нет. Следует отметить, что в некоторых случаях, например, при повышенной минерализации используемых вод, свойств обрабатываемых пластов и других факторов, добавление этих компонентов не является необходимым, поэтому предварительно должны быть проведены испытания и по их результатам перед проведением работ по ГРП делается вывод о том, какие компоненты должны быть внесены.
Вода может характеризоваться содержанием гидрокарбонат-иона до 1700 мг/л, ионов кальция и магния до 1000 мг/л, железа (общего) до 14 мг/л, бора до 12 мг/л, хлор-иона до 10500 мг/л, значением pH = 5 - 8, общей минерализацией до 20,0 г/л.
В случае использования технологии при повышенных температурах обрабатываемых пластов жидкость может включать в состав высокотемпературные стабилизаторы, например, тиосульфат натрия в количестве до 0,2 масс. %.
Технический результат достигается также при использовании способа приготовления жидкости для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде, при котором при перемешивании в высокоминерализованную воду добавляют биоцид от 0,001 до 0,005 масс.%, затем добавляют гелеобразующий агент от 0,2 до 0,5 масс.%, проводят гидратацию гелеобразующего агента и вводят в полученный линейный гель деэмульгатор в количестве от 0,01 до 0,2 масс.% и деструктор в количестве от 0,02 масс.% до 0,14 масс.%, затем добавляют сшиватель в количестве от 0,2 до 0,4 масс.%, совместно или после добавления сшивателя вводят стабилизатор сшивки в количестве от 0,04 до 0,3 масс.%, при этом соотношение сшивателя к гелеобразующему агенту составляет от 0,6:1 до 1,0:1, к стабилизатору сшивки от 1,3:1 до 5,6:1, к деструктору от 3,5:1 до 13,0:1.
Технический результат достигается в результате последовательного растворения заявленных компонентов в указанных количествах в высокоминерализованной воде.
Добавление стабилизатора сшивки происходит совместно либо сразу после добавления сшивателя, либо после закрытия воронки. После добавления происходит сшивка линейного геля (или закрытие воронки в зависимости от момента загрузки, а затем полная сшивка). Для снижения количества добавляемых компонентов и оптимизации затрат на проведение ГРП, стабилизатор сшивки может быть введен в состав сшивателя.
Перед добавлением гелеобразующего агента дополнительно возможно введение стабилизатора линейного геля в количестве до 0,3 масс.%. Стабилизатор линейного геля добавляют в воду перед гелеобразующим агентом до достижения значения pH = 5-6.
Предпочтительно, чтобы значение pH линейного геля при добавлении остальных компонентов составляло 6-8, а стабилизатор сшивки добавляют совместно либо после добавления сшивателя.
Технический результат по регулированию времени стабильности достигается за счет изменения содержания компонентов в заявленных диапазонах, в пределах которых обеспечивается сохранение стабильности сшитого геля и его последующий распад.
Перед добавлением гелеобразующего агента в воду дополнительно может быть введен хелатирующий агент в количестве до 0,2 масс.%. Хелатирующий агент может быть выбран из группы растворимых в воде органических и неорганических солей, предпочтительно натриевой соли оксиэтилендифосфоновой кислоты, тринатриевой соли нитрилотриуксусной кислоты, N,N-бис (карбоксиметил)-L-глутамата тетранатрия, соли диэтилентриаминпентауксусной кислоты, глюконата натрия, или их смесей.
Высокоминерализованная вода может представлять собой подтоварную воду, смесь подтоварной и пресной вод, либо пластовую (сеноманскую) воду с общей минерализацией до 20 г/л.
Гелеобразующий агент может быть выбран из группы, которая включает гуаровую камедь, модифицированную гуаровую камедь, ксантановую камедь, смесь вышеперечисленных компонентов, иной полимер природного происхождения функционально подходящий для получения линейного геля с достаточной начальной вязкостью и сшиваемый известными типами сшивателей на боратной и иных основах.
Стабилизатор сшивки может быть выбран из группы спиртов и аминоспиртов, предпочтительно метилового спирта, глицерина, этиленгликоля, моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина, диэтанолтриамина или их смесей.
Сшиватель может представлять собой боратный сшиватель.
Деструктор может представлять собой деструктор окислительного типа на основе персульфата аммония или органических перекисей. Деэмульгатор может представлять собой смесь ПАВ на основе оксиэтилированных жирных спиртов. Биоцид может представлять собой сорбат калия.
Стабилизатор линейного геля может быть выбран из группы растворимых в воде органических и неорганических солей и кислот, предпочтительно лимонной кислоты, уксусной кислоты, муравьиной кислоты и их солей, оксиэтилендифосфоновой кислоты, нитрилотриметилфосфоновой кислоты, глюконата натрия, лигносульфоната натрия, натриевые соли этилендиаминтетрауксусной кислоты или их смесей.
В состав жидкости дополнительно может быть введен стабилизатор глин в концентрации не более 0,2 масс.%, например, в случае работ на коллекторах с высоким содержанием глинистых минералов.
Вода может характеризоваться содержанием гидрокарбонат-иона до 1700 мг/л, ионов кальция и магния до 1000 мг/л, железа (общего) до 14 мг/л, бора до 12 мг/л, хлор-иона до 10500 мг/л, значением pH = 5 - 8, общей минерализацией до 20,0 г/л.
Применение описываемого способа возможно в диапазоне температур (но не ограничиваясь) 60-120°С, однако в случае повышенных температур рекомендуется использовать высокотемпературные стабилизаторы, например, тиосульфат натрия.
Выбор добавок для жидкости на минерализованных водах предпочтительно определять индивидуально, исходя из состава конкретного источника и в зависимости от рабочих характеристик, которые необходимо получить.
Техническим результатом для способа обработки пласта является упрощение и повышение эффективности и экологичности.
Технический результат достигается при реализации способа обработки пласта, который включает проведение гидроразрыва пласта с использованием заявленной жидкости для гидроразрыва пласта на высокоминерализованной воде.
Технический результат достигается за счет того, что
- использование в составе жидкости для ГРП высокоминерализованной воды исключает необходимость дополнительной подготовки (нагрева), транспортировки и хранения воды;
- состав жидкости для ГРП обеспечивает возможность регулирования времени стабильности жидкости ГРП, а также её полный распад после завершения ГРП, в результате чего остатки жидкости легко удаляются из пласта.
В связи с чем упрощается процесс подготовки к обработке пласта (проведению ГРП), контролируется время проведения ГРП, а также упрощается процесс очистки пласта от жидкости ГРП, снижается степень загрязненности пласта и пластового флюида компонентами, которые входят в состав жидкости ГРП.
-1
На фигуре 1 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 1 в таблице 2.
-1
На фигуре 2 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 2 в таблице 2.
-1
На фигуре 3 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 3 в таблице 2.
-1
На фигуре 4 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 4 в таблице 2.
-1
На фигуре 5 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 5 в таблице 2.
-1
На фигуре 6 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 6 в таблице 2.
-1
На фигуре 7 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 7 в таблице 2.
-1
На фигуре 8 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 8 в таблице 2.
-1
На фигуре 9 - представлен реологический профиль для жидкости ГРП при скорости сдвига 100 с, состав которой приведен для примера 9 в таблице 2.
При этом 1 - изменение температуры жидкости для ГРП во времени, 2 - изменение вязкости жидкости для ГРП во времени.
Приведенные ниже примеры служат для иллюстрации изобретения, но не должны рассматриваться, как ограничивающие изобретение.
Для проведения испытаний по приготовлению жидкости ГРП использовали подтоварные, смесевые и пластовые воды, отобранные из реальных источников.
Составы использованных вод приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Состав воды.
Вода №
1
2
3
4
5
6
7
Содержание основных компонентов
Cl<sup>-</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
1400
1600
10400
2800
9800
2300
4400
Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup> (суммарно), мг/дм<sup>3</sup>
1202
1322
6155
2000
6200
2130
4230
Ca<sup>2+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
120
66
410
260
450
210
850
Mg<sup>2+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
20
18
110
13
110
20
90
HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
600
810
190
870
160
710
1350
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
3250
3862
17343
6500
17200
5420
10320
3
3
Во всех используемых составах воды содержание железа составляет менее 8,0 мг/дм, сульфат-ионов - менее 200 мг/дм.
Для приготовления жидкости ГРП использованы химические добавки производства компании ООО «Ника-Петротэк». В общем случае процесс приготовления жидкости ГРП (в лабораторных условиях) осуществляют следующим образом.
В минерализованную воду добавляют при перемешивании биоцид (PT BIO, ТУ 20.59.42-010-29191682-2017), при необходимости в зависимости от состава воды добавляют стабилизатор линейного геля, содержащий более 50 масс.% лимонной кислоты как активного компонента (PT PHS, ТУ 20.59.42-052-29191682-2020), хелатирующий агент на основе натриевой соли оксиэтилендифосфоновой кислоты (PT CHS, ТУ 20.59.42-054-29191682-2020) до полного растворения.  После чего в раствор вводят гелеобразователь при перемешивании с частотой вращения лопастей нижнеприводной мешалки (например, Waring) около 1500 об/мин. Гидратацию проводят в течении 20 мин. В таблице 2 приведены примеры использования сухой формы гуаровой камеди (PT WG 7000F, ТУ 20.59.42-001-29191682-2017) - примеры 1 - 4, 7 - 9, суспензии на основе гуаровой камеди с содержанием гуаровой камеди 50%  - пример 5 (PT GS 7000, ТУ ТУ 20.59.42-002-29191682-2017), а также биополимерной композиции на основе гуаровой и ксантановой камеди - пример 6 (DPS, ТУ 20.59.42-056-29191682-2020)
В полученный линейный гель добавляют деэмульгатор (PT NE, ТУ 20.59.42-008-29191682-2017 - ПАВ на основе оксиэтилированных жирных кислот), деструктор (PT OBP-5, ТУ 20.59.42-004-29191682-2017 - на основе органических перекисей, примеры 1 - 5, 7 - 9; PT HT Cap, ТУ 20.59.42-023-29191682-2017 - на основе персульфата аммония, пример 6) при перемешивании. Далее в систему добавляют боратный сшиватель (PT BCD марка B, ТУ 20.59.42-003-29191682-2017), после ввода которого увеличивают скорость вращения до около 2500 об/мин.
Затем также при перемешивании добавляют стабилизатор сшивки на основе этиленгликоля и диэтаноламина (PT XLS, ТУ 20.59.42-053-29191682-2020). Далее образец жидкости испытывали на реометре. Реологический профиль жидкости для гидроразрыва пласта характеризует термическую стабильность, ее способность сохранять базовую вязкость с минимальной потерей по времени при забойной температуре, а также время полного распада.
Содержания компонентов и их соотношения для различных составов жидкости ГРП представлены в Таблице 2, при этом соответственно с/г - соотношение сшивателя и гелеобразующего агента, с/сс - сшивателя и стабилизатора сшивки, с/д - сшивателя и деструктора.
Таблица 2. Составы жидкости для гидроразрыва пласта.
№
Вода №
Стабилизатор линейного геля, %
Биоцид, %
Гелеобразователь, %
Деэмульгатор, %
Хелатирующий агент, %
Сшиватель, %
Стабилизатор сшивки, %
Деструктор, %
Соотношенияс/г, с/сс, с/д
1
1
0,0
0,002
0,36
0,2
0,0
0,28
0,2
0,05
0,778:1; 1,4:1; 5,6:1
2
2
0,14
0,002
0,36
0,2
0,025
0,28
0,1
0,05
0,778:1; 2,8:1; 5,6:1
3
3
0,0
0,002
0,36
0,2
0,0
0,3
0,2
0,05
0,833:1; 1,5:1; 6:1
4
3
0,0
0,002
0,36
0,2
0,0
0,26
0,2
0,02
0,772:1; 1,3:1; 13:1
5
4
0,1
0,002
0,75
0,2
0,1
0,3
0,1
0,05
0,833:1; 3:1; 6:1
6
5
0,025
0,002
0,36
0,2
0,025
0,28
0,05
0,04
0,778:1; 5,6:1; 7:1
7
6
0,14
0,002
0,36
0,2
0,025
0, 22
0,05
0,05
0,611:1; 4,4:1; 4,4:1
8
7
0,1
0,005
0,36
0,2
0,15
0,35
0,15
0,1
0,972:1; 2,33:1; 3,5:1
9
4
0
0,002
0,36
0,2
0
0,32
0,1
0,05
0,889:1: 3,2:1: 6,4:1
Как видно из фигур 1-9, все полученные жидкости ГРП сохраняют вязкость выше 400 сП в течение более 60 минут (на фиг.1 видно, что стабильность при температуре 90°С составляет около 80 минут, на 2 и 3 графиках - 100, на фиг. 4 и 5 - 120, на фиг. 6 - 90). После указанного времени происходит разрушение геля и падение вязкости жидкости. Распад жидкости, т.е. падения вязкости ниже 10 сП для большинства составов происходит через 200 минут или менее. Максимальное время распада жидкости соответствует максимальному количеству сшивателя к деструктору (фигура 4).
Для регулирования времени стабильности изменяют содержание гелеобразующего агента и/или сшивателя и/или деструктора в пределах заявленных соотношений. Так по реологическому профилю на фигуре 2 видно, что увеличение соотношения сшивателя к стабилизатору сшивки приводит к увеличению времени сохранения вязкости. Также, как и увеличение соотношения сшивателя к гелеобразующему агенту (фигура 3). Уменьшение соотношения сшивателя к деструктору также приводит к значительному увеличению времени стабильности вязкости (фигура 4). Однако стоит иметь в виду, что в данном случае (крайнее заявленное соотношение сшивателя к деструктору) может увеличиваться также и время полного распада жидкости ГРП до 600 минут. Длительное время сохранения вязкости жидкости обеспечивается также путем увеличения количества гелеобразующего агента и стабилизатора сшивки по сравнению со сшивателем (фиг.5). Из представленных фигур видно, что жидкости ГРП сохраняют термостабильность необходимое время при температуре 90℃.
Описанные примеры составов, указанные в таблице 2, и фигуры, на которых показано изменение вязкости, иллюстрируют несколько вариантов осуществления состава жидкости и способа ее получения в зависимости от состава реальных вод и не предназначены для ограничения объема изобретения. Согласно полученным данным все полученные составы жидкости на реальных минерализованных водах обладают достаточной стабильностью и могут быть использованы для приготовления жидкости гидроразрыва пласта, а приведенные данные являются иллюстративными и подтверждающими возможность сглаживания негативного влияния присутствующих в воде ионов и загрязняющих веществ, распада жидкости ГРП, который позволит легко удалить её после проведения операций по ГРП, а также возможность регулирования времени стабильности жидкости. Представленные примеры подтверждают также достижение технического результата для способа обработки пласта (упрощение и повышение эффективности и экологичности), который обеспечивается за счет использования высокоминерализованной воды, нивелирования негативного влияние ионов, которые в ней содержаться, а также за счет обеспечения времени стабильности жидкости для ГРП (сохранение вязкости) при высоких температурах и последующий распад жидкости для ГРП, обеспечивающий её успешное удаление из пласта
Таким образом представленные примеры подтверждают достижение технического результата для жидкости ГРП, способа её приготовления и способа обработки пласта с её использованием, который достигается за счет заявленных содержания компонентов и соотношений сшивателя к гелеобразующему агента, стабилизатору сшивки и деструктору.